3/2-Wege-Pneumatikventil - Wie sie funktionieren

3/2-Wege-Pneumatikventile steuern den Luftstrom in verschiedenen Anwendungen wie einfach wirkenden Zylindern, pneumatischen Antrieben und Anwendungen wie Ausblasen, Druckentlastung und Vakuumoperationen. Sie haben drei Anschlüsse und zwei Positionen und funktionieren, indem sie den Zylinder mit Luft füllen und dann entleeren, was einen neuen Arbeitshub ermöglicht. Diese Funktionalität erfordert einen dritten Anschluss zum Entlüften, weshalb ein Zweiwegeventil für diese Aufgaben nicht ausreicht. 3/2-Wege-Pneumatikventile können auf verschiedene Arten betätigt werden:

• Pneumatisch: Verwendung von Druckluft zur Betätigung des Ventils
• Mechanisch: Verwendung einer mechanischen Kraft, wie einem Hebel oder Nocken, zur Betätigung des Ventils (kann direktes menschliches Eingreifen erfordern oder nicht)
• Manuell: Verwendung eines manuellen Bedieners, wie einem Druckknopf oder Fußpedal, zur Betätigung des Ventils. Dies ist eine Untergruppe der mechanischen Betätigung, beinhaltet aber speziell direktes menschliches Eingreifen.
• Elektrisch (Magnetventil): Verwendung eines elektrischen Magneten zur Betätigung des Ventils.

Dieser Artikel behandelt die Schaltfunktion, Bauform, Arbeitsweise und typischen Anwendungen von pneumatischen 3/2-Wege-Ventilen, mit Schwerpunkt auf 3/2-Magnetventilen.

Inhaltsverzeichnis

• Schaltfunktion von 3-Wege-Luftventilen
• Bauform von 3/2-Wege-Ventilen
• Funktionsweise von 3/2-Wege-Pneumatik-Magnetventilen
• Vielseitigkeit und Umweltaspekte von Pneumatikventilen
• Typische Anwendungen von 3/2-Wege-Ventilen
• FAQs

Bauform von 3/2-Wege-Ventilen

3/2-Wege-Pneumatikventile gibt es in verschiedenen Bauformen, mit Dichtungsmechanismen, die entweder als Sitzventil oder Schieberventil ausgeführt sein können. Diese Ventile können basierend auf ihrer Betätigung und Stabilität kategorisiert werden.

Basierend auf der Betätigung

• Direkt betätigte Ventile: Bei direkt betätigten Ventilen wird der Schieber oder das Sitzventil direkt vom Aktuator bewegt. Das Ventil öffnet oder schließt durch Bewegen des Schiebers oder Sitzventils. Verschiedene Aktuatortypen umfassen:
  • Magnetspule
  • Druckknopf
  • Hebel
  • Fußpedal
• Indirekt betätigte Ventile: Bei indirekt betätigten Ventilen wird der Schieber nicht direkt vom Magneten betätigt. Stattdessen bewegt der Systemdruck den Schieber. Dies erfordert ein zusätzliches Pilotventil, welches ein kleines direkt betätigtes 3/2-Wege-Ventil ist. Das Pilotventil liefert Druckluft zu einem kleinen Luftzylinder im Ventil, der gegen einen Kolben drückt, um den Magneten zu betätigen und das Ventil zu schalten. Dies ermöglicht die Verwendung eines relativ kleinen Magneten zum Schalten des Ventils.

Basierend auf der Stabilität

• Monostabile Ventile: Monostabile Ventile kehren durch Federkraft in ihre Ausgangsposition zurück. Sie haben typischerweise eine Spule.
• Bistabile Ventile: Bistabile Ventile haben an jeder Position eine Spule und werden impulsgesteuert betrieben. Sie können ihre Position ohne kontinuierliche Stromversorgung beibehalten und schalten zwischen zwei stabilen Zuständen.

Schaltfunktion von 3-Wege-Luftventilen

Das 3/2-Wege-Pneumatikventil, oder luftbetätigte Ventil, hat drei Anschlüsse und zwei Zustände. Die Anschlüsse sind:

• Einlass (P, 1)
• Auslass (A, 2)
• Entlüftung (R, 3)

Die zwei Zustände des Ventils sind offen und geschlossen. Wenn das Ventil offen ist, fließt Luft vom Einlass (P, 1) zum Auslass (A, 2). Wenn das Ventil geschlossen ist, fließt Luft vom Auslass (A, 2) zur Entlüftung (R, 3). Ein Ventil, das im nicht betätigten Zustand geschlossen ist, wird als normal geschlossen (NC) bezeichnet, während eines, das im nicht betätigten Zustand offen ist, als normal offen (NO) bezeichnet wird.

Die meisten 3/2-Wege-Ventile sind monostabil und kehren in ihre Ausgangsposition zurück, wenn sie nicht betätigt werden, typischerweise durch einen Federmechanismus. Bistabile 3/2-Wege-Ventile behalten ihre Position bei Stromausfall bei und erfordern eine separate Aktion zum Umschalten der Zustände. Daher können bistabile Ventile nicht als NC oder NO bezeichnet werden.

Zusammengefasst sind die verschiedenen Funktionen des 3/2-Wege-Ventils:

• 3/2-Wege monostabil NC
• 3/2-Wege monostabil NO
• 3/2-Wege bistabil

Die Schaltfunktionen werden durch Ventil- und Pneumatiksymbole dargestellt. Abbildung 3 zeigt die Symbole eines indirekt betätigten 3/2-Magnetventils. Erfahren Sie mehr über andere Pneumatikventilsymbole und ihre Erklärung in unserem Artikel über Ventilsymbole.

Funktionsweise von 3/2-Wege-Pneumatik-Magnetventilen

In einem magnetbetätigten 3/2-Wege-Pneumatikventil sind die Hauptkomponenten und ihre Funktionen:

• Manueller Bediener (A): Ermöglicht manuelle Steuerung des Ventils.
• Fester Kern (B): Bietet einen stationären magnetischen Kern für die Magnetspule.
• Magnetspule (C): Erzeugt ein Magnetfeld, um den Anker zu bewegen.
• Anker (D): Bewegt sich als Reaktion auf das von der Magnetspule erzeugte Magnetfeld.
• Druckstift (E): Überträgt die Bewegung des Ankers auf den Schieber.
• Rückstellfeder 1 (F): Bringt den Anker in seine Ausgangsposition zurück, wenn die Magnetspule nicht erregt ist.
• Schieber (G): Steuert den Luftstrom durch das Ventil.
• Atmosphäre (H): Der Entlüftungsanschluss, an dem Luft abgelassen wird.
• Ventilausgang (I): Der Anschluss, durch den das Medium das Ventil verlässt.
• Luftzufuhr (J): Der Anschluss, an dem Druckluft in das Ventil eintritt.
• Rückstellfeder 2 (K): Unterstützt die Rückführung des Schiebers in seine Ausgangsposition.
• Öffnung (L): Die Öffnung, durch die Luft innerhalb des Ventils strömt.

Wenn die Magnetspule (C) erregt wird, erzeugt sie ein Magnetfeld, das den Anker (D) bewegt. Die Bewegung des Ankers wird über den Druckstift (E) auf den Schieber (G) übertragen, der sich verschiebt, um die Öffnung (L) zu öffnen oder zu schließen. Diese Aktion ermöglicht es der Druckluft von der Luftzufuhr (J), durch das Ventil und aus dem Ventilausgang (I) zu strömen.

Wenn die Magnetspule nicht erregt ist, bringen die Rückstellfedern (F) und (K) den Anker und den Schieber in ihre Ausgangspositionen zurück, stoppen den Luftstrom und ermöglichen es verbleibender Luft, in die Atmosphäre (H) abgelassen zu werden.

Hinweis: Nicht alle 3/2-Magnetventile müssen alle oben aufgeführten spezifischen Komponenten haben. Die genaue Bauform und die Komponenten können je nach Hersteller und spezifischen Anwendungsanforderungen variieren. Zum Beispiel können einige Designs den Anker und den Schieber direkt integrieren und eliminieren so die Notwendigkeit eines separaten Druckstifts.

Vielseitigkeit und Umweltaspekte von Pneumatikventilen

Mit einem NAMUR-Gehäuse kann das Ventil direkt an einem Antrieb montiert werden, der ebenfalls dem NAMUR-Standard entspricht. Ventilinseln können verwendet werden, um Platz zu sparen und Ventile zu gruppieren. Mehrere 3/2-Wege-Ventile können in eine Ventilinsel eingebaut werden, und es ist möglich, Ventiltypen zu mischen, wie zum Beispiel ein 5/2-Wege-Ventil neben einem 3/2-Wege-Ventil zu montieren. Die Kombinationen hängen vom Typ und der Bauform der Ventilinsel ab.

Umweltaspekte sind in pneumatischen Systemen von entscheidender Bedeutung. Ventile und Dichtungen müssen korrosionsbeständig sein, wenn sie aggressiven Substanzen ausgesetzt sind. Spezielle Ventile sind für Reinraumbereiche, ATEX-Umgebungen und die Lebensmittelindustrie verfügbar.

Ein 5/2-Wege-Ventil kann als 3/2-Wege-Ventil funktionieren, indem nur ein Einlass und der entsprechende Auslassanschluss verwendet werden. Zusätzlich kann die Funktion eines 3/2-Wege-Ventils mit zwei 2/2-Wege-Ventilen nachgeahmt werden.

Typische Anwendungen von 3/2-Wege-Ventilen

3/2-Wege-Ventile eignen sich für mehrere Aufgaben: Antrieb von pneumatischen Aktuatoren, Ausblasen, Druckentlastung und Vakuumanwendungen.

Steuerung eines einfach wirkenden Zylinders

Ein einfach wirkender Zylinder hat einen pneumatischen Anschluss zum Füllen und Entleeren der Luftkammer. Der Zylinder bewegt sich in eine Richtung, wenn die Luftkammer gefüllt wird, und kehrt durch Federkraft in seine Ausgangsposition zurück. Das 3/2-Wege-Ventil füllt entweder die Luftkammer oder entlüftet sie in die Atmosphäre. Abbildung 5 zeigt einen grundlegenden pneumatischen Schaltkreis für einen einfach wirkenden Zylinder.

Steuerung eines doppelt wirkenden Zylinders

Ein doppelt wirkender Zylinder hat zwei Luftkammern, jede mit ihrem eigenen Anschluss. Der Zylinder bewegt sich, indem eine Luftkammer gefüllt wird, während die andere entlüftet wird. Typischerweise wird ein 5/2-Wege-Ventil verwendet, um einen doppelt wirkenden Zylinder zu betreiben. Dies kann jedoch auch mit zwei 3/2-Wege-Ventilen erreicht werden, wobei jedes mit einem der Zylinderanschlüsse verbunden ist. Ein Ventil treibt die Kolbenstange in die ausgefahrene Position (a₁), während das andere Ventil den Kolben in seine Ausgangsposition (a₀) zurückbringt (Abbildung 6). Vorteile der Verwendung von zwei 3/2-Wege-Ventilen sind:

• Unterschiedliche Drücke: Zwei verschiedene Drücke können an die Zylinderanschlüsse angelegt werden, ohne dass ein Druckregler zwischen Ventil und Zylinder erforderlich ist.
• Gleichzeitige Entlüftung: Beide Luftkammern können gleichzeitig entlüftet werden, was eine freie Bewegung der Kolbenstange ermöglicht, was mit einem 5/2-Wege-Ventil nicht möglich ist.

Um den Kolben von Position a₀ nach a₁ zu bewegen, muss bei Verwendung von zwei normal geschlossenen Ventilen ein Ventil erregt (eingeschaltet, '1') und das andere nicht erregt (ausgeschaltet, '0') sein. Das nicht erregte Ventil ermöglicht es der Druckluft, am Anschluss (R, 3) zu entweichen, was dazu führt, dass sich der Kolben in die gewünschte Richtung bewegt. Die Tabellen 1 und 2 liefern weitere Details zu den Ventilzuständen ('0' und '1' beziehen sich jeweils auf den nicht betätigten und betätigten Zustand des Ventils) beim Antrieb eines doppelt wirkenden Zylinders.

Mindestens eines der beiden Ventile sollte sich in der "Entlüftungs"-Position befinden, um zu vermeiden, dass beide Zylinderanschlüsse gleichzeitig unter Druck gesetzt werden. Wenn beide Anschlüsse unter Druck stehen, hängt die Bewegung des Kolbens von Faktoren wie dem vorherigen Zustand des Kolbens, der Höhe des Drucks und dem Zylindertyp ab.

Tabelle 1: Antrieb eines doppelt wirkenden Zylinders mit einem NC- und einem NO-Ventil

NC-Ventil (Links)	NO-Ventil (rechts)	Kolbenposition
0	0	a0
1	0	Kein stabiler Zustand
0	1	Freie Bewegung zwischen a0 und a1
1	1	a1

Tabelle 2: Zwei NC-Pneumatik-Magnetventile steuern einen doppelt wirkenden Zylinder

NC-Ventil (Links)	NC-Ventil (Rechts)	Kolbenposition
0	0	Freie Bewegung zwischen a0 und a1
1	0	a1
0	1	a0
1	1	Kein stabiler Zustand

Ausblas-, Druckentlastungs- und Vakuumanwendungen

3/2-Wege-Ventile sind ideal für Ausblas-, Druckentlastungs- und Vakuumanwendungen. Extern gesteuerte oder direkt betätigte Ventile sind oft notwendig, da sie keinen minimalen Differenzdruck benötigen. Abbildung 8 zeigt Ausblas-, Druckentlastungs- und Vakuumventilkonfigurationen.

Im Vakuumkreislauf ist die Vakuumpumpe mit Anschluss (P, 1) verbunden, und der atmosphärische Druck ist mit Anschluss (R, 3) verbunden. Das Vakuum wird gebrochen, wenn Anschluss (A, 2) mit Anschluss (R, 3) verbunden wird. Der Vakuumsaugnapf hebt das Objekt an, wenn die Vakuumpumpe (verbunden mit Anschluss P, 1) eingeschaltet wird.

 

FAQs

Wie funktioniert ein 3-Wege-2-Positions-Ventil?

Ein 3-Wege-2-Positions-Ventil hat drei Anschlüsse und zwei Positionen. Es leitet den Fluss zwischen zwei der drei Anschlüsse in jeder Position, was die Steuerung der Flussrichtung ermöglicht, typischerweise verwendet zum Verteilen oder Mischen von Flüssen.

Was ist der Unterschied zwischen einem 2-Wege- und einem 3-Wege-Ventil?

Ein 2-Wege-Ventil ist jede Art von Ventil mit zwei Anschlüssen: einem Einlass- und einem Auslassanschluss. Ein 3-Wege-Ventil hat drei Anschlüsse im Ventilkörper, die als Einlass, Auslass und Entlüftung verwendet werden.