Richtingregelventiel - Hoe ze werken

Richtingregelventielen sturen de stroom van perslucht of olie naar verschillende apparaten in pneumatische systemen. Ze worden gebruikt in verschillende toepassingen, zoals het bedienen van cilinders, grotere industriële ventielen of luchtgereedschap. Deze ventielen hebben meerdere poorten en voeren verschillende functies uit binnen een circuit. Richtingregelventielen kunnen op verschillende manieren worden bediend, zoals handmatig of met een magneetventiel. Dit artikel verkent de verschillende soorten magneetventiel-gestuurde richtingregelventielen die in pneumatische systemen worden gebruikt.

Inhoudsopgave

• Hoe werkt een richtingregelventiel
• Energieverbruik en werkingsmechanisme
• Toepassingsoverwegingen
• Mono-stabiele en bi-stabiele ventielen
• Soorten pneumatische richtingregelventielen
  • 2/2-weg ventiel
  • 3/2-weg ventiel
  • 5/2-weg ventiel
  • 5/3-weg ventiel
• Namur standaard

Hoe werkt een richtingregelventiel

Pneumatische magneetventielen hebben over het algemeen een spoelontwerp. Ze bestaan uit een aluminium behuizing met een cilindrisch gat. De verschillende poorten van het ventiel zijn verbonden met de cilinder. Een schuivende spoel in de cilinder heeft verschillende afdichtingen langs zijn lengte. Door de spoel heen en weer door de cilinder te schuiven, kunnen verschillende poorten worden verbonden of afgesloten. Het is moeilijk om een afdichting te creëren zonder enige lekkage met het spoelontwerp. Daarom hebben pneumatische magneetventielen altijd een zeer kleine (maar acceptabele) interne lekkage. Bovendien zijn deze ventielen bidirectioneel.

Energieverbruik en werkingsmechanisme

Pneumatische magneetventielen hebben een laag energieverbruik. Dit komt voornamelijk door de relatief kleine kracht die nodig is om de spoel binnen de ventielbehuizing te verplaatsen. De luchtdruk die op de spoel wordt uitgeoefend, heeft een beperkte invloed op deze kracht, waardoor de werking van deze ventielen minder energie-intensief is. Bovendien is de kracht die door de veer in monostabiele ventielen (ventielen die terugkeren naar een standaardpositie wanneer ze niet worden bediend) wordt uitgeoefend minimaal, wat de benodigde energie voor de werking verder vermindert.

Werkingsmechanisme

De werking van pneumatische magneetventielen wordt vaak vergemakkelijkt door een pilootbedieningsmechanisme, dat direct of indirect (pilootbediend) kan zijn:

• Pilootbediende ventielen: In dit ontwerp bedient de magneet het ventiel niet direct. In plaats daarvan regelt het de luchtdruk die het ventiel bedient. Deze indirecte methode vermindert de kracht die van de magneet wordt vereist aanzienlijk, aangezien het grootste deel van de bedieningskracht afkomstig is van de luchtdruk zelf. Dit systeem maakt het mogelijk om kleinere, energiezuinigere magneten te gebruiken, wat bijdraagt aan de algehele energie-efficiëntie van het ventiel.
• Intern vs extern gepiloteerd: Pneumatische magneetventielen kunnen intern of extern gepiloteerd zijn.
  • Intern gepiloteerde ventielen gebruiken de luchtdruk die het ventiel binnenkomt voor bediening, waarbij een verschildruk tussen 0,1 en 1,5 bar nodig is om goed te functioneren, waardoor ze ongeschikt zijn voor toepassingen met lage druk of vacuüm vanwege mogelijke storingen in de schakeltoestanden als de inlaatdruk te laag is.
  • Extern gepiloteerde ventielen zijn afhankelijk van een aparte luchtdrukbron voor bediening, wat hen onderscheidt van intern gepiloteerde ventielen die de inkomende luchtdruk gebruiken.

Toepassingsoverwegingen

Het wordt niet aanbevolen om pneumatische magneetventielen te gebruiken voor andere media zoals water of olie. Veel pneumatische magneetventielen zijn intern gestuurd en ventileren een minimale hoeveelheid lucht die nodig is om het ventiel te activeren. Een klein verlies van lucht naar de omgeving is in de meeste toepassingen acceptabel, maar niet in het geval van water, olie of andere soorten media. Ook zijn de ventielmaterialen geoptimaliseerd voor gebruik met lucht. Meestal is het ventiel gemaakt van aluminium onderdelen en NBR of HNBR afdichtingen. Andere media dan lucht kunnen corrosie of andere chemische reacties veroorzaken, wat een negatieve invloed kan hebben op de levensduur van het ventiel. Lees onze gids voor chemische bestendigheid voor meer informatie over ventielmaterialen en hun compatibiliteit met verschillende media.

Mono-stabiele en bi-stabiele ventielen

• Een mono-stabiel ventiel blijft in zijn oorspronkelijke positie met een veer (die kan worden aangedreven door lucht of elektriciteit). Wanneer het ventiel wordt geactiveerd (zoals het inschakelen van een magneet), beweegt het naar zijn actieve toestand. Zodra de toevoer van stroom wordt gestopt, gaat het ventiel terug naar zijn startpositie. Deze ventielen worden ook wel enkelwerkende magneetventielen genoemd.
• Een bi-stabiel ventiel verandert van positie met een snelle actie en blijft daar. Het gaat niet terug naar de oorspronkelijke positie nadat de actie stopt. Een bi-stabiel magneetventiel heeft meestal een magneet aan elk uiteinde, waarbij elk uiteinde een andere positie controleert. Deze worden ook wel dubbelwerkende magneetventielen genoemd.

Pneumatische richtingsventieltypen

Luchtrichtingsventielen worden weergegeven door twee getallen. Het eerste getal geeft aan hoeveel poorten het ventiel heeft, en het tweede getal is het aantal toestanden. Bijvoorbeeld, een 2/2-weg ventiel heeft twee poorten (in/uit) en twee toestanden (open/gesloten). Een 5/2-weg ventiel heeft vijf poorten en twee toestanden. Richtingsventielen hebben meestal twee, drie of vijf poorten. De volgende secties leggen de verschillende typen in detail uit. Lees ons ventielsymbolen artikel voor meer details over de symbolen voor richtingsventielen.

2/2-weg ventiel

Het eenvoudigste en meest voorkomende type ventiel is het 2/2-weg ventiel. Het heeft twee poorten en twee posities (open en gesloten), daarom wordt het vaak een afsluitventiel genoemd. Deze ventielen functioneren voornamelijk als basis aan/uit schakelaars in pneumatische systemen, waarbij ze de luchtstroom regelen door deze ofwel door te laten of volledig te blokkeren. Hun rol in pneumatische systemen is meer gericht op eenvoudige aan/uit controle taken dan op complexe richtingscontrole, waardoor ze minder vaak voorkomen in vergelijking met andere ventieltypen die zijn ontworpen voor meer specifieke pneumatische operaties.

3/2-weg ventiel

Een 3/2-weg luchtregelventiel, gekenmerkt door zijn drie poorten en twee posities, speelt een cruciale rol in pneumatische systemen, vooral bij de werking van enkelwerkende cilinders. Dit type ventiel is ontworpen om de luchtstroom te regelen op een manier die een cilinder in staat stelt uit te breiden of in te trekken en vervolgens terug te keren naar zijn oorspronkelijke positie, klaar voor de volgende cyclus. De toevoeging van een derde poort onderscheidt het van eenvoudigere 2/2-weg ventielen, waardoor de essentiële functionaliteit voor het ontluchten van de cilinder na elke actie wordt geboden. Specifieke toepassingen van 3/2-weg ventielen zijn:

• Enkelwerkende cilinderbesturing: Enkelwerkende cilinders hebben lucht nodig om in één richting uit te schuiven en moeten vervolgens worden ontlucht om in te trekken. De 3/2-wegklep beheert dit proces efficiënt door lucht te leveren om de cilinder uit te schuiven en vervolgens van positie te wisselen om de cilinder te ontluchten, waardoor deze kan intrekken.
• Pneumatische besturingssystemen: In systemen waar nauwkeurige controle over een enkele actie nodig is, zoals in geautomatiseerde assemblagelijnen, verpakkingsmachines of materiaalbehandelingssystemen, bieden 3/2-wegkleppen de nodige controle en betrouwbaarheid.
• Actuatie van pneumatische gereedschappen: Veel pneumatische gereedschappen hebben een luchtstoot nodig om te werken en moeten vervolgens worden gereset. 3/2-wegkleppen zijn ideaal voor deze toepassingen, omdat ze de benodigde luchttoevoer op aanvraag en de daaropvolgende ontluchting bieden.

Net als 2/2-wegkleppen kunnen 3/2-wegkleppen mono-stabiel of bi-stabiel zijn. Mono-stabiele 3/2-wegkleppen kunnen worden ontworpen om normaal gesloten of normaal open te zijn, afhankelijk van de vereisten van de toepassing.

5/2-wegklep

Een 5/2-wegklep heeft vijf poorten en twee toestanden. 5/2-weg pneumatische magneetventielen zijn veelzijdige componenten die in verschillende pneumatische systemen worden gebruikt om de luchtstroomrichting te regelen, waardoor de beweging van actuatoren, zoals cilinders of zuigers, in twee richtingen (bijvoorbeeld uit- en inschuiven) wordt beheerd. 5/2-wegkleppen kunnen mono-stabiel of bi-stabiel zijn.

5/3-wegklep

5/3-weg pneumatische magneetventielen zijn geavanceerde componenten in pneumatische systemen, die nauwkeurige controle over dubbelwerkende cilinders bieden. In tegenstelling tot eenvoudigere kleppen hebben deze een derde positie waarmee een cilinder halverwege kan worden gestopt, wat nuttig is voor nauwkeurige aanpassingen of pauzes in de beweging. Deze kleppen keren automatisch terug naar de middenpositie wanneer ze niet van stroom worden voorzien, wat de veiligheid waarborgt door in geval van stroomuitval naar een neutrale toestand te gaan. Twee magneetventielen regelen de beweging om de actuator uit te schuiven of in te trekken. De belangrijkste typen 5/3-wegkleppen zijn:

• Gesloten middenstand: Blokkeert alle poorten in de middenpositie, bespaart energie en houdt de positie van de actuator stabiel zonder luchtverbruik.
• Ontluchtingsmiddenstand: Verbindt poorten met de uitlaat, waardoor handmatige beweging van de actuator mogelijk is. Dit is nuttig voor handmatige aanpassingen.
• Onder druk staande middenstand: Houdt de actuator onder druk in de middenpositie, klaar voor snelle actie. Dit is het beste voor systemen die snelle reacties nodig hebben.

5/3-weg ventielen zijn essentieel in automatisering, materiaalverwerking, verpakking en assemblagelijnen waar controle over de positionering van de actuator cruciaal is. Hun vermogen om de beweging van de actuator nauwkeurig te beheren, verbetert zowel de efficiëntie als de veiligheid in verschillende industriële toepassingen.

Namur standaard

Veel pneumatische magneetventielen hebben een gestandaardiseerd flensontwerp, waardoor directe montage op apparaten zoals pneumatische actuatoren mogelijk is. Een breed erkende standaard voor dit doel is de NAMUR-standaard (VDI/VDE 3845). Oorspronkelijk afkomstig uit Europa, specificeert deze standaard een uniforme interface voor het direct bevestigen van richtingsventielen op roterende actuatoren, en het heeft wereldwijde acceptatie gekregen. De belangrijkste aspecten van de NAMUR-standaard zijn:

• Wereldwijde acceptatie: Ondanks de Europese oorsprong wordt de NAMUR-standaard wereldwijd gebruikt, wat compatibiliteit en gemakkelijke integratie in verschillende industrieën garandeert.
• Montagemechanisme: De ventielen worden meestal met M5-schroeven aan de actuator bevestigd. In de Verenigde Staten zijn actuatoren echter vaak ontworpen met #10-24 schroefdraadpatronen om aan lokale voorkeuren te voldoen.
• Afdichting: Om lekken te voorkomen en een veilige verbinding tussen het ventiel en de actuator te garanderen, worden twee o-ringen gebruikt. Dit afdichtingsmechanisme is cruciaal voor het behoud van de efficiëntie en betrouwbaarheid van het systeem.
• Veelzijdige montageposities: Het ontwerp van de interface maakt het mogelijk om het ventiel in twee verschillende posities te monteren door het eenvoudig 180 graden te draaien. Deze flexibiliteit kan de draairichting van de actuator veranderen, afhankelijk van hoe het richtingsventiel wordt bekrachtigd, wat extra controle en aanpassingsvermogen in het systeemontwerp biedt.

Deze gestandaardiseerde aanpak vereenvoudigt de integratie van magneetventielen in pneumatische systemen, waardoor compatibiliteit en eenvoudige installatie in een breed scala aan toepassingen worden verbeterd. Door zich aan de NAMUR-standaard te houden, zorgen fabrikanten ervoor dat hun producten gemakkelijk in systemen wereldwijd kunnen worden opgenomen, wat de efficiëntie en betrouwbaarheid in pneumatische operaties bevordert. Figuur 7 toont de afmetingen voor een ventiel met G1/4" en G1/2" poorten.

Tabel 1: NAMUR-standaard flens afmetingen details

T	A	B	M
G1/4"	32	24	M5
G1/2"	45	40	M6