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Wie funktioniert eine Drehschieberpumpe?

Die Drehschieberpumpe ist das Arbeitspferd im Grob- und Feinvakuum. Ein außermittig gelagerter Rotor mit beweglichen Schiebern fördert das Gas vom Einlass am Gehäuse entlang und presst es durch ein Auslassventil hinaus. Jede Umdrehung wiederholt dieselben vier Schritte.

Einlass Auslass Außermittiger Rotor mit Schiebern, ölgedichtet

Schritt für Schritt

  1. Ansaugen. Wenn ein Schieber am Einlass vorbeistreicht, vergrößert sich der Raum hinter ihm. Gas aus dem Behälter strömt in diese wachsende Kammer.
  2. Transport. Der nächste Schieber trennt die Kammer vom Einlass. Das eingeschlossene Gas wird unten am Gehäuse entlang weitergefördert.
  3. Verdichten. Auf der Auslassseite wird der Spalt zwischen Rotor und Gehäuse enger, die Kammer schrumpft und das Gas wird bis knapp über Atmosphärendruck verdichtet.
  4. Ausstoßen. Überwindet der Druck die Ventilfeder und den Außendruck, öffnet das Auslassventil und das Gas entweicht – bei ölgedichteten Pumpen über einen Ölnebelabscheider.
  5. Abdichten. Öl dichtet die Schieberspitzen und seitlichen Spalte ab, schmiert und kühlt. Oben berühren sich Rotor und Gehäuse fast und trennen so Auslass- und Ansaugseite.

Gasballast: Mit dem Gas angesaugter Wasserdampf würde beim Verdichten kondensieren und das Öl verderben. Das Gasballastventil lässt etwas Luft in die Verdichtungsstufe, sodass der Dampf mit dem Abgas entweicht, bevor er kondensiert.

Druckbereich und Leistung

Enddruck
≈ 10⁻¹ mbar einstufig, ≈ 10⁻³ mbar zweistufig
Saugvermögen
1 – 1.600 m³/h
Arbeitsbereich
Atmosphäre bis ≈ 10⁻³ mbar
Trocken?
Nein — ölgedichtet (trockenlaufende Varianten gibt es für das Grobvakuum)

Vorteile

  • Niedrige Kosten pro m³/h
  • Einfach und robust
  • Guter Enddruck in zweistufiger Bauart
  • Arbeitet direkt ab Atmosphärendruck

Grenzen

  • Regelmäßiger Ölwechsel; Gefahr der Ölrückströmung
  • Kondensierbare Dämpfe verunreinigen ohne Gasballast das Öl
  • Saugvermögen sinkt nahe dem Enddruck

Typische Anwendungen

Passende Rechner

Quellen & weiterführende Literatur

  1. K. Jousten (ed.). Handbook of Vacuum Technology, 2nd ed.. Wiley-VCH (2016). Standardwerk zu Gasströmung, Leitwerten, Pumpen und Messtechnik.
  2. J. F. O’Hanlon & T. A. Gessert. A User’s Guide to Vacuum Technology, 4th ed.. Wiley (2023). Praktische Auslegung von Vakuumsystemen, Abpumpen und Ausgasen.
  3. CERN Accelerator School. CAS Vacuum in Accelerators, Platja d’Aro, Spain, 2006 — proceedings (CERN-2007-003). CERN (2007), free to read. Vorlesungen zu Gasdynamik, Leitwerten, Pumpen und Ausgasen.

Häufige Fragen

Warum braucht eine Drehschieberpumpe Öl?

Das Öl dichtet die feinen Spalte zwischen Schiebern, Rotor und Gehäuse ab, schmiert die Schieber und führt Wärme ab. Ohne Öl würde Gas von der Auslassseite zurückströmen und die Pumpe erreichte keinen niedrigen Druck.

Was ist der Unterschied zwischen ein- und zweistufigen Drehschieberpumpen?

Eine zweistufige Pumpe hat zwei Pumpstufen in Reihe; die erste fördert in die zweite statt direkt an die Atmosphäre. Es strömt weniger Gas zum Einlass zurück, sodass sie etwa 10⁻³ mbar statt etwa 10⁻¹ mbar erreicht.

Wann sollte man den Gasballast öffnen?

Immer wenn die Pumpe Wasserdampf oder andere kondensierbare Dämpfe fördert, etwa in den ersten Stunden einer Trocknung oder beim Evakuieren einer Kälteanlage. Der Enddruck steigt dadurch leicht, daher den Gasballast schließen, sobald die Dampflast abgeklungen ist.

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