Pneumatik Physikalische Grundlagen

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Kapitel 2: Systemtechnik

Ohne Druck "geht nichts"!

Drücke in der Pneumatik

Abkürzungen:

P_amb atmosphärischer Druck, d.h. Druck direkt auf der Erdoberfläche (engl. pressure ambient)

P_e atmosphärische Druckdifferenz (engl. pressure effective)

P_abs Druck in absoluter Angabe bezogen auf 0 bar bzw. das Vakuum. (engl. pressure absolute)

Einheiten:

1 bar = 10⁵ Pa (Pascal) = 100 kPa

1 Pa = 1 N/m²

Das Gesetz von Boyle-Mariotte

Die Luft, welche verdichtet wird, hat das Bestreben, sich auszudehnen (Expansion). Oder anders ausgedrückt: Je stärker Luft verdichtet wird, desto größer muss der Druck sein (Voraussetzung: Temperatur bleibt konstant):

Gesetz von Boyle-Mariotte

Allgemeine Gasgleichung

Gas hat die Eigenschaft, sich bei Temperaturerhöhung auszudehnen. Die allgemeine Gasgleichung berücksichtigt den Einfluss der Temperatur für eine abgeschlossene Gasmenge.

p₁ * V₁ = p₂ * V₂

T₁ T₂

Wenn aus dieser Gesetzmäßigkeit jeweils eine Größe konstant gehalten wird, dann definiert man folgende Namensgebung:

Erläuterungen:

p ~ 1/ V bei T = konst.: Jede Kurve gehört zu einer bestimmten Temperatur und heißt deshalb Isotherme. Die Kurven bilden eine Hyperbel. Erklärend kann man sich diesen Zusammenhang, wenn man die Luftteilchen als Moleküle ansieht, welche gegen die Gefäßwand stoßen. Verkleinert man das Volumen, so gibt man diesen Teilchen weniger Platz, so dass sie öfters gegen die Gefäßwand stoßen und dadurch die mittlere Kraft zunimmt.

p ~ T bei V = konst.: Die Erklärung ist einfach: Je höher die Temperatur, desto höher die Geschwindigkeit der Teilchen und desto öfters stoßen diese Teilchen gegen die Gefäßwand. Die Geraden (p ~ T) heißen Isochoren.

V ~ T bei p = konst.: Will man den Druck p konstant halten, dann muss man den Teilchen bei höherer Temperatur größeres Volumen zuteilen. Die Geraden (V ~ T) heißen Isobaren.

Wichtiges zur Einheit ‚Kelvin‘

Eine weit verbreitete Einheit für die Temperatur, welche vor allem außerhalb Europa verwendet wird, ist die Einheit ‚K‘ (Kelvin). Zudem werden in der Physik und in der Technik Temperaturdifferenzen (ΔT bzw. Δϑ) in der Einheit ‚Kelvin‘ angegeben.

Eine Temperaturänderung von 1 K entspricht genau einer Änderung von 1 °C. Celsius und Kelvin unterscheiden sich in ihren Nullpunkten, d.h. 0°C wird als der Gefrierpunkt von reinem Wasser definiert, während 0 K als die physikalisch niedrigste erreichbare Temperatur definiert wird - bezeichnet als der absoluten Nullpunkt. Hier haben Gase keine thermische Energie. 0 K entspricht einer Temperatur von -273 °C.

Pneumatik Systemtechnik

Physikalische Grundlagen zur Pneumatik, welche die Grundlage zur Berechnung von pneumatischen Bauteilen und Maschinen darstellen

Das Gesetz von Boyle-Mariotte

Allgemeine Gasgleichung