So dimensionieren Sie ein Pneumatikventil

Druckluft wird gemeinhin als viertwichtigster Energieträger nach Strom, Erdgas und Wasser angesehen. Aus diesem Grund ist die Pneumatik aus vielen Branchen nicht mehr wegzudenken. Wenn es um Pneumatik geht, ist das Ventil einer der kritischsten Aspekte des Systems.

Luftwegeventile sind insbesondere solche, die die Luft in die eine oder andere Richtung strömen lassen. Sie werden verwendet, um die Richtung des Luftstroms in einem pneumatischen System zu steuern, und eine falsche Dimensionierung kann kostspielige Folgen wie Systemfehlfunktionen haben.

In diesem Artikel werden die Grundlagen der richtigen Dimensionierung eines pneumatischen Ventils und die verschiedenen erwägenswerten Ventiloptionen erörtert.

Grundlagen der Größenbestimmung

Sie müssen verschiedene Faktoren berücksichtigen, wenn Sie ein Pneumatikventil richtig dimensionieren möchten. Sie müssen verstehen, wie dies gemacht wird, um mögliche Fehler zu vermeiden, die dazu führen könnten, dass Ihr System nicht richtig funktioniert.

Bestimmung der Größe mit der Durchflussgleichung

Eines der ersten Dinge, die Sie verwenden müssen, ist die Strömungsgleichung. Mit diesem Faktor können Sie berücksichtigen, wie viel Durchfluss ein Ventil an einen Stellantrieb liefern kann. In der zugehörigen Bewertung wird im Allgemeinen der Begriff „Geschwindigkeitskoeffizient (Cv)“ verwendet. Dieser Cv (auch als Ventildurchfluss bezeichnet) ermöglicht einen Vergleich des Durchflusses verschiedener Ventile. Wenn der Wert von Cv hoch ist, ist auch der Durchfluss größer.

Um ein Ventil und einen Zylinder abzugleichen, können Sie die folgende Gleichung verwenden:

Cv =(A × S × a × Cf) ÷ (t × 29)

Die an dieser Formel beteiligten Variablen sind die folgenden:

• A =Zylinderkolbenfläche (π × r2)
• S =Zylinderhub
• t =Zeit (in Sekunden)
• ein =Druckabfallkonstante
• Vgl. =Kompressionsfaktor
• (t × 29) =Zeit (in Sekunden), die der Druck benötigt, um vom Start- zum Enddruck zu fallen

Es ist erwähnenswert, dass sich die letzten beiden Variablen basierend auf dem Wert ändern, der aus der Tabelle oder dem Diagramm des Größenfaktors verwendet wird.

Ventilgrößentabelle

Wenn Sie den Cv eines Ventils schnell bestimmen möchten, können Sie auch eine Ventilgrößentabelle verwenden. Dieses Diagramm hat im Allgemeinen verschiedene Werte für Cv, wobei einige der gebräuchlicheren 0,015, 0,030 und 0,060 sind.

Die Ventilgrößentabelle gibt Ihnen den maximalen Luftstrom für jede Ventilgröße an. Sie können auch bestimmen, wie viel Druck zum Öffnen und Schließen des Ventils erforderlich ist.

Es ist auch erwähnenswert, dass der Cv des Ventils vom Hersteller abhängt. Die Größentabelle sollte alle Informationen enthalten, um den richtigen Lebenslauf für Ihre Bedürfnisse zu bestimmen. Darüber hinaus empfehlen Experten, das Ventil um etwa 25 % zu überdimensionieren, um verschiedene Verluste in pneumatischen Systemen auszugleichen.

Wenn Sie bei der Dimensionierung genauer werden möchten, können Sie auch den Cv jeder Komponente im System berechnen. Dadurch erhalten Sie ein genaueres Bild davon, wie viel Luftstrom erforderlich ist.

Umrechnung von Cv in SFCM und ESEOD (Equivalent Square Edge Orifice Diameter)

Manchmal ist es hilfreich, den Cv eines Ventils in zwei andere Werte umzuwandeln:Standardkubikfuß pro Minute (SCFM) und äquivalenter Öffnungsdurchmesser mit quadratischer Kante (ESEOD). Diese Werte können hilfreich sein, wenn Sie versuchen zu bestimmen, wie viel Durchfluss ein Ventil liefern kann.

Um Cv in SCFM umzuwandeln, können Sie die folgende Gleichung verwenden:

SCFM =Cv ÷ F

Um Cv in ESEOD umzuwandeln, können Sie die folgende Gleichung verwenden:

ESEOD =(Cv × F) ÷ P

Die an diesen Gleichungen beteiligten Variablen sind:

• P =Druck in PSI
• T =Temperatur in Grad Fahrenheit.
• F =Faktor

Denken Sie daran, dass sowohl Druck (P) als auch Faktor (F) häufig aus einer Konversationsfaktortabelle entnommen werden. Angenommen, Sie versuchen, Ihren Lebenslauf in SCFM umzuwandeln.

Der Cv-Wert beträgt 0,48 und wird mit 100 PSI betrieben. Wenn Sie sich eine Umrechnungsfaktortabelle ansehen, werden Sie feststellen, dass 100 PSI 0,0177 entsprechen.

Deshalb:

SCFM =Cv ÷ F

27 (SCFM) =0,48 (Cv) ÷ 0,0177 (Faktor)

Dies lässt sich auch umkehren, indem man den SCFM mit dem Faktor:

multipliziert

SCFM x Faktor =Cv

27 (SCFM) x 0,0177 (Faktor) =0,48 (Cv)

Verschiedene Ventiloptionen

Wenn Sie sich pneumatische Ventile ansehen, werden Sie feststellen, dass verschiedene Typen verfügbar sind. Die häufigsten sind die folgenden:

4-Wege-Ventil mit 5 Anschlüssen

Das 5-Wege-4-Wege-Ventil hat einen separaten Auslassanschluss für jeden Zylinderanschluss am Ventil. Dabei können Durchflussregler am Auslass hinzugefügt werden, um eine separate Steuerung jedes Zylinderanschlusses zu ermöglichen. Dies wird am häufigsten verwendet, wenn ein doppeltwirkender Zylinder gesteuert wird.

3-Positionen-4-Wege-Ventil mit 5 Anschlüssen

Diese Ventile sind die gleichen wie ein 5-Wege-4-Wege-Ventil, außer dass sie drei mögliche Mittelstellungen haben. Stellung eins und drei sind die gleichen wie bei einem 5-Wege-4-Wege-Ventil. Die mittlere Position ermöglicht jedoch drei verschiedene Optionen für das, was passiert, wenn das Ventil deaktiviert wird. Die drei möglichen Positionen sind Auspuffmitte, Druckmitte und blockierte Mitte. In der mittleren Position des Auslasses sind beide Zylinderöffnungen zum Auslass geöffnet. In der Druckmittelstellung werden beide Zylinderanschlüsse mit Druck beaufschlagt. In der gesperrten Mittelstellung schließlich sind alle Ports gesperrt.

Diese Art von Ventil ist auch ideal für Operationen, bei denen sich die Zylinderstange in eine bestimmte Position bewegen und dort bleiben muss.

5-Wege- vs. 4-Wege-4-Wege-Ventile

Der Hauptunterschied zwischen einem Ventil mit fünf Anschlüssen und einem Ventil mit vier Anschlüssen besteht darin, dass das Ventil mit fünf Anschlüssen einen separaten Anschluss für jeden Zylinderanschluss hat, während beim Ventil mit vier Anschlüssen die beiden Abgasströme zu demselben Auslassanschluss fließen. Während das Ventil mit fünf Anschlüssen eine einfache Steuerung von doppeltwirkenden Zylindern ermöglicht, werden Ventile mit vier Anschlüssen eher verwendet, wenn diese separate Steuerung nicht erforderlich ist.

3-Wege-Ventile vs. 4-Wege-Ventile

3-Wege-Ventile unterscheiden sich von 4-Wege-Ventilen dadurch, dass sie nur einen Zylinderanschluss haben. Bei einer normal geschlossenen Anwendung wird Luft vom Versorgungsanschluss zum Zylinderanschluss geleitet, wenn das Ventil betätigt wird. Wenn das Ventil deaktiviert ist, öffnet das Ventil die Zylinderöffnung zum Auslassen. Bei einer normal geöffneten Anwendung besteht der Unterschied darin, dass Luft vom Versorgungsanschluss zum Zylinderanschluss strömt, wenn das Ventil nicht betätigt wird. Bei Betätigung strömt der Luftstrom vom Zylinderanschluss zum Auslassanschluss.

4-Wege-Ventile ermöglichen einen kontinuierlichen Durchfluss von der Zufuhr zum normalerweise offenen Zylinderanschluss, während der normalerweise geschlossene Zylinderanschluss zum Auslass strömt. Wenn das Ventil betätigt wird, schaltet der Durchfluss um, wodurch der normalerweise offene Zylinderanschluss entlüftet und der normalerweise geschlossene Anschluss unter Druck gesetzt wird.

Die meisten 3-Wege-Ventile betreiben einfach wirkende Zylinder, während 4-Wege-Ventile doppelt wirkende Zylinder betreiben. Humphrey Balance Valves, Modelle 310/410 und 320/420, sind perfekte Beispiele für diese Ventile.

Tellerventile vs. Schieberventile und ihre ideale Verwendung

Sitzventile werden in Anwendungen eingesetzt, bei denen eine schnelle Reaktionszeit erforderlich ist. Sie eignen sich auch gut für den Einsatz in Hochgeschwindigkeitsanwendungen. Diese Ventile werden häufig in pneumatischen Aktuatoren, Druckluftwerkzeugen und als Vorsteuerventile verwendet.

Andererseits sind Schieberventile besser für den Einsatz in Anwendungen mit niedriger Drehzahl geeignet. Sie werden auch häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen eine hohe Durchflussrate bei kleinerer Größe erforderlich ist. Diese Ventile werden typischerweise in Fabrikautomatisierungsanwendungen eingesetzt.

Tellerventile sind oft direkt wirkende Ventile, während Schieberventile vorgesteuerte oder ferngesteuerte Ventile sind.

Proportionalventile vs. Digitalventile

Proportionalventile werden häufig in Anwendungen eingesetzt, in denen eine präzise Steuerung des Luftstroms erforderlich ist. Diese Ventile können den Durchfluss des Ventils über ein variables elektrisches Signal steuern.

Digitalventile hingegen haben nur zwei Zustände:Ein und Aus. Diese Ventile können verwendet werden, um einen Kreislauf zu öffnen und zu schließen, den Luftstrom zu starten und zu stoppen oder die Richtung des Luftstroms zu ändern.

Die Humphrey PV3, PV10 und PC30 sind bekannte Proportionalventile. Für digitale Ventile sind die Humphrey Balance Valves eine beliebte Wahl.

Flüssigkeitsventil

Diese Art von Ventil wird verwendet, um den Flüssigkeitsfluss zu steuern. Es wird häufig in Anwendungen eingesetzt, in denen eine präzise Steuerung des Flüssigkeitsflusses erforderlich ist. Die häufigste Verwendung für diesen Ventiltyp sind medizinische und diagnostische Anwendungen. Die Humphrey iDP-Serie und HK5 gelten als großartige Flüssigkeitsventilmodelle.

Lassen Sie sich Zeit

Der heutige Artikel behandelt die verschiedenen verfügbaren Ventiltypen und ihre idealen Verwendungszwecke. Wir haben auch Informationen zur richtigen Dimensionierung eines pneumatischen Ventils unter Verwendung verschiedener Durchflussgleichungen bereitgestellt und die verschiedenen Faktoren, die Sie berücksichtigen müssen, geteilt.

Um Sicherheit und Effizienz zu gewährleisten, nehmen Sie sich unbedingt die Zeit, Ihr Pneumatikventil richtig zu dimensionieren, und erwägen Sie, die in diesem Leitfaden beschriebenen Schritte zu befolgen.

Wenden Sie sich im Zweifelsfall immer an einen Fachmann oder wenden Sie sich an einen vertrauenswürdigen Hersteller oder Händler.

John Henry Foster ist ein führender Distributor hochwertiger Stellantriebe, Kompressoren und pneumatischer Ventile. Kontaktieren Sie uns noch heute, wenn Sie weitere Fragen zu Pneumatikventilen haben oder nach Möglichkeiten suchen, Ihre Systeme zu optimieren. Unser Spezialistenteam steht Ihnen gerne zur Verfügung.