ladda ner den här artikeln i .PDF-format den här filtypen innehåller högupplöst grafik och scheman när det är tillämpligt.

bilderna ovan är enkla tvärsnitt av en typisk spolventil (vänster) och en poppet-ventil (höger). (Med tillstånd av Unicontrols Signapore)

att bestämma vilken ventil som ska användas för ett hydrauliskt eller pneumatiskt system beror på ett par designfaktorer: den interna utformningen av din krets och den övergripande funktionen hos dina ventiler. De två stora ventiler som används oftast är poppet och kolvspole sorter. Dessa ventiler är främst involverade i styrning av tryckluft.

”den största skillnaden mellan en spole och en poppventil är konstruktionen”, förklarar Daniella Gonzalez-Olgren, en ventilproduktspecialist från Festo. ”På grund av hur en poppventil är konstruerad, finns det inget behov av smörjning, vilket förenklar dina luftberedningsenheter. Spolventiler har emellertid vanligtvis högre flöden än poppventiler inom samma fotavtryck. Detta beror på att en poppventil behöver ett stort poppområde för att skapa en tillräckligt stor växlingskraft för att övervinna trycket.”

båda ventilerna har sina fördelar och nackdelar, men den största faktorn kommer att förstå dina driftsförhållanden.

Poppetventilen

Poppetventilerna har en enkel konstruktion och kan användas med vilket material som helst. Ventilen fungerar som vätska vid inloppsporten passerar genom styrkontoret och når baksidan av poppet. Spetsen på den fjäderbelastade ankaret stänger utflödesöppningen för att hålla vätskan instängd bakom poppet. Ventilen är en backventil som stoppar flödet, i normalt skick, från inlopp till utlopp. Flödet i motsatt riktning, utlopp till inlopp, sker med reducerad hastighet.

magnetspolen aktiveras för att skapa ett magnetfält som höjer ankaret för att öppna utflödesöppningen. Denna öppning är större än kontrollöppningen, vilket skapar större flöde och ett tryckfall bakom poppet. Inloppstrycket på poppets ringområde utanför sitsdiametern avstöter det för att låta vätska strömma till poppets utlopp.

När magnetspolen är avstängd, sätter fjäderkraften tillbaka ankarspetsen—återigen fångar vätskan bakom poppet och låter den stängas. Poppventiler föredras vanligtvis i sorteringsapplikationer, industriella miljöer med möjlig förorening och alla applikationer som behöver snabba omkopplingstider.

fördelar

till skillnad från spolventiler öppnar poppventiler en omedelbar flödesbana till utloppet. Detta resulterar i en snabb svarstid. Poppventiler öppnar bara så mycket som behövs av flödet som går igenom det och reser ett minsta avstånd för att göra det, vilket ökar dess svarstid. Den stora ytan som är nödvändig för poppets resulterar i en högre flödeshastighet. Poppet ventiler kräver små aktiveringsslag, vilket möjliggör kortare omkopplingstider.

det faktum att poppets kan användas med vilket material som helst gör dem också mycket billiga och lätta att använda. Andra fördelar med poppventiler är att den axiella tätningen som används är motståndskraftig mot nedsmutsning och att de inte kräver smörjning. Detta gör dem kemiskt kompatibla med smord tryckluft. Poppets är också fördelaktiga när det gäller livslängd, eftersom mindre slitage på de inre tätningarna leder till en längre produktlivslängd.

nackdelar

på grund av konstruktionsbegränsningarna är poppventiler inte fördelaktiga när det gäller förhållandet mellan utrymme och flöde. Nackdelen med poppventiler är att, när poppets växlar från en flödesbana till en annan, är luften fri att resa i vilken riktning som helst. Detta är känt som ”crossover.”Med tryckoberoende modeller erbjuder poppventiler ett lägre flöde än glidventiler.

detta beror på den större strukturella efterfrågan – i tryckberoende ventiler beror styrtrycket på arbetstrycket. Ventilerna är obalanserade och trycket måste levereras under poppet för att hålla ventilen i oaktuerat läge. För att tillåta luftflöde krävs en högre kraft för att aktivera ventilerna eftersom den måste övervinna fjädern och lufttrycket. Det är också möjligt för ventilen att öppna på grund av mottryck om matningstrycket avlägsnas. Detta gör dem dåliga val för att hålla trycket nedströms.

Poppetventiler fungerar också vanligtvis på ett sätt. Till exempel kan en tvåvägs, normalt stängd poppventil inte ändras för att öppna. Poppets rekommenderas vanligtvis inte för vakuumförhållanden. Slutligen är ventilkonstruktionen inte alltid utan överlappning. Beroende på utformningen av poppetventilen kan omkoppling av positioner leda till överflöd mellan kanaler. Detta kan orsaka onödigt läckage och buller.

detta diagram bryter ner de olika ventilteknologierna och de typer av tätningar som finns tillgängliga för både poppet och spoolventiler. (Med tillstånd av Festo)

Kolvspolventiler

en spolventil har tätningar längs ytan. Genom att aktivera ventilen växlar spolen, vilket gör att tätningarna rör sig ner i hålet och öppnar portarna för att möjliggöra luftflöde. För system som har ett flöde på 100 gpm eller mindre används spolventiler oftast för att rikta flödet. Genom att räkna antalet portar som vätska kan färdas i en viss ventil ger dig dess antal sätt.

till exempel är en tvåportad ventil också en tvåvägsventil. Tvåvägsventilen har bara två lägen, eftersom den bara kan stoppa eller tillåta flöde. Andra spolventilkonfigurationer är trevägs, fyrvägs och femvägs. Femvägsventiler är speciella fall i det faktum att en avgasport inte är ett problem.

en fyrvägsventil kan ha fem portar med sina tankportar anslutna internt för att eliminera en extra port i kroppen. Denna konfiguration är viktig för hydrauliska ändamål eftersom den hjälper till att minska läckpunkter och rörledningar. Spolventiler föredras vanligtvis i lätta maskiner eller robotverktyg i slutet av armen; rena arbetsmiljöer; och särskilt skåpinstallationer eller när det finns utrymmesbegränsningar.

Spolvärden kan anta en av två typer av tätningssystem: hård eller mjuk tätning. Hårdförseglingssystem är mer hållbara. Frånvaron av de mjuka gummitätningselementen i kolvspolventilen är det som gör dem mer hållbara. En ventil som använder denna typ av tätning är omedelbart klar för full dynamisk användning, oavsett om den har varit inaktiv under en längre period. Detta gör dock hårda tätningar mer krävande.

utmaningen är att luftgapet som omger den rörliga kolven inte kan vara större än några mikrometer. Den ofta använda metallhylsan fungerar som både en tätning och en guide för ventilspolen. Hylsan och spolen måste vara gjorda av samma material, eftersom en skillnad i värmeutvidgningskoefficienter kan orsaka större läckage och jämn störning av spolen.

även en liten deformation i huset kan skada hylsan och påverka livventilen och öka läckaget. Samtidigt som de är robusta och hållbara, kommer hårdförslutna spolventiler alltid att ha en viss mängd läckage på grund av luftgapet, och deras flödeskapacitet är lägre jämfört med andra ventiler med liknande dimensioner.

i en poppventil beror styrtrycket på arbetstrycket. Detta beror på luftflödet. I den tryckberoende poppventilen ovan strömmar luften genom ventilen från Kanal 1 till Kanal 2. Eftersom ytan D2 är större än D1 uppstår en obalans av krafter eftersom samma arbetstryck utövas på båda ytorna. Detta måste kompenseras för att upprätthålla en balans i ventilen. (Med tillstånd av Festo)

mjuka förseglade spolventiler använder gummipackningar (O-ringar eller gjutna elastomertätningar) på kolven. Genom att använda mjuka förseglade spolventiler undviker du komplikationerna med metall-på-metallkonfigurationer. Mjuka förseglade spolventiler slits dock snabbt över tiden när de kommer i kontakt med kanalkanten eller kontrollkanten. Optimal planering för styrkanten är nödvändig, och noggrann övervägning måste göras till den gjutna elastomertätningen och kolvstyrningen för att säkerställa en mjuk passage med minimal slitage.

tätningarna kan monteras direkt på ventilhuset. Återigen är de nödvändiga urtagen svåra att tillverka, och Bernoulli-effekten kommer att få tätningarna att lossna vid ett tryck på 8 bar eller högre. Detta skapar större slitage på tätningen.

för att lösa detta problem kan man använda gjutna tätningar i metallburar och därmed hålla dem i urtagen. Detta är känt som patronens huvudman. Fördelen är att ventilen inte kommer att dras ur position även vid höga arbetstryck. Tätningarna kunde hålla i metallburar med tryck så högt som 16 bar. Denna typ av konfiguration kommer att ha en lång ventillivslängd och tätningen kan användas i vakuumoperationer.

fördelar

den största fördelen med spolventiler är att spolrörelsen inte påverkas av vätska som kommer in i ventilen vid någon arbetsport. Trycket appliceras alltid på två lika motsatta områden. Som ett resultat kan trycket inte flytta spolen eftersom de avbryts. Spolventiler kan växla antingen manuellt, elektriskt, mekaniskt, pneumatiskt eller hydrauliskt med samma kraft, oberoende av arbetstrycket inuti ventilen.

Solenoider med låg kraft kan användas tillsammans med spolventiler på grund av deras lätta rörelse via mekanisk friktion och ljusfjädrar. Som tidigare nämnts kan spolventiler användas i vakuumoperationer. De kan också användas i höga och låga tryck som väljarventiler. Dessutom kan de användas för att låsa trycket nedströms.

nackdelar

metall-till-metall-glidbeslag kan leda till att vätska kringgår tätningen, vilket som tidigare nämnts resulterar i läckage. Ställdonet kommer att förlora positionen om yttre kraft appliceras. Detta skapar ineffektivitet i form av bortkastad energi och värme. För att minska bypass har spolventiler vanligtvis marköverlappning, men detta resulterar i en fördröjning före vätskeflödet. Fördröjningen är liten-bara några millisekunder-men kan orsaka problem om cyklerna är mycket snabba och/eller om det finns flera ventilförskjutningar per cykel.

en tidsfördröjning uppstår också om spolen växlar tillbaka till slutet av sin stroke. Spolventilen rör sig mer än vad den behöver för det önskade flödet. Som ett resultat tar det mer tid att flytta tillbaka till mitten eller till motsatt flödesbana. När flera ventiler är inblandade, sänker detta signifikant cykeltiden.

att använda strokebegränsare hjälper till att eliminera fördröjningen, men det vanligaste sättet är att öka pumpstorleken. Även om du uppnår en högre energitillförsel och snabbare ställdonsrörelse genom att installera en större pump, kan den ge chock och värme till systemet. En annan nackdel med spolventiler är att öppen crossover uppstår när alla portar är tillfälligt öppna för flöde under aktiveringen.

hur man väljer rätt ventil för jobbet

den medföljande tabellen är ett val av ventilhjälpmedel. Både spole-och poppventiler har fördelar och nackdelar, men den som bäst passar din applikation beror på dina driftsförhållanden. Man måste till exempel tänka på om låga läckvärden och dubbeltrycksdrift med vakuum och ejektorpuls är dina designprioriteringar. Eller om du är mer bekymrad över höga arbetstryck kan viss läckage vara tillåten. Bättre förståelse för dina driftsförhållanden hjälper dig att välja rätt ventil för jobbet.

Download this article in .PDF format This file type includes high resolution graphics and schematics when applicable.