I. Die Kernfunktion vonMagnetventile
Als Schlüsselkomponente der elektro-pneumatischen Wandlung übernimmt das Magnetventil die Aufgabe, elektrische Signale effizient in pneumatische Signale umzuwandeln. Nach Erhalt der Steueranweisung kann das Magnetventil die Strömungsrichtung der Druckluft präzise freigeben, stoppen ODER ändern und so mehrere Funktionen erfüllen, einschließlich der Steuerung der Wirkungsrichtung der pneumatischen Betätigungskomponente, der Steuerung der EIN/AUS-Schaltermenge und der Logiksteuerung UND ODER/NICHT/UND. Unter den verschiedenen Arten von Magnetventilen nimmt das Wegeventil mit elektromagnetischer Steuerung eine zentrale Stellung ein und spielt eine entscheidende Rolle.
Ii. Funktionsprinzip des Wegeventils mit elektromagnetischer Steuerung
In pneumatischen Systemen spielt das elektromagnetisch gesteuerte Wegeventil eine entscheidende Rolle. Es ist dafür verantwortlich, das Öffnen und Schließen des Luftströmungskanals zu steuern oder die Strömungsrichtung der Druckluft zu ändern. Sein Hauptarbeitsprinzip beruht auf der elektromagnetischen Kraft, die von der elektromagnetischen Spule erzeugt wird. Diese Kraft bewirkt, dass der Ventilkern umschaltet, wodurch der Zweck der Umkehr des Luftstroms erreicht wird. Entsprechend der unterschiedlichen Art und Weise, wie der elektromagnetische Steuerteil das Wegeventil drückt, können elektromagnetisch gesteuerte Wegeventile in zwei Typen unterteilt werden: direkt-wirkend und vorgesteuert-. Direkt-wirkende Magnetventile nutzen direkt die elektromagnetische Kraft, um den Ventilkern in die Umkehrrichtung zu treiben, während vorgesteuerte Wegeventile auf den vom elektromagnetischen Pilotventil erzeugten Steuerluftdruck angewiesen sind, um den Ventilkern anzutreiben und eine Umkehr zu erreichen.
Abbildung 1 zeigt eine einfache Querschnittsansicht eines direkt-wirkenden 3/2-Magnetventils (drei-zwei-Positionen (normalerweise offen) und sein Funktionsprinzip. Wenn die Spule mit Strom versorgt wird, erzeugt der statische Eisenkern eine elektromagnetische Kraft, die den Ventilkern nach oben drückt. Wenn der Ventilkern angehoben wird, wird die Dichtung angehoben und verbindet so die Anschlüsse 1 und 2, während die Anschlüsse 2 und 3 getrennt werden. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das Ventil im Einlasszustand und kann die Bewegung des Zylinders steuern. Sobald die Stromversorgung unterbrochen wird, kehrt der Ventilkern mithilfe der Rückstellkraft der Feder in seinen ursprünglichen Zustand zurück, d. h. die Anschlüsse 1 und 2 sind getrennt, während die Anschlüsse 2 und 3 verbunden sind. Auf diese Weise befindet sich das Ventil im Auslasszustand.
Abbildung 2 zeigt eine einfache Querschnittsansicht des direkt-wirkenden 5/2-Magnetventils (Fünf-zwei-Positionen (normalerweise offen) und sein Funktionsprinzip. Im Ausgangszustand erfolgt die Luftansaugung über die Anschlüsse 1 und 2, während die Abluft über die Anschlüsse 4 und 5 erfolgt. Wenn die Spule erregt wird, erzeugt der statische Eisenkern eine elektromagnetische Kraft. Diese Kraft treibt das Vorsteuerventil in Betrieb, und dann gelangt Druckluft über den Luftweg in den Vorsteuerkolben des Ventils, wodurch der Kolben startet. In der Mitte des Kolbens öffnet die dichtende Kreisfläche den Kanal. Zu diesem Zeitpunkt wird Luft über die Anschlüsse 1 und 4 angesaugt, während die Luft über die Anschlüsse 2 und 3 abgelassen wird. Sobald die Stromversorgung unterbrochen wird, verlässt sich das Pilotventil auf die Rückstellkraft der Feder, um in seinen ursprünglichen Zustand zurückzukehren.
Lassen Sie uns als nächstes über die Funktion des Magnetventils sprechen. Die Funktion eines elektromagnetischen Ventils wird durch zwei Zahlen dargestellt: M und N, was als elektromagnetisches Ventil mit M-Pfad und N-Position bezeichnet wird. Dabei repräsentiert „N-Position“ die Schaltposition des Wegeventils, also den Zustand des Ventils. Die Anzahl der Ventilpositionen ist der Wert von N. Beispielsweise hat ein Ventil mit zwei -Positionen zwei Positionsoptionen, das heißt, es hat zwei Zustände. Das Ventil mit drei -Positionen verfügt über drei Positionsoptionen, d. h. es gibt drei verschiedene Zustände. Der „M-Pfad“ gibt die Anzahl der externen Schnittstellen des Ventils an, einschließlich Lufteinlass, Luftauslass und Auslassanschluss. Die Anzahl der Pfade ist der Wert von M.
Nehmen Sie als Beispiel das Ventil in Abbildung 1. Es handelt sich um ein direktwirkendes 3/2-Magnetventil, das heißt, das Ventil hat zwei Stellungen, nämlich den „Ein“- und den „Aus“-Zustand. Gleichzeitig verfügt es über drei Luftanschlüsse: 1 ist der Lufteinlass, 2 ist der Luftauslass und 3 ist der Auslass.
Analyse der Magnetventil-Atemwege
Am linken Ende des Gaswegdiagramms stellt das Symbol ganz links normalerweise die untere Feder dar. Der mittlere Teil ist der Ventilkörper, der die wichtigsten Informationen zur Bestimmung des Magnetventiltyps enthält. Beispielsweise zeigen die beiden Kästchen in der Abbildung an, dass es sich um ein Magnetventil mit zwei -Positionen handelt, während A/B/R/P/S die Lochpositionen des Ventilkörpers, also des Fünf-Wege-Ventils, darstellen. Daher ist dieses Magnetventil ein Fünf-Wege-Magnetventil mit zwei -Positionen. Ebenso können wir die Anzahl der Bits und die Anzahl der Durchgänge des Magnetventils anhand der Anzahl der Löcher und der Anzahl der Kästen bestimmen.
Darüber hinaus zeigt das Gaswegdiagramm auch die Betriebswege des Gaswegs bei ausgeschaltetem und eingeschaltetem Strom. Wenn die Stromversorgung unterbrochen wird, tritt der Luftweg durch Loch P ein, wirkt durch Loch A auf den Aktuator, verläuft dann durch Loch B und wird schließlich durch Loch S entladen, während Loch R geschlossen bleibt. Beim Einschalten tritt der Luftweg ebenfalls durch Loch P ein, aber zu diesem Zeitpunkt wird Luft aus Loch B abgelassen, wirkt auf den Aktuator und strömt durch Loch A und schließlich aus Loch R, während Loch S geschlossen ist.
Der rechte Teil von Abbildung 3 stellt im Allgemeinen Spulen oder kleine Pilotventile dar, die beim Betrieb von Magnetventilen eine wichtige Rolle spielen. Durch die Interpretation dieser Atemwegsdiagramme können wir ein tieferes Verständnis des Funktionsprinzips des Magnetventils und der Funktion der Atemwege unter verschiedenen Bedingungen erlangen.
Abbildung 4 zeigt das elektrische Schaltbild des pneumatischen Magnetventils. Der elektrische Schaltplan ist der Schlüssel zum Verständnis des Funktionsprinzips eines elektromagnetischen Ventils. Es zeigt deutlich die Spule, die Kontakte und die Verbindungsbeziehung zu anderen elektrischen Komponenten. Durch die Betrachtung des elektrischen Schaltplans können wir die elektrischen Veränderungen des Magnetventils beim Ein- und Ausschalten besser verstehen und so seine Arbeitseigenschaften besser verstehen.
IV. Auswahl an Einzel--Steuer-Magnetventilen und Doppel--Steuer-Magnetventilen
Das einzelne elektrisch gesteuerte Magnetventil ist, wie der Name schon sagt, mit nur einer Spule ausgestattet. Beim Einschalten ändert es sich und wechselt in einen anderen Zustand. Wenn die Stromversorgung unterbrochen wird, kehrt sie automatisch in den ursprünglichen Zustand zurück. Dieses Funktionsprinzip ist in Abbildung 5 dargestellt. Im Gegensatz dazu ist das doppelt elektro-gesteuerte Magnetventil mit zwei Spulen ausgestattet. Durch die Steuerung der Erregungszustände verschiedener Spulen können mehrere Schalter aktiviert und der vorherige Zustand auch nach dem Ausschalten beibehalten werden, wie in Abbildung 6 dargestellt. Dieser funktionale Unterschied bestimmt direkt die unterschiedlichen Auswahlmöglichkeiten in praktischen Anwendungen.
Die Abbildungen 5 und 6 veranschaulichen die Funktionsprinzipien von Einzel---Steuermagnetventilen und Doppel---Steuermagnetventilen. Wenn bei der Auswahl die Umschaltzeit des Ventils relativ kurz ist, reicht ein einziges-Steuermagnetventil zur Bewältigung aus. Wenn die Kommutierungszeit jedoch lang ist, muss die Spule ständig mit Strom versorgt werden, was dazu führen kann, dass sich die Spule bei längerem Einschalten erwärmt und sogar durchbrennt. Um diese Situation zu vermeiden, kann ein Doppel--Steuerventil gewählt werden. Wenn außerdem die Reset-Funktion nach einem Stromausfall erreicht werden muss, ist ein einzelnes elektrisch gesteuertes Magnetventil besser geeignet. Wenn es erforderlich ist, den aktuellen Zustand nach einem Stromausfall aufrechtzuerhalten, ist ein doppelt gesteuertes Magnetventil besser geeignet.
V. Unterschiede und Anwendungen zwischen vorgesteuerten Magnetventilen und direkt{2}wirkenden Magnetventilen
Unter den Arten von Magnetventilen sind vorgesteuerte und direktwirkende Ventile zwei gängige Typen. Sie unterscheiden sich in Funktionsprinzipien und Anwendungsszenarien. Vorgesteuerte Magnetventile schalten durch Pilotlöcher zwischen Gas und Flüssigkeit um, während direkt{5}wirkende Magnetventile auf Druckunterschieden beruhen, um die Bewegung des Ventilkerns zu steuern. Dieser Unterschied führt dazu, dass die beiden Arten von Magnetventilen jeweils ihre eigenen Vorteile haben, wenn sie auf unterschiedliche industrielle Anforderungen reagieren. Beispielsweise können in manchen Situationen, die eine schnelle Reaktion und hohe Empfindlichkeit erfordern, direktwirkende Magnetventile besser geeignet sein. In Situationen, in denen eine feinere Steuerung und ein geringerer Energieverbrauch erforderlich sind, können vorgesteuerte Magnetventile von Vorteil sein.
Der konstruktive Aufbau direkt-wirkender Magnetventile ist relativ einfach. Ihr Funktionsprinzip beruht hauptsächlich auf elektromagnetischer Kraft, um den Ventilkern direkt zum Handeln zu bewegen. Dieses Design weist jedoch auch zwei wesentliche Mängel auf. Erstens vergrößert sich aufgrund des großen Bedarfs an elektromagnetischer Kraft das Volumen der Elektromagnetspule entsprechend, was wiederum zu einem höheren Energieverbrauch führt. Zweitens sind direktwirkende Magnetventile relativ druckempfindlich. Wenn der Druck einen bestimmten Grenzwert überschreitet (normalerweise über 0,7 MPA), funktionieren viele direkt-Magnetventile nicht richtig. Dies ist hauptsächlich auf den übermäßig hohen Druck zurückzuführen, der auf den Ventilkern wirkt und es der elektromagnetischen Kraft erschwert, den Ventilkern zum Betrieb anzutreiben. Dennoch haben direkt{11}}wirkende Magnetventile auch ihre Vorteile: einfacher Aufbau, erschwinglicher Preis und niedrige Ausfallrate.
2. Das vorgesteuerte Magnetventil ist raffiniert konstruiert. Es verzichtet auf den herkömmlichen elektromagnetischen Kraftantrieb und nutzt stattdessen Luftdruck, um den Ventilkern zum Handeln zu bewegen. Magnetventile mit einem Durchmesser von mehr als 4 mm bestehen normalerweise aus einem Pilotventil und einem Hauptventil. Nachdem das Magnetventil eingeschaltet wurde, öffnet sich das Pilotventil und steuert über sein Ausgangssignal die Öffnung des Hauptventils. Es ist erwähnenswert, dass das Hauptventil tatsächlich ein pneumatisches Steuerventil ist und sein Betrieb die koordinierte Wirkung zweier Luftquellen erfordert: eine ist die Luftquelle des Hauptventils und die andere ist die Luftquelle des Pilotventils.
Wenn die Hauptluftquelle dem Pilotventil über den internen Luftkanal des Magnetventils Luft zuführt, wird diese Konstruktion als interner Pilottyp bezeichnet. Wenn das Pilotventil von einer von der Hauptgasquelle unabhängigen Quelle mit Gas versorgt wird, spricht man von einem externen Pilottyp. In Abbildung 8 zeigt die linke Seite ein Beispiel eines extern pilot-gesteuerten Magnetventils, während die rechte Seite ein Beispiel eines intern pilot-gesteuerten Magnetventils zeigt.
Der physikalische Vergleich zwischen der internen Leitung und der externen Leitung ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Diese beiden Arten von Magnetventilen, nämlich interne Pilotventile und externe Pilotventile, kommen häufig im selben System nebeneinander vor. Normalerweise kann der interne Pilot die Anforderungen der meisten Gelegenheiten bereits erfüllen. Unter bestimmten Umständen ist eine externe Führung jedoch noch notwendiger. Wenn beispielsweise der Gasquellendruck des Hauptventils schwankt und unter 0,2 MPA fallen kann, oder wenn es sich in einer Vakuumumgebung befindet, da die Gasquelle des Pilotventils nicht mit der des Hauptventils geteilt werden kann, kann es andernfalls dazu kommen, dass das Hauptventil nicht geöffnet werden kann. Zu diesem Zeitpunkt ist eine unabhängige Luftquelle mit einem Druck von mehr als 0,2 MPA erforderlich, um das Pilotventil anzutreiben. Wenn der Druckunterschied zwischen Lufteinlass und -auslass erheblich ist oder der Hauptluftwegdruck 1 MPA übersteigt, muss der interne Pilot außerdem möglicherweise das Strukturvolumen vergrößern, indem er den Atemwegdruck direkt auf den Ventilkern überträgt. Der externe Pilot löst das Problem, indem er einen Gaskanal direkt in den Pilotanschluss einführt, ohne dass ein elektromagnetisches Ventil hinzugefügt werden muss; Es muss lediglich ein Luftrohr hinzugefügt werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass pilotgesteuerte Magnetventile die Vorteile kleiner elektromagnetischer Köpfe und eines geringen Stromverbrauchs haben. Es ist ästhetisch ansprechend und spart Installationsraum. Gleichzeitig erzeugt es weniger Wärme und hat einen bemerkenswerten Energiespareffekt. Noch wichtiger ist, dass die Spule aufgrund der geringen Wärmeentwicklung weniger anfällig für Durchbrennen ist und länger eingeschaltet bleiben kann. Dies ist insbesondere in praktischen Anwendungen wichtig. Beispielsweise wurde die Leistung einiger Magnetventile von SMC auf nur 0,1 W reduziert, was eine kontinuierliche Stromversorgung ohne Überhitzung ermöglicht. Der Leistungsbereich direkt-wirkender Magnetventile liegt bei 4-20 W, bei einer relativ kurzen Einschaltdauer. Darüber hinaus besteht bei häufigem Einschalten die Gefahr eines Burnouts. Daher werden vorgesteuerte Magnetventile in Situationen, in denen eine Stromversorgung über längere Zeiträume oder mit hohen Frequenzen erforderlich ist, zur bevorzugten Wahl. Tatsächlich haben die meisten der heute gebräuchlichen Magnetventile eine vorgesteuerte Konstruktion. Unter den Magnetventilen, die nur Flüssigkeit durchlassen, machen direktwirkende noch einen gewissen Anteil aus. Dies liegt vor allem daran, dass Verunreinigungen in der Flüssigkeit die engen Pilotventilkanäle verstopfen können.
Als Nächstes werden wir uns mit den drei Arten von Fünf-Wege-Magnetventilen mit drei{0}Positionen befassen: mittel-abgedichtet, mittel-belüftet und Mittel-Druck, sowie deren Anwendungen. Dieser Magnetventiltyp verwendet doppelte elektrische Steuerspulen. Wenn keiner der beiden Elektromagnete erregt ist, befindet sich der Ventilkern unter dem ausgeglichenen Druck der Federn auf beiden Seiten in der Mittelposition. An diesem Punkt bestimmt der Ein-{8}}Aus-Zustand des Gaswegs im Magnetventil seinen spezifischen Typ - mittlere Abdichtung, mittlere Entlüftung oder mittleren Druck. Wir werden die Prinzipien und Anwendungsszenarien dieser drei Typen nacheinander analysieren.
1.Analyse des mittleren Dichtungszustands: Wenn keine der beiden Spulen mit Strom versorgt wird, bleibt der Druck in der vorderen und hinteren Kammer des Zylinders in dem Zustand, nachdem die Spulen nicht mehr mit Strom versorgt wurden, und ändert sich nicht. Gleichzeitig werden sowohl die Lufteinlass- als auch die Luftauslassöffnung geschlossen. Wenn dieser Zustand jedoch über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten wird, kann es aufgrund geringfügiger Undichtigkeiten allmählich dazu kommen, dass das Gleichgewicht verloren geht. Das schematische Diagramm ist in (Abbildung 10) dargestellt.
Aufgrund der Kompressibilität von Gas und der Tatsache, dass pneumatische Komponenten wie Zylinder, Ventile und Gasrohrverbindungen nicht völlig leckagefrei sein können, kann der Zylinder nicht über einen langen Zeitraum stabil in der Zwischenstoppposition gehalten werden. Dieser Gleichgewichtszustand geht mit der Zeit allmählich verloren, was zu einer Verschlechterung der Positionierungsgenauigkeit des Zylinders führt. Für Arbeitsbedingungen, bei denen die Positionierungsgenauigkeit des Zylinders jedoch nicht besonders hoch ist und die Zwischenstoppzeit relativ kurz ist, kann der Einsatz des mittig abgedichteten Zylinders dennoch in Betracht gezogen werden.
2. Medium-Entladungsmethode: Wenn keine der beiden Spulen erregt ist, herrscht in der vorderen und hinteren Kammer des Zylinders kein Druck und die Lufteinlassöffnung bleibt gleichzeitig geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt wird der Druck in der vorderen und hinteren Kammer des Zylinders über die beiden Auslassöffnungen des Magnetventils abgelassen. Das Funktionsprinzip ist in Abbildung 11 dargestellt.
Im Vergleich zum mittleren{0}}abgedichteten Ventil kann die Konstruktion des mittleren-Entladungskreislaufs eine längere mittlere-Stoppzeit bieten. In Situationen, in denen sich der Zylinder vertikal bewegen muss, ist die Mid-Stoppzeit relativ lang, aber die Anforderungen an die Positionierungsgenauigkeit sind nicht sehr streng. Daher ist die Mid-Release-Schaltung eine erwägenswerte Wahl.
3. Mittlerer Druckzustand: Wenn keine der beiden Spulen erregt ist, bleibt der Druck in der vorderen und hinteren Kammer des Zylinders in dem Zustand, in dem die vorherige Spule stromlos war, und es wird ein kontinuierlicher Druck angelegt, um sicherzustellen, dass der Druck in der vorderen und hinteren Kammer des Zylinders mit dem am Einlassende übereinstimmt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Lufteinlass geöffnet, während der Auslass geschlossen ist. Das Funktionsprinzip ist in Abbildung 12 dargestellt.
Wenn der Zylinder keiner axialen äußeren Belastungskraft ausgesetzt ist, bleibt der Kolben in einem ausgeglichenen Zustand und bleibt somit während des Hubs präzise in jeder Position. Aufgrund der Eigenschaften dieser Schaltung muss der Zylinder horizontal eingebaut werden. Daher wird bei Arbeitsbedingungen, bei denen eine hochpräzise Positionierung erforderlich ist und keine axiale äußere Belastungskraft vorliegt, die Verwendung eines Mitteldruckventils in Kombination mit einem Doppelkolbenstangenzylinder empfohlen.
