Die Funktion von Schraubenvakuumpumpen ist schnell erklärt. In der Pumpe drehen sich zwei ineinander verzahnte, schraubenförmige und gegenläufige Schrauben-Rotoren. Die Prozessgase werden zwischen den einzelnen Schraubenwendeln eingeschlossen, verdichtet und zum Gasauslass transportiert. Die beiden Schraubenrotoren berühren sich beim Verdichtungsprozess weder gegenseitig noch den Zylinder. Eine präzise Fertigung und kleinste Spalten zwischen den sich bewegenden Teilen ermöglichen dieses Funktionsprinzip und garantieren darüber hinaus einen niedrigen Enddruck von bis zu 0,01 mbar (absolut).
Die Cobra-Schraubenvakuumpumpen von Busch Vaccuum Solutions können mit verschiedenen Dichtungssystemen, diversen Beschichtungen und entsprechendem Zubehör praktisch für jede Chemikalie kompatibel konfiguriert werden. Außerdem stehen unterschiedliche Atex-Ausführungen nach der EU-Richtlinie 2014/34/EU und anderen nationalen Explosionsschutzrichtlinien zur Verfügung. Die Pumpen können somit in explosionsgefährdeten Bereichen und zur Förderung explosiver Gase und Dämpfe eingesetzt werden. Optional sind zusätzlich Flammensperren integrierbar. Bei der Auslegung trägt der Hersteller darüber hinaus folgenden Kriterien Rechnung.
Sicherer Betrieb des Vakuumsystems
Je nach Prozessgas kann die Vakuumpumpe bestimmten Risiken ausgesetzt werden. Deshalb ist es wichtig, dass die Prozessgase ausreichend bekannt sind, um diese Risiken zu minimieren. Oft sind verschiedene Komponenten notwendig, die saugseitig oder druckseitig installiert werden können, um das Prozessgas zu fördern, ohne dass die Vakuumpumpe Schaden nimmt. Man spricht dann von einem Vakuumsystem. Dieses kann auch aus mehreren Vakuumpumpen bestehen. Um das System sicher zu betreiben, müssen die Pumpen vor Korrosion und Ablagerungen durch Kristallisation oder Polymerisation geschützt und die Materialbeständigkeit erhöht werden.
Korrosionsschutz
Zum Schutz des Vakuumsystems beziehungsweise der einzelnen Vakuumpumpen vor Korrosion können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden. Die erste Möglichkeit besteht darin, zu verhindern, dass korrosive Stoffe in das Innere der Vakuumpumpe gelangen können. Dies lässt sich durch vorgeschaltete Kondensatoren oder Gaswäscher erreichen.
Die zweite Möglichkeit, Korrosion zu vermeiden ist, das Prozessgas in der Gasphase zu halten. Dies kann bei einer Schraubenvakuumpumpe durch die Einstellung einer bestimmten Betriebstemperatur erfolgen. Außerdem kann das Prozessgas durch ein zugeführtes Ballastgas verdünnt werden, um dadurch den Teildruck der kondensierbaren Gase zu senken. Es gilt also die einfache Logik: Gasförmig ansaugen und gasförmig ausstoßen. Die Mindesttemperatur muss so hoch gewählt werden, dass Gase nicht auskondensieren. Die maximale Temperatur hingegen darf nicht so hoch sein, dass die Vakuumpumpe Schaden nimmt oder dass die maximal zulässige Temperatur nach Atex-Klassifizierung überschritten wird.
Cobra-Schraubenvakuumpumpen arbeiten mit einem Kühlsystem, das für eine gleichmäßige Wärmeverteilung sowie eine höhere thermische Effizienz und Stabilität im gesamten Pumpenkörper sorgt. Dadurch kann die Temperatur so gewählt werden, dass sie hoch genug ist, das Prozessgas nicht kondensieren zu lassen, aber niedrig genug, um potenzielle temperaturbedingte Probleme wie Gasphasenabscheidung oder Selbstentzündung zu vermeiden. Da die Verdichtung des Prozessgases in der Vakuumpumpe trocken erfolgt, kann das Prozessgas ohne Kontamination oder Reaktion mit einem Betriebsmittel gefördert werden.
Eine dritte Möglichkeit ist die Nutzung von kompatiblen Materialien bei der Vakuumpumpe. Bei Cobra-Schraubenvakuumpumpen sind beispielsweise alle prozessberührenden Teile standardmäßig aus Kugelgraphitguss gefertigt und mit einer speziellen Beschichtung versehen, die gegenüber den meisten Chemikalien beständig ist.
Schutz vor Partikeleintrag
Schrauben-Vakuumpumpen sollten immer mit einem Saugsieb im Ansaugstutzen oder einem Ansaugfilter betrieben werden. Dieser soll verhindern, dass Partikel in das Pumpeninnere gelangen. Bedingt durch die präzise Fertigung dieser Pumpen mit den damit verbundenen kleinen Spalten und Toleranzen ergibt sich eine gewisse Empfindlichkeit gegenüber eingetragenen Partikeln. Trockene Schraubenvakuumpumpen werden vor allem in der Pharmaindustrie oft in Verbindung mit Partikeltrocknern eingesetzt. Eine gewisse Anzahl solcher Partikel können die Vakuumpumpe zusammen mit dem Prozessgas problemlos passieren oder nach Prozess-ende ausgespült werden. Dennoch empfiehlt es sich, entsprechende Vorkehrungen zu treffen, um ein regelmäßiges Ansaugen von Partikeln zu verhindern.
Dichtheit der Vakuumpumpsysteme
Vakuumpumpen und -systeme in chemischer Umgebung müssen dicht sein. Umgebungsluft darf nicht eindringen und ein explosionsgefährdetes Gasgemisch erzeugen. Toxische oder explosive Gase dürfen nicht entweichen. Zur Verhinderung von Undichtheiten zwischen zwei feststehenden Teilen werden in aller Regel Polymer-O-Ringe verwendet. Die Widerstandsfähigkeit hängt dabei vom gewählten Polymer ab. Deshalb muss das Material der Dichtung ebenfalls auf die möglichen Prozessgase abgestimmt werden. Busch Vacuum Solutions hat ein dynamisches Dichtungskonzept für rotierende Wellendurchführung der Cobra-Schraubenvakuumpumpen vom TÜV SÜD gemäß der Technischen Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft) zertifizieren lassen. Diese Dichtungen gelten als technisch dicht.
Tipps für den Betrieb
Für die meisten Anwendungen empfiehlt sich das Aufwärmen der Vakuumpumpe vor dem Prozessbetrieb durch eine gewisse Vorlaufzeit. Dadurch kann sich die vorgegebene Temperatur einstellen. Nach Prozessende empfiehlt sich das Spülen der Vakuumpumpe mit nicht kondensierbarem Inertgas, um vor dem Abschalten das Prozessgas aus der Vakuumpumpe vollständig zu entfernen. Üblicherweise wird für diesen Spülvorgang Stickstoff verwendet. Das Spülen der Vakuumpumpe nach Prozessende mit einer Reinigungsflüssigkeit ist ebenfalls möglich und zu empfehlen, falls die Gefahr von Ablagerungen im Pumpeninnern beim Abkühlen besteht.
Busch Vacuum Solutions, Maulburg
Autor: Uli Merkle
Leiter Marketing Services,
Busch Vacuum Solutions
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