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[36] Schaltsymbole Wegeventile (1)
Wegeventile sind durch die Anzahl der Anschlüsse, die Anzahl der Schaltstellungen und die jeweiligen Durchflusswege bestimmt. (Weitere notwendige Angaben wie die Betätigungsart sind hier noch ausgeklammert).
Stellen Sie die Unterschiede der einzelnen Schaltsymbole heraus. Erwähnen Sie, dass alle Ein- bzw. Ausgänge eines Ventils gekennzeichnet sind, um Fehlanschlüsse zu vermeiden.
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[37] Schaltsymbole Wegeventile (2)
Wegeventile sind durch die Anzahl der Anschlüsse, die Anzahl der Schalteinstellungen und die jeweiligen Durchflusswege bestimmt.
Arbeiten Sie die Unterschiede der verschiedenen Schaltsymbole heraus.
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[38] Anschlussbezeichnungen
Die Anschlüsse der Wegeventile werden mit Zahlen bezeichnet (siehe ISO 5599-3, Ausgabe 1990 und CETOP RP 68P REV (vorläufige Empfehlung)). Früher wurden hierzu Buchstaben benutzt.
Besprechen Sie die Beispiele und ergänzen Sie dies mit Übungen.
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[39] Schaltsymbole Betätigungsarten (1)
Das Bild zeigt Beispiele manueller und mechanischer Betätigung bzw. Rückstellung.
Weisen Sie darauf hin, dass die Wahl der Betätigungsart immer von der konkreten Anwendung abhängig ist.
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[40] Schaltsymbole Betätigungsarten (2)
Das Bild zeigt Beispiele pneumatischer, elektrischer und kombinierter Betätigungen und Rückstellungen.
Thematisieren Sie das jeweilige Zusammenspiel von Betätigungs- und Rückstellungsart.
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[41] 3/2-Wegeventil, Kugelsitzprinzip
Das 3/2-Wegeventil hat 3 Anschlüsse und 2 Schaltstellungen. Eine federbelastete Halbkugel verschließt den Druckluftanschluss 1, der Arbeitsanschluss 2 ist mit der Entlüftung 3 im Stößel verbunden.
Durch die Betätigung des Ventilstößels wird das Dichtelement vom Sitz abgehoben. Dazu muss die Federkraft der Rückstellfeder und die Kraft der anstehenden Druckluft überwunden werden. Das Ventil ist von 1 nach 2 durchgeströmt.
Vergleichen Sie Funktionsdarstellung und Schaltsymbol.
Vergleichen Sie den Aufbau mit dem Tellersitzventil.
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[42] 3/2-Wegeventile
Das Wegeventil mit Kugelsitz ist sehr kompakt. Es ist mit verschiedenen Typen von Betätigungsköpfen erhältlich. Begrenzungen für die direkt wirkenden Ventile liegen in der notwendigen Betätigungskraft begründet. Dies schränkt die mögliche Ventilgröße ein.
Arbeiten Sie heraus, weshalb die notwendige Betätigungskraft mit der Größe des Ventils wächst.
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[43] 3/2-Wegeventil, Tellersitzprinzip
Das Ventil ist nach dem Tellersitzprinzip aufgebaut. Die Ansprechzeit ist kurz, und über einen kleinen Bewegungsweg wird ein großer Querschnitt zum Durchströmen der Luft freigegeben.
Erläutern Sie an diesem Bild den Begriff „Sperr-Ruhe-stel-lung“.
Auch wenn der Stößel nur langsam bedient wird, erfolgt kein Druckluftverlust. Ventile dieser Bauart sind unempfindlich gegen Schmutz und haben eine lange Lebensdauer.
Führen Sie mit diesem Bild und der Animation den Begriff „überschneidungsfrei“ ein.
Die Animation zeigt die Arbeitsweise des 3/2-Wegeventils. Die erste Sequenz zeigt die Betätigung und die Durchströmung von 1 nach 2, die zweite Sequenz das Schließen des Tellersitzes.
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[44] 3/2-Wegeventil, Tellersitzprinzip, Durchfluss-Ruhestellung
Bei diesem Ventil mit Durchfluss-Ruhestellung ist der Anschluss 1 nach 2 in der Ruhestellung geöffnet. Ventile können manuell, mechanisch, elektrisch oder pneumatisch betätigt werden. Die Betätigungsart richtet sich nach den Anforderungen der Steuerung.
Bei Betätigung des Ventilstößels wird der Druckluftanschluss 1 durch den Stößel abgesperrt, und der Ventilteller wird vom Sitz abgehoben. Die Abluft kann nun von 2 nach 3 entweichen.
Vergleichen Sie den Ventilaufbau und die Durchströmung mit dem gleichen Ventil in Sperr-Ruhestellung (Folie 43).
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[45] 3/2-Wegeventil, einseitig pneumatisch betätigt, Sperr-Ruhestellung
Ist der Steueranschluss 12 entlüftet, verschließt der federbelastete Dichtteller den Druckluftanschluss 1, der Arbeitsanschluss 2 ist mit Entlüftungsanschluss 3 verbunden.
Ein Signal liegt am Eingang 12 an und der Ventilstößel wird gegen die Rückstellfeder gepresst. Die Druckluft strömt dadurch von 1 nach 2. Der Druck bei 12 muss groß genug sein, um die Gegenkraft der Rückstellfeder überwinden zu können.
Vergleichen Sie Schaltsymbol und Funktionsdarstellung.
Vergleichen Sie den Ventilaufbau mit dem manuell betätigten 3/2-Wegeventil (Folie 43).
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[46] 3/2-Wegeventil, einseitig pneumatisch betätigt
Die Anschlüsse des Ventils tragen Bezeichnungen, um das korrekte Anschließen zu erleichtern. Pneumatisch betätigte Ventile sind in verschiedenen Größen erhältlich, abhängig von der Durchflussmenge.
Betonen Sie die Notwendigkeit, auch im Schaltplan Anschlussbezeichnungen vorzunehmen.
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[47] 3/2-Wegeventil, mit Rollenhebel
Diese Ventilart kann wahlweise in der Sperr- oder Durchfluss-Ruhestellung eingesetzt werden. Es müssen lediglich die Anschlüsse 1 und 3 vertauscht und der Betätigungsaufbau um 180 Grad gedreht werden. Auf Grund der Vorsteuerung werden nur geringe Betätigungskräfte benötigt.
Vergleichen Sie den Ventilaufbau mit der vorhergehenden Folie.
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[48] 3/2-Wegeventil, mit Rollenhebel, vorgesteuert, Sperr-Ruhestellung
Um die notwendige Betätigungskraft zu reduzieren, können Wegeventile mit einem Vorsteuerventil versehen werden. Eine kleine Bohrung verbindet den Druckluftanschluss 1 mit dem Vorsteuerventil. Wird der Rollenhebel betätigt, so öffnet das Vorsteuerventil. Die anstehende Druckluft strömt zur Membran und drückt den Ventilteller nach unten.
Vergleichen Sie Ventilaufbau und Schaltsymbol.
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[49] 4/2-Wegeventil, mit Rollenhebel
Es handelt sich um ein robustes Ventil. Die beiden Stößel betätigen die Tellersitze direkt. Die notwendige Betätigungskraft ist vergleichsweise groß.
Vergleichen Sie den Aufbau mit dem eines 3/2-Wegeventils.
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[50] 4/2-Wegeventil, Tellersitzprinzip
Dieses 4/2-Wegeventil kann als Baueinheit von zwei 3/2-Wegeventilen betrachtet werden, wobei ein Ventil in Sperr-Ruhestellung und das andere in Durchfluss-Ruhestellung ist. Beachten Sie, dass Anschluss 3 zum Betrachter hin herausgeführt ist.
Werden die beiden Stößel gleichzeitig betätigt, so werden alle Anschlüsse zunächst gesperrt. Durch weiteres Drücken der Ventilstößel gegen die Kraft der Rückstellfedern werden die Anschlüsse 1 nach 4 und 2 nach 3 geöffnet.
Zeigen Sie die Parallelen zu den entsprechenden 3/2-Wegeventilen.
Lassen Sie die Teilnehmer herausfinden, ob das Ventil überschneidungsfähig ist.
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[51] 4/3-Wegeventil, Drehschieberprinzip
Das 4/3-Wegeventil hat 4 Anschlüsse und 3 Schaltstellungen. Ein Beispiel für ein 4/3-Wegeventil ist dieses Plattenschieberventil. Wegen der erforderlichen Drehbewegung ist es nur mit Hand- oder Fußbetätigung erhältlich. Bei der Betätigung werden durch Verdrehen von zwei Scheiben die Durchflusskanäle miteinander verbunden.
Erläutern Sie die Schaltstellungen an der Funktionsdarstellung und am Schaltsymbol.
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[52] 5/2-Wegeventil (Impulsventil), Längsschieberprinzip
Diese Bauart ist zur Montage auf Norm-Anschlussplatten geeignet. Durch die kompakte Bauweise entstehen nur geringe Strömungsverluste.
Besprechen Sie die entsprechende Norm DIN ISO 5599/1 in Bezug auf Impulsventile.
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[53] 5/2-Wegeventil (Impulsventil), Längsschieberprinzip
Ist der Steueranschluss 12 beaufschlagt, herrscht Durchfluss von 1 nach 2. Wie bei allen pneumatischen Schieberventilen sollte die Spaltbreite zwischen Schieber und Gehäusebohrung nicht mehr als 0.002-0.004 mm betragen. Um eine Beschädigung der Dichtelemente zu vermeiden, kann der Lufteintritt auf den Umfang der Kolbenlaufbüchse verteilt werden.
Ist der Steueranschluss 14 beaufschlagt, herrscht Durchfluss von 1 nach 4. Der Betätigungsweg ist bei Schieberventilen wesentlich größer als bei Sitzventilen.
Besprechen Sie die Beanspruchung der Dichtelemente.
Vergleichen Sie dieses Bauprinzip mit Tellersitzventilen.
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[54] 5/2-Wegeventil (Impulsventil) mit Schwebetellersitz
Eine weitere Dichtungsmethode ist die Verwendung einer Schwebetellerdichtung. Ein Vorteil dieses Prinzips ist der kleine Schaltweg. In dieser Darstellung ist Steueranschluss 12 beaufschlagt, es herrscht Durchfluss von 1 nach 2.
Die letzte Schaltungsposition wird solange beibehalten, bis ein 1-Signal von der gegenüberliegenden Seite erfolgt: Hier ist Steuereingang 14 beaufschlagt, das Ventil hat umgeschaltet auf Durchfluss von 1 nach 4.
Die Animation zeigt das Umschalten des Ventils zwischen den beiden Schaltstellungen. Die Betätigung erfolgt sowohl pneumatisch als auch durch die Handhilfsbetätigung.
Vergleichen Sie den Ventilaufbau mit dem Längsschieberprinzip (Bild Folie 53).
Besprechen Sie die Funktionsweise der Handhilfsbetätigung und das entsprechende Schaltsymbol.
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[55] 5/3-Wegeventil, beidseitig pneumatisch betätigt
Das Ventil wird über die Steueranschlüsse 12 und 14 betätigt. Ist das Ventil unbetätigt, nimmt es die Sperrmittelstellung ein.
Ist der Steueranschluss 14 beaufschlagt, strömt die Druckluft von 1 nach 4, Anschluss 2 wird über 3 entlüftet.
Ist der Steueranschluss 12 beaufschlagt, strömt die Druckluft von 1 nach 2, Anschluss 4 wird über 5 entlüftet.
Erläutern Sie die Begriffe Sperrmittelstellung und Federzentrierung.
Vergleichen Sie diese mit den anderen Ventilpositionen.
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[56] Schaltplan: Impulsventil und Speicherverhalten
Die Kolbenstange eines doppeltwirkenden Zylinders soll bei Betätigung eines Handtasters ausfahren und in der vorderen Endlage bleiben, bis ein zweiter Handtaster betätigt wird. Die Kolbengeschwindigkeit des Zylinders soll in beide Richtungen einstellbar sein.
Diskutieren Sie das Speicherverhalten von Impulsventilen.
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[57] Schaltplan: Impulsventil und Speicherverhalten
Auf Grund des Speicherverhaltens von Impulsventilen braucht das Ausfahrsignal nur von kurzer Dauer zu sein. Durch Betätigen von 1S1 wird ein 1-Signal am Eingang 14 des Stellgliedes 1V3 erzeugt. Das 5/2-Wegeventil wird umgeschaltet und der Zylinder 1A1 fährt aus.
Der Schaltplan zeigt den Zustand der Schaltung kurz nach Betätigung von 1S1.
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[58] Schaltplan: Impulsventil und Speicherverhalten
Nach Loslassen von 1S1 wird die Steuerleitung an Anschluss 14 des Stellgliedes entlüftet. Es bleibt jedoch in aktueller Position.
Erarbeiten Sie das Thema mithilfe der vorhergehenden Folien.
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[59] Schaltplan: Impulsventil und Speicherverhalten
Wird jetzt der Handtaster 1S2 betätigt, wird 1V3 wieder umgesteuert. Der Zylinder fährt ein.
Das Bild zeigt den Zylinder halb eingefahren. Erarbeiten Sie das Thema mithilfe der vorhergehenden Folien.
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[60] Schaltplan: Impulsventil und Speicherverhalten
Der Zylinder bleibt eingefahren, bis ein neues Startsignal anliegt. An Drosselrückschlagventilen lässt sich über den einstellbaren Volumenstrom die Geschwindigkeit des Kolbens in beide Richtungen regulieren. (Abluftdrosselung).
Diskutieren Sie die Situation, wenn sowohl 1S1 als auch 1S2 betätigt werden.
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[61] Direkte Ansteuerung
Ein einfachwirkender Zylinder mit 25 mm Durchmesser soll nach Betätigen eines Handtasters ein Werkstück spannen. Dieses soll eingespannt bleiben, solange der Taster betätigt ist.
Da der Zylinder das einzige Antriebsglied ist, erhält er die Bezeichnung 1A1, das zugehörige Stellglied die Nummer 1S1.
Diskutieren Sie Darstellung, Nummerierung und Arbeitsweise der Schaltung.
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[62] Indirekte Ansteuerung
Ein einfachwirkender Zylinder mit großem Kolbendurchmesser soll nach Betätigung eines Handtasters ausfahren. Der Zylinder soll nach Loslassen des Tasters wieder einfahren.
Das Signal am Steuereingang 12 bleibt erhalten, solange der Taster betätigt ist. Erst wenn er losgelassen wird, schließt die Federkraft das Ventil und die Kolbenstange fährt ein. Der Kolbenraum wird über das Stellglied entlüftet.
Diskutieren Sie Darstellung, Nummerierung und Arbeitsweise der Schaltung.
Zeigen Sie den hohen Druckluftbedarf bei großen Zylinderdurchmessern auf und erarbeiten Sie die Vorteile indirekter Steuerung.
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[63] Übung: Direktes Ansteuern eines doppeltwirkenden Zylinders – Übersicht
Die Kolbenstange eines doppeltwirkenden Zylinders soll nach Betätigen eines Tasters ausfahren und nach Freigabe des Tasters wieder einfahren. Der Zylinder hat einen Durchmesser von 25 mm und benötigt deshalb eine geringe Druckluftmenge zur Ansteuerung.
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[64] Übung: Direktes Ansteuern eines doppeltwirkenden Zylinders – Aufgabe
Als Stellglieder können ein 5/2-Wegeventil oder ein 4/2-Wegeventil eingesetzt werden. Da der Zylinder hier vergleichsweise klein ist, kann die Ansteuerung durch ein Ventil mit Federrückstellung und mit manueller Betätigung erfolgen. Ist der Handtaster betätigt, wird der Durchfluss von Anschluss 1 nach 4 freigegeben und die Kolbenstange fährt aus. Wird er wieder losgelassen, bringt die Rückstellfeder das Stellglied wieder in Ruhestellung, und die Kolbenstange fährt ein. Die Abluft vom Zylinder wird dabei über den Entlüftungsanschluss 3 abgeleitet. Da der Zylinder das einzige Antriebsmitglied im Schaltplan ist, erhält er die Bezeichnung 1A1. Das zugeordnete Stellglied erhält die Bezeichnung 1S1.
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[65] Übung: Direktes Ansteuern eines doppeltwirkenden Zylinders – Lösung
Weisen Sie auf folgenden Effekt der Federrückstellung hin: Wird der Taster nur kurz betätigt, fährt die Kolbenstange nur teilweise aus und dann sofort wieder ein. Zum vollen Ausfahren muss der Handtaster immer ausreichend lange gedrückt werden.
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[66] Übung: Indirektes Ansteuern eines doppeltwirkenden Zylinders – Übersicht
Ein doppeltwirkender Zylinder soll nach Betätigen eines Tasters ausfahren und nach dessen Freigabe wieder einfahren. Der Zylinder besitzt einen Durchmesser von 250 mm und somit einen vergleichsweise hohen Druckluftbedarf.
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[67] Übung: Indirektes Ansteuern eines doppeltwirkenden Zylinders – Aufgabe
Zur Ansteuerung von Zylindern mit hohem Druckluftbedarf ist ein größeres Stellglied mit höherem Durchfluss notwendig. Hier ist eine indirekte Ansteuerung vorzuziehen.
Ist das Signalglied 1S1 betätigt, steht am Steuereingang 14 des Stellglieds 1V1 ein 1-Signal an. Das Ventil schaltet um, die Kolbenseite des Zylinders wird mit Druckluft beaufschlagt, und die Kolbenstange des Zylinders 1A1 fährt aus. Nach Freigabe des Tasters wird die Steuerleitung am Anschluss 14 entlüftet. Daraufhin steuert das Stellglied 1V1 durch die Rückstellfeder um und die Kolbenstange fährt ein.
Erläutern Sie die Vorteile indirekter Steuerung: Die erforderliche Betätigungskraft ist geringer, die Arbeitsleitungen können kurz gehalten werden, da das Stellglied nahe am Zylinder angebracht sein kann, und das Signalglied kann klein sein, da es nur das Signal zur Betätigung des Stellgliedes erzeugen muss.
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[68] Übung: Indirektes Ansteuern eines doppeltwirkenden Zylinders – Lösung
Weisen Sie darauf hin, dass eine Umkehr der Bewegungsrichtung jederzeit möglich ist, auch wenn die Kolbenstange ihre jeweilige Endlage noch nicht erreicht hat.
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