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Vakuum-Pumpenaggregat hoher volumetrischer Saugleistung Pumpen großer
volumetrischer Saugleistung werden in der Vakuumtechnik unter anderem für die Aufrechterhaltung
eines niedrigen Druckes in Anlagen benötigt, in die größere Gas- oder Dampfmengen
entweder durch Undichtigkeit hineinströmen oder in denen im Verlauf eines in der
Anlage durchgeführten Prozesses größere Gas- und Dampfmengen frei werden.
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Für diese Aufgabe sind Pumpen erforderlich, die nur in einem begrenzten
Druckgebiet, nämlich dem gewünschten Arbeitsbereich, eine hohe volumetrische Sangleistung
haben, während die volumetrische Saugleistung bei höheren oder niedrigeren Drücken
kleiner sein darf. Pumpenkombinationen mit einer derartigen Saugleistungscharakteristik
können beispielsweise durch Hintereinanderschaltung einer rotierenden Ölluftpumpe,
z. B. einer Gasballastpumpe, als Vorpumpe mit einer Hochvakuumstufe großer theoretisch-volumetrischer
Förderleistung, z. B. einem Rootsgebläse oder einem Turbogebläse, realisiert werden.
Ebenso können Pumpenkombinationen mit einer derartigen Sauggeschwindigkeitscharakteristik
aus einer Hintereinanderschaltung von mehreren Gebläsen, z. B. Rootsgebläsen, mit
großer theoretisch-volumetrischer Sauggeschwindigkeit in einer Vorpumpe bestehen.
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Da Pumpenkombinationen dieser Art, wie bereits gesagt, nur in einem
gewissen Druckbereich ihre volle volumetrische Saugleistung besitzen, ist es erforderlich,
den an diese Pumpenkombination angeschlossenen Rezipienten zunächst bis auf den
gewünschten Arbeitsdruck zu evakuieren. In bekannter Weise kann man hierzu folgendermaßen
verfahren: Die Hochvakuumstufe oder die Hochvakuumstufen der Pumpenkombination werden
durch eine Leitung überbrückt, die vom Ansaugstutzen des Hochvakuumgebläses zum
Ansaugstutzen der Vorpumpe führt und die durch ein Ventil versperrt werden kann.
Außerdem muß bei dieser Anordnung die Vorpumpe einen vom Antrieb der übrigen Stufen
getrennten Antriebsmotor haben. Bei der Vorevakuierung auf den gewünschten Arbeitsdrucl,
wird nun folgendermaßen verfahren: Das Ventil in der Umwegleitung wird geöffnet,
und die rotierende Ölluf tpumpe (Vorpumpe) wird angeschaltet. Ist der gewünschte
Arbeitsdruck erreicht, so wird das Ventil geschlossen und die Hochvakuumstufe oder
die Hochvakuumstufen mit großer volumetrischer Ansaugleistung werden eingeschaltet.
Ähnlich arbeitende Kombinationen mit einzelnen abschaltbaren Stufen werden bereits
in verschiedenen Ausführungen angewendet. Die Betätigung des Ventils und die Einschaltung
der Hochvakuumstufen erfolgt entweder von Hand oder durch ein vom Druck in der Anlage
gesteuertes Schaltelement. Diese Anordnung erfordert bei Betätigung von Hand einen
gewissen Arbeitsaufwand und schließt die Mög-
lichkeit einer Fehlbedienung
ein. Bei automatischer Betätigung durch ein druckabhängiges Schaltorgan ist ein
gewisser Aufwand an Schaltmitteln erforderlich. Weiter haben derartige Anlagen den
großen Nachteil, daß in bestimmten Arbeitsbereichen ein Teil der Gesamtanordnung
- und zwar in den meisten Fällen der mit der größten Saugleistung
- nicht mitarbeiten kann.
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Die gleichzeitige Einschaltung von Drehkolbengebläse bzw. Turbogebläse
und rotierender Pumpe ist ohne weiteres nicht möglich. Für die Drücke an der Saugseite
des Gebläses und der Vorpumpe gilt nämlich nach dem Boyle-Mariotteschen Gesetz:
pl - S, = Pe, - S-- (Gl. 1)
(P, = Druck
an der Saugseite des Gebläses, P, # Druck an der Saugseite der Vorpumpe,
S, # Volumetrische Saugleistung des Gebläses, S, # Volumetrische
Saugleistung der Vorpumpe). Daraus folgt für die Druckdifferenz zwischen Ansaugseite
und Auspuffseite des Gebläses:
d. h. daß die Druckdifferenz dem Druck auf der Saugseite des Gebläses proportional
ist, d. h. wiederum, daß bei hohen Ansaugdrücken, wie sie bei der ersten
Evakuierung von Atmosphärendruck an vorkommen, sehr hohe Druckdifferenzen zwischen
Ansaug- und Auspuffstutzen des Gebläses auftreten, Diese hohen Druckdifferenzen
bringen folgende Nachteile mit sich: 1. Das Gebläse wird überlastet und bereits
nach kurzer Überlastung durch Festlaufen zerstört, 2. der Antriebsmotor des Gebläses
wird überlastet, da die Leistungsaufnahme des Gebläses dem Produkt aus Druckdifferenz
und volumetrischer Saugleistung proportional ist.
Wollte man diesen
Nachteil durch eine stärkere Auslegung von Gebläse und Antriebsmotor beheben, so
wäre eine sehr starke Überdimensionierung beiderTeile erforderlich, so daß hierdurch
die Wirtschaftlichkeit im eigentlichen Arbeitsbereich, in dem nur sehr geringe Druckdifferenzen
auftreten, in Frage gestellt würde.
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Es wurde auch bereits vorgeschlagen, zwischen Vorpumpe und Hochvakuumgebläse
ein Ventil einzuschalten, das bei Überschreiten eines bestimmten Druckes in der
Verbindungsleitung sich gegen einen Federdruck oder die Schwerkraft bewegt und zur
Atmosphäre hin öffnet. Eine derartige Anordnung tritt also in Kraft, sobald in der
Leitung ein bestimmter, über Atmosphärendruck liegender Druck erreicht wird. Damit
ist aber kein sicherer Schutz gegen das Auftreten zu hoher Druckdifferenzen am Gebläse
zu erreichen. Eine Überlastung des Gebläses durch eine unzulässig hohe Druckdifferenz
kann insbesondere auch eintreten, ohne daß cler Druck in der Verbindungsleitung
über Atmosphärendruck steigt. Weiter besteht der Nachteil, daß eventuell auftretende
Undichtigkeiten am Ventil das Vakuum stark beeinträchtigen könnten.
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Erfindungsgemäß werden die hohe Druckditierenz an dem Gebläse der
Hochvakuumstufe und die damit verbundenen Nachteile dadurch vermieden, daß das Rootsgebläse
bei hohen Ansaugdrücken durch einen Hilfsmotor mit geringerer Tourenzahl und bei
niedrigeren Ansaugdrücken durch den Hauptmotor mit voller Drehzahl angetrieben wird.
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Eine derartige Anordnung ermöglicht in vorteilhafter Weise, daß einerseits
das Rootsgebläse gegen Cberlastung bei hohen Ansaugdrücken geschützt ist, daß andererseits
aber gleichzeitig doch die Förderleistung dieses Gebläses, das nunmehr mit einer
Drehzahl mitläuft, die Schädigungen vermeidet, weiter mit ausgenutzt wird.
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Abb. 1 zeigt eine beispielsweise Ausführung dieser Anordnung.
Das Gebläse 1 wird bei der Inbetriebnahrne zunächst durch den Motor
5 über die vordere der beiden Keilriemenscheiben 2 angetrieben. Der Motor
5 besitzt entweder eine geringere Tourenzahl als der Hauptantriebsmotor
3 oder aber eine kleinere Keilriemenscheibe. Die Tourenzahl des Gebläses
1 wird vorzugsweise so gewählt, daß seine volumetrische Saugleistung gleich
der volurnetrischen Saugleistung der Vorpumpe 6
ist, da in diesem Fall keine
Druckdifferenz an dem Gebläse 1 auftritt und infolgedessen der Antriebsmotor
5 nur die unvermeidliche Reibungsarbeit aufzubringen hat. Nachdem auf diese
Weise ein genügend niedriger Ansaugdruck am Ansaugstutzen des Gebläses
1
erreicht ist, wird nunmehr der Motor 3 eingeschaltet, der auf die
hintere der beiden Keilriemenscheiben 2 des Gebläses 1 wirkt. Der Motor
5 wird gleichzeitig abgeschaltet, und der Freilauf 4 verhindert, daß der
Motor 5
während des ganzen Betriebes mit überhöhter Tourenzahl mitläuft. Das
Anschalten des Motors 3 und das Abschalten des Motors 5 nach Erreichen
des gewünschten Arbeitsdruckes kann entweder durch einen vom Druck betätigten Schalter
oder von Hand erfolgen.
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Eine weitere Möglichkeit, das Gebläse bei hohen Ansaugdrucken mit
geringer Tourenzahl zu betreiben, besteht in der Verwendung eines Motors, dessen
Feldspule so ausgelegt ist, daß beim Überschreiten einer gewissen Belastung ohne
stärkeres Ansteigen der Stromaufnahme die Tourenzahl sinkt. Die Leistungscharakteristik
eines solchen Motors zeigt die Abb. 2, in der die Tourenzahl in Abhängigkeit von
der Leistungsaufnahme aufgetragen ist.
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Überschreitet die Leistungsaufnahme den im Punkt 1
gegebenen
Wert, so sinkt bei weiterer Belastung die Tourenzahl sehr schnell ab. Eine solche
Motorkennlinie kann beispielsweise dadurch erzielt werden, daß die Eisenbleche der
Feldwicklung in Material und Stärke so ausgewählt werden, daß bei der Nennbelastung
die Eisensättigung eintritt.
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Eine weitere Möglichkeit zur geeigneten Steuerung der Drehzahl besteht
in der Verwendung eines der bekannten Motore mit regelbarer Tourenzahl, wobei die
Tourenzahl entweder von Hand oder über geeignete Schaltelemente automatisch vom
Druck oder von der Leistungsaufnahme geregelt werden kann.