Kleines ABC der nass magnet Produkte (Teil2)
Wie ist ein Magnetventil eigentlich aufgebaut?
Was ist eigentlich ein Magnetventil? - So hieß es im ersten Teil unserer kleinen Technikserie über das bei vielen Kunden sehr geschätzte Produkt aus dem Hause nass magnet.
Die Antwort lautet zusammengefasst, "...dass ein Magnetventil so eine Art Vorsteuerung vor dem Hauptventil ist, das dem Gas klar vorgibt: Da geht's lang... und zwar jetzt! Und jetzt wieder nicht. Und so weiter."
Im Folgenden widmen wir uns der Frage, wie ein Magnetventil eigentlich aufgebaut ist.
Wer etwas über ein Produkt wissen will, sollte nach Möglichkeit den Entwickler fragen. Und woher wissen wir, dass die Antwort richtig ist? Diese Frage ist für technische Produkte, die den Naturgesetzen unterliegen und nicht nur hergestellt, sondern auch verkauft und eingesetzt werden, recht einfach zu beantworten: Schauen Sie in die Gesichter eines Kunden, der das betreffende Produkt kauft und einsetzt!
Nennen Sie in dessen Gegenwart laut und deutlich den Namen der Firma, die das besagte Produkt hergestellt und verkauft hat. Offenbart der Kunde XY nun einen zufriedenen Gesichtsausdruck oder gar ein respektvolles Lächeln, hat der Entwickler Ihnen höchstwahrscheinlich keinen Unsinn erzählt. Holen Sie sich aber besser noch eine zweite Meinung und wiederholen Sie die Sache bei einem weiteren Kunden. Finden Sie auch hier eher wieder ein "Smiley", ist die Sache geritzt.
Im Falle von nass magnet/nass controls gibt es seit jeher, angesprochen auf Funktion und Leistungsdaten von Magnetventilen, viele zufriedene Kundengesichter. Fragen wir doch also mal bei den Profis nach, wie so ein Magnetventil eigentlich aufgebaut ist. - In der Präsentation "Physik live bei nass magnet" für Jahrgangs- und Semesterkurse von Gymnasien in der Region Hannover heißt es: "Ein Magnetventil besteht aus einer Magnetspule (elektrischer Teil) und einem Ventilsystem (pneumatischer Teil)."
Die Magnetspule, der elektrische Teil des Magnetventils
Klären wir also zunächst mal, wie so eine Magnetspule, der elektrische Teil des Magnetventils, in ihrer einfachsten Form aussieht:
Auf einen Spulenkörper (rechteckiger oder zylindrischer Rohrabschnitt mit oder ohne seitliche Flansche) wird ein Kupferlackdraht gewickelt. Der Spulenkörper wird mit Stiften versehen, damit die Drahtenden elektrisch angeschlossen werden können. Eine Isoliermasse um die Wicklung sorgt für den nötigen elektrischen und mechanischen Schutz.
Je nach dem, welche Leistung (gemessen in Watt oder Voltampere) und Frequenz (Wiederholungen, gemessen in Hertz) verlangt werden, variieren bei der Wicklung der Magnetspule Drahtdicken und Windungszahlen. Eine Spule wird stets für Dauerbetrieb (100 Prozent relative Einschaltdauer) ausgelegt.
Wird die Magnetspule in besonderen Umgebungen, wie z.B. explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt, muss auch der Kupferlackdraht für ggf. extrem hohe Umgebungstemperaturen fit gemacht werden. Das nennt man dann Anodisieren.
Die Aufgabe einer Magnetspule wird auf der Webseite der Unternehmensgruppe nass magnet in aller Kürze so beschrieben: "Bauteil, das die Erregerwicklung enthält und den magnetischen Fluss leitet." Das Zauberwort heißt Induktivität, womit wir bei der Haupteigenschaft von Spulen wären.
Zur Erklärung: Jeder stromdurchflossene Leiter besitzt geschlossene, ringförmige, magnetische Feldlinien. Bei einem einzelnen geraden Leiter ist dieses magnetische Feld sehr gering. Um die Intensität zu erhöhen, wird der Draht auf engstem Raum aufgewickelt.
Mit steigender Anzahl an Wicklungen überlagern sich die magnetischen Feldlinien pro Flächeneinheit im Spuleninneren. Durch diese Maßnahme nimmt die Induktivität einer Spule zu. Die Induktivität ist von der Anzahl der Windungen abhängig, sprich: wie stark das selbst erzeugte Magnetfeld ist. Indutivität ist somit das Maß für die Stärke des Magnetfelds einer Spule.
Die Induktivität kann auch durch folgende Maßnahme beeinflusst werden: In einer Spule wird ein Kern aus ferromagnetischem Material wie z.B. Stahl eingesetzt. Das hat zur Folge, dass die magnetische Flussdichte in der Spule erhöht und das Magnetfeld deutlich verstärkt wird.
Und so wird aus dem Ingenieur auch ein Sparfuchs: Wesentlich weniger Windungen der Kupferlackdrahtwicklung sind nötig. Man kommt mit viel weniger Bauelementevolumen aus und doch wird die benötigte Induktivität erzielt. Kleine Einschränkung: Der Trick funktioniert nur begrenzt. Denn die magnetische Flussdichte signalisiert, abhängig vom eingesetzten Material für den Spulenkern, irgendwann: "Störung, ich bin satt!" Ein Ingenieur nennt diesen Zustand Sättigungsmagnetisierung des Kerns.
Das Ventilsystem, der pneumatische Teil des Magnetventils
Nun zum pneumatischen Teil unseres Magnetventils: Wie ist ein Ventilsystem typischerweise aufgebaut? Schauen wir nochmal auf die nass-magnet-Webseite: "...besteht aus Ankersystem und Ventilgehäuse mit den entsprechenden pneumatischen Schnittstellen: KR (konzentrische O-Ringe), GKR (konzentrische O-Ringe mit gefasster Abluft), CNOMO (CNOMO-Lochbild), SF (seitlich angeflanscht), FL (Anschluss über Flansch mit O-Ringen unten)."
Werfen Sie bitte einen Blick auf unsere Grafik. - Ein Ankersystem besteht aus einer Ankerführung, einem Magnetkern und einem Anker mit seiner Rückstellfeder. Zusätzlich sind im Anker ein oder zwei Dichtelemente, die die jeweiligen Ventilsitze verschließen und für eine zulässige Leckage - am besten Null - sorgen. Das Ventilgehäuse ist die pneumatische Schnittstelle zum Ankersystem.
Die einfachste Ventilausführung mit zwei Anschlüssen und zwei Schaltstellungen wird als 2/2-Wege-Ventil bezeichnet. Stromlos offene Systeme (NO: normally open/stromlos offen) werden durch Federkraft in der geöffneten Stellung gehalten - die pneumatischen Medien (Gase) haben "freie Bahn" - und durch die Magnetkraft.
Bei stromlos geschlossenen Ventilen (NC: normally closed/stromlos geschlossen) schließt die Federkraft das Ventil - den pneumatischen Medien (Gase) ist der Weg versperrt - und die Magnetkraft öffnet es.
Klappt alles?
Und schon hätten wir unser Magnetventil beisammen. Fast jedenfalls. Ist nämlich alles zusammengebaut, stehen vor der Lieferung an den Kunden natürlich noch ausführliche Tests auf "Herz und Nieren" an. Das gehört zu den Grundsätzen und Selbstverständlichkeiten bei nass magnet. Denn Innovation ohne Kontrolle - das geht gar nicht!
Schließlich geht es wie eingangs beschrieben um nichts Geringeres als Top-Produkte, die einwandfrei funktionieren und unseren Kunden ein respektvolles Lächeln ins Gesicht zaubern.
Endlich kann der Kunde das Magnetventil in seiner Applikation einsetzen. Die Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig. Ein paar davon stellen wir Ihnen in der nächsten Folge unserer kleinen Serie über die nass-magnet-Produkte vor...
