Hoe Werkt een Magneetklep

Figuur 1: 2/2-weg magneetklep

Een magneetklep is een elektrisch gestuurd ventiel. Het ventiel heeft een elektrische spoel met een beweegbare ferromagnetische kern (plunjer) in het midden. In de ruststand sluit de plunjer een kleine doorlaat af. Als er spanning over de spoel wordt gezet, creëert het een magnetisch veld. Het magnetisch veld beweegt de plunjer omhoog waardoor de doorlaat opent. Dit is het basisprincipe dat wordt gebruikt om magneetventielen te openen en te sluiten.

Opmerkingen over de magneetklep:

• Alleen te gebruiken voor schone vloeistoffen en gassen.
• Indirecte ventielen hebben een drukverschil nodig om te kunnen functioneren.
• Worden gebruikt om de mediumstroom te stoppen, te openen, te doseren, te verdelen of te mengen door middel van 2 of meer poorten.
• Snelwerkend
• Opties voor handmatige override, ATEX, gas goedkeuring, mediascheiding en meer
• Kan warm worden, omdat er elektriciteit nodig is om te schakelen en in die positie te blijven (afhankelijk van het type)
• Wordt vaak gebruikt in verwarmingssystemen, perslucht, vacuüm, irrigatie, autowasstraten, enz.

Inhoudsopgave

• Hoe werkt een magneetklep?
• Circuitfuncties van magneetkleppen
• Magneetklep typen
• Magneetklep werking
• Goedkeuringen voor magneetkleppen
• Speciale magneetklep functies
• Selectie criteria
• Magneetklep toepassingen
• FAQ

Hoe werkt een magneetklep?

Figuur 2: Onderdelen van een magneetklep; spoel (A); armatuur (B); shading ring (C); veer (D); plunjer (E); afdichting (F); klepbehuizing (G)

Een magneetklep bestaat uit twee hoofdcomponenten: een spoel en een klepbehuizing (G). Figuur 2 toont de componenten. Een magneetklep heeft een spoel (A) rond een ferromagnetische kern in het midden, die de plunjer (E) wordt genoemd. In rust kan het normaal open (NO) of normaal gesloten (NC) zijn. In onbekrachtigde toestand is een normaal open klep open en een normaal gesloten klep gesloten. Door de spoel van een voltage te voorzien creëert het een magnetisch veld. Zodra deze sterker is dan de veerkracht (D) zal de plunjer door het veld aangetrokken worden. Als de klep normaal gesloten is, wordt de plunjer opgetild, zodat de doorlaat opent en het medium door de klep kan stromen. Als de klep normaal open is, beweegt de plunjer naar beneden, zodat de afdichting (F) de opening blokkeert en de doorstroming van het medium door de klep stopt. De shading ring (C) voorkomt trillingen en zoemen in wisselspanning-spoelen.

Magneetkleppen worden gebruikt in een breed toepassingsgebied, met hoge of lage drukken en kleine of grote vloeistofstromen. Deze magneetkleppen maken gebruik van verschillende werkingsprincipes die optimaal zijn voor verschillende toepassingen. De drie belangrijkste worden in dit artikel toegelicht: direct, indirect en semi-direct werkend.

Circuitfuncties van magneetkleppen

Magneetkleppen worden gebruikt om de gas- of vloeistofstroom in een leiding te sluiten, te openen, te doseren, te verdelen of te mengen. Het specifieke doel van een magneetventiel wordt uitgedrukt door zijn circuitfunctie. Een overzicht van 2-weg en 3-weg magneetkleppen vindt u hieronder. Voor een diepgaand begrip van de symbolen en het begrijpen van de schakelfunctie schemas kunt u onze pagina met ventiel symbolen raadplegen.

2-Weg magneetklep

Een 2-weg magneetklep heeft twee poorten, een inlaat en een uitlaat. De stromingsrichting is van cruciaal belang voor een goede werking, deze wordt meestal met een pijl aangegeven. Een 2-weg klep wordt gebruikt om de mediumstroom te openen of te sluiten. Figuur 3 toont een voorbeeld van een 2-weg magneetklep.

Figuur 3: 2-weg magneetklep

3-Weg magneetklep

Een 3-wegklep heeft drie aansluitpoorten. Meestal heeft het 2 toestanden (posities) waarin het kan staan. Het schakelt dus tussen twee verschillende circuits. Een 3-wegklep wordt gebruikt om de mediumstroom te openen, te sluiten, te distribueren of te mixen. Figuur 4 toont een voorbeeld van een 3-weg magneetventiel.

Figuur 4: 3-weg magneetklep

Magneetklep typen

Normaal gesloten magneetklep (NC)

Figuur 5: Werkingsprincipe van een normaal gesloten magneetklep: onbekrachtigd (links) & bekrachtigd (rechts)

Bij een normaal gesloten magneetklep is de klep gesloten wanneer deze onbekrachtigd is en de doorlaat gesloten is. Wanneer er stroom door de spoel loopt, dwingt een elektromagnetisch veld de plunjer omhoog. Hierdoor opent de doorlaat en kan het medium door de klep stromen. Figuur 5 toont het werkingsprincipe van een normaal gesloten magneetklep wanneer deze niet en wel bekrachtigd is.

Normaal open magneetklep (NO)

Figuur 6: Werkingsprincipe van een normaal open magneetklep: onbekrachtigd (links) & bekrachtigd (rechts)

Bij een normaal open magneetklep is de klep open wanneer deze onbekrachtigd is en het medium er doorheen kan stromen. Wanneer de spoel wordt bekrachtigd, creëert het een elektromagnetisch veld die de veerkracht overwint en de plunjer naar beneden drukt. De afdichting zit dan op de doorlaat en sluit deze af, wat voorkomt dat het medium door de klep stroomt. Figuur 6 toont het werkingsprincipe van een normaal open magneetklep in de onbekrachtigde en bekrachtigde toestand. Een normaal open magneetventiel is ideaal voor toepassingen waarbij de klep voor langere tijd open moet zijn, omdat deze dan energiezuiniger is.

Bi-stabiele magneetklep

Een bi-stabiele magneetklep kan worden geschakeld met een kortstondige puls. Het blijft dan in die stand staan zonder stroom. Daarom is een bi-stabiele klep niet normaal open of normaal gesloten, omdat het in de huidige positie blijft als er geen stroom wordt gebruikt. Ze doen dit door gebruik te maken van permanente magneten, in plaats van een veer.

Magneetklep werking

Direct gestuurd

Figuur 7: Werkingsprincipe van de direct werkende magneetklep en componenten: spoel (A); armatuur (B); schadowring (C); veer (D); plunjer (E); afdichting (F); klepbehuizing (G)

Direct gestuurde (direct werkende) magneetkleppen hebben een eenvoudig werkingsprincipe. De componenten zijn te zien in figuur 7. Bij een normaal gesloten klep blokkeert de plunjer (E) zonder spanning de opening met de klepafdichting (F). Een veer (D) dwingt deze sluiting af. Wanneer er spanning op de spoel (A) wordt gezet, ontstaat er een elektromagnetisch veld dat de plunjer naar boven trekt en de veerkracht overwint. Dit opent de doorlaat en laat het medium doorstromen. Een normaal open klep heeft dezelfde componenten, maar werkt andersom.

De maximale werkdruk en het maximale debiet zijn direct gerelateerd aan de diameter van de opening en de magnetische kracht van de magneetklep. Daarom wordt een direct werkende magneetklep meestal gebruikt voor relatief kleine debieten. Direct werkende magneetventielen hebben geen minimale werkdruk of drukverschil nodig, zodat ze kunnen worden gebruikt vanaf 0 bar tot aan de maximaal toegestane druk.

Indirect gestuurd (servo- of pilotgestuurd)

Figuur 8: Werkingsprincipe van de indirect gestuurde magneetklep

Indirect werkende magneetkleppen (ook wel servo- of pilotgestuurd genoemd) gebruiken het drukverschil over de klep om de klep te openen en te sluiten. Daarom hebben ze meestal een minimum drukverschil van ongeveer 0,5 bar nodig. Het werkingsprincipe van een indirect werkende magneetklep is te zien in figuur 8.

De in- en uitlaatpoorten zijn gescheiden door een rubberen membraan, ook wel diafragma genoemd. Het membraan heeft een klein gaatje, zodat het medium vanuit de inlaat naar het bovenste compartiment kan stromen. Bij een normaal gesloten, indirect werkende magneetklep zorgt de inlaatdruk (boven het membraan) en de veer boven het membraan ervoor dat de klep gesloten blijft. De kamer boven het membraan is via een klein kanaal verbonden met de lage druk poort. Deze verbinding wordt in gesloten toestand geblokkeerd door de plunjer en de klepafdichting. De diameter van deze "pilot" opening is groter dan de diameter van het gat in het membraan. Wanneer de elektromagneet onder spanning staat, wordt de pilot-opening geopend. Hierdoor daalt de druk boven het membraan. Door het drukverschil over het membraan wordt het membraan opgetild en kan het medium van inlaatpoort naar uitlaatpoort stromen. Een normaal geopende klep heeft dezelfde componenten, maar werkt andersom.

De extra drukkamer boven het membraan werkt als een versterker, zodat een kleine solenoïde toch een groot debiet kan regelen. Indirecte magneetkleppen worden alleen gebruikt voor een mediumstroom in één richting. Indirecte magneetventielen worden gebruikt in toepassingen met een toereikend drukverschil en een hoog gewenst debiet.

Semi-direct gestuurd

Figuur 9: Semi-direct gestuurde magneetklep werkingsprincipe

Semi-direct werkende magneetkleppen combineren de eigenschappen van directe en indirecte kleppen. Hierdoor werken ze vanaf nul bar, maar kunnen ze nog steeds een hoog debiet aan. Ze lijken op indirecte kleppen en hebben ook een beweegbaar membraan met een kleine opening en drukkamers aan beide zijden. Het verschil is dat de plunjer direct met het membraan is verbonden. Het werkingsprincipe van een semi-direct gestuurde magneetklep is te zien in figuur 9.

Wanneer de plunjer wordt opgetild, tilt deze het membraan direct op om zo de klep te openen. Tegelijkertijd wordt een tweede opening geopend door de plunjer, deze heeft een iets grotere diameter dan de eerste opening in het membraan. Hierdoor daalt de druk in de kamer boven het membraan. Hierdoor wordt het membraan niet alleen door de plunjer opgetild, maar ook door het drukverschil.

Deze combinatie resulteert in een klep die werkt vanaf 0 bar en een relatief groot debiet aankan. Semi-direct gestuurde kleppen hebben vaak krachtigere spoelen dan indirect gestuurde kleppen. Semi-direct gestuurde kleppen worden ook wel assisted-lift magneetventielen genoemd.

3-weg direct gestuurd

Een 3-weg magneetklep heeft drie poorten, dus afhankelijk van of u een menging (twee inlaten en een uitgang) of schakeling (een inlaat en twee uitgangen) wilt, heeft dit invloed op de werkwijze. Bepaalde ventielen kunnen ook in beide richtingen werken, wat een universele schakelfunctie wordt genoemd. In elke toestand zijn slechts 2 poorten verbonden. Figuur 10 toont een voorbeeld van een 3-weg direct gestuurde magneetklep.

Figuur 10: 3-weg direct gestuurd magneetklep werkingsprincipe

Er zijn slechts twee poorten tegelijkertijd verbonden. In figuur 10 heeft de plunjer aan de boven- en onderkant een opening met twee klepzittingen. Op elk moment is er één open en één gesloten om het medium in de gewenste stroomrichting te leiden. Hieronder staan voorbeelden van circuit functies voor een normaal gesloten klep (tegenovergesteld voor een normaal open afsluiter).

• Schakelend 3-weg magneetklep: Figuur 10 heeft een inlaat (linksonder) en twee uitgangen (rechtsboven en rechtsonder). De plunjer blokkeert de onderste opening niet, wat betekent dat het medium van de inlaat naar de bovenste uitgang gaat. Wanneer dit wel het geval is, blokkeert de plunjer de bovenste uitgang. Dit leidt het medium van de inlaat naar de uitgang rechtsonder.
• Mengend 3-weg magneetklep: Figuur 10 heeft twee inlaten (rechtsboven en rechtsonder) en een uitlaat (linksonder). De plunjer blokkeert de onderste opening niet, wat betekent dat het medium van de bovenste inlaat naar de uitlaat gaat. Wanneer spanning over de spoel staat, wordt de plunjer omhoog geforceerd waardoor de bovenste aansluiting wordt afgesloten. Dit leidt het medium van de rechter inlaat naar de uitlaat.
• Universeel 3-weg magneetklep: Deze kleppen werken vergelijkbaar met een schakelend 3-weg magneetventiel. Als u naar afbeelding 11 kijkt, kan het medium in beide richtingen stromen, maar toch zijn er maar twee poorten op een bepaald moment verbonden.

Goedkeuringen voor magneetkleppen

Afhankelijk van de toepassing kunnen bepaalde goedkeuringen voor de afsluiter nodig zijn. Het hebben van een klep met een bepaalde goedkeuring zorgt ervoor dat deze voldoet aan de eisen van de toepassing. Veel voorkomende goedkeuringen zijn:

• UL/UR: Underwriters Laboratories inspecteert en certificeert producten op hun veiligheid.
• Drinkwater: Zorgt ervoor dat het geschikt is voor drinkwater. Zie voor meer informatie onze pagina over ventielen, leidingen en slangen voor drinkwater. Veel voorkomende goedkeuringen zijn:
  • Kiwa: Het Kiwa-watermerk is bedoeld voor producten die in contact komen met drinkwater voor de Nederlandse markt.
  • NSF: Goedkeuring van drinkwater voor Noord-Amerika.
  • WRAS: Naleving van de voorschriften voor watervoorziening in het Verenigd Koninkrijk of de Schotse Byelaws voor de veiligheid van materialen en mechanische testen.
  • KTW: Toelating voor kunststoffen en niet-metalen materialen voor gebruik met drinkwater in Duitsland.
  • ACS (Attestation De Conformite Sanitaire): De ACS is een goedkeuring van de materiaalveiligheid verplicht voor alle materialen en producten die in contact komen met drinkwater in Frankrijk.
  • Watermark: Certificering voor sanitair en drainage producten voor verkoop in Australië en Nieuw-Zeeland.
  • FDA: Amerikaanse Food and Drug Administration
• ATEX-versie: ATEX-certificering is bestemd voor explosiebeveiliging. Zie voor meer informatie de ATEX-richtlijnen voor kleppen en fittingen.
• CE-certificering: CE-certificering betekent dat alle producten in de Europese Economische Ruimte voldoen aan hoge eisen op het gebied van veiligheid, gezondheid en milieubescherming. Voor meer informatie, zie onze CE-certificering pagina.
• Gasuitvoering: Afsluiters voor gastoepassingen hebben een DVGW-goedkeuring voor gebruik in gasverbrandingsapparaten als automatische afsluiter. Meer informatie vindt u op onze pagina over gas certificeringen.
• IP-classificatie: De IP-waarde van een afsluiter verklaart de bescherming tegen stof en water. Meer informatie vindt u op onze pagina over de IP-classificatie.

Speciale magneetklep functies

• Stroombesparing: Er wordt een korte puls gebruikt om de klep te openen of te sluiten en de elektrische stroom wordt ver genoeg gereduceerd om de klep in die stand te houden. Dit helpt bij het besparen van energie.
• Vergrendeling: Vergrendeling of pulsspoelversie biedt een oplossing voor toepassingen met laagfrequente schakeling. Het ventiel wordt gevoed door een korte elektrische puls om de plunjer te bewegen. Een permanente magneet wordt dan gebruikt om de plunjer in die positie te houden zonder dat er een extra veer of magnetisch veld aanwezig is. Dit verlaagt het stroomverbruik en de warmteontwikkeling in de klep.
• Hoge druk: De hoge druk versies zijn ontworpen voor gebruik tot 250 bar.
• Handmatige override: De optionele handmatige override functie zorgt voor meer veiligheid en gemak tijdens de ingebruikname, het testen, het onderhoud en bij een stroomstoring. Bij sommige versies kan het ventiel niet elektrisch worden bediend wanneer de handmatige bediening is vergrendeld.
• Media scheiding: Het scheiden van het medium van de werkende delen van de klep maakt het mogelijk om de klep bij agressieve of licht vervuilde media te gebruiken. ,
• Vacuüm: Afsluiters die geen minimum drukverschil vereisen zijn geschikt voor ruwe vacuüms. Universele direct of semi-direct gestuurde magneetkleppen zijn goed geschikt voor deze toepassingen. Er zijn speciale vacuüm uitvoeringen beschikbaar voor strengere eisen op het gebied van lekdichtheid.
• Instelbare reactietijd: De tijd die het ventiel nodig heeft om te openen of te sluiten kan worden aangepast, meestal door het draaien van schroeven op het ventiel lichaam. Deze functie wordt gebruikt om waterslag te voorkomen.
• Standterugmelding: De schakelstatus van een magneetklep kan worden aangegeven met een elektrische of optische positieterugkoppeling als binair of NAMUR-signaal. NAMUR is een sensor uitgang die de aan- of uitstand van de klep aangeeft.
• Laag geluidsniveau: De ventielen hebben een dempend ontwerp om de hoeveelheid geluid tijdens het sluiten van de klep te verminderen.

Selectie criteria

Het is essentieel om uw toepassing te begrijpen voordat u een magneetklep selecteert. Enkele belangrijke selectiecriteria zijn de volgende:

• Type magneetklep: Bepaal of uw toepassing een 2-weg of 3-weg magneetventiel nodig heeft.
• Behuizing materiaal: Bepaal het behuizingsmateriaal van het ventiel op basis van de chemische eigenschappen en de temperatuur van het medium, maar ook de omgeving waarin het ventiel zich bevindt. Messing wordt over het algemeen gebruikt voor neutrale media. Roestvrij staal heeft een goede chemische, temperatuur- en drukbestendigheid. PVC en polyamide worden vaak gebruikt, omdat ze kostenefficiënt zijn. Ze worden echter ook gebruikt in hoogwaardige toepassingen met agressieve chemicaliën. Houd er rekening mee dat de mechanische onderdelen, zoals de roestvrijstalen plunjer en de veer, in contact staan met het medium en ook compatibel moeten zijn. Er zijn speciale medium gescheiden kleppen beschikbaar waar deze onderdelen door een membraan van de vloeistof worden gescheiden. Zie het artikel Selecteer het juiste behuizingsmateriaal voor uw magneetventiel voor meer informatie.
• Afdichtingsmateriaal: Het afdichtingsmateriaal moet worden geselecteerd op basis van de chemische eigenschappen en de temperatuur van het medium. NBR, EPDM, FKM (Viton) en PTFE (Teflon) zijn gangbare opties. Raadpleeg het artikel Selecteer het juiste afdichtingsmateriaal voor uw magneetventiel voor een overzicht van de chemische bestendigheid van de afdichtingsmaterialen.
• Voltage: Magneetventielen zijn verkrijgbaar in AC- en DC-uitvoeringen, met elk hun eigen kleine voor- en nadelen. Raadpleeg het artikel Kiezen van een AC- of DC-spoel voor een magneetventiel voor meer informatie.
• Ventielfunctie: Afhankelijk van de bedrijfstijd kunt u een normaal open of normaal gesloten klep kiezen. De meeste magneetventielen zijn normaal gesloten. Als de openingstijd van de klep langer is dan de sluitingstijd, heeft een normaal open klep de voorkeur. Bi-stabiel, of vergrendeling, is ook een optie.
• Druk: Het ventiel moet bestand zijn tegen de maximale druk van uw toepassing. Het is net zo belangrijk om de minimale druk in acht te nemen, omdat een te hoog drukverschil ertoe kan leiden dat het ventiel faalt.
• Werkingstype: Bepaal of uw toepassing een direct, indirect of semi-direct magneetventiel nodig heeft.
• Temperatuur: Zorg ervoor dat het materiaal van de klep bestand is tegen de minimum- en maximumtemperatuur van uw toepassing. De temperatuur is ook van essentieel belang om de capaciteit van de klep te bepalen, omdat dit de viscositeit en het debiet van de vloeistof beïnvloedt.
• Reactietijd: De reactietijd van een ventiel is de tijd die nodig is om een ventiel tussen open en gesloten stand te schakelen of vice versa. Kleine direct werkende magneetkleppen reageren veel sneller dan semi-directe of indirect gestuurde kleppen.
• Goedkeuringen: Zorg ervoor dat het ventiel, afhankelijk van de toepassing, op de juiste manier is gecertificeerd.
• Mate van bescherming: Zorg ervoor dat de klep de juiste IP-klasse heeft voor bescherming tegen stof, vloeistof, vocht en contact.

Magneetklep toepassingen

Figuur 11: Watertanks gebruiken magneetkleppen om de toevoer of afvoer van water te regelen

Veel voorkomende huishoudelijke en industriële magneetklep toepassingen zijn onder andere:

• Koelsystemen maken gebruik van magneetkleppen om de stroom van koelmiddelen om te keren. Dit helpt bij het koelen in de zomer en het verwarmen in de winter.
• Irrigatiesystemen maken gebruik van magneetventielen met automatische regeling.
• Vaatwassers en wasmachines gebruiken magneetventielen om de watertoevoer te regelen.
• Airconditioningsystemen maken gebruik van magneetventielen om de luchtdruk te regelen.
• Magneetventielen worden gebruikt in automatische vergrendelingssystemen voor deurvergrendelingen.
• Medische en tandheelkundige apparatuur gebruiken magneetventielen om de stroming, de richting en de druk van de vloeistof te regelen.
• Autowasserettes om de water- en zeeptoevoer te regelen.
• Apparatuur voor industriële reiniging

FAQ

Waarvoor wordt een magneetklep gebruikt?

Een magneetklep wordt gebruikt voor het openen, sluiten, mengen of omleiden van de mediumstroom in een toepassing. Ze worden gebruikt in een breed scala van toepassingen zoals vaatwassers, autos en irrigatie.

Hoe weet u of uw magneetklep defect is?

Als de magneetklep niet open of dicht gaat, gedeeltelijk open is, een zoemend geluid maakt of een uitgebrande spoel heeft, moet u de spoel van de klep controleren. Raadpleeg de gids voor probleemoplossing voor meer informatie.

Hoe kies ik een magneetklep?

Bij het kiezen van een magneetventiel is het belangrijk om uw medium te kennen. Afhankelijk van het medium- en de debietvereisten, kiest u het materiaal, de doorlaatgrootte, de temperatuur resistentie, de maximale werkdruk, de spanning, de reactietijd en de certificering(en) die nodig zijn voor uw toepassing. Raadpleeg de selectiegids voor magneetventielen voor meer informatie.

Wat is een solenoïde?

Een solenoïde is een elektrische spoel die om een ferromagnetische stof (zoals ijzer) is gewikkeld en die als elektromagneet optreedt wanneer de stroom er doorheen wordt geleid.

Hoe werkt een magneetklep?

Wanneer er spanning over de spoel wordt gezet, ontstaat er een elektromagnetisch veld. Dit elektromagnetische veld zorgt ervoor dat de plunjer op of neer beweegt. Dit mechanisme wordt door magneetkleppen gebruikt om de klep te openen of te sluiten.

Aanvullende magneetventielartikelen

In dit artikel worden alleen 2-weg en 3-weg magneetkleppen behandeld. Proportionele en pneumatische magneetkleppen worden hier in aparte artikelen besproken:

• Proportioneel gestuurd magneetventiel
• Magneetventiel voor pneumatiek
• 3/2-Weg pneumatiek ventiel
• 5/2 en 4/2-weg ventielen voor pneumatiek

Maandelijkse nieuwsbrief

• Wie: Voor iedereen met interesse in fluid control technologie!
• Waarom: Heldere en interessante technische informatie over ons vakgebied in een compact maandelijks overzicht.
• Wat: Nieuwe producten, technische achtergrondartikelen, video’s, aanbiedingen, branche info, en nog veel meer waarvoor u zich moet aanmelden om het te zien!