Magnetventile für Vakuumanwendungen

Magnetventile für Vakuumanwendungen

Es gibt viele Missverständnisse über die Anforderungen an Magnetventile in Vakuumanwendungen. In diesem Artikel werden die Anforderungen an Magnetventile geklärt. Zu diesem Zweck werden zunächst die Grundprinzipien und Definitionen des Drucks erläutert.

Hier finden Sie unsere Auswahl an Vakuum-Magnetventilen

Druck

Druck ist definiert als die senkrecht auf die Oberfläche eines Objekts ausgeübte Kraft pro Flächeneinheit, über die sich diese Kraft verteilt. Die SI-Einheit für Druck ist das Pascal [Pa] und entspricht einem Newton pro Quadratmeter. Der Standard-Luftdruck (definiert als eine Atmosphäre oder 1 atm) auf Meereshöhe ist definiert als 101,325 kPa, was Pascal zu einer etwas schwerfälligen Einheit macht, mit der man umgehen muss. Bei hydraulischen Anwendungen ist es üblicher, die metrische Einheit [bar] zu verwenden, die 100 kPa (etwa 10 Tonnen pro Quadratmeter) entspricht, oder die imperiale Einheit [psi] (Pfund pro Quadratzoll, etwa 690 kg pro Quadratmeter). Ein perfektes Vakuum ist definiert als ein Raum ohne jegliche Materie, und der absolute Druck eines perfekten Vakuums ist definitionsgemäß gleich Null. Ein perfektes Vakuum ist jedoch in der Praxis technisch unerreichbar.

druckdefinitionen wie Absolutdruck, Überdruck, Vakuumdruck

Grafische Darstellung der Beziehung zwischen verschiedenen Druckdefinitionen.

Es gibt mehrere Hinweise darauf, wie der Druck gemessen wird, und zwar:

  • Absoluter Druck (Pabs), gemessen in Bezug auf ein perfektes Vakuum.
  • Überdruck (Pgauge), gemessen im Verhältnis zum atmosphärischen Umgebungsdruck, manchmal ausgedrückt in bar (Überdruck).
  • Differenzdruck (Pdiff), gemessen zwischen zwei Punkten in einem System.
  • Vakuumdruck (Pvac), gemessen im Verhältnis zum atmosphärischen Druck.

Magnetventile für Vakuumanwendungen

Bei der Auswahl des richtigen Ventils für eine Vakuumanwendung sollten mehrere Faktoren berücksichtigt werden, z. B:

  • funktion des Stromkreises (2-Wege, 3-Wege, usw.),
  • durchflussmenge (Kv-Wert),
  • gestaltungsprinzip (direkt, halbdirekt),
  • druckdifferenz über dem Ventil in allen Szenarien,
  • leckagerate,
  • Reaktionszeit

Automatisierte Bestückungsautomaten, wie sie in der Elektronikindustrie eingesetzt werden, benötigen beispielsweise keine großen Durchflussmengen, aber ein hohes, gleichmäßiges Vakuum, um Bauteile zuverlässig aufzunehmen, und eine schnelle Reaktionszeit des Ventils, um hohe Geschwindigkeiten zu erreichen. Eine Anwendung zur Steuerung des Ansaugvorgangs in einer Vakuumkammer erfordert in der Regel keine schnelle Reaktionszeit, kann aber eine hohe Durchflussmenge erfordern, damit die Kammer schnell auf ein Vakuum gebracht werden kann.

"Universelle direkt oder halbdirekt wirkende Magnetventile sind im Allgemeinen gut für Vakuumanwendungen geeignet, da sie keine Mindestdruckdifferenz benötigen.

Nicht alle Magnetventiltypen können in Vakuumanwendungen eingesetzt werden, aber es ist ein Irrglaube, dass keines der Standard-Magnetventile geeignet ist und dass nur speziell entwickelte Vakuumventile verwendet werden können. Universal direktes Handeln oder halbdirektwirkende Magnetventile sind im Allgemeinen gut für Vakuumanwendungen geeignet, da sie keine Mindestdruckdifferenz benötigen. Indirekt wirkende Magnetventile benötigen eine ausreichend große Druckdifferenz zwischen Ein- und Auslass, um zu funktionieren, was sie für (Nieder-)Vakuumanwendungen ungeeignet macht. Andererseits könnten diese Ventile theoretisch in Betracht gezogen werden, wenn die Druckdifferenz über dem Ventil durch die Systemauslegung garantiert ist, dass sie jederzeit größer als das erforderliche Minimum ist (z. B. 0,5 bar). In der Praxis empfiehlt es sich jedoch, nur (halb-)direkte Ventile in Betracht zu ziehen. Es gibt eine Ausnahme für extern gesteuerte (pneumatische) Ventile, die später beschrieben wird.

2-Wege Magnetventile

Ein 2/2-Wege-Magnetventil hat zwei Anschlüsse und zwei Stellungen (offen und geschlossen) und kann NC (normal geschlossen, öffnet bei Erregung) oder NO (normal offen, schließt bei Erregung) sein. Beispiele für geeignete (halb-)direktgesteuerte Magnetventile, die für Vakuum geeignet sind, sind die Serien CM-D, ST-D, ST-S und DF-S.

CM-DA Serie für VakuumSerie ST-DA für VakuumSerie ST-SA für VakuumSerie DF-SA für Vakuum

Geeignete Ventile für Vakuum, von links nach rechts: Serie CM-D (2 mm Öffnung), ST-D (3 mm Öffnung), ST-S (10,5 mm Öffnung), DF-S (16-50 mm Öffnung)

3-Wege Magnetventile

Ein 3/2-Wege-Ventil hat drei Anschlüsse und zwei Stellungen und verfügt über verschiedene Schaltfunktionen, wie z. B. Öffner, Schließer, Verteiler oder Universal. Um beispielsweise einen Sauggreifer zu steuern, ist ein 3/2-Wege-System erforderlich. Ein Anschluss ist mit dem Sauggreifer verbunden, ein Anschluss mit der Vakuumleitung und ein Anschluss mit dem atmosphärischen Druck. Die direktgesteuerten 3/2-Wege-Ventile der JP Fluid Control TW-Serie können für Vakuumanwendungen eingesetzt werden.

TWD-Baureihe für Vakuum

Die JP Fluid Control TW-Serie ist ein geeignetes 3/2-Wegeventil für Vakuum.

pneumatische Magnetventile

Magnetventile für die Pneumatik haben oft eine Schieberkonstruktion und sind in der Regel indirekt wirkend. Wenn sie schalten, entlässt das Ventil eine kleine Menge Luft, die für den Pilotbetrieb verwendet wird, in die Umgebung. Das Ventil kann über die Netzdruckversorgung (intern vorgesteuert) oder über eine separate externe Druckversorgung (extern vorgesteuert) angesteuert werden. Intern gesteuerte Ventile sind die gängigsten und eignen sich nicht für Vakuumanwendungen. Extern gesteuerte Ventile können für Vakuum geeignet sein, sofern sie mit einer externen Druckluftquelle versorgt werden.

Zusätzliche Überlegungen

Es ist wichtig zu beachten, dass die meisten Magnetventile eine bestimmte Durchflussrichtung haben. Das bedeutet, dass die Vakuumseite mit dem Auslassanschluss des Ventils verbunden sein muss, damit bei geöffnetem Ventil Luft vom Einlass mit höherem Druck zum Auslass mit niedrigerem Druck strömen kann.

Ultrahochvakuumsysteme haben strenge Leckageanforderungen für geschlossene Ventile und erfordern speziell konstruierte Magnetventile, um das Vakuum auf Dauer aufrechtzuerhalten.

Hier finden Sie unsere Auswahl an Vakuum-Magnetventilen