Vakuumtheorie

DEFINITION VONATMOSPHÄRENDRUCK

Bevor wir definieren, was unter dem Begriff
Vakuum zu verstehen ist und welches die korrekte
Terminologie für diesen Bereich ist, sollte die
Bedeutung des Begriffs Atmosphärendruck erläutert
werden.

DEFINITION VON VAKUUMDie Erde ist von Schichten von Gasgemischen(Atmosphäre) umgeben, die den Planeten umhüllen.
Luftsäule

Gravitationskraft

Die Atmosphäre, die die Erde umgibt, hat ihr eigenes
Gewicht.
Der Atmosphärendruck ist das Verhältnis zwischen
der Gewichtskraft der Luftsäule und der Oberfläche,auf der sie lastet. Und es ist genau diese Größe,
mit der wir arbeiten, wenn wir Vakuum verwenden.
Es handelt sich um eine begrenzte Größe: Der
Atmosphärendruck kann nicht erhöht werden.
Er wird im internationalen System in Pascal und mit
einem Barometer genannten Messgerät gemessen.

VAKUUM ALS RELATIVER WERTVAKUUM ALS ABSOLUTER WERTIm Bereich der Vakuumtechnik wird Vakuum als
relativer Wert angegeben, d.h., dass der Druck im
Verhältnis zum Umgebungsdruck angegeben wird.
Dem angegebenen Vakuumwert ist ein negatives
Zeichen vorangestellt, weil der Umgebungsdruck als
Bezugspunkt mit 0 mbar angegeben wird.

Im wissenschaftlichen Bereich wird Vakuum als
absoluter Wert angegeben. Als Bezugspunkt wird
in diesem Fall der absolute Nullpunkt verwendet,d.h. ein Raum ohne Luft (z.B. der Weltraum).
Auf diese Weise hat der Vakuumwert immer ein
positives Vorzeichen. Das „Absolutvakuum“ wird
als Abwesenheit von Materie in einem Volumen
angesehen, ist jedoch nicht realisierbar, weil es nicht
möglich ist, alle Gase vollständig zu beseitigen. Da
ein Druckwert von Null praktisch unerreichbar ist,
wird der Vakuumwert mit einer Dezimalzahl mit sovielen Nullen nach dem Komma angegeben, wie derDruckwert niedriger bzw. der Vakuumwert „höher“‘ist.

Unterdruck/Vakuum

Atmosphärendruck ist auf Meereshöhe höher als ein
Punkt auf einem Berggipfel. Das liegt daran, dassdie Luftmasse, die sich über dem Punkt auf dem
Berg befindet, geringer ist als die Luftmasse, dieüber dem Punkt auf Meereshöhe liegt.

Im Bereich des Industrievakuums werden
unterschiedliche Begriffe und Messeinheiten in
Bezug auf Luftdruck und -durchsatz verwendet. Zu
diesem Zweck sollte die Bedeutung dieser Größen
erläutert werden.

-1000Überdruck

-500

0

+500

Absolutvakuum

+1000

mbar

Umgebungsdruck

Flugzeug10.000 m 26 kPa

Normaler
Atmosphärendruck

+500

+1000

mbar

Absoluter Nullpunkt

Das Diagramm zeigt das Verhältnis zwischen
absolutem, relativem und negativem Druck. Es
geht daraus hervor, dass in dem Fall, in dem
nicht angegeben wird, auf welchen Druck Bezug
genommen wird, man großen Irrtümern unterlegenkann. Der Wert 40 kPa kann drei unterschiedliche
Situationen angeben.

kPa

Mount Everest
8.848 m 33 kPa0

130 kPa

40 kPa

30 kPaÜberdruck

101.3 kPa

Berg
600 m 93,8 kPa- 40 kPa

Unterdruck Vakuum

40 kPaMeereshöhe
0 m 101,3 kPa

Absolutvakuum
0 kPa

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3Vakuumtheorie
Wir definieren Druck als Ergebnis einer Kraft, diesenkrecht auf eine Flächeneinheit einwirkt.
Gase setzen sich aus einer Vielzahl von Partikeln
zusammen, die ständig in Bewegung sind. Wennsie auf einer Oberfläche kollidieren, erzeugen diese
Kollisionen einen Schub, der als Kraft gemessen
werden kann. Der Druck ist die Summe aller von den
Partikeln auf der Flächeneinheit erzeugten Kräfte.
Die Partikel, aus denen sich Gase zusammensetzen,verteilen sich gleichmäßig im Raum, wenn sie sichim thermodynamischen Gleichgewicht befinden, so
dass Druck und Zusammensetzung des Gases anjedem Punkt des Referenzbereichs gleichförmig sind.
Es ist daher zu betonen, dass es nur eine Druckart
gibt, deren Ausgangswert 0 (Absolutvakuum) ist.
Alle Wert über der 0 werden als Absolutdruck
angegeben. Wie zuvor erwähnt, ist der Wert desAtmosphärendrucks auf Meereshöhe 101,3 kPa
und wird als Bezugspunkt verwendet, wenn man vonrelativem Druck spricht, der negativ (Unterdruck)oder positiv (Überdruck) sein kann.

DEFINITION VON DRUCK

MAßEINHEIT IM VAKUUM

Normaler
Atmosphärendruck

Die Maßeinheit für den Druck im internationalen
System ist Pascal (mit dem Symbol Pa):
1 Pascal entspricht der Kraft von 1 N, die auf eine
Fläche von 1 m² einwirkt.
kPa und MPa sind Vielfache.

MAßEINHEIT DES DRUCKSIm Bereich des Industrievakuums werden
unterschiedliche Begriffe und Messeinheiten in
Bezug auf Luftdruck und -durchsatz verwendet.

Nehmen wir eine horizontal angeordnete Fläche A,
auf die eine Kraft F senkrecht zu ihr einwirkt.
Der Druck ist definiert als das Verhältnis zwischen
der Kraft F und der Fläche, auf die sie einwirkt:

mbar

Torr

kPa

-kPa

%
vacuum

-inHg

1013

760

101.3

0

0

0

800

600

80

20

20

6

400

300

40

60

60

18

100

75

10

90

90

27

0

0

0

101.3

100

30

p=F/A

Absolutvakuum

F

S

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5Vakuumtheorie
IM INDUSTRIEVAKUUMANZUWENDENDE KORREKTETERMINOLOGIEDie im Gebiet des Vakuums verwendete Terminologie
muss sowohl im Fall elektromechanischer Systeme
als auch im Fall von Druckluftsystemen kohärent
sein. Nur wenn dieselbe Sprache gesprochen wird,
können echte Vergleiche angestellt werden. Die
wichtigsten Begriffe, die bei der Durchführung eines
Vakuumsystems zu verstehen und zu verwendensind, sind Folgende:

VOLUMENSTROM/LEISTUNGDie Evakuierungsgeschwindigkeit des Atmosphärendrucks innerhalb eines Systems oder die Luftmenge, die durcheine Pumpe fließt. Q = V/t
Der Volumenstrom bestimmt auch die Fähigkeit, eventuelle Verluste auszugleichen. Die Evakuierungsgeschwindigkeit
ist umgekehrt proportional zum Vakuum-Niveau.

VERBRAUCH
Im Industrievakuum wird der Verbrauch einer pneumatischen Pumpe in Nl/min oder Nl/s gemessen.

NORMALLITER (Nl)Der Normalliter ist das Volumen, das eine bestimmte Menge (Masse) an Gas einnehmen würde, wenn diese auf
Atmosphärendruck gebracht würde.
Wir können also sagen, dass der Normalliter dazu dient, die Masse eines Gases zu messen.
Weil Gase komprimierbar sind, ist es nicht möglich, ihre Menge nur durch die Angabe des von ihnen eingenommenen
Volumens anzugeben, es muss auch der Druck, bei dem sie sich befinden, angegeben werden.
In Normallitern zu denken ist nützlich, um Volumen von Gasen zu vergleichen, die sich bei verschiedenen Drücken
befinden.
Bei mechanischen Vakuumpumpen dient es dazu, den Durchsatz der angesaugten Luft eindeutig anzugeben.
Bei pneumatischen Vakuumpumpen dient es auch dazu, den vom Vakuum erzeugten Druckluftverbrauch korrekt
anzugeben.

HUBKRAFTLUFTSTROM
Bestimmt die Luftmenge, die bei einem Druck evakuiert wird, die dem Atmosphärendruck entspricht. Der Begriff wirdvon den Herstellern von Vakuumpumpen häufig für die Angabe der Eigenschaften angegeben.

Die Hubkraft eines Saugnapfs wird anhand des Verhältnisses zwischen dem Druck und dem Bereich der
Kontaktfläche bestimmt.

VOLUMEN
Der Gesamtbereich eines Systems umfasst alle Räume einschließlich des Anwendungsbereichs.

VAKUUM-NIVEAU
Der Begriff definiert das Druckniveau innerhalb eines Systems, das gewöhnlich in kPa gemessen wird.
Das Vakuum-Niveau bestimmt die Hubkraft eines Saugnapfs oder die Menge der Restatmosphäre.
Je höher das Vakuum-Niveau, desto niedriger die Evakuierungsgeschwindigkeit.

KLASSIFIZIERUNG VON VAKUUM
Vakuum wird normalerweise in drei Anwendungsbereiche unterteilt, die vom erforderlichen Vakuum-Niveau abhängigsind.

NIEDRIGES VAKUUMDRUCKLUFT

Es wird in allen Anwendungen eingesetzt, bei denen ein hoher Luftdurchsatz erforderlich ist. Das Vakuum-Niveau liegt
gewöhnlich zwischen 0 und -20 kPa.
In diesem Bereich werden normalerweise elektromechanische Laufrad-Pumpen verwendet. Der Siebdruck auf
Textilien gehört zu den typischen Anwendungen, die ein niedriges Vakuum-Niveau und eine hohe Saugleistung
erfordern. (Anwendung für Belüftung, Kühlung oder Reinigung).

Sie ist die Energiequelle, die eine pneumatische Vakuumpumpe versorgt. Die Druckluft ist mit der Elektrizität
vergleichbar, die eine elektromechanische Vakuumpumpe speist.
Sie wird von einem Kompressor geliefert und über korrekt dimensionierte Leitungen verteilt.

INDUSTRIEVAKUUMDRUCKLUFTDRUCK

Unter dem Begriff Industrievakuum wird ein Vakuum zwischen -20 und -99 kPa verstanden. Dieser Bereich deckt die
meisten Anwendungen ab. Industrievakuum wird bei allen Anwendungen zum Handhaben, Heben und Halten vonMaterialien verwendet.

Der Druckluftdruck wird in bar gemessen.
Die optimalen Leistungen einer Druckluftpumpe werden durch den Ausgleich zwischen dem vom Kompressor
gelieferten Druck und dem erforderlichen Vakuum-Niveau erzielt.

PROZESSVAKUUMENTLASTUNGSZEITDie Zeitdauer, die erforderlich ist, um ein bestimmtes Luftvolumen auf ein in s/l gemessenes vorgegebenes VakuumNiveau zu bringen.
Entlastungszeit =6

Erforderliche Entlastungszeit

Es handelt sich um Anwendungen, bei denen das erreichte Vakuum-Niveau über -99 kPa liegen kann. Im Allgemeinen
wird als Maßeinheit das Torr verwendet. Die Saugleistung ist minimal und die Anwendungen wissenschaftlicher Naturbeinhalten Raumsimulationen. (Beschichtung mit molekularer Ablagerung)Das höchste auf der Erde erreichte Vakuum-Niveau weicht erheblich vom Wert des Absolutvakuums ab, der ein rein
theoretischer Wert bleibt. Selbst im Weltraum, und somit in Abwesenheit einer Atmosphäre, sind Atome minimal
vorhanden.

Systemvakuum

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7Vakuumtheorie

VAKUUMPRODUKTEWIE VAKUUM ERZEUGT WIRD

Obwohl es verschiedene Methoden gibt, um Vakuum
zu erzeugen, können wir sagen, dass die beiden
Hauptmethoden Folgende sind:

PNEUMATISCHE EJEKTORPUMPEN

MECHANISCHE PUMPEN

DRUCKLUFTPUMPEN

Die grundlegende Eigenschaft, die allen mechanischen Pumpen eigen ist,besteht darin, dass sie ein bestimmtes Luftvolumen vom Einlassbereich zum
Auslassbereich befördern und auf diese Weise einen Unterdruck erzeugen.
Mechanischen Pumpen werden im Allgemeinen von einem Elektromotor
angetrieben, manchmal von einem hydraulischen oder pneumatischeninternen Verbrennungsmotor.

Vakuumpumpen, die im Allgemeinen als Vakuumgeneratoren definiert
werden, verwenden das Bernoulli-Prinzip, das auf dem Vorhandenseineines Verhältnisses zwischen Druck und Geschwindigkeit beruht: Die hohe
Geschwindigkeit eines Fluids (wie Luft oder Wasser) entspricht einem
niedrigen Druck und umgekehrt.

EJEKTOR
Das Betriebsprinzip von luftbetriebenen Vakuumgeneratoren besteht in derEinspritzung von Druckluft in eine Kegeldüse, die Ejektor genannt wird. Die
Druckluft erreicht durch die Kegeldüse eine Überschallgeschwindigkeit, die
Niederdruckmoleküle anzieht.
Der externe Atmosphärendruck strömt und versucht, das Gleichgewicht
des Systems wiederherzustellen. Die Mischung aus der durch den Ejektor
strömenden Druckluft und der Luft mit Atmosphärendruck fließt durch den
Auslass.
Das Vakuum-Niveau, das ein Ejektor erreichen kann, hängt von derKonfiguration des Ejektors ab.

EINSTUFIGER EJEKTORMEHRSTUFIGER EJEKTORMEHRSTUFIGER GIMATIC EJEKTOR
Gimatic entwickelt und produziert (in Italien)mehrstufige Ejektoren, die mit der Abkürzung EJ
identifiziert werden.
Unsere Kartuschenejektoren sind in drei Größen
erhältlich (EJ-SMALL, EJ-MEDIUM, EJ-LARGE).
Diese Ejektoren gewährleisten hervorragende
Leistungen sowohl bei hohen als auch bei
niedrigen Versorgungsdrücken.

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VOLUMENPUMPEN

GEBLÄSEPUMPEN

Volumenpumpen bewegen eingeschlossene
Fluidvolumen mechanisch durch das System.
Auf der Einsaugseite dehnt sich das Volumenaus, während es sich auf der Auslassseite(Auslass) zusammenzieht. Das Volumen ist
daher pro Drehung fest und in Theorie konstant,unabhängig vom Ausgangsdruck, vom Unterdruck
am Eingang oder von den Eigenschaften der
Flüssigkeiten. Volumenpumpen sind darüber
hinaus selbstansaugend, d.h., dass sie starke
Unterdrücke am Eingang erzeugen. Das
Verhalten von Volumenpumpen unterscheidet
sich sehr stark von dem von Kreiselpumpen,
die sich auf den Impuls des beschleunigten
Fluids basieren, um Volumenstrom bei Druckzu liefern, und reagieren sehr empfindlich auf
Druckschwankungen. Drehschieberpumpen
und Kreiskolbenpumpe gehören zu den
Volumenpumpen.

Das Kreiselgebläse besteht aus einer Saugleitung,das koaxial zur Laufradwelle das am Einlassangesaugte Gas befördert, und aus einem
geschlossenen Laufrad mit axialem Einlass undradialem Auslass.
Im Inneren befindet sich ein Radialdiffusor, derdazu dient, die kinetische Energie am Ausgang
des Laufrads in Druckenergie umzuwandeln.
Diese Pumpen arbeiten bei sehr niedrigen
Vakuum-Niveaus, können hohe Luftmassen
bewegen und verfügen über eine hohe
Saugleistung.

DREHSCHIEBE

12/2020KREISKOLBENPUMPEN

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9Vakuumtheorie

VAKUUMPRODUKTEFUNKTIONSPRINZIPIENMECHANISCHE PUMPEN

MEHRSTUFIGER GIMATIC EJEKTORDREHSCHIEBERVOLUMENPUMPENDie Gimatic „EJ“-Ejektoren bestehen aus mehreren in
Reihe angeordneten Lavaldüsen, die die Auslassluft dervorherigen Düse für ihre Versorgung nutzen, um den
Geräuschpegel zu senken und den Wirkungsgrad der
Pumpe zu erhöhen.
Der Durchgangsmesser der Düse ist proportional zur
Kapazität der Luftansaugung und umgekehrt proportional
zum erzeugten Vakuum-Niveau.
Beste Leistungen durch eine höhe Anzahl von Stufen
mit betreffendem Ejektor ermöglichen die Optimierung
der Pumpenleistungen. Jede Stufe ist in der Lage, ein
anderes Vakuum-Niveau zu erreichen. Wenn der Druck in
der gemeinsamen Stufe durch die kombinierte Wirkung
der verschiedenen Ejektoren einen höheren Wert als der
Referenzejektor erreicht, bewirkt dies die sequentielle
Schließung der einzelnen Gummimembranen (Klappen),
wobei nur die Hochvakuumstufe offen bleibt. Die äußere
Atmosphäre strömt durch die gemeinsame Stufe in dem
Versuch, den Systemdruck auszugleichen. Die Druckluft
und die äußere Atmosphäre vermischen sich beim
Durchströmen des Auslasses.

Drehschieberpumpen haben nur ein Drehelement,
das exzentrisch zum Stator angeordnet ist. Das
Drehelement enthält mehrere Flügel, die gleitenoder sich verformen können, um sich an das
Profil der Statorwand anzupassen. Die Flügel
bilden eine an der Statorwand positionierte
Gleitdichtung, die das Volumen des Fluids am
Einlass zurückhält und zum Auslass strömen
lässt. Drehschieberpumpen sind besonders
unempfindlich gegenüber Druckschwankungen,da die Flügel die Statorwand berühren. Allerdings
erzeugt die Gleitbewegung zwischen den Flügeln
und der Wand Geräusche, es besteht das Risiko,dass das geförderte Fluid verunreinigt wird undhäufige Wartungsarbeiten erforderlich sind.
(Abbildung 1)

DRUCKLUFTVERBRAUCHDRUCKLUFTVERBRAUCH

Das Verhältnis zwischen verbrauchter Luft undeingesaugtem Luftdurchsatz liegt selten über 1:1.
Historisch gesehen, hat das dazu geführt, dasdieses System als ineffizient betrachtet wird.

Die kinetische Energie von Druckluft wirdin Kombination mit Lavaldüsen genutzt. Sie
durchströmt eine Reihe von geeignet bemessenen
Ejektoren und ermöglicht somit eine allmähliche
Ausdehnung der Luft.
In diesem Verhältnis ist das Verhältnis zwischen
Verbrauch und Luftdurchsatz durchschnittlich drei
mal so effizient mit einer Ergiebigkeit von 3:1.

GERÄUSCHPEGEL
90 Dezibel.

Bei dieser Pumpenart wird das Gas durch die
Einlassöffnung in die Kammer gesaugt. Wenn
das Gas in den Seitenkanal eintritt, übertragt
die Bewegung des Laufrads eine gewisse
Geschwindigkeit auf das Gas in Drehrichtung.
Die Zentrifugalkraft der Flügel des Laufrads
beschleunigt das Gas nach außen und der Druckerhöht sich. Jede Drehung erhöht die kinetische
Energie mit einem weiteren Druckanstieg im
Seitenkanal. Der Kanal verengt sich zum Rotor hin
und zieht das Gas von den Flügeln des Laufrads
weg, um es durch den Auslassschalldämpferabzulassen. (Abbildung 3)

1. Funktionsweise von Drehscheiben-Volumenpumpen

KREISKOLBEN-VOLUMENPUMPEN

MEHRSTUFIGER GIMATIC EJEJEKTOR

EINSTUFIGER EJEKTORGEBLÄSEPUMPEN

Diese Pumpenart hat anstelle von Zahnrädern
lappenförmige Elemente. Jedes lappenförmige
Element wird von einem Motor angetrieben.
Dies beseitigt den Kontakt zwischen den beiden
Lappen, verringert den Verschleiß und reduziert
die Reibung der Flüssigkeiten auf ein Minimum.
Normalerweise gibt diese Pumpenart hohe Wärme
ab und erzeugt hohe Geräusche. (Abbildung 2)

2. Funktionsweise von Kreiselkolben-VolumenpumpenGERÄUSCHPEGEL
Bei den mehrstufigen Gimatic Pumpen ist er auf
den Wert zwischen 55 und 75 Dezibel reduziert.

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3. Funktionsweise von Gebläsepumpen

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11Vakuumtheorie

BEMESSUNG VONVAKUUMSYSTEMEN

Für eine höhere Effizienz und eine gute
Energieeinsparung ist es wichtig, dass die Systeme
speziell für ihre spezifische Anwendung ausgelegtsind. Ebenso müssen je nach Anwendung auchdie Saugnäpfe mit den betreffenden Anschlüssen,
das Modell, die Größe der Vakuumpumpen und die
jeweiligen Zubehörteile und Rohrleitungen gewählt
werden.
Extrem wichtig ist es, während der Bemessung eines
Vakuumsystems den Sicherheitskoeffizienten sowie
die Art des Kreislaufs, der verwendet werden soll,
festzulegen.

ALLGEMEINE INFORMATIONENFÜR EINE KORREKTEVAKUUMBEMESSUNG

Ein Vakuumsystem kann zentralisiert oderdezentralisiert bemessen werden.

ZENTRALISIERTES SYSTEM

DEZENTRALISIERTES SYSTEMSICHERHEITSKOEFFIZIENT
Bei der Handhabung eines beliebigen Gegenstands steht die wichtigste zu beachtende Bedingung mit dem sicheren
Greifen in Verbindung. In der Tat muss sichergestellt sein, dass sich der Gegenstand nicht vor dem für das Loslösen
vorgesehenen Punkt von den Saugnäpfen löst. Aus diesem Grund muss immer das Gewicht (plus evtl. Trägheitskraft)des zu handhabenden Gegenstands mit einem geeigneten Sicherheitskoeffizienten multipliziert werden:• 2 bei statischen Anwendungen oder Bewegungen mit niedriger Geschwindigkeit.
• 2,5 oder mehr bei Bewegungen mit mittlerer und hoher Geschwindigkeit.
Ein Parameter, der bei der Bemessung sehr häufig unterschätzt wird, ist die Wahl des Saugnapfs. Der Saugnapf ist
das Gerät, das physikalisch den zu handhabenden Gegenstand mit dem Greifsystem „verbindet“.

ART DES KREISLAUFSDICHTE SYSTEME
Um diesen Kreislauf durchzuführen, müssen das Volumen, das Vakuum-Niveau und die Entlastungszeit
berücksichtigt werden.
Bei dichten Systemen ist die Pumpenkapazität durch die Geschwindigkeit bestimmt, mit der der Kreislauf bis zu
einem bestimmten Vakuum-Niveau entlastet wird.
Diese Kapazität wird Entlastungszeit definiert und ist gewöhnlich in s/l angegeben.
Durch Multiplizieren dieses Werts mit dem Volumen des gesamten Systems erhält man die Entlastungszeit für das
gewünschte Vakuum-Niveau.

SYSTEME MIT VERLUSTEN
Bei Systemen mit Verlusten, bei denen Pappkartons, perforiertes Blech oder Gegenstände mit Mikrolöchern
gehandhabt werden sollen, ist die Situation eine andere. Um das gewünschte Vakuum-Niveau aufrechtzuerhalten,
muss die Pumpe eine höhere Kapazität aufweisen, um die Verluste auszugleichen. Nachdem die Verlustströmung
ermittelt wurde, wird anhand der Kennlinien der verschiedenen Modelle die am besten geeignete Pumpe gewählt.
Bei einem Verlust durch ein Loch mit bekanntem Querschnitt kann die Verlustmenge bestimmt werden. Um diegesamte Verlustströmung zu erzielen, muss der ermittelte Wert mit der Gesamtluft multipliziert werden. Wenn poröse
Materialien gehandhabt werden sollen oder wenn man nicht die Geometrie des Verlustverlaufs kennt, kann die
Menge bei einem praktischen Test ermittelt werden, der mit einer Pumpe und einem Vakuummeter durchzuführen
ist.

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12/2020Ein zentralisiertes System kennzeichnetsich durch eine an mehrere Saugnäpfe
angeschlossene Vakuumpumpe. Es wird häufig
zur Handhabung von dichtem Material wie Blech
oder Glas verwendet.

Ein dezentralisiertes System ist so ausgelegt,dass jedes Saugnapf über einen eigenen
Vakuumgenerator verfügt, d.h., dass alle
Saugnäpfe unabhängig voneinander sind.
Gewöhnlich wird dieses System bei porösen
Anwendungen verwendet.

VORTEILE• Eine einzige Vakuumquelle• Einfache Durchführung des Abblasens• Einfache Kontrolle des Vakuum-Niveaus

VORTEILE• Zu entleerende Volumen auf ein Minimum
reduziert >Hohe Greif- und Lösegeschwindigkeit• Nullstellung der Druckverluste >Kompakte
Pumpengrößen• Jeder Saugnapf ist unabhängig
• Reduzierte Versorgungsleitungen

NACHTEILENACHTEILE• Lange Leitungen mit größerem Durchmesser• Mögliche Druckverluste• Abblasventil oder Vakuumbrecher zum Loslösen
erforderlich• Kompliziertere Verwaltung des Abblasens(Rückschlagventile erforderlich)• Erkennung der erfolgten komplizierteren Aufnahme• Mögliche Probleme durch Schmutz im System

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13Vakuumtheorie

PUMPENWAHL

Nachdem die vorgeschalteten Komponenten gewählt
wurden, muss die Pumpe unter Berücksichtigung
einiger der folgenden Parameter bemessen werden:

SAUGNÄPFE

IST DER KREISLAUF ZENTRALISIERTODER DEZENTRALISIERT?

FUNKTIONSPRINZIP DES SAUGNAPFS

WELCHES IST DIE GESCHWINDIGKEIT
DER ANWENDUNG?

POROSITÄT DES MATERIALS?

WELCHES VOLUMEN MUSS EVAKUIERTWERDEN?

WELCHES IST DAS ERFORDERLICHEVAKUUM-NIVEAU?

Wenn man ein Handhabungssystem auf Vakuumbasis erstellt, müssen die erforderlichen Kräfte für eine sichere
Handhabung entwickelt werden. Der Saugnapf spielt in dieser Phase eine grundlegende Rolle.
Es sind hauptsächlich zwei Faktoren zu berücksichtigen:• Die Form des Saugnapfs;• Die Eigenschaften der Lippe.
Ein Saugnapf in geeigneter Form ist ausschlaggebend für die Anpassung an die Geometrie des Gegenstands. Die
Lippe hingegen muss in der Lage sein, Rauigkeiten und Veränderungen (die Wellen eines Pappkartons oder die
Rauigkeit einer Holzplatte), die die Oberfläche des Gegenstands aufweisen kann, präzise und wiederholbar zu
verfolgen.
Der Saugnapf haftete an der Oberfläche in dem Moment, in dem der umliegende Druck (Atmosphärendruck) größer
als der Druck zwischen dem Saugnapf und der Oberfläche ist. Um im Saugnapf einen Unterdruck zu erzeugen, wird
dieser an eine Vakuumpumpe angeschlossen. Je höher der Unterdruck im Saugnapf ist, desto größer ist die Kraft,die mit dem Saugnapf ausgeübt werden kann.
Es ist zu beachten, dass ein Saugnapf umso mehr Kraft entwickelt, je mehr:• seine Oberfläche ausgedehnt wird;• höher das Vakuum-Niveau ist;
• er für das durchzuführende Greifen geeignet ist.

Atmosphärendruck
Atmosphärendruck

Atmosphärendruck

BEMESSUNG DER SAUGNÄPFE
Die Hubkraft ist sowohl vom Vakuum-Niveau als auch sehr stark vom Modell des Saugnapfs abhängig.
Bei der Planung des Systems muss man beim Kontaktpunkt zwischen Saugnapf und Gegenstand beginnen, um dannbis zur Vakuumpumpe zu gelangen. Die Methode ermöglicht eine korrekte Bemessung der Komponenten und die
besten Leistungen.
Bevor ein Saugnapf ausgewählt wird, müssen die Oberfläche, die Konformation, die Hubrichtungen, das Gewicht und
die Porosität des Gegenstands berücksichtigt werden.

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Vakuumtheorie
JE HÖHER DAS VAKUUM-NIVEAU, DESTO HÖHER IST DER ENERGIEBEDARF

PARAMETER

Wenn in dem an einer Oberfläche anliegenden Saugnapf Vakuum erzeugt wird, haftet dieser nicht von selbst an derOberfläche, sondern ist durch den höheren äußeren Umgebungsdruck an dieser fixiert. Die Hubkraft ist proportional
zur Kontaktfläche und zum Vakuum-Niveau. Wenn das Vakuum-Niveau von 60% auf 90% ansteigt, erhöht sich die
Hubkraft maximal um das 1,5-fache. Um den Energieverbrauch zu begrenzen, ist es vorzuziehen, das Vakuum-Niveau
zu begrenzen und dagegen die Oberfläche des Saugnapfs zu vergrößern.

X

R
OBERFLÄCHE UND KONFORMATION
Eine visuelle Bewertung ermöglicht nicht nur die Größe festzustellen, sondern auch, ob der Gegenstand gekrümmt
oder flach ist.
Die Verwendung der Saugnapfs, der am besten für die Oberfläche geeignet ist, ist von grundlegender Bedeutung. Ein
weiterer Beitrag können durch die Analyse der Konformation des Gegenstands kommen.
Bei einer genaueren Untersuchung könnte auch eine gewissen Rauigkeit festgestellt werden, die nicht nur den
Einsatz der Saugnäpfe einschränkt, sondern auch einen potentiellen Verlust darstellt.

Hubkraft [N]senkrecht zur
Oberfläche bei
unterschiedlichen
Vakuum-Niveaus

Hubkraft [N]parallel zur
Oberfläche bei
unterschiedlichen
Vakuum-Niveaus

Min. Biegeradius

Volumen

POROSITÄT

NÜTZLICHE PARAMETER, DIE UNTERSUCHT WERDEN SOLLTEN

Welches ist die Porosität des Materials? Diese Frage ist sehr wichtig für die Definition des Formats der Saugnäpfe
und für die Bemessung der Pumpe. Die Porosität wird als die Luftmenge bei Atmosphärendruck definiert, die durch
ein Material strömt, das einem Unterdruck ausgesetzt ist. Glas lässt keinen Luftdurchgang zu, während zum Beispiel
Papier voller winziger Poren ist.

• Verwenden Sie den für die Anwendung geeigneten Saugnapf• Achten Sie auf die Art des Materials und auf die Konformation der Oberfläche• Bestimmen Sie die für die Anwendung geeignete Art des Saugnapfmaterials• Legen Sie das System mit einem geeigneten Sicherheitsfaktor aus• Stellen Sie alle möglichen dynamischen Kräfte fest, die die Anwendung beeinflussen können
• Verteilen Sie die Saugnäpfe im Verhältnis zum Schwerpunkt• Verwenden Sie für die Anwendung geeignetes Zubehör• Berücksichtigen Sie die Art der Oberflächenbeschaffenheit

MATERIAL

Maximale vert.
Bewegung

Häufig ist es notwendig, die Arbeitstemperatur zu überprüfen, die für die Durchführung der betreffenden Anwendung
erforderlich ist.
Bei zu hohen Temperaturen wie bei der Thermoformung oder bei zu niedrigen Temperaturen müssen Saugnäpfe mit
Spezialmischungen verwendet werden. Silikon ist die beste Lösung, auch wenn die Gefahr der Freisetzung kleiner
Partikel (Halo) besteht, was eine evt. anschließende Beschichtung erschwert. In diesem Fall sind unsere HNBRSaugnäpfe die ideale Lösung.

WAHL DES SAUGNAPFS
Nachdem das Gewicht und die Größe des Gegenstands festgestellt wurden, müssen Art und Durchmesser desSaugnapfs bestimmt werden. Verwenden Sie immer den größtmöglichen Saugnapf, um das Vakuum-Niveau zu
verringern.
Diese Lösung bietet eine Reihe von Vorteilen wie z.B. eine kürzere Entlastungszeit, einen geringeren Verbrauch undeine längere Lebensdauer des Saugnapfs.

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