Ratgeber
Steuerventile sind Pneumatik- oder Hydraulikventile für die pneumatische oder hydraulische Steuerung von Kraftmaschinen. Bei hydraulischen Anwendungen ist das Druckübertragungsmedium eine Flüssigkeit, bei pneumatischen wird Luft verwendet. Das Wirkprinzip ist jedoch das gleiche. Die Ventile steuern die pneumatischen oder hydraulischen Aktoren, also zum Beispiel Zylinder oder Drehantriebe. Dabei regeln sie Wirkrichtung, Geschwindigkeit (über die Durchflussmenge) und Kraft (Druckregelventile).
Welche Steuerventile gibt es?
Die verschiedenen Arten von Steuerventilen können nach ihrer Funktion unterschieden werden:
- Wegeventile: Steuerung der Wirkrichtung von Aktoren durch direkte Beeinflussung der Aktoren oder von anderen Steuerventilen.
- Drossel- und Drossel-Rückschlagventile: Steuerung der Durchflussmengen durch Begrenzung der durch ein Ventil fließenden Druckluft.
- Druckregelventile: Druckregelung, um den Ausgangsdruck bei schwankendem Eingangsdruck auf einem konstanten Wert zu halten. Der Luftdruck regelt die Kraft des Zylinders.
- Schnellentlüftungsventile: Sie dienen zur schnellen Entlüftung des Zylinders, um so die Kolbengeschwindigkeit zu erhöhen.
- Logikventile: Nicht zur Steuerung von Aktoren, sondern zur Umsetzung logischer Grundschaltungen wie UND, ODER, NICHT. Diese Booleschen Operatoren ermöglichen die Lösung fast aller mathematischer Aufgaben.
- Rückschlagventile: Sie lassen Luft nur in eine Richtung strömen und blockieren Luftströme aus der Gegenrichtung automatisch.
Wegeventile sind die wichtigsten Elemente einer pneumatischen Steuerung. Ihre Aufgabe in der Fluidtechnik ist es, den Weg für das Medium freizugeben, zu sperren oder die Durchflussrichtung zu ändern. Sie werden zur Steuerung von Zylindern oder anderen Aktoren oder von weiteren Steuerventilen verwendet. Sie sind nicht für die Druck- oder Volumenstromänderung konzipiert.
Wegeventile können nach unterschiedlichen Kriterien eingeteilt werden:
- Nach ihrem Aufbau in Kolbenschieber- und Sitzventile
- Nach der Betätigung in mechanisch, manuell, pneumatisch, elektrisch oder elektropneumatisch betätigte Wegeventile
- Nach der Anzahl der stabilen Stellungen in monostabile (eine stabile Stellung, Rückstellung durch Federkraft), bistabile (zwei stabile Stellungen) und Drei- oder Mehrstellungsventile
- Nach der Schaltposition in Grundstellung. Dabei unterscheidet man bei 2/2- und 3/2-Wegeventilen danach, ob sie in Grundstellung geöffnet oder geschlossen sind.
- 3/3-, 4/3- und 5/3-Wegeventile unterscheidet man danach, ob sie in Mittelstellung geöffnet, geschlossen oder entlüftet sind.
- Nach der Zahl der Anschlüsse und Stellungen in 2/2-, 3/2-, 3/3-, 4/2-, 5/2-, 4/3- oder 5/3-Wege-Ventile
Für spezielle Anwendungen gibt es außerdem noch Sonderventile.
Schiebeventil
Abbildung A: Geschlossen
Abbildung B: Geöffnet
1 = Ventilkörper
2 = Schieber
3 = Luft
Sitzventil
Abbildung A: Geschlossen
Abbildung B: Geöffnet
1 = Ventilkörper
2 = Ventilteller
3 = Ventildichtung
4 = Luft
Das Schließelement kann entweder ein Kolbenschieber oder ein Sitzteller sein.
- Kolbenschieberventil: Das zylindrische Schließelement wird axial verschoben, um die Anschlüsse zu verbinden oder zu trennen.
- Sitztellerventil: Ein Ventilteller wird auf einen Ventilsitz gepresst, um den Durchfluss des Mediums durch die so versperrte Öffnung zu verhindern.
Die Betätigung bezeichnet die Art und Weise, wie Kolbenschieber oder Sitzteller bewegt werden.
- Mechanisch: Kolbenschieber/Ventilteller wird durch Druck von einem Maschinenteil bewegt
- Manuell: Kolbenschieber/Ventilteller wird von einem Menschen bewegt, der einen Knopf oder Hebel drückt
- Pneumatisch: ein Drucksignal bewegt den Kolbenschieber
- Elektrisch: der Anker eines Elektromagneten öffnet den Ventilsitz
- Elektropneumatisch: der Anker eines Elektromagneten öffnet einen Ventilsitz und die durchströmende Luft bewegt den Kolbenschieber/Ventilteller
Elektrisch betätigte Ventile sind in der Regel Magnetventile. Sie können wie folgt unterteilt werden:
- direkt gesteuerte Ventile: das Ventil wird direkt durch den Magneten geöffnet
- vorgesteuerte Ventile (elektropneumatische Ventile): das Hauptventil (Kolbenschieberventil) verfügt über ein Vorventil. Wird das Vorventil geöffnet, verschiebt die einströmende Luft den Kolbenschieber
Gliederung der Ventile nach stabilen Positionen:
- monostabile Ventile: wenn die Betätigungskraft weggenommen wird, schiebt eine Feder das Schließelement in eine Grundstellung (Federrückstellung)
- bistabile Ventile: wenn die Betätigungskraft weggenommen wird, verharrt das Schließelement in seiner letzten Stellung (impulsgesteuert)
- drei- oder mehrstellige Ventile: diese Ventile haben meistens drei, selten auch mehr Stellungen. Manuell betätigte Ventile gibt es als federzentrierte oder als rastende Ausführung (in allen drei Stellungen stabil). Bei allen anderen Betätigungsarten gibt es in der Regel eine federzentrierte Mittelstellung.
Federrückstellung gibt es mit mechanischer Feder sowie mit Luftfeder. Luftfeder ist verschleißärmer, benötigt aber immer einen Steuerdruck, um agieren zu können. Ohne Steuerdruck befindet sich dieses Ventil immer in undefinierter Stellung.
Einteilung nach Anzahl der Anschlüsse und Stellungen:
Die Benennung erfolgt nach dem Schema: [Anzahl der Anschlüsse] / [Anzahl der Schaltstellungen].
Ein 5/2-Ventil verfügt also über fünf Anschlüsse und zwei Schaltstellungen. Ein 3/2-Ventil hat drei Anschlüsse und zwei Schaltstellungen.
Die am häufigsten verwendeten Ausführungen sind 2/2-, 3/2-, 5/2- und 5/3-Wegeventile.
3/2-Wegeventil
Ein 3/2-Wegeventil ermöglicht die Steuerung einer Druckleitung. Es verfügt über drei Anschlüsse (Internationale Kennzeichnung in Klammern):
- die Versorgungsleitung (P)
- die Steuerleitung (A)
- eine Entlüftungsleitung (R)
3/2-Wege-Ventile werden vor allem in einfach wirkenden Antrieben eingesetzt.
Es gibt sie in der Ausführung NC (normally closed, in Grundstellung geschlossen) und NO (normally open, in Grundstellung geöffnet). Viele 3/2-Wege-Ventile sind federrückgestellt, es gibt jedoch auch impulsgesteuerte Ausführungen.
Anwendungsbeispiel für ein 3/2-Wegeventil:
Ein elektrisch gesteuertes, in Grundstellung geschlossenes 3/2-Wege-Ventil mit Federrückstellung wird an einen einfach wirkenden Zylinder angeschlossen. An Anschluss 1 ist die Versorgungsleitung mit dem Steuerdruck angeschlossen. An Anschluss 2 liegt die Steuerleitung an, über die der Zylinder angesteuert wird. Empfängt nun das Ventil einen elektrischen Impuls, schaltet es von Anschluss 1 auf die Steuerleitung (2) durch, sodass die Druckluft einströmen kann. Der Zylinder fährt aus.
Wird nun das elektrische Signal vom Ventil weggenommen, drückt die Federrückstellung das Ventil wieder in seine Grundstellung (geschlossen). Die Steuerleitung wird nun über die Entlüftungsleitung entlüftet und der Zylinder kann wieder einfahren.
3/2-Wege-Pneumatikventil
5/2-Wegeventil
5/2-Wegeventile ermöglichen das Steuern von zwei Druckleitungen. Das Ventil hat fünf Anschlüsse:
- eine Versorgungsleitung (1)
- zwei Steuerleitungen (2 und 4)
- zwei Entlüftungen für die Steuerleitungen (3 und 5)
5/2-Wegeventile werden vor allem in doppelwirkenden Antrieben eingesetzt.
Internationale Kennzeichnung:
P = Versorgungsleitung 1
A; B = Steuerleitungen 2 und 4
R1; R2 = Entlüftungsleitungen 3 und 5
-
Würfelstecker
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Gehäuse
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Magnet
-
Kolben
-
Magent
Anwendungsbeispiel für ein 5/2-Wegeventil:
Ein 5/2-Wegeventil wird an einen doppeltwirkenden Zylinder angeschlossen. In der Ventilgrundstellung ist die Verbindung von Anschluss P (Versorgungsleitung) auf Anschluss A (Steuerleitung A) geöffnet und der Zylinder eingefahren. Um den Zylinder ausfahren zu lassen, muss ein Signal (etwa elektrisch über eine Magnetspule) an das Ventil gesendet werden, um das Ventil von Anschluss P auf Anschluss B (Steuerleitung B) durchzuschalten und zugleich Anschluss A über Anschluss R1 (Entlüftungsleitung R1) zu entlüften: Der Zylinder fährt aus.
Soll der Zylinder nun wieder einfahren, wird das elektrische Signal vom Ventil weggenommen und die Federrückstellung drückt das Ventil zurück in seine Grundstellung. Anschluss P versorgt jetzt wieder Steuerleitung A und Steuerleitung B wird über Entlüftungsleitung R2 parallel entlüftet. Der Zylinder fährt wieder ein.
5/3-Wegeventil
5/3-Wege-Ventile bieten den Vorteil einer definierten Mittelstellung. Es gibt drei Mittelstellungen:
- Ventil mit gesperrter Mittelstellung: alle Anschlüsse am Ventil sind abgesperrt
- Ventil mit belüfteter Mittelstellung: beide Steuerleitungen sind mit Druck beaufschlagt
- Ventil mit entlüfteter Mittelstellung: beide Steuerleitungen sind über die jeweilige Entlüftung entlastet
Die Anschlüsse des 5/3-Wege-Ventils entsprechen denen des 5/2-Wegeventils.
Wird bei einem 5/3-Wege-Ventil mit gesperrter Mittelstellung der Zylinder ausgefahren und anschließend das elektrische Signal weggenommen, wechselt das Ventil in seine Mittelstellung und der Zylinder wird automatisch in seiner aktuellen Stellung angehalten. Um den Zylinder wieder einzufahren, muss die andere Magnetspule ein Signal erhalten. Das Ventil öffnet die Verbindung zur anderen Steuerleitung und der Zylinder wird wieder eingefahren.
Geschlossenes 5/3-Wegeventil mit Magnetbetätigung von Festo
5/3-Wege-Ventile mit belüfteter Mittelstellung können bei Anwendungen mit Stoppverschraubung verwendet werden.
Solche mit entlüfteter Mittelstellung sind etwa bei kolbenstangenlosen Zylindern oder solchen mit durchgehender Kolbenstange geeignet, da diese zwei gleichgroße Kolbenflächen haben und bei Versetzen in die belüftete Mittelstellung eine Schwimmstellung erreichen.