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snoopy2015
Anmeldungsdatum: 31.07.2015
Beiträge: 25
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 snoopy2015 Verfasst am: 04. Mai 2016 10:14 Titel: Nötiger Unterdruck um Papier anzusaugen |
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Hallo Forum,
ich möchte mit einer kleinen Pumpe Luft ansaugen und mit dem Unterdruck ein Blatt Papier hochheben. Welchen Unterdruck muss die Pumpe erzeugen können?
Meine Überlegungen bisher:
Druck ist ja Kraft pro Fläche. Bei 101300 Pa Standard-Luftdruck und einer Fläche von 0,0622m² für ein Din-A4-Blatt macht das dann 6300 N Kraft, die durch den Luftdruck auf das Blatt wirken. Geteilt durch 9,81 m/s² Erdbeschleunigung wären das etwa 640 Kg Gewicht der Luftsäule, die auf dem Blatt liegt. Richtig bis hierher?
Das Blatt selbst wiegt 90g pro m². Der nötige Unterdruck, um gegen die Gewichtskraft anzuarbeiten wären lächerliche 0,88 Pa.
Was muss die Pumpe jetzt leisten können, um das Blatt anzusaugen und hochzuheben? Einfach nur die 101.300 Pa Standarddruck + 0,88 Pa für das Blatt? Oder doch evtl weniger, weil die Hebebewegung im Medium stattfindet? Hab hier eine Pumpe mit 0,5 bar (=50.000 Pa) mit der ich das Blatt ein wenig anheben kann, aber eben leider nur ein paar cm weit.
Nach bisheriger Rechnung müsste es eigentlich gar nicht gehen. Der Durchmesser des Ansaugstutzens beträgt etwa 2,5 mm, falls das weiterhelfen sollte. Wie kommt es also, dass ich mit der unterdimensionierten Pumpe überhaupt ein wenig heben kann?
Danke im Voraus für Antwort. |
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Brillant
Anmeldungsdatum: 12.02.2013
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| Brillant Verfasst am: 04. Mai 2016 20:32 Titel: Re: Nötiger Unterdruck um Papier anzusaugen |
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| snoopy2015 hat Folgendes geschrieben: | | Der Durchmesser des Ansaugstutzens beträgt etwa 2,5 mm, falls das weiterhelfen sollte. Wie kommt es also, dass ich mit der unterdimensionierten Pumpe überhaupt ein wenig heben kann? |
Neben dem Unterdruck selbst ist auch die Fläche wichtig, auf die der Unterdruck wirkt. Und natürlich die Luft-Dichtigkeit des Hebegeräts. Mit deiner Mini-Fläche kannst du einen Schnippsel Papier ganz hochheben, die Ecke eines A4-Blatts aber nur so weit hochbiegen, bis das Gewicht des hochgebogenen Anteils zu groß für diese Fläche wird.
Je mach Ausführung des Ansaugstutzens (starre Röhre?) kommt noch ein Kipp-Moment hinzu, das heisst, die Dichtfläche hält nicht dicht, weil sich der Winkel des hochgebogenen Papierteils ändert.
Wenn du sechs "Saugflächen" hast bei derselben Pumpe und demselben Unterdruck könnte es klappen: https://youtu.be/8ZMBuMMxRE8 |
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snoopy2015
Anmeldungsdatum: 31.07.2015
Beiträge: 25
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| snoopy2015 Verfasst am: 04. Mai 2016 20:57 Titel: |
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Ja, das mit dem Kipp-Moment leuchtet mir natürlich ein. Ich müsste mir eigentlich noch irgendwo einen Schlauch besorgen, weiß nur grad nicht wo...
Sechs Schläuche einzusetzen kommt technisch glaube ich nicht hin. Da bräuchte ich ja einen Sechsfach-Verteiler.
Das mit dem Punkt leuchtet mir nicht ein. Eigentlich bekomme ich ja gerade durch den geringen Querschnitt einen hohen Unterdruch, der auf eine Stelle konzentriert ist. Würde ich jetzt einen Trichter auf den kleinen Stutzen setzen, würde sich das ja alles verteilen und der Effekt wäre doch weg...oder nicht?
Mal anders gefragt: Wenn die Pumpe das Blatt an einer Ecke gehoben kriegt, dann spricht doch eigentlich nichts dagegen, dass das auch so bleibt. Denn die Gewichtskraft von Luftsäule auf Blatt wurde doch bereits überwunden.
Sind denn meine bisherigen Überlegungen richtig? Ich meine 600Kg...das dürfte dann ja kaum eine Pumpe heben. Ich bin mir aber sicher, dass ein Staubsauger das hinkriegen würde, auch wenn er nur an einer Ecke angesetzt werden würde. |
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Brillant
Anmeldungsdatum: 12.02.2013
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| Brillant Verfasst am: 04. Mai 2016 22:39 Titel: |
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| snoopy2015 hat Folgendes geschrieben: | | Würde ich jetzt einen Trichter auf den kleinen Stutzen setzen, würde sich das ja alles verteilen und der Effekt wäre doch weg...oder nicht? |
Wenn wir eine laufende Luft-Saug-Pumpe annehmen, würde sie die Luft auch in dem Trichter verdünnen. Es dauert einen Moment, aber dann hast du bei gleichem Unterdruck, aber angenommen 10-facher Kontakt-Fläche auch die 10-fache Hebeleistung.
Vergleiche mal mit einem dünne Faden. Er reisst beim Anheben des Gewichts. Aber 10 dünne Fäden heben das 10-fache Gewicht.
Oder anders erklärt: Das Papier ohne Hebewerkzeug wird von oben und unten gleichmäßig gedrückt (Luft-Druck). Durch die Luftverdünnung oben verringerst du den Druck von oben, aber der untere bleibt und drückt das Papier hoch. Im Vakuum auf der Mondoberfläche würde das nicht funktionieren. |
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snoopy2015
Anmeldungsdatum: 31.07.2015
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| snoopy2015 Verfasst am: 05. Mai 2016 21:13 Titel: |
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AAh...das ergibt Sinn. Vielen Dank. Dann werde ich mal versuchen, etwas trichterähnliches aufzutreiben. Mir kam zwischenzeitlich noch ein weiterer Gedanke:
Ich könnte die Pumpe ja auch mittels Schlauch und Ventil an einen kleinen Tank anschließen und den dann, sagen wir 2 Minuten lang, leersaugen. Ein zweites Ventil, per Y-Verteiler ebenfalls an den Tank angeschlossen, wird entriegelt und soll dann das Blatt ansaugen. Jetzt weiß ich ja schonmal, dass da ein Trichter an's Schlauchende muss. Wie lange ich mit dem Unterdruck-Vorrat allerdings auskomme, wie groß also der Tank sein muss, weiß ich aber immernoch nicht. Mir fehlt nach wie vor ein Rechenweg, um das ganze zu dimensionieren. |
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Brillant
Anmeldungsdatum: 12.02.2013
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| Brillant Verfasst am: 05. Mai 2016 21:56 Titel: |
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| snoopy2015 hat Folgendes geschrieben: | | Mir fehlt nach wie vor ein Rechenweg, um das ganze zu dimensionieren. |
Du möchtest ein A4 Blatt hochheben und musst dafür das Gewicht des Blattes ermitteln: 90 g/m² * 0,0622m² = 5,598g
Mit dieser Kraft könntest du es in der Schwebe halten, also kalkuliere einen Zuschlag ein, damit du es gegen den Luftwiderstand nach oben bewegen (anheben) kannst. Wer schon mal Papier oder Blechplatten vom Stapel gehoben hat, weiss, dass sie "kleben", weil der Luftdruck von unten nicht drückt, solange sie plan aufliegen. Also noch mal ein Zuschlag.
Ich weiss nicht, ob man diese Zuschläge genau berechnen kann. Für Bastel-Zwecke würde ich mal 20g Hebegewicht annehmen. Könntest du mit einer Federwaage messen, mit der du das Blatt vom Stapel abhebst. Je schneller du hebst, desto weiter wird sie ausschlagen.
Das ist gleichzeitig die Differenz, die zwischen Luftdruck unten und Luftdruck oben herrschen muss. Diesen Differenz-Luftdruck kannst du mit einer kräftigen Pumpe und kleiner Kontaktfläche des Saugtrichters oder mit schwacher Pumpe und entsprechend größerer Fläche erreichen.
Das Vakuum kann ca. 10 m Wassersäule hochziehen, eine Saug-Pumpe (Gartenpumpe) weit weniger, nehmen wir mal 5 m. Wenn nun der Luftdruck 1 kg / cm² sei, wie groß muss dann die Kontaktfläche sein, die bei gegebenen 0,5 kg / cm² 20 g bzw. dein gemessenes Gewicht heben kann? |
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snoopy2015
Anmeldungsdatum: 31.07.2015
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| snoopy2015 Verfasst am: 08. Mai 2016 11:16 Titel: |
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...doppelt so groß wie bisher?...Kommt mir aber immernoch sehr klein vor. Die Pumpenöffnung hat 2,5mm Durchmesser. Verdoppelung wären nur 5mm. Ach nee, Moment. Das muss ja noch mal vier wegen der ganzen Zuschläge. Also dann 2 cm. Das scheint mir vorstellbar.
Gestolpert bin ich noch bei der Vakuumaussage:
| Zitat: | | Das Vakuum kann ca. 10 m Wassersäule hochziehen, eine Saug-Pumpe (Gartenpumpe) weit weniger, nehmen wir mal 5 m. |
Wie jetzt? Immer? Ist da der Säulendurchmesser egal? Das wäre mal 'ne krasse Aussage, denn der Unterdruck ließe sich dann ja auch nicht mehr steigern: Was leereres als Vakuum gibt's nunmal nicht. Stimmt das also? Es gibt eine maximale Ansauggeschwindigkeit, so wie c bei Licht?  |
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Brillant
Anmeldungsdatum: 12.02.2013
Beiträge: 1973
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| Brillant Verfasst am: 08. Mai 2016 11:41 Titel: |
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| snoopy2015 hat Folgendes geschrieben: | | Ist da der Säulendurchmesser egal? |
Ja, ist egal. Die Luft drückt so lange, bis äußerer Luftdruck und Druck des Wassers ausgeglichen sind. Es hat ja genug Luft. Der Druck des Wassers hängt nur von der Höhe der Wassersäule ab, nicht von der Menge des Wassers drumherum.
Ist dir das Quecksilber-Barometer kein Begriff? Quecksilber ist viel schwerer als Wasser und lässt sich durch den Luftdruck nur ca. 76 cm hochdrücken. Der Pegel schwankt bei schwankendem Luftdruck, was dann als "Wettervorhersage" interpretiert werden kann.
| snoopy2015 hat Folgendes geschrieben: | | Das wäre mal 'ne krasse Aussage, denn der Unterdruck ließe sich dann ja auch nicht mehr steigern: Was leereres als Vakuum gibt's nunmal nicht. |
Genau, deshalb erfolgt die Wasserförderung aus größeren Tiefen (> 5 m) mit Tauchpumpen, die hinabgelassen werden. Die können dann je nach Bauart das Wasser (fast) beliebig weit hochdrücken.
| snoopy2015 hat Folgendes geschrieben: | | Es gibt eine maximale Ansauggeschwindigkeit, so wie c bei Licht? ? |
Hää ? Was hat der Druck mit Geschwindigkeit zu tun. Aber vielleicht hast du einen Trick entdeckt, Wasser doch aus einer größeren Tiefe als 10 m zu ziehen. Wenn man es so schnell ansaugt, dass die Trägheit der Wassersäule über die 10 m hinausschießt. |
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snoopy2015
Anmeldungsdatum: 31.07.2015
Beiträge: 25
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| snoopy2015 Verfasst am: 08. Mai 2016 17:53 Titel: |
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| Zitat: | Hää ? Was hat der Druck mit Geschwindigkeit zu tun.
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Analog zur Höchstgeschwindigkeit von Materie gibt es offenbar eine maximale Höhe für eine vakuum-gepumpte Wassersäulen. Sollte das stimmen, wäre die Gemeinsamkeit eine natürliche Begrenzung des maximal möglichen und daher ein Naturphänomen.
Das mit der Tauchpumpe verstehe ich trotzdem nicht. Überdruck kann man doch soviel machen wie man will. Wenn ich jetzt 'ne Wassersäule 100 Meter hoch pumpen will, brauche ich halt nur extrem viel Überdruck. Das ist meines Wissens ein Problem beim Bau von Super-Hochhäusern. Da müssen jedesmal spezielle Pumpen für entwickelt werden, damit es im obersten Stock noch fließend Wasser gibt. War mal in so'ner Doku im TV. Eine dieser Pumpen wurde mit ner Haubitze oder so verglichen. Die Schussweite der militärischen Kanone war geringer :-). |
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snoopy2015
Anmeldungsdatum: 31.07.2015
Beiträge: 25
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| snoopy2015 Verfasst am: 08. Mai 2016 20:07 Titel: |
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Bin grad in diversen Online-Shops am Zubehör suchen: Die größte Druckluftflasche bei einem Modellbau-Shop fasst etwa 300 ml (hier). Dieser Shop hat auch ein passendes Ventil und Y-Verteiler, leider alles nicht ganz billig. Meine Überlegung ist jetzt meine schwache 0,5-Bar-Pumpe per Ventil und Schlauch an diese Flasche anzuschließen und ihre 300ml luftleer zu pumpen.
Ein zweites (elektrisches) Ventil soll dann noch per Y-Verteiler zusätzlich an die Flasche d'ran. Per Knopfdruck zieht die evakuierte Flasche dann Luft an, weil das Magnetventil sich öffnet und Luft einströmen kann. Magnetventile gibts bei Ebay, die haben 5 mm Schlauchanschlüsse. Hab sogar ein Schlauch-Reduziertück dafür gefunden, war gar nicht einfach.
Ich will also den Unterdruck mittels Flasche und Ventil "aufkonzentrieren". Meine Frage ist nun: Funktioniert das so überhaupt? Kann ich durch die Kombination von Mini-Pumpe und Ventil einen größeren Unterdruck erzeugen, als die Pumpe eigentlich kann? Es soll halt auf die Zeit gehen:
Fördermenge ist laut Aufdruck 1,5L pro Minute. die Flasche hat 300 ml. Rechnung:
0,3 L *1,5 L/min = 0,45 min = 27 Sekunden.
Hört sich irgendwie gut an. Wenn der Unterdruck hinter dem Ventil nun aber schon geringer als 0,5 Bar Pumpleistung ist, wird die Pumpe dann das Ventil überhaupt noch öffnen können, um noch mehr rauszuziehen? Wo ist die Grenze? Ab wann hab ich eigentlich Vakuum, also bei welchem Unterdruck? |
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Brillant
Anmeldungsdatum: 12.02.2013
Beiträge: 1973
Wohnort: Hessen
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| Brillant Verfasst am: 09. Mai 2016 01:19 Titel: |
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| snoopy2015 hat Folgendes geschrieben: | | Überdruck kann man doch soviel machen wie man will. |
Naja, theoretisch. Der höchste Wasserdruck, den ich kenne, ist 6000 bar bei Wasserstrahlschneidemaschinen.
| snoopy2015 hat Folgendes geschrieben: | | ... Super-Hochhäusern. Da müssen jedesmal spezielle Pumpen für entwickelt werden, damit es im obersten Stock noch fließend Wasser gibt. |
Also, das Wasser soll ja mit einem gewissen Druck aus der Leitung kommen, damit es beim Duschen nicht nur tröpfelt. 3 bar sind angemessen. Plus die 10 bar, um die Wassersäule auf 100 m zu bringen. Könnte man ja auch in Etappen machen mit mehreren Pumpen in verschiedenen Höhen. Dass man für jedes Hochhaus spezielle Pumpen entwickeln muss, bezweifle ich. Das sind Standard-Anwendungen.
| snoopy2015 hat Folgendes geschrieben: | | Ab wann hab ich eigentlich Vakuum, also bei welchem Unterdruck? |
In der Umgangssprache wird das sehr schwammig definiert:
| Zitat: | „Vakuum heißt der Zustand eines Gases, wenn in einem Behälter der Druck des Gases und damit die Teilchenzahldichte niedriger ist als außerhalb oder wenn der Druck des Gases niedriger ist als 300 mbar, d. h. kleiner als der niedrigste auf der Erdoberfläche vorkommende Atmosphärendruck“
– DIN 28400 Teil 1 (Mai 1990): Vakuumtechnik; Benennungen und Definitionen; Allgemeine Benennungen. |
Interessant, Menschen können im Vakuum nicht nur überleben, sondern sogar arbeiten: "Der Druck im Anzug beträgt nur 0,29 bar reinen Sauerstoff. Das hat zwei Gründe. Der geringere Luftdruck erleichtert Bewegungen im Beinahe-Vakuum des Weltraums und der Anzug selbst muss nicht so widerstandsfähig gebaut sein." spektrum.de
| Zitat: | | Bin grad in diversen Online-Shops am Zubehör suchen: Die größte Druckluftflasche bei einem Modellbau-Shop fasst etwa 300 ml (hier). |
Von Unterdruck kommst du auf Druckluft? Das ist nicht dasselbe. Eine Getränkedose für Bier oder eine Kunststoffflasche für Sprudel hält einem gewissen Druck von innen stand, aber nicht von aussen, du kannst sie ganz leicht zusammendrücken.
| Zitat: | | Kann ich durch die Kombination von Mini-Pumpe und Ventil einen größeren Unterdruck erzeugen, als die Pumpe eigentlich kann? |
Ich wüsste nicht, wie der Trick funktionieren sollte.
Du hast noch gar nicht beschrieben, warum du so einen Aufwand treibst. Was willst du mit einem gehobenen DIN A4 Blatt anstellen? |
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Mathefix
Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5867
Wohnort: jwd
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| Mathefix Verfasst am: 10. Mai 2016 10:15 Titel: |
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snoopy2015
Anmeldungsdatum: 31.07.2015
Beiträge: 25
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| snoopy2015 Verfasst am: 10. Mai 2016 14:04 Titel: |
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?
=7,86 * 10^-6 bar...? |
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Mathefix
Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5867
Wohnort: jwd
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| Mathefix Verfasst am: 10. Mai 2016 14:34 Titel: |
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| snoopy2015 hat Folgendes geschrieben: |
?
=7,86 * 10^-6 bar...? |
1. Es muss  heissen. Es gibt keinen "Unterdruck" sondern nur Druckdifferenzen.
2. Dein Rechenergebnis ist richtig
3. Umrechnung von Pascal in Bar:
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snoopy2015
Anmeldungsdatum: 31.07.2015
Beiträge: 25
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| snoopy2015 Verfasst am: 10. Mai 2016 16:31 Titel: |
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Ähhm ja, vielen Dank. Das mit dem Delta-P weiß ich, im Formeleditor konnte ich jedoch kein Delta finden.
Ist das Ergebnis nicht ein bißchen klein? Mit einem nötigen Druck von 0,00000786 bar müsste meine Pumpe (0,5 bar) das Blatt ja locker anheben können. Oder gilt das jetzt wieder nur für Überdruck? Es scheint, ich komme so nicht weiter. Von kaufbaren Unterdrucktanks habe ich noch nie gehört und überhaupt...der Trick mit Ventil und Pumpe scheint ja nicht zu funktionieren. Stärkere Modellbaupumpen, die saugen können, konnte ich bislang nicht finden. Wenn also jemand noch 'ne andere Möglichkeit weiß, Vakuum zu erzeugen, das stark genug ist, immer raus damit. Ich meine umgekehrt geht das ja auch: Ganz oft die Luftpumpe drücken, bis der Fahrradreifen prall ist, ist ja normal. |
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 10. Mai 2016 17:04 Titel: |
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| Mathefix hat Folgendes geschrieben: | ...
3. Umrechnung von Pascal in Bar:
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Das solltest Du besser nochmal überdenken. |
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Mathefix
Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5867
Wohnort: jwd
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| Mathefix Verfasst am: 11. Mai 2016 08:27 Titel: |
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| GvC hat Folgendes geschrieben: | | Mathefix hat Folgendes geschrieben: | ...
3. Umrechnung von Pascal in Bar:
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Das solltest Du besser nochmal überdenken. |
Danke für den Hinweis.
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snoopy2015
Anmeldungsdatum: 31.07.2015
Beiträge: 25
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| snoopy2015 Verfasst am: 16. Mai 2016 13:41 Titel: |
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Das kann trotzdem nicht sein. Laut Rechnung ist die nötige Druckdifferenz jetzt 7,86 * 10^-6 bar, also extrem klein!
Das sind 0,00000786 bar. Die vorhandene Pumpe kann 0,5 bar Druckdiferrenz herstellen und das Blatt trotzdem nicht anheben.
Was für ne Pumpe muss ich denn jetzt kaufen? |
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