Grundlagen der Strömungsmechanik: Pneumatik und Hydraulik

Grundlagen der Strömungsmechanik

Die Strömungsmechanik befasst sich mit dem Studium der Gesetze und Grundsätze für das Verhalten von Flüssigkeiten und Gasen. Die beiden wichtigsten technischen Anwendungsgebiete sind die Pneumatik und die Hydraulik.

Hydraulik

Die Hydraulik ist ein Teilgebiet der Physik und des Ingenieurwesens, das für die Untersuchung der mechanischen Eigenschaften von Flüssigkeiten verantwortlich ist.

Definition: Fluid

Ein Fluid ist ein Element oder Stoff, der keinem Scherkräfte-Einfluss widerstehen kann. Fluide unterteilen sich in Flüssigkeiten und Gase. Häufig verwendete Fluide sind Wasser, Luft, Wasserdampf und Mineralöle.

Eigenschaften von Fluiden

• Mobilität: Die Medien nehmen die Form des Behälters an, der sie enthält.
• Inkompressibilität: Flüssige Fluide lassen sich nicht komprimieren.
• Viskosität: Flüssigkeiten bieten Widerstand gegen Formänderungen unter Einwirkung äußerer Kräfte.
• Ausdehnbarkeit: Gase nehmen nicht nur die Form des Behälters an, sondern füllen auch dessen gesamtes Volumen aus.
• Isotropie: Die Eigenschaften von Fluiden sind unabhängig von der Messrichtung (z. B. ist der Widerstand gegen Formänderung in alle Richtungen gleich).

Größen und Einheiten

Die grundlegenden Größen in pneumatischen und hydraulischen Schaltungen sind Druck und Durchfluss.

• Druck (P): Der Druck ist definiert als eine Kraft, die auf eine Oberfläche wirkt. Formel: P = Kraft / Fläche (P = F / S).
• Durchfluss (C): Die Menge der Flüssigkeit, die durch eine Oberfläche zirkuliert. Formel: C = V / t.

Elemente eines pneumatischen Kreises

Dazu gehören der Kompressor, das Verteilernetz, die Antriebe sowie Vertriebs- und Hilfselemente.

Ventile und Steuerungen

Ventile dienen dazu, den komprimierten Luftstrom zu stoppen oder umzuleiten. Sie verfügen über eine Reihe von Öffnungen und Auslässen, die je nach gewählter Position durch einen Befehl miteinander verbunden werden.

Arten von Ventilen: Rückschlagventile, Durchflussregelventile und Wechselventile.

Aktuatoren

Pneumatische Zylinder sind die gängigsten Aktuatoren.

• Zylinder einfachwirkend: F = S · P (Kolbenfläche)
• Zylinder doppeltwirkend: F = P · (S_Kolben - S_Stange)