Pneumatikgrundlagen

6.4.2 Membranventile

Membranventile sind Druckverstärker. Sie sind notwendig, wenn Signale die aus dem Niederdruckbereich kommen verstärkt werden müssen. Reflexaugen, Luftschranken, Staudruckdüsen arbeiten mit niederen Drücken, sie werden meist in Kombination mit Druckverstärkern angewendet.

Bild 6.20a
Prinzipskizze und verschiedene Symbole von Membranventilen

Eine spezielle Anwendungsmöglichkeit für Membranventile zur Zylindersteuerung ergibt sich wenn man ein Ventil mit Durchflußruhestellung so schaltet, daß es im Ausgangszustand der Schaltung durch den Systemdruck geschaltet ist, siehe Bild 6.21.

Die aus dem Zylinder ausströmende Luft birgt, wie in Bild 6.20 b dargestellt, noch einen gewissen Restdruck in sich, der knapp vor der Endlage stark abfällt. Davor ist der Druck am Zylinderausgang über einen weiten Zeitbereich annähernd konstant. Wählt man das Membranventil so, daß die Druckschaltschwelle für das Umschalten in die Ruhestellung unterhalb des über eine großen Zeitbereiches konstanten Zylinderdruckes liegt, so zeigt das Umschalten des Membranventiles das Erreichen der Endlage des Zylinders an.

Druckverlauf an den Zylinderanschlüssen:

Bild 6.20 b
Schaltschwelle von Membranventilen

Der Druck der aus dem Zylinder ausströmenden Luft fällt erst dann auf den Umgebungsdruck ab, wenn die Zylinderstange ihre Endstellung erreicht hat.

Ein Membranventil schaltet, wenn der Druck am Steuereingang unter 0,25 bar, bei speziellen Typen unter 0,07 bar, abgefallen ist. Wie aus dem obigen Diagramm, Bild 6.20 b ersichtlich ist, fällt der Druck am Zylinderausgang erst bei Erreichen der Endlage ab, das Membranventil kann also zum Erkennen einer Endlage genutzt werden.

Anwendung:

Bild 6.21
Schaltung von Membranventilen

Im eingefahrenen Zustand entlüftet das betätigte Membranventil die rechte Steuerseite des Hauptventils. Ein Impuls am druckknopfbetätigten 3/2 - Wegeventil steuert das Hauptventil um, der Zylinder fährt aus.

Die aus dem entlüfteten Zylinderraum ausströmende Luft steht unter Druck. Erst wenn dieser Druck absinkt, was der Fall ist wenn eine Endlage erreicht wird, schaltet das Membranventil. Dadurch kann das Hauptventil umsteuern, und die Kolbenstange fährt wieder ein.

Wesentlich ist, daß das Membranventil so nah als möglich an der Zylinderausgangsbohrung angeordnet wird, denn nur dadurch kann man die Druckhaltung an der Steuerseite des Membranventiles solange gewährleisten, bis die Endlage erreicht wird.

Bei andersartiger Anordnung im System könnte es schon durch vorzeitigen Druckabfall zu einem ungewünschten Schaltvorgang kommen.

In der in Bild 6.21 dargestellten Anwendung wird das Membranventil als Signalgeber für das Umschalten des Hauptventiles benutzt, eine andere Anwendung stellt das Spannen von unterschiedlich langen Werkstücken dar - Bild 6.22.

Spannen unterschiedlich langer Werkstücke:

Bild 6.22
Spannen mit Membranventilen

Die Kolbenstange läuft auf ein beliebig langes Werkstück auf, und spannt dieses, der Druck am Zylinderausgang fällt ab, und das Membranventil signalisiert diesen Zustand durch einen Schaltvorgang, der zur Einleitung nachfolgender Schritte genutzt werden kann.

Diese Schaltung birgt jedoch auch Gefahren in sich, so kann durch vorzeitigen Druckabbau (z.B. durch kurzzeitiges Klemmen einer Führung wird die Kolbenstange zurückgehalten, Druck baut sich auf ) ein Schaltvorgang ausgelöst werden. Weiters kommt es bei Zylindern mit Endlagendämpfung zu einem vorzeitigen Schalten des Membranventiles. Abhilfe bringt hier ein Zusatzanschluß, der das Membranventil direkt mit dem Zylinderraum verbindet.