Wegeventile – Bezeichnung und Funktion

Ein Wegeventil ist ein Steuerorgan, das den Weg der Druckluft bestimmt. Es gibt den Luftstrom frei, sperrt ihn oder lenkt ihn auf einen anderen Anschluss um. Damit sitzt es in der Anlage genau zwischen der Druckluftaufbereitung und dem Verbraucher – meist einem Zylinder.

Der Name sagt es schon: Es geht um den Weg, den die Luft nimmt. Nicht um die Menge, nicht um den Druck, sondern um die Richtung – welcher Anschluss gerade mit welchem verbunden ist.

Davon abzugrenzen sind andere Ventiltypen, die andere Aufgaben übernehmen: Sperrventile lassen die Luft nur in eine Richtung durch, Stromventile regeln die Durchflussmenge und damit die Geschwindigkeit, Druckventile begrenzen oder regeln den Druck. Diese Gruppen werden in einem eigenen Beitrag behandelt – hier bleiben wir bei den Wegeventilen.

Jedes Wegeventil wird mit zwei Zahlen beschrieben, zum Beispiel 3/2 oder 5/2. Diese beiden Zahlen sind der Schlüssel zum ganzen Ventil.

Die erste Zahl gibt die Anzahl der Anschlüsse (Wege) an – also wie viele Leitungen am Ventil angeschlossen werden können. Die zweite Zahl nennt die Anzahl der Schaltstellungen, das heißt wie viele Positionen das Ventil einnehmen kann.

Ein 3/2-Wegeventil hat also drei Anschlüsse und zwei Schaltstellungen. Ein 5/2-Wegeventil hat fünf Anschlüsse und zwei Stellungen. Gesprochen wird das „drei-zwei“ und „fünf-zwei“.

Ein paar typische Vertreter:

Die Logik dahinter ist immer dieselbe: erst zählen, wie viele Anschlüsse das Ventil braucht, dann wie viele Positionen es schalten muss. Daraus ergibt sich die Bezeichnung von selbst.

Damit jeder im Schaltplan dasselbe versteht, sind sowohl die Symbole als auch die Anschlussbezeichnungen genormt. In Österreich gilt dafür die ÖNORM ISO 1219-1. Sie legt fest, wie ein Wegeventil grafisch dargestellt wird und wie seine Anschlüsse gekennzeichnet werden.

Die Anschlüsse werden nach einem festen Zahlensystem beschriftet:

Das Zahlensystem hat eine Logik: Der Steueranschluss 14 schaltet die Verbindung von 1 nach 4, der Steueranschluss 12 schaltet von 1 nach 2. Die Steueranschluss-Nummer verweist also auf die Verbindung, die er herstellt.

Aufbau des Symbols: Das Schaltsymbol besteht aus so vielen aneinandergereihten Quadraten, wie das Ventil Schaltstellungen hat. Ein 5/2-Ventil hat also zwei Quadrate. Innerhalb jedes Quadrats zeigen Pfeile die offenen Durchflusswege, und ein quergestelltes T-Symbol kennzeichnet einen gesperrten Anschluss. Die Anschlussleitungen werden nur an ein Quadrat gezeichnet.

Hier kommt ein zentraler Punkt: die Ruhestellung (auch Grundstellung genannt). Das ist die Schaltstellung, die das Ventil im unbetätigten Zustand einnimmt – also dann, wenn niemand den Taster drückt, keine Rolle anschlägt und kein Steuersignal anliegt. Es gilt die feste Regel:

Die Anschlüsse werden immer in der Ruhestellung gezeichnet und beschriftet.

Das heißt praktisch: Man sucht im Symbol das Quadrat, an dem die Leitungen angeschlossen sind – das is die Ruhestellung. Nur dort gelten die angeschriebenen Anschlussnummern. Beim Schalten „wandert“ gedanklich das andere Quadrat an die Stelle der Leitungen, und die Durchflusswege ändern sich entsprechend. Wer die Ruhestellung nicht erkennt, kann ein Symbol nicht richtig lesen, weil dann unklar bleibt, welcher Zustand der unbetätigte ist.

Das folgende Bild zeigt das Schaltsymbol eines 5/2-Wegeventils mit seinen beiden Stellungen und der genormten Beschriftung.

In der Ruhestellung (linkes Quadrat) ist hier Anschluss 1 mit 2 verbunden, Anschluss 4 entlüftet über 5, and 3 ist gesperrt. Wird das Ventil geschaltet, gilt das rechte Quadrat: Jetzt strömt von 1 nach 4, und 2 entlüftet über 3.

Ein Ventil muss irgendwie von einer Stellung in die andere kommen. Das nennt man Betätigung. Es gibt mehrere Arten, und im Symbol wird die Betätigung links und rechts an die Quadrate angezeichnet.

Die gebräuchlichsten Betätigungsarten:

• manuell – von Hand, etwa über Taster, Hebel oder Fußpedal
• mechanisch – durch ein Maschinenteil, zum Beispiel über einen Stößel oder eine Rolle, die der Zylinder am Endpunkt anfährt
• pneumatisch – durch ein Drucksignal an einem Steueranschluss
• elektromagnetisch – durch eine Magnetspule (Magnetventil)

Auf der Gegenseite steht die Rückstellung – die Kraft, die das Ventil wieder in die Ruhestellung bringt. Sehr oft übernimmt das eine Feder. Genau hier liegt der Unterschied zwischen zwei wichtigen Ventilarten:

Ein monostabiles Ventil hat eine eindeutige Ruhestellung. Wird das Steuersignal weggenommen, drückt die Feder das Ventil sofort zurück. Es hat also einen stabilen Zustand, in den es von selbst zurückkehrt.

Ein bistabiles Ventil (auch Impulsventil) hat keine Feder-Rückstellung. Es wird durch einen kurzen Impuls auf die eine Seite geschaltet und bleibt dort, bis ein Impuls auf die andere Seite kommt. Es „merkt“ sich also seine letzte Stellung – beide Stellungen sind stabil.

Wie ein Ventil konkret elektrisch oder über Vorsteuerung angesteuert wird, ist ein Thema für sich und wird in einem eigenen Beitrag behandelt.

Jetzt fügt sich alles zusammen. Welche Bauart man wählt, hängt vom Verbraucher ab – vor allem davon, ob ein einfach- oder doppeltwirkender Zylinder angesteuert wird.

3/2-Wegeventil für einfachwirkende Zylinder: Ein einfachwirkender Zylinder wird nur auf einer Seite mit Druck beaufschlagt; zurück fährt er über eine eingebaute Feder. Er braucht also einen Anschluss zum Belüften und einen zum Entlüften – plus den Druckanschluss. Das passt genau auf ein 3/2-Ventil: In der Ruhestellung ist der Zylinder entlüftet (Kolben eingefahren), beim Schalten wird er belüftet und fährt aus.

5/2-Wegeventil für doppeltwirkende Zylinder: Ein doppeltwirkender Zylinder muss auf beiden Seiten abwechselnd be- und entlüftet werden. Während die eine Kolbenseite Druck bekommt, muss die andere entlüften – und beim Umschalten genau umgekehrt. Dafür braucht es fünf Anschlüsse: einen Druck, zwei Arbeitsanschlüsse und zwei Entlüftungen. Das 5/2-Ventil schaltet beide Seiten in einem Zug um.

5/3-Wegeventil mit Mittelstellung: Manchmal soll der Zylinder nicht nur ausfahren und einfahren, sondern auch an einer beliebigen Stelle anhalten können. Dann kommt ein 5/3-Ventil mit einer dritten, mittleren Stellung ins Spiel.

Das Schaltsymbol eines 5/3-Ventils besteht aus drei aneinandergereihten Quadraten statt zwei. Das mittlere Quadrat ist die Ruhestellung – hier werden die Anschlussleitungen angezeichnet. Links und rechts liegen die beiden betätigten Stellungen für Aus- und Einfahren. Im unbetätigten Zustand halten zwei Federn, eine auf jeder Seite, das Ventil genau in der Mitte; man spricht von einer federzentrierten Mittelstellung. Erst ein signal auf einer Seite verschiebt das Ventil in eine der äußeren Stellungen, und sobald das Signal wegfällt, drücken die Federn es wieder zurück in die Mitte.

Was diese Mittelstellung tatsächlich tut, hängt davon ab, wie die Anschlüsse darin verschaltet sind. Es gibt drei gängige Ausführungen:

• Sperr-Mittelstellung: Alle Arbeitsanschlüsse sind in der Mitte gesperrt. Die Luft kann weder nach- noch abströmen, der eingeschlossene Druck hält den Zylinder fest – er bleibt stehen und hält die Last.
• Entlüftungs-Mittelstellung: Beide Arbeitsanschlüsse sind in der Mitte mit der Entlüftung verbunden. Auf keiner Kolbenseite steht Druck an, der Zylinder wird drucklos und lässt sich von Hand bewegen.
• Durchfluss-Mittelstellung: Beide Arbeitsanschlüsse bekommen in der Mitte Druck – eine Sonderform für besondere Anwendungen.

So lässt sich aus den Bausteinen der vorigen Kapitel – Bezeichnung, Anschlüsse, Symbol, Betätigung – für jeden Anwendungsfall das passende Ventil bestimmen. Man überlegt, was der Zylinder können muss, leitet daraus die nötigen Anschlüsse und Stellungen ab und kommt so zur richtigen Ventilbezeichnung.