Ventilte spielen in vielen Branchen, von der Luft- und Raumfahrt bis zur Biomedizintechnik, eine entscheidende Rolle bei der Steuerung des Durchflusses von Flüssigkeiten und Gasen. Allerdings gibt es unzählige Ventilvarianten auf dem Markt, was die Auswahl des am besten geeigneten Produkts für Ihre Anwendung erschweren kann.
In diesem Artikel vergleichen wir zwei gängige Ventiltechnologien: Ventile aus Formgedächtnislegierungen (FGL) und Magnetventile.
Zunächst erklären wir kurz die Grundlagen der beiden Technologien und ihre wichtigsten Vorteile. Anschließend fassen wir die wichtigsten Unterschie-de zusammen, stellen Funktionsschemata der Ventile vor und vergleichen einige der auf dem Markt erhältlichen Ventiltypen.
FGL-Ventile zeichnen sich durch die Verwendung von Formgedächtnislegierungen (FGL) aus - in der Regel Nickel-Titan (NiTi)-Legierungen - die für ihre Fähigkeit bekannt sind, nach einer Verformung durch Krafteinwirkung in eine vordefinierte Form zurückzukehren. Diese Eigenschaft wird bei der Konstruktion von Ventilen durch den Einsatz von FGL-Aktuatoren genutzt, die entsprechend auf Temperaturänderungen reagieren. Genauer bedeutet das, wenn das FGL-Material über eine bestimmte Übergangstemperatur hinaus erwärmt wird, ändert es seine Phase und damit seine Form und betätigt das Ventil, ohne dass eine externe mechanische Einwirkung erforderlich ist.
Es gibt zwei Hauptformen von FGL-Aktuatoren, die in Ventilen verwendet werden: Die eine ist ein Draht mit rundem Querschnitt, der in diesem Video von Dolphin Fluidics. Bei der anderen handelt es sich um eine Flachfolie, bei der ein dünnes Legierungsblatt für die Bewegungserzeugung verwendet wird (siehe memetis Mikroventil Beispiel).
Sanftes und geräuschloses Schalten: Die inhärenten Eigenschaften von FGL ermöglichen eine pulsationsfreie und proportionale Gas- und Flüssigkeitssteuerung, ohne dass beim Zustandswechsel Geräusche entstehen.
Kompaktheit und geringes Gewicht: FGL-Ventile sind deutlich kleiner und leichter als viele Alternativen und eignen sich daher ideal für Anwendungen, bei denen Größe und Gewicht eine große Rolle spielen.
Energie-Effizienz: FGL-Ventile benötigen weniger Energie zum Schalten, da zum Öffnen und Schließen der Ventile nur ein sehr kleiner Aktor beheizt werden muss. Dies bedeutet eine geringere Wärmeerzeugung und dadurch langfristig niedrigere Betriebskosten.
Magnetventile sind elektromechanische Geräte, die den Flüssigkeitsdurchfluss mit Hilfe eines röhrenförmigen Elektromagneten, dem sogenannten Magneten, steuern. Wenn elektrischer Strom durch die Magnetspule fließt, wird ein gleichmäßiges Magnetfeld erzeugt. Das Magnetfeld ist in der Mitte der Spule am stärksten, wo sich der Stößel zum Öffnen oder Schließen des Ventils befindet. Sobald das Ventil mit Strom versorgt wird, dauert es nur wenige Millisekunden, um das Ventil zu schalten. Dies ist bei bestimmten Anwendungen sehr vorteilhaft, während es bei anderen zu Problemen führen kann, weil der Druckstoß einen Gegendruck im Flüssigkeitssystem über dem Ventil erzeugt.
Magnetventile sind vielseitig einsetzbar und finden sich in allen Bereichen, von Haushaltsgeräten bis hin zu Industriemaschinen. Sie werden in der Regel mit einer Millimetergröße benannt, z. B. 5 mm, 8 mm, 10 mm, die sich auf die kleinste Abmessung (Breite oder Durchmesser) des Ventilgehäuses bezieht.
Schnelles Schalten: Diese Ventile können extrem schnell öffnen und schließen und eignen sich daher für Anwendungen, die ein schnelles Schalten bzw. eine hohe Schaltfrequenz erfordern.
Vielseitigkeit: Die in verschiedenen Größen und Ausführungen erhältlichen Magnetventile sind für eine Vielzahl von Flüssigkeiten und Drücken geeignet.
Bewährte Technologie: Magnetventile sind schon wesentlich länger auf dem Markt als FGL-Ventile, was sich auf ihre derzeitige Verwendung, Verfügbarkeit und den hohen Grad der Integration in verschiedenen Branchen auswirkt.
| Formgedächtnis Ventile | Magnetventile |
| Innovative Technologie | Etablierte Technologie |
| Thermomechanisches Prinzip | Elektromechanisches Prinzip |
| Stufenloser Schaltvorgang | Schneller Schaltvorgang |
| Niederiger Energieverbrauch | Hoher Energieverbrauch |
| Kompakte Größe, die weiter minimiert werden kann | Miniaturisierung begrenzt durch die Größe des Magnetantriebs |
| Geringe Hitzeentwicklung | Erzeugung von Wärme und magnetischen Streufeldern |
| Wenige Hersteller | Viele Hersteller |
Funktionsschemata der Ventiltechnologien:
Um einen Einblick in die zahlenbezogenen Spezifikationen zu geben, die FGL- und Magnetventile voneinander unterscheiden, haben wir vier typische mediengetrennte 2/2-Wege-Miniaturventile grob verglichen.
Der Vergleich umfasst zwei Typen von SMA-Ventilen, von denen eines das normal-geschlossene Mikroventil von memetis ist, und zwei gängige Typen von Magnetventilen mit jeweils 6 mm und 8 mm Durchmesser.
Unter den anderen Miniaturventilen auf dem Markt bietet memetis die kleinste Lösung mit der schnellsten FGL-Ventilschaltzeit. Die Wahl von memetis FGL-Mikroventilen ermöglicht es Geräteentwicklern, außergewöhnlich kleine Lösungen zu schaffen, bei denen ein reibungsloses Schalten der Ventile entscheidend ist, mit dem zusätzlichen Vorteil, dass der Energieverbrauch reduziert wird, ohne dass das Fluidsystem mit zusätzlichen Geräuschen belastet wird.
Sowohl Ventile aus Formgedächtnislegierungen (FGL) als auch Magnetventile bieten verschiedene Vorteile, die sie für unterschiedliche Anwendungen geeignet machen. Die Wahl zwischen den beiden hängt weitgehend von Faktoren wie der erforderlichen Schaltgeschwindigkeit, der Verfügbarkeit von Energie, den Anwendungsspezifika (Geräusch, Bedarf an proportionaler Steuerung) und den Platzverhältnissen ab. Die in diesem Artikel beschriebenen grundlegenden Unterschiede und Betriebseigenschaften der beiden Ventiltypen geben Ingenieuren und Konstrukteuren wichtige Anhaltspunkte zur Beurteilung der für ihre Anwendungsanforderungen am besten geeigneten Technologie.
Zuletzt bearbeitet am 10. Dezember 2024
memetis Innovation - mehr über den Formgedächtniseffekt
Stufenlose Betätigung (erscheint in Kürze) - wie die FGL-Technologie eine proportionale, pulsationsfreie Bewegung ermöglicht