Vakuumerzeuger - Wie sie funktionieren

Vakuumerzeuger werden in der Regel zur Erzeugung einer Niederdruckumgebung für eine Vielzahl industrieller und wissenschaftlicher Anwendungen eingesetzt, z. B. zur Vakuumverpackung, Destillation, Filtration und Trocknung. Dieser Artikel befasst sich mit den Funktionsprinzipien von pneumatischen und elektrischen Vakuumerzeugern, ihren Vor- und Nachteilen und der Auswahl zwischen ihnen.

Inhaltsübersicht

• Arten von Vakuumerzeugern
• Pneumatische Vakuumerzeugung
• Vor- und Nachteile von Vakuumerzeugern
• Anwendungen für Vakuumerzeuger
• Elektrischer Vakuumpumpe
• Vor- und Nachteile von Vakuumpumpen
• Anwendungen von Vakuumpumpen
• Auswahlkriterium
• FAQs

Arten von Vakuumerzeugern

Vakuumerzeuger werden in zwei Typen unterteilt: pneumatische Vakuumerzeuger (auch Venturi-Vakuumerzeuger genannt) und elektrische Vakuumpumpen (auch elektrische Vakuumerzeuger genannt).

Pneumatische Vakuumerzeugung

Ein pneumatischer Vakuumerzeuger ist ein Gerät, das nach den Prinzipien der Strömungsmechanik arbeitet, insbesondere nach dem Bernoulli-Prinzip und dem Venturi-Effekt. Er verwendet Druckluft, um eine Niederdruckzone zu erzeugen, die es ihm ermöglicht, ein Vakuum für verschiedene Anwendungen wie Absaugen oder Filtern zu erzeugen.

Funktionsprinzip der pneumatischen Vakuumerzeuger

Ein pneumatischer Vakuumerzeuger hat eine Einlassöffnung, in die Druckluft eintritt. Die Luft strömt durch einen verengten Raum, die Düse. Die Geschwindigkeit der Luft nimmt aufgrund des engeren Querschnitts zu, was dem Bernoulli-Prinzip entspricht.

Der mit hoher Geschwindigkeit strömende Druckluftstrom wird dann durch einen Diffusor geleitet, dessen Querschnitt sich allmählich erweitert. Die Geschwindigkeit der Luft nimmt ab, wodurch sich ihr Druck erhöht. Dieser Druckanstieg führt zu einer Niederdruckzone in der Nähe der Düse und des Diffusors (Abbildung 2, Kennzeichnung B).

In der Niederdruckzone kann ein Unterdruck erzeugt werden, indem ein Saugnapf oder eine andere Saugvorrichtung an eine sekundäre Einlassöffnung angeschlossen wird, die mit der Niederdruckzone verbunden ist (Abbildung 2, Kennzeichnung A). Die Niederdruckzone bewirkt, dass der atmosphärische Druck das Objekt in Richtung der Saugvorrichtung drückt, wodurch eine Saugkraft entsteht.

Der Betrieb eines pneumatischen Vakuumerzeugers hängt von folgenden Faktoren ab:

• die Durchflussmenge der Druckluft
• der Durchmesser der Düse
• der Winkel des Diffusors
• die Form und Größe der sekundären Einlassöffnung

Durch sorgfältige Kontrolle dieser Faktoren kann eine optimale Niederdruckzone für eine Vielzahl von Anwendungen geschaffen werden.

Einstufig

Ein einstufiger Vakuumerzeuger hat das oben beschriebene grundlegende Funktionsprinzip.

Mehrstufig

Ein mehrstufiger Vakuumerzeuger verfügt über mehrere Venturidüsen (Abbildung 3, Kennzeichnung A), die in einer Reihe angeordnet sind. Die Druckluft strömt durch eine Anschlussöffnung ein. Wenn diese Luft durch die Mehrfach-Venturidüsen strömt, bilden sich Niederdruckzonen, die die Luft durch den Einlass anziehen (Abbildung 3, Kennzeichnung B). Das Saugvermögen des Einlasses ist die Summe der Saugkraft, die in der Niederdruckzone jeder Venturidüse erzeugt wird. Daher kann ein mehrstufiger Vakuumerzeuger eine viel höhere Saugleistung für die gleiche Menge an Druckluft liefern als ein einstufiger Vakuumerzeuger.

Einstufige vs. mehrstufige Vakuumerzeuger

Die folgenden Faktoren helfen bei der Entscheidung, ob ein einstufiger oder mehrstufiger Vakuumerzeuger für eine bestimmte Anwendung am besten geeignet ist:

• Anwendungen Mehrstufige Vakuumerzeuger können schwerere Lasten heben als einstufige Vakuumerzeuger. Ersteres eignet sich besser für Beispiele wie den Materialtransport bei Bauprojekten. Letztere eignet sich besser für Beispiele wie das Heben von elektronischen Bauteilen oder die Handhabung von dünnen Materialbahnen.
• Vakuumniveau: Ein einstufiger Vakuumerzeuger kann ein Verhältnis von Druckluft zu Vakuum von 1:1 erzeugen. Ein mehrstufiger Vakuumerzeuger kann ein Verhältnis von über 1:4 erzeugen.
• Stromverbrauch: Mehrstufige Vakuumerzeuger benötigen weniger Druckluft, um ein höheres Vakuum zu erzeugen.
• Kosten: Mehrstufige Vakuumerzeuger sind in der Regel teurer als einstufige Erzeuger.
• Wartung: Mehrstufige Vakuumerzeuger sind wartungsintensiver, da sie eher verstopfen als einstufige Vakuumerzeuger. Außerdem sind einstufige Vakuumerzeuger einfacher aufgebaut und leichter zu reparieren.

Kompakt

Ein kompakter Vakuumerzeuger verfügt über eine integrierte Ventil- und Systemüberwachungstechnik. Diese Integrationen ermöglichen die Steuerung der Ansaugung ohne den Einsatz eines externen Ventils, das den Druckluftdurchsatz steuert. Kompakte Vakuumerzeuger werden am häufigsten in vollautomatischen Handhabungssystemen eingesetzt.

Vor- und Nachteile von Vakuumerzeugern

Profis

• Vakuumerzeuger sind sehr kompakt und haben ein geringes Gewicht, so dass sie in der Nähe der Anwendung installiert werden können.
• Es entsteht sehr schnell ein Vakuum.
• Es gibt keine beweglichen Teile, was zu einem geringen Verschleiß und praktisch keiner Wartung führt.
• Es wird keine Wärme erzeugt.
• Relativ geringe Anfangsinvestition.

Nachteile

• Auf der Baustelle muss Druckluft zur Verfügung stehen.
• Druckluft ist relativ teuer, was die Gesamtkosten von pneumatischen Vakuumerzeugern auf lange Sicht erhöht.

Anwendungen für Vakuumerzeuger

Nahezu jede Branche, die Pick-and-Place-Roboter einsetzt, verwendet Vakuumerzeuger in diesen Robotern. Einige Beispiele sind Zuführungsanwendungen in der Automobilindustrie und End-of-Line-Anwendungen wie Lebensmittelverpackungen.

Elektrische Vakuumpumpe

Elektrische Vakuumpumpen werden eingesetzt, wenn ein hohes Saugvermögen erforderlich ist oder wenn keine Druckluft zur Verfügung steht. Vakuumpumpen arbeiten, indem sie die Luftmoleküle aus der Vakuumkammer entfernen. Es besteht aus einem exzentrisch montierten Rotationslaufrad mit Kohlenstoffschaufeln (Abbildung 5, Kennzeichnung A). Das Laufrad wird durch die Zentrifugalkraft gegen die Gehäusewand gepresst, wodurch eine hervorragende Abdichtung entsteht. Die Größe der einzelnen Kammern (Abbildung 5, Kennzeichnung B) ändert sich mit der Drehung des Laufrads. Je größer die Kammer wird, desto mehr dehnt sich die Luft in ihr aus. Dadurch sinkt der Druck in der Kammer und es entsteht ein Teilvakuum. Die Luft wird also angesaugt, komprimiert und durch den Auslass ausgestoßen. Der hohe Kompressionsfaktor trägt dazu bei, dass die Vakuumpumpe ein hohes Vakuum erzeugt und ein hohes Saugvermögen bietet.

Vor- und Nachteile von Vakuumpumpen

Profis

• Vakuumpumpen können eine sehr hohe Saugkraft erzeugen.
• Eine Vakuumpumpe kann als zentrale Stelle zur Erzeugung eines Vakuums für mehrere Standorte verwendet werden.
• Sie benötigen im Allgemeinen wenig Wartung.
• Es ist kein Druckluftsystem erforderlich.

Nachteile

• Vakuumpumpen sind komplexer und größer als Vakuumerzeuger.
• Vakuumpumpen erfordern eine höhere Anfangsinvestition.

Anwendungen von Vakuumpumpen

Vakuumpumpen sind ideal für Anwendungen, die hohe Saugkräfte oder einen sehr niedrigen Druck erfordern. Zum Beispiel:

• Industrielle Prozesse: Vakuumpumpen erzeugen Niederdruckumgebungen, die für bestimmte Reaktionen oder Vorgänge erforderlich sind.
• Forschung im Labor: Destillations-, Filtrations- und Trocknungsexperimente erfordern eine Umgebung mit niedrigem Druck.
• Druckindustrie: Vakuumpumpen halten das Papier während des Druckvorgangs in Position.

Auswahlkriterium

Auswahl eines pneumatischen Vakuumerzeugers

1. Ansaugrate
   1. Die Ansaugleistung wird gewöhnlich in m3/h, l/min oder cfm angegeben. Die Werte basieren auf Standardbedingungen, d. h. Umgebungstemperatur (20 °C) und Umgebungsdruck auf Meereshöhe (1013 mbar).
   2. Die maximale Saugleistung ist definiert als der maximale Durchfluss, den der Vakuumerzeuger aus der Umgebung absaugt.
   3. Die erforderliche Saugleistung ergibt sich aus dem Innenvolumen der Sauggreifer und der Rohrleitungen. Außerdem erfordert die Handhabung poröser Materialien, wie z. B. Karton, höhere Saugleistungen als bei luftdichten Materialien. Für diese Anwendungen ist eine hohe Saugleistung wichtiger als ein hohes Vakuumniveau.
2. Vakuumgrad
   1. Das Vakuumniveau wird in der Regel als Prozentsatz oder relativer Wert angegeben. Das Vakuum wird in Bezug auf den Umgebungsdruck angegeben. Ein Vakuumniveau von 80 % bedeutet, dass der Druck um 80 % niedriger ist als der Umgebungsdruck. Bei einem Umgebungsluftdruck von 1013 mbar absolutem Druck (14,7 psi) bedeutet ein 80%iges Vakuum einen absoluten Vakuumdruck von 202 mbar.
3. Evakuierungszeit
   1. Zeit in Sekunden, die benötigt wird, um ein bestimmtes Vakuumniveau zu erzeugen.
4. Luftverbrauch
   1. Dies ist der Verbrauch an Druckluft (in l/min oder scfm) durch den Generator, um ein bestimmtes Vakuumniveau zu erzeugen.

Vakuumerzeuger vs. Vakuumpumpe

• Energieverbrauch: Wenn keine Druckluft, aber Strom zur Verfügung steht, verwenden Sie eine Vakuumpumpe.
• Bewerbungsvoraussetzungen: Pneumatische Vakuumerzeuger eignen sich für Anwendungen, die ein niedriges Vakuumniveau erfordern, typischerweise bis zu 914 mbar. Für ein niedrigeres Vakuum ist möglicherweise eine Vakuumpumpe erforderlich.
• Durchflussmenge Vakuumerzeuger können keine so hohe Durchflussmenge liefern wie Vakuumpumpen.
• Wartung: Pneumatische Vakuumerzeuger sind einfacher zu warten als Vakuumpumpen.
• Kosten: Pneumatische Vakuumerzeuger haben geringere Anschaffungskosten als Vakuumpumpen, sind aber aufgrund des Preises der Druckluft langfristig teurer.
• Lärm: Vakuumerzeuger sind leiser als Vakuumpumpen.

Lesen Sie unseren Artikel über Vakuumsauger , um mehr über die Funktionsweise und die Arten von Vakuumsaugern zu erfahren.

FAQs

Benötigen Vakuumerzeuger ungeölte Druckluft?

Wir empfehlen ungeölte Luft. Der Grund dafür ist, dass sich bei der Verwendung von Schmiermitteln Schmutzpartikel im Vakuumerzeuger und Schalldämpfer absetzen können. Dies beeinträchtigt die Leistung des Geräts.

Wozu dient ein Vakuumerzeuger?

Vakuumerzeuger erzeugen einen Unterdruck, der für Hebeaufgaben erforderlich ist.

Wie funktioniert ein Luftvakuum?

Ein Luftvakuum verwendet eine Venturi-Düse, um eine Zone mit niedrigem Druck zu erzeugen, die es dem atmosphärischen Druck außerhalb des Vakuums ermöglicht, Luft durch eine Einlassöffnung hineinzudrücken, wodurch eine Saugkraft entsteht.

Wie kann man mit Druckluft ein Vakuum erzeugen?

Mit einer Venturidüse können Sie ein Vakuum erzeugen. Wenn die Luft durchströmt, wird sie beschleunigt und komprimiert. Nach dem Passieren der Verengung dehnt sich die beschleunigte Luft aus, und es entsteht ein Vakuum.