Een richtingsventiel bestaat uit een ventielhuis met interne kanalen en een beweegbaar onderdeel, de schuif. De schuif kan de interne kanalen openen of sluiten. Bij de meeste standaard industriële hydraulische ventielen is de schuif cilindrisch; dit type wordt een schuifrichtingsventiel of kortweg schuifventiel genoemd. Schuifventielen zijn het meest gebruikte type richtingsventiel in de industriële hydrauliek. Dit hoofdstuk beschrijft de verschillende typen, de constructie, de werkingsprincipes en de bedieningsmethoden.

Vierwegrichtingsklep

Het eerste type richtingsventiel dat we moeten bekijken, heeft vier interne kanalen: een drukkanaal, een retourkanaal (tankkanaal) en twee werkkanalen. Dit is het vierwegrichtingsventiel – genoemd naar de vier verschillende kanalen in het ventielhuis. Het vierwegrichtingsventiel regelt hydraulische cilinders of hydraulische motoren om de draairichting om te keren.

De functie van een vierwegklep in een circuit.

Alle richtingsventielen bestaan uit een ventielhuis en een interne beweegbare spoel. De spoel heeft minstens twee standen: twee eindstanden. Deze twee standen worden in een schematisch symbool van een richtingsventiel weergegeven door twee afzonderlijke vakjes. In elk vakje geven pijlen aan hoe de interne kanalen van het ventielhuis met elkaar verbonden zijn wanneer de spoel zich in die stand bevindt. Bij het weergeven van een richtingsventiel met een schematisch symbool moeten beide vakjes met elkaar verbonden zijn. Bij het plaatsen van het schema in een circuit moet precies één vakje in het circuit worden aangesloten. Op deze manier wordt het interne stromingspad in het richtingsventiel duidelijk weergegeven wanneer de actuator in één richting beweegt. Wanneer het andere vakje van het symbool de beweging van de actuator in de tegenovergestelde richting moet weergeven, schuift u het andere vakje eenvoudigweg soepel in het circuit.

Een richtingsventiel met slechts twee schuifstanden wordt een tweestandenventiel genoemd.

Afbeelding 10-1 Vierwegrichtingsventiel. Het symbool met twee vakjes geeft de twee spoelposities weer. Slechts één vakje is tegelijk met het circuit verbonden; door de spoel te verschuiven, wordt het actieve vakje verwisseld, waardoor de cilinderrichting omkeert.

Vierwegklepcircuitfunctie

Wanneer de spoel zich in één eindpositie bevindt, is het drukkanaal verbonden met werkkanaal A en het retourkanaal met werkkanaal B. Wanneer de spoel naar de andere eindpositie schakelt, is het drukkanaal verbonden met werkkanaal B en het retourkanaal met werkkanaal A. Het schakelen van de eindpositie van de spoel verandert de richting van de oliestroom naar de hydraulische cilinder, waardoor de stang uitschuift of intrekt.

Driewegrichtingsklep

Een driewegklep heeft drie interne kanalen: een drukkanaal, een retourkanaal en een werkkanaal. De werking ervan is als volgt: wanneer de schuif in de ene eindpositie staat, wordt de werkpoort onder druk gezet; wanneer deze in de andere eindpositie staat, wordt de werkpoort onder druk gezet. Met andere woorden, de driewegklep schakelt het onder druk zetten en onder druk zetten van één enkele werkpoort om.

Driewegklepcircuitfunctie

Een driewegklep kan enkelwerkende actuatoren aansturen, zoals plunjercilinders met veerterugloop. In dergelijke toepassingen voert de driewegklep in één stand drukolie naar het stangvrije uiteinde van de cilinder; wanneer de klep in de andere stand wordt geschakeld, wordt de toevoer naar de actuator geblokkeerd en wordt het actuatorkanaal verbonden met het retourkanaal in het klephuis, waardoor de cilinderstang door zwaartekracht of veerkracht kan terugtrekken.

Wanneer de driewegklep zich in de stand bevindt die het werkkanaal met het retourkanaal verbindt, kan een verticaal gemonteerde plunjercilinder door de zwaartekracht terugtrekken, terwijl een veerterugtrekkende cilinderstang door de veerkracht terugtrekt.

In industriële hydraulische toepassingen worden driewegkleppen zelden gebruikt. Als een driewegfunctie nodig is, wordt meestal een vierwegklep met een geblokkeerde werkpoort gebruikt.

Figuur 10-3. Een driewegrichtingsventiel regelt enkelwerkende (veerterugtrekkende) cilinders. In de ene stand wordt de druk opgebouwd; in de andere stand wordt de cilinder met de tank verbonden en trekt de veer de stang terug.

Tweewegrichtingsklep

Een tweewegrichtingsventiel heeft slechts twee doorgangen. Deze twee doorgangen kunnen met elkaar verbonden of losgekoppeld worden door de schuif. Wanneer de schuif zich in de ene eindpositie bevindt, is de doorstroomopening door het ventiel open; wanneer deze zich in de andere eindpositie bevindt, is de doorstroomopening gesloten.

Tweewegklepcircuitwerking

De tweewegrichtingsklep fungeert als een aan/uit-schakelaar in een circuit. Deze functie wordt in veel systemen gebruikt als veiligheidsvergrendeling, of om verschillende componenten binnen het systeem te isoleren en met elkaar te verbinden.

Nominale waarden en specificaties van richtingsventielen

Richtingsventielen die in industriële hydrauliek worden gebruikt, zijn verkrijgbaar in verschillende basismaten: 1/4", 3/8", 1/2", 3/4" en 1-1/4" (6,35 mm, 9,5 mm, 12,7 mm, 19,05 mm en 31,75 mm). In industriële toepassingen worden ze doorgaans beoordeeld op basis van hun gemiddelde debiet in plaats van op basis van de poortgrootte. Voorbeelden van nominale capaciteiten zijn: 3–10 gpm (11,37–37,9 lpm), 10–20 gpm (37,9–45,48 lpm), 40 gpm (75,8 lpm), 80 gpm (303,2 lpm) en 160 gpm (379 lpm). Bij het nominale debiet is het drukverschil van P naar A of van B naar T ongeveer 40 psi (2,76 bar).

Richtingsventielspoel

De vierwegrichtingsklepspoel die we hebben gezien, bestaat uit een as met drie cilindrische secties met een grote diameter, de zogenaamde 'landen'. De gelijke afstand tussen de drie landen definieert dit als een drielandenspoel. De meeste industriële hydraulische richtingskleppen hebben twee- of vierlandenspoelen. Kleppen met een lagere doorstroomcapaciteit gebruiken doorgaans tweelandenspoelen; vierlandenspoelen komen vaker voor bij kleppen met een hogere doorstroomcapaciteit.

Figuur 10-5 Richtingsventielspoelen. Spoelen met twee kanalen komen veel voor bij kleinere ventielen; spoelen met vier kanalen bij grotere. Het aantal en de positie van de kanalen bepalen welke kanalen in elke spoelpositie verbonden of geblokkeerd zijn.

Op de onderplaat gemonteerde vierwegklep

De hierboven beschreven vierwegrichtingsklep heeft vier poorten. Meestal bevinden de druk- en retourpoorten zich aan één kant van het klephuis, terwijl de twee werkpoorten zich aan de tegenoverliggende kant bevinden. Deze poortindeling komt sterk overeen met het grafische symbool van een richtingsklep. Voor een eenvoudige installatie maken de meeste industriële hydraulische richtingskleppen gebruik van een montageplaat: het klephuis wordt vastgeschroefd aan een montageplaat die is verbonden met de systeemleidingen. De poorten van de montageplaat bevinden zich aan de onderkant van het klephuis.

Bedieningselementen voor richtingsventielen

We hebben gezien dat de spoel van de richtingsklep aan het ene of het andere uiteinde kan worden geplaatst. Het bewegen van de spoel kan mechanisch, elektrisch, hydraulisch, pneumatisch of handmatig gebeuren.

Handmatige bediening

Een richtingsventiel dat met spierkracht wordt bediend, wordt een handbediend ventiel genoemd. Er bestaan veel soorten handmatige bedieningsmechanismen, waaronder hendels, drukknoppen en voetpedalen. Het meest voorkomende mechanische bedieningsmechanisme is een nokkenas waarvan de bovenkant is voorzien van een rol. Wanneer de nok op de actuator naar beneden beweegt en de rol raakt, verschuift de spoel naar een andere positie. Bij handmatige bediening moet de bedieningsvolgorde en -regeling van het richtingsventiel worden bepaald door de intentie van de gebruiker. Als het richtingsventiel bij een specifieke actuatorpositie moet schakelen, kan een mechanisch bediend richtingsventiel worden gebruikt.

Pilootbediening

De richtingsventielspoelen kunnen ook worden verschoven met behulp van pneumatische of hydraulische stuurdruk. Bij spoelen met vier vlakken werkt de stuurdruk op de vlakken van de spoel in beide eindposities. Bij spoelen met twee vlakken werkt de stuurdruk op één enkele stuurzuiger.

Solenoïde (elektromagnetische) besturing

De meest gebruikelijke manier om een richtingsventiel te bedienen is met een solenoïde (elektromagneet). Een solenoïde is een elektromechanisch apparaat dat elektrische energie omzet in lineaire mechanische kracht en beweging. De bijbehorende actuator in een hydraulisch systeem is de hydraulische cilinder.

Droge magneetklep

Van de twee typen solenoïden is het droge type het oudere ontwerp. Het werkt volgens de basisprincipes van elektromagnetisme en bestaat uit een T-vormige ijzeren kern, een spoel en een C-vormig frame. Vanwege de vorm van de ijzeren kern en het frame rond de spoel wordt dit type soms een CT-elektromagneet genoemd. IJzer is een goede magnetische geleider, terwijl lucht een slechte magnetische geleidbaarheid heeft. Het werkingsprincipe van de droge solenoïde is als volgt: het magnetische veld trekt de ijzeren kern in de spoel, waardoor de grote magnetische weerstand die wordt veroorzaakt door de luchtspleet in het midden van de spoel, afneemt. Naarmate de ijzeren kern verder naar binnen beweegt, neemt de luchtspleet geleidelijk af, neemt de elektromagnetische duwkracht toe en is de elektromagnetische kracht groter wanneer de ijzeren kern zich in de spoel bevindt dan wanneer deze zich erbuiten bevindt.

Natte magneetklep

De natte magneetklep is een relatief nieuw ontwerp in de industriële hydrauliek. In vergelijking met magneetkleppen met een luchtspleet biedt de natte magneetklep het voordeel van een betere warmteafvoer en het ontbreken van afdichtingen in de duwstang, die lekkages kunnen veroorzaken bij droge magneetkleppen, waardoor de betrouwbaarheid verbetert.

Natte solenoïdeconstructie

Een natte solenoïde bestaat uit een spoel, een rechthoekig frame, een duwstang, een anker (ijzeren kern) en een geleidingsbuis. De spoel is ingesloten in het rechthoekige frame; beide zijn afgedicht met kunststof. Deze constructie heeft een doorlopend gat dat door het midden van de spoel en aan beide zijden van het frame loopt – dit gat past over de geleidingsbuis. De geleidingsbuis bevat het anker. De geleidingsbuis is met een perspassing op het richtingsventielhuis bevestigd; de interne holte van de geleidingsbuis is verbonden met het retourkanaal van het richtingsventiel, waardoor het anker in de systeemolie is ondergedompeld – vandaar de naam "nat anker".

Hoe werkt een natte magneetklep?

Wanneer er stroom door de spoel loopt, genereert de spoel een magnetisch veld, dat wordt versterkt door het rechthoekige ijzeren magnetische pad rond de spoel en het anker in het midden van de spoel. Wanneer er stroom op de natte ankerspoel wordt aangelegd, bevindt het beweegbare anker zich gedeeltelijk buiten de spoel. Het door de stroom opgewekte magnetische veld trekt het anker naar binnen, waardoor het de duwstang raakt die mechanisch is verbonden met de klepspoel en de richtingsklep beweegt. Terwijl de spoel beweegt, komt het anker volledig in de spoel terecht, waardoor het magnetische veld van de spoel volledig in het ijzeren magnetische pad wordt geconcentreerd.

IJzer is een goede magnetische geleider, terwijl de olie rond het anker en de duwstang een zeer slechte magnetische geleidbaarheid heeft. Het werkingsprincipe van een natte solenoïde is als volgt: het magnetische veld trekt het anker naar binnen om de grote luchtspleet in het midden van de spoel te verkleinen. Naarmate het anker naar binnen beweegt, neemt de spleet geleidelijk af, neemt de elektromagnetische duwkracht toe en is de elektromagnetische kracht groter wanneer het anker zich volledig in de spoel bevindt dan daarbuiten.

Afbeelding 10-9. Natte solenoïde. Het anker is ondergedompeld in hydraulische olie (vandaar "nat"), waardoor de dynamische afdichting van de duwstang overbodig is. Betere warmteafvoer en betrouwbaarheid in vergelijking met het droge type.

AC-brom

In de Verenigde Staten wordt industriële aansturing doorgaans gevoed met wisselstroom (AC). De Amerikaanse wisselstroom (AC) doorloopt een cyclus van nul naar een positieve piek, terug via nul naar een negatieve piek en weer terug naar nul met een frequentie van 60 cycli per seconde (60 Hz). Wanneer de stroomsterkte de positieve of negatieve piek bereikt, zijn het magnetische veld en de elektromagnetische kracht maximaal. Naarmate de stroomsterkte afneemt tot nul, nemen ook het magnetische veld en de kracht af, waardoor de veerbelaste solenoïde (meestal de veerbelaste klepspoel) de ijzeren kern of het anker naar buiten duwt. Wanneer het veld en de kracht weer toenemen, trekken ze de ijzeren kern of het anker weer naar binnen. Deze beweging veroorzaakt het zoemende, brommende of vibrerende geluid van de solenoïde – het AC-bromgeluid.

Kortsluitring (schaduwspoel)

Om wisselstroombrom te verminderen en de duwkracht van de solenoïde te vergroten, wordt een kortsluitring (schaduwspoel) gebruikt ter compensatie. Bij droge solenoïden is de kortsluitring een koperen ring die aan het C-vormige frame is bevestigd. Bij natte solenoïden is het een koperen ring aan het uiteinde van de geleidingsbuis waar de duwstang zich bevindt. Wanneer de solenoïde in werking treedt, induceert de ring een stroom die achterloopt op de aangelegde werkstroom. Op deze manier is, wanneer het hoofdmagnetisch veld van de spoel minimaal is, het magnetische veld van de kortsluitring voldoende om de ijzeren kern of het anker op zijn plaats te houden, waardoor de wisselstroombrom aanzienlijk wordt verminderd.

Wervelstromen

Het pulserende wisselstroommagnetische veld kan kleine zwerfstromen in de solenoïde veroorzaken – dit zijn wervelstromen die in kleine circuits in het magnetische pad van het ijzer vloeien, waardoor energie wordt verbruikt en warmte wordt gegenereerd, wat de duwkracht van de solenoïde vermindert. Om de effecten van wervelstromen te minimaliseren, worden dunne metalen lamellen gebruikt voor het C-frame en de ijzeren kern van droge solenoïden. De metalen lamellen zijn van elkaar geïsoleerd door oxidelagen. Het magnetische veld kan gemakkelijk langs het normale magnetische pad van de lamellen lopen, maar door de isolerende lagen kunnen er geen wervelstromen tussen de lamellen vloeien. Omdat het C-frame is opgebouwd uit op elkaar gestapelde geïsoleerde lamellen, wordt het vaak een "C-frame-stapel" genoemd. Bij natte solenoïden wordt voor het minimaliseren van wervelstromen gebruikgemaakt van geïsoleerde ijzeren lamellen voor het rechthoekige frame, maar voor het anker is dit niet van toepassing omdat natte solenoïden krachtiger zijn dan droge solenoïden. Vanuit het oogpunt van duurzaamheid is het niet haalbaar om het anker uit laminaten te vervaardigen; bij natte solenoïden is het anker één massief stuk.

Inschakelstroom van de solenoïde

Wisselstroom in solenoïdespoelen produceert een elektromagnetische kracht die de richtingsklep beweegt, maar genereert ook warmte, waardoor de solenoïdespoel uiteindelijk doorbrandt. Hoe meer stroom er door de solenoïdespoel loopt, hoe groter de kans dat deze defect raakt. Als de solenoïde niet beweegt om de luchtspleet te sluiten, zal de spoel een zeer hoge stroom voeren, wat oververhitting veroorzaakt. In tegenstelling tot hydraulische systemen, waar de stroom relatief constant is, is in normale elektrische systemen de stroomsterkte gerelateerd aan de weerstand: een hogere weerstand betekent een lagere stroomsterkte en minder warmte. Omdat warmte de levensduur van de solenoïde aanzienlijk beïnvloedt, is het doel om zo min mogelijk stroom te gebruiken en tegelijkertijd voldoende schakelkracht te produceren. Dit wordt bereikt door spoelen te ontwerpen met een voldoende hoge wisselstroomimpedantie (reactieve weerstand).

Impedantie bestaat uit twee componenten: de zuivere weerstand van het geleidende materiaal tegen elektronenstroom — koper heeft een lagere weerstand dan aluminium — en het impedantie-effect dat wordt veroorzaakt door het elektromagnetische veld rond de spoelwikkelingen. Dit magnetische veld belemmert of beperkt de stroom die de spoel binnenkomt. Hoe sterker het veld, hoe minder stroom er door de spoelwikkelingen van de solenoïde loopt.

Wanneer de solenoïde voor het eerst wordt bekrachtigd, bevindt de beweegbare ijzeren kern of het anker zich gedeeltelijk buiten de spoel, waardoor er een grote luchtspleet in het midden van de spoel ontstaat. Het magnetische veld is op deze positie niet erg sterk; de weerstand tegen stroom komt voornamelijk van de weerstand van de zuivere geleider, wat een grote inschakelstroom in de spoelwikkelingen veroorzaakt. Naarmate de ijzeren kern of het anker naar binnen beweegt, sluit de luchtspleet zich geleidelijk en neemt de stroom af. Wanneer de ijzeren kern of het anker volledig op zijn plaats zit, is de impedantie maximaal en de wisselstroom minimaal.

De piekstroom bij het inschakelen van de solenoïde is vele malen hoger dan de houdstroom wanneer de solenoïde volledig is aangesloten. Als een mechanische belemmering voorkomt dat de ijzeren kern of het anker volledig aansluit, komt er een zeer grote stroom in de spoel te staan, waardoor enorme hitte ontstaat. Bij open droge solenoïden smelt dit de plastic onderdelen aan het uiteinde van de spoel; bij gesloten droge of natte solenoïden zorgt het ervoor dat de plastic afdichting gaat bobbelen. In beide gevallen verbrandt de draadisolatie onmiddellijk en binnen een minuut of twee ontstaat er kortsluiting in de spoel. Dit gebeurt wanneer een vastgelopen spoel de solenoïde niet kan verschuiven.

Figuur 10-10: Inschakelstroom versus houdstroom van een wisselstroomsolenoïde. Bij de eerste inschakeling zorgt de grote luchtspleet voor een hoge inschakelstroom (meerdere malen hoger dan de houdstroom). Zodra de spoel volledig gesloten is, neemt de impedantie toe en daalt de stroom. Een vastgelopen spoel (de luchtspleet sluit nooit) betekent een aanhoudende inschakelstroom, wat gegarandeerd leidt tot doorbranden van de spoel.

Continu-geregelde magneetventielen

Een continu werkende solenoïde kan lange tijd onder spanning blijven zonder oververhitting. Het warmteafvoerend vermogen van de solenoïde is voldoende om het grootste deel van de warmte die door de kleinere houdstroom door de spoel wordt gegenereerd, af te voeren. De meeste industriële hydraulische richtingsventielen maken gebruik van continu werkende solenoïdes.

Beperkingen van de solenoïde

Solenoïdegestuurde richtingsventielen hebben enkele beperkingen. Ten eerste kunnen conventionele solenoïden niet worden gebruikt in natte of explosieve omgevingen. Ten tweede worden elektrisch gestuurde solenoïden meestal vermeden wanneer een bijzonder lange levensduur van het richtingsventiel vereist is. Het grootste nadeel van solenoïden is wellicht de beperkte schakelkracht die ze kunnen genereren. Voor grotere richtingsventielen is de benodigde schakelkracht zelfs aanzienlijk. Bij grotere ventielen (1/4" of 3/8" / 6,35 mm of 9,5 mm) wordt meestal een solenoïdegestuurd richtingsventiel bovenop gemonteerd, waarbij tijdens het schakelen de vloeistofstroom van het kleine ventiel naar de corresponderende zijde van de grote ventielspoel wordt geleid. Dit type wordt een solenoïdegestuurd pilot-richtingsventiel genoemd.

Schakelaar defect

Hitte is de belangrijkste oorzaak van defecten aan de solenoïde van een direct werkende richtingsventiel, meestal veroorzaakt door een vastgelopen solenoïde, een hoge omgevingstemperatuur of een lage spanning (onvoldoende schakelkracht om de ijzeren kern of het anker volledig op zijn plaats te zetten).

Solenoïdeblokkering

Een vastgelopen spoel voorkomt dat de ijzeren kern of het anker volledig op zijn plaats komt, waardoor de solenoïdespoel continu een zeer hoge inschakelstroom trekt. De solenoïde kan de enorme warmte die hierdoor ontstaat niet afvoeren, waardoor de spoel uiteindelijk doorbrandt. Hoewel een te hoge doorstroming door de klep de solenoïde kan blokkeren, is mechanische belemmering van de spoelbeweging de meest voorkomende oorzaak. Verontreinigingen (zoals slib, metaalschilfers, kernzand en PTFE-tape) kunnen de spoel blokkeren, of de spoel kan vastlopen door bramen tussen de spoel en het klephuis. Olieoxidatiedeeltjes en olievernis kunnen zich ophopen op de spoel, waardoor de ruimte tussen de spoel en het klephuis verdwijnt – reinigen met een oplosmiddel kan olievernis verwijderen. Een kromgetrokken montageplaat kan ook een blokkering van de solenoïde veroorzaken – wanneer de montagebouten worden aangedraaid, kan het klephuis lichtjes buigen, waardoor de spoelbeweging wordt beperkt en de spoel doorbrandt. De vlakheidseisen voor montageplaten liggen doorgaans tussen 0,0003 en 0,0005 inch (0,00762 en 0,0127 mm).

Bij droge solenoïden treedt er slijtage op tussen de ijzeren kern en het C-frame wanneer deze in de spoel wordt getrokken. Bij het demonteren van dit type solenoïde wordt aanbevolen de ijzeren kern terug te plaatsen op de oorspronkelijke positie. Anders kan het versleten gedeelte niet goed uitgelijnd worden, kan de ijzeren kern niet volledig vastzitten en produceert de solenoïde een zoemend geluid, wat wijst op een naderende storing.

Soms kunnen beide solenoïden in een dubbelspoelrichtingsventiel tegelijkertijd bekrachtigd worden. Dit betekent dat de ene ijzeren kern of het ene anker volledig sluit, terwijl de andere vastloopt. Het gevolg is dat één solenoïdespoel doorbrandt. Het gelijktijdig bekrachtigen van beide solenoïden wordt meestal veroorzaakt door een defect aan een elektrisch regelapparaat of een bedradingsfout.

Hoge omgevingstemperatuur

Wanneer er stroom door de ijzeren kern of het anker van de solenoïde loopt, moet de gegenereerde warmte uit de spoel worden afgevoerd. Als de omgevingstemperatuur te hoog is, is warmteafvoer moeilijk en kan de spoel doorbranden. Dit kan gebeuren bij slechte ventilatie of wanneer apparatuur in de buurt van warmtebronnen werkt.

Laagspanning

Bij een solenoïde van 110 V, 60 Hz is de opgewekte elektromagnetische kracht onvoldoende om de ijzeren kern of het anker volledig te sluiten binnen de ontwerptijd wanneer de netspanning daalt tot ongeveer 100 V. Door de langere inschakelstroom werkt de solenoïde op een hogere temperatuur, wat uiteindelijk tot defecten leidt. Soms zijn vroege tekenen van doorbranden van de spoel een zoemend of trillend geluid. Problemen met lage spanning komen vaak voor in veel energiebedrijven. Als er een vermoeden bestaat van een te lage spanning, kan het energiebedrijf een 24-uurs meetinstrument installeren om de werkelijke situatie te controleren.

Driestandsrichtingsklep

In eerdere voorbeelden is een tweestandige richtingsklep (met twee eindposities) besproken. In sommige toepassingen wordt een driestandige richtingsklep gebruikt. De derde, middelste positie is een neutrale of overgangspositie. Een grafisch symbool voor een driestandige richtingsklep bestaat uit drie vakjes: het middelste vakje geeft de middenpositie en de interne aansluitingen weer wanneer de spoel zich in de middenpositie bevindt.

Veerbelaste driestandenklep

Het meest voorkomende type driestandenrichtingsventiel is het veergecentreerde type. Dit ventiel heeft aan beide uiteinden veren om de spoel in de middenpositie te houden wanneer geen van beide elektromagnetische kleppen is geactiveerd.

Figuur 10-12 Driestandige, veergestuurde richtingsklep. De veren houden de spoel in het midden wanneer beide solenoïden niet bekrachtigd zijn. De middenpositie bepaalt wat er met de cilinderbelasting gebeurt wanneer de machine wordt gestopt.

Centrumomstandigheden

Er bestaan vier gangbare configuraties voor de middenstand. De keuze van de middenstand bepaalt het gedrag van het circuit wanneer de richtingsklep in de middenstand staat (geen van beide solenoïden bekrachtigd):

Figuur 10-13 Vier configuraties voor de middenpositie. De keuze hangt af van de circuitvereisten: of de cilinder in positie moet blijven, vrij moet bewegen, of dat de pomp moet ontlasten wanneer de klep in de middenpositie staat.

Proportionele richtingsventielen

Standaard richtingsventielen schakelen tussen discrete standen (open/gesloten). Proportionele richtingsventielen maken het mogelijk om de schuif in elke gewenste positie tussen volledig open en volledig gesloten te plaatsen, met een vloeiende relatie tussen het elektrische ingangssignaal en de schuifpositie en -doorstroming. Dit maakt een traploze regeling van zowel de richting als de doorstroming met één ventiel mogelijk.

Pilotgestuurde richtingsventielen

Voor toepassingen met een grote doorstroming, waarbij de kracht van de solenoïde onvoldoende is om de hoofdspoel direct te bewegen, wordt een pilotgestuurd ontwerp gebruikt. Een kleine, door een solenoïde bediende pilotklep stuurt de pilotdruk aan om de grotere hoofdspoel te bewegen. Dit tweetrapsontwerp maakt het mogelijk om met kleine solenoïden zeer grote debieten te regelen: de pilotklep schakelt, en de pilotdruk zorgt voor de beweging van de hoofdspoel.

Figuur 10-14 Stuurventiel met pilootbediening. Het kleine, door een solenoïde bediende stuurventiel (boven) stuurt de stuurdruk om de grote hoofdklep (onder) te bedienen. Dankzij dit ontwerp kunnen kleine solenoïdes hoofdkleppen met een hoge doorstroming aansturen.

Proportionele magneetventielen voor richtingsregeling

In de regelinrichting komen het omkeersignaal en het ingangssignaal gelijktijdig binnen. Het "foutsignaal" dat tussen de twee ontstaat, stuurt de regelinrichting aan om één van de solenoïden "A" of "B" proportioneel te bekrachtigen. Zodra de solenoïde bekrachtigd is, zet deze het signaal om in een kracht. De proportionele solenoïde, gecentreerd in het klephuis, zet samen met de voorspanningsveer van de stuurklep deze stuurdruk om in een stuurklepstand. De LVDT-positiesensor is rechtstreeks verbonden met de hoofdklep en zorgt voor automatische feedback naar de stuurklepstand.

Drukverschil-richtingsventiel (aansturing door koppelmotor)

De drukverschilgestuurde richtingsklep is een drietrapsklep, met de stuurklep als eerste trap en de hoofdklep als tweede trap. De stuurklep is complexer en bestaat uit een koppelmotor, veren, straalbuizen en een verstelbare schuif met stuurklep-eindkappen en een LVDT. De tweede trap (hoofdklep) is vergelijkbaar met andere stuurklepgestuurde richtingskleppen.

Constructie van de stuurklep in de eerste trap

De stuurklep bestaat uit een koppelmotor, een straalbuis, een spoel met linker- en rechterveren en soortgelijke componenten. De straalbuis leidt de stuurdruk naar een van beide uiteinden van de spoel. De stuurklep is qua type vergelijkbaar met de veergestuurde richtingsklep.

Hoofdklep van de tweede trap

De tweede trap (hoofdklep) is vergelijkbaar met andere proportionele richtingsventielen en wordt hier niet verder beschreven.

Bediening van de stuurklep

De elektrische stuurstroom loopt door de wikkelingen van de koppelmotor tussen de twee solenoïden. De vergelijking en het verschil tussen de elektrische signalen bepalen de richting van het magnetische veld van de koppelmotor. Afhankelijk van welke solenoïde het sterkste signaal heeft, wordt de straalpijp gericht om één uiteinde van de stuurklep onder druk te zetten. Tegelijkertijd verhoogt de uitgang van de regelinrichting de doorstroming naar één kant van de stuurklep tot de proportionele waarde, waarna de doorstroming naar die kant geleidelijk wordt verhoogd totdat de proportionele waarde is bereikt.

Kernbegrippen — Hoofdstuk 10