Faktoren, die bei der Auswahl von Vakuumpumpen zu berücksichtigen sind 26. August 2020
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Bei der Auswahl einer neuen Vakuumpumpe oder eines neuen Pumpensatzes – sei es für ein neues System oder zur Aufrüstung eines bestehenden – müssen mehrere Schlüsselfaktoren berücksichtigt werden. Diese bestimmen den/die Pumpentyp(en) und die erforderliche Pumpleistung.
Verschiedene Faktoren beeinflussen die Gesamteffizienz und Leistungsfähigkeit einer Vakuumpumpe. Jede Pumpe erfordert eigene Prozessbedingungen, hat einen eigenen Betriebsbereich und bietet eigene Vorteile und Einschränkungen. Diese Eigenschaften hängen von vier Faktoren ab:
- Vakuumniveau und Saugvermögen
- Prozess- oder Anwendungseinfluss auf die Pumpe
- Einfluss der Pumpe auf den Prozess oder die Anwendung
- Kosten und Wartung
Vakuumniveau und Saugvermögen
Vakuumniveau und Pumpgeschwindigkeit sind wichtige Faktoren. Sie beeinflussen alle anderen Faktoren. Typische Klassifizierungen und Bereiche sind:
- Grobvakuum: von 103 mbar bis 1 mbar
- Mittelvakuum: 1 mbar bis 10-3 mbar
- Hochvakuum: 10-3 mbar bis 10-7 mbar
- Ultrahochvakuum: 10-7 mbar bis 10-12 mbar
- Extremhochvakuum: unter 10-12 mbar
Saugvermögen
Die Pumpgeschwindigkeit von Vorvakuumpumpen wird in m3h-1 gemessen, bei Hochvakuumpumpen wird l/s verwendet: 1m3h-1= 3,6 l/s
Bei der Wahl der richtigen Pumpgeschwindigkeit sind zwei Aspekte zu berücksichtigen:
- Die Abpumpzeit vor Prozessbeginn sollte so kurz wie möglich sein, um die Produktionskosten zu minimieren.
- Prozessabläufe: Die Pumpgeschwindigkeit muss bei der Verwendung von Prozessgasen einen angemessenen Druck aufrechterhalten können.
Je nach angestrebtem Vakuumniveau und Abpumpzeit können verschiedene Vakuumpumpentechnologien erforderlich sein.
Vorvakuumpumpen — Diese Pumpen arbeiten im Grob- und Mittelvakuumbereich. Diese Pumpen arbeiten durch Komprimieren von Gasen und anschließendes Ablassen in die Atmosphäre. Zu den Anwendungsgebieten gehören Lebensmittelverpackung, Wärmebehandlung und Gefriertrocknung.
Hoch- und Ultrahochvakuumpumpen— wie Turbopumpen und Diffusionspumpen – funktionieren nur in Verbindung mit einer Vorvakuumpumpe und arbeiten nach dem Molekulartransferverfahren. Zu den Anwendungsgebieten zählen Beschichtungen, Metallurgie und analytische Anwendungen.
Ionen-, nicht verdampfbare Getterpumpen und Kryopumpen funktionieren durch das Einfangen von Gasen. Bei Kryopumpen geschieht dies durch das Einfrieren der Gase. In bestimmten Phasen ist Evakuierung und gelegentliches Vorvakuum erforderlich. Anwendungsgebiete sind Forschung und Entwicklung, Hochenergiestrahllinien und Weltraumsimulation.
Auswirkungen der Pumpe auf Prozesse oder Anwendungen
Die Bewertung des Einflusses der Vakuumpumpe auf die Anwendung oder den Prozess ist ebenso wichtig wie die Pumpleistung. Die Wahl der Vakuumpumpe kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden, darunter:
- Öl- oder Kohlenwasserstoffemissionen oder Rückströmungen
- Von der Pumpe erzeugte/induzierte Vibrationen
- Lärm
- Von der Pumpe erzeugte Magnetfelder (selten)
- Wärmeabstrahlung
- Energieverbrauch
Vorvakuumpumpen
Es gibt verschiedene Arten von Vorvakuumpumpen
- Ölgedichtete Drehschieberpumpen
- Scrollpumpen
- Membranpumpen
- Schraubenpumpen
Drehschieberpumpen werden häufig für Anwendungen mit mittlerem Vakuum eingesetzt, weisen jedoch Ölrückströmungen auf. Dies kann problematisch sein, wenn ein Prozess empfindlich auf Verunreinigungen reagiert, beispielsweise bei Präzisionsbeschichtungen. Erfordert die Anwendung eine ölfreie Umgebung, eignen sich insbesondere Membran- und Scrollpumpen. Beide Pumpen haben jedoch ein geringeres Saugvermögen als Drehschieberpumpen, und Scrollpumpen können an ihren Spitzendichtungen Partikel erzeugen. Daher eignen sie sich am besten für Anwendungen mit geringem Druck. Membranpumpen haben zudem einen geringen Basisdruck.
Für hohe Saugleistungen bei gutem Basisdruck erhöht der Einsatz von Rootspumpen in Kombination mit einer Drehschieberpumpe zwar die Saugleistung, es kommt jedoch weiterhin zu Ölrückfluss. Trockenlaufende Schraubenpumpen sind eine ölfreie Option mit hohen Saugleistungen auch ohne Rootspumpe und eignen sich auch für schwierige Prozessanwendungen.
Für eine zusätzliche Pumpe für Hochvakuumprozesse stehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung:
- Diffusionspumpen
- Turbomolekularpumpen
- Einschlusspumpen einschließlich Kryopumpen
Diffusionspumpen und Turbopumpen bieten ähnliche Grunddrücke. Wie RV-Pumpen können Diffusionspumpen Öl verunreinigen, bieten aber hohe Pumpgeschwindigkeiten. Turbomolekularpumpen sind eine ölfreie Alternative. Die maximale Pumpgeschwindigkeit des größten Turbos beträgt jedoch nur etwa 5 % der einer großen Diffusionspumpe.
Für Prozesse, die einen hohen Durchsatz im Hochvakuum erfordern, eignet sich eine Kryopumpe, die Gase durch niedrige Temperaturen einschließt und ähnlich einer Diffusionspumpe, jedoch ohne das Problem der Ölverunreinigung, eingesetzt werden kann. Diese Pumpen benötigen im Betrieb keine Vorvakuumpumpe, benötigen jedoch eine Vorvakuumpumpe zur Regeneration – deren Häufigkeit prozessabhängig ist.
Kosten und Wartung
Neben den Anschaffungskosten fallen auch Betriebs- und Wartungskosten an.
Der Betrieb einer Diffusionspumpe ist im Vergleich zu einer Turbomolekularpumpe hinsichtlich Energie und Kühlwasser wahrscheinlich teurer. Diffusionspumpen eignen sich für schmutzigere Industrieprozesse, während Turbopumpen hauptsächlich in sauberen Prozessen eingesetzt werden.
Kryopumpen bieten eine ähnliche Leistung wie Diffusionspumpen, sind ölfrei und verursachen geringere Energiekosten, sind jedoch nicht für schmutzige Industrieprozesse geeignet.
Letzte Gedanken
Die Wahl der richtigen Pumpe für eine effektive Vakuumerzeugung erfordert ein Verständnis dafür, wie sich Pumpen auf Prozesse auswirken – und wie sich Prozesse auf Pumpen auswirken. Auch Vakuumbedarf, Pumpgeschwindigkeit, Betriebskosten und Wartung beeinflussen die Wahl der Vakuumpumpe.
Die Wahl der falschen Pumpe kann teuer werden und Ihren Betrieb potenziell schädigen, wenn die Pumpe nicht die erforderliche Leistung erbringt. Kein noch so umfangreiches Lesen kann ein kurzes Gespräch mit einem Team ersetzen, das selbst bei anspruchsvollsten Recherchen alle Fragen beantworten kann. Kontaktieren Sie uns und lassen Sie uns sprechen.
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