Pneumatisches Magnetventil für einen einfachwirkenden Zylinder
Abbildung 1: Pneumatische Wegeventile auf einem Verteiler montiert.
Ein pneumatisches Magnetventil steuert den Druckluftfluss zu einem pneumatischen Zylinder und ermöglicht so einen Arbeitshub nach innen oder außen. Typischerweise wird ein 3/2-Wege-Ventil verwendet, das drei Anschlüsse und zwei Positionen aufweist: einer verbindet sich mit der Luftquelle, ein anderer dient als Abluft und der dritte ist mit dem Zylinder verbunden. Das Ventil wechselt zwischen dem Füllen des Zylinders mit Luft, um den Kolben auszufahren, und dem Entlüften, um ihn mittels eines Federmechanismus zurückzuziehen. Das Verständnis der Bedienung und die richtige Auswahl des 3/2-Wege-Magnetventils sind entscheidend für eine effiziente und zuverlässige Leistung des pneumatischen Systems.
Inhaltsverzeichnis
- Grundprinzip pneumatischer Magnetventile
- Arten von pneumatischen Magnetventilen
- Ventilgrößenbestimmung
- Grundprinzip einfachwirkender Zylinder
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Grundprinzip pneumatischer Magnetventile
Pneumatische Magnetventile steuern die Flussrichtung der Druckluft mithilfe eines beweglichen Teils, das als Schieber oder Kolben bezeichnet wird und die Ventilanschlüsse blockiert oder öffnet. Die Bewegung des Schiebers kann direkt oder indirekt gesteuert werden.
- Direkte Betätigung: Der Magnet betätigt den Schieber direkt, was diese Ventile für niedrige Drücke oder Vakuum geeignet macht.
- Indirekte Betätigung: Der Schieber wird durch den Systemdruck über ein zusätzliches Vorsteuerventil betätigt. Diese Methode ermöglicht es, das Ventil mit einem kleineren Magneten zu schalten, erfordert aber Eingangsdruck für den Betrieb.
Steuerung eines einfachwirkenden Zylinders
Die Anschlüsse eines 3/2-Wege-Wegeventils sind EINGANG (1 oder P), AUSGANG (2 oder A) und ABLUFT (3 oder R). Das Ventil hat zwei Positionen: eine zum Beaufschlagen des Zylinders mit Druck und die andere zum Entlüften der Luft aus dem Zylinder in die Abluft. Verschiedene Anschlüsse können mit den EIN- und AUSGANGS-Anschlüssen verbunden werden, und ein Schalldämpfer kann im Abluftanschluss installiert werden, um den Lärm zu reduzieren. Ein Druckluft Schalldämpfer Drosselventil kann die Geschwindigkeit der Abluft und damit die Geschwindigkeit der Zylinderbewegung regulieren. Siehe Abbildung 2 für Symbole einfachwirkender Zylinder, die mit Luftzylindersteuerventilen verbunden sind.
Abbildung 2: Symbolische Darstellung eines federrückstellenden Zylinders, gesteuert durch ein monostabiles NC 3/2-Wege-Magnetventil.
Grundprinzip einfachwirkender Zylinder
Ein einfachwirkender Luftzylinder ist ein linearer Aktuator, der mit Druckluft arbeitet. Einfachwirkende Zylinder haben eine Feder im Inneren, die den Kolben in seine Ausgangsposition zurückbringt. Sie werden durch Schlüsselparameter wie Hublänge, Bohrungsgröße, Stangendurchmesser, Federkraft und Systemdruck spezifiziert.
Einfachwirkende Zylinder sind vorteilhaft, weil sie weniger Rohrleitungen, Druckluft und Verkabelung benötigen. Allerdings begrenzt die Feder den Arbeitshub und reduziert die pneumatische Kraft.
Abbildung 3: Ein federausfahrender (A) und federrückstellender (B) einfachwirkender pneumatischer Zylinder.
Arten von pneumatischen Magnetventilen
Es gibt verschiedene Arten von pneumatischen Magnetventilen, aber das 3/2-Wege-Ventil ist für einfachwirkende Zylinder am relevantesten. Diese können sein:
- Normalerweise offen (NO): Luft fließt von Anschluss 1 zu Anschluss 2, wenn der Magnet nicht betätigt wird. Wenn der Magnet erregt wird, wird Luft von Anschluss 2 zu Anschluss 3 entlüftet. Bei Deaktivierung bringt eine Feder das Ventil in die offene Position zurück.
- Normal geschlossen (NC): Wenn nicht betätigt, wird Luft von Anschluss 2 zu Anschluss 3 entlüftet. Wenn der Magnet erregt wird, fließt Luft von Anschluss 1 zu Anschluss 2. Bei Deaktivierung bringt eine Feder das Ventil in die geschlossene Position zurück.
- Bistabil: Ein bistabiles Ventil ändert seine Position bei Aktivierung und behält sie bei Deaktivierung bei, sodass es keine konstante Energie benötigt, um seine Position zu halten.
Abbildung 4: Symbole für 3/2-Wege-Magnetventile: normalerweise offen & monostabil (links), normal geschlossen & monostabil (Mitte) und normal geschlossen & bistabil (rechts).
Ventilgrößenbestimmung
Um die geeignete Größe eines Magnetventils für einen pneumatischen Zylinder zu bestimmen, müssen der Luftverbrauch und der erforderliche Luftstrom des pneumatischen Systems berechnet werden. Das Gesetz von Boyle-Charles (pV=nRT) kann für diese Berechnung verwendet werden. Im Fall eines einfachwirkenden Zylinders sind das Volumen, die Schlauchlänge, die Betriebsfrequenz und der Systemverlust für die Berechnung relevant.
wobei:
- A: druckaufnehmende Fläche [mm2]
- a: innere Querschnittsfläche des Rohrs [mm2]
- p: Versorgungsdruck [MPa] (1MPa = 10bar)
- N: Betriebsfrequenz [Zyklus/min]
- L: Zylinderhub [mm]
- l: Rohrleitungslänge [mm]
- t: Gesamthubzeit [s]
- T: Temperatur [K] (K = °C + 273,15)
Die obigen Formeln gelten für A.N.R.-Bedingungen. A.N.R. ist eine französische Abkürzung für „conditions de l'atmosphère normale de référence", was „Standard-Referenz-Atmosphärenbedingungen" bedeutet (20 °C, 1013 mbar, relative Luftfeuchtigkeit 65%).
Abbildung 5: Pneumatischer Schaltkreis mit einem einfachwirkenden federrückstellenden Zylinder und einem NC 3/2-Wege-Ventil.
Beispiel
In diesem Beispiel enthält ein pneumatisches System einen einfachwirkenden federrückstellenden Zylinder mit folgenden Parametern:
- Systemdruck = 0,5 MPa (5 bar)
- Temperatur = 293K (20 °C)
- Zylinderhub (L) = 50 mm
- Bohrungsgröße/Kolbendurchmesser = 40 mm
Um den Zylinder mit dem 3/2-Ventil zu verbinden, wird folgender Schlauch verwendet:
- Rohrleitungslänge (l) = 2 m
- Rohrinnendurchmesser (d) = 4 mm
Die erforderliche Betriebsfrequenz (N) beträgt 50 Zyklen/min.
Die druckaufnehmende Fläche kann aus der Bohrungsgröße berechnet werden:
Die innere Fläche des Rohrs beträgt:
Der Luftverbrauch zum Zeitpunkt der Extrusion (Q) kann jetzt berechnet werden. In diesem Fall ist dies auch der Luftverbrauch für einen Zyklus:
Der Luftverbrauch pro Minute beträgt:
Die gesamte Hubzeit (t) beträgt 0,6 s.
Der erforderliche Luftdurchfluss:
Das Ventil kann ausgewählt werden, wenn der Luftverbrauch und der erforderliche Luftdurchfluss berechnet sind. Die Datenblätter der Ventile müssen überprüft werden, um die geeigneten Ventile zu finden. Alle Datenblätter enthalten Informationen über die Durchflussraten der Ventile (siehe Abbildung unten). Die Durchflussrate des ausgewählten Ventils muss höher sein als der erforderliche Luftdurchfluss des Systems.
Abbildung 6: Beispiel eines Durchflussratendiagramms mit Nenndurchflussrate (L/min) gegen Eingangsdruck und Druckverlust.
FAQs
Was ist ein Magnetventil für einen pneumatischen Zylinder?
Ein Magnetventil für einen pneumatischen Zylinder reguliert den Druckluftfluss, um die Bewegung des Zylinders zu steuern, typischerweise unter Verwendung eines 3/2-Wege-Ventils.
Wie funktioniert ein einfachwirkender pneumatischer Zylinder?
Ein einfachwirkender pneumatischer Zylinder verwendet Druckluft, um den Kolben auszufahren, und eine Feder, um ihn zurückzuziehen, gesteuert durch ein Magnetventil.
Wie steuert man einen Luftzylinder mit einem Magnetventil?
Um einen Luftzylinder mit einem Magnetventil zu steuern, verbinden Sie das Ventil mit der Luftquelle, dem Auslass und dem Zylinder. Das Ventil wechselt zwischen Luftzufuhr und Entlüftung, um den Kolben zu bewegen.
