Venturi-Prinzip-Vakuum: Wie es funktioniert, seine Grenzen und wann man es wählt

Ein Kartonaufrichter verliert mitten im Zyklus das Vakuum und die Linie blockiert. Das Wartungsteam zieht die Vakuumpumpe heraus und stellt fest, dass die Flügel abgenutzt sind, sich ein Ölnebelfilm auf dem Boden befindet und ein Arbeitszyklus vorliegt, der tatsächlich etwa 1,5 von 6 Sekunden lang eine Absaugung erfordert. Dieses Muster, intermittierendes Ansaugen mit kurzer Haltezeit und einem moderaten Vakuumniveau, ist genau das, wo das Venturi-Prinzip hingehört.

Hier ist die kurze Antwort. Für intermittierendes, dezentrales Absaugen, das nie tiefer als etwa -60 kPa gehen muss, ist ein Venturi-Vakuumgenerator normalerweise die einfachere, sauberere und langlebigere Wahl. Für ein kontinuierlich über Minuten aufrechterhaltenes Vakuum, für Werte unter -80 kPa oder für einen zentralen Verteiler, der viele Stationen versorgt, wird eine mechanische Vakuumquelle wie eine Drehschieberpumpe oder eine Roots-Vakuumeinheit über einen Zeitraum von zehn Jahren in der Regel weniger kosten. Der Rest dieses Artikels zeigt, woher diese Trennlinien kommen und wie Sie sie vor der Bestellung mit reellen Zahlen testen können.

Das Venturi-Prinzip in einfachen technischen Begriffen

Zwingt man eine Flüssigkeit durch einen sich verengenden Kanal, muss dieselbe Masse jede Sekunde einen kleineren Querschnitt passieren. Die Geschwindigkeit steigt, der statische Druck sinkt. Das ist Bernoullis Beziehung in ihrer Arbeitsform, und im Inneren eines Vakuumerzeugers ist es das gesamte Produkt: Die Niederdruckzone am Hals ist es, die Luft durch die seitliche Öffnung ansaugt.

Druckluft tritt mit beispielsweise 0,5 MPa und etwa 5 bar Überdruck in die Düse ein. Die Düse wandelt diesen Druck in Geschwindigkeit um und der Durchfluss erstickt am Hals, weshalb die Saugkraft nicht mehr besser wird, sobald der Versorgungsdruck einen bestimmten Punkt überschreitet. Zwei Dimensionen bestimmen die Leistung, die Sie erhalten: der Düsendurchmesser, der den Luftverbrauch und den verfügbaren Saugstrom bestimmt, und das Diffusorprofil, das das maximale Vakuum festlegt, das das Gerät halten kann.

Typische Werte für einen gut gefertigten Ejektor mit 5-bar-Luft: Eine einstufige Einheit erreicht etwa -40 bis -60 kPa, während eine mehrstufige Einheit mit zwei oder drei in Reihe geschalteten Düsen etwa -80 bis -90 kPa erreicht. Unterhalb von -90 kPa ist das Venturi-Prinzip nicht mehr praktikabel, da zu wenig Druckunterschied verbleibt, um einen nützlichen Saugstrom anzutreiben.

Venturi-Vakuum und mechanisches Vakuum: Ein direkter Vergleich

Die meisten Auswahlfehler entstehen dadurch, dass man den Kaufpreis eines Ejektors mit dem Kaufpreis einer Pumpe vergleicht und dort stehen bleibt. Der nützliche Vergleich stellt den Arbeitszyklus den Gesamtkosten gegenüber. Die folgende Tabelle ist die Version, die wir verwenden, wenn ein Kunde fragt, ob ein Venturi-Generator ausreicht.

Lesen Sie die Tabelle in eine Richtung: Der Ejektor gewinnt bei der Reaktionszeit, den beweglichen Teilen und der Toleranz gegenüber verschmutztem oder nassem Gas, während die mechanischen Maschinen bei der Dauerleistung und den Energiekosten pro Vakuumeinheit gewinnen.

Wo Venturi-Vakuumerzeuger ihren Platz verdienen

• Intermittierende Handhabung. Pick-and-Place-Köpfe, Kartonaufrichter, Beutelöffner und Etikettenapplikatoren, die für einen Bruchteil jedes Zyklus Vakuum benötigen.
• Dezentrale Installation. Der Generator wird am Saugnapf montiert, sodass keine lange Vakuumleitung lecken und kein Druckabfall ausgeglichen werden muss.
• Nasses, staubiges oder korrosives Gas. Bei geeignetem Gehäusematerial gibt es keine verschleißenden Flügel oder Lager im Gasweg.
• Gefahrenbereiche. Druckluft erledigt die Arbeit, sodass an der Ansaugstelle kein Elektromotor oder Schaltgerät sitzt.
• Schnelles, wiederholtes Radfahren. Die Reaktion wird in Millisekunden gemessen, was für Hochgeschwindigkeits-Indexierungslinien geeignet ist.

Das Wartungsprofil ergibt sich aus derselben Liste: Ein Filter, ein Schalldämpfer und gelegentlich eine Düse sind die einzigen Verschleißteile, und ein Düsenwechsel dauert Minuten.

Wo das Venturi-Prinzip zu kurz kommt und was es kostet

Druckluft ist in den meisten Anlagen der teuerste Energieversorger. Die Erzeugung eines Kubikmeters Druckluft bei 7 bar verbraucht in der Regel etwa 0,1 kWh Strom vor Verteilungsverlusten, und ein Ejektor wandelt nur einen bescheidenen Teil dieser pneumatischen Energie in nützliche Vakuumarbeit um. Ein Generator, der einen Saugstrom von 300 Nl/min liefert, kann pro Sekunde, in der er mit Strom versorgt wird, 200 bis 400 Nl/min Druckluft ansaugen.

Dauerdienst ist die zweite Falle. Ein zu 100 % laufender Ejektor zahlt jede Sekunde für die Druckluft, während eine mechanische Pumpe mit gleicher Saugleistung mit einem Motor betrieben wird, der pro Betriebsstunde deutlich günstiger ist. Oberhalb von etwa 50 % der Einschaltdauer kehrt sich der Energievergleich normalerweise innerhalb von ein oder zwei Jahren um.

Das ultimative Vakuum ist die dritte Grenze und Lärm ist die vierte. Ejektoren haben in der Regel eine Lautstärke von 70 bis 90 dB(A) auf einem Meter und benötigen einen entsprechend dimensionierten Schalldämpfer anstelle eines Stopfens mit einem Loch darin, da Schalldämpfer, die Gegendruck erzeugen, den Saugstrom stillschweigend stehlen.

Größen- und Akzeptanzprüfungen vor Ihrer Bestellung

1. Fixieren Sie das Zielvakuum am Becher, nicht am Generator. Minus 50 kPa am Anschluss können durch Leckage und Schlauchverluste zu -30 kPa am Werkstück werden.
2. Geben Sie das zu evakuierende Volumen und die zulässige Zeit an. Das Verschieben von 0,5 l auf -60 kPa in 200 ms ist ein anderes Produkt als das Verschieben von 20 l auf -40 kPa in 5 Sekunden.
3. Notieren Sie den Angebotsdruck im schlimmsten Fall. Die im Katalog angegebenen Saugwerte werden normalerweise bei 6 bar gemessen, und ein Sammler, der beim Schichtwechsel auf 4,5 bar absackt, liefert deutlich weniger.
4. Budget für Leckage. Ein poröses oder unebenes Werkstück kann mehr Luft austreten lassen, als der Ejektor je verarbeiten konnte.
5. Halten Sie die Luftschläuche kurz und dick. Ein 10-mm-Schlauch bei 10 m Länge kann mehr Versorgungsdruck kosten, als die Düse wieder aufnimmt.

Akzeptanz sollte gemessen und nicht angenommen werden. Lassen Sie die Maschine mit dem niedrigsten normalen Versorgungsdruck laufen, messen Sie das Vakuum mit einem kalibrierten Messgerät am Becher und messen Sie den Zyklus mit einem SPS-Zähler. Messen Sie den Lärm auch im Abstand von einem Meter, da die Aussage eines Lieferanten, „leise“ zu sein, ohne eine Zahl wenig aussagt.

Wenn die endgültige Entscheidung auf eine mechanische Vakuumquelle fällt, wird der Lärmschutz normalerweise zu einem separaten Posten, da eine Drehkolbenmaschine in einem offenen Anlagenraum kein ruhiger Nachbar ist. Die Schaltschrankauswahl fällt deutlich leichter, wenn sie gemeinsam mit der Maschine geplant wird, als erst nach der ersten Reklamation aus der Nachtschicht.

Schallschutzgehäuse für Roots-Gebläse Heutzutage gibt es viele Gesetze, die darauf abzielen, den von industriellen Produktlinien erzeugten Lärm zu regulieren. Darüber hinaus haben viele Arbeitnehmer Klagen wegen Hörschäden wegen ... eingereicht. Produkt anzeigen →

Wenn der Arbeitszyklus eine mechanische Vakuumquelle erfordert

Für manche Aufgaben ist Druckluft einfach nicht geeignet. Ein Zentralverteiler, der zwanzig Stationen versorgt, ein Prozess, der das Vakuum minutenlang aufrechterhält, eine Vakuumförderlinie oder eine Papiermaschine, die ein stabiles Vakuum über eine ganze Schicht hinweg benötigt – sie alle benötigen eine rotierende Maschine, die Vakuum erzeugt, solange der Motor dreht.

Roots-Vakuumgeräte sind die übliche Wahl auf der Trockenseite dieser Produktreihe. Zwei gegenläufig rotierende Kolben, die durch Zahnräder synchronisiert werden, bewegen das Gas, ohne sich gegenseitig zu berühren und ohne Öl im Gasweg, was für dampfbeladene Prozessluft geeignet ist, solange der Einlass gefiltert ist. Das gleiche Design ist die Standard-Boosterstufe, wenn ein Prozess ein tieferes Vakuum benötigt, als eine einzelne Maschine alleine erreichen kann.

Roots-Vakuumpumpe Durchflussrate: 0,6 ～ 713,8 m³/min Produkt anzeigen →

Vergleich einer Roots-Vakuumpumpe mit einer Drehschieberpumpe unter realer Produktionslast ist eine Frage, die wir oft beantworten; Bei der Kurzversion erreicht die Flügelzelleneinheit selbst ein tieferes Vakuum, während die Roots-Einheit einen höheren Durchsatz und mehr Feuchtigkeit ohne Ölwechselplan bewältigt.

Zweistufige Ansätze auf beiden Seiten des Zauns

Staging gibt es nicht nur bei mechanischen Maschinen. Ein zweistufiger Ejektor platziert eine zweite Düse stromabwärts der ersten und nutzt den Zwischendruck, um der Strömung mehr Impuls zu verleihen. Auf diese Weise erreicht eine kompakte Einheit -80 kPa, während eine einzelne Stufe bei etwa -55 kPa ins Stocken gerät. Der Kompromiss liegt in etwa dem doppelten Druckluftverbrauch bei gleichem Saugstrom, es rechnet sich also nur, wenn die tiefere Ebene tatsächlich benötigt wird.

Die mechanische Inszenierung funktioniert nach dem gleichen Prinzip. Zwei in Reihe geschaltete Drehkolbenstufen erreichen ein höheres Druckverhältnis als ein Rotorpaar, weshalb zweistufige Einheiten überall dort zum Einsatz kommen, wo eine einzelne Stufe an ihre thermischen Grenzen stoßen würde: mehr Differenzdruck bei gleichem Platzbedarf und eine bessere spezifische Leistungszahl im Betriebspunkt.

Zweistufiges Reihen-Wurzelgebläse Durchflussrate: 0,6 bis 120 m³/min Produkt anzeigen →

Entscheiden Sie anhand von drei Zahlen und einer Berechnung: das Vakuumniveau, das Sie tatsächlich am Werkstück benötigen, das Volumen, das Sie evakuieren müssen, und den Bruchteil des Zyklus, in dem das Vakuum gehalten wird. Intermittierende und flache Stellen weisen auf das Venturi-Prinzip hin; kontinuierliche und tiefe Punkte in Richtung einer rotierenden Maschine; und in der Mitte des Bereichs entscheidet ein Vergleich der Druckluftkosten mit den Stromkosten im Arbeitszyklus, um das Argument zu klären.

Unabhängig davon, auf welcher Seite dieser Linie Ihre Anwendung steht, muss die Hardware immer noch zum Medium, zur Umgebung und zum Steuerungsschema passen und nicht nur zu einer Katalogflusszahl allein. Wenn eine trockene Drehkolbenmaschine die Lösung ist, lohnt es sich, die Auswahl vor der Bestellung anhand der Serviceerfahrung im gleichen Betrieb zu prüfen. Unser Fertigungshintergrund umfasst Zweiflügelmaschinen für die Wasseraufbereitung, pneumatische Förderung und den Vakuumbetrieb sowie die Schalldämpfer, Steuerschränke und Kühlsätze, die eine Maschine in eine funktionierende Anlage verwandeln.