Proportionalventil

Proportionalventile haben eine Steuerungsaufgabe und regeln die Menge an Fluid (Gas, Flüssigkeit), die durch eine Leitung fließen darf. Die besondere Funktion von Proportionalventilen ist, dass sie den ausgegebenen Wert im Verhältnis (proportional) zum eingegebenen Wert steuern können.

Synonym(e): Proportional-Ventile, proportional valves

Proportionalventile werden in der Hydraulik und in der Pneumatik eingesetzt, z.B. als Stellglied in einer Steuerkette. Sie eignen sich besonders dann, wenn die Fluidmenge (Volumenstrom), die durch das Ventil hindurchfließt veränderbar sein muss. Das funktioniert, indem ein solches Ventil das Ergebnis am Ausgang proportional zum Wert am Eingang verändert (siehe Video). Das bedeutet z.B., wenn ein Proportionalventil durch Strom angesteuert wird, dann sorgt eine größere Stromstärke am Eingang für eine größere Durchflussmenge am Ausgang. Proportionalventile sind daher immer auch Stetigventile, da sie stetig verstellbar sind. Andere Ventile können nur auf oder zu gemacht werden, wodurch keine Veränderung des Volumenstroms möglich ist.

Funktionsweise hydraulisches Proportionalventil

Ansteuerung

Die Ventile können unterschiedlich angesteuert werden. Möglich ist eine elektromagentische Ansteuerung (über einen Proportionalmagnet) oder eine elektromotorische Ansteuerung (über einen Schrittmotor). Außerdem gibt es das mediumgesteuerte Ventil (durch Hydraulikflüssigkeit), welches bei mehrstufigen Ventilen, die hintereinandergeschaltet werden, Verwendung findet. Proportionalventile in der Pneumatik gibt es zwar (dann regelt das Ventil die Menge der Druckluft), allerdings ist eine pneumatische Ansteuerung bei Proportionalventilen nicht gebräuchlich.

Aufbau und Arten

Die meisten Proportionalventile werden mit Strom betätigt und als Stromventile bezeichnet. Weitere Formen davon sind Proportional-Wegeventile und Proportional-Druckventile. Außerdem gibt es das motorgesteuerte Proportionalventil.

Proportional-Stromventil

Proportional-Stromventile besitzen zwei Anschlüsse - den Ein- und Ausgang. Dort fließt das Fluid hinein und wieder hinaus. Oft werden Stromventile auch als Drosselventile bezeichnet. Der Absperrkörper im Inneren des Ventils kann entweder kegel-, teller- oder kolbenförmig sein. Er ist mit einer Feder gekoppelt, sodass er in der Ausgangsposition die Durchlassöffnung versperrt. Somit wird verhindert, dass Fluid durch das Ventil vom Eingang zum Ausgang fließen kann. Soll eine bestimmter Volumenstrom durch das Ventil fließen, wird der Proportionalmagnet aktiviert. Dadurch wird die Feder entsprechend der Stromstärke zurückgezogen und der Absperrkörper lässt die Durchlassöffnung zu einem bestimmten Maß frei werden. Das Fluid kann nun durchfließen.

Proportional-Wegeventil

Das eben vorgestellte Drosselventil ist ein 2/2-Wegeventil, da es zwei Anschlüsse und zwei Schaltstellungen besitzt. Es gibt weitere Proportional-Wegeventile mit mehr Anschlüssen und mehr Schaltstellungen, bspw. das 5/3-Wegeventil. Bei Wegeventilen über 2/2 wird immer ein Kolben als Absperrkörper verbaut. Dieser wird mithilfe von Technische Federn und einem Elektromagneten verschoben.

Proportional-Druckventil

Druckregelventile arbeiten alle proportional - trotzdem wird nur bei bestimmten Typen von Proportional-Druckregelventilen gesprochen, nämlich bei elektrisch betätigten Reglern. Die proportionalen Druckregelventile besitzen einen geschlossenen Regelkreis. Dabei wird der Wert am Eingang stetig mit dem Wert am Ausgang abgestimmt. Bei auftretender Regeldifferenz regelt das Proportional-Druckregelventil nach.

Motorgesteuertes Proportionalventil

Ein motorgesteuertes (elektromotorisches) Proportionalventil funktioniert mithilfe eines Schrittmotors. Dabei verschiebt die Kraft des Motors den Absperrkörper im Ventil. Auch ein motorgesteuertes Proportionalventil braucht Strom, allerdings nur sehr wenig. Denn anders als bei Magnetventilen ist für das Aufrechterhalten der Haltestellung (Ausgangsposition) des Absperrkörpers kaum Strom notwendig. Nur während dem Stellvorgang ist der Motor auf Strom angewiesen.

Anwendungsgebiete

Ein Proportionalventil wird dann gebraucht, wenn der Volumenstrom veränderbar sein muss. Die Regelung des Ventils muss sich also anpassen können. Solche Ventile finden in den unterschiedlichsten Bereichen Anwendung. Hier ein paar Beispiele:

• Spanndruckregelung in Werkzeugmaschinen
• Regelung der Beschichtungsdicke bei der Reifenherstellung
• Gasdruckregelung beim Laserschneiden
• Mengenregulierung der Wasserzufuhr bei Straßenkehrfahrzeugen
• Regelung der CO2-Zufuhr bei endoskopischen Operationen

Vorteile und Nachteile

Proportionalventile sind besonders als Stellglied in einer Steuerkette geeignet, bspw. bei einer pneumatischen Schaltung. Dabei können diese Ventile das Ergebnis am Ausgang proportional zum Wert am Eingang verändern und zeichnen sich hier durch eine kleine Hysterese aus. Außerdem sind die Wiederholgenauigkeit, Ansprechempfindlichkeit und Steifigkeit bei Proportionalventilen verbessert. Verglichen mit Servoventilen (die ebenfalls zu den stetig verstellbaren Ventilen zählen) sind Proportionalventile deutlich schmutzunempfindlicher und weitaus kostengünstiger. Sie sind besonders für den Bereich der Volumenstromregelung geschaffen. Für den Einsatz bei Geschwindigkeitsregelung oder Lage- und Kraftregelung sind Servoventile jedoch deutlich besser geeignet.

Hersteller

Bürkert

Bürkert zählt zu den führenden Herstellern von Steuer-, Mess- und Regelungssystemen in der Fluidtechnik. Das mittelständische Familienunternehmen beschäftigt mehr als 2.500 Mitarbeiter und entwickelt individuelle Lösungen für seine Kunden. Magnetventile, Regelventile, Sensor, Regler und natürlich Proportionalventile werden von Bürkert Fluid Control Systems hergestellt.

Camozzi

Camozzi ist eine österreichische Firma, die Bauteile und Zubehör für die pneumatische Antriebstechnik in der industriellen Automation fertigt. Dazu zählen auch Proportionalventile für die Volumenstromsteuerung.

Festo

Festo bietet Pneumatiklösungen für Kunden der Chemie-Industrie, Verpackungsindustrie oder z.B. Medizintechnik. Bezüglich Ventilen stellt Festo bspw. Wegeventile, Sperrventile, Druckventile, Stromventile und Proportional-Ventile her. Daneben produziert Festo unter anderem pneumatische Antriebe, Sensoren und Steuerungstechnik.

HYDAC

HYDAC ist Spezialist für Fluidtechnik in Bezug auf Hydraulik, Elektronik und Engineering. Die Lösungen von HYDAC werden in unterschiedlichen Bereichen verbaut - von der Windenergieanlage bis hin zur Landwirtschaftmaschine. Neben Ventilen stellt HYDAC z.B. auch Pumpenarten, Zylinder und Kühlsysteme her.

Kendrion Kuhnke Automation

Kendrion Kuhnke Automation ist im Bereich Magnet-, Fluid- und Steuerungtechnik tätig und stellt hierfür unterschiedlichste Produkte her. Beispielsweise sind das verschiedene Magnete und Steuerungssysteme. Für die Pneumatik bietet Kuhnke Ventile wie Proportionalventile, Magnetventile, Sperr- und Stromventile an.