Proportionalventile liegen zwischen konventionellen Auf/Zu-Ventilen und Servoventilen mit geschlossenem Regelkreis und sind zu einer gängigen Komponente in modernen Hydrauliksystemen geworden.
Arten von Proportionalventilen
- Proportionaldruckventile: Diese regeln den Druck in hydraulischen Systemen, wie z. B. Proportionaldruckventile und Proportionaldruckminderer.
- Proportional-Durchflussventile: Sie regeln den Durchfluss in Systemen wie Proportionalstromventile.
- Proportional-Wegeventile: Sie steuern die Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit von hydraulischen Stellantrieben.
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Technischen Leitfaden für Proportional- versus Richtungsventile
Technischen Leitfaden für Proportional- versus Servoventile
Merkmale von elektromagnetischen Proportional-Wegeventilen
- Wie herkömmliche Wegeventile treiben auch Proportionalmagnete in direktwirkenden Proportional-Wegeventilen den Steuerkolben direkt an.
- Vom Aufbau her ähneln sie einem federzentrierten Standard-Wegeventil mit drei Stellungen und vier Wegen.
- Der Schieber hat einen großen Hub, ähnlich wie bei pilotgesteuerten Wegeventilen.
- Der Durchfluss in und aus dem Stellglied wird durch zwei Steueröffnungen begrenzt.
- In Verbindung mit einer elektronischen Steuerung können Beschleunigung und Verzögerung zuverlässig erreicht werden, wobei die Rampenzeiten unabhängig von den Öleigenschaften einstellbar sind.
Proportional-Wegeventil
Das 4WRA(E)-Ventil ist ein 4/2-Wege- und 4/3-Wege Proportional-Wegeventil mit Direktantrieb und Montage auf einer Grundplatte. Er wird durch Proportionalmagnete mit Zentralgewinde und abnehmbarer Spule betätigt. Die Ansteuerung der Magnete kann über einen externen Verstärker (4WRA) oder einen internen Verstärker (4WRAE) erfolgen.
Eigenschaften
◆ Größe 6 und 10
◆ Maximaler Betriebsdruck 315 bar
◆ Maximaler Arbeitsdurchfluss 42 l/min (Größe 6)
75 l/min (Größe 10)
Elektro-hydraulisches Proportional-Wegeventil
Das Ventil 4WRKE ist ein zweistufiges Proportional-Wegeventil. Es steuert die Größe und Richtung des Durchflusses. Das Ventil besteht aus dem Vorsteuerventil (1), dem Ventilgehäuse (8), dem Hauptventilkolben (7), den Abdeckungen (5 und 6), der Zentrierfeder (4), dem induktiven Positionssensor (9) und dem Druckminderventil (3). Wenn kein Eingangssignal anliegt, wird der Hauptventilkolben (7) von der Zentrierfeder (4) in der Mittelstellung gehalten. Die beiden Steuerkammern in den Deckeln (5 und 6) sind über den Ventilschieber (2) mit dem Öltank verbunden, der Hauptventilschieber (7) ist über den induktiven Wegaufnehmer (9) mit dem zugehörigen elektronischen Verstärker verbunden, die Stellungsänderung des Hauptventilschiebers (7) sowie die Änderung des Sollwertes am Summenpunkt des Verstärkers ergeben eine Differenzspannung.
Eigenschaften
◆Größe 10 bis 32
◆ Maximaler Betriebsdruck 350 bar
◆ Maximaler Arbeitsdurchfluss 1600 L/min
3-Wege-Proportional-Druckminderventil
Das 3-Wege-Druckreduzierventil des Typs 3DREP6 wird direkt durch einen Proportionalmagneten betätigt. Es wandelt ein elektrisches Eingangssignal in ein proportionales Druckausgangssignal um. die Proportionalmagnete sind steuerbare Nasspol-Gleichstrommagnete mit Zentralgewinde und abnehmbarer Spule. Die Magnete werden durch einen externen Verstärker (Modell 3DREP) oder einen integrierten Verstärker (Modell 3DREPE) gesteuert.
Eigenschaften
◆ Größe 6
◆ Maximaler Betriebsdruck 100 bar
◆ Maximaler Arbeitsdurchfluss 15 l/min
2-Wege-Proportional-Durchflussregelventil
Die 2FRE...-Proportional-Stromregelventile haben eine 2-Wege-Funktion. Sie können einen entsprechenden Durchfluss unabhängig von Druck und Temperatur entsprechend der vorgegebenen elektrischen Stellgröße regeln. Das Ventil besteht im Wesentlichen aus Ventilkörper (1), Proportionalmagnet mit induktivem Wegaufnehmer (2), Messblende (3), Druckwaage (4) und optionalem Rückschlagventil (6).
Eigenschaften
◆ Größe 6
◆ Maximaler Betriebsdruck 210bar
◆ Maximaler Arbeitsdurchfluss 25 l/min
Technische Anwendung von Proportionalventilen
Ein Beispiel ist das Schweißen von Karosserieteilen:
Vor einer Testfahrt haben viele Automobilteile bereits einen "Bewegungstest" während des Fertigungsprozesses durchlaufen. In der Schweißstraße werden die auf der Plattform gestapelten Blechteile zusammengesetzt und geschweißt, wobei mehrere Stationen und detailliertere Verfahren zum Einsatz kommen.
Alle Hebebühnen müssen sich synchronisieren, um die Arbeitsposition, d. h. den Bereich der Schweißzange, zu erreichen. Der Transport der Blechteile erfolgt in der Abbremsphase, und die Annäherungsgeschwindigkeit darf 0,15 m/s nicht überschreiten, da die Teile sonst nicht genau positioniert werden können. Andererseits muss die Transportphase des Hebens und Senkens schnell ablaufen, um Zeit zu sparen.
Diese Prozessanforderungen werden alle mit einer hydraulischen Proportionalsteuerung erreicht. Nach der Einführung des Proportionalsteuerungssystems wurde die Höchstgeschwindigkeit erheblich reduziert. Ein Drosselventil ersetzte den ursprünglichen Beschleunigungs-/Verzögerungs-Kurvenmechanismus, ein Stromregelventil sorgte für die Geschwindigkeitsregulierung, und ein Wegeventil steuerte die Richtung. Würde man weiterhin die traditionelle mechanische Übertragungsmethode verwenden, wären harte Stöße, geringe Präzision und Unflexibilität unvermeidlich. Das System würde komplexer und kostspieliger werden.
Die hydraulische Proportionalsteuerung eignet sich besonders für Systeme mit großem Trägheitsmoment, hoher Geschwindigkeit und hoher Beschleunigung und ermöglicht einen ausgewogenen und zuverlässigen Betrieb.
Häufige Probleme und Fehlersuche bei Proportionalventilen
- Das Proportionalmagnetventil funktioniert nicht: Dies kann auf die Alterung der Steckerkomponenten, schlechten Kontakt oder das Auslöten der Magnetdrähte zurückzuführen sein. In diesem Fall kann ein Multimeter zum Testen verwendet werden. Wenn ein unendlicher Widerstand festgestellt wird, löten Sie die Drähte neu, reparieren Sie den Steckverbinder und schließen Sie den Stecker wieder fest an. Gebrochene Drähte oder lose Klemmen zwischen dem Proportionalverstärker und dem Magneten können ebenfalls zu einem Ausfall des Magneten führen. Ersetzen Sie gebrochene Drähte und schließen Sie sie wieder fest an.
- Alterung der Spule, Durchbrennen der Spule, interne Unterbrechung oder übermäßiger Temperaturanstieg: Ein übermäßiger Temperaturanstieg kann die Ausgangskraft des Proportionalmagneten verringern, so dass er ausfällt. Prüfen Sie, ob der Eingangsstrom zu hoch ist, ob die Isolierung der Spule fehlerhaft ist oder ob der Schieber aufgrund von Verunreinigungen festsitzt. Stellen Sie die Ursache fest und beseitigen Sie sie; ersetzen Sie die Spulen bei Unterbrechungen oder Verbrennungsproblemen.
- Unsachgemäßer Einbau des Ventils: Wenn die Einlass- und Auslassöffnungen nicht korrekt im Verteiler positioniert sind oder die Oberfläche des Verteilers rau ist, was zu Ölleckagen führt, bauen Sie das Ventil wieder korrekt ein, behandeln Sie die Installationsoberfläche und installieren Sie Dichtungselemente.
- Instabiler Fluss: Überprüfen Sie die folgenden Aspekte:
- Ölverschmutzung: Verunreinigungen im Hydrauliköl können die Drosselklappe oder den Steuerkolben blockieren, was zu Instabilität oder Verklemmung führt und die Durchflussregelung beeinträchtigt.
- Öltemperaturschwankung: Die Viskosität von Hydrauliköl ändert sich mit der Temperatur, und übermäßige Temperaturschwankungen können die Fließstabilität beeinträchtigen.
- Verkleben oder Verschleiß der Spule: Langfristiger Gebrauch oder Verunreinigungen können dazu führen, dass sich die Spule abnutzt oder verklebt, was eine reibungslose Bewegung verhindert und zu einem instabilen Fluss führt.
- Falsche Ventilauslegung (Auswahl)Ein instabiler Durchfluss in Proportionalventilen kann aus einer Kombination von Faktoren resultieren, darunter der Zustand des Hydrauliköls, Temperaturschwankungen, Kolbenverschleiß und elektrische Signalstörungen.
- Halten Sie das Hydrauliköl sauber und auf einer angemessenen Temperatur;
- Warten Sie das Proportionalventil regelmäßig, indem Sie den Schieber reinigen und überprüfen;
- Sorgen Sie für stabile elektrische Steuersignale;
- Passen Sie die Reglerparameter an die tatsächlichen Betriebsbedingungen an;
- Optimieren Sie die Konstruktion des Hydrauliksystems, um externe Belastungen und Druckschwankungen zu reduzieren.
Durch systematische Fehlersuche und Optimierung lassen sich Probleme mit der Durchflussinstabilität von Proportionalventilen wirksam beheben.
Wie man ein kostengünstiges Proportionalventil auswählt
- Auswahl der Druckstufe: Druckänderungen werden durch Änderung des Öffnungsdurchmessers der Vorsteuerstufe erreicht. Der Nennwert des gewählten Proportionaldruckventils sollte nicht kleiner als der maximale Betriebsdruck des Systems sein, idealerweise das 1-1,2-fache, um eine bessere Auflösung zu erreichen.
- Nenndurchfluss und Größenauswahl: Um eine relativ flache Durchfluss-Druck-Kurve und einen minimalen Einstelldruck zu erhalten, wird empfohlen, den Nenndurchfluss des Proportionaldruckventils auf das 1,2- bis 2-fache des maximalen Durchflusses der Anlage einzustellen. Die entsprechende Größe ist dann im Produktkatalog zu finden.
- Auswahl der Ventilstruktur: Proportionalventile mit integrierten Rückkopplungsschleifen bieten eine bessere Stabilität und dynamische Leistung als Ventile ohne Rückkopplung. Ventile mit mechanisch-hydraulischer Rückführung sind einfach, erschwinglich und zuverlässig, mit einer Hysterese von weniger als 3% und einer Wiederholgenauigkeit von 1%. Proportionalventile mit elektrischer Rückführung erreichen eine Hysterese von weniger als 1,5% und eine Wiederholgenauigkeit von 0,5%.
- Genauigkeit: Die statischen Parameter elektrohydraulischer Proportionalventile, wie Nichtlinearität, Hysterese, Auflösung und Wiederholbarkeit, wirken sich direkt auf die Regelgenauigkeit aus. Wählen Sie sie entsprechend den Anforderungen an die Systemgenauigkeit aus.
Entwicklungstrends bei Proportionalventilen
Mit der zunehmenden Automatisierung der Industrie sind die Entwicklungstrends bei Proportionalventilen besonders ausgeprägt:
- Digitale Steuerung: Immer mehr Proportionalventile werden mit digitaler Steuerungstechnik ausgestattet, wodurch präzisere Steuerungs- und Diagnosefunktionen erreicht werden.
- Geheimdienst: Proportionalventile, kombiniert mit Sensor- und Netzwerktechnologien, können Selbstdiagnose und Fernsteuerung ermöglichen.
- Energie-Effizienz: Durch die Optimierung des Ventilgehäuses und der Regelalgorithmen können Proportionalventile die Energienutzung verbessern und gleichzeitig die Regelgenauigkeit gewährleisten.
Schlussfolgerung
Proportionalventile sind Schlüsselkomponenten in hydraulischen Steuersystemen, die eine präzise Flüssigkeitssteuerung unter komplexen Arbeitsbedingungen ermöglichen. Mit den Fortschritten in der Steuerungstechnik werden die Anwendungsmöglichkeiten von Proportionalventilen noch breiter werden.
FAQ: Proportionalventile
1. Worin besteht der Unterschied zwischen einem Proportionalventil und einem Servoventil?
Servoventile bieten in der Regel eine höhere dynamische Ansprache und Genauigkeit, sind jedoch empfindlicher gegenüber Ölverschmutzung und in der Regel teurer.
Proportionalventile bieten für viele industrielle Aufgaben eine «gut genug» Leistung mit höherer Robustheit und niedrigeren Lebenszykluskosten.
2. Warum hat mein Proportionalventil einen instabilen Durchfluss?
Häufige Ursachen sind verunreinigtes Öl, das Drosselränder blockiert, große Temperaturschwankungen, die Viskositätsänderungen verursachen, verschlissene oder festsitzende Spulen oder eine falsche Ventilauswahl und Reglerabstimmung.
Beginnen Sie mit der Ölreinheit und -temperatur, dann prüfen Sie elektrische Signale und Ventildimensionierung.
3. Wie oft sollten Proportionalventile gewartet werden?
Es gibt keine einheitliche Regel, aber regelmäßige Überprüfungen der Ölreinheit, des Filterzustands, der Steckverbinderintegrität und der Spulentemperatur werden als Teil des vorbeugenden Wartungsplans des Systems empfohlen.
In anspruchsvollen Systemen können periodische Funktionsprüfungen und Kalibrierungen erforderlich sein.
4. Kann ich ein herkömmliches Ventil direkt durch ein Proportionalventil ersetzen?
Nicht immer. Ein Proportionalventil benötigt einen geeigneten Verstärker oder Regler, passende Verkabelung und manchmal auch eine Neukonstruktion der Schaltung.
Wenn es jedoch richtig ausgelegt ist, können solche Modernisierungen Leistung, Flexibilität und Gesamtproduktivität erheblich steigern.
Über Rekith Hydraulics
Rekith Hydraulics ist ein spezialisierter Hersteller von hydraulischen Ventilen und Systemen und liefert Proportionalrichtungsventile, Proportionaldruckventile, Durchflussregelventile, Kartuschenventile und Logikventile für Industriemaschinen, mobile Geräte und Energieanwendungen.
Mit mehr als zehn Jahren Engineering-Erfahrung, CNC-basierter Produktion und strenger Qualitätskontrolle unterstützt Rekith OEMs und Systemintegratoren weltweit mit zuverlässigen Produkten und technischer Unterstützung auf Anwendungsebene
Wenn Sie ein hydraulisches System planen oder modernisieren und Hilfe bei der Auswahl von Proportionalventilen wie Typen 4WRAE, 4WRKE, 3DREP6 oder 2FRE benötigen, kann unser Engineering-Team Ihnen Berechnungsunterstützung und Modellempfehlungen basierend auf Ihren tatsächlichen Betriebsbedingungen bieten.
