Magnetventile kommen überall dort zum Einsatz, wo der Durchfluss von Flüssigkeiten automatisch geregelt werden muss. Sie werden zunehmend in den unterschiedlichsten Anlagen und Geräten eingesetzt. Die Vielfalt der verfügbaren Ausführungen ermöglicht es, ein Ventil auszuwählen, das speziell auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten ist.
ALLGEMEINES
Magnetventile kommen überall dort zum Einsatz, wo der Durchfluss von Flüssigkeiten automatisch geregelt werden muss. Sie werden zunehmend in den unterschiedlichsten Anlagen und Geräten eingesetzt. Die Vielfalt der verfügbaren Ausführungen ermöglicht es, ein Ventil auszuwählen, das speziell auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten ist.
AUFBAU
Magnetventile sind Steuereinheiten, die bei elektrischer Erregung oder Entregung den Durchfluss von Flüssigkeiten entweder unterbrechen oder zulassen. Der Antrieb erfolgt über einen Elektromagneten. Bei Stromzufuhr baut sich ein Magnetfeld auf, das einen Kolben oder einen schwenkbaren Anker gegen die Kraft einer Feder zieht. Bei Stromausfall wird der Kolben oder der schwenkbare Anker durch die Federkraft in seine Ausgangsposition zurückgebracht.
VENTILBETRIEB
Je nach Betätigungsart wird zwischen direktwirkenden Ventilen, intern vorgesteuerten Ventilen und extern vorgesteuerten Ventilen unterschieden. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist die Anzahl der Anschlussstellen oder die Anzahl der Durchflusswege („Wege“).
DIREKTWIRKENDE VENTILE
Bei einem direktwirkenden Magnetventil ist die Sitzdichtung am Magnetkern befestigt. Im stromlosen Zustand ist eine Sitzöffnung geschlossen, die sich öffnet, wenn das Ventil unter Spannung steht.
DIREKTWIRKENDE 2-WEGE-VENTILE
2-Wege-Ventile sind Absperrventile mit einem Einlass- und einem Auslassanschluss (Abb. 1). Im stromlosen Zustand hält die Kernfeder mit Unterstützung des Flüssigkeitsdrucks die Ventildichtung auf dem Ventilsitz, um den Durchfluss zu unterbrechen. Bei Stromzufuhr werden der Kern und die Dichtung in die Magnetspule gezogen und das Ventil öffnet sich. Die elektromagnetische Kraft ist größer als die kombinierte Federkraft und die statischen und dynamischen Druckkräfte des Mediums.
Abbildung 1
DIREKTWIRKENDE 3-WEGE-VENTILE
Dreiwegeventile haben drei Anschlussöffnungen und zwei Ventilsitze. Eine Ventildichtung bleibt im stromlosen Zustand immer offen, die andere geschlossen. Wenn die Spule unter Spannung steht, kehrt sich der Zustand um. Das in Abb. 2 dargestellte 3-Wege-Ventil ist mit einem Kolbenkern ausgestattet. Je nachdem, wie das Fluidmedium an die Arbeitsanschlüsse in Abb. 2 angeschlossen ist, lassen sich verschiedene Betriebsarten erzielen. Der Fluiddruck baut sich unter dem Ventilsitz auf. Bei stromloser Spule hält eine konische Feder die untere Kernabdichtung fest gegen den Ventilsitz und unterbricht den Flüssigkeitsstrom. Anschluss A wird über R entlüftet. Wenn die Spule unter Spannung steht, wird der Kern eingezogen und der Ventilsitz an Anschluss R durch die federbelastete obere Kernabdichtung abgedichtet. Das flüssige Medium fließt nun von P nach A.
Abbildung 2 Im Gegensatz zu den Ausführungen mit Kolbenkern befinden sich bei Schwenkarmaturventilen alle Anschlussöffnungen im Ventilkörper. Eine Trennmembran sorgt dafür, dass das flüssige Medium nicht mit der Spulenkammer in Kontakt kommt. Mit Schwenkarmaturventilen lassen sich alle Betriebsarten von 3-Wege-Ventilen realisieren. Das grundlegende Konstruktionsprinzip ist in Abb. 3 dargestellt. Schwenkarmaturventile sind standardmäßig mit einer manuellen Übersteuerung ausgestattet.
Abbildung 3
INTERN GEFÜHRTE MAGNETVENTILE
Bei direktwirkenden Ventilen nehmen die statischen Druckkräfte mit zunehmendem Öffnungsdurchmesser zu, was bedeutet, dass die Magnetkräfte, die zur Überwindung der Druckkräfte erforderlich sind, entsprechend größer werden. Intern vorgesteuerte Magnetventile werden daher zum Schalten höherer Drücke in Verbindung mit größeren Öffnungsgrößen eingesetzt; in diesem Fall übernimmt der Differenzdruck der Flüssigkeit die Hauptarbeit beim Öffnen und Schließen des Ventils.
INTERN VORGESTEUERTE 2-WEGE-VENTILE
Intern vorgesteuerte Magnetventile sind entweder mit einem 2- oder 3-Wege-Vorsteuermagnetventil ausgestattet. Eine Membran oder ein Kolben dichtet den Hauptventilsitz ab. Der Betrieb eines solchen Ventils ist in Abb. 4 dargestellt. Wenn das Vorsteuerventil geschlossen ist, baut sich der Flüssigkeitsdruck über eine Entlüftungsöffnung auf beiden Seiten der Membran auf. Solange zwischen Einlass- und Auslassanschluss ein Druckunterschied besteht, steht aufgrund der größeren wirksamen Fläche auf der Oberseite der Membran eine Schließkraft zur Verfügung. Wenn das Vorsteuerventil geöffnet wird, wird der Druck von der Oberseite der Membran abgelassen. Die größere wirksame Nettodruckkraft von unten hebt nun die Membran an und öffnet das Ventil. Im Allgemeinen benötigen intern vorgesteuerte Ventile einen Mindestdruckunterschied, um ein zufriedenstellendes Öffnen und Schließen zu gewährleisten. Omega bietet auch intern vorgesteuerte Ventile an, die mit einem gekoppelten Kern und einer Membran ausgestattet sind und bei einem Druckunterschied von Null im Betrieb arbeiten (Abb. 5).
Abbildung 4
INTERN GESTEUERTE MEHRWEGE-MAGNETVENTILE
Intern gesteuerte 4-Wege-Magnetventile werden hauptsächlich in hydraulischen und pneumatischen Anwendungen zum Antrieb von doppeltwirkenden Zylindern eingesetzt. Diese Ventile haben vier Anschlussanschlüsse: einen Druckeinlass P, zwei Zylinderanschlüsse A und B und einen Auslassanschluss R. Ein intern vorgesteuertes 4/2-Wege-Sitzventil ist in Abb. 6 dargestellt. Im stromlosen Zustand öffnet das Vorsteuerventil an der Verbindung vom Druckeinlass zum Vorsteuerkanal. Beide Ventilsitze im Hauptventil werden nun unter Druck gesetzt und schalten um. Nun ist der Anschluss P mit A verbunden, und B kann über eine zweite Drossel durch R entlüften.
Abbildung 5
AUSSENGESTEUERTE VENTILE
Bei diesen Typen wird ein unabhängiges Steuermedium zur Betätigung des Ventils verwendet. Abb. 7 zeigt ein kolbenbetätigtes Schrägsitzventil mit Schließfeder. Im drucklosen Zustand ist der Ventilsitz geschlossen. Ein 3-Wege-Magnetventil, das für die Montage am Antrieb vorgesehen ist, steuert das unabhängige Steuermedium. Wenn das Magnetventil erregt wird, wird der Kolben gegen die Kraft der Feder angehoben und das Ventil öffnet sich. Eine normal geöffnete Ventilausführung kann erzielt werden, wenn die Feder auf der gegenüberliegenden Seite des Antriebskolbens angebracht wird. In diesen Fällen wird das unabhängige Vorsteuermedium an der Oberseite des Antriebs angeschlossen. Doppeltwirkende Ausführungen, die durch 4/2-Wege-Ventile gesteuert werden, enthalten keine Feder.
Abbildung 6
MATERIALIEN
Alle für die Herstellung der Ventile verwendeten Materialien werden sorgfältig entsprechend den unterschiedlichen Anwendungen ausgewählt. Die Materialien für Gehäuse, Dichtungen und Magnetventile werden so ausgewählt, dass Funktionalität, Flüssigkeitskompatibilität, Lebensdauer und Kosten optimiert werden.
GEHÄUSEMATERIALE
Ventilgehäuse für neutrale Flüssigkeiten werden aus Messing und Bronze hergestellt. Für Medien mit hohen Temperaturen, z. B. Dampf, ist korrosionsbeständiger Stahl erhältlich. Darüber hinaus werden in verschiedenen Kunststoffventilen Materialien aus Polyamid verwendet, die aus wirtschaftlichen Gründen eingesetzt werden.
MAGNETMATERIALIEN
Alle Teile des Magnetantriebs, die mit dem Medium in Kontakt kommen, bestehen aus austenitischem korrosionsbeständigem Stahl. Auf diese Weise ist die Beständigkeit gegen korrosive Einflüsse durch neutrale oder leicht aggressive Medien gewährleistet.
DICHTUNGSMATERIALIEN
Die besonderen mechanischen, thermischen und chemischen Bedingungen in einer Anwendung beeinflussen die Auswahl der Dichtungsmaterialien. Das Standardmaterial für neutrale Medien bei Temperaturen bis zu 194 °F ist normalerweise FKM. Für höhere Temperaturen werden EPDM und PTFE verwendet. Das Material PTFE ist universell beständig gegen praktisch alle technisch relevanten Flüssigkeiten.
DRUCKWERTE – DRUCKBEREICH
Alle in diesem Abschnitt angegebenen Druckwerte sind Überdruckwerte. Die Druckwerte sind in PSI angegeben. Die Ventile funktionieren zuverlässig innerhalb der angegebenen Druckbereiche. Unsere Abbildungen gelten für den Messbereich von 15 % Unterspannung bis 10 % Überspannung. Wenn 3/2-Wege-Ventile in einem anderen Betrieb eingesetzt werden, ändert sich der zulässige Druckbereich. Weitere Details finden Sie in unseren Datenblättern.
Bei Vakuumbetrieb muss darauf geachtet werden, dass das Vakuum auf der Auslassseite (A oder B) liegt, während der höhere Druck, d. h. der Atmosphärendruck, an den Einlassanschluss P angeschlossen ist.
DURCHFLUSSWERTE
Der Durchfluss durch ein Ventil wird durch die Art der Konstruktion und die Art des Durchflusses bestimmt. Die für eine bestimmte Anwendung erforderliche Ventilgröße wird in der Regel durch den Cv-Wert festgelegt. Dieser Wert wird für standardisierte Einheiten und Bedingungen ermittelt, d. h. für einen Durchfluss in GPM und unter Verwendung von Wasser mit einer Temperatur zwischen 40 °F und 86 °F bei einem Druckabfall von 1 PSI. Die Cv-Werte für jedes Ventil werden angegeben. Ein standardisiertes System von Durchflusswerten wird auch für die Pneumatik verwendet. In diesem Fall wird der Luftdurchfluss in SCFM stromaufwärts und ein Druckabfall von 15 PSI bei einer Temperatur von 68 °F zugrunde gelegt.
MAGNETVENTIL
Ein gemeinsames Merkmal aller Omega-Magnetventile ist das epoxidharzgekapselte Magnetsystem. Bei diesem System sind der gesamte Magnetkreis – Spule, Anschlüsse, Joch und Kernführungsrohr – in einer kompakten Einheit untergebracht. Dies führt zu einer hohen Magnetkraft auf kleinstem Raum und gewährleistet eine erstklassige elektrische Isolierung und Schutz vor Vibrationen sowie vor äußeren korrosiven Einflüssen.
COILS
The Omega coils are available in all the commonly used AC and DC voltages. The low power consumption, in particular with the smaller solenoid systems, means that control via solid state circuitry is possible.
Abbildung 7 Die verfügbare Magnetkraft nimmt mit abnehmendem Luftspalt zwischen Kern und Steckermutter zu, unabhängig davon, ob es sich um Wechselstrom oder Gleichstrom handelt. Ein Wechselstrom-Magnetventilsystem verfügt bei einem größeren Hub über eine größere Magnetkraft als ein vergleichbares Gleichstrom-Magnetventilsystem. Die in Abb. 8 dargestellten charakteristischen Hub-Kraft-Diagramme veranschaulichen diesen Zusammenhang.
Der Stromverbrauch eines Wechselstrommagneten wird durch die Induktivität bestimmt. Mit zunehmendem Hub nimmt der induktive Widerstand ab und verursacht einen Anstieg des Stromverbrauchs. Das bedeutet, dass der Strom im Moment der Entspannung seinen Maximalwert erreicht. Das Gegenteil gilt für einen Gleichstrommagneten, bei dem der Stromverbrauch nur vom Widerstand der Wicklungen abhängt. Ein zeitbasierter Vergleich der Erregungseigenschaften von Wechselstrom- und Gleichstrommagneten ist in Abb. 9 dargestellt. Im Moment der Erregung, d. h. wenn der Luftspalt maximal ist, ziehen Magnetventile viel höhere Ströme als wenn der Kern vollständig zurückgezogen ist, d. h. der Luftspalt geschlossen ist. Dies führt zu einer hohen Leistung und einem erhöhten Messbereich. In Gleichstromsystemen steigt der Durchfluss nach dem Einschalten des Stroms relativ langsam an, bis ein konstanter Haltestrom erreicht ist. Diese Ventile können daher bei gleichen Öffnungsgrößen nur niedrigere Drücke als Wechselstromventile regeln. Höhere Drücke können nur durch Verringerung der Öffnungsgröße und damit der Durchflusskapazität erreicht werden.
THERMISCHE EFFEKTE
Wenn eine Magnetspule erregt wird, entsteht immer eine gewisse Wärme. Die Standardausführung der Magnetventile weist einen relativ geringen Temperaturanstieg auf. Sie sind so ausgelegt, dass sie unter Dauerbetrieb (100 %) und bei 10 % Überspannung einen maximalen Temperaturanstieg von 144 °F erreichen. Darüber hinaus ist im Allgemeinen eine maximale Umgebungstemperatur von 130 °F zulässig. Die maximal zulässigen Medientemperaturen hängen von den jeweils spezifizierten Dichtungs- und Gehäusematerialien ab. Diese Werte sind den technischen Daten zu entnehmen.
ZEITDEFINITIONEN (VDE0580) ANSPRECHZEITEN
Die geringen Volumina und die relativ hohen Magnetkräfte, die bei Magnetventilen zum Tragen kommen, ermöglichen schnelle Ansprechzeiten. Für spezielle Anwendungen sind Ventile mit unterschiedlichen Ansprechzeiten erhältlich. Die Ansprechzeit ist definiert als die Zeit zwischen dem Anlegen des Schaltsignals und dem Abschluss des mechanischen Öffnens oder Schließens.
EINSCHALTZEIT
Die Einschaltdauer ist definiert als die Zeit zwischen dem Ein- und Ausschalten des Magnetstroms.
ZYKLUSDAUER
Die Gesamtzeit der Einschalt- und Ausschaltdauer ist die Zyklusdauer. Bevorzugte Zyklusdauer: 2, 5, 10 oder 30 Minuten.
RELATIVER EINSATZZYKLUS
Der relative Einsatzzyklus (%) ist das prozentuale Verhältnis der Einschaltdauer zur gesamten Zyklusdauer. Dauerbetrieb (100 % Einsatzzyklus) ist definiert als kontinuierlicher Betrieb bis zum Erreichen der Gleichgewichtstemperatur.
VENTILBETRIEB
Die Codierung für den Ventilbetrieb besteht immer aus einem Großbuchstaben. Die Übersicht auf der linken Seite enthält die Codes für die verschiedenen Ventilbetriebe und die entsprechenden Standard-Schaltzeichen.
VISKOSITÄT
Die technischen Daten gelten für Viskositäten bis zu dem angegebenen Wert. Höhere Viskositäten sind zulässig, jedoch verringert sich in diesen Fällen der Messbereich für die Spannung und die Ansprechzeiten verlängern sich.
TEMPERATURBEREICH
Die Temperaturgrenzen für das flüssige Medium sind immer angegeben. Verschiedene Faktoren, z. B. Umgebungsbedingungen, Zyklen, Drehzahl, Spannungstoleranz, Details der Installation usw., können jedoch das Temperaturverhalten beeinflussen. Die hier angegebenen Werte sollten daher nur als allgemeine Richtlinie verwendet werden. In Fällen, in denen der Betrieb bei extremen Temperaturen erforderlich ist, sollten Sie sich von der technischen Abteilung von Omega beraten lassen.
- ALLGEMEINES
- AUFBAU
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- DIREKTWIRKENDE VENTILE
- DIREKTWIRKENDE 2-WEGE-VENTILE
- DIREKTWIRKENDE 3-WEGE-VENTILE
- INTERN GEFÜHRTE MAGNETVENTILE
- INTERN GEFÜHRTE 2-WEGEVENTILE
- INTERN GEFÜHRTE MEHRWEG-MAGNETVENTILE
- EXTERN GEFÜHRTE VENTILE
- MATERIALIEN
- GEHÄUSEMATERIALIEN
- MAGNETVENTILMATERIALIEN
- DICHTUNGSMATERIALIEN
- DRUCKWERTE – DRUCKBEREICH (Messbereich)
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- SPULEN
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Was ist ein Anemometer und was misst es? Einleitung zur Messung der Luftgeschwindigkeit