Laatste nieuws:
Asco Numatics Benelux

, 19 oktober 2009 15:02

Stuurventielen voor pneumatische aandrijvingen

Het kennen van alle ins en outs van stuurventielen helpt gebruikers bij het kiezen van de juiste ventielconstructie voor een toepassing.

Door Bill Reeson - ASCO Numatics

De term "stuurventiel" wordt gebruikt in relatie tot een drie- of vier-weg magneetafsluiter dat gebruikt wordt voor de aansturing of regeling van media, zoals lucht of  water, in een actuator, die op zijn beurt de beweging regelt van een aan de actuator gekoppelde  ventiel. Met andere woorden, het stuurventiel bestuurt de hoofd proces- of regelklep in een procesbesturingssysteem.
Om tegemoet te komen aan specifieke behoeften van de klant, zijn stuurventielen beschikbaar in diverse variaties. Elektrisch, spanningsvariatie, energieverbruik en de wijze van bescherming. De meeste solenoids/spoelen zijn ontworpen voor gebruik in vrijwel elke spanning, of het nu gelijkstroom of wisselstroom is. De markttrend beweegt zich richting DC door een toenemend gebruik van DCS (distributed control systems) en veldbusprotocollen. Het enige nadeel bij het gebruik van DC is dat de meeste  magneetventielen in DC uitvoering niet kunnen functioneren met dezelfde druk als hun AC equivalenten. Echter, sommige fabrikanten hebben nu een technologie ontwikkelt waardoor eenzelfde druk mogelijk is of het magneetventiel nu AC of  DC is. Feitelijk is de solenoid/spoel-technologie zodanig verbeterd, dat een klant één ventiel kan aanschaffen en deze kan exploiteren binnen een bepaald spanningsbereik, zoals 100 tot 240 bij 50 tot 60Hz in gelijkstroom of wisselstroom.

Asco Numatics - Magneetventiel serie 327
 

ATEX / IECEx gecertificeerd direct werkend magneetventiel, serie 327, met een zeer laag energieverbruik

Ontwerpuitdagingen
In de afgelopen tien jaar, is een van de grootste uitdagingen het minimaliseren van het energieverbruik geweest. Dit geldt vooral voor stuurventielen. Het toegenomen gebruik van distributiebesturingssystemen en busprotocollen leidde ertoe dat het gemiddelde energieverbruik van een solenoid in DC is gedaald van 10 watt tot 1,5 watt. Hoe minder stroom er wordt verbruikt, hoe compacter en goedkoper de benodigde stroomtoevoer. Busprotocollen vereisen strictere energieniveaus dan ooit. Hoe minder stroom verbruikt wordt in een busnetwerk, hoe meer nodes of slave-apparaten mogelijk zijn in dat netwerk. Als het busprotocol direct de voeding van het magneetventiel levert, zijn er vermogensbeperkingen van 0,5 watt tot zelfs 1,4 milliampère, afhankelijk van het type netwerk. Zodra het stroomverbruik daalt tot het milliamp bereik, verschuift

ASCO Numatics - Piëzo-bediend stuurventiel
Piëzo-bediend stuurventiel voor gebruik als FOUNDATION Fieldbus of Profibus PA output device

de technologie van een typische elektromagnetisch circuit (solenoid) naar een piëzo-of constante "bleed" apparaat. De energielevering aan het stuurventiel direct vanaf de bus via een positie-indicator betekent voor de gebruiker minder bedrading, omdat slechts één kabel is aangesloten van node naar node, waardoor het gebruik van een aparte kabel naar elk apparaat vanaf de PLC overbodig is. Deze ene kabel verstuurt data en energie. Voor het gebruik van een stuurventiel, die niet kan worden aangedreven door de bus, is een externe voeding van de bus en in veel gevallen een andere "node"apparaat dat gebruik maakt van een externe stroomvoorziening. Stuurventielen die gebruikt kunnen worden als individuele nodes of slave-apparaten over bepaalde netwerkprotocollen zijn ook beschikbaar. Echter, ze zijn geen gemeengoed omdat de meeste stuurventielen die gebruikt worden in netwerken standaard stuurventielen betreffen, die als uitgangsapparatuur van een positie-indicator dienst doen.
Afhankelijk van de omgeving, worden vele methoden van bescherming gebruikt. Een groot deel van de procesindustrie vereist explosieveilige apparatuur. Om te voldoen  aan deze eis, kan het stuurventiel worden ontworpen door intrinsieke veiligheid op een zodanige wijze te integreren dat de solenoid geen vonk of voldoende warmte kan genereren om een ontstekingsbron te vormen. Een andere beschermingsmethode is om mogelijke vonken of explosies binnen een behuizing te houden zodat een explosief mengsel zich niet naar de omgeving kan voortplanten. Deze producten hebben ofwel een explosieveilige behuizing of maken gebruik van elektronica ingekapseld in een compound. Goedkeuringscertificaten van diverse testhuizen voor deze producten zijn beschikbaar, afhankelijk van waar de klant zich bevindt.
 
Stuurventielfuncties
Een stuurventiel functie was doorgaans een drie- of vier-weg. Vandaag de dag zijn er vele functies op basis van deze twee algemene beschrijvingen, en het is niet ongewoon om beschrijvingen te zien zoals 3 / 2 NC, 3 / 2 NO, 3 / 2 U, 3 / 3, 4 / 2, 5 / 2, en 5 / 3. Hoewel deze benamingen verwarrend lijken, zijn ze eigenlijk heel simpel.
Bij een drie-weg stuurventiel, bijvoorbeeld, betekent de uitdrukking 3 / 2 NC:
· Het nummer 3 geeft het aantal aansluitpoorten aan op het ventiel
· Het nummer 2 geeft aan dat het ventiel twee schakelstanden kent. De twee standen zijn onbekrachtigd of bekrachtigd.
· NC staat voor normaal gesloten, hetgeen betekent dat bij een onbekrachtigde  positie ("in rust" gesloten), de procesverbinding naar de actuator is gesloten.

De eerste poort is gewoonlijk gemarkeerd als P (pressure/druk) of 1. Dit is de persluchttoevoer op het ventiel. De tweede poort is C (cilinder) of 2. Dit is de gebruikspoort aangesloten op de zuigerzijde van een  actuator met een veerretour.
De derde poort wordt gekenmerkt door een 3 of E (exhaust/ontluchting). De ontluchtingspoort wordt gebruikt wanneer de lucht uit de actuator wordt ontlucht wanneer de status van het stuurventiel verandert van bekrachtigd naar onbekrachtigd.
Soms is er een andere poort op een 3 / 2 stuurventiel. Deze is zeer waarschijnlijk gemarkeerd als R, wat staat voor "opnieuw ademen"- de poort is aangesloten op de veerzijde van een veer-retour actuator. Wanneer de lucht ontlucht wordt vanuit de zuigerzijde van de actuator, leidt de "herademingspoort" deze naar de veerzijde van de actuator. Hierdoor wordt voorkomen dat lucht uit de atmosfeer binnendringt in de veerzijde van de actuator, waardoor de actuator enigszins beschermd wordt tegen alles wat in de atmosfeer het corroderen van interne onderdelen zou kunnen veroorzaken.
Vier-weg stuurventielen worden doorgaans gebruikt voor dubbel-werkende actuatoren. Een stuurventiel gekenmerkt als  4 / 2 is een vier-weg ventiel met vier aansluitpoorten. Het bestaat uit een persluchttoevoer, (1 of P); twee cilinders of gebruikspoorten, poorten 2 en 4, of A en B; en een gemeenschappelijke  ontluchtingspoort (3 of E) voor beide gebruikspoorten.
Een 5 / 2 ventiel is een vier-weg ventiel met vijf aansluitpoorten:
Aansluitpoort 1 is de voeding of persluchtaansluiting, poorten 2 en 4 zijn de cilinder of gebruikspoorten, en poorten 3 en 5 zijn de ontluchtingen. Poort 3 is de ontluchting voor poort 2 en poort 5 is de ontluchting voor poort 4. Elke cilinderpoort heeft een eigen ontluchting, zodat u smoorventielen kunt toevoegen aan de uitgangspoorten om de openings/sluitingssnelheid te regelen van de actuator die wordt aangestuurd door het stuurventiel.
 
Enkele of dubbele solenoids
Alle constructies zoals hiervoor beschreven zijn beschikbaar met een enkele spoel of dubbele spoelen. De enkele spoel versies zijn voorzien van een veer-retour zodat het ventiel automatisch terugkeert naar zijn normale stand tijdens een stroomonderbreking. De dubbele spoel versies blijven in de laatste positie wanneer de stroom onderbroken wordt. Met de dubbele spoel versies, zijn er constructies aangeduid als 3 / 3 en 5 / 3. Nogmaals, het tweede getal verwijst naar het aantal posities. De posities zijn als volgt: onbekrachtigd of middenstand; solenoid A bekrachtigd en solenoid bekrachtigd. In deze dubbele-solenoid constructie is de middenstand de enige die afwijkend is. Opmerkelijk is dat deze middenstand "open middenstand" wordt genoemd, terwijl alle cilinderpoorten voor de ontluchting open zijn, of "gesloten middenstand"  terwijl alle poorten gesloten zijn. De middenstand kan in vrijwel elke functie voorzien - afhankelijk van de behoeften van de klant - dat het stuurventielontwerp toelaat.
De voor deze functie in aanmerking komende stuurventielen zijn voornamelijk schuifventielen die voorkomen dat de actuator van positie verandert tijdens een stroomonderbreking.
 

Montage Configuraties
Stuurventielen zijn ook beschikbaar in vele montage-configuraties. De meest voorkomende zijn met draadaansluiting, NAMUR-aansluitconfiguratie, ventieleilanden, en stuurventielen geïntegreerd in een positie-indicator of geïntegreerd als onderdeel van de actuator zelf.
De overgrote meerderheid van de stuurventielen die elk jaar verkocht worden zijn voorzien van een draadaansluiting. Echter, de overige configuraties zijn snel opkomend in gebruik.

ASCO Numatics - Stuurventiel met NAMUR aansluiting
 

Stuurventiel met NAMUR aansluiting
 

Misschien is de snelst groeiende configuratie de NAMUR standaard. Met deze standaard heeft de klant de mogelijkheid te besparen op leidingkosten omdat het stuurventiel kan worden bevestigd aan de actuator zonder de noodzaak van leidingen. De enige benodigde leiding is die voor de luchttoevoer naar het ventiel. Daar actuatorfabrikanten deze standaard hebben geaccepteerd, hebben de stuurventielproducenten dit eveneens gedaan. De twee maten voor NAMUR montage van stuurventielen zijn 1/4-inch en 1/2-inch.
De 1/2-inch wordt nauwelijks toegepast, maar actuators en stuurventielen met deze maatvoering zijn beschikbaar, evenals de meer algemene 1/4-inch NAMUR norm voor regelkleptoepassingen. Het verschil tussen deze norm en de normale 1/4-inch standaard is een aansluitpoort voor externe stuurlucht.
 

Ventieleilanden
De farmaceutische industrie maakt gebruik van ventieleilanden (of rijgmontage systemen), waarbij de primaire functie de aansturing van sanitaire afsluiters is. Aangezien de bescherming tegen het binnendringen van vreemde deeltjes uit de atmosfeer en de goedkeuringen van deze ventielen beperkt zijn, worden ventieleilanden in een behuizing gemonteerd.  
Alle elektronica verblijft in een afgesloten ruimte, en de leidingen lopen van de behuizing naar iedere aandrijfpunt. Een voordeel van deze eilanden is dat de stuurventielen meestal op één locatie te vinden zijn, met één elektrisch aansluitpunt, alsmede één pneumatische verbindingspunt voor de persluchttoevoer.
 
Stuurventielen ingebouwd in of bevestigd aan een positie-indicator zijn tegenwoordig zeer gebruikelijk. Meestal is het stuurventiel aangesloten op een positie-indicator via een kabelwartel zodat het zinvol is deze twee stukken hardware te integreren tot


ASCO Numatics - Ventieleiland


Ventieleiland

een. Met deze aanpak bespaart de klant op de elektrische aansluitkosten en op de benodigde inbouwruimte.
Stuurventielen geïntegreerd in actuators zijn eveneens beschikbaar. Deze combineren de functie van een actuator, positie-indicator, en stuurventiel in een eenheid, een benadering die door sommige actuatorfabrikanten wordt toegepast voor de levering van een 'turnkey' oplossing voor de gehele unit. Het enige wat nog ontbreekt is een elektrische en een pneumatische verbinding.
 
Basis Constructie: Klep- of Schuifventielen
De fundamentele constructie van een stuurventiel is ofwel klep of schuif, waarmee wordt verwezen naar de feitelijke interne werking van een stuurventiel waardoor lucht uit de drukpoort naar de cilinder stroomt en van de cilinder naar de ontluchting. In het verleden maakten de meeste stuurventielen gebruik van een klepconstructie.
Klepventielen bestaan uit een elastomeer klep die opent en sluit en een doorlaat - een zeer eenvoudige en betrouwbare aanpak van de sturing van een vloeistofstroom.
 
De individuele stuurventielen die gevonden worden in ventieleiland toepassingen hebben een schuifventiel-constructie, hetgeen populair is want ze zijn in het algemeen minder duur om te bouwen. Een schuif glijdt door een serie O-ringen. Groeven aangebracht in de schuif dienen als doorstroomkanalen, waardoor de luchtstroom van de ene naar de andere poort wordt overgebracht. Toen schuifventielen voor het eerst werden gebruikt in de procesindustrie, hadden sommige afnemers twijfels over relatie tussen de wrijving en de betrouwbaarheid van deze stuurventielen. Sommige schuifventielen verschoven niet wegens de inherente frictie van het ontwerp. Dit resulteerde erin dat een aantal stuurventielfabrikanten het product verder hebben doorontwikkeld om dit op te lossen.
Doorgaans geven klanten de voorkeur aan het ene ventielontwerp  boven het andere. Velen hebben een voorkeur voor het klepventielontwerp, omdat de ventielbeweging een directe relatie heeft tot  de beweging van de plunjer. Deze direct werkende stuurventielen vereisen geen minimale druk om te functioneren. Om deze reden worden dit soort ventielen gebruikt om "dome-actuated control valves" te bedienen die actief zijn tussen 0 - 1 bar. Schuifventielen worden beschouwd als indirect werkende ventielen, omdat zij een minimum druk nodig hebben om de schuif te verplaatsen. In feite worden de meeste schuifventielen bediend door een klein, drie-weg, direct-werkend ventiel dat zorgt voor de overdracht van druk op een zuiger, die vervolgens de schuif duwt en in beweging brengt.
 

ASCO Numatics - Actuator 

 

Actuator met ingebouwde positie-indicator en stuurventiel
 

Indirecte ventielen kunnen ook worden gebruikt in regelkleptoepassingen maar het ventiel moet beschikken over een externe stuurpoortaansluiting. Voldoende druk om het ventiel te verplaatsen is aangesloten op de externe stuurpoort, terwijl de hoofdafsluiter de lage druk doorstroom naar de regelklep stuurt.
 

ASCO Numatics - Redundant solenoid systeem 

 

Redundant solenoid systeem vooor een betrouwbare en veilige werking
 

Veiligheidheids- en betrouwbaarheidsvraagstukken
 
Veiligheid en betrouwbaarheid zijn ook één van de speerpunten van de industrie geweest. In de loop der jaren, werden stuurventielen die gebruikt werden in tal van toepassingen, ontworpen voor systemen door een assembleur of een eindgebruiker.
De eindgebruiker sloot twee afsluiters aaneen zodat indien een van hen onverwacht onbekrachtigd raakte, de andere afsluiter zou voorkomen dat het proces voortijdig werd onderbroken. Dit is dan wel een betrouwbare oplossing, maar niet noodzakelijkerwijs een veilige. Als het systeem gevraagd wordt te sluiten, verdubbelt het risico omdat twee afsluiters sluiten. Vandaag de dag, kunnen gebruikers een compleet stuurventielsysteem aanschaffen dat werkt met de redundantie nodig om het proces draaiend te houden, maar dat ook, op verzoek, zal stil leggen.
Dergelijke systemen kunnen de magneetventielen testen maar ook "partial stroke" om de regelkleppen op hun systeemintegriteit te testen. Om te voldoen aan de applicatie van de klant, dienen diverse aspecten van de stuurventielen in overweging te worden genomen. De meeste magneetventielfabrikanten hebben customer service medewerkers en distributienetwerken om de gebruikers te helpen bij de keuze van het juiste stuurventiel voor hun applicatie.
 

Dit artikel is eveneens verschenen in Valve Magazine (www.ValveMagazine.com), uitgegeven door de Valve Manufacturers Association of America (www.vma.org).
 
 

 

Reacties

Er zijn nog geen reacties op dit artikel.

Hier kunt u een reactie plaatsen bij het bericht .
Uw e-mailadres zal niet op de website worden getoond.
Uw naam *
Uw E-mail *
Uw bericht *
  robot check
Vul de code van bovenstaand plaatje in.

       Welkom bij ASCO Numatics Benelux voor al uw Fluid Automation oplossingen

Topselectie voor de Industriële Automatisering - Catalogus aanvragen

     
ASCO NUMATICS - Catalogus     

De Topselectie catalogus biedt een ruime keus uit 1700 van de meest gangbare magneetventielen, pneumatisch bediende afsluiters, pneumatische cilinders, ventieleilanden, proportionele ventielen, persluchtverzorgingsapparatuur en accessoires. Het productprogramma is geschikt voor een grote diversiteit aan toepassingen en worden gekenmerkt door een hoge mate van betrouwbaarheid. ASCO Numatics Topselectie voor Industriële Automatisering geeft u duidelijke en exacte technische informatie om tot een juiste keuze te komen.

Alle in de catalogus genoemde producten zijn overal verkrijgbaar en snel leverbaar.
     
     
 ASCO Numatics - Catalogus - Index   Klik op onderstaande links om in PDF per productgroep de catalogus te bekijken:

 Pneumatisch bediende afsluiters - pag. 12-16
 2-weg magneetafsluiters - pag. 17-26
 3-weg magneetventielen - pag. 27-31
 Cilinders pag. 33-51
 Magnetische eindschakelaars pag. 48-51
 Schuifventielen pag. 52-89
 Stuurventielen pag. 54-56
 Proportionele ventielen pag. 90-92
 Persluchtverzorging pag. 93-107
 Pneumatische accessoires pag. 108-111
 Stekers - Spoelen pag. 112-114
 Hoe te bestellen pag. 116-117
 Index code pag 118-120
  
 
     

Recent nieuws

  • Nieuwe reeks stoppercilinders voor transportbandtoepassingen

Contactgegevens

ASCO Numatics Benelux

 

Industrielaan 21

3925 BD Scherpenzeel

Tel.: +31(0)33 277 79 11

Fax.: +31(0)33 277 78 38

info@asconumatics.nl

http://www.asconumatics.nl/

Sales en servicenetwerk

 

ASCO Numatics heeft 1000 verkooppunten wereldwijd, waarvan een 40-tal in Nederland. Dankzij dit fijnmazige netwerk kunnen wij onze klanten het voordeel bieden van uitstekende service en korte levertijden.

 

 ASCO NUMATICS Sales en servicenetwerk   Klik hier voor ons
Sales en service
netwerk