Das Prinzip der Piezotechnologie ist mit einem Magnetventil nicht vergleichbar. Kernelement ist die Piezokeramik. Wenn sie elektrisch aufgeladen wird, entsteht eine Polarisation, die zu einer Verbiegung führt. Diese ist proportional zur angelegten Spannung und ermöglicht so eine proportionale Durchfluss- oder Druckregelung. Je höher also die Spannung desto größer der Durchfluss. Die Stromverbrauchskurve sieht dabei komplett anders aus als bei einem proportionalen Magnetventil, dessen Spule immer bestromt werden muss. Nur so entsteht das Magnetfeld, das den Anker vom Ventilsitz abhebt. Im Gegensatz dazu braucht ein Piezoventil keine konstante Bestromung. Es verhält sich wie ein Kondensator. Um die Keramik einmal zu laden, reicht ein initialer Strom und dann geht der Stromverbrauch praktisch auf Null.
Piezoventile sind sehr einfach aufgebaut. Sie bestehen aus einem Gehäuse mit den Ports, in dem die Düsen miteingespritzt sind. Durch diese strömt das Gas ein oder aus. Es gibt einen oder zwei Bieger – aus der Piezokeramik – und darüber jeweils eine Feder, die für die Rückstellung sorgt.
Mit einem 2/2-Wegeventil lässt sich der Durchfluss einfach steuern. Es hat einen Bieger und zwei Ports. Je nachdem wieviel Spannung man anlegt, desto weiter macht es auf.
Ein 3/3-Wegeventil besitzt drei Ports und zwei Bieger. Mit dieser kompakten Lösung ist eine komplette Druckregelung möglich. Es gibt einen Bieger fürs Belüften bzw. die Druckerhöhung und einen zweiten Bieger fürs Entlüften bzw. die Druckreduzierung. Der dritte Zustand ist geschlossen. Dann wird der Druck gehalten. Mit so einem 3/3-Ventil lässt sich z. B. ein Druck ganz einfach steuern. So eine 3/3 Funktion gibt es bei Magnetventilen nicht.
Wie schon erwähnt funktionieren Piezoventile nicht mit 12 V, sondern benötigen eine spezielle Elektronik. Um diese Ansteuerung deutlich zu vereinfachen, hat Festo mit der neuen Lösung VAVE-P eine Piezo-Treiber-Elektronik entwickelt, die genau die Piezo-Spezifika beinhaltet.
The VAVE-P is operated as normal with 12 to 24 V and generates the piezo voltage. It has everything you need for the specific actuation of piezo valves: simple open-loop actuation electronics, 310 V voltage generation and the 2-channel piezo driver stage with current limitation.
The two-channel electronics makes it possible to actuate two valves for regulating the flow rate or a 3/3-way valve for regulating the pressure with separate actuation for pressurisation and exhausting.
The interface is always the same, two analogue inputs and the flexible power supply of 12 to 24 volts. There is no easier way to replace a proportional solenoid valve.
There are also solutions that come with all the components required for a complete flow rate or pressure regulation system. The compact flow control valve VEMD from Festo combines a piezo valve, flow sensor and control electronics. This allows you to achieve an absolutely linear ratio of input voltage and output flow rate.
The counterpart for regulating pressure is the proportional pressure regulator VEAB with two piezo valves, in each case with one piezo bender for pressurisation and one for exhausting. Then there is also the electronics and a pressure sensor. This provides a complete closed-loop pressure control solution in the smallest installation space.