Grundsätzlich gehören in diese Rubrik folgende Ventile:
· Rückschlagventile,
· Drosselrückschlagventile,
· Schnellentlüftungsventile,
· Wechselventile (ODER-Ventile) und
· Zweidruckventile (UND-Ventile).
Die Rückschlagventile werden in der Pneumatik sehr häufig eingesetzt. Die Anwendungen reichen vom einfachen Sperren von Durchflussrichtungen über die Geschwindigkeitssteuerung von Zylindern bis hin zu logischen Operationen. Aber auch in Fällen, in denen einzelne Komponenten in einem Schaltkreis zu separieren sind, um gegenseitige druckbedingte Einflüsse auszuschließen oder, um bei Druckausfall ein Entlüften von Einheiten oder ganzen Anlagenabschnitten zu verhindern.
Druckgesteuerte Rückschlagventile ohne Federbelastung (unbelastete Rückschlagventile)
Unvorteilhafter Weise fällt die Bezeichnung der Ventile mit der Bezeichnung der Kategorie Rückschlagventile zusammen. Im Englischen ist dies besser gelöst. Die Kategorie heißt hier "non-return valves", während die Ventile selbst als "check valves" bezeichnet werden.
Bei dieser Ausführung ist das Dichtungselement meist eine Elastomermembrane. Hier nutzt man den Druck, der in Sperrichtung wirkt, um den Dichtungssitz zu schließen. In entgegengesetzter Richtung verformt der Luftstrom die Membrane und öffnet damit das Ventil in Durchflussrichtung.
1 Elastomerdichtung
Das Dichtungselement ist eine verformbare Membrane, damit sehr einfach aufgebaut und unempfindlich gegenüber Schmutzpartikeln o.ä..
Druckgesteuerte Rückschlagventile mit Federbelastung
Während bei den Rückschlagventilen ohne Federbelastung der Druck in Durchlassrichtung nur geringfügig größer sein muss als in Sperrrichtung, muss hier zusätzlich die Andrückkraft einer Feder überwunden werden.
Allerdings sind diese zusätzlichen Kräfte sehr gering und werden deshalb von den Herstellern auch nicht separat angegeben. Das Ventil schaltet in Durchflussrichtung frei, sobald der Druck in dieser Richtung am Dichtungselement eine Kraft erzeugt, die größer ist als die Federkraft.
1 Rückstellfeder
2 Dichtung
3 Dichtungssitz
Das Beispiel zeigt, wie sie auch als fester Bestandteil von Ventilen eingesetzt werden können. Sollte also beispielsweise durch eine externe Kraft an der Kolbenstange des Zylinders ein erhöhter Druck am Arbeitsanschluss 4 des Ventils auftreten, dann ist der andere Teil der Schaltung davor geschützt.
1 eingebaute Rückschlagfunktion
Entsperrbare Rückschlagventile(gesteuerte Rückschlagventile)
Diese Ventile werden vorrangig aus Sicherheitsgründen eingesetzt. Die Abbildung unten zeigt einen Zylinder, der eine Masse heben und senken soll. Um zu verhindern, dass sich die angehobene Masse bei einem Ausfall der Druckluftversorgung (z.B. durch Abreißen der Schläuche oder unbeabsichtigtes Entlüften der Anlage) wieder nach unten bewegt, wird an jedem Anschluss des Zylinders jeweils ein entsperrbares Rückschlagventil angebaut.
Das Ventil ist direkt am Luftanschluss des Zylinders anzuschließen, um weitere Unsicherheiten durch Rohre oder Schläuche zu verhindern.
1 entsperrbares Rückschlagventil
2 Anschluss für die Entsperrung
Um aber normal mit der Anlage zu arbeiten, ist es notwenig, die Rückschlagfunktion der Ventile auszuschalten. Dazu benutzt man Druckluft und beaufschlagt die Rückschlagventile am Steueranschluss 21 solange mit Druck, wie der Zylinder in Bewegung ist.
Im Stillstand kann man – muss aber nicht – das Steuer bzw. Entsperrsignal am Anschluss 21 auf Null setzen, um die Rückschlagfunktion wieder zu aktivieren.
Erreicht wird das Entsperren durch einen im Ventil eingebauten Zylinder.
1 eingebaute Rückschlagfunktion
Die Druckluft, vom Anschluss 1 kommend, öffnet den Sperrsitz gegen die Federkraft.
Die Luft kann nun an der Dichtung vorbeifließen.
1 Druckluftanschluss
2 Arbeitsanschluss
21 Druckluftanschluss zum Entsperren der Verbindung von 2 nach 1
Die Druckluft und die Federkraft verschließen den Sperrsitz.
Durch die externe Druckluft am Anschluss 21 wird der Entsperrkolben nach unten bewegt
und öffnet auf diese Art zwangsweise das Rückschlagventil.
Dafür gibt es zwei Gründe:
Erstens beträgt die Schaltzeit vom Absinken des Druckes bis zum tatsächlichen Schließen des Ventils je nach Baugröße 10 bis 20 ms. In dieser Zeit kann die Masse also noch absinken und dabei einen Weg zurücklegen, der zu entsprechenden Zerstörungen führt.
Zweitens sind diese Ventile nicht 100%ig dicht. Das bedeutet, dass nach dem Schließen des Ventils, die Abwärtsbewegung wegen der Leckage weiter anhalten kann. Dabei handelt es sich auch keineswegs um vernachlässigbare Größen. So sollte man beispielsweise für einen Zylinder mit einem Durchmesser von 63 mm, der mit einem 3/8" Rückschlagventil versehen ist, mit max. 30 Minuten rechnen, die er als gesichert gilt. Zeit, die zum Beispiel für das Bergen von Personen unter Umständen zu wenig ist.
Hier wird man eher auf schnellschaltende 2/2-Wegeventile (Stop-Ventil) ausweichen. Aber neben den pneumatischen sind auch eine ganze Reihe elektrischer Gegebenheiten zu beachten. Für Pressensteuerungen gelten deshalb besondere Vorschriften.
Diese bekommt man unter anderem bei: den Berufsgenossenschaften, beim TÜV oder auch in der DIN EN 60204 "Sicherheit von Maschinen".
Da die Entsperrung bei den Rückschlagventilen gegen die Federkraft und die Kraft, die durch den Arbeitsdruck am Dichtungselement erzeugt wird, arbeiten muss, wächst mit steigendem Arbeitsdruck auch der Steuerdruck zum Entsperren des Ventils. Allerdings liegt dieser bei etwa 50% des Arbeitsdrucks der Anlage, sodass die Funktion jederzeit gewährleistet ist. Hersteller geben zur Sicherheit den entsprechenden Zusammenhang in einem Diagramm wieder.
Bei manchen Anwendungen ist es wichtig, mit einem Zylinder möglichst hohe Geschwindigkeiten zu erreichen, um sehr rasch zum Beispiel eine Startposition für einen Arbeitstakt einzunehmen.
Dabei erweist es sich oftmals als hinderlich, dass die Luft, die aus dem Zylinder entweicht, den "langen und engen" Weg durch den Abluftschlauch, ein Drosselrückschlagventil, das Wegeventil und einen Schalldämpfer nehmen muss. Das kostet Zeit und damit Geschwindigkeit, denn ein Zylinder kann auf der einen Kolbenseite nur so schnell mit Luft befüllt werden, wie das entsprechende Luftvolumen auf der anderen Kolbenseite evakuiert wird.
In solchen Fällen bedient man sich einer Art "Abkürzung" beim Entlüften der Zylinder – dem Schnellentlüftungsventil.
Im Grunde funktioniert es wie ein Rückschlagventil, bei dem die Luft in Sperrstellung seitlich ins Freie geleitet wird.
1 Druckluftanschluss
2 Arbeitsanschluss
3 Abluftanschluss
4 optionaler Schalldämpfer
5 frei bewegliche Dichtmembrane
Die Luft strömt frei von Anschluss 1 nach Anschluss 2.
Die Membrane verschließt den Anschluss 1 und die Luft kann von 2 nach 3 auf sehr kurzem Weg
und durch eine große Öffnung schnell ins Freie entweichen.
Wird nun zum Umsteuern des Zylinders ein Wegeventil umgeschaltet und damit der bisherige Zuluftkanal am Anschluss 1 entlüftet, fällt in diesem der Druck sehr rasch ab. Damit sinkt er unter den Druck, der gerade durch das Entlüften des Zylinders am Anschluss 2 anliegt. Dieser drückt nun die Membrane nach unten, verschließt damit den Druckluftanschluss 1 und kann über den Abluftanschluss 3 sofort und auf kürzestem Wege entweichen.
Um eine möglichst große Wirkung zu erzielen, sollte man die Schnellentlüftungsventile direkt am Luftanschluss des Zylinders anbringen. Mit dem äußerst kurzen Abluftweg und den sehr großen Querschnitten der Abluftanschlüsse 3 können die Zylindergeschwindigkeiten erheblich gesteigert werden.