Pneumatikus útszelepek működése

Elektromos, direkt vezérlésű szelepek működése

A közvetlen, vagy direkt vezérlésű útszelepek szerkezeti kialakításuk szerint - jellemzően - ülékes szelepek, ahol a szeleptányér elmozdulása nyitja vagy zárja a közeg áramlását.

Az alábbi ábrán egy elektromos, direkt vezérlésű, 3/2-es útszelep metszeti ábrája látható.

Vezérlés: elektromos vezérlésű
Az elektromos áram által keltett mágneses teret használjuk fel az ankercsőben lévő vasmag elmozdítására, amely tulajdonképpen működteti a szeleptányért.

Vezérlési mód: közvetlen, direkt vezérlésű
Közvetlenül a mágneses tér erejét használjuk fel a szelep nyitásához. Nincs további energiaforrás, nem alkalmazunk segédenergiát.

Helyzetstabilitás: monostabil
Egy stabil helyzete van a szelepnek. A vezérlő feszültség megszűnésekor a szeleptányér a rugóerő által visszazár a szelepüléken.

Kapcsolási állapot: alaphelyzetben zárt
Működtető feszültség hiányában a szelep zár. Az 1-es tápcsatlakozáson keresztül nem áramlik tovább a közeg a 2-es vezérelt csatlakozás felé.

Csatlakozások és működési helyzetek száma alapján:
3/2-es, a szelepnek 3 munkaági csatlakozása és 2 működési helyzete van.

A direkt vezérlésű, ülékes szelepek jellemző paraméterei:

• Névleges átmérő: DN 1,2 ... 3 mm
• Névleges nyomás: PN 10 bar
• Átáramlás: QN 10 ... 210 l/min
• Csatlakozások: M5, G1/8" és G1/4"
• Elektromos teljesítmény: 3W / 5VA

A 10 bar üzemi nyomású közeget csak - relatíve - kis keresztmetszeteken keresztül tudja vezérelni, amely így kisebb átáramlást biztosít, azonban ez kis elektromos teljesítmény mellett biztosítható.

Működési folyamat

Az 1-es csatlakozáson keresztül csatlakozik a szelep a táplevegőre. A rugóerő a szeleptányért az üléken tartja, az 1-es csatlakozás zárva van, miközben a 2-es csatlakozás felől a 3-as csatlakozáson leszellőzik a szelep. (Ez az állapot a 3/2-es, alaphelyzetben zárt szelep alaphelyzete.)

Vezérlő feszültség hatására a szeleptányér nyit, ugyanakkor zárja a levegő útját a 3-as kipufogó csatlakozás felé. Az 1-es csatlakozástól a 2-es csatlakozás irányába áramlik a sűrített levegő, amely tulajdonképpen a szelep működtetett helyzete.

A vezérlő feszültség megszűnésekor a szeleptányér zár, és a 2-es vezérelt csatlakozástól a 3-as kipufogó csatlakozáson keresztül leszellőzik, amely által újra alaphelyzetbe kerül a szelep.

FONTOS! A direkt vezérlésű szelepeknél csak a mágnestekercs által keltett mágneses erővel tudjuk működtetni a szelepet. Ezért csak kisebb névleges keresztmetszetű szelepek működtetésére használatos, hiszen a mágneses erőnek le kell küzdenie arugóerőt, amely a szeleptányért alaphelyzetben tartja.

Hogyan működnek a "nagyobb" névleges átmérővel rendelkező, direkt vezérlésű szelepek?

Az alábbi ábrán egy elektromos, direkt vezérlésű, 2/2-es útszelep metszeti ábrája látható.

Minél nagyobb a szelep névleges átmérője (DN), annál nagyobb rugóerőt kell alkalmazni a szelep alaphelyzetben tartásához, hiszen ellensúlyozni szükséges a szeleptányérra ható közeg nyomását.

Az elektromos áram által keltett mágneses teret használjuk fel a szeleptányérnyitásához.

Működtetés során a nagyobb rugóerő leküzdéséhez, viszont nagyteljesítményű mágnestekercsek szükségesek...

A példában szereplő szelep elektromos teljesítményfelvétele 24VDC esetén 16W, amely jelentős teljesítményfelvételt jelent a direkt vezérlésű szelepek teljesítményfelvételéhez képest.

Példaként a mellékelt szelep jellemző paraméterei:

Névleges átmérő: DN 10 mm Névleges nyomás: PN 2,5 bar Átáramlás: QN 1670 l/min Csatlakozások: G3/8" és G1/2" Elektromos teljesítmény: 16W / 20VA

A nagyobb keresztmetszet, nagyobb átáramlást eredményez, azonban ezt csak - relatíve - kisebb üzemi nyomás és jelentősen nagyobb elektromos teljesítmény mellett biztosítható.

A fenti példák alapján, ahhoz, hogy nagy névleges átmérővel rendelkező szelepeket kis elektromos teljesítmény mellett vezéreljük, segédenergiára van szükségünk. A segédenergiát általában a vezérelt közegből vagy valamely más közegből nyerjük, amelyet az elővezérlő szeleppel kapcsoljuk.

Elektromos vezérlésű, elővezérelt 5/2-es szelep működése

Az elővezérelt szelepek logikailag két szeleprészből állnak, azonban mindig a főszelep paraméterei a meghatározóak, amikor a szelep legfontosabb paramétereivel jellemezzük.

Az alábbi ábrán egy elektromos vezérlésű, elővezérelt, 5/2-es útszelep metszeti ábrája látható.

Az elővezérlő szelep 3/2-es ülékes szerkezetű, a főszelep 5/2-es tolattyús szerkezetű, mégis a főszelep jellemzői a meghatározóak.

Szerkezet szerint: tolattyús szelep
A tolattyú axiális irányú elmozdulása hozza létre a megfelelő csatlakozások kapcsolatát.

Vezérlés: elektromos vezérlésű
Az elővezérlő szelepet vezéreljük, amely teljesen megegyezik a fent ismertetett direkt vezérlésű, 3/2-es szelep működésével.

Vezérlési mód: elővezérelt Az elővezérlő szelep által a vezérlő-levegő működteti a főszelepben lévő tolattyút. Segédenergiaként a rendszerben lévő közeg nyomását használjuk fel a szelep kapcsolására.

Helyzetstabilitás: monostabil
Egy stabil helyzete van a szelepnek. A vezérlő feszültség megszűnésekor a tolattyú rugóerő, vagy légrugó, vagy ezek kombinációja által kapcsol vissza alaphelyzetébe.

Kapcsolási állapot: 5/2-es szelepek esetén nem értelmezhető az "alaphelyzetben nyitott" és "alaphelyzetben zárt" állapot, hiszen a 2-es és a 4-es vezérelt csatlakozások felváltva vannak nyitott, illetve zárt helyzetben.

Csatlakozások és működési helyzetek száma alapján: 5/2-es, a szelepnek 5 munkaági csatlakozása és 2 működési helyzete van.

A tolattyús szelepek jellemző paraméterei:

• Névleges átmérő: DN 1,2 ... 18 mm
• Névleges nyomás: PN 10 bar
• Átáramlás: QN 100 ... 6000 l/min
• Csatlakozások: M5 ... G3/4"
• Közeg: sűrített levegő
• Elektromos teljesítmény: 3W / 5VA

A 10 bar üzemi nyomású közeget nagy keresztmetszeteken keresztül tudja vezérelni, amely így nagy átáramlást biztosít, amely kis elektromos teljesítmény mellett biztosítható.

Az 5/2-es elektromos vezérlésű útszelep működési folyamata az alábbi részben részletesen kerül ismertetésre, ahol a HAFNER szelepek egyedisége is ismertetésre kerülnek.

Következésképpen...

A vezérlések elektromos teljesítményfelvétele és a pneumatikus kapacitásuk szempontjából az lenne a legideálisabb, ha alacsony elektromos teljesítmény mellett, nagy nyomású közeget lehetne, nagy átáramlási keresztmetszet mellett vezérelni.

Az alábbi táblázatban - relatív értékek alapján - összefoglaljuk a fent ismertetett szelepek jellemző paramétereit:

HAFNER szelepek egyedisége

Az alábbi ábrán egy elektromos vezérlésű, elővezérelt, 5/2-es útszelep metszeti ábrája látható, amely megfelel az MH 510 701 típusú szelep elvi felépítésének.

A HAFNER szelep működése

Az 1-es csatlakozáson keresztül csatlakozik a szelep a táplevegőre. Ekkor a tolattyúban lévő hosszanti furaton a levegő a szelep végébe, a végdugóhoz kerül; ugyanakkor a szeleptestben lévő vezérlő-levegő furaton keresztül pedig az elővezérlő szelepbe jut. (A levegő áramlását kék szín jelzi.)

A végdugónál kialakuló nyomás a tolattyút alaphelyzetbe állítja, tehát a tolattyú az elővezérlő szelep felé mozdul el, amennyiben nem abban a pozícióban volt. (Ez tulajdonképpen egy légrugó, amely helyettesíti a mechanikus rugót. Természetesen mechanikus rugóval kombinálva is szerelhetőek a szelepek.) A szelepben lévő egyes cellarészeket a - később ismertetésre kerülő - dinamikus tömítési rendszer tömíti le.

Ebben a helyzetben az 1-es csatlakozástól a levegő a 2-es vezérelt csatlakozás felé áramlik, valamint a 4-estől az 5-ös kipufogás felé; a 3-as csatlakozás pedig zárt. (Ez az állapot az 5/2-es monostabil szelep alaphelyzete.)

A szelep működtetését biztosító elővezérlő szelep tulajdonképpen egy 3/2-es direkt vezérlésű ülékes szelep, amely a szeleptestben lévő vezérlő-levegő furaton keresztül kapja meg a táplevegőt. Amikor az ankercsőre épített mágnestekercs elektromos jelet kap, a szeleptányér elemelkedik az ülékről, és a szelepbe áramló levegő a tolattyút a másik véghelyzetbe állítja. Mivel a tolattyúnak az elővezérlő szelep felé eső felülete nagyobb átmérőjű, mint a tolattyú ellentétes oldalán lévő felület, ezért a felületkülönbségből adódóan nagyobb erőhatás lép fel, leküzdve a "légrugó" erejét.

A szelep átvált, s ekkor az 1-es csatlakozáson keresztül a levegő a 4-es felé áramlik, valamint a 2-től a 3-as kipufogás felé; az 5-ös csatlakozás pedig zárt.

Amint megszűnik a szelepet működtető elektromos jel, az elővezérlő szelep zár, s a tolattyút működtetett levegő az ankercső kipufogóján (x-el jelölve) keresztül leszellőzik. A végdugónál folyamatosan jelenlévő légrugó pedig újból alaphelyzetbe állítja a tolattyút, s ezzel a szelepet.

A HAFNER szelepek egyedisége, tömítési rendszere

A szelepek gyártása során felhasznált anyagoknak és technológiáknak köszönhetően, cégünk egy magas minőségű, megbízható működésű termékcsaládot állít elő.

Felhasznált anyagok - standard kivitelű szelepek esetén:

Szeleptest: eloxált, forgácsolt alumínium
Tolattyú: rozsdamentes acél
Anker-rendszer: réz, rozsdamentes acél
Belső alkatrészek: sárgaréz, POM műanyag, rozsdamentes acél
Tömítések: NBR, FKM

A HAFNER szelepek között megtalálhatók a speciális kivitelű:

rozsdamentes szelepek
hidegálló (-50°C-ig) szelepek
robbanásveszélyes környezetben használható ATEX tanúsítvánnyal rendelkező szelepek, illetve ezek egyes kombinációi...

A HAFNER szelepeknek olyan különleges, dinamikus tömítési rendszere van, melynek működése során nagyon csekély a súrlódása, mivel a tömítőgyűrű statikusan nem feszül rá a tolattyúra, fékezve annak gyors mozgását.

A tömítő hatás azáltal jön létre, hogy a sűrített levegő nyomása nyomja hozzá a tömítőgyűrűt a tolattyúhoz. A tömítő erő arányos a levegőnyomással és csak akkora erősségű, amekkora a két kamra közötti biztonságos tömítéshez szükséges.

Dinamikus tömítési rendszer jellemzői

a csekély súrlódás miatt a tömítések alig kopnak és ez a kopás automatikusan kiegyenlítődik

a szelepek alacsony nyomás esetén éppolyan biztosan kapcsolnak, mint magas nyomásnál

azok a tömítések, amelyek nincsenek nyomás alatt, vagy mindkét oldalon azonos nyomás alatt vannak, nem okoznak súrlódást

mivel a tömítőgyűrűk nem feszülnek rá a tolattyúra, ezért a szelepek gyorsan, megbízhatóan kapcsolnak, biztosítva ezzel a vezérlés, valamint a pneumatikus rendszer üzembiztonságát

Átáramlás

A szelepek átáramlási értékeit specifikus átáramlási faktorokkal számíthatók ki, amelyek meghatározása az alábbi szabványokon alapulnak:

• CETOP RP 50P
• ISO 6358

Gyakorlati okokból a katalógus a névleges átáramlást tartalmazza, l/min-ben (liter/perc) kifejezve.

Névleges átáramlás: p₁=6 bar bemeneti nyomás esetén, a sűrített levegő átáramlási értéke (l/min), Δp=1 bar nyomáscsökkenés esetén.

FONTOS! Egyes gyártók katalógusai a maximális átáramlás értékét adják meg, amely maximális nyomás mellett értelmezhető. Szelepek összehasonlítása esetén ezazért megtévesztő, mert a pneumatikus vezérléseket jellemzően 6 bar nyomásra méretezik. 6 bar nyomsáson kisebb a szelep átáramlása, mint maximális, 10 bar nyomáson. Erre érdemes odafigyelni tervezésnél.

A HAFNER Pneumatika 0 ... 6.000 l/min átáramlási értékek között (p₁=6 bar és Δp=1 bar esetén) kínál átfogó szelepprogramot az útváltó szelepekre.

A technológiai szelepek részletes ismertetésével egy következő fejezetben foglalkozunk. Ezek a különféle ülékes és membránszelepek, amelyek nem csak sűrített levegő, hanem folyadékok vezérléséhez is alkalmazhatók.

A következő fejezetben az útszelepek szimbólumokkal történő ábrázolásáról lesz szó...