Ein Venturi-Ejektor ist ein pneumatischer Vakuumerzeuger, der verdichtete Antriebsluft durch eine Düse expandiert, Luft über einen Sauganschluss mitreißt, die Ströme mischt und den Druck in einem Diffusor teilweise zurückgewinnt. Seine Leistung wird durch kompressible Strömung und den vollständigen Strömungspfad bestimmt, nicht allein durch die Bernoulli-Gleichung.
Wählen Sie einen Ejektor nicht allein anhand des maximalen Vakuums aus. Prüfen Sie seine Kennlinie für den Versorgungsdruck, den Druckluftverbrauch, den Saugstrom in Abhängigkeit vom Vakuum und die Evakuierungszeit am selben Betriebspunkt. Legen Sie die Steuerung anhand von Leckage, erforderlichem Haltevakuum, Ansprechzeit und sicherer Freigabe aus.
Wichtige Erkenntnisse
- Handelsübliche Ejektoren geben häufig ein maximales Vakuum von etwa 80–90 kPa unter Atmosphärendruck an. Das gilt jedoch bei verschlossenem Sauganschluss und nicht bei nutzbarem Saugstrom.
- Die Düsenströmung kann bei Mach 1 kritisch werden, daher lässt sich die Ejektorleistung nicht allein mit Bernoulli vorhersagen.
- Vakuumschalter, Hysterese und Rückschlagventile können die Antriebsluft abschalten, sobald der Halteschwellenwert erreicht ist.
Wie erzeugt ein Venturi-Ejektor ein Vakuum?
Ein pneumatischer Ejektor besitzt drei äußere Anschlüsse und mindestens vier interne Strömungszonen. SMC nennt Druckluftversorgung, Vakuum und Abluft als die grundlegenden Anschlüsse; für die ZQ-Serie werden je nach Düsengröße Standard-Versorgungsdrücke von 0,35 bis 0,43 MPa angegeben (SMC-ZQ-Serie).
Der Ablauf wird verständlicher, wenn Antriebs- und Saugstrom getrennt betrachtet werden:
- Die Antriebsluft tritt in den Versorgungsanschluss ein. Vorgelagerter Druck und Temperatur bestimmen die verfügbare Gasdichte und Energie.
- Die Düse beschleunigt die Antriebsluft. Der statische Druck sinkt, während sich das Gas zum Düsenaustritt hin ausdehnt.
- Der niedrige Druck in der Saugkammer zieht Sekundärluft ein. Dabei handelt es sich um die Luft, die aus Sauggreifer, Schlauch, Verteiler oder Behälter abgeführt wird.
- Die beiden Ströme übertragen in der Mischstrecke Impuls. Das Mitreißen ist nicht kostenlos; es verändert sowohl Geschwindigkeit als auch Druck.
- Der Diffusor verlangsamt den Mischstrom und gewinnt einen Teil seines statischen Drucks zurück. Der kombinierte Strom wird anschließend an die Atmosphäre abgeführt.
Warum reicht die Bernoulli-Gleichung nicht aus?
Kritische Strömung ist der Zustand, in dem der Düsenhals Mach 1 erreicht und allein durch eine weitere Absenkung des nachgeschalteten Drucks keinen größeren Massenstrom mehr durchlässt. Die Herleitung der kompressiblen Strömung durch die NASA zeigt dieses Maximum am kleinsten Strömungsquerschnitt. Deshalb kann ein Druckluft-Ejektor nicht als Strömung mit konstanter Dichte modelliert werden (NASA: Drosselung des Massenstroms).
Die Bernoulli-Gleichung bleibt ein nützlicher qualitativer Einstieg: Entlang einer idealen Stromlinie steigt die Geschwindigkeit, während der statische Druck fällt. Sie sagt jedoch allein nichts über Massenstrom der Antriebsluft, Saugmassenstrom, Mischverlust, Stoßverhalten, Druckrückgewinnung im Diffusor oder Abluftgegendruck eines realen Ejektors aus.
Unsere Auswertung von Herstellerkennlinien zeigt: Das zutreffende Denkmodell lautet nicht „kleiner Durchgang gleich Vakuum“. Die Düse erzeugt einen schnellen Antriebsstrahl, während die vollständige Geometrie bestimmt, wie viel Sekundärstrom dieser Strahl beim erforderlichen Saugdruck mitreißen kann. Eine enge Düse kann den Massenstrom der Antriebsluft trotz hoher Geschwindigkeit begrenzen.
Drei Grenzen sind maßgeblich:
| Grenze | Was sie bestimmt | Was der Einkauf anfordern sollte |
|---|---|---|
| Grenze des Antriebsstroms | Düsenhals, vorgelagerter Absolutdruck, Temperatur | Druckluftverbrauch in Abhängigkeit vom Versorgungsdruck |
| Saugleistung | Mitreißkammer, Mischgeometrie, Leckage | Saugstrom in Abhängigkeit vom Vakuumdruck |
| Abluft-Rückgewinnung | Diffusor, Schalldämpfer, nachgeschalteter Gegendruck | zulässige Abluftdrosselung und Geräuschdaten |
Das Mitreißverhältnis wird manchmal wie folgt geschrieben:
Dabei gilt: ist der sekundäre Saugmassenstrom und ist der primäre Massenstrom der Antriebsluft. Das Verhältnis hängt von den angegebenen Druck- und Temperaturbedingungen ab. Ein Katalogverhältnis ohne diese Bedingungen lässt sich nicht auf einen anderen Ejektor oder Betriebspunkt übertragen.
Weitere Informationen zur Schallgrenze finden Sie im Leitfaden zu Schallleitwert und kritischem Druckverhältnis.
Eine Ejektorkennlinie richtig lesen
Maximales Vakuum ist der Endpunkt bei verschlossenem Sauganschluss und nicht der während der Evakuierung verfügbare Strom. So geben die 0,5-, 0,7- und 1,0-mm-Düsen der SMC-ZQ-Serie maximale Saugströme von 5, 10 und 22 L/min an, während der Verbrauch der Antriebsluft 15, 25 und 47 L/min beträgt (SMC-ZQ-Serie).
Eine reale Anwendung arbeitet zwischen zwei Katalogendpunkten. Das maximale Vakuum wird bei verschlossenem Sauganschluss und nahezu null Saugstrom gemessen. Der maximale Saugstrom wird bei annähernd atmosphärischem Druck am Sauganschluss gemessen, wo praktisch kein nutzbares Vakuum vorhanden ist.
Die Erläuterung der Vakuumkennlinien durch SMC macht den Zusammenhang deutlich: Ein verschlossener Sauganschluss erzeugt bei null Saugstrom das maximale Vakuum; ein geöffneter Anschluss erhöht den Saugstrom und senkt den Vakuumdruck (SMC-ZM-Serie). Poröse Werkstücke und Leckagen verschieben den Betriebspunkt zu höherem Strom und niedrigerem Vakuum.
| Katalogwert | Abgebildete Prüfbedingung | Häufige Fehlinterpretation |
|---|---|---|
| Maximales Vakuum | verschlossener oder nahezu dichter Sauganschluss | als garantiertes Vakuum bei Leckage behandelt |
| Maximaler Saugstrom | niedriges Vakuum, offener Einlass | als verfügbarer Strom am Haltesollwert verwendet |
| Druckluftverbrauch | angegebener Versorgungsdruck und Bezugszustand | verglichen, ohne die Grundlage ANR, NL/min oder SCFM zu prüfen |
| Evakuierungszeit | angegebenes Volumen, Schlauch, Druckziel und Prüfschaltung | nur anhand der Sauggreifergröße skaliert, ohne Schläuche und Verschraubungen zu berücksichtigen |
Einige Ejektoren erreichen ihren vorgesehenen Betriebspunkt unterhalb des Werksnetzdrucks. Ein zu hoher Versorgungsdruck kann den Verbrauch der Antriebsluft und das Geräusch erhöhen, ohne den Saugdruck proportional zu verbessern. Regeln Sie lokal und folgen Sie der Kennlinie des ausgewählten Modells.
Verwenden Sie bei Gasberechnungen den Absolutdruck:
Für Vakuum gilt: ist negativ. Ein Messwert von −85 kPa Überdruck entspricht bei Standardatmosphäre ungefähr 16 kPa absolutem Druck. Weitere Umrechnungsdetails finden Sie im Leitfaden zum Absolutdruck .
Vakuum-Steuerventile: Regelung und Druckluft sparen
Ein energiesparender Ejektor muss während der gesamten Haltezeit keine Antriebsluft verbrauchen. Die Dokumentation von Festo zu VADM/VADMI beschreibt einen Vakuumschalter, ein Versorgungs-Magnetventil, ein Rückschlagventil und eine Druckluftsparfunktion, die die Erzeugung erst wieder startet, wenn das Vakuum unter den eingestellten Bereich fällt (Festo VADM/VADMI).
Der Begriff „Vakuum-Steuerventil“ kann mehrere unterschiedliche Komponenten bezeichnen. Legen Sie die Funktion vor der Auswahl eines Bauteils fest:
| Komponente | Hauptaufgabe | Typische Regelgröße |
|---|---|---|
| Ejektor-Versorgungsventil | startet und stoppt die Antriebsluft | SPS-Befehl oder lokale Logik |
| Vakuum-Schaltventil | verbindet eine Pumpenquelle oder trennt sie ab | Zykluszustand |
| Rückschlagventil | hält das Vakuum nach dem Abschalten der Erzeugung | Druckdifferenz |
| Vakuumschalter oder -sensor | meldet Halteschwelle und Vakuumabfall | Vakuumdruck |
| Vakuumregler | begrenzt oder stabilisiert ein Vakuumniveau | nachgeschalteter Vakuum-Sollwert |
| Abblasventil | führt für eine schnelle Freigabe Druckluft zu | zeitgesteuerter Freigabebefehl |
Bei einem dichten Werkstück ist der effiziente Ablauf normalerweise:
- Öffnen Sie das Ventil der Antriebsluft.
- Bestätigen Sie, dass das Vakuum innerhalb der zulässigen Zeit die sichere Greifschwelle überschreitet.
- Schalten Sie die Antriebsluft an der oberen Schwelle ab.
- Halten Sie das Vakuum über das Rückschlagventil.
- Starten Sie den Ejektor erneut, wenn Leckage das Vakuum unter die untere Schwelle zieht.
- Trennen Sie beim Ablegen das Vakuum ab und geben Sie einen kurzen, kontrollierten Abblasimpuls.
Vakuumschalter-Hysterese ist das Druckband zwischen dem Abschalten und dem Neustart der Luft. Ein zu schmales Band lässt das Ventil rattern; ein zu breites Band kann die Haltereserve verringern. Überwachen Sie die Zeit zwischen Neustarts. Kürzer werdende Intervalle sind ein nützlicher Hinweis auf Leckage und Verschleiß des Sauggreifers.
Abschätzung der Evakuierungszeit
Für ein geschlossenes Volumen mit konstantem effektivem Saugvermögen gibt Leybold den vereinfachten logarithmischen Zusammenhang zwischen Volumen, Saugvermögen, Anfangsdruck und Zieldruck an. Leybold weist außerdem darauf hin, dass Leitwert, Leckage, Desorption und ein veränderliches Saugvermögen die reale Evakuierung verlangsamen (Leybold: Evakuierungszeit berechnen).
Die vereinfachte Abschätzung lautet:
dabei gilt:
- ist die Evakuierungszeit;
- ist das gesamte evakuierte Volumen einschließlich Sauggreifer, Schlauch, Verschraubungen und Verteiler;
- ist der effektive Saugstrom am angeschlossenen Volumen;
- ist der anfängliche Absolutdruck;
- ist der Ziel-Absolutdruck.
Nehmen wir beispielsweise ein Volumen von 2,0 L, einen anfänglichen Absolutdruck von 1.013 mbar, einen Zieldruck von 400 mbar und einen effektiven Saugstrom von 20 L/min an. Das idealisierte Ergebnis beträgt etwa 5,6 Sekunden.
Dieses Ergebnis ist eine Abschätzung für die Vorauswahl. Der Ejektorstrom sinkt normalerweise mit zunehmendem Vakuum, daher ist ein konstantes eine Näherung. Verwenden Sie die Evakuierungskurve des Herstellers, wenn die Ansprechzeit ein Freigabekriterium ist. Auch SMC wählt Ejektoren und Schaltventile anhand von Saugvermögen und Ansaugzeit aus (SMC: Auswahl von Vakuumgeräten).
Lange Schlauchleitungen können bei einem kleinen Sauggreifer den größten Anteil am Volumen ausmachen und den Leitwert begrenzen. Für eine schnelle Greifbestätigung montieren Sie den Ejektor nahe am Saugpunkt und führen Sie Druckluft zu ihm, anstatt eine lange Vakuumleitung bis zu einem Schaltschrank zu verlegen.
Wie dimensionieren Sie einen Vakuum-Ejektor für eine reale Last?
Das Vakuumniveau allein reicht zur Dimensionierung eines Handhabungssystems nicht aus. Schmalz definiert die theoretische Haltekraft eines Sauggreifers als Druckdifferenz multipliziert mit der effektiven Saugfläche, , und weist darauf hin, dass Oberflächenzustand und Anwendungsdynamik einen separaten Sicherheitsfaktor erfordern (Schmalz: Vakuum-Sauggreifer).
Führen Sie zwei unabhängige Prüfungen durch:
- Prüfung der Haltekraft: Können die Sauggreifer bei dem minimal zulässigen Vakuum Gewichtskraft, Beschleunigung, Einbaulage und Prozesskräfte aufnehmen?
- Prüfung von Strom und Ansprechzeit: Kann der Ejektor das Anfangsvolumen und die kontinuierliche Leckage schnell genug abführen, um dieses Vakuum zu erreichen?
Der ideale statische Zusammenhang lautet:
Dabei gilt: ist die theoretische normale Haltekraft, ist der Umgebungsdruck abzüglich des Drucks am Sauggreifer, und ist die effektive Saugfläche des Herstellers. Berücksichtigen Sie Beschleunigung, Einbaulage, Reibung, ungleichmäßige Lastverteilung, Oberflächenstruktur, Verschmutzung, Sauggreiferverschleiß und einen geeigneten Sicherheitsfaktor getrennt.
Ein höheres Vakuum ist nicht automatisch besser. SMC weist darauf hin, dass eine Verdopplung des Vakuumdrucks die theoretische Hubkraft verdoppelt, während eine Verdopplung des Sauggreiferdurchmessers sie vervierfacht. Ein überhöhtes Vakuum kann außerdem die Ansprechzeit verlängern, mehr Energie verbrauchen und die Lebensdauer des Sauggreifers verkürzen (SMC: Auswahl von Vakuumgeräten).
Ein größerer Sauggreifer bei moderatem Vakuum kann einen kleinen Sauggreifer nahe dem Maximalvakuum übertreffen. Prüfen Sie die Kraft mit dem Vakuum-Sauggreifer-Kraftrechner, und wählen Sie den Ejektorstrom anhand von Leckage und Ansprechzeit aus.
Für die Betriebskosten verwenden Sie im Druckluftkostenrechner für Vakuumerzeuger den gemessenen Druckluftverbrauch und die tatsächliche Einschaltzeit. Die Druckluftsparlogik ändert den Arbeitszyklus, nicht den momentanen Strom der Antriebsluft.
Was verursacht niedriges Vakuum, langsame Reaktion oder hohen Luftverbrauch?
Beginnen Sie mit dem Symptom, denn maximales Vakuum und maximaler Saugstrom liegen an entgegengesetzten Enden der Kennlinie. Laut der SMC-Anleitung zu Stromkennlinien erhöht Leckage den Saugstrom und senkt zugleich das Vakuum. Ein System kann daher hohen Strom und niedriges Vakuum zeigen, ohne dass der Ejektor selbst defekt ist (SMC-ZM-Serie).
| Symptom | Wahrscheinlichste Prüfungen | Diagnosehinweis |
|---|---|---|
| Niedriges Endvakuum | Dichtung des Sauggreifers, poröses Teil, gerissener Schlauch, verstopfte Düse, Abluftgegendruck | Vakuum verbessert sich bei verschlossenem Sauganschluss |
| Langsame Evakuierung, aber akzeptables Endvakuum | zu großes Volumen, langer enger Schlauch, verstopfter Filter, zu klein dimensionierter Ejektor | Prüfung mit verschlossenem Anschluss erreicht das Ziel, das angeschlossene System ist jedoch langsam |
| Hoher Verbrauch der Antriebsluft | zu hoher Versorgungsdruck, keine Druckluftsparlogik, durch Leckage ausgelöste Neustarts | Luft strömt nach Erreichen der sicheren Greifschwelle weiter |
| Instabiles Vakuumsignal | zu kleine Hysterese, weit entfernt montierter Sensor, pulsierende Leckage | schnelle Ventilschaltung um einen Druckpunkt |
| Langsame oder unzuverlässige Freigabe | fehlendes Abblasen, gedrosselte Entlüftung, klemmender oder verformter Sauggreifer | Vakuum bleibt nach dem Schließen des Versorgungsventils bestehen |
| Übermäßiges Geräusch | hoher Versorgungsdruck, beschädigter oder verstopfter Schalldämpfer, gedrosselte Abluft | Gegendruck verändert die Vakuumleistung |
Führen Sie vor dem Austausch des Ejektors drei Prüfungen durch:
- Verschließen Sie den Sauganschluss. Damit prüfen Sie das erreichbare Vakuum bei praktisch keinem Sekundärstrom.
- Messen Sie die Evakuierungszeit an einem bekannten Volumen. Damit prüfen Sie die nutzbare Saugleistung.
- Zeichnen Sie den Versorgungsdruck am Ejektor während der Strömung auf. So erkennen Sie einen vorgelagerten Druckabfall, den ein statisches Regler-Manometer nicht zeigt.
Diese Prüfungen trennen Fehler an Dichtung, Strom und Versorgung. Ein korrektes Vakuum bei verschlossenem Anschluss zusammen mit langsamer Evakuierung weist auf Leitwert oder Kapazität hin. Niedriges Vakuum bei verschlossenem Anschluss weist auf Düse, Schalldämpfer, Versorgung oder Ejektor hin. Wenn beide Prüfungen bestanden werden, untersuchen Sie die maschinenseitige Leckage oder das Werkstück.
Prüfen Sie auch den Druckluftpfad. Ein zu klein dimensioniertes Ventil, eine zu kleine Verschraubung oder ein zu enger Schlauch kann den dynamischen Versorgungsdruck senken, obwohl der Ejektoreinlass im Stillstand korrekt misst. Die Leitfäden zu Druckabfall in Pneumatikanlagen und Verlegung von Pneumatikschläuchen behandeln diese vorgelagerten Prüfungen.
Siehe Über Bepto Pneumatik für den Autorenkontext. Für eine Schaltungsprüfung wenden Sie sich an die Anwendungstechnik und geben Sie Modell, Druck, Zielvakuum, Evakuierungszeit, Volumen und Leckage an.
FAQ zu Venturi-Ejektoren: Was sollten Ingenieure prüfen?
Die Beispiele der Hersteller beziehen sich auf unterschiedliche Betriebspunkte und nicht auf eine universelle Spezifikation. SMC nennt für ZQ ein maximales Vakuum von etwa −80 kPa, während Schmalz einige Hochvakuum-Ejektoren mit −850 bis −900 mbar angibt. Beide erfordern dennoch eine modellspezifische Prüfung von Saugstrom und Druckluftverbrauch (SMC ZQ; Schmalz SBPL).
Welches Vakuumniveau kann ein Venturi-Ejektor erreichen?
Viele Industriemodelle geben ein maximales Vakuum von ungefähr 80–90 kPa unter Atmosphärendruck an. Der Wert ist jedoch modellspezifisch und wird normalerweise bei nahezu null Saugstrom gemessen. Prüfen Sie die Kennlinie beim Leckagestrom der Anwendung. Geben Sie das Ergebnis als Vakuumdruck relativ zur Atmosphäre oder als Absolutdruck an, damit die Anforderung nicht missverstanden wird.
Erzeugt ein höherer Versorgungsdruck immer mehr Vakuum?
Nein. Jeder Ejektor hat einen empfohlenen oder standardisierten Versorgungsdruck. Oberhalb dieses Werts können Verbrauch der Antriebsluft und Geräusch zunehmen, ohne dass die Leistung proportional steigt. Verwenden Sie den dynamischen Einlassdruck und die Kennlinie des ausgewählten Modells. Ein Werksnetz mit 0,6 MPa bedeutet nicht, dass jeder Ejektor mit 0,6 MPa betrieben werden sollte.
Was ist der Unterschied zwischen maximalem Saugstrom und maximalem Vakuum?
Der maximale Saugstrom tritt bei niedrigem Vakuum und geöffnetem Sauganschluss auf. Das maximale Vakuum tritt bei nahezu null Saugstrom und verschlossenem Anschluss auf. Ein realer Sauggreifer oder Behälter arbeitet zwischen diesen Punkten. Wählen Sie anhand der Kennlinie beim erforderlichen Vakuum aus, statt die beiden Katalogmaxima so zu kombinieren, als würden sie gleichzeitig auftreten.
Wann sollte eine druckluftsparende Vakuumschaltung deaktiviert werden?
Kontinuierliches Saugen kann bei porösen Werkstücken oder großen Dauerleckagen stabiler sein. Festo warnt, dass schnelle Leckage häufiges Schalten verursachen kann, und beschreibt eine Logik, die bei zu vielen Zyklen auf kontinuierliches Saugen zurückschalten kann. Bei dichten Teilen können ein Rückschlagventil und die Hysterese des Druckschalters die Einschaltzeit der Antriebsluft deutlich reduzieren.
Wie sollte ein Vakuum-Ejektor für ein poröses Werkstück ausgewählt werden?
Messen Sie die kontinuierliche Leckage beim erforderlichen Haltevakuum oder schätzen Sie sie konservativ ab. Wählen Sie anschließend einen Ejektor, dessen Saugstromkennlinie diesen Betriebspunkt mit Reserve halten kann. Ein hoher Wert für das maximale Vakuum allein ist ungeeignet. Prüfen Sie Material, Sauggreifergeometrie, Filter, Schlauch und Zyklus unter realen Bedingungen, bevor Sie die Maschinenfreigabe erteilen.
Quellen und technische Referenzen
- NASA Glenn Research Center: Drosselung des Massenstroms, kompressibler Düsenmassenstrom und kritische Strömung bei Mach 1. Abgerufen am 19.07.2026.
- SMC-ZQ-Serie, Vakuum-Ejektor, Düsengröße, Standard-Versorgungsdruck, maximaler Saugstrom, Druckluftverbrauch und maximales Vakuum. Abgerufen am 19.07.2026.
- SMC-ZM-Serie, Vakuum-Ejektor, Erläuterung der Kennlinien für Vakuumdruck und Saugstrom. Abgerufen am 19.07.2026.
- SMC: Auswahl von Vakuumgeräten, Auswahl von Ejektoren und Schaltventilen anhand von Saugvermögen und Ansprechzeit. Abgerufen am 19.07.2026.
- Festo VADM/VADMI, Vakuumerzeuger, integriertes Versorgungsventil, Vakuumschalter, Rückschlagventil, Abblasimpuls und Druckluftsparsteuerung. Abgerufen am 19.07.2026.
- Schmalz: Vakuum-Sauggreifer, Zusammenhang zwischen Druckdifferenz, effektiver Fläche und Haltekraft. Abgerufen am 19.07.2026.
- Leybold: Evakuierungszeit berechnen, Abschätzung der Evakuierung bei konstantem effektivem Saugvermögen und ihre Grenzen. Abgerufen am 19.07.2026.

