Pneumatische ventielen – of pneumatic valves – onderscheiden zich door het aantal aansluitingen en het aantal schakelstanden. Mono- of bi-stabiel / NO of NC.
De opbouw van een pneumatisch ventiel kenmerkt zich door een aantal aansluitingen (poorten) en een aantal schakelstanden. In de beschrijving van een ventiel wordt altijd eerst het aantal aansluitingen genoemd, gevolgd door een slash en daarna het aantal schakelstanden. Zo heeft een traditioneel 3/2 ventiel drie poorten en twee schakelstanden. Op dezelfde manier heeft een 5/3 ventiel vijf poorten en drie schakelstanden. De meest gebruikte ventielen zijn het 3/2, 5/2 en 5/3 ventiel.
Met de diverse ventielen zijn verschillende functies in een pneumatisch systeem te realiseren.
Een 3/2 ventiel heeft drie poorten voor respectievelijk de voeding (1), arbeid (2) en ontluchting (3) gecombineerd met twee schakelstanden. Omdat er maar één arbeidsuitgang beschikbaar is, kan met dit ventiel maar één kamer met perslucht worden gevuld. Dit betekent dat de cilinder enkelwerkend is en dat de retourslag mechanisch moet worden gerealiseerd met bijvoorbeeld een verenpakket.
Ook een 5/2 ventiel heeft twee schakelstanden maar voorziet in twee extra poorten voor arbeid (4) en ontluchting (5). Hiermee zijn twee kamers te beluchten en te ontluchten wat een volledige controle betekent over beide zijden van de actuator. Met een 5/2 ventiel is dan ook volledig pneumatisch een beweging te realiseren.
Het 5/3 ventiel ten slotte heeft evenveel poorten als de 5/2 variant, maar een extra schakelstand. Deze zogenaamde ‘middenstand’ biedt de besturing een extra onbediende stand. Deze kan relevant zijn in bijvoorbeeld kritische veiligheidstoepassingen.
Voor deze middenstand zijn verschillende uitvoeringen beschikbaar:
• Een ‘gesloten’ middenstand sluit zowel de voedingspoort als de arbeidspoorten af. Met andere woorden: de persluchtvoeding kan er niet in of uit waardoor de cilinder in zijn positie blijft staan. Door interne lekken kan de cilinder na lange tijd mogelijk wel drukloos komen te staan.
• Een ‘beluchte’ middenstand schakelt beide arbeidspoorten direct op de voeding. Hierdoor staat de zuiger aan beide zijden onder duk waardoor een cilinder met een gelijke zuigeroppervlakte in balans is. Een cilinder met ongelijke zuigeroppervlakte zal in de middenstand een slag maken.
• Een ‘ontluchte’ middenstand ontlucht het systeem bij een afgesloten voeding. Doordat beide uitgangspoorten in verbinding staan met de buitenlucht, is de zuiger aan beide zijden drukloos waardoor de cilinder door een geringe externe kracht al kan gaan bewegen.
Bediening
Naast het aantal aansluitingen en schakelstanden, onderscheiden pneumatische ventielen zich tevens door de manier waarop de bediening plaatsvindt. Hierbij bestaat de keuze uit: handmatig, mechanisch, elektrisch of pneumatisch. Ieder type bediening kent zijn eigen symbool dat in het pneumatisch schema is terug te vinden bij het betreffende ventiel. Soms wordt er ook een combinatie gebruikt zoals een handmatige bediening om een beweging te starten en een verenpakket om het ventiel weer in de beginstand terug te brengen. In dat geval worden twee symbolen bij het ventiel weergegeven.
Handmatig
Handmatige bediening is op vele verschillende manieren mogelijk en afhankelijk van het type applicatie. Moet het bedieningselement na gebruik worden vergrendeld of in een bepaalde stand blijven staan? Of moet hij automatisch en direct terugkeren in de beginstand? Met het beantwoorden van dit type vragen is uiteindelijk de juiste oplossing te kiezen en het gewenste schakelgedrag te bereiken.
Mechanisch
Een mechanische bediening lijkt op een handbediening maar wordt toegepast op plaatsen in een machine waar geen manuele bediening gewenst is. Bijvoorbeeld een rolbediening bij het detecteren van een object op een transportband.
Elektrisch
Elektrisch bediende ventielen worden grootschalig toegepast in machines met een PLC-besturing. De ventielen zijn hiermee direct vanuit de PLC te bedienen. Dit ventiel wordt momenteel in de machinebouw het meeste toegepast.
Pneumatisch
Pneumatisch bediende ventielen worden tot slot bediend door middel van een aparte luchtaansluiting. Hiermee zijn uiteindelijk volledige pneumatische schakelingen te realiseren.
Belangrijk is het verschil tussen Normally Closed (NC) en Normally Open (NO) ventielen. De term geeft aan welke stand een ventiel inneemt wanneer hij niet is bekrachtigd. Een NC-ventiel laat onbekrachtigde toestand geen lucht door: de poort is ‘closed’. Een NO-ventiel laat juist wél lucht door waardoor de arbeidspoort in onbediende toestand wordt belucht.
Verwarrend zijn deze termen ten opzichte van de elektrische variant waar NC betekent dat de stroomkring gesloten is en er dus bekrachtiging plaatsvindt. Denk bij pneumatische ventielen dus in poorten (de poort is gesloten, er kan geen lucht door dus het ventiel schakelt niet) en bij elektrisch in bruggen (de brug is gesloten, er kan stroom doorheen en dus schakelt de component).
Naast de wijze van bedienen heeft ook het aantal bedieningen invloed op de functie van een ventiel. In dat kader spreken we over een enkelvoudig (monostabiel) of dubbelvoudig (bi-stabiel) ventiel.
Bij monostabiele ventielen is één bediening aanwezig die bij bekrachtiging het ventiel laat schakelen. Deze ventielen moeten gedurende de omschakeltijd blijvend worden bediend. Wordt de bediening opgeheven, dan neemt het ventiel door veerkracht of luchtdruk automatisch zijn ruststand weer in.
Bij een bi-stabiel ventiel wordt de teruggang naar de beginsituatie apart aangestuurd. Deze ventielen schakelen bij een kortstondige bediening en keren vervolgens niet terug naar de beginstand; hiervoor is een aparte bediening nodig.
Ventielen met twee spoelen worden soms als bi-stabiel beschouwd. Het 5/3-ventiel in onderstaande afbeelding heeft bijvoorbeeld twee spoelen maar is toch een monostabiel ventiel. Dit omdat de twee terugstelveren het ventiel in spanningsloze toestand terugbrengen naar de initiële uitgangspositie (=middenstand).