Magneetventielen voor Vacuumtoepassingen

Er is veel misverstand over de vereisten voor magneetventielen in vacuümtoepassingen. In dit artikel worden de vereisten voor magneetventielen verduidelijkt. Met dit doel worden eerst de basisprincipes en definities van druk uitgelegd.

Druk

Druk is gedefinieerd als een kracht loodrecht werkend op het oppervlak van een object per oppervlakte-eenheid waarover de kracht is verspreid. De SI-eenheid voor druk is pascal [Pa] en is gelijk aan newton per vierkante meter. De standaard luchtdruk (gedefinieerd als één atmosfeer, of 1 atm) op zeeniveau is vastgelegd op 101.325 kPa, wat pascal een vrij lastige eenheid maakt om mee te werken. In hydraulische toepassingen is het gebruikelijker om de metrische eenheid [bar] te gebruiken, die gelijk is aan 100kPa (ongeveer 10 ton per vierkante meter), of de Britse eenheid [psi] (pond per vierkante duim (inch), ongeveer 690 kg per vierkante meter).  Een perfect vacuüm is gedefinieerd als een ruimte waarin alle materie ontbreekt. Per definitie is de absolute druk van een perfect vacuüm nul, hoewel in de praktijk het onmogelijk is om een perfect vacuüm te bereiken.

Grafische uitbeelding van de relatie tussen verschillende drukeenheden.

Er zijn verschillende referenties waaraan druk wordt gemeten en deze zijn:

• Absolute druk (P_abs), gemeten in verhouding tot een perfect vacuüm.
• Relatieve druk (P_rel), gemeten in verhouding tot de omringende atmosferische buitenluchtdruk, soms uitgedrukt in Bar(G) (Bar rel of gewoon Bar)
• Differentiële druk (P_diff), gemeten tussen twee punten in een systeem.
• Onderdruk (Vacuümdruk) (P_vac), gemeten in verhouding tot de atmosferische druk.  

Magneetventielen voor Vacuümtoepassingen

Bij het kiezen van het juiste ventiel voor vacuümtoepassingen moeten verschillende factoren in acht genomen worden zoals:

• circuitfunctie (2-weg, 3-weg, enz.),
• stroomsnelheid (Kv-waarde),
• designprincipe (direct, semidirect),
• drukverschil over het ventiel in alle scenario’s,
• leksnelheid,
• responstijd.

Een voorbeeld van een toepassing in de elektronica-industrie zijn automatische ‘pick-and-place’ machines. Deze worden gebruikt om onderdelen betrouwbaar op te pakken en hebben grote stroomsnelheden nodig, maar geen hoog en constant vacuüm. Ze moeten ook een snelle responstijd hebben om een grote werksnelheid te bereiken.

Een andere toepassing is de afsluiter in de afzuigleiding van een vacuümkamer. Deze heeft over het algemeen geen snelle responstijd nodig, maar kan een hoge stroomsnelheid nodig hebben om in de kamer snel een vacuüm te creëren.

Niet alle typen magneetventielen kunnen in vacuümtoepassingen gebruikt worden, maar het is een misvatting dat geen van de standaard magneetventielen geschikt is en dat er alleen speciaal ontworpen magneetventielen gebruikt kunnen worden. Universele direct werkende of semidirect werkende magneetventielen zijn over het algemeen geschikt voor vacuümtoepassingen, omdat ze geen minimaal drukverschil nodig hebben. Indirect werkende magneetventielen hebben een bepaald drukverschil tussen de inlaat- en uitlaatpoorten nodig om te kunnen werken. Dit maakt ze ongeschikt voor toepassingen met (laag) vacuüm. Aan de andere kant, als het drukverschil over het ventiel in alle situaties groter is dan het minimaal noodzakelijke en dit gewaarborgd is door het systeemontwerp, zouden deze indirect werkende ventielen in theorie overwogen kunnen worden. In de praktijk is het echter aan te bevelen om alleen (semi)directe magneetventielen te overwegen. Er is een uitzondering voor indirect werkende pneumatiek magneetventielen met externe stuurdruk, zoals verderop beschreven zal worden.

2-Weg Magneetventielen

Een 2/2-weg magneetventiel heeft twee poorten en twee posities (open en dicht) en kan NC (Normally Closed / normaal gesloten; opent wanneer aangestuurd) of NO (Normally Open / normaal geopend; sluit wanneer aangestuurd) zijn. Voorbeelden van (semi)direct aangestuurde magneetventielen die geschikt zijn voor vacuüm, zijn de CM-D, ST-D, ST-S en DF-S series.

Geschikte ventielen voor  vacuüm, van links naar rechts: CM-D serie (2mm opening), ST-D (3mm opening), ST-S (10.5mm opening), DF-S (16-50mm opening)

3-Weg Magneetventielen

Een 3/2-weg ventiel heeft drie poorten en twee posities en kan verschillende circuitfuncties hebben, zoals NC, NO schakelend of universeel. Een voorbeeld van een toepassing is het aansturen van een zuignap. Een poort wordt op de zuignap aangesloten, een poort op een vacuümleiding en een poort aan de atmosferische druk. De direct aangestuurde 3/2-weg ventielen van JP Fluid Control TW-series kunnen voor deze vacuümtoepassingen gebruikt worden.

The JP Fluid Control TW-series is een geschikt 3/2-weg magneetventiel voor vacuüm.

Pneumatische Magneetventielen (3/2, 4/2, 5/2-Weg)

Magneetventielen voor pneumatiek hebben een andere constructie dan universele magneetventielen en zijn over het algemeen indirect werkend. Als ze aangestuurd worden, ontsnapt er een klein beetje lucht naar de buitenlucht dat gebruikt is om het ventiel aan te sturen. Het magneetventiel kan aangestuurd worden door gebruik te maken van de pneumatische lijndruk (intern aangestuurd) of door gebruik te maken van een externe persluchtaanvoer (extern aangestuurd). Intern aangestuurde ventielen zijn het meest gangbaar en niet geschikt voor vacuümtoepassingen. Extern aangestuurde ventielen kunnen geschikt zijn voor vacuüm, mits ze voorzien zijn van een externe persluchtaanvoer.

Extra Overwegingen

Het is belangrijk te melden dat de meeste magneetventielen een vastgestelde stroomrichting hebben. Dit betekent dat het vacuüm (de vacuümkant) verbonden moet worden met de uitlaat poort van het ventiel. Hierbij stroomt lucht van de inlaatpoort, waar hogere druk heerst, naar de uitlaatpoort, waar lagere druk heerst.

Systemen met een ultrahoog vacuüm hebben strikte lekvoorschriften voor ventielen en hiervoor zijn speciaal ontworpen magneetventielen nodig om het vacuüm over een langere tijd te behouden.

Verdere informatie

Klik één van de onderstaande links voor meer informatie: