Wat is een magneetklep? Een overzicht van soorten, werking en toepassingen

Zowel in een eenvoudig huishoudelijk apparaat als in een geautomatiseerd systeem is een magneetklep ingebouwd, een zeer belangrijk onderdeel. Deze regelt de doorstroming van vloeistoffen en gassen. Magneetkleppen reageren op elektrische signalen. Op deze manier regelen ze vloeistoffen zeer nauwkeurig en in realtime. Wat is een magneetklep eigenlijk? Wat doet een magneetklep? Hoe werkt hij? Wat zijn de verschillende soorten magneetkleppen en waarvoor worden ze gebruikt?

Magneetklep: definitie en belangrijkste onderdelen

Simpel gezegd is een magneetventiel een soort automatisch ventiel. Het wordt ook wel een elektromechanisch bediend ventiel of een magneetregelventiel genoemd. Het maakt gebruik van elektromagnetische kracht om te bepalen of de doorstroomwegen open of gesloten zijn. Zie het als een schakelaar die je op afstand met elektriciteit kunt bedienen. Je hoeft het niet met de hand te bedienen. Doordat magneetventielen elektrisch kunnen worden aangestuurd, kunnen ze gemakkelijk worden geïntegreerd in verschillende geautomatiseerde systemen. Als je de basiswerking van een magneetventiel kent, begrijp je beter welke rol het speelt.

Om te begrijpen hoe een magneetklep werkt, moet je de belangrijkste onderdelen ervan kennen:

• Solenoïde-spoel: Dit is het belangrijkste aandrijfonderdeel van de klep. Wanneer er stroom doorheen loopt, wekt deze een elektromagnetisch veld op. De spoel zet elektrische signalen om in magnetische signalen. De spoel bestaat vaak uit koperdraad.
• Klepbehuizing: Dit is het hoofdonderdeel. Hier stroomt de vloeistof doorheen. Het heeft aansluitingen waar de vloeistof binnenkomt (inlaataansluiting) en weer uitstroomt (uitlaataansluiting).
• Plunjer of anker: Dit is een onderdeel dat kan bewegen. Het beweegt door de magnetische kracht. Het is het belangrijkste onderdeel dat ervoor zorgt dat de klep opengaat of sluit. 
• Kernbuis: Deze buis bevindt zich in de spoel. Hij zorgt ervoor dat de zuiger soepel beweegt.
• Veer: Dit onderdeel zorgt er vaak voor dat de zuiger terugkeert naar zijn uitgangspositie zodra de magnetische kracht wegvalt.
• Afdichtingen: Deze onderdelen zorgen ervoor dat de klep niet lekt wanneer deze gesloten is.

Als we deze basisonderdelen kennen, kunnen we de werking van een magneetklep goed begrijpen.

Hoe werkt een magneetklep eigenlijk? 

Een magneetklep werkt volgens het principe van elektromagnetische inductie. Wanneer er elektrische stroom door de magneetspoel vloeit, ontstaat er een magnetisch veld dat een inwendig anker of een zuiger in beweging brengt. Bij een direct werkende magneetklep zorgt deze beweging ervoor dat de hoofdklepopening wordt geopend of gesloten. Bij een stuurklep regelt de magneetspoel een kleine stuurdoorgang, waardoor de vloeistofdruk het hoofdmembraan of de hoofdzuiger in beweging brengt.

Wanneer de stroomtoevoer wordt onderbroken, verdwijnt het magnetische veld en keert de klep terug naar zijn normale stand door middel van veerkracht, vloeistofdruk of beide. Of de klep zonder stroomtoevoer open of gesloten blijft, hangt af van de configuratie: normaal gesloten (NC) of normaal open (NO). Door de in- en uitschakeltoestand van de spoel te regelen, kan de vloeistofstroom nauwkeurig worden geregeld. Zo werkt een magneetklep.

De belangrijkste soorten magneetventielen eenvoudig uitgelegd

Er bestaan veel verschillende soorten magneetventielen. Ze voorzien in diverse behoeften op het gebied van de regeling van vloeistofstromen in de automatisering. Inzicht in deze basistypen ventielen is als het hebben van een kaart. Het helpt je je weg te vinden in de gevarieerde wereld van ventielen. We kunnen ze vanuit een aantal belangrijke invalshoeken bekijken.

Op basis van het aantal manieren

1. Tweeweg-magneetklep (2-weg-magneetklep)

• Hoe het werkt: Een 2-wegmagneetklep heeft twee aansluitingen: één inlaat en één uitlaat. De klep regelt de vloeistofstroom door de doorgang tussen beide aansluitingen te openen of te sluiten. Een normaal gesloten (NC) klep blokkeert de doorstroming wanneer er geen stroom op staat en opent wanneer er stroom op staat, terwijl een normaal geopende (NO) klep juist omgekeerd werkt. Afhankelijk van het interne mechanisme kan de klep directwerkend of stuurdrukgestuurd zijn, met verschillende eisen wat betreft druk en minimale drukverschil.
• Voordelen: Zeer eenvoudige mechanismen, compact ontwerp, betaalbaar, en de mechanische bediening heeft de eenvoudigste reactie: de klep kan open of dicht staan (twee standen).
• Voorbeeld: Deze configuratie wordt door de meeste gebruikers toegepast en komt voor in elke toepassing met eenvoudige vloeistofregeling, bijvoorbeeld zoneregeling bij geautomatiseerde overstromingsirrigatie, vlambeveiliging bij gasfornuizen, watertoevoer in wasmachines en start/stop-functies in industriële leidingen.

2. Drieweg-magneetklep (3-weg-magneetklep)

• Hoe het werkt: Een driewegmagneetklep heeft drie aansluitingen. De verbindingswegen tussen deze aansluitingen kunnen worden gewijzigd op basis van de toestand van de klep. Een veelvoorkomende toepassing is het omwisselen van de verbinding van één aansluiting met twee andere aansluitingen. Zo kan het bijvoorbeeld poort A met poort B verbinden en tegelijkertijd de verbinding van poort A naar poort C afsluiten. In een andere stand verbindt het poort A met poort C, terwijl de verbinding van poort A naar poort B wordt afgesloten. Bij sommige driewegkleppen is één poort verbonden met een van de andere twee poorten, terwijl de derde poort in verbinding staat met de buitenlucht om lucht af te voeren.  
• Voordelen: De stromingsrichting van de vloeistof kan worden gewijzigd, of de stroom kan worden vertakt en gesplitst. Om deze redenen biedt het meer flexibiliteit dan een tweewegklep. Het wordt voornamelijk gebruikt voor het regelen van de beweging van dubbelwerkende luchtcilinders of hydraulische cilinders wanneer er twee vloeistofbronnen zijn.  
• Voorbeeld: het aansturen van de cycli van lucht-/oliecilinders in pneumatische of hydraulische systemen, het omleiden van vloeistofstromen naar twee verschillende leidingen, het mengen of splitsen van twee vloeistoffen, en het aansturen van pneumatische/hydraulische actuatoren voor grote regelkleppen.

Volgens de begintoestand

3. Normaal gesloten magneetklep (normaal gesloten, NC-magneetklep)

• Hoe het werkt: ‘Normaal gesloten’ betekent dat het stroomtraject binnenin de klep gesloten is wanneer er geen stroom naar de magneetspoel gaat. Het traject wordt pas geopend wanneer de spoel stroom krijgt en er voldoende elektromagnetische kracht wordt opgewekt. Wanneer de stroom wordt uitgeschakeld, zorgt een systeemveer of vloeistofdruk – afhankelijk van het type klep – ervoor dat de klep automatisch terugkeert naar de gesloten toestand.
• Voordelen: Dit is het veiligste en meest energiezuinige type (in situaties waarin er het grootste deel van de tijd geen vloeistof hoeft te stromen). Het sluit automatisch wanneer de stroomtoevoer of het systeem uitvalt. Deze functie voorkomt onbedoeld wegstromen van vloeistof. De klep wordt vaak gebruikt voor veilige schakelfuncties.
• Voorbeeld: De meeste toepassingen waarbij de toevoer van vloeistoffen (zoals water, lucht, gas en dergelijke) moet worden in- en uitgeschakeld, en waarbij de stroom naar verwachting zal stoppen bij stroomuitval. Dit omvat onder meer, maar is niet beperkt tot, hoofdregelkleppen in industriële pijpleidingen, waterzuivering, watertoevoerkleppen in apparaten zoals wasmachines en vaatwassers, en talrijke circuits.

4. Normaal open magneetventiel (NO-magneetventiel)

• Hoe het werkt: ‘Normaal open’ houdt in dat, wanneer er geen stroom op de solenoïde-spoel staat, de interne doorgang van de klep open is, waardoor de vloeistof onbelemmerd kan stromen. Pas wanneer de spoel wordt bekrachtigd en er dus een magnetische kracht ontstaat, wordt de doorgang van de klep afgesloten. Wanneer de stroom wordt uitgeschakeld, keert de klep door de veerkracht terug naar de open stand.
• Voordelen: Bij uitstek geschikt voor toepassingen waarbij gedurende lange tijd een ononderbroken doorstroming vereist is. In deze situaties wordt elektriciteit bespaard op het stroomverbruik tijdens het sluiten, omdat de NO-klep alleen stroom nodig heeft om te sluiten. Bij stroomuitval zijn er geen actieve maatregelen nodig om de regeling in stand te houden. Dit wordt soms toegepast in noodkoel- of afvoersystemen. De toepasbaarheid ervan is beperkter dan die van normaal gesloten kleppen.
• Voorbeeld: Toepassingen waarbij een bepaald deel van het NO gedurende langere tijd in werking moet blijven (bijvoorbeeld bepaalde koelmachines en ventilatiesystemen). Of waarbij het open moet blijven in het geval van een langdurige stroomstoring, om snelle afvoer of koeling mogelijk te maken.

Volgens het werkingsprincipe

5. Direct werkende magneetklep (Direct werkende magneetklep)

• Hoe het werkt: Bij een direct werkende klep beïnvloedt de elektromagnetische kracht die door de solenoïde-spoel wordt uitgeoefend de plunjer of het anker dat is gekoppeld aan de primaire klepopening. Deze elektromagnetische kracht overwint de veerkracht en de druk van de vloeistof bij de klepopening. Hierdoor wordt de opening in de ruststand of in de geactiveerde stand geplaatst.
• Voordelen: De pomp heeft minder energie nodig om te functioneren dan andere pompen. Bovendien is er geen minimale drukverschil in het systeem vereist om betrouwbaar te kunnen werken. Daardoor is hij geschikt voor situaties met nuldruk, lage druk en zelfs vacuüm. De voorgestelde oplossing zorgt voor snelle reactietijden. Dit type vereist doorgaans weinig regelvermogen.
• Voorbeeld: Typische toepassingen zijn onder meer toepassingen met een laag vacuüm en een lage druk, zoals kleine apparaten, analysemachines en vacuümverpakkingsmachines. Meer specifieke voorbeelden zijn apparaten waarbij bij het opstarten onvoldoende drukverschil aanwezig is. Dit is een veelvoorkomend type met directe aandrijving.

6. Door een stuurventiel aangestuurd magneetventiel (Door een stuurventiel aangestuurd magneetventiel)

• Hoe het werkt: De pilootgestuurde klep werkt op een slimmere manier. De klepopening wordt niet rechtstreeks bewogen door de elektromagnetische kracht van de spoel, maar stuurt in plaats daarvan de opening van een kleine pilootklep aan. Deze kleine pilootklep gebruikt de vloeistof om een drukverschil te creëren op het membraan of de zuiger van de hoofdklep. Het drukverschil in de vloeistof, dat het membraan of de zuiger in beweging brengt om de hoofdklep te openen of te sluiten, is wat daadwerkelijk het werk verricht.
• Voordelen: Het belangrijkste voordeel is dat met een relatief kleine elektromagnetische kracht grotere diameters, hogere drukken en hogere doorstroomhoeveelheden kunnen worden geregeld. Het is vergelijkbaar met directwerkende kleppen bij dezelfde doorstroomhoeveelheid en druk. Het benodigde vermogen is lager.
• Voorbeeld: Toepassingen in de meeste industriële leidingen. Situaties waarin grote debieten bij hoge druk moeten worden geregeld, zoals irrigatiesystemen voor de landbouw, industriële installaties voor waterzuivering, de aansturing van pneumatische aandrijvingen voor grootschalige toepassingen, hydraulische systemen voor de industrie, enz. Houd er bovendien rekening mee dat stuurventielen doorgaans een bepaald minimumdrukverschil nodig hebben om goed te kunnen functioneren.

Ter verduidelijking volgt hier een eenvoudige classificatietabel:

Diverse toepassingen in verschillende sectoren

Magneetventielen worden in veel bedrijfstakken en in het dagelijks leven gebruikt. Het zijn belangrijke onderdelen die ervoor zorgen dat veel geautomatiseerde systemen goed functioneren. Hier volgen enkele voorbeelden:

• In onze huizen worden voor de kleppen die water naar wasmachines of koffiezetapparaten laten stromen vaak magneetventielen gebruikt. Ook in sommige slimme toiletten worden ze gebruikt om de doorspoelstroom te regelen. Ze ontvangen elektrische signalen van programma’s en regelen de waterstroom nauwkeurig.
• In auto’s worden magneetventielen gebruikt in het brandstofinjectiesysteem (om de hoeveelheid brandstof te regelen), in het ABS-remsysteem (om de remvloeistofdruk te regelen) en in automatische versnellingsbakken. Ze zorgen ervoor dat vloeistoffen nauwkeurig en snel kunnen worden geregeld.
• In de industriële automatisering worden magneetventielen veelvuldig gebruikt. Ze sturen onderdelen aan die werken op lucht (pneumatische aandrijvingen) of oliedruk (hydraulische systemen). Ze worden ook toegepast in industriële robots en assemblagelijnen. Ze helpen bij het verplaatsen van voorwerpen, het aansturen van robotarmen en het aanpassen van stappen in een werkproces. Ze spelen een cruciale rol in veel procesbesturingssystemen.
• In de landbouw worden in geautomatiseerde systemen voor het besproeien van planten veel magneetventielen gebruikt. Deze regelen de watertoevoer naar verschillende zones en helpen water te besparen.
• Bij medische apparatuur is een nauwkeurige regeling van vloeistoffen van groot belang. Magneetventielen worden vaak gebruikt in apparaten zoals beademingsapparaten en testapparatuur. Ze regelen hoe gassen en vloeistoffen zich verplaatsen en hoeveel er stroomt.
• In HVAC-systemen (voor verwarming, koeling en ventilatie) regelen magneetventielen de doorstroming van koelvloeistof, water of stoom. Dit helpt bij het instellen van de temperatuur en de luchtvochtigheid.

Van kleine huishoudelijke apparaten tot grote machines in fabrieken: magneetventielen zorgen voor besturing met behulp van elektriciteit. Ze werken betrouwbaar en snel.

Voordelen van het gebruik van magneetventielen in systemen 

Magneetventielen zijn erg populair in de automatisering. Dit komt doordat ze een aantal duidelijke voordelen bieden:

• Snelle reactie en nauwkeurige regeling: Magneetventielen kunnen zeer snel openen of sluiten nadat ze een elektrisch signaal hebben ontvangen. Hun reactiesnelheid is veel hoger dan die van handbediende ventielen, en vaak ook hoger dan die van veel elektrische of pneumatische ventielen. Door deze snelle reactie zijn ze zeer geschikt voor toepassingen waarbij een exacte timing vereist is of waarbij in noodgevallen snel moet worden gestopt. Bijvoorbeeld bij zeer frequent in- en uitschakelen, of in veiligheidssystemen die verschillende onderdelen met elkaar verbinden.
• Eenvoudig te automatiseren en op afstand te bedienen: Magneetventielen worden elektrisch aangestuurd. Dit sluit goed aan bij moderne automatiseringssystemen. Ze kunnen rechtstreeks worden aangesloten op PLC’s, microcontrollers, DCS of andere besturingssystemen. Ze hebben geen complexe mechanische onderdelen of andere energiebronnen (zoals perslucht) nodig. Hierdoor is het heel eenvoudig om ze op afstand te bedienen of via een programma aan te sturen. Ze kunnen gemakkelijk worden geïntegreerd in zelfstandig werkende systemen of slimme fabrieken.
• Klein formaat, ruimtebesparend: Magneetventielen worden doorgaans in een zeer klein formaat vervaardigd. Dit in tegenstelling tot oudere ventieltypes, die grote wielen, tandwielkasten of cilinders nodig hebben. Direct werkende of kleine, door een stuurventiel aangestuurde ventielen zijn bijzonder klein en licht. Ze hebben een compact ontwerp. Ze zijn zeer geschikt wanneer de installatieruimte in apparatuur of systemen beperkt is.
• Veiligheid en betrouwbaarheid (bij de juiste keuze): Wanneer u het juiste type magneetventiel kiest (waaronder het ventieltype, de druk, de vloeistof, het materiaal, enz.) en dit op de juiste manier installeert en gebruikt, zijn magneetventielen doorgaans zeer betrouwbaar en gaan ze lang mee. Met name normaal gesloten ventielen keren automatisch terug naar een veilige stand als de stroom uitvalt. Dit biedt basisveiligheid als er iets misgaat. Ze kunnen zorgen voor veilig schakelen.
• Energie-efficiëntie (voor bepaalde toepassingen): Magneetventielen verbruiken elektrische energie wanneer ze van toestand veranderen (openen of sluiten). Maar in veel toepassingen waarbij ze slechts korte tijd stroom nodig hebben of lange tijd gesloten blijven, kan het totale stroomverbruik lager zijn dan bij andere automatische ventielen die voortdurend lucht of een motor nodig hebben. Magneetventielen met vergrendeling verbruiken helemaal geen stroom om na het schakelen in hun positie te blijven. Ze hebben vaak weinig stuurstroom nodig.

Al deze voordelen samen maken magneetventielen tot een uitstekende keuze voor het automatisch regelen van vloeistoffen op een effectieve, flexibele en betrouwbare manier.

Het kiezen van de juiste magneetklep voor uw behoeften

Het kiezen van de juiste magneetklep is belangrijk om een systeem stabiel en goed te laten werken. Afhankelijk van uw specifieke behoeften is het van cruciaal belang om het juiste type klep te kiezen.

Stap 1: Bepaal de actie die je wilt regelen – Het aantal manieren kiezen

Allereerst moet je jezelf afvragen: wat voor soort “actie” op het gebied van vloeistofregeling wil ik dat er plaatsvindt?

• Als u de vloeistofstroom alleen aan of uit hoeft te zetten, net als bij een waterkraan, kunt u het beste kiezen voor de meest gangbare 2-weg-magneetklep.
• Als u de stroomrichting van de vloeistof wilt wijzigen, de stroom wilt splitsen of druk wilt afvoeren (ontluchten), hebt u doorgaans een drieweg-magneetklep nodig.

Stap 2: Houd rekening met veiligheid en energiebesparing – normaal open versus normaal gesloten

Bedenk vervolgens: in welke toestand moet de klep zich bevinden als er geen stroom is?

• Omwille van de veiligheid bij de meeste toepassingen willen mensen dat de vloeistoftoevoer automatisch wordt onderbroken als de stroom uitvalt. Hiervoor moet u een normaal gesloten (NC) magneetventiel kiezen. Dit is de standaardkeuze.
• Als de vloeistof in uw systeem het grootste deel van de tijd moet stromen en het veiliger is of energie bespaart om de klep open te houden wanneer de stroom is uitgeschakeld, kunt u beter kiezen voor een normaal open (NO) magneetventiel.

Stap 3: Afstemming van vloeistofkenmerken, druk en debiet – Werkingsprincipe en materiaal

Kijk goed naar de eigenschappen van de vloeistof, de werkdruk en het debiet. Dit helpt je bij het kiezen van het werkingsprincipe en het juiste materiaal:

• Voor toepassingen met lage druk, een laag debiet, vacuüm of waarbij geen drukverschil nodig is om te starten, is een direct werkende magneetklep de beste keuze.
• Bij toepassingen met hogere druk en een hoog debiet is het, mits het systeem over voldoende drukverschil beschikt, voordeliger om een magneetklep met stuurventiel te kiezen. Het type vloeistof en de temperatuur ervan bepalen van welk materiaal het ventielhuis en de afdichtingen moeten zijn gemaakt (zoals speciale materialen voor vloeistoffen die metaal aantasten of voor zeer hete omgevingen). Dit is de materiaalkeuze. Het kiezen van het verkeerde materiaal kan het ventiel beschadigen en ervoor zorgen dat het niet lang meegaat. Het is net als het tanken van de verkeerde brandstof in een auto.

Stap 4: Controleer de elektrische parameters en de aansluitwijze

Controleer ten slotte of de magneetklep compatibel is met uw elektrische besturingssysteem en hoe deze op de leidingen wordt aangesloten:

• Welke spanning (wisselstroom of gelijkstroom) heeft de spoel van het magneetventiel nodig? Dit is de stroom die het “brein” laat werken.
• Wat is de maat van de leidingaansluiting? Welk type schroefdraad of flens is er nodig? Zo weet u zeker dat de klep op de juiste manier in uw leidingsysteem kan worden gemonteerd.

Het kiezen van de juiste magneetklep uit een groot aantal typen en parameters is cruciaal voor de prestaties en betrouwbaarheid van het systeem. Hiervoor is niet alleen kennis van de klep nodig, maar ook het benutten van de vakkennis en ervaring van de leverancier. Bedrijven zoals VINCER, die gespecialiseerd zijn in geautomatiseerde kleppen, bieden hier een aanzienlijke meerwaarde. Ze bieden meer dan alleen producten; hun professionele technische team voert een gedetailleerde 8-dimensionale analyse uit van de bedrijfsomstandigheden van de klant (medium, temperatuur, druk, aansluitnorm, regelmethode, enz.). Op basis hiervan doen zij gerichte aanbevelingen voor het type klep en kunnen zij op maat gemaakte magneetklepoplossingen aanbieden. Hun ruime ervaring in de sector helpt bij het identificeren van potentiële risico’s, en strenge kwaliteitscontroles garanderen betrouwbare producten. Deze professionele hulp bij de selectie helpt klanten om kostbare fouten in een vroeg stadium te voorkomen. Kiezen voor VINCER betekent kiezen voor een betrouwbare partner die een one-stop-service en sterke technische ondersteuning biedt, zodat u de magneetklep krijgt die het beste bij uw behoeften past.

Ontdek het aanbod van VINCER voor industriële toepassingen het assortiment magneetventielen, voor toepassingen met water, stoom, hoge druk, sanitair, waterdichtheid en chemische toepassingen. Geef het medium, het benodigde debiet, het minimale en maximale drukverschil, de temperatuur, de aansluitmaat en de spoelspanning door, zodat ons team u een geschikte configuratie kan aanbevelen.