Ratgeber
Ob Hydraulik oder Pneumatik – ohne Steuerventile läuft’s nicht. Vorausgesetzt, das richtige Steuerventil sitzt an der richtigen Stelle. Lesen Sie hier, welche Steuerventile es gibt, wie sie aufgebaut sind und funktionieren. Der Fokus liegt dabei auf einem der wichtigsten Steuerventile, dem Wegeventil.
Steuerventile sind Komponenten in Hydraulik- und Pneumatik-Systemen. Sie steuern den Fluss von Flüssigkeiten oder Gasen und spielen eine entscheidende Rolle bei der Regulierung von Druck, Flussrichtung und Flussmenge. Das ermöglicht die präzise Kontrolle über die Bewegung und Kraft in Maschinen und Anlagen.
Druckventile regeln den Druck innerhalb eines Systems durch das Anpassen der Flussmenge innerhalb eines vorgegebenen Bereichs. Ein typisches Beispiel sind Druckbegrenzungsventile. Sie verhindern, dass der Druck in einem System einen sicheren Wert überschreitet.
Drosselventile arbeiten ähnlich wie Druckventile durch das Regulieren der Flussmenge, was indirekt die Geschwindigkeit von bewegten Komponenten beeinflusst.
Proportionalventile können dagegen sowohl den Druck als auch den Fluss präzise steuern, jeweils basierend auf einem elektrischen Signal. Sie ermöglichen eine feinere Kontrolle über die Bewegung und Kraft in anspruchsvollen Anwendungen.
Schnellentlüftungsventile dienen zur schnellen Entlüftung des Zylinders,
Rückschlagventile lassen Luft nur auf einem einzigen Weg strömen und blockieren Luftströme aus der Gegenrichtung automatisch.
Logikventile sind nicht nur zur Steuerung von Aktoren fähig, sondern auch zur Umsetzung logischer Grundschaltungen.
Wegeventile steuern schließlich die Richtung von Flüssigkeiten oder Gasen. Sie werden sehr häufig in hydraulischen und pneumatischen Systemen verwendet, um die Bewegung von Zylindern oder Motoren zu kontrollieren. Aufgrund ihrer hohen Präsenz in industriellen Umgebungen, hier ein genauer Blick auf Funktionen und Bauformen.
Wegeventile sind eine spezielle Ausführung von Steuerventilen. Mit ihnen lässt sich allerdings nur die Richtung des Flüssigkeits- oder Gasflusses steuern, nicht der Druck. Diese Bauform von Steuerventilen ist entscheidend für die Steuerung der Bewegung von Aktoren wie Hydraulik- oder Pneumatikzylindern. Erreicht wird die Kontrolle des Mediums durch drei Funktionen: Start, Stopp und Richtung. Die Bezeichnung Wegeventil ergibt sich aus der Anzahl der Wege und Stellungen, die das Ventil annehmen kann. Jeder Weg repräsentiert einen Einlass, einen Auslass oder eine Durchflussrichtung im Ventil.
Die Funktionsweise eines Steuerventils zur Richtungssteuerung hängt von seinem Aufbau und der Betätigungsart ab. Zu den Basiskomponenten zählen das Gehäuse, das Ventilelement und das Betätigungselement.
Das Gehäuse enthält die internen Komponenten und verfügt über mehrere Anschlüsse – häufig Ports genannt – für den Ein- und Auslass des Mediums. Gängige Ventilelemente sind Schieber, Kegeln, Kugel oder Platten, die sich innerhalb des Gehäuses bewegen, um verschiedene Ports zu öffnen oder zu schließen. Das Betätigungselement ist ein Mechanismus zum Bewegen des Ventilelements. Hier kann ein Hebel ebenso vorkommen wie ein Knopf, eine Zylinderspule oder ein pneumatischer Antrieb. Bei manueller Betätigung handelt es sich fachsprachlich um ein Handhebelventil oder Handsteuerventil.
Aktiviert wird das Wegeventil durch das Betätigungselement. In einem elektrischen Ventil verschiebt das magnetische Feld der angesteuerten Zylinderspule das Ventilelement, in pneumatischen Systemen macht das der Druck des Mediums. Bei manueller Bedienung muss eine Person das Ventilelement direkt durch einen Hebel oder Knopf bewegen.
Die Bewegung des Ventilelements innerhalb des Ventilgehäuses öffnet, schließt oder verbindet die Anschlüsse je nach Konfiguration. Die konstruktive Ausführung bestimmt, wie das Medium durch das Ventil fließt. Bei einem Schieberventil ist das ein zylindrischer Schieber, bei einem Sitzventil ein Kegel oder eine Kugel. Abhängig von der Stellung des Ventilelements wird das Medium durch das Ventil umgeleitet. Zum Beispiel kann in einem Hydraulik-System ein 4-Wege-Ventil den Fluss von einer Pumpe zu einem Zylinder lenken und gleichzeitig den Rückfluss vom Zylinder zum Tank ermöglichen. Durch Ändern der Position des Ventilelements lässt sich die Bewegungsrichtung des Zylinders umkehren. Zur Rückkehr in die Neutralstellung besitzen viele Wegeventile zudem eine Feder oder einen anderen Rückstellmechanismus. Er wird aktiv, wenn keine Betätigungskraft mehr einwirkt.
Steuerventile unterscheiden sich generell in ihrer Funktionsweise, Konstruktion und den für sie typischen Anwendungsbereichen. Das gilt auch für Wegeventile. Wichtigste Konstruktionsmerkmale sind die Anzahl der Anschlüsse, die Betätigungsart und die Bauform.
2-Wege-Ventile verfügen über einen Ein- und einen Ausgang. Mit ihnen lässt sich der Fluss des Mediums starten oder stoppen.
Mit 3-Wege-Ventilen ist Umschalten zwischen zwei Kreisläufen möglich, häufig zur Entlastung eines Kreislaufs.
Mit ihren vier Anschlüssen sind 4-Wege-Ventile oft in Systemen zu finden, die eine Umkehrung der Bewegungsrichtung benötigen, dazu gehören beispielsweise doppeltwirkenden Pneumatik-Zylinder.
5-Wege-Ventile ähneln 4-Wege-Ventilen, sie verfügen aber über einen zusätzlichen Anschluss für erweiterte Steuerungsoptionen.
Hinsichtlich der Betätigungsart erfolgt bei manuell betätigten Ventilen die Steuerung über Hebel, Knöpfen oder Pedalen. Mechanische Ventile lassen sich durch eine mechanische Bewegung oder Kraft wie Federn oder Rollen aktivieren. Elektrisch betätigte Ventile nutzen dagegen elektromagnetische Zylinderspulen während Pneumatik- beziehungsweise Hydraulik-Typen dazu Druckluft oder Hydraulikflüssigkeit zur Betätigung verwenden.
Bei der Bauform lassen sich vier Varianten unterscheiden: Schieberventile, Sitzventile, Kugelhahnventile und Membranventile.
Schieberventile verwenden einen beweglichen Kolben, den Schieber, der in verschiedenen Positionen Durchflusswege öffnet oder schließt. Steuerventile mit Schieber sind für ihre Vielseitigkeit bekannt, es gibt sie in einer Vielzahl von Konfigurationen.
Sitzventile wie das populäre Schrägsitzventil verdanken ihre Bezeichnung dem Ventilsitz, gegen den ein Ventilelement gepresst wird. Es blockiert den Durchfluss des Mediums oder gibt ihn frei. Sie bieten eine gute Abdichtung und sind besonders für Anwendungen mit hohen Drücken geeignet.
Kugelhahnventile verwenden eine Kugel mit einem Durchgangsloch. Ist das Loch mit den Anschlüssen ausgerichtet, kann das Medium fließen, bei Drehung wird der Fluss blockiert. Kugelhahnventile sind einfach zu bedienen und bieten eine schnelle Umstellung zwischen offenen und geschlossenen Zuständen.
Membranventile steuern den Fluss durch eine flexible Membran. Zur Unterbrechung wird sie gegen einen Sitz gedrückt. Sie sind besonders nützlich für schmutzige Medien oder solche mit Feststoffen.
Neben den oben genannten Steuerventilen gibt es noch weitere spezielle Bauformen, in erster Linie für die präzise Steuerung in der industriellen Automatisierung. Hierzu gehören zum Beispiel Proportional- und Servoventile. Eine besondere Rolle kommt aber den sogenannten 3/2-Wegeventilen zu.
Es handelt sich dabei um ein Wegeventil, das üblicherweise in Druckluft- aber auch in hydraulischen Systemen verwendet wird. Seine Bezeichnung steht für die Anzahl der Anschlüsse und die möglichen Schaltstellungen: Das 3/2-Wegeventil besitzt drei Anschlüsse und zwei Stellungen. Es spielt eine entscheidende Rolle in der Steuerung von Systemen. Diese Ventilform ermöglicht die Bewegung oder Steuerung von Aktoren, in der Regel in Sicherheits- oder Steuerkreisen.
Das 3/2-Wegeventil verfügt über einen Port für die Versorgungsleitung, zum Beispiel für Druckluft, einen Port für die Steuerleitung zu einem Aktor und einen Port für die Entlüftungsleitung. Letzterer ermöglicht den Austritt oder die Rückführung des Mediums. In der ersten Stellung kann das 3/2-Wegeventil beispielsweise den Druckanschluss mit dem Arbeitsanschluss verbinden, während der Rücklaufanschluss geschlossen ist. Das Medium fließt hier direkt zum Aktor. In der zweiten Stellung wird der Druckanschluss geschlossen oder mit dem Rücklaufanschluss verbunden, während der Arbeitsanschluss entweder geschlossen ist oder auch mit dem Rücklaufanschluss verbunden wird. Diese Stellung stoppt den Fluss zum Aktor und ermöglicht die Entlüftung zum Rücklauf.
3/2-Wegeventile lassen sich wie die vorgenannten Ventile auf verschiedene Weisen betätigen, darunter manuell, mechanisch, elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch. Die Wahl der Betätigungsart hängt von der spezifischen Anwendung und den Anforderungen des Systems ab. Typische Anwendungen sind die Steuerung einzelwirkender Zylinder. 3/2-Wegeventile lassen sich aber auch als Steuerventil in Sicherheits- und Steuerkreisen oder für pneumatische Logikschaltungen verwenden. Hier dienen sie als logische Ja/Nein- oder Ein/Aus-Entscheidungselemente. Für komplexe Anwendungen stehen neben dem 3/2-Wegeventil auch 5/2- und 5/3-Typen zur Verfügung. Sie besitzen zusätzliche Ports für Steuer- und Entlüftungsleitungen oder besitzen eine Mittelstellung.