Pneumatik Grundlagen: Begriffe, Eigenschaften und Aufbereitung von Druckluft

Grundlagen der Pneumatik und Drucklufttechnik

Die Pneumatik ist ein faszinierendes Feld der Ingenieurwissenschaften, das sich mit der Anwendung von Druckluft zur Verrichtung von Arbeit befasst. Um die Funktionsweise pneumatischer Systeme vollständig zu verstehen, ist es wichtig, die grundlegenden Begriffe und Konzepte zu kennen.

Wichtige Begriffe und Definitionen

• Durchfluss (Flow)

  Menge des Mediums pro Zeiteinheit, gemessen in l/min oder m³/h.

• Druck

  Kraft pro Flächeneinheit. Standardeinheiten sind: 1 bar = 10⁵ Pa = 1 atm = 1 kp/cm².

• Absolutdruck

  Der tatsächliche Druck, der den atmosphärischen Druck einschließt.

• Relativ- oder Differenzdruck

  Misst den Druck im Verhältnis zum atmosphärischen Druck.

• Temperatur

  Maß für die Wärmeenergie. Die Umrechnung von Celsius nach Kelvin erfolgt über: K = 273,15 + °C.

• Leistung (Performance)

  Das Verhältnis zwischen dem erzielten Nutzen und dem verbrauchten Aufwand, ausgedrückt in %.

• Boyle-Mariotte-Gesetz

  Das von einer Gasmasse bei konstanter Temperatur eingenommene Volumen ist umgekehrt proportional zum Druck.

• Charles-Gesetz

  Das von einer Gasmasse bei konstantem Druck eingenommene Volumen ist direkt proportional zur absoluten Temperatur.

• Gay-Lussac-Gesetz

  Bei konstantem Volumen ist der Druck eines Gases direkt proportional zur absoluten Temperatur.

• Kombiniertes oder allgemeines Gasgesetz

  Der Druck eines Gases ist umgekehrt proportional zu seinem Volumen und direkt proportional zu seiner absoluten Temperatur.

• Venturi-Effekt

  Der Druck einer Flüssigkeit in einem verengten Querschnitt ist geringer, während die Geschwindigkeit der Flüssigkeit zunimmt.

Grundlegende Eigenschaften der Druckluft

• Fließfähigkeit

  Luft bietet wenig Widerstand gegen Verschiebung.

• Kompressibilität

  Luft kann in einem Behälter komprimiert werden, wodurch der Druck erhöht wird.

• Elastizität

  Der Druck in der Druckluft wird mit gleicher Intensität in alle Richtungen übertragen und füllt das gesamte umgebende Volumen aus.

Klassifizierung der Pneumatik

• Grundlagen der Pneumatik

  Die Untersuchung grundlegender pneumatischer Komponenten und Schaltungen zur Steuerung von Geschwindigkeit oder Position eines einzelnen Antriebs.

• Sequenzen

  Bei Bedarf werden pneumatische Techniken eingesetzt, um repetitive Bewegungen durchzuführen, indem mehrere Antriebe in einer automatischen Kette verbunden werden.

• Elektropneumatik

  Wenn ein höheres Maß an Komplexität erforderlich ist oder die Sicherheit der Installation es erfordert, wird eine Kombination aus rein pneumatischen und elektrischen Steuerungstechniken eingesetzt, oft gesteuert durch eine SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung).

Aufbereitung von Druckluft

Die Qualität der Druckluft ist entscheidend für die Effizienz und Langlebigkeit pneumatischer Systeme. Daher durchläuft die Luft verschiedene Aufbereitungsschritte.

• Vorfilterung

  Hierbei werden Verunreinigungen wie Staub, Fett und Feuchtigkeit entfernt.

• Kompression

  Kompressoren werden eingesetzt, um den erforderlichen Druck zu erzeugen (in der Industrie bis zu 12 bar). Diese Maschinen sind darauf ausgelegt, Druckluft zu erzeugen und werden von Elektromotoren oder Verbrennungsmotoren angetrieben. Bei der Auswahl eines Kompressortyps müssen zwei grundlegende Aspekte berücksichtigt werden: der erforderliche Volumenstrom und der Arbeitsdruck. Kompressoren werden unterteilt in:

  • Verdrängerkompressoren: Kolbenkompressoren, Drehkolbenkompressoren, Schraubenkompressoren.
  • Strömungskompressoren: Axialkompressoren, Radialkompressoren.

• Kühlung und Entfeuchtung

  Da Druckluft bei der Kompression hohe Temperaturen erreicht, durchläuft sie einen Kühl- und Entfeuchtungsprozess, um Kondensatbildung zu vermeiden.

• Speicherung

  Die Druckluft wird in der Regel in Speichertanks gelagert, um Druckschwankungen auszugleichen und einen konstanten Vorrat zu gewährleisten.

• Wartungseinheit (FRL)

  Die Druckluft durchläuft eine sogenannte Wartungseinheit (FRL), die aus einem Filter, einem Druckregler mit Manometer und einem Öler (Lubricator) besteht. Diese Einheit sorgt für saubere, geregelte und geschmierte Luft, was für die Lebensdauer der pneumatischen Komponenten unerlässlich ist.