Grundlagen der Pneumatik

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1 Grundlagen der Pneumatik Bearbeitet von Horst-Walter Grollius 2, aktualisierte Auflage 2009 Taschenbuch 205 S Paperback ISBN Format (B x L): 16,2 x 22,8 cm Gewicht: 362 g Weitere Fachgebiete > Technik > Werkstoffkunde, Mechanische Technologie > Hydraulik, Pneumatik Zu Inhaltsverzeichnis schnell und portofrei erhältlich bei Die Online-Fachbuchhandlung beck-shopde ist spezialisiert auf Fachbücher, insbesondere Recht, Steuern und Wirtschaft Im Sortiment finden Sie alle Medien (Bücher, Zeitschriften, CDs, ebooks, etc) aller Verlage Ergänzt wird das Programm durch Services wie Neuerscheinungsdienst oder Zusammenstellungen von Büchern zu Sonderpreisen Der Shop führt mehr als 8 Millionen Produkte

2 Leseprobe Horst-Walter Grollius Grundlagen der Pneumatik ISBN: Weitere Informationen oder Bestellungen unter sowie im Buchhandel Carl Hanser Verlag, München

3 D 6 Drucklufterzeugung und Druckluftaufbereitung 61 Drucklufterzeugung Die zum Betrieb pneumatischer Systeme benotigte È Druckluft wird in Verdich- tern (Kompressoren) erzeugt, die von Elektro- oder Verbrennungsmotoren angetrieben werden Zum Einsatz konnen È Hubkolben-, Drehkolben- oder Stromungsverdichter (Turboverdichter) kommen Welche Bauart zur Anwendung È gelangt, hangt È im Wesentlichen vom benotigten È Druck und dem geforderten Volumenstrom, in der Pneumatik Liefermenge genannt, ab Das Diagramm des Bildes 61 veranschaulicht die Einsatzbereiche der in Frage kommenden Verdichterbauarten Bild 61: Einsatzbereiche der Verdichterbauarten Zur Bestimmung der Liefermenge V _ 1 eines Verdichters wird der druckseitig vorhandene Volumenstrom V _ 2 auf den Ansaugzustand umgerechnet Es ist _ V 1 ˆ _ V 2 T 1 p 2 T 2 p 1 6:1

4 N 61 Drucklufterzeugung 85 Neben benotigtem È Druck und geforderter Liefermenge sind fur È die Auswahl ei- nes Verdichters auch Aspekte wie Raumbedarf, Energieverbrauch, Pulsation des Volumenstroms, Úlfreiheit und Wartungsaufwand mit in die Ûberlegungen einzubeziehen Turboverdichter kommen insbesondere dann zur Anwendung, wenn hohe Liefermengen ( V _ 1 > 600 m 3 =min) gefordert werden Die in der Industriepneumatik verlangten Liefermengen liegen meist darunter, so dass hier verstarkt È Hubund Drehkolbenverdichter, die nach dem Verdrangungsprinzip È arbeiten, zum Einsatz gelangen Zur Gruppe der Hubkolbenverdichter gehoren È die ein- und mehrstufigen Kolbenverdichter und die Membranverdichter Der einstufige Kolbenverdichter (Bild 62) saugt bei der Abwartsbewegung È des Kolbens (1) uber È das geoffnete È Einlassventil (2) atmospharische È Luft an; das Auslassventil (3) ist dabei geschlossen Bei der Aufwartsbewegung È des Kolbens wird die Luft verdichtet und uber È das geoffnete È Auslassventil (bei geschlossenem Einlassventil) der Druckleitung zugefuhrt È wird Dieser Vorgang wiederholt sich nach jeder Umdrehung der Kurbelwelle (4) Der durch den Kompressionsvorgang verursachte Anstieg der Lufttemperatur wird durch am Zylinderkopf angebrachte Kuhlrippen (5) (meist Luftkuhlung) È niedrig È gehalten Bild 62: Einstufiger Kolbenverdichter ± Prinzip (links: Ansaugvorgang, rechts: Kompressionsvorgang) In Bild 63 ist das p-v-diagramm des einstufigen Kolbenverdichters qualitativ dargestellt, das auch als Indikatordiagramm bezeichnet wird

5 , 86 6 Drucklufterzeugung und Druckluftaufbereitung Bild 63: p-v-diagramm (Indikatordiagramm) des einstufigen Kolbenverdichters (qualitativ) Das Indikatordiagramm zeigt mit I die Ansauglinie, die infolge von Druckverlusten in den Ansaugleitungen und Ventilen etwas unterhalb des Atmospharendruckes p amb verlauft, È mit II die Kompressionslinie, mit III die Ausschublinie, È die wegen der zu uberwindenden È Leitungswiderstande È uber È dem Druck des Leitungsnetzes liegt und mit IV die Ruckexpansionslinie È Diese zeigt den Verlauf der Expansion der im ¹schadlichen È Raum`` befindlichen Luft auf den Druck der Ansauglinie I Bild 64 zeigt als Beispiel fur È einen mehrstufigen Kolbenverdichter die Prinzipdarstellung eines zweistufigen Kolbenverdichters Die im linken Zylinder komprimierte und dabei erwarmte È Luft wird einen Zwischenkuhler È zugefuhrt, È der

6 d 61 Drucklufterzeugung 87 die Luft vor Eintritt in den rechten Zylinder abkuhlt È, in dem die weitere Verdichtung der Luft erfolgt Die mit der Abkuhlung È verbundene Volumenverkleinerung bewirkt eine Ersparnis an Antriebsleistung gegenuber È einem ohne Zwischenkuhlung È ausgefuhrten È Verdichter Die Zwischenkuhlung È ist auch deshalb erforderlich, da ohne diese der durch die Kompressionsvorgange È verursachte groûe Temperaturanstieg zu kaum beherrschbaren Problemen fuhrt È Bild 64: Zweistufiger Kolbenverdichter mit ZwischenkuÈhlung ± Prinzip Bei einem Membranverdichter (Bild 65) trennt eine Gummimembrane (1) die zu verdichtende Luft vom Zylinderraum (2) Der Kolben (3) ist mit der Gummimembrane verbunden, so dass diese die Auf- und Abwartsbewegung È des Kolbens zwangsweise mitmachen muss Da die Luft von den Teilen des Zylinderraumes uber È die Gummimembrane vollkommen getrennt ist, kann kein Úl (benotigt È zur Schmierung aufeinander gleitender Teile) in die Luft gelangen Der Einsatz dieser Verdichterbauart bietet sich deshalb besonders in der Lebensmittel- und pharmazeutischen Industrie an Die oben vorgestellten Verdichterbauarten fuhren È die Druckluft mit zeitlichen Unterbrechungen der Druckleitung zu (intermittierende Arbeitsweise) Die zur Gruppe der Drehkolbenverdichter gehorenden È Rotationsverdichter, Schraubenverdichter und Rootsverdichter liefern einen nahezu kontinuierlichen Druckluftstrom

7 A 88 6 Drucklufterzeugung und Druckluftaufbereitung Bild 65: Membranverdichter ± Prinzip Als Beispiel fur È einen Drehkolbenverdichter soll hier der haufig È verwendete Viel- zellen-rotationsverdichter (Lamellenverdichter) vorgestellt werden (Bild 66) Bild 66: Vielzellen-Rotationsverdichter ± Prinzip

8 ( 62 Druckluftaufbereitung 89 Der mit der Antriebswelle verbundene Rotor (1) fuhrt È in radial angeordneten Schlitzen Lamellen (2), die bei Drehung des Rotors durch die Fliehkraft und Federn (3) an die zylindrische Innenlaufflache È des Gehauses È (4) gedruckt È werden, deren Achse einen Abstand (Exzentrizitat È e) zur Drehachse des Rotors hat Dieser ist maûgebend dafur, È dass sich bei Drehung des Rotors die Zellen (5) vergroûern È und verkleinern Bei Drehung des Rotors entgegen Uhrzeigersinn wird das Volumen der sich unterhalb der Drehachse befindenden Zellen zunehmend groûer: È Luft wird uber È die Einlassoffnung È angesaugt Nach Erreichen des groûten È Zellenvolumens wird das Volumen der sich oberhalb der Drehachse befindenden Zellen zunehmend kleiner: Luft wird uber È die Auslassoffnung È der Druckleitung zugefuhrt È Vielzellen-Rotationsverdichter zeichnen sich durch geringen Raumbedarf und geringe Pulsation aus Hinweis: Auf die zur Gruppe der Drehkolbenverdichter gehoèrenden Schraubenverdichter und Rootsverdichter wird hier nicht naèher eingegangen 62 Druckluftaufbereitung Die vom Verdichter angesaugte atmospharische È Luft enthalt È Staubpartikel, die vom Ansaugfilter nur im begrenzten Maûe zuruckgehalten È werden Hinzukommt der in der Luft enthaltene Wasserdampf und weitere vom Verdichter stammende Schmierstoffpartikel und Partikel mechanischen Abriebs Negative Auswirkungen auf das die Druckluft verteilende Rohrleitungsnetz und die daran angeschlossenen Druckluftverbraucher konnen È sich auch dadurch ergeben, dass unter dem Einfluss der Temperatur die Partikel mit dem Luftsauerstoff chemisch reagieren, wobei Stoffe mit u U ganzlich È anderen (ev schadlichen) È Eigenschaften entstehen Das Rohrleitungsnetz stellt auch selbst eine Quelle der Verschmutzung dar, weil von der durchstromenden È Druckluft z B Rostteilchen gelost È und mitgenommen werden All diese Verunreinigungen machen die Aufbereitung der Druckluft, bevor sie die pneumatische Anlage erreicht, dringend erforderlich Der groûte È Teil der mit der atmospharischen È Luft vom Verdichter angesaugten Staubpartikel und die von ihm herruhrenden È Schmierstoffpartikel und Partikel mechanischen Abriebs werden in den Kondensatabscheidern der Kuhler È mit dem anfallenden Kondensat ausgeschieden Auch in dem zum Ausgleich von Druckschwankungen und zur Speicherung von Druckluft vorhandenen Druckluftspeicher (Windkessel) wird, da die Luft in ihm weiter abkuhlt, È zusatzlich È Kondensat mit noch darin enthaltenen Partikeln abgeschieden Zur Druckluftaufbereitung gehort È auch meist die Trocknung der Druckluft Nach speziellen Verfahren arbeitende Trockner (hier nicht naher È erlautert) È dienen dazu, den Wasserdampfgehalt der Druckluft weiter zu senken Kurz bevor der jeweiligen pneumatischen Anlage die Druckluft zugefuhrt È wird, sollte diese immer noch durch eine Wartungseinheit stromen È Darin findet die abschlieûende Feinaufbereitung der Druckluft statt Die in Bild 67 prinzipiell gezeigte Wartungseinheit besteht aus Druckluftfilter, Druckregelventil und Druckluftoler È

9 I 90 6 Drucklufterzeugung und Druckluftaufbereitung Bild 67: Wartungseinheit mit Druckluftfilter, Druckregelventil und DruckluftoÈler (FESTO) Im Druckluftfilter werden noch feinste Verunreinigungen aus der durchstroè - menden Druckluft entfernt Im unteren Teil der durchsichtigen Schale des Druckluftfilters setzt sich Kondensat ab, das vor Ûberschreiten einer Markierung abgelassen werden muss Das Druckregelventil halt È den Arbeitsdruck der pneumatischen Anlage konstant Die Aufgabe des Druckluftolers È besteht darin, die Druckluft mir einer dosierten Menge Úl anzureichern, wobei zu prufen È ist, ob die zu betreibende pneumatische Anlage die Ausrustung È der Wartungseinheit mit einem Druckluftoler È uberhaupt È erforderlich macht Generell gilt, dass die spezifischen Erfordernisse der jeweiligen pneumatischen Anlage die Auswahl der in Frage kommenden Wartungseinheit bestimmen Tafel 61: Reinheitsklassen nach VDMA-Einheitsblatt (angelehnt an ISO )

10 F 62 Druckluftaufbereitung 91 Fur È die Betreiber von pneumatischen Anlagen gibt das VDMA-Einheitsblatt (angelehnt an ISO ) Empfehlungen zu den erforderlichen Druckluftqualitaten È Daraus entnommen ist Tafel 61, die hinsichtlich fester Verunreinigungen, Feuchtigkeit und Gesamtolgehalt È acht Reinheitsklassen (0 bis 7) spezifiziert Hinweis: Im VDMA-Einheitsblatt findet man auch eine nach Industriezweigen geordnete Liste empfohlener Reinheitsklassen