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Proportional-Magnetventil für Pneumatik V PR M 020 K00 A10 – Druckausgeglichene Variante für hohe Durchflüsse

Unsere Produktfamilie der pneumatischen Mengenregelventile Typ V PR M hat neuen Zuwachs bekommen.

Motivation für die neue Type mit deutlichem Mehrwert war die kundenseitige Anforderung, das Ventil bei gleicher Baugröße auch für höhere Druckbereiche einsetzen zu können. Gleichzeitig ist ein höherer Mediendurchfluss bei möglichst geringen Druckverlusten (Druckabfall) gefragt.
Die Betrachtung der Druckversorgung in pneumatischen Systemen hilft diese Anforderung zu verstehen: Anwendungsseitig stehen, je nach Branche, Mediendrücke bis 6 bar an. Ist das Ventil nur für geringere Drücke geeignet,
muss der Druck mittels separatem Druckminderventil reduziert werden. Bei Einsatz unserer neuen Ventilvariante kann, abhängig von der Anwendung, ggf. auf ein
Druckminderventil verzichtet werden.
Das Proportional-Magnetventil V PR M 020 K00 A10 arbeitet im Druckbereich von 0-6 bar. Mit einer Nennweite von 4,4 mm werden bei einem Druckabfall von 2,8 bar Durchflussmengen bis 200 l/min erreicht.
Das Geheimnis dieser Leistungssteigerung bei gleicher Baugröße und nahezu gleicher elektrischer Leistung liegt im sogenannten Druckausgleich und lässt sich bei
genauerer Betrachtung im Vergleich der Ventilschaltbilder (Abb. 1, Abb. 2) erkennen.

Abbildung 1: Ventil ohne Druckausgleich

Abbildung 2: Ventil mit Druckausgleich

Die Prinzipskizze Abbildung 3 verdeutlicht die Wirkungsweise und die Kräfteverhältnisse: Der Ventilsitz wird durch die Kraft der Feder FF über den Dichtnippel gegen die Druckkraft des Mediums FP verschlossen. Wird die Spule bestromt, hebt der Magnetanker den Nippel mit der Magnetkraft FM, unterstützt durch die Druckkraft FP, vom Ventilsitz ab. Die Höhe des Stromes bestimmt die Magnetkraft und damit das Maß um welches der Dichtnippel vom Ventilsitz abgehoben wird. Der so entstandene Abstand zwischen Dichtnippel und Ventilsitz stellt den Durchfluss ein.

Abbildung 3: Prinzip Ventil ohne Druckausgleich und Darstellung
der wirksamen Kräfte auf den Dichtnippel

Wird der Eingangsdruck (1) erhöht, steigt die Druckkraft FP, die sich zur Magnetkraft FM addiert, der Dichtnippel wird weiter angehoben, der Durchfluss erhöht sich.
Sollen nun größere Drücke bewältigt werden, sind größere Federkräfte erforderlich. Die zur Öffnung des Ventils erforderlichen maximalen Magnetkräfte steigen – ein vergrößerterMagnetantrieb wäre die Folge.
Eine Druckkompensation schafft hier Abhilfe.
Das Schaltbild Abbildung 2 zeigt eine Druckleitung vom Anschluss 1 auf den Funktionsschieber. Die Kraftwirkung des Drucks unterstützt die Feder dabei, das Ventil zu schließen. Konstruktiv wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass eine
speziell auf das Ventil angepasste Membrane integriert wird.

Abbildung 4: Prinzip Ventil mit Druckausgleich druch Membrane und Darstellung
der wirksamen Kräfte auf den Dichtnippel

Abbildung 4 verdeutlicht den konstruktiven Aufbau und die Kraftverhältnisse. Die Membran ist an Gehäuse und Magnetanker befestigt und trennt Ventil- und Ankerraum. Über ein System aus kleinen Bohrungen wirkt der Eingangsdruck aus dem Ventil auch im Ankerraum und drückt über die Fläche der Membrane als schließende Kraft auf den Dichtnippel. Werden die wirksamen Flächen von Dichtsitz und Membrane richtig gewählt, haben Änderungen des Eingangsdruckes keine Auswirkungen auf die Betätigungskraft des Dichtnippels, da sich die aus dem Eingangsdruck resultierenden Kräfte FP gegenseitig aufheben – wir sprechen von einem druckkompensierten Ventil.

Ventil ohne Druckkompensation

 

Ventil mit Druckkompensation

Abildung 5: Vergleich der Ventilcharakteristik

Die Membrane ist beim vorgestellten Ventil ohne äußerliche Veränderungen zu den Ventilgeschwistern integriert.
Die inneren Werte seien abschließend im Vergleich der Ventilcharakteristiken gegenübergestellt:
Die Ausführung ohne Druckkompensation ändert ihren Öffnungsstrom in Abhängigkeit des Eingangsdruckes, der auf max. 2,8 bar begrenzt ist. Bei höherem
Eingangsdruck würde das Ventil selbsttätig öffnen, die Funktion ist nicht mehr gewährleistet.

Beim Ventil mit Druckkompensation beginnen die Kennlinien für die verschiedenen Drücke alle im selben Punkt, es werden Drücke bis 6 bar erreicht.
Alle weiteren technischen Daten der Ventilbaureihe können der Teilliste V PR M entnommen werden.