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Klassiker setzt Maßstäbe

Ölgedichtete Vakuum-Drehschieberpumpen mit optimierter Auslegung
Klassiker setzt Maßstäbe

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Vacuubrand hat seine ein- und zweistufigen Drehschieberpumpen komplett neu überarbeitet. Die Geräte der Vakuum-Drehschieberpumpenbaureihe XS sind kompakt, leise, wartungsfreundlich und energiesparend. Sie werden überall dort eingesetzt, wo ein Druckbereich von einigen Millibar bis 10-3 mbar sicher erreicht werden muss.

Dr. Jürgen Dirscherl

Vakuum ist im chemischen Labor wie in der Prozesstechnik ein universelles Hilfsmittel. Für viele Anwendungen wie Absaugen, Vakuumtrocknen, -konzentrieren und -destillieren ist ein Vakuum bis 1 mbar völlig ausreichend. Dieses Vakuum wird vorteilhaft mit ölfreien (Chemie-)Membranpumpen erzeugt. Einige Anwendungen erfordern jedoch ein Vakuum unter 1 mbar. Dazu gehören u.a. Keramik-Sintern, Plasma-Ätzen und die Gefriertrocknung. Die Gefriertrocknung ist die schonendste Methode, Produkte zu trocknen: Dem gefrorenen Produkt wird das Lösemittel durch Sublimation unter Vakuum entzogen. Wegen des niedrigen Dampfdruckes von Feststoffen wird ein Vakuum bis 2 x 10-3 mbar benötigt.
In der Regel werden dazu ölgedichtete Drehschieberpumpen eingesetzt, die jedoch auf kondensierende und korrosive Dämpfe empfindlich reagieren. Der bewährte Gasballast kann jedoch die Kondensation bis zu einer begrenzten Lösemittelmenge vermeiden helfen.
Die sogenannte Wasserdampfverträglichkeit (angegeben in mbar Wasserdampfpartialdruck oder in g/h gepumpte Wasserdampfmenge) ist das entscheidende Maß für die problemlos förderbare Lösemittelmenge. Da in der Chemie häufig mit Gasballast gearbeitet wird, ist die Wasserdampfverträglichkeit (mit Gasballast) sowie der mit diesem Gasballast erzielbare Enddruck der Pumpe eines der wichtigsten Kriterien für die Auswahl einer geeigneten Drehschieberpumpe.
Manche Hersteller verwenden sehr große Gasballastmengen und erzielen damit eine sehr hohe Wasserdampfverträglichkeit, nehmen dafür jedoch einen bescheidenen Enddruck von zum Teil deutlich über 0,01 mbar in dieser Betriebsart in Kauf. Andere arbeiten mit sehr geringen Gasballastmengen, erzielen damit gute Enddruckwerte mit Gasballast, bieten jedoch nur geringe Wasserdampfverträglichkeit. Demgegenüber konnte Vacuubrand bei seinen ölgedichteten Drehschieberpumpen durch eine optimierte Auslegung sehr gute Werte für das Verhältnis aus Wasserdampfverträglichkeit und Enddruck mit Gasballast erzielen.
Weniger ist mehr
Die Vakuum-Drehschieberpumpen XS sind aus den komplett überarbeiteten Pumpenaggregaten R 2.5 und 6 hervorgegangen. Bei diesen ein- und zweistufigen ölgedichteten Drehschieberpumpen mit integrierter Ölpumpe und Gasballast für hohe Dampfverträglichkeit wurde der Ölkreislauf vollständig umgestellt. Der Wellendichtring, eines der wichtigsten Verschleißteile, wird nun durch die neuartige Umlaufschmierung deutlich besser mit frischem Öl versorgt. Dies zahlt sich in einer wesentlich höheren Standzeit dieses kritischen Ersatzteils aus. Gleichzeitig ließ sich durch die Optimierung des Ölkreislaufs das Laufgeräusch um bis zu 6 dB reduzieren (Typ RZ 2.5 im Vergleich zum Vorgängermodell RZ 2). Gerade beim Einsatz im Labor ist die Lautstärke ein wichtiges Kriterium.
Auf aufwändige interne Dichtringe konnte weitgehend verzichtet werden. Auch bei den Kupplungen (jetzt kardanische Kupplungen aus PEEK) sowie bei den Ölpumpenschiebern (ebenfalls aus PEEK) wurden Teile eingespart, mit dem Endergebnis, dass der Wartungssatz 27 % weniger Teile als vorher enthält. Der allgemeine Wartungsaufwand sinkt entsprechend, insbesondere da alle Einzelteile und ihre Einbaulage in dieser Hinsicht optimiert wurden und keine speziellen Werkzeuge oder Einstellarbeiten erforderlich sind. Der Teleskopaufbau des Aggregats erleichtert das schnelle Zerlegen und Zusammensetzen. Kein Teil kann falsch herum eingebaut werden.
Die Stahl-Rotoren sind durch eine Stickstoffplasmabehandlung gehärtet und Oberflächen-nitriert. Dies verbessert die chemische Beständigkeit sowie die Notlaufeigenschaften erheblich. Korrosionsgefährdete Stahlteile wie die Ölpumpenfedern wurden nach Möglichkeit eliminiert.
Die mechanischen Anlagespiele wurden soweit optimiert, dass selbst bei der hohen Gasballastmenge von bis zu 10 % des Nennsaugvermögens noch ein Enddruck mit Gasballast von 1 x 10-2 mbar erzielbar ist. Durch die große Gasballastmenge erreicht die Wasserdampfverträglichkeit den sehr guten Wert von 40 mbar.
Ein erheblicher Entwicklungssprung wurde auch bei der Motorenauslegung geschafft. Die neuen Motoren sind nicht nur deutlich sparsamer – der Betriebsstrom bei typischen Betriebszuständen ist um bis zu 25 % geringer als bei den Vorgängermodellen – sondern auch laufruhiger und kompakter. Durch die spezielle Auslegung kommen die R 2.5- und R 6-Motoren ohne aufwändige Anlaufschaltung aus. Dadurch lässt sich die Pumpe jederzeit – auch kurz nach dem Ausschalten – wieder starten.
Chemie-Hybrid-Pumpe
Nicht wenige Anwendungen erfordern ein Vakuum im 10-3-mbar-Bereich und belasten das Vakuumsystem zugleich mit großen Mengen an Lösemitteln oder korrosiven Gasen. Übliche ölgedichtete Drehschieberpumpen reagieren trotz aller Gegenmaßnahmen empfindlich auf größere Mengen an kondensierenden und korrosiven Dämpfe. Daher wird den Drehschieberpumpen bei kritischen Anwendungen häufig eine Tiefkühlfalle vorgeschaltet, was mit hohem Aufwand für Kühlmittel bzw. Kühlaggregat und Enteisung verbunden ist.
Die Kondensation im Ölkasten der Drehschieberpumpe lässt sich durch Absenkung des Drucks im Ölkasten vermeiden. Bei Ölkastentemperaturen von 50 bis 70 °C liegen die Siededrücke der meisten Lösemittel oberhalb 20 mbar, dieser Druck genügt also, die Kondensation zu verhindern und das Öl durch in-situ-Vakuumdestillation wieder zu reinigen. Auch die Korrosion wird durch das Absenken des Ölkastendrucks wirkungsvoll verringert: So bewirkt eine Reduzierung des Drucks von 1000 mbar auf u003C 20 mbar eine um Faktor 50 geringere Korrosion.
Die Absenkung des Drucks im Ölkasten und das Verdichten des Gases auf Atmos-phärenniveau kann durch Nachschaltung einer Chemie-Membranpumpe erfolgen. Die Membranpumpe zieht hierbei die aggressiven Dämpfe aus dem Vakuumöl der Drehschieberpumpe ab und schützt diese. So kommt es auch in einer Vacuubrand-Chemie-Hybrid-Pumpe, die eine korrosionsoptimierte Kombination einer Drehschiebervakuumpumpe mit einer Membranpumpe ist, zur Kondensation. Jedoch ohne negative Konsequenzen, da diese in oder hinter der ölfreien Membranpumpe stattfindet. Kondensation und Korrosion im Drehschieberpumpenaggregat wird reduziert und die Ölverunreinigung vermindert. Die Kosten für Öl und die Entsorgung kontaminierten Altöls sinken entsprechend.
Im Zuge der Entwicklung der XS-Baureihe überarbeitete Vacuubrand auch seine bewährte Chemie-Hybrid-Pumpe RC 5. Die neuen RC-6-Aggregate zeichnen sich durch Detailverbesserungen im Ölkreislauf sowie an der Membranpumpe aus. Zudem wird ein Motor mit vollelektronischer Anlaufsteuerung verwendet, mit niedrigerer Leistungsaufnahme und geringerem Geräusch.
Die besonderen Vorteile der Chemie-Hybrid-Pumpe RC 6 sind:
  • der Betrieb ist in vielen Fällen ohne Kühlfalle möglich, was den Mehraufwand für die integrierte Membranpumpe mehr als ausgleicht
  • drastisch reduzierter Altölanfall
  • Vakuumleistung einer zweistufigen Drehschieberpumpe
  • einfache, auspuffseitige Kondensation umweltbelastender Dämpfe
  • stark verringerter Korrosionsangriff bei Arbeiten mit aggressiven Dämpfen
  • Rückgewinnung von Lösemitteln
cav 400

Pumpen im VDMA
Seminar VDI Wissensforum: Vakuumtechnik (Grundlagen,Erzeugung,Messung,Auslegung)
VaQum – Internationale Fachmesse für Vakuumtechnik und Vakuumanwendungen
DIN EN ISO 2151, Ausgabe:2004-06 Akustik – Kompressoren und Vakuumpumpen, Bestimmung der Geräuschemission – Verfahren der Genauigkeitsklasse 2 (ISO 2151:2004
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