Standard CETOP – najważniejsze informacje w pigułce!

Co to jest CETOP?

Skrót CETOP pochodzi historycznie od francuskiej nazwy europejskiego komitetu zajmującego się transmisją olejową i pneumatyczną. Dzisiaj CETOP funkcjonuje jako europejska organizacja branżowa reprezentująca sektor fluid power, czyli przede wszystkim hydraulikę i pneumatykę. CETOP opracowywał zalecenia techniczne dotyczące między innymi:

• elementów hydraulicznych,

• elementów pneumatycznych,

• zaworów i rozdzielaczy,

• powierzchni montażowych,

• sposobów oznaczania przyłączy,

• parametrów technicznych komponentów,

• metod badawczych,

• terminologii,

• symboliki,

• kompatybilności elementów różnych producentów.

W praktyce inżynierskiej termin „standard CETOP” jest jednak najczęściej używany w znacznie węższym znaczeniu – do określania standardowego układu powierzchni przyłączeniowej zaworów hydraulicznych. Współczesnym międzynarodowym odniesieniem dla takich powierzchni jest przede wszystkim ISO 4401, która określa powierzchnie montażowe czteroportowych hydraulicznych zaworów sterujących i ma zapewnić ich wymienność. Norma ISO 4401:2005 pozostaje aktualna – została ponownie potwierdzona przez ISO w 2022 roku. Dlatego w dokumentacji technicznej można spotkać na przykład kilka określeń odnoszących się do tego samego albo bardzo podobnego gabarytu CETOP 3 = ISO 4401-03 = NG6 albo CETOP 5 = ISO 4401-05 = NG10. To właśnie ta równoległość oznaczeń jest jednym ze źródeł częstych nieporozumień.

Czy CETOP jest normą?

Potocznie mówi się o „normie CETOP”, ale z technicznego punktu widzenia należy to określenie stosować ostrożnie. CETOP przygotowywał własne Recommendations – R, Provisional Recommendations – RP oraz raporty techniczne. Wiele z tych dokumentów było później zastępowanych normami ISO lub stawało się podstawą ich opracowania. W historycznych zestawieniach CETOP można znaleźć między innymi zalecenia hydrauliczne i pneumatyczne, z których część została wycofana właśnie na rzecz odpowiednich norm ISO. Dlatego obecnie prawidłowe jest stwierdzenie, że:

CETOP jest systemem standaryzacji i zestawem historycznych oraz branżowych zaleceń technicznych, natomiast wiele odpowiadających im wymagań zostało obecnie ujętych w normach ISO. W przypadku hydraulicznych zaworów płytowych kluczowym dokumentem jest ISO 4401. Nie należy więc utożsamiać CETOP z jedną pojedynczą normą opisującą wszystko – od zaworu po cylinder czy przewód.

Po co powstał standard CETOP?

Standaryzacja elementów hydraulicznych i pneumatycznych ma ogromne znaczenie praktyczne. Wyobraźmy sobie maszynę, w której każdy producent rozdzielacza stosowałby:

• inne położenie kanału zasilającego,

• inne położenie kanału powrotnego,

• inne rozmieszczenie kanałów roboczych,

• inny rozstaw śrub,

• inne średnice otworów,

• inną powierzchnię uszczelnienia.

W takim przypadku każda wymiana zaworu wymagałaby wykonania nowego bloku, zastosowania adaptera, przebudowy instalacji, zmiany przewodów, czasem nawet modernizacji całego fragmentu maszyny. CETOP i odpowiadające mu normy ISO ograniczają ten problem poprzez standaryzację interfejsu mechaniczno-hydraulicznego. Norma ISO 4401 określa między innymi układ i tolerancje otworów powierzchni montażowej oraz położenie kanałów. Jej podstawowym celem jest właśnie zapewnienie zamienności elementów.

Co standaryzuje CETOP?

W przypadku zaworów hydraulicznych standard CETOP/ISO 4401 dotyczy przede wszystkim powierzchni styku pomiędzy zaworem a płytą przyłączeniową, blokiem hydraulicznym lub innym elementem systemu modułowego. Określone zostają między innymi:

• rozstaw otworów montażowych,

• położenie otworów,

• lokalizacja kanałów hydraulicznych,

• maksymalne średnice kanałów,

• położenie otworu ustalającego,

• oznaczenia kanałów,

• wymagania dotyczące powierzchni montażowej,

• tolerancje wykonania.

ISO 4401 określa również wymagania dotyczące jakości powierzchni. W standardzie przewidziano między innymi chropowatość powierzchni montażowej Ra ≤ 0,8 µm oraz tolerancję płaskości 0,01 mm na długości 100 mm. Nie jest to detal bez znaczenia. W hydraulice pracującej przy ciśnieniach rzędu kilkuset barów nawet niewielkie odkształcenie powierzchni może powodować przecieki zewnętrzne, przecieki międzykanałowe, uszkodzenie uszczelnień, nieprawidłową pracę zaworu.

Oznaczenia kanałów w standardzie CETOP

Typowa powierzchnia przyłączeniowa hydraulicznego rozdzielacza posiada kanały oznaczone jako:

• P – Pressure. Kanał zasilający. Doprowadza ciecz roboczą pod ciśnieniem, najczęściej z pompy hydraulicznej.

• T – Tank. Kanał powrotny. Odprowadza olej hydrauliczny do zbiornika.

• A i B. Kanały robocze prowadzące do odbiornika, np.: siłownika hydraulicznego, silnika hydraulicznego, chwytaka, innego elementu wykonawczego.

W większych lub bardziej rozbudowanych zaworach mogą występować dodatkowo:

• X - zewnętrzne zasilanie układu pilotowego.

• Y - odpływ układu pilotowego.

• L - Przeciek lub dren, zależnie od konstrukcji komponentu.

ISO 4401 wymienia w oznaczeniach powierzchni między innymi kanały A, B, L, P, T, X i Y.

Co oznaczają numery CETOP?

Numer CETOP oznacza przede wszystkim określoną wielkość znormalizowanej powierzchni montażowej. Nie należy interpretować go jako bezpośredniej wartości przepływu, średnicy gwintu, ciśnienia, mocy hydraulicznej. Przykładowo:

• CETOP 3 nie oznacza przepływu 3 l/min,

• CETOP 5 nie oznacza pięciu kanałów,

• CETOP 7 nie oznacza siedmiu przyłączy.

Numer klasyfikuje rozmiar interfejsu montażowego. Wraz ze wzrostem rozmiaru CETOP zwiększają się zwykle gabaryty zaworu, średnice dostępnych kanałów, możliwy przepływ, powierzchnia montażowa, przekroje dróg przepływu. Ale dokładna wydajność zaworu zależy zawsze od jego konstrukcji.

Rodzaje CETOP – najważniejsze wielkości

W hydraulice przemysłowej można spotkać przede wszystkim:

ISO 4401 obejmuje powierzchnie z maksymalnymi średnicami portów od 4,5 mm dla ISO 4401-02 do 32 mm dla ISO 4401-10. Dla pośrednich rozmiarów norma określa odpowiednio maksymalne średnice 7,5; 11,2; 17,5 i 25 mm. Warto jednak zaznaczyć, że maksymalna średnica portu określona w normie nie jest równoznaczna ze średnicą nominalną przewodu ani z gwarantowanym przepływem zaworu.

CETOP 2 – najmniejsze rozwiązania płytowe

CETOP 2, odpowiadający powierzchni ISO 4401-02, należy do najmniejszych standaryzowanych formatów zaworów płytowych. ISO 4401 przewiduje dla tej powierzchni maksymalną średnicę portów wynoszącą 4,5 mm. CETOP 2 może być stosowany tam, gdzie: przepływy są niewielkie, kluczowe znaczenie ma kompaktowość, przestrzeń montażowa jest ograniczona oraz układ steruje małymi odbiornikami hydraulicznymi. W praktyce przemysłowej CETOP 2 występuje rzadziej niż CETOP 3 i CETOP 5.

CETOP 3 – najpopularniejszy standard małych zaworów hydraulicznych

CETOP 3 jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych formatów w hydraulice przemysłowej. Najczęściej odpowiada: CETOP 3 = ISO 4401-03 = NG6. Dla ISO 4401-03 maksymalna średnica podstawowych portów według normy wynosi 7,5 mm. Norma przewiduje wariant powierzchni zarówno bez kanałów pilotowych, jak i z dodatkowymi kanałami sterującymi. CETOP 3 spotyka się w obrabiarkach, prasach, maszynach pakujących, urządzeniach montażowych, automatyce produkcyjnej, agregatach hydraulicznych, maszynach technologicznych, układach mocowania detali. Do powierzchni CETOP 3 można montować nie tylko rozdzielacze, ale również wiele zaworów modułowych.

CETOP 5 – standard dla większych przepływów

Kolejnym bardzo popularnym formatem jest CETOP 5 = ISO 4401-05 = NG10. ISO 4401 przewiduje dla tej wielkości maksymalną średnicę głównych portów wynoszącą 11,2 mm. Dostępne są warianty bez kanałów pilotowych, z kanałami pilotowymi oraz z kanałem drenażowym. CETOP 5 wykorzystuje się w urządzeniach wymagających większego przepływu niż typowe układy CETOP 3. Są to między innymi prasy hydrauliczne, maszyny do obróbki metalu, maszyny tworzywowe, maszyny produkcyjne, urządzenia przemysłu ciężkiego, większe agregaty hydrauliczne.

CETOP 7 – hydraulika średniej i dużej mocy

CETOP 7 odpowiada powierzchni ISO 4401-07, popularnie kojarzonej również z oznaczeniem NG16. Norma przewiduje maksymalną średnicę podstawowych kanałów wynoszącą 17,5 mm oraz kanały pilotowe; powierzchnia może występować z kanałami drenażowymi lub bez nich. Przy tych wielkościach przepływu często zaczyna mieć znaczenie sterowanie pośrednie. Dlaczego? Siły hydrauliczne działające na suwak dużego rozdzielacza są znacznie większe niż w małych zaworach. Bezpośrednie przesuwanie suwaka elektromagnesem staje się coraz trudniejsze. Dlatego większe zawory często posiadają główny stopień zaworowy, mniejszy zawór pilotowy i hydrauliczne wspomaganie przesterowania.

CETOP 8 – duże przepływy w hydraulice przemysłowej

CETOP 8, czyli ISO 4401-08, jest stosowany w instalacjach o dużych przepływach. Popularnym odpowiednikiem gabarytowym jest NG25. ISO 4401 przewiduje dla tej powierzchni porty podstawowe o maksymalnej średnicy 25 mm. Rozdzielacze tego rozmiaru znajdują zastosowanie między innymi w dużych prasach, instalacjach hutniczych, maszynach ciężkich, dużych układach napędowych, systemach transportu technologicznego, maszynach formujących, urządzeniach przemysłu wydobywczego.

CETOP 10 – zawory dla największych przepływów

Jednym z największych standardowych formatów objętych ISO 4401 jest CETOP 10 = ISO 4401-10 = NG32. Maksymalna średnica podstawowych portów przewidziana dla tej powierzchni wynosi 32 mm. Są to rozwiązania stosowane w układach o bardzo dużej wydajności. Mogą obsługiwać między innymi wielkogabarytowe siłowniki, duże prasy, ciężkie napędy technologiczne, instalacje stalownicze i hutnicze, maszyny górnicze, urządzenia energetyczne. W takich rozwiązaniach zawór główny jest często przesterowywany hydraulicznie za pomocą mniejszego zaworu pilotowego.

CETOP a NG – czy jest to to samo?

W katalogach można znaleźć zapis NG6, NG10, NG16, NG25, NG32. NG pochodzi od określenia Nominalgröße, czyli wielkości nominalnej. Najczęściej spotykana zależność wygląda następująco:

• CETOP 3 → NG6,

• CETOP 5 → NG10,

• CETOP 7 → NG16,

• CETOP 8 → NG25,

• CETOP 10 → NG32.

W praktyce są to oznaczenia używane do identyfikacji tej samej klasy gabarytowej interfejsu. Nie należy jednak dobierać zaworu wyłącznie po oznaczeniu „NG”. Najbezpieczniejszym rozwiązaniem jest sprawdzenie pełnego odniesienia do ISO 4401 oraz rysunku powierzchni montażowej.

CETOP a ISO 4401

Współcześnie w dokumentacji technicznej kluczowe znaczenie ma właśnie oznaczenie według ISO. Przykładowo pełne oznaczenie może wyglądać ISO 4401-03-02-0-05 albo ISO 4401-05-04-0-05. Pierwsza część ISO 4401 identyfikuje normę. Kolejna część 03, 05, 07, 08 lub 10 identyfikuje wielkość powierzchni. Dalsze fragmenty kodu opisują szczegółowy wariant powierzchni montażowej. Ma to znaczenie, ponieważ nie wszystkie powierzchnie danego rozmiaru są identyczne funkcjonalnie. W niektórych mogą występować dodatkowe kanały pilotowe, kanały drenażowe, warianty układu otworów. Dlatego określenie „CETOP 5” może być w pierwszym etapie doboru wystarczające, ale podczas projektowania bloku należy posługiwać się pełnym kodem normy oraz dokumentacją producenta.

CETOP a NFPA

W urządzeniach produkowanych na rynek amerykański można również spotkać oznaczenia NFPA D03, D05, D07, D08, D10. W dużym uproszczeniu odpowiadają one europejskim oznaczeniom D03 – CETOP 3, D05 – CETOP 5, D07 – CETOP 7, D08 – CETOP 8, D10 – CETOP 10. Dlatego projektując maszyny pracujące globalnie, należy zwracać uwagę na to, czy producent podaje zgodność z ISO, CETOP, DIN czy NFPA. Nie zawsze podobna nazwa jest wystarczającym dowodem pełnej kompatybilności.

Czy każdy zawór CETOP 3 można zastąpić innym zaworem CETOP 3?

To jedna z najważniejszych kwestii praktycznych. Zgodność powierzchni montażowej nie oznacza automatycznie pełnej zamienności zaworów. Jeżeli dwa zawory są zgodne z tym samym interfejsem ISO 4401, możemy oczekiwać mechanicznej zgodności powierzchni montażowej. Ale nadal trzeba porównać:

1. maksymalne ciśnienie robocze,

2. dopuszczalny przepływ,

3. dopuszczalne ciśnienie w kanale T,

4. charakterystykę przepływową,

5. funkcję suwaka,

6. sposób sterowania,

7. napięcie cewki,

8. moc cewki,

9. typ złącza elektrycznego,

10. sposób awaryjnego sterowania ręcznego,

11. rodzaj uszczelnień,

12. kompatybilność z medium,

13. zakres temperatur,

14. wymagany poziom filtracji,

15. sposób pilotowania,

16. położenie kanałów X i Y,

17. obecność kanału drenażowego.

Przykładowo dwa rozdzielacze CETOP 3 mogą mechanicznie pasować do tej samej płyty, ale jeden będzie posiadał suwak typu: P→A, B→T, a drugi całkowicie odmienną konfigurację przepływu. Skutek zamiany bez sprawdzenia schematu może być bardzo poważny – od nieprawidłowego kierunku ruchu siłownika aż po niekontrolowany ruch maszyny.

Zawory modułowe CETOP – dlaczego standard jest tak użyteczny?

Jedną z największych zalet systemu CETOP jest możliwość tworzenia stosów zaworowych. W układzie może znaleźć się kolejno: płyta przyłączeniowa, zawór redukcyjny, zawór dławiąco-zwrotny, zawór zwrotny sterowany, zawór przelewowy, rozdzielacz. Elementy są skręcane pionowo w jeden kompaktowy zespół. Kanały: P, T, A i B przechodzą poprzez kolejne warstwy stosu. Dzięki temu wiele funkcji hydraulicznych można realizować bez wykonywania dużej liczby zewnętrznych połączeń rurowych. Jakie zawory występują w wykonaniu CETOP? Standard CETOP nie dotyczy wyłącznie rozdzielaczy. W postaci modułowej mogą występować między innymi:

• Rozdzielacze hydrauliczne

  Sterują kierunkiem przepływu cieczy. Najpopularniejsze konfiguracje to między innymi 4/2, 4/3.

• Zawory zwrotne

  Uniemożliwiają przepływ medium w kierunku przeciwnym.

• Zawory zwrotne sterowane

  Pozwalają hydraulicznie blokować odbiornik i otwierać przepływ sygnałem pilotowym.

• Zawory dławiące

  Służą do regulacji natężenia przepływu.

• Zawory dławiąco-zwrotne

  Zapewniają regulowany przepływ w jednym kierunku i swobodny przepływ w drugim.

• Zawory redukcyjne

  Ograniczają ciśnienie w wybranym fragmencie układu.

• Zawory przelewowe

  Chronią instalację przed przekroczeniem określonego ciśnienia.

• Zawory sekwencyjne

  Umożliwiają wykonywanie kolejnych operacji hydraulicznych po osiągnięciu określonego ciśnienia. Taki system daje konstruktorowi możliwość budowania stosunkowo skomplikowanego sterowania w bardzo zwartej formie.

• Płyta przyłączeniowa CETOP

  Zawór CETOP wymaga odpowiedniej powierzchni przyłączeniowej. Najprostszym rozwiązaniem jest płyta przyłączeniowa. Od góry posiada ona znormalizowaną powierzchnię zgodną z odpowiednim standardem CETOP/ISO, natomiast z boku lub od spodu znajdują się gwintowane przyłącza umożliwiające podłączenie pompy, zbiornika, przewodów roboczych A i B. Dzięki temu rozdzielacz nie musi być podłączany przewodami bezpośrednio.

• Bloki hydrauliczne CETOP

  W bardziej rozbudowanych urządzeniach często stosuje się bloki przyłączeniowe lub bloki zaworowe. Kanały hydrauliczne wykonuje się bezpośrednio wewnątrz metalowego bloku. Na jego powierzchni mogą zostać przygotowane kolejne interfejsy CETOP 3, CETOP 5 oraz inne zgodne z projektem. Rozwiązanie takie znacznie zmniejsza liczbę przewodów, złączek, trójników oraz potencjalnych punktów przecieku. Pozwala także stworzyć bardzo kompaktowy układ hydrauliczny.

Dlaczego standard CETOP jest tak ważny w utrzymaniu ruchu?

Dla działów UR standaryzacja daje szczególnie dużą korzyść. Jeżeli w zakładzie funkcjonuje kilkadziesiąt maszyn wykorzystujących zawory CETOP 3, można ograniczyć liczbę różnych części utrzymywanych na magazynie. W przypadku awarii technik:

1. identyfikuje wielkość montażową,

2. odczytuje schemat hydrauliczny,

3. sprawdza parametry zaworu,

4. dobiera kompatybilny zamiennik,

5. demontuje uszkodzony element,

6. montuje nowy na istniejącym bloku.

Nie trzeba modyfikować instalacji rurowej. W efekcie CETOP wspiera standaryzację części zamiennych, skrócenie przestojów, łatwiejszy serwis, modernizację starszych maszyn oraz uniezależnienie projektu od jednego dostawcy.

CETOP w projektowaniu maszyn

Dla konstruktora oznaczenie CETOP jest równie ważne. Już na etapie projektowania można określić przewidywany przepływ, wymaganą funkcję zaworu, maksymalne ciśnienie, odpowiednią wielkość CETOP oraz sposób budowy bloku hydraulicznego. Następnie dla wszystkich komponentów zachowuje się wspólną powierzchnię montażową. Taka architektura ułatwia późniejsze zmiany. Jeżeli maszyna wymaga innego zaworu proporcjonalnego, szybszego, monitorowanego, wykonanego z innego materiału często można zachować istniejącą powierzchnię montażową.

CETOP a maksymalny przepływ – ważne zastrzeżenie

Jednym z częstych błędów jest przypisywanie każdemu rozmiarowi CETOP jednej konkretnej wartości przepływu. Nie jest to prawidłowe. Można spotkać orientacyjne zestawienia sugerujące, że np.:

• CETOP 3 jest przeznaczony do kilkudziesięciu l/min,

• CETOP 5 do większych przepływów,

• CETOP 7 i 8 do przepływów liczonych w setkach l/min.

Takie wartości mogą być pomocne przy bardzo wstępnej selekcji, ale nie wynikają wprost z samego oznaczenia CETOP. Przepustowość konkretnego zaworu zależy od: geometrii suwaka, przekroju szczelin, konstrukcji korpusu, lepkości cieczy, gęstości cieczy, temperatury i różnicy ciśnień. Dlatego właściwym parametrem jest zawsze charakterystyka przepływowo-ciśnieniowa konkretnego zaworu.

Dlaczego spadek ciśnienia ma znaczenie przy doborze CETOP?

Sam fakt, że dany zawór może pracować przy określonym przepływie, nie oznacza jeszcze, że będzie właściwie dobrany do instalacji. Bardzo ważnym parametrem jest również spadek ciśnienia na zaworze, oznaczany jako Δp. Powstaje on dlatego, że olej przepływający przez kanały, szczeliny sterujące i korpus zaworu napotyka opory hydrauliczne. Im większy przepływ przez zawór, tym zazwyczaj większy spadek ciśnienia. Jeżeli więc zastosujemy zbyt mały rozmiar CETOP w stosunku do wymaganego przepływu, zawór może wprawdzie nadal działać, ale będzie powodował znaczne straty energii. Przykładowo układ hydrauliczny wymaga przepływu 60 l/min. Z dokumentacji producenta wynika, że rozpatrywany zawór CETOP 3 może obsłużyć taki przepływ. Nie oznacza to jednak, że jego zastosowanie będzie optymalne. Jeżeli przy 60 l/min spadek ciśnienia na drodze przepływu przez zawór wynosi około 10 bar, część mocy dostarczanej przez pompę zostanie bezproduktywnie zamieniona w ciepło. W takim przypadku strata mocy wynosi około 1 kW. Oznacza to, że podczas ciągłej pracy układu mniej więcej 1 kW energii jest tracone tylko na pokonanie oporów przepływu w analizowanym zaworze. Konsekwencją zbyt dużego spadku ciśnienia może być wzrost temperatury oleju hydraulicznego, zwiększenie zapotrzebowania układu na energię, obniżenie sprawności całego napędu, pogorszenie warunków pracy pompy, szybsze starzenie oleju, oraz konieczność zastosowania większego układu chłodzenia.

Z tego względu rozmiaru CETOP nie należy dobierać wyłącznie na podstawie maksymalnego przepływu podawanego w katalogu. Znacznie ważniejsze jest sprawdzenie wykresu lub charakterystyki Δp–Q, czyli zależności spadku ciśnienia od natężenia przepływu. Może się więc okazać, że zawór CETOP 3 teoretycznie spełnia wymagania przepływowe, ale korzystniejsze będzie zastosowanie większego zaworu, np. CETOP 5. Większe kanały przepływowe mogą zapewnić mniejsze opory, a tym samym ograniczyć straty energetyczne i nagrzewanie układu.

Wniosek praktyczny zawór należy dobierać nie według zasady „czy przepuści wymagane 60 l/min?”, lecz raczej „jaki spadek ciśnienia wystąpi przy wymaganych 60 l/min i czy jest on akceptowalny dla danej instalacji?”.

CETOP w pneumatyce

CETOP historycznie obejmuje nie tylko hydraulikę, lecz również pneumatykę. Jednym z istotnych obszarów standaryzacji pneumatycznej były powierzchnie montażowe rozdzielaczy. Obecnie ważnym odniesieniem jest między innymi rodzina norm ISO 5599. ISO 5599-1 określa powierzchnie montażowe pięcioportowych pneumatycznych zaworów kierunkowych bez złącza elektrycznego. Norma określa między innymi wymiary, tolerancje powierzchni, identyfikację przyłączy i działania mechanizmu sterującego. Z kolei ISO 5599-2 opisuje interfejs zaworów z możliwością zastosowania złącza elektrycznego i dodatkowo definiuje jego wymagania wymiarowe.

Dla ISO 5599 stosowane są wielkości 1, 2, 3, 4, 5,6. W starszej dokumentacji można spotkać bezpośrednie odwołania do zaleceń CETOP dotyczących pneumatycznych płyt przyłączeniowych. Część takich zaleceń została następnie wycofana na rzecz ISO 5599.

CETOP w pneumatyce a CETOP w hydraulice – nie należy ich mieszać

To bardzo ważne. Określenie CETOP 3 spotykane w hydraulice nie powinno być automatycznie utożsamiane z „rozmiarem 3” zaworu pneumatycznego ISO 5599. Są to różne rodziny komponentów i różne standardy powierzchni montażowych. W hydraulice dominującym punktem odniesienia dla rozdzielaczy płytowych jest ISO 4401, natomiast dla pięciodrogowych zaworów pneumatycznych ISO 5599. Oba obszary wynikają z tej samej idei: ujednolicić interfejs, aby komponenty były łatwiejsze do projektowania, wymiany i serwisowania.

Dlaczego w pneumatyce standaryzacja przyłączy również jest potrzebna?

Zasada jest identyczna jak w hydraulice. Standardowy zawór może być montowany na pojedynczej płycie, wyspie zaworowej, kolektorze, wielosekcyjnym manifoldzie. Zamiast prowadzić do każdego zaworu osobne przewody zasilające, odpowietrzające czy robocze, część kanałów wykonuje się we wspólnej podstawie. Dzięki temu można budować zwarty układ sterujący.

CETOP a współczesne wyspy zaworowe

Warto przy tym pamiętać, że współczesna pneumatyka bardzo silnie rozwinęła systemy producentów oparte na własnych wyspach zaworowych. W urządzeniach automatyki stosowane są dzisiaj między innymi: kompaktowe elektrozawory, wyspy wielosekcyjne, komunikacja IO-Link, Profinet, EtherCAT, EtherNet/IP, AS-Interface. Nie każda taka wyspa posiada uniwersalny interfejs CETOP. Standardyzacja pneumatyczna i hydrauliczna rozwijała się więc częściowo inaczej. W hydraulice powierzchnie ISO 4401/CETOP pozostają niezwykle rozpowszechnionym rozwiązaniem w przemysłowych blokach zaworowych.

Hydraulika CETOP a pneumatyka – podstawowe różnice

Choć idea standaryzacji jest podobna, warunki pracy są zasadniczo inne.

a) Hydraulika

Medium: praktycznie nieściśliwa ciecz hydrauliczna. Ciśnienia mogą wynosić: 100 bar, 200 bar, 250 bar, 315 bar, 350 bar, a w wybranych systemach jeszcze więcej. Najważniejsze są: szczelność, odporność ciśnieniowa, minimalizacja przecieków, odpowiednie przekroje przepływu.

b) Pneumatyka

Medium: ściśliwe sprężone powietrze. Typowe ciśnienia przemysłowe są znacznie niższe, często w zakresie około: 6–8 bar. Norma ISO 5599-1 odnosi się do zaworów o maksymalnym znamionowym ciśnieniu 1,6 MPa, czyli 16 bar. Tutaj kluczowe stają się również: prędkość odpowiedzi, przepustowość, czas odpowietrzania, minimalizacja objętości martwych, szybkość przełączania.

CETOP a hydraulika proporcjonalna

Powierzchnie CETOP/ISO można wykorzystywać także dla bardziej zaawansowanych elementów sterujących. Przykładem są zawory proporcjonalne, rozdzielacze proporcjonalne, zawory regulujące ciśnienie i regulatory przepływu. Z zewnątrz urządzenie może posiadać powierzchnię zgodną np. z ISO 4401-03, ale jego sterowanie różni się zasadniczo od prostego elektrozaworu ON/OFF. Zawór proporcjonalny może umożliwiać ciągłą kontrolę: położenia suwaka, natężenia przepływu, kierunku przepływu, ciśnienia. Zachowanie standardowej powierzchni montażowej pozwala stosować zaawansowane zawory bez całkowitej przebudowy części hydraulicznej maszyny.

CETOP a sterowanie serwohydrauliczne

Jeszcze większe wymagania występują w układach serwohydraulicznych, elektrohydraulicznych, pozycjonujących oraz testowych. Tutaj sama zgodność powierzchni nie wystarcza. Znaczenie mają dodatkowo dynamika zaworu, histereza, powtarzalność, próg czułości, częstotliwość graniczna, charakterystyka przepływu, elektronika sterująca, sprzężenie zwrotne. Dlatego w zaawansowanych aplikacjach CETOP należy traktować jako mechaniczno-hydrauliczny interfejs, a nie jako informację o charakterystyce regulacyjnej urządzenia.

Zalety standardu CETOP

1. Wymienność komponentów

   Najważniejszą korzyścią jest możliwość stosowania zaworów różnych producentów na tej samej powierzchni montażowej.

2. Ułatwiony serwis

   Uszkodzony zawór można wymienić bez przebudowy instalacji.

3. Skrócenie przestojów

   Dostępność znormalizowanych komponentów ogranicza czas oczekiwania na nietypową część.

4. Modularność

   Możliwe jest budowanie zestawów zaworowych.

5. Kompaktowa konstrukcja

   Układ montowany warstwowo zajmuje mniej miejsca niż tradycyjny układ rurowy.

6. Mniej przewodów

   Kanały mogą przebiegać wewnątrz bloku.

7. Mniejsza liczba połączeń

   Mniej złącz oznacza potencjalnie mniej miejsc nieszczelności.

8. Łatwa modernizacja

   Maszynę można unowocześnić bez całkowitej przebudowy hydrauliki.

9. Globalna dostępność

   Elementy zgodne z ISO 4401 oferuje wielu producentów.

10. Standaryzacja magazynu części

    Zakład może utrzymywać zapas najczęściej stosowanych rozmiarów i funkcji.

Czy CETOP gwarantuje kompatybilność elektryczną?

Nie. To bardzo częsty błąd. Dwa elektrozawory mogą posiadać identyczną powierzchnię CETOP 3 / ISO 4401-03, ale różne: napięcia, złącza, pobory mocy, układy pinów, typy cewek. Możliwe są między innymi: 24 V DC, 12 V DC, 24 V AC, 110 V AC, 230 V AC, zależnie od produktu. Przy wymianie zaworu należy więc oddzielnie sprawdzić zgodność: hydrauliczną, mechaniczną i elektryczną.

Czy CETOP określa rodzaj uszczelnienia?

Standard powierzchni montażowej zapewnia geometryczne warunki współpracy elementów, ale przy doborze konkretnego zaworu należy zawsze sprawdzić zastosowane uszczelnienia. Najczęściej używane są elastomery takie jak NBR i FKM, a w specjalnych zastosowaniach również inne materiały. Dobór zależy między innymi od rodzaju oleju, temperatury, dodatków chemicznych, cieczy trudnopalnych, warunków środowiska.

CETOP a czystość oleju

Standaryzacja nie zmienia faktu, że zawory hydrauliczne są bardzo wrażliwe na zanieczyszczenia. Szczególnie dotyczy to zaworów proporcjonalnych, serwozaworów, zaworów pilotowych i precyzyjnych regulatorów. Zanieczyszczenie może powodować zacinanie suwaka, zwiększenie przecieków, ścieranie krawędzi sterujących, pogorszenie dynamiki i awarię elektromagnesu wynikającą z problemów mechanicznych zaworu. Dlatego układ CETOP powinien pracować razem z właściwie zaprojektowanym systemem filtracji, chłodzenia, odpowietrzania, monitorowania stanu oleju.

Jak dobrać rozmiar CETOP?

Dobór rozmiaru CETOP powinien wynikać przede wszystkim z wymaganego przepływu, ciśnienia roboczego oraz funkcji, jaką zawór ma pełnić w układzie hydraulicznym. Samo oznaczenie CETOP nie określa bowiem wydajności zaworu – informuje głównie o jego znormalizowanej powierzchni montażowej. W praktyce dobór można przeprowadzić według kilku podstawowych kryteriów.

1. Określ wymagany przepływ oleju

   Najpierw należy ustalić, jakie natężenie przepływu będzie występowało w danej części instalacji. W przypadku siłownika hydraulicznego zależy ono przede wszystkim od jego średnicy oraz wymaganej prędkości ruchu. Im większy wymagany przepływ, tym większego rozmiaru zaworu może wymagać układ. Przykładowo niewielkie układy mogą pracować z zaworami CETOP 3, natomiast przy większych przepływach może być konieczne zastosowanie CETOP 5, CETOP 7 lub większego rozmiaru.

2. Sprawdź spadek ciśnienia na zaworze

   Nie wystarczy sprawdzić, czy producent dopuszcza określony przepływ. Trzeba również ocenić, jaki spadek ciśnienia Δp wystąpi przy tym przepływie. Jeżeli zawór będzie pracował blisko swojej maksymalnej przepustowości, opory przepływu mogą być wysokie. Prowadzi to do strat energii i nagrzewania oleju. Dlatego czasami lepiej zastosować większy rozmiar CETOP, nawet jeśli mniejszy zawór teoretycznie mieści się jeszcze w dopuszczalnym zakresie przepływu.

   

3. Uwzględnij maksymalne ciśnienie robocze

   Należy sprawdzić, czy wybrany zawór jest przystosowany do maksymalnego ciśnienia występującego w instalacji. Osobno warto zweryfikować dopuszczalne ciśnienie dla poszczególnych kanałów, zwłaszcza:

   • P – zasilania,

   • T – powrotu,

   • A i B – kanałów roboczych,

   • X i Y – jeżeli występuje sterowanie pilotowe.

   Szczególnie istotne jest dopuszczalne ciśnienie w kanale T, ponieważ w niektórych zaworach może być ono wyraźnie niższe niż maksymalne ciśnienie zasilania.

4. Dobierz właściwą funkcję zaworu

   Rozmiar CETOP mówi o sposobie montażu, ale nie mówi, jak zawór działa. Trzeba więc określić między innymi liczbę dróg i położeń, np. 4/2 lub 4/3, sposób połączenia kanałów w położeniu neutralnym, sposób sterowania oraz powrotu zaworu do położenia spoczynkowego. Dwa zawory CETOP 3 mogą mieć identyczne wymiary montażowe, ale całkowicie różne funkcje hydrauliczne.

5. Sprawdź powierzchnię montażową

   Po określeniu wymaganej wielkości należy zweryfikować dokładne oznaczenie powierzchni, np. CETOP 3 / ISO 4401-03 lub CETOP 5 / ISO 4401-05. Jest to szczególnie ważne przy wymianie zaworu w istniejącej maszynie. Najlepiej porównać nie tylko nazwę rozmiaru, lecz również rysunek płyty przyłączeniowej i rozmieszczenie wszystkich kanałów.

   

6. Uwzględnij sposób sterowania

   Zawór może być sterowany elektromagnetycznie, hydraulicznie, mechanicznie, ręcznie, oraz proporcjonalnie. W większych rozmiarach CETOP często stosuje się sterowanie pilotowe, ponieważ bezpośrednie przesterowanie dużego suwaka elektromagnesem może być niewystarczające.

7. Przy elektrozaworze sprawdź parametry elektryczne

   Jeżeli zawór jest sterowany elektrycznie, trzeba dodatkowo zweryfikować: napięcie cewki, rodzaj prądu AC lub DC, pobór mocy, typ złącza elektrycznego, sposób podłączenia, stopień ochrony IP. Zgodność CETOP nie oznacza bowiem zgodności elektrycznej.

8. Sprawdź warunki pracy

   Na końcu należy uwzględnić również: rodzaj oleju hydraulicznego, lepkość medium, temperaturę pracy, materiał uszczelnień, wymaganą klasę czystości oleju, częstotliwość przełączeń, charakter pracy maszyny.

Dobór CETOP w praktyce

Najprościej można przyjąć następującą zasadę: najpierw określamy wymagany przepływ i ciśnienie, następnie analizujemy charakterystykę konkretnego zaworu, a dopiero na tej podstawie wybieramy odpowiedni rozmiar CETOP. Nie należy więc zakładać z góry, że np. przepływ 50 l/min zawsze oznacza CETOP 3 albo CETOP 5. Dwa zawory o tym samym rozmiarze mogą mieć zupełnie inne charakterystyki przepływowe. Dlatego ostateczny dobór powinien zawsze opierać się na danych katalogowych konkretnego modelu, a zwłaszcza na wykresie zależności przepływu od spadku ciśnienia. W praktyce właściwy rozmiar CETOP to taki, który zapewnia wymagany przepływ przy akceptowalnym spadku ciśnienia, odpowiednim ciśnieniu roboczym i właściwej funkcji zaworu, bez niepotrzebnego przewymiarowania całego układu.

Najczęstsze błędy przy doborze zaworów CETOP

• Błąd 1 – dobór wyłącznie według gabarytu

  „Stary zawór to CETOP 3, więc każdy CETOP 3 będzie dobry.” Nie. Trzeba porównać również funkcję i parametry.

• Błąd 2 – nieuwzględnienie symbolu suwaka

  Może doprowadzić do zupełnie innego zachowania maszyny.

• Błąd 3 – nieuwzględnienie przepływu

  Za mały zawór powoduje duży spadek ciśnienia.

• Błąd 4 – nieuwzględnienie ciśnienia T

  W niektórych konstrukcjach dopuszczalne ciśnienie na powrocie jest znacznie niższe niż ciśnienie kanału P.

• Błąd 5 – nieuwzględnienie X i Y

  Szczególnie istotne w zaworach pilotowych.

• Błąd 6 – pomylenie standardu hydraulicznego z pneumatycznym

  ISO 4401 i ISO 5599 to inne standardy.

• Błąd 7 – dobór tylko na podstawie przepływu katalogowego

  Bez analizy charakterystyki Δp–Q.

CETOP a modernizacja starszych maszyn

Standard CETOP szczególnie dobrze sprawdza się w retroficie. W starszej maszynie może znajdować się zawór producenta, który został wycofany z produkcji, zmienił serię produktową, nie jest już dostępny bądź też ma bardzo długi termin dostawy. Jeżeli zastosowany interfejs odpowiada standardowi ISO 4401, istnieje szansa dobrania współczesnego zamiennika. Trzeba jednak dokładnie porównać:

• wielkość CETOP,

• symbol zaworu,

• sposób sterowania,

• napięcie,

• ciśnienia,

• przepływ,

• wymiary cewki,

• dodatkowe kanały sterujące.

Takie podejście może umożliwić modernizację układu bez wymiany całego bloku hydraulicznego.

CETOP w przemyśle

Zawory i bloki o standardowych powierzchniach montażowych znajdują zastosowanie praktycznie wszędzie tam, gdzie wykorzystywana jest hydraulika siłowa.

• Przemysł maszynowy

  Sterowanie siłownikami, dociskami, mechanizmami podającymi, stołami roboczymi.

• Obrabiarki

  Realizacja: mocowania, blokowania, przesuwu, pozycjonowania.

• Przemysł metalowy

  Układy: pras, giętarek, walcarek, nożyc.

• Przetwórstwo tworzyw sztucznych

  Sterowanie: formą, dociskiem, wyrzutnikiem, mechanizmami pomocniczymi.

• Automotive

  Zastosowania w liniach produkcyjnych, stanowiskach montażowych, maszynach specjalnych, oprzyrządowaniu.

• Energetyka i przemysł ciężki

  Duże zawory sterują ciężkimi siłownikami, mechanizmami wykonawczymi, systemami technologicznymi.

  

CETOP w ofercie Pneumat System

W ofercie Pneumat System dostępne są rozwiązania wykorzystywane przy projektowaniu, budowie, eksploatacji i modernizacji układów pneumatycznych oraz hydraulicznych. W obszarze hydrauliki zastosowanie mogą znajdować między innymi:

• zawory i rozdzielacze hydrauliczne,

• elementy sterujące przepływem i ciśnieniem,

• komponenty przyłączeniowe,

• armatura hydrauliczna,

• przewody hydrauliczne,

• szybkozłącza hydrauliczne,

• elementy filtracji,

• komponenty wykorzystywane przy budowie agregatów i instalacji.

Przy modernizacji układów opartych na standardzie CETOP specjaliści Pneumat System mogą wspierać dobór elementów pod kątem nie tylko samej powierzchni montażowej, ale również przepływu, ciśnienia, funkcji rozdzielacza, charakterystyki suwaka, sposobu sterowania, rodzaju medium, sposobu wykonania instalacji. Ma to szczególne znaczenie przy dobieraniu zamienników do starszych maszyn, gdzie samo oznaczenie producenta może być niewystarczające. Oferta Pneumat System obejmuje również szeroki zakres pneumatyki przemysłowej: rozdzielacze, elektrozawory, wyspy zaworowe, siłowniki, przygotowanie sprężonego powietrza, przewody, złącza, szybkozłącza oraz komponenty automatyki. Dzięki temu możliwe jest kompleksowe podejście do maszyn wykorzystujących równocześnie napędy pneumatyczne i hydrauliczne.

Autor:
Wojciech Nowaczyk
Starszy doradca ds.
techniczno-handlowych
Pneumat.

Autor:
Wojciech Nowaczyk
Starszy doradca ds.
techniczno-handlowych
Pneumat.