Comeback der gasgekühlten Wälzkolbenpumpe

Der Autor: Christian Klein Marketing Management Industrie, Pfeiffer Vacuum

Gasgekühlte Wälzkolbenpumpen haben in den letzten Jahren ein Schattendasein geführt. An ihrer Stelle haben sich im Bereich der chemischen Verfahrenstechnik hauptsächlich Dampfstrahl-Vakuumpumpen etabliert. Diese kommen vor allem dort zum Einsatz, wo ein hohes Saugvermögen bei hohen Druckdifferenzen gefragt ist. Typische Anwendungsbeispiele sind etwa die Monomerevakuierung bei der Herstellung von Polyurethan und Polyester sowie die Stahlentgasung oder die Heliumverdichtung. Dampfstrahl-Vakuumpumpen werden höchsten Anforderungen gerecht. Sie sind einfach aufgebaut und garantieren ein hohes Saugvermögen über einen weiten Druckbereich. Ein gravierender Nachteil besteht jedoch darin, dass für den Betrieb der Dampfstrahl-Vakuumpumpe Dampf in ausreichender Menge zur Verfügung stehen muss. Dies ist kostenintensiv und logistisch aufwendig. Außerdem erzeugt dieser Pumpentyp aufgrund der hohen Dampfgeschwindigkeiten an der Injektordüse eine starke Geräuschbelastung. Um die TA Lärm einzuhalten, sind zusätzliche Schutzmaßnahmen erforderlich.

Strom hingegen steht nahezu überall zur Verfügung und dient dem Elektromotor der Vakuumpumpe OktaLine G als sicheres Antriebsmittel. Moderne Elektromotoren mit Frequenz-umrichter erlauben nicht nur eine gezielte, dem Prozess angepasste, Drehzahlregelung, sondern begrenzen auch die Leistungsaufnahme der OktaLine G-Pumpen.

Allgemein ist die zuverlässige Wärmeabfuhr unter Vakuumbedingungen eine nennenswerte Herausforderung. Marktübliche Wälzkolbenpumpen gestatten Druckdifferenzen zwischen Druck- und Saugseite von 100 mbar und weniger. Der jeweilige Wert hängt dabei von der Pumpengröße ab und fällt mit steigenden Saugvermögen zumeist ab. Ohne zusätzliche Schutzeinrichtungen kann das Überschreiten der Grenzwerte zu einer thermischen Überlastung der Pumpe führen. Im schlimmsten Fall laufen bewegte Teile schon nach wenigen Minuten an, blockieren und beschädigen das Pumpsystem.

Die gasgekühlte Wälzkolbenpumpen OktaLine G hingegen fördern Druckdifferenzen von bis zu 870 mbar in einer einzigen Stufe. Für zwei hintereinander geschaltete Pumpen liegt der Enddruck sogar bei ca. 20 bis 30 mbar. Die Pumpen sind für den kontinuierlichen Betrieb ausgelegt. Ohne zusätzliche bewegte Teile und ohne Regeleinrichtung überhitzt die Maschine selbst bei verschlossener Ansaugleitung nicht. Dies gelingt, da bei der OktaLine G schon auf der Druckseite ein Teil des geförderten Volumens gekühlt und mittig in den Schöpfraum zurückgeführt wird. Gemäß Auslegung garantiert allein die wirkende Druckdifferenz die betriebssichere Gasrückführung für alle Betriebspunkte von Atmosphäre bis Enddruck.

Bei Wälzkolbenpumpen nach dem bewährten Roots-Prinzip entsteht die Pumpwirkung durch zwei Kolben, die gegenläufig synchron in einem Gehäuse ohne Berührung laufen. Daher funktioniert die Pumpe auch bei hohen Drehzahlen von 1500 bis 3600 U/min problemlos. Im Querschnitt weisen Wälzkolben häufig die Form einer Acht auf.

Pfeiffer Vacuum hat die Kolbengeometrie optimiert, um mit der OktaLine G höhere Differenzdrücke erreichen zu können. In den gasgekühlten Wälzkolbenpumpen werden hammerförmige Rotoren verwendet. Diese Rotorgeometrie hat eine längere Dichtfläche als ein gewöhnlicher Rotor, dadurch kann das Gas nicht von der Druckseite zur Saugseite zurückströmen. Dabei erlaubt die ausgeklügelte Konstruktion und die Rotorform ein optimales Zusammenspiel zwischen Schöpfraum und Kühlgaseinlass.

Für die gasgekühlten Wälzkolbenpumpen sprechen die niedrigere Geräuschlast während des Betriebs und die kompakte Bauart. Die Pumpen haben ein gutes Verhältnis von Saugvermögen zu Maschinengewicht. Zudem arbeiten diese Pumpen berührungsfrei und ohne weitere Dichtmedien. Das trockene Pumpenkonzept erspart die Entsorgung kontaminierter Medien. Je nach Einsatzzweck und der geforderten Prozessparameter werden stromsparende Antriebe mit Frequenzumrichtertechnik bis zu einer Nennleistung von 200 kW eingesetzt. Damit lässt sich das Saugvermögen genau einstellen. Ein schonender Sanftanlauf der Pumpe ist ebenfalls möglich. Die OktaLine G-Serie erreicht ein Nennsaugvermögen bis 10 000 m3/h und einen Enddruck von 130 mbar gegen Atmosphäre in einer einzigen Druckstufe.

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