Grundlagen der Strömungsmechanik, Pneumatik und Hydraulik

Strömungsmechanik

Pneumatische Schaltungen und hydraulische Schaltungen sind fluidische Kreisläufe, die wie Strom einer Reihe von grundlegenden physikalischen Gesetzen und Prinzipien unterliegen, deren Studium als Strömungsmechanik bekannt ist.

Der atmosphärische Druck ist der Druck, der durch die atmosphärische Luft auf die Körper ausgeübt wird, die darin eingetaucht sind.

Das Pascal-Prinzip besagt, dass ein Druck, der auf eine in einem Gefäß eingeschlossene Flüssigkeit ausgeübt wird, in alle Richtungen mit dem gleichen Wert übertragen wird und wirkt.

Grundlegende Gesetze der idealen Gase

• Boyle-Mariotte-Gesetz: Wenn sich bei einem Gas das Volumen ohne Änderung der Temperatur ändert.
• Gay-Lussac-Gesetz: Wenn bei einem Gas ohne Druckänderung das Verhältnis von Volumen und Temperatur variiert, ist dies gegeben durch V / T = konstant.

Eigenschaften von Flüssigkeiten

Die wesentlichen Eigenschaften von Flüssigkeiten sind die folgenden vier:

• Fließvermögen: Dies ist die Fähigkeit einer Flüssigkeit zu fließen.
• Viskosität: Dies ist die Fähigkeit der Moleküle einer Flüssigkeit, sich übereinander zu bewegen.
• Kompressibilität: Wenn Druck auf eine Flüssigkeit ausgeübt wird, verringert sich das Volumen kaum.
• Strömungsform: Dies ist ein Merkmal, das die Art des Fließens betrifft. Sie kann laminar oder turbulent sein.

Pneumatische Schaltungen

Anwendungen von Druckluft

• Luftreinigungssysteme unter Druck
• Lackieren durch Spritzen
• Handgeführte Druckluftwerkzeuge
• Weichenstellung für Förderbänder
• Anheben von Lasten
• Einspannen von Teilen
• Systeme zur Maßprüfung
• Bremsvorgänge
• Öffnen und Schließen von Türen

Komponenten eines pneumatischen Systems

• Druckluftgenerator: Dies ist das Gerät, das die Luft aus der Atmosphäre verdichtet, bis der für die Installation erforderliche Druck erreicht ist.
• Pneumatische Antriebe oder Motoren: Sie sind dafür verantwortlich, den Luftdruck in nutzbare mechanische Arbeit umzuwandeln.
• Rohre und Leitungen: Durch sie wird die Luft kanalisiert.
• Steuerungselemente: Sie garantieren die Versorgungssicherheit und eine angemessene Steuerung.

Arten von Kompressoren

• Kolbenkompressoren: Sie sind am weitesten verbreitet. Ein auf- und abgehender Kolben verdichtet die Luft in einer Kammer.
• Rotationskompressoren: Sie sind vorteilhafter als die vorangegangenen, da sie einen konstanten Luftstrom gewährleisten und eine geringere Geräuschentwicklung aufweisen.

Pneumatische Antriebe (Aktoren)

Die Antriebe sind Geräte, die für die Umwandlung der potenziellen Energie der Druckluft in mechanische Energie zuständig sind.

• Zylinder: Diese erzeugen geradlinige Bewegungen. Sie sind die am häufigsten verwendeten Aktoren.
• Motoren: Erzeugen eine Kreisbewegung aus Druckluft.

Zylindertypen und Faktoren

Einfachwirkende Zylinder: Sie werden aktiviert, wenn Druckluft an einem Ende eintritt, und kehren durch eine Feder in ihre Ruhelage zurück, wenn die Druckluftzufuhr stoppt; der Luftanschluss befindet sich an der Außenseite.

Es müssen zwei Faktoren berücksichtigt werden:

• Der Reibungsverlust beträgt ca. 10 %.
• Die Sicherheitsmarge beträgt ca. 30 %.

Doppelwirkende Zylinder: Sowohl das Ausfahren als auch das Einfahren der Kolbenstange erfolgt durch Luftdruck.

Steuerung und Regelventile

Für den Betrieb der Steuerventile gibt es mehrere Möglichkeiten:

• Manuelle Betätigung: Wie ein Schalter oder eine Taste.
• Mechanischer Antrieb: Ein Kontaktmechanismus aktiviert das Steuerventil.
• Pneumatischer Antrieb: Hierbei steuert der entsprechende Luftdruck das Ventil.
• Elektrischer Antrieb: Ein elektrischer Impuls (Vorsteuerung) steuert den Verteiler.

Der hydraulische Kreislauf

Grundlagen und Anwendungen

Die Pneumatik hat eine Reihe von Beschränkungen hinsichtlich Kraft und Präzision in der Bewegung.

Einige Anwendungen der Hydraulik sind:

• Werkzeugmaschinen: Vorschubbewegungen bei der Bearbeitung, Spanntechnik, Bewegungen des Schleifmaschinentisches.
• Fahrzeuge: Bremsen, Automatikgetriebe, Heben und Wenden von Lasten etc.
• Pressen: Pressen von Bauteilen, Befestigung, Trennbewegungen usw.
• Baumaschinen: Systeme zum Pressen, Klemmen, Heben und Umschlag.
• Flugzeuge: Einziehfahrwerk, Bewegen von Rudern, Querrudern und Landeklappen.
• Krane und Roboterarme: Heben, Transport und Umschlag.