Grundlagen der Pneumatik und Hydraulik
Das Vertriebsnetz in der Pneumatik
Vertriebsnetz: Die Menge der Rohre führt die Druckluft zu allen pneumatischen Schaltelementen. Dieses Netzwerk ist Teil des Speichersystems und garantiert den Druck sowie die Luftgeschwindigkeit an allen Punkten. Die Rohre des Vertriebsnetzes müssen bestimmte Durchmesser einhalten. Der Durchmesser der Leitung ist eine Funktion der Umlaufgeschwindigkeit der Luft, des Druckverlusts, des Leistungsdrucks, der Länge, der Wärmeleitung sowie bestehender Engpässe entlang der Leitung.
All diese Faktoren sind eng miteinander verflochten. Wenn zum Beispiel die Geschwindigkeit (V) steigt, erhöht sich auch der Druckverlust. Die Luftgeschwindigkeit sollte in der Regel zwischen 6 und 10 m/s liegen, und der Druckabfall sollte nicht größer als 0,1 bar sein. Um die Rohre zu berechnen, gibt es viele Tabellen und Diagramme, mit denen wir den ungefähren Durchmesser ermitteln, der für die Installation erforderlich ist.
Die Berechnung des Durchmessers gilt oft als kompliziert, besonders in großen pneumatischen Systemen, da zusätzlich Faktoren wie künftige Erweiterungen der Schaltung oder Steigerungen des Arbeitstempos berücksichtigt werden müssen. Das Netzwerk besteht oft aus Stahlrohren, deren Verbindungen durch Schweißen hergestellt werden. Dieses Verfahren bietet eine hohe Dichtigkeit bei geringeren Kosten. Allerdings birgt die Schweißnaht das Problem der Oxidation. Aus diesem Grund werden häufig Verbindungen mit Fittings verschiedener Art (Kegel- oder Schneidring) und aus verschiedenen Materialien (Stahl oder Kunststoff) verwendet. Andere Rohre bestehen aus Kunststoff, die für kleine Abschnitte und niedrige Drücke verwendet werden, obwohl ihr Preis sehr hoch sein kann. Zwei grundlegende Elemente des Vertriebsnetzes sind der Tank, der in allen Kreisen vorhanden ist, und die Akkumulatoren.
Behandlung und Aufbereitung von Druckluft
Für alle Elemente einer pneumatischen Schaltung ist es einwandfrei wichtig, Verunreinigungen zu entfernen. Um saubere Luft zu erreichen, ist es notwendig, eine Reihe von Hilfsmitteln einzusetzen:
- Filter: Diese werden an strategischen Punkten der Schaltung platziert.
- Separatoren: Sie entfernen Ölpartikel aus dem Schmierkreislauf, welche die Luft verunreinigen könnten.
- Kondensatsammler: Ihre Aufgabe ist es, Wasserpartikel zu eliminieren, die sich in der Luft bewegen.
Wenn dieser Prozess der Aufbereitung nicht durchgeführt wird, können verschiedene Fehler in der Schaltung auftreten. Einige der häufigsten Probleme sind:
- Schneller Verschleiß von Dichtungen
- Verstopfte Ventile durch Ölrückstände
- Übermäßige Kondensation im Luftfilter
Wenn die Feuchtigkeit in der Luft zu hoch ist, könnte dies folgende Konsequenzen für das pneumatische System haben: Starke Korrosion in Rohren, Trommeln und anderen Komponenten. Durch Korrosion erhöht sich der Verschleiß, was die Wartung verteuert. Zudem wird die Grundfettschicht einiger Komponenten abgetragen, was die Ventilfunktion beeinträchtigt. Dies verursacht erhebliche Störungen bei der Arbeit sowie Verschmutzungen und Beschädigungen an Orten, an denen die Druckluft in direkten Kontakt mit empfindlichen Waren kommt.
Das Pascalsche Prinzip
Pascal-Prinzip: Das Gesetz von Pascal besagt, dass Druck, der auf eine eingeschlossene Flüssigkeit ausgeübt wird, vollständig in alle Richtungen übertragen wird und gleiche Kräfte auf gleiche Flächen ausübt. Diese Kräfte wirken senkrecht auf die Wände des Behälters. Das Pascalsche Gesetz erklärt, warum eine volle Wasserflasche brechen kann, wenn man einen Stopfen in die Öffnung drückt. Da die Flüssigkeit praktisch inkompressibel ist, überträgt sie den Druck auf den gesamten Behälter. Das Ergebnis ist eine Kraft auf eine Fläche, die wesentlich größer ist als die des Stopfens. So ist es möglich, den Boden der Flasche zu sprengen, indem man den Stecker mit moderater Kraft hineindrückt.
Der Druck ist die Verteilung der Kraft auf die Oberfläche.
Unter Druck als Einheit (Bar) ist die Kraft auf den Boden der Flasche das Produkt aus Druck und Fläche: F = P * S.
Hydraulische Systeme und Komponenten
Ein hydraulisches System umfasst Elektromotoren, Pumpen, Regelungselemente sowie Arbeits- und Bedienelemente. Ein elektrisch angetriebener Standardmotor treibt die Pumpe an. Die Rotation der Pumpe ist für die Erzeugung des Arbeitsdrucks mit dem erforderlichen Durchfluss für die Arbeitselemente zuständig. In diesem Sinne erfüllt sie eine ähnliche Funktion wie der Kompressor in der Pneumatik.
In einem hydraulischen Kreislauf müssen einige Komponenten wie Tank, Filter, Manometer und Sicherheitsventil vorhanden sein, um den Betrieb der Pumpe zu gewährleisten. Die Transportelemente (Rohrleitungen und Armaturen) sind für die Leitung der Flüssigkeit zum Verbrauchsort verantwortlich. Schließlich sind die Arbeitselemente die Aktoren, wie zum Beispiel Zylinder. Damit die motorische Funktion zum richtigen Zeitpunkt ordnungsgemäß abläuft, werden Elemente der Regulierung und Kontrolle eingesetzt.