Pneumatiikkaventtiilien valinta ja paineilmasylinterin ohjaus
Pneumatiikkaventtiili ohjaa paineilman kulkua järjestelmässä.
Venttiilin avulla voidaan esimerkiksi käynnistää sylinterin liike, vaihtaa sen suuntaa, säätää liikkeen nopeutta, estää takaisinvirtaus tai katkaista paineilman syöttö.
Oikean venttiilin valinta vaikuttaa merkittävästi koko pneumaattisen järjestelmän toimintaan. Liian pieni venttiili voi rajoittaa ilmavirtaa ja tehdä sylinterin liikkeestä hitaan, vaikka itse sylinteri olisi mitoitettu oikein.
Tutustu Lakeuden Hydron pneumatiikkaventtiileihin.
Mitä 2/2-, 3/2-, 5/2- ja 5/3-venttiilit tarkoittavat?
Suuntaventtiilin merkinnässä ensimmäinen numero kertoo venttiilin liitäntöjen eli teiden määrän ja toinen venttiilin asentojen määrän.
2/2-venttiili
2/2-venttiilissä on kaksi liitäntää ja kaksi asentoa. Sen perustehtävä on virtauksen avaaminen tai sulkeminen, minkä vuoksi rakennetta käytetään muun muassa sulku- ja magneettiventtiileissä. Valitse käyttötavan mukaan mekaanisesti ohjatut 2/2-venttiilit tai sähkö- ja ilmaohjatut 2/2-venttiilit.
3/2-venttiili
3/2-venttiilissä on kolme liitäntää ja kaksi asentoa.
Sitä voidaan käyttää esimerkiksi:
- yksitoimisen sylinterin ohjaukseen
- pneumaattisen ohjaussignaalin muodostamiseen
- paineen syöttämiseen ja poistamiseen yhdestä toimilaiteliitännästä.
Valitse käyttötavan mukaan mekaanisesti ohjatut 3/2-venttiilit tai sähkö- ja ilmaohjatut 3/2-venttiilit.
5/2-venttiili
5/2-venttiilissä on viisi liitäntää ja kaksi asentoa.
Se on yksi yleisimmistä vaihtoehdoista kaksitoimisen paineilmasylinterin ohjaukseen. Venttiilin asentoa vaihtamalla paine johdetaan vuorotellen sylinterin eri puolille samalla, kun vastakkaisen puolen ilma pääsee poistumaan. Eli 5/2 venttiilillä sylinteri ajetaan aina toiseen ääriasentoon. Valitse käyttötavan mukaan mekaanisesti ohjatut 5/2-venttiilit tai sähkö- ja ilmaohjatut 5/2-venttiilit.
5/3-venttiili
5/3-venttiilissä on viisi liitäntää ja kolme asentoa.
Kolmas eli keskiasento mahdollistaa 5/2-venttiiliä enemmän toimintavaihtoehtoja. Oleellista on huomata, että 5/3-venttiilin keskiasento ei ole aina samanlainen.
Mallista riippuen keskiasento voi olla esimerkiksi:
- suljettu keskiasento. Toimilaiteliitännät ovat suljettuja.
- avoin keskiasento. Toimilaiteliitännät ovat yhteydessä vapaaseen ilmaan, eli sylinteri vapaasti liikuteltavissa ulkoisten voimien vaikutuksesta.
- muunlainen valmistajan määrittelemä kytkentä
Siksi 5/3-venttiilin symboli ja tuotetiedot tulee tarkistaa aina ennen valintaa. Valitse käyttötavan mukaan mekaanisesti ohjatut 5/3-venttiilit tai sähkö- ja ilmaohjatut 5/3-venttiilit.
NC ja NO – mikä on venttiilin normaalitila?
Venttiileissä käytetään usein merkintöjä NC ja NO.
NC, Normally Closed, tarkoittaa normaalisti suljettua venttiiliä.
Kun venttiiliä ei ohjata, virtausreitti on suljettu. Esimerkiksi alla olevassa kuvassa paineliitäntä numero 1 on tulpalla ohjaamattomassa tilanteessa, eli venttiili on NC-venttiili.
NO, Normally Open, tarkoittaa normaalisti avointa venttiiliä.
Kun venttiiliä ei ohjata, virtausreitti on avoinna. Esimerkiksi alla olevassa kuvassa paineliitäntä numero 1 on avoinna liitäntään numero 2 ohjaamattomassa tilanteessa, eli venttiili on NO-venttiili.
Venttiilien valinnassa tulee miettiä, millainen järjestelmän tilan halutaan olevan esimerkiksi sähkökatkon tai ohjaussignaalin häviämisen aikana, eli millä venttiilin ohjaamattomalla tilalla järjestelmän ohjaamaton tila on turvallinen.
Mekaaninen, sähköinen vai pneumaattinen ohjaus?
Venttiilin toimintaperiaatteen lisäksi tarvitaan sopiva ohjaustapa.
Mekaanisesti ohjattu venttiili
Mekaanisen venttiilin tila voidaan vaihtaa esimerkiksi:
- painikkeella
- vivulla
- polkimella
- rullalla
Tällainen ratkaisu ei tarvitse sähköistä ohjaussignaalia.
Sähköohjattu paineilmaventtiili
Sähköohjatussa venttiilissä magneettikela muuttaa sähköisen signaalin venttiilin liikkeeksi.
Magneettiventtiilejä käytetään paljon automaatiossa, koska niitä voidaan ohjata koneen ohjausjärjestelmän avulla. Kelaa valittaessa on tarkistettava oikea käyttöjännite ja yhteensopivuus venttiilin kanssa.
Ilmaohjattu venttiili
Ilmaohjatussa venttiilissä venttiilin tilaa vaihdetaan erillisellä pneumaattisella ohjauspaineella.
Tätä voidaan hyödyntää esimerkiksi järjestelmissä, joissa ohjaus halutaan toteuttaa ilman sähköisiä komponentteja.
Venttiilin virtauskapasiteetti vaikuttaa sylinterin nopeuteen
Venttiilin liitäntäkoko ei yksin kerro, kuinka suuren ilmavirran venttiili pystyy läpäisemään.
Venttiilin todellinen virtauskapasiteetti kannattaa tarkistaa teknisistä tiedoista.
Jos venttiilin tai putkiston virtauskapasiteetti on liian pieni, järjestelmässä voi esiintyä esimerkiksi:
- hidasta sylinteriliikettä
- suuria painehäviöitä
- viivettä toiminnassa
- heikentynyttä käytettävissä olevaa voimaa liikkeen aikana.
Koko ilmatie kannattaa siksi mitoittaa kokonaisuutena:
huoltolaite → venttiili → liitin → putki → virtaussäädin → sylinteri.
Yhden liian pienen komponentin virtausvastus voi rajoittaa koko järjestelmää.
Miten paineilmasylinterin nopeutta säädetään?
Sylinterin nopeutta säädetään tavallisesti muuttamalla sylinteriin menevän tai sieltä poistuvan ilman virtausnopeutta.
Tähän käytetään usein vastusvastaventtiiliä, jossa virtausta voidaan kuristaa yhteen suuntaan samalla kun vastakkaiseen suuntaan ilma kulkee vapaammin.
Meter-in vai meter-out?
Meter-in-säädössä kuristetaan sylinteriin tulevaa ilmaa.
Meter-out-säädössä kuristetaan sylinteristä poistuvaa ilmaa.
Monissa tavallisissa pneumaattisissa sylinterisovelluksissa poistoilman kuristus eli meter-out antaa hallitumman liikkeen, koska sylinterin vastakkaiselle puolelle muodostuva paine auttaa hallitsemaan liikkuvaa kuormaa.
Sopiva säätötapa riippuu kuitenkin aina kuormasta, liikesuunnasta ja järjestelmästä.
Muut paineilmaventtiilit ja niiden tehtävät
Vastaventtiili estää virtauksen väärään suuntaan
Tavallinen vastaventtiili sallii virtauksen yhteen suuntaan ja estää sen vastakkaiseen.
Sitä voidaan käyttää paineilmajärjestelmissä esimerkiksi silloin, kun virtaus halutaan estää automaattisesti toiseen suuntaan.
Vastusvastaventtiili on eri komponentti: siinä vastaventtiilin toiminta yhdistyy säädettävään kuristukseen.
Vaihtovastaventtiili mahdollistaa kaksi vaihtoehtoista ohjaussignaalia
Vaihtovastaventtiili eli shuttle valve voidaan ajatella pneumaattisena OR-toimintona.
Venttiilissä on kaksi vaihtoehtoista tuloreittiä ja yksi lähtö. Lähtöön saadaan paine, kun jommassakummassa tulossa on tarvittava paine.
Ratkaisua voidaan käyttää esimerkiksi silloin, kun sama pneumaattinen toiminto halutaan käynnistää kahdesta vaihtoehtoisesta ohjauspisteestä.
Milloin pikapoistoventtiiliä tarvitaan?
Normaalissa järjestelmässä sylinteristä poistuva ilma kulkee letkua tai putkea takaisin suuntaventtiilille ja sen poistokanavan kautta ulos.
Pitkä tai ahdas poistoreitti voi rajoittaa sylinterin nopeutta.
Pikapoistoventtiili sijoitetaan lähelle sylinteriä, jolloin poistuva ilma voidaan johtaa suoraan ympäristöön lyhyempää reittiä.
Ratkaisulla voidaan nopeuttaa sylinterikammion tyhjenemistä ja siten kasvattaa liikkeen nopeutta silloin, kun muu järjestelmä sen sallii.
Äänenvaimennin vähentää venttiilin poistoääntä
Paineilman nopea purkautuminen venttiilistä voi aiheuttaa voimakkaan äänen.
Venttiilin poistokanavaan voidaan asentaa äänenvaimennin, joka vaimentaa ilman purkautumisesta syntyvää melua.
Äänenvaimenninta valittaessa myös virtauskapasiteetti on tärkeä. Liian suuri vastus poistopuolella voi hidastaa sylinteriä ja vaikuttaa venttiilin toimintaan.
Äänenvaimentimen kunto kannattaa tarkistaa osana pneumatiikkajärjestelmän huoltoa.
Pneumatiikan vianhaku – miksi sylinteri ei liiku oikein?
Miksi paineilmasylinteri liikkuu hitaasti?
Hidas sylinteri ei automaattisesti tarkoita viallista sylinteriä.
Jos liike on liian hidas, tarkista esimerkiksi:
- järjestelmän käyttöpaine
- paine liikkeen aikana
- venttiilin virtauskapasiteetti
- virtaussäätimien asento
- letkujen ja putkien koko
- liittimien mahdolliset kuristukset
- äänenvaimentimien tukkeutuminen
- kuorman mekaaninen kitka
- sylinterin linjaus
- mahdolliset vuodot.
On hyödyllistä mitata paine mahdollisimman läheltä sylinteriä myös liikkeen aikana. Painemittarin näyttämä staattinen paine ennen työliikettä ei aina kerro, kuinka paljon painetta toimilaitteelle jää suuren ilmavirran aikana.
Miksi paineilmasylinteri liikkuu nykien?
Nykivään liikkeeseen voi vaikuttaa useampi tekijä.
Mahdollisia syitä ovat esimerkiksi:
- liian pieni nopeus yhdistettynä kitkaan
- väärin säädetty tai väärällä puolelle sylinteriä oleva virtauksen kuristus (karkaava kuorma)
- sivuttaiskuormitus
- huono mekaaninen linjaus
- vaihteleva paine
- liian suuri kuorma
- toimilaitteen tai ohjainten kuluminen
Vianhaussa kannattaa erottaa toisistaan pneumatiikan ja koneen mekaniikan ongelmat. Jos sylinteri liikkuu ilman kuormaa normaalisti mutta kuorman kanssa huonosti, ongelma voi olla mitoituksessa tai mekanismin kitkassa.
Sähköventtiili ei vaihda – mitä kannattaa tarkistaa?
Jos magneettiventtiili ei reagoi ohjaussignaaliin, tarkista järjestelmällisesti:
- Saapuuko kelalle oikea jännite?
- Vastaako jännite kelan nimellisjännitettä?
- Onko pistoke ja kaapelointi kunnossa?
- Toimiiko kela?
- Saako venttiili tarvittavan syöttöpaineen?
- Onko pilot-ohjatun venttiilin vähimmäispaine riittävä?
- Onko venttiilin kara tai muu sisäinen mekanismi jumissa?
- Onko venttiili kytketty oikein?
Pelkkä kelan napsahdus ei aina tarkoita, että paineilman virtaus vaihtuu suunnitellusti.
Sylinteri, venttiili ja putkisto mitoitetaan kokonaisuutena
Pneumatiikan toiminta kannattaa nähdä kokonaisuutena.
Esimerkiksi suurikokoinen sylinteri tarvitsee liikkeensä aikana huomattavan määrän ilmaa. Jos sylinterin yhteyteen valitaan pieni venttiili ja pitkä, halkaisijaltaan pieni paineilmaputki, järjestelmä ei välttämättä saavuta haluttua nopeutta.
Toisaalta kaikkien komponenttien ylimitoittaminen kasvattaa kustannuksia ja voi lisätä tarpeetonta paineilman kulutusta.
Hyvä järjestelmä syntyy, kun keskenään sovitetaan:
- sylinterin koko
- käyttöpaine
- venttiilin virtauskapasiteetti
- putkien ja letkujen halkaisija
- liittimet
- nopeudensäätöventtiilit
- huoltolaitteet.
Tutustu myös Lakeuden Hydron paineilmaliittimiin sekä paineilmaputkiin ja -letkuihin.
Paineilmasylinterin ja venttiilin valinnassa kannattaa katsoa koko sovellusta
Yksittäisen komponentin tuotenumero kertoo vain osan järjestelmästä. Kun rakennetaan uutta pneumatiikkaa tai ratkaistaan olemassa olevan koneen ongelmaa, parhaaseen lopputulokseen päästään tarkastelemalla toimilaitetta, kuormaa, venttiiliä, ilmavirtaa ja ohjausta kokonaisuutena.
Lakeuden Hydron pneumatiikan asiantuntijat auttavat paineilmasylinterien, venttiilien ja niihin liittyvien komponenttien valinnassa. Erityisesti vanhaa konetta huollettaessa kannattaa ottaa mukaan mahdollisimman tarkat tuotetiedot ja kuvat nykyisistä komponenteista.
Näin korvaava ratkaisu voidaan valita paitsi fyysisten mittojen myös käyttötavan ja suorituskyvyn perusteella.