Elektromagnetische Mengenregelung in der Pneumatik – neue Produktlinie für gehobene Ansprüche

Was vom Wasserhahn her vertraut ist – das langsame oder schnelle Öffnen und Schließen auf die gewünschte Wassermenge, das ist für elektromagnetische Ventile noch lange keine Selbstverständlichkeit.

Hier wird unterschieden zwischen dem ON/OFF- und dem Proportionalventil.

Während die ON/OFF- Funktion verhältnismäßig einfach zu realisieren ist, stellt die proportionale Ansteuerung eines Ventiles weitaus höhere Anforderungen an den elektromagnetischen Antrieb.

Die Proportionaltechnik ist in der Hydraulik schon seit Jahrzehnten üblich, mit dem Wunsch nach Effizienzsteigerungen wird der Ruf nach geregeltem Ventilbetrieb auch in der Pneumatik immer stärker.

Dabei fordert die Pneumatik den Entwickler in besonderem Maße, denn im Gegensatz zur Hydraulik bietet das Medium weder Schmiereigenschaft noch Korrosionsschutz und stellt damit die übliche Gleitlagerung bewegter Teile in Frage.

Auf der anderen Seite verlangen die geringen Betätigungskräfte eine sehr geringe und über eine lange Lebensdauer gleichbleibende Hysterese des Ventils.

Neben einer geringen elektrischen Leistung und einer maximalen Linearität zwischen Steuerstrom und Durchfluss ist eine weitere Herausforderung die Vielzahl der gasförmigen Medien.

Nicht zuletzt spielt das Verhalten des Ventils im Fehlerfall eine wichtige Rolle. Hier ist beispielsweise zu betrachten, wie sich das Ventil bei Spannungsausfall und ungeplantem Druckanstieg verhält.

Einsatzbereiche von Mengenregelventilen finden sich in vielen anspruchsvollen Branchen, vornweg in der Medizintechnik mit Beatmung, Narkose, Endoskopie darüber hinaus in der Analyse- und Prozesstechnik. Überall wo Gasmengen wiederholbar per Steuerung fein dosiert werden sollen, ergeben sich weitere Anwendungsfelder: z.B.: Handling von Brenn- und Schutzgasen für verschiedenste Technologiefelder.

Das Entwicklungsteam von Magnet-Schultz hat sich den Anforderungen mit Erfolg gestellt, und eine Ventilbaureihe mit der Funktion 2/2 NC entwickelt, die den Anforderungen für pneumatische Mengenregelung gewachsen ist.

Eine optimierte Mäanderlagerung verhindert Reibung zwischen bewegten Teilen innerhalb des Ventils führt zu besonders niedrigen Hysteresewerten.
 

Bild1: Beispielhaftes Kennlinienfeld mit Hystereseschleife des Durchfluss inclusive Hysterese und Linearitätsabweichung bezogen auf den maximalen Durchfluss.
 

Mit Hilfe CAD gestützter Finite Elemente Methoden und der CFD Strömungsberechnung wurden Magnetkreis und Ventilgeometrie soweit optimiert, dass mit der eingesetzten elektrischen Leistung der maximale Gasdurchfluss erreicht wird, und dies bei bester Linearität über den gesamten Regelbereich. Der Regelbereich des Gasdurchfluss kann bei kundenspezifischen Geräten auf die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden

Die unterschiedlichen Sicherheitsanforderungen münden in 2 unterschiedliche Funktionsausführungen; Kennlinien sind exemplarisch für die Nennweite 1,5mm dargestellt.
 


 

Je nach Baugröße und Ausführung sind mit dem derzeitigen Gerätespektrum Druckbereiche zwischen 0-8bar bei NW1,0 und Durchflüsse bis 180l/min zu erreichen.

Hier zeigt es sich, dass es sehr wichtig ist, das Gerät an die Kundenbedürfnisse anzupassen, denn nur die richtige Wahl von Funktionalität, Nennweite, Druckbereich und Durchfluss führen zu optimalen Ergebnissen in der Anwendung.

Die Materialien mit Medienkontakt sind Messing, Edelstahl und PPS, die Dichtungswerkstoffe wurden so gewählt, dass FDA-konformität erreicht wird. Derzeit sind als Medium alle neutralen Gase zugelassen, unter anderem ist auch der Einsatz für Sauerstoff möglich. Die Eignung für weitere Gase und Gasmischungen kann im Bedarfsfall unter Angabe von Mischungsverhältnis und Temperaturbereiche geprüft werden.

Das Gehäuse des Gerätes ist aus korrosionsbeständigem Edelstahl gefertigt, der elektrische Anschluss über freie Litzen verfügt über eine integrierte Zugentlastung.

In Labortests wurde für beide Ventilbaugrößen eine Lebensdauer von über 50 Millionen Schaltungen nachgewiesen – dies kommt der Ressourcen –Effizienz entgegen, die heute bei keiner Neuentwicklung außer Acht gelassen werden sollte.



Proportional-Magnetventile Typ VPRM
Proportional-Magnetventile Typ VPRM



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