Verständnis von pneumatischen 5/2- und 4/2-Wege-Ventilen

Pneumatische 5/2-Wege- und 4/2-Wege-Magnetventile werden für industrielle Automatisierungs- und Steuerungssysteme verwendet. Sie sind ein wesentlicher Bestandteil der Druckluftversorgung für verschiedene Arten von pneumatischen Geräten, wie z. B. Pneumatikzylinder. Der Unterschied zwischen diesen Ventilen liegt in der Anzahl der Anschlüsse und den Stellungszuständen:

• Ein pneumatisches 5/2-Wege-Magnetventil hat fünf Anschlüsse und zwei Stellungen.
• Ein pneumatisches 4/2-Wege-Magnetventil hat vier Anschlüsse und zwei Stellungen.

Beide Ventiltypen funktionieren ähnlich wie die Steuerung von pneumatischen Geräten, wie z. B. doppelt wirkenden Pneumatikzylindern. Der Hauptunterschied besteht darin, wie die Abluft behandelt wird.

• Ein 5/2-Wege-Ventil steuert den Luftstrom in einen Anschluss des Zylinders und den Auslass aus dem anderen Anschluss. Dank der fünften Öffnung kann dieses Ventil die Abgase aus beiden Zylinderöffnungen präzise steuern.
• Ein 4/2-Wege-Ventil steuert außerdem die Zu- und Abluft zum und vom Zylinder. Allerdings wird der Ausstoß von beiden Zylinderöffnungen durch dieselbe Ventilöffnung gesteuert, was bedeutet, dass die Ausstoßraten in beiden Richtungen identisch sein müssen.

Inhaltsübersicht

• Anschlussbezeichnungen
• Schaltungsfunktion
• Monostabil vs. bi-stabil
• Design
• FAQs

Anschlussbezeichnungen

Verschiedene Hersteller verwenden unterschiedliche Bezeichnungen für die Anschlüsse. In der Branche werden jedoch hauptsächlich zwei Normen verwendet: Zahlen(ISO 11727) und Buchstaben.

• 5/2-fache Nummern (A): Zuluftöffnung (1), Auslassöffnungen (2, 4) und Abluftöffnungen (3, 5)
• 5/2-Wege-Briefe (B): Zuluftöffnung (P), Auslassöffnungen (A, B) und Abluftöffnungen (EA, EB).
• 4/2-fache Nummern (C): Zuluftöffnung (1), Auslassöffnungen (2, 4) und Abluftöffnung (3).
• 4/2-fache Buchstaben (D): Zuluftöffnung (P), Auslassöffnungen (A, B) und Abluftöffnung (R).

Schaltungsfunktion

Die Schaltfunktion des Ventils beschreibt, welche Anschlüsse in den einzelnen Zuständen des Ventils verbunden sind. Bei Erregung bewegt sich das Ventil von einem Zustand in den anderen, und bei monostabilen Ventilen (siehe unten) kehrt eine Feder das Ventil in seine ursprüngliche Stellung zurück, wenn es stromlos ist.

• 5/2 Zustand 1: Der Versorgungsdruckanschluss (1, P) ist mit dem Anschluss 2 (A) verbunden. Anschluss 4 (B) entlüftet über Anschluss 5 (EB).
• 5/2 Staat 2: Der Anschluss für den Versorgungsdruck (1, P) ist mit dem Anschluss 4 (B) verbunden. Anschluss 2 (A) entlüftet über Anschluss 3 (EA).
• 4/2 Zustand 1: Der Versorgungsdruckanschluss (1, P) ist mit dem Anschluss 2 (A) verbunden. Anschluss 4 (B) entlüftet über Anschluss 3 (R).
• 4/2 Zustand 2: Der Anschluss für den Versorgungsdruck (1, P) ist mit dem Anschluss 4 (B) verbunden. Anschluss 2 (A) entlüftet über Anschluss 3 (R).

Monostabil vs. bi-stabil

Sowohl 5- als auch 4-Wege-Luftventile können monostabil oder bi-stabil sein.

• Mono-stabil: Der Schieber eines monostabilen Ventils (Abbildung 3 mit den Bezeichnungen A und C) bewegt sich aus seiner Ruhestellung, wenn die einzelne Spule des Ventils erregt wird. Die Ruhestellung ist die normale Position, die das Ventil einnimmt, wenn es nicht erregt ist. Im stromlosen Zustand bewegt eine Feder den Steuerkolben zurück in seine Ruhestellung. Monostabile Ventile benötigen eine konstante Leistung, um die erregte Stellung zu halten.
• Bi-stabil: Bi-stabile Ventile (Abbildung 3 mit den Bezeichnungen B und D) haben zwei Magnetspulen. Je nachdem, welche Spule erregt ist, wechselt der Schieber zwischen den Zuständen. Im stromlosen Zustand bleibt der Schieber in seinem aktuellen Zustand. Die gegenüberliegende Spule muss erregt werden, um den Steuerkolben in die andere Position zu bewegen.

Design

Pneumatische 5/2- und 4/2-Wege-Magnetventile sind in zahlreichen Ausführungsvarianten in Bezug auf Größe, Material, Farbe, Anschlussschnittstellen und mehr erhältlich. Diese Vielfalt ist notwendig, um verschiedenen Anforderungen gerecht zu werden, z. B. im medizinischen Bereich, bei der Lebensmittelverarbeitung sowie in staubigen und explosiven Umgebungen.

Die meisten dieser Ventile haben einen beweglichen Schieber mit Dichtungen entlang seiner Länge, die sich in einem zentralen Zylinder befinden. Die Ventilanschlüsse sind mit diesem zentralen Zylinder verbunden. Die Dichtungen blockieren oder verbinden sich mit den Ventilanschlüssen, wenn sich der Kolben durch den Zylinder bewegt.

Direkt- und Pilotbetrieb

Pneumatische Magnetventile können direkt oder vorgesteuert (indirekt) betrieben werden:

• Direkt: Der Magnetantrieb bewegt den Steuerkolben direkt.
• Pilot: Das Ventil nutzt den Eingangsdruck, um den Schieber zu bewegen. Ein kleiner interner Pneumatikzylinder betätigt die Spule. Das Füllen und Entleeren des Zylinders wird durch den Magnetantrieb des Ventils gesteuert.

Manuelle Überbrückung

Ein pneumatisches 5/2- oder 4/2-Wege-Magnetventil kann mit einer Handbetätigung oder einem Sperrmechanismus ausgestattet sein. Ein Sperrmechanismus ist bei der Wartung von Vorteil; das Ventil ändert seine Position erst, wenn die Sperre gelöst wird. Auch die betätigten Elemente (z. B. Zylinder oder Greifer) behalten ihre Position bei. Mit einer Handnotbetätigung kann das System ohne Betätigung des Ventils getestet werden. Außerdem kann das Ventil durch Drücken der Übersteuerungstaste manuell geschaltet werden.

Steckertypen

Es sind verschiedene Steckertypen und -ausführungen erhältlich, die je nach den Anforderungen des Magnetventils unterschiedliche Zwecke erfüllen. So können Steckverbinder beispielsweise Magnetventile vor Überspannung schützen und verfügen über LED-Leuchten, die den Stromstatus des Ventils anzeigen. Erfahren Sie mehr über Steckverbinder in unserem Artikel über DIN-Steckverbinder.

Anwendungen

4/2- und 5/2-Wege-Pneumatikmagnetventile können sowohl doppeltwirkende Pneumatikzylinder als auch pneumatische Stellantriebe, die in beide Richtungen gesteuert werden müssen, bedienen. Ein 5 2-Ventil kann jedoch mit seiner zusätzlichen Auslassöffnung die Auslassrate in beiden Richtungen unabhängig voneinander regeln, während bei einem 4/2-Wege-Ventil beide Richtungen die gleiche Auslassrate haben müssen.

Kontrollierter Ausstoß in beide Richtungen

• Hochgeschwindigkeitsanwendungen:Bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen, wie z. B. Verpackungs- und Sortiersystemen oder Montagelinien, ist die Geschwindigkeit der Betätigung entscheidend. Ein 5 2-Wege-Magnetventil mit getrennten Entlüftungswegen kann einen schnelleren Abbau des Luftdrucks ermöglichen, was zu kürzeren Betätigungszeiten führt.
• Präzisionsanwendungen: Bei Anwendungen, die eine präzise Steuerung der Bewegung erfordern, wie z. B. in der Robotik oder bei der Präzisionsbearbeitung, können getrennte Absaugwege eine bessere Kontrolle der Betätigungsgeschwindigkeit in beide Richtungen ermöglichen.
• Sicherheitskritische Anwendungen: Bei sicherheitskritischen Anwendungen, bei denen der Ausfall eines Teils schwerwiegende Folgen haben könnte, können getrennte Abgaswege für Redundanz sorgen. Wenn ein Abgasweg ausfällt, kann der andere noch funktionieren.

Gleicher Auspuff in beide Richtungen

• Anwendungen mit einfachwirkenden Zylindern: Bei Anwendungen mit einfachwirkenden Zylindern, bei denen eine Federrückstellung verwendet wird, ist ein gemeinsamer Entlüftungsweg (4-Wege-Ventil) ausreichend, da die Rückstellung nicht von der Abluft abhängig ist.
• Weniger kritische Geschwindigkeitsanwendungen: Bei Anwendungen, bei denen die Geschwindigkeit der Betätigung nicht entscheidend ist, kann ein gemeinsamer Abgasweg verwendet werden. Dazu gehören z. B. pneumatische Systeme für allgemeine Zwecke, Türöffner oder einfache mechanische Bewegungen.
• Kostenempfindliche Anwendungen: 4/2-Wege-Ventile können preiswerter sein als 5/2-Wege-Ventile. Wenn die Anwendung keine hohe Geschwindigkeit oder Präzision erfordert, kann ein 4/2-Wege-Ventil kostengünstiger sein.

FAQs

Was ist ein 5/2-Wege-Magnetventil?

Ein 5 2-Magnetventil hat fünf Anschlüsse und zwei Zustände. Er kann zwischen zwei verschiedenen Zuständen umschalten, um die Luftzufuhr zu und die Abfuhr von beiden Luftanschlüssen eines Pneumatikzylinders oder Aktuators zu steuern.

Was ist ein 4-Wege-Magnetventil?

Ein 4/2-Wege-Magnetventil hat vier Anschlüsse und zwei Stellungen. Zwei Anschlüsse versorgen beide Seiten eines doppelt wirkenden Magnetventils mit Luft, der verbleibende Anschluss dient der Entlüftung des Zylinders.