Pneumatikventil Unterschiedliche Ventilkonstruktionen optimieren den Betrieb pneumatischer Anlagen

Wenn es um optimale Anwendungen geht, führt auch im Maschinenbau meist kein Weg an der Marktforschung vorbei. Aus diesem Grund setzt Numatics seit Jahren konsequent auf die Umsetzung aktueller Markttrends. Ein Beispiel dafür sind die Rohranschlussventile der neuen K-Serie.

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Nach rund zweijähriger Entwicklungs- und Erprobungszeit hat Numatics im Herbst 2007 die weich dichtenden Ventile der „K-Serie“ eingeführt. Doch wie lief dieser Prozess in der Praxis ab?

In einem ersten Schritt untersuchte Numatics das bestehende Produktportfolio hinsichtlich Einsatzmöglichkeiten und Optimierungspotenzial. Anschließend folgten Gespräche mit Anwendern über Funktionen und Produktanforderungen in der Anwendung. Konkret: Was steht bei der Planung und Realisierung von pneumatisch betriebenen Anlagen und Maschinen im Mittelpunkt? Dabei zeigte sich, dass oft vielfältige, zum Teil von einander abweichende Anforderungen an Ventile gestellt werden. Anforderungen, die ein einzelnes Produkt nicht, oder nicht vollständig erfüllen kann. So werden in manchen Anwendungen hohe Anforderungen an die Dichtheit gestellt. In anderen Anwendungen müssen Ventile mit schneller Taktfrequenz weit über 100 Millionen Schaltvorgänge reibungslos ausführen.

200 Millionen Schaltspiele ohne „weiche“ Dichtung

Um hier Lösungen zu realisieren, greift Numatics auf unterschiedliche Konstruktionsprinzipien zurück. Für Ventile mit hoher Lebensdauer und Betriebssicherheit bei kurzen Schaltzyklen auch unter schwierigen Einsatzbedingungen – wie verunreinigter Luft – setzt das Unternehmen seit Jahren auf die sogenannte Kolben-Gleitmantel-Kombination. Es handelt sich dabei um eine zylindrische Hülse mit radial angeordneten Bohrungen, in die ein Metallschieber mit einem Spiel von etwa einem tausendstel Millimeter Luftspalt eingepasst ist. Eine Konstruktion, die es ermöglicht, ohne bewegliche, „weiche“ Dichtelemente auszukommen, da hier direkt Stahl auf Stahl anliegt. Gesteuert wird der Druckluftfluss durch eine axiale Veränderung der Schieberposition. Durch die Bewegung entsteht ein Luftpolster zwischen den beiden Bauteilen, was Reibung und Verschleiß infolge des Luftlagerprinzips auf ein Minimum reduziert.

Insgesamt ein genial einfacher Aufbau, der mit nur wenigen Bauteilen auskommt und höchste Funktionssicherheit bietet. Ventile dieser Bauart werden als „hart-dichtend“ bezeichnet. Sie arbeiten überschneidungsfrei und erlauben die Steuerung von Druck und Vakuum im selben Ventil. Erst im Jahre 2006 hat Numatics ihr Produktportfolio in diesem Segment aktualisiert und sie als „J-Serie“ auf den Markt gebracht. Für den intensiven Dauerbetrieb, bei dem es auf möglichst viele Schaltspiele und hohe Betriebssicherheit ankommt, stellen sie eine bewährte und leistungsfähige Lösung dar. Problematisch zeigt sich aber in manchen Anwendungsfällen die prinzipbedingte geringe Leckage dieser Ventilbauart.

Gummidichtungen für hohe Dichtigkeit

Für diese Einsatzbereiche hat Numatics die „K-Serie“ eingeführt. Obwohl äußerlich und von den Abmessungen gleich der „J-Serie“, ist die „K-Serie“ „weich-gedichtet“, das heißt, sie verfügt über spezielle Gummidichtungen. Eine Voraussetzung, die sie unter anderem für den Einsatz in der Medizintechnik oder die Steuerung von Gasen prädestiniert.

Um die Luftdurchlässe zu optimieren, kommen zwei unterschiedliche Funktionsweisen zum Einsatz. Bei der 5/2-Wege-Ausführung ist es ein Schieberventil mit Elastomerdichtungen. In der häufig eingesetzten 3/2-Wege-Auführung findet ein Sitzventil Verwendung. Die Vorteile liegen hier in einer schnellen Betätigung, einem hohen Durchfluss und gleichzeitig günstigen Produktionskosten.

Allerdings gibt es kein Licht ohne Schatten. Denn einfache Sitzventile sind normaler Weise nicht überschneidungsfrei, das heißt Arbeitsluft und Abluft können sich unter bestimmten Bedingungen im geringen Umfang vermischen. Damit dieser unerwünschte Nebeneffekt möglichst gering gehalten wird, hat Numatics eine spezielle Überschneidungsdrossel entwickelt, die bereits zum Patent angemeldet wurde. Vergleichbar einer kleinen „Nase“ im Luftkanal, lenkt dieser konstruktive Eingriff den Luftfluss und sorgt dafür, dass ein „pneumatischer Kurzschluss“ während der Betätigung des Ventils weitestgehend vermieden wird.

Der Einsatzzweck entscheidet

Für die Kunden liegen die Vorteile der nach Funktionskriterien differenzierten Produktpalette auf der Hand.

Sollen Ventile mit unterschiedlichen Anwendungsprofilen zur optimalen Konfiguration einer Anlage eingesetzt werden, so kann dies nun über einen einzigen Lieferanten realisiert werden. Hinzu kommen Beratung und Betreuung über ebenfalls nur einen Ansprechpartner. Das spart Zeit und Geld. Gleiches gilt für die spätere Wartung und Instandhaltung. Hart oder weich dichtend, ist daher nicht eine Glaubensfrage. Die klare Empfehlung lautet: Hart und weich dichtend. Beide Ventil-Konstruktionen haben ihre ganz spezifischen Vor- und Nachteile. Was wann wo Verwendung findet, hängt letztendlich vom jeweiligen Einsatzzweck ab.

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