Industrielle Vakuumpumpen: Typen, Anwendungen und Auswahlleitfaden

Typen industrieller Vakuumpumpen

Industrielle Vakuumpumpen sind darauf ausgelegt, Gase und Flüssigkeiten aus geschlossenen Behältern zu entfernen, um ein Vakuum zu erzeugen. Obwohl diese Technologie seit dem 17. Jahrhundert erforscht wird, hat sie sich erst kürzlich auf eine Vielzahl von Branchen ausgeweitet. Von Haushaltselektronik bis hin zu Flugzeugausrüstung – Vakuum wird in unzähligen Anwendungen benötigt.

Obwohl alle Vakuumpumpen Vakuum erzeugen, erzielen unterschiedliche Pumpentypen unterschiedliche Ergebnisse. Pumpen, die in einer Umgebung oder Anwendung gut funktionieren, können in einer anderen versagen. Die Wahl des richtigen Vakuumpumpentyps für eine spezifische Anwendung ist entscheidend, um Systeme ordnungsgemäß am Laufen zu halten.

Arten von Vakuumpumpen

Alle Vakuumpumpen arbeiten nach demselben Prinzip – sie entfernen Luft- und Gasmolchen aus einer Vakuumkammer. Während alle Pumpen dieses Ziel verfolgen, unterscheiden sich ihre Methoden.

Vakuumpumpen lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen:

• Verdrängerpumpen (Positive Displacement Pumps) erzeugen Vakuum, indem sie auf ein konstantes Luftvolumen einwirken und hohen Vakuumdruck bei geringem Durchfluss erzeugen.
• Nicht-Verdrängerpumpen (Nonpositive Displacement Pumps) beschleunigen Luft aus einem System, um an einem Einlassport Vakuum zu erzeugen, erzeugen aber geringen Vakuumdruck bei hohem Durchfluss.

Viele Vakuumpumpen sind Verdrängerpumpen und werden weiter nach ihrer Funktion unterteilt. Zu den gängigsten Typen industrieller Vakuumpumpensysteme gehören:

1. Drehschieberpumpe (Rotary Vane Pump)

Drehschieberpumpen sind Verdrängerpumpen, die durch rotierende Schieber in einem zylindrischen Gehäuse arbeiten. Während diese Schieber um den exzentrisch gelagerten Rotor ein- und ausgleiten, fängt die Pumpe Luft ein und transportiert sie vom Einlass- zum Auslassport, wodurch Vakuum erzeugt wird. Insgesamt erzeugen Drehschieberpumpen typischerweise 20 bis 28 inHg, wobei einige zweistufige Designs bis zu 29,5 inHg Vakuum erreichen können.

• Vorteile: Drehschieberpumpen sind effektiv, kompakt und kostengünstig. Obwohl sie im Vergleich zu anderen Typen klein sind, haben sie eine hohe Förderkapazität für ihre Größe und sind deutlich günstiger als Pumpen mit ähnlichen Vakuumwerten. Zudem arbeiten sie sehr ruhig und vibrationsarm, mit Schallpegeln von nur 45 dBA.
• Nachteile: Drehschieberpumpen liegen im Mittelfeld der Vakuumpumpen – sie sind nicht so leistungsstark wie andere Typen, z. B. Kolbenpumpen.
• Anwendungen: Aufgrund ihrer kompakten Bauweise und Wirksamkeit finden sich Drehschieber-Vakuumpumpen in verschiedenen Branchen, besonders in Umwelt-, Medizin- und Gewerbebereichen. Sie werden häufig in Klima- und Belüftungssystemen eingesetzt, aber auch in der Lebensmittelverarbeitung, chirurgischer Absaugung und sogar in Teichbelüftungsanwendungen.

2. Schaukolbenpumpe (Rocking Piston Pump)

Schaukolbenpumpen sind Verdrängerpumpen, die einen starr gelagerten Kolben und eine exzentrische Pleuelstange nutzen. Während sich die Kurbelwelle dreht, schaukelt der Kolben hin und her und drückt und zieht Luft mit einem elastomeren Becher als Dichtung. Eine einzelne Pumpe erzeugt ein Vakuum bis 27,5 inHg, während ein zweistufiges Design bis zu 29 inHg erreichen kann.

• Vorteile: Ohne den Handgelenkbolzen, der in Membranpumpen vorkommt, sind Schaukolben-Vakuumpumpen viel leichter und kompakter als viele andere Optionen. Sie sind auch im Betrieb relativ leise, mit Schallpegeln von nur 50 dBA.
• Nachteile: Schaukolbenpumpen können nicht viel Luftförderung erzeugen – selbst die größten Modelle haben Förderraten unter 10 cfm.
• Anwendungen: Schaukolbenpumpen werden häufig in Teichbelüftungssystemen eingesetzt, aber ihr leiser Betrieb macht sie zu einer guten Wahl für lärmempfindliche Umgebungen wie medizinische, zahnmedizinische und Laboranwendungen. Sie werden auch in Getränkeabfüllsystemen, Automobilfederungen und sogar Papierzählmaschinen verwendet.

3. Hubkolbenpumpe (Reciprocating Piston Pump)

Hubkolbenpumpen haben einen oder mehrere Kolben, die an einer rotierenden Kurbelwelle befestigt sind. Während sich die Kurbelwelle dreht, bewegen sich die Kolben hin und her, und die abwechselnde Kolbenbewegung transportiert Luft, um Vakuum zu erzeugen. Diese Verdrängerpumpen erzeugen relativ hohe Vakuumwerte von 27 bis über 29 inHg.

• Vorteile: Hubkolbenpumpen erzeugen relativ hohe Vakuumwerte und funktionieren gut unter einer Vielzahl von Betriebsbedingungen. Sie haben auch eine lange Lebensdauer.
• Nachteile: Die Hauptnachteile sind, dass sie schwerer und teurer sind als viele andere Systeme. Sie haben auch eine begrenzte Kapazität und arbeiten typischerweise bei höheren Geräuschpegeln als andere Systeme.
• Anwendungen: Hubkolbenpumpen eignen sich am besten für Anwendungen in rauen Umgebungen, was sie ideal für volatile Anwendungen und die petrochemische, menthol- und aromatische Industrie macht.

4. Membranpumpe (Diaphragm Pump)

Bei Membranpumpen ist der Fluidraum vom Pumpmechanismus abgedichtet. Stattdessen biegt eine exzentrische Pleuelstange eine Membran in diesem Raum, was das Vakuum erzeugt. Membranpumpen liefern moderate Vakuumwerte: einstufige Versionen erreichen bis zu 25,5 inHg, zweistufige Geräte bis zu 29 inHg.

• Vorteile: Membranpumpen haben ein niedriges Verdichtungsverhältnis mit geringem Durchfluss, großem Durchmesser und kurzen Hüben. Das bedeutet, sie arbeiten sehr leise. Sie sind auch außergewöhnlich zuverlässig und kosteneffizient.
• Nachteile: Membranpumpen erzeugen etwas niedrigere Vakuumwerte im Vergleich zu anderen Verdränger-Vakuumpumpen.
• Anwendungen: Diese Pumpentypen sind in der Medizinbranche aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und leisen Betriebsweise sehr beliebt. Sie werden oft für Blutdruckmessgeräte, Milchpumpen, Sterilisatoren, Aspiratoren und verschiedene mobile Geräte eingesetzt. Auch in Luft- und Wasserprobenahme, Wasseraufbereitung und allgemeinen Laborgeräten sind sie weit verbreitet.

5. Trockenklauenpumpe (Dry Claw Pump)

Diese Verdränger-Vakuumpumpen nutzen zwei klauenförmige Rotoren, die in entgegengesetzte Richtungen laufen. Diese Rotoren berühren sich nicht und auch nicht die Pumpenkammer, was bedeutet, dass sie im Laufe der Zeit weniger Verschleiß erleiden.

• Vorteile: Trockenklauen-Vakuumpumpen haben aufgrund ihres verschleißarmen Designs eine lange Lebensdauer. Sie verwenden keine Schmierung, was die Kontamination verarbeiteter Substanzen verhindert. Sie gehören auch zu den leisesten Pumpen auf dem Markt.
• Nachteile: Trockenklauenpumpen sind schwere Systeme für industrielle Anwendungen und daher nicht für kleinere Anwendungen geeignet. Sie arbeiten auch in großen Höhen schlecht.
• Anwendungen: Trockenklauenpumpen sind für industrielle Umgebungen konzipiert und häufig in Produktionslinien, pneumatischen Systemen und zentralen Vakuumversorgungssystemen zu finden.

6. Flüssigkeitsringpumpe (Liquid Ring Pump)

Flüssigkeitsringpumpen arbeiten mit einem exzentrisch gelagerten Laufrad mit mehreren Schaufeln. Während sich das Laufrad dreht, bewegt es Flüssigkeit in seinem Gehäuse, um einen Flüssigkeitsring zu bilden. Die Ausdehnung des Luftraums während dieser Rotation erzeugt ein Vakuum, das zum Verdichten und schnellen Entladen von Luft genutzt wird.

• Vorteile: Flüssigkeitsringpumpen absorbieren effektiv die während der Verdichtung entstehende Wärme. Die Flüssigkeit im System dient auch dazu, Pulver oder Flüssigkeit in der Luft zu binden. Diese Pumpen gehören zu den leisesten der Branche und erzeugen etwa 75 Dezibel.
• Nachteile: Flüssigkeitsringpumpen sind größer gebaut und eignen sich am besten für große industrielle Installationen.
• Anwendungen: Diese Pumpen werden am häufigsten in industriellen Anwendungen eingesetzt, besonders dort, wo die luftreinigenden Eigenschaften des Flüssigkeitsringdesigns von Vorteil sind. Beispiele sind die chemische, umwelttechnische, bergbauliche, petrochemische und textile Industrie.

7. Drehkolbenpumpe / Schraubenpumpe (Rotary Screw Pump)

Drehkolben-Vakuumpumpen sind Verdrängerpumpen. In diesem Design drehen sich zwei helixförmige Rotoren in entgegengesetzte Richtungen, fangen Luft ein und transportieren sie durch die Kammer, um Vakuum zu erzeugen. Obwohl dieses Design hohen Luftdurchsatz ermöglicht, erreicht es relativ niedrige Vakuumwerte, begrenzt auf etwa 15 inHg.

• Vorteile: Im Gegensatz zu Kolbenpumpen arbeiten Schraubenpumpen durch eine gleichmäßige, kontinuierliche Bewegung, wodurch die bei Kolbendesigns häufigen Druckstöße entfallen.
• Nachteile: Aufgrund der Größe der benötigten Teile sind Drehkolbenpumpen bei kleinen Baugrößen unhandlich. Daher finden sie sich meist in größeren Installationen. Sie erzeugen auch nicht so viel Vakuum wie Kolbendesigns und haben geringere Einlasskapazitäten. Zudem können Schraubenpumpen manchmal Probleme mit Schmierstoffmigration in die Pumpkammer haben, was zu Wartungsproblemen führen kann.
• Anwendungen: Diese Pumpen finden sich oft in großen industriellen Anwendungen, die saubere Gase handhaben.

Hochvakuum- vs. Niedervakuumpumpen

Zusätzlich zu den verschiedenen Typen industrieller Vakuumpumpensysteme werden Pumpen auch nach der Menge des erzeugten Vakuums kategorisiert. Vakuumniveaus werden in vier Stufen unterteilt, definiert durch den Druck in der Vakuumkammer. Diese werden hier in Torr-Einheiten dargestellt, mmHg wird ebenfalls häufig verwendet. Zum Referenz: 1 Torr entspricht 1/760 des Atmosphärendrucks.

Die Vakuumkategorien sind wie folgt:

• Niedervakuum (Low Vacuum): Jeder Druck über 1 Torr. Alle Vakuumpumpen können dieses Niveau erreichen, und die meisten mechanischen Vakuumpumpen arbeiten in diesem Bereich. Auch „Rauhvakuum“ genannt – die meisten industriellen Vakuumgeräte gelten als Niedervakuumpumpen und erzeugen dieses Niveau.
• Mittelvakuum (Medium Vacuum): Druck zwischen 1 und 10^-3 Torr. Die meisten Pumpen, die diesen Bereich liefern, sind mechanisch. Prozessanwendungs-Vakuumgeräte sind typischerweise darauf ausgelegt, dieses Niveau zu erzeugen – dies umfasst Vakuum für Sprüh- oder Gasentfernungsprozesse.
• Hochvakuum (High Vacuum): Drücke zwischen 10^-3 und 10^-7 Torr absolut – alles unter 10^-7 Torr gilt als Ultrahochvakuum. Hochvakuum wird nur in spezialisierten industriellen und Laboranwendungen benötigt und oft durch nicht-mechanische Vakuumpumpen erreicht. Ultrahochvakuum ist noch spezialisierter, meist für Laboranwendungen und Weltraumsimulationen erforderlich.

Wie man die richtige Vakuumpumpe wählt

Die Wahl zwischen den verschiedenen Vakuumpumpentypen kann bei so vielen Optionen schwierig sein. Die Entscheidung hängt oft von wenigen Faktoren ab, wie:

• Vakuumniveau: Das benötigte Vakuumniveau ist einer der primären Faktoren. Diese Kategorien zeigen, wie viel Vakuum die Pumpe erzeugen kann.
• Nutzungsart: Größere Einheiten sind typischerweise für Dauerbetrieb ausgelegt und zertifiziert, während kleinere Geräte für intermittierenden Betrieb gemacht sind. Kleinere Geräte, die kontinuierlich eingesetzt werden, stoßen typischerweise auf funktionale Einschränkungen, die ihre Vakuumerzeugung verringern.
• Entfernungsrate (Durchfluss): Pumpen werden nach dem Luftvolumen bewertet, das sie bewältigen können. Hohe Durchflussraten bedeuten, dass die Pumpen Luft schneller entfernen können.
• Leistungsbedarf: Vakuumpumpen benötigen typischerweise wenig Leistung, aber nicht alle Pumpen sind gleich. Obwohl der Leistungsbedarf eines Geräts die Funktionalität nicht unbedingt beeinflusst, wirkt er sich auf den Stromverbrauch und die Effizienz Ihres Unternehmens aus.
• Zeit: Wenn es entscheidend ist, dass ein bestimmtes Vakuumniveau innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens erreicht wird, ist eine Hochvolumen-Vakuumpumpe die beste Option. Wenn Zeit keine Rolle spielt, reicht eine kleine Pumpe aus.

Häufige Vakuumpumpen-Anwendungen

Vakuumtechnologie ist in der Industrie allgegenwärtig, Unternehmen verlassen sich auf Vakuum für eine Reihe von Prozessen und Produktionsmethoden. Einige gängige Beispiele:

• Automobil: Vakuum wird in der Fahrzeugfunktion, Produktion und Wartung benötigt. Kabeldruck und Fahrwerksysteme werden oft mit Vakuumsystemen gewartet, während Autopflege- und Reifenfüllgeräte Vakuumpumpen nutzen, um Druck für ihre Systeme aufzubauen.
• Medizin: Vakuumpumpen werden in einer Vielzahl medizinischer Anwendungen eingesetzt. Verschiedene Beatmungsgeräte und Sauerstoffkonzentratoren nutzen Pumpen für Atemtherapieanwendungen. Chirurgische Teams verwenden Vakuumpumpen für diverse Geräte und Sterilisationssysteme. Selbst medizinische Pumpen, einschließlich Milchpumpen und Absaugeinheiten, nutzen Vakuumpumpen.
• Zahnmedizin: Die Zahnindustrie nutzt häufig verschiedene Vakuumpumpen. Zahnkompressoren und tragbare Zahnarztgeräte verwenden oft Vakuumpumpen, um Druck in Systemen aufzubauen, während Vakuumöfen zum Formen von Implantaten eingesetzt werden.
• Umwelt: Luftprobenahme- und Bodenbelüftungsgeräte nutzen beide Vakuumpumpen für ihre Prozesse. Vakuumpumpen sind auch ein wesentlicher Bestandteil jedes Luftversorgungs- oder Abwasserbelüftungssystems.
• Lebensmittel und Getränke: Lebensmittelverarbeitung und Wasseraufbereitungssysteme nutzen oft Vakuum als Teil ihrer Prozesse. Von Belüftung und Mischen bis hin zur Verpackung – Vakuum wird in dieser gesamten Branche eingesetzt.
• Landwirtschaft: Die Landwirtschaft nutzt Vakuumpumpen oft in der Entwicklung und Anwendung von Agrarsprays. Schädlingsbekämpfungsgeräte und Pflanzenspritzen werden oft von Vakuumpumpen angetrieben. Melkmaschinen nutzen ebenfalls Vakuumpumpen.
• Elektronik: Viele Elektronikgeräte benötigen Vakuum für ihre Funktion. Das häufigste Beispiel ist die Glühlampe – Glühbirnen benötigen Vakuum, um zu funktionieren, daher ist eine Vakuumpumpe nötig, um Gas aus der Birne zu entfernen. Halbleiterproduktion erfordert ebenfalls Vakuum.
• Kunst und Druck: Airbrushes, Tintenstrahldrucker, Rahmengeräte und andere Grundlagen der Druckkunst werden von Vakuumpumpen angetrieben.

Wählen Sie die RG Group

Bei so vielen verfügbaren Größen und Typen industrieller Vakuumpumpen ist es wichtig, Ihre Optionen zu kennen. Verschiedene Technologien können verwendet werden, um einen zuverlässigen Vakuumstrom zu erzeugen, aber keine einzelne Technologie erreicht optimale Effizienz auf jedem Vakuumniveau. Die richtige Vakuumpumpe wird Ihre Anwendung reibungslos bedienen, während die falsche zu erheblichen Kosten und zukünftigen Ausfallzeiten führen kann. Wir wissen, dass die Auswahl überwältigend sein kann – die RG Group ist hier, um zu helfen.

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