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Proportionalventile

Erfahren Sie alles wissenswerte zum Thema Proportionalventile.

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Was sind Proportionalventile?

Proportionalventile ermöglichen eine dynamische Veränderung der Fluidmenge im Ventil. Im Vergleich zu anderen Ventilen, die nur geöffnet (auf) oder geschlossen (zu) werden können, kann bei Proportionalventilen mit zunehmender Stromstärke die Öffnungsrate gesteuert werden.

In der verfahrenstechnischen Praxis werden Proportionalventile daher auch als Regelventil, Regelarmatur oder Stellventil bezeichnet; gemeint ist jedoch jeweils das gleiche Produkt.

Aufbau und Funktionsweise

Dabei können verschiedene Antriebsarten differenziert werden, wie zum Beispiel:

  • pneumatisch
  • piezoelektrisch
  • elektromotorisch
  • elektromagnetisch

Die verschiedenen Antriebsprinzipien unterscheiden sich im Wesentlichen durch Preis, Baugröße, Art der Medientrennung sowie Dynamik- und Krafteigenschaften.Elektromagnetische Proportionalventile decken im Wesentlichen den Nennweitenbereich kleiner als 12 mm (direktwirkende Ventile) ab. Die Motorventile unterscheiden den Nennweitenbereich 2-6 mm (Sitzventil) und 8-25 mm (Scheibenventil).

Elektromagnetischer Antrieb

Die Basis der elektromagnetischen Proportionalventile von Bürkert sind die schaltenden Magnetventile (Absperrventile). Dabei drückt im stromlosen Zustand der mit einer Feder verbundene Hubanker direkt auf den Ventilsitz. Das Ventil bleibt dann geschlossen.

Fließt Strom durch die Spule, entsteht ein Magnetismus, der den Hubanker gegen die Federkraft anhebt. Das Ventil öffnet sich.

Mit konstruktiven Veränderungen der schaltenden Magnetventile kann für jeden beliebigen Spulenstrom ein Gleichgewicht von Feder- zu Magnetkraft hergestellt werden. Direktwirkende Proportionalventile werden unter Sitz angeströmt. Das von unten einströmende Fluid drückt zusammen mit der erzeugten Magnetkraft gegen die Spannkraft der Rückstellfeder. Die Rückstellfeder wiederum drückt von oben dagegen. Schon deshalb ist es sinnvoll, den minimalen und den maximalen Durchflusswert des Arbeitsbereiches (Spulenstrom) unter Betriebsbedingungen einzustellen.

Bei ebener Geometrie von Anker und Ankergegenstück (Flachstopfengeometrie) sinkt die Magnetkraft mit größer werdendem Arbeitsluftspalt zu stark, um ein stetiges Stellverhalten herstellen zu können. Gleichgewichtszustände zwischen Feder- und Magnetkraft lassen sich nur mit einer spezifischen Formgebung beider Komponenten erreichen. Beispielsweise mit dem Design eines konisch ausgebildeten Übergangsbereichs im äußeren Teil des Ankergegenstücks und einer quasi spiegelbildlichen Abschrägung im oberen Teil des Ankers.

Im stromlosen Zustand schließt das Ventil allein durch Federkraft. Eine Dichtung am Fuß des Ventils stellt sicher, dass kein Fluid aus dem geschlossenen Ventil entweicht.

Je geschmeidiger der Anker durch die Spule gleitet, umso ausgeprägter die Ansprechempfindlichkeit und umso reproduzierbarer die Stellpositionen. Reibung beeinflusst dementsprechend das Stellverhalten. Sie lässt sich aber durch eine exakte Führung des Ankers und spezielle elektronische Ansteuerung deutlich reduzieren.

Anwendungsbereiche

Proportionalventile eignen sich vor allem für Anwendungen, in denen veränderliche Volumenströme notwendig sind. Sie sind daher vor allem in elektronischen Geräten der Analyse- oder Medizintechnik, in Brennersteuerungen, in Kühlkreisläufen, in Kraftstoffdosierungen, in der Brennstoffzellentechnik und in kompakten Prozessregelgeräten zu finden.

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