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Pneumatische Aktoren

1. Bistabiles Magnetventil

Zur erfolgreichen Realisierung energieautarker Automatisierungslösungen ist es erforderlich, auch energieeffiziente Antriebe einzusetzen. Für elektropneumatische Systeme sind hier besonders elektromagnetische Ventilantriebe mit geringer mittlerer Leistungsaufnahme gefragt. Die Idee ist, die Vorteile von polarisierten Elektromagneten für den Einsatz als Betätigungsmagnet auszunutzen. Das polarisierte System hält in beiden Schaltpositionen leistungslos, so dass je nach Ansteuerregime (Schaltfrequenz, Tastverhältnis auf/zu) erhebliche Energieeinsparungen gegenüber neutralen Ventilen möglich sind.

Aus Kosten- und Akzeptanzgründen muss die Ansteuerung nach außen hin 100% kompatibel zu herkömmlichen neutralen Ventilen erfolgen, ohne den Bauraum zu erweitern. Da die zu entwerfenden Ventilantriebe Systeme darstellen, die im Hinblick auf energetische Aspekte optimiert wurden, mussten die Aktoren zusammen mit ihrer Ansteuerelektronik und den integrierten mechanischen/pneumatischen Funktionen als mechatronisches System betrachtet und ganzheitlich im Entwurf berücksichtigt werden.

Durch eine entsprechende Spulendimensionierung werden die Antriebe an die jeweils verfügbare Betriebsspannung angepasst und erfordern damit keine verlustbehaftete Transformation elektrischer Energie.

Im Projekt-Demonstrator können prinzipiell alle herkömmlichen 2/2- und 3/2-Wege-Ventile gegen die bistabilen ausgetauscht werden.


2. Impuls-Membran-Ventil

Da in monoenergetisch versorgten Komponenten generell geringe Mengen an elektrischer Energie zur Verfügung stehen, darf nur der Schaltvorgang eines Ventils Energie benötigen. Jede der Ventilschaltstellungen muss leistungslos gehalten werden.

Zu diesem Zweck wurde neben dem bistabilen Magnetventil ein Impuls-Membran-Ventil entwickelt, das über zwei herhömmliche Magnetventile angesteuert wird. Die Magnetventile diesen als Vorstufe. Die Hauptstufe wird von einer Membran gebildet, die auch nach Abschalten der Vorstufenventile in ihrer aktuellen Position verbleibt.

Somit benötigt der elektrische Teil des Antriebs nur während dem eigentlichen Schaltvorgang Energie.

Zusätzlich kann durch die Verwendung der Magnetventile als Vorstufe in der Hauptstufe ein größerer Druchfluss erzielt werden, als in einer einstufigen Ventilvariante.

In der Abbildung auf der rechten Seite ist eine Variante des Impuls-Membran-Ventils dargestellt wie sie im monoenergetischen Greifer im Ventilmodul zum Einsatz kommt.


Das beschriebene Vorhaben wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit unter dem Förderkennzeichen 01 MG 502 bis 506 gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt des Internetauftritts liegt bei den Autoren. © EnAS