Wie funktioniert eine Strahlpumpe?
Eine Strahlpumpe erzeugt Vakuum ganz ohne bewegte Teile. Ein schneller Strahl aus Dampf, Druckluft oder Wasser reißt das umgebende Gas mit und führt es durch einen sich erweiternden Diffusor ab.
Schritt für Schritt
- Treibmittel. Dampf, Druckluft oder Wasser tritt unter Druck ein. Es ist die Energiequelle der Pumpe.
- Treibdüse. Die Düse wandelt Druck in Geschwindigkeit um. Bei Dampf und Luft ist es eine Laval-Düse, die Überschallgeschwindigkeit erreicht; der Druck im Strahl fällt weit unter den Saugdruck.
- Mitreißen. Rund um den Strahl wird in der Saugkammer Gas aus dem Prozess angesaugt. Die Reibung zwischen schnellem Strahl und langsamem Gas reißt das Gas mit.
- Mischung. Im Mischrohr tauschen Treibmittel und Sauggas Impuls aus und bilden einen gemeinsamen Strom.
- Diffusor. Der Diffusor erweitert sich, bremst den Strom ab und wandelt seine Geschwindigkeit wieder in Druck um, sodass das Gemisch mit dem Austrittsdruck austritt.
Drei verbreitete Bauarten: Dampfstrahlpumpen, oft mehrstufig mit Zwischenkondensatoren, versorgen Raffinerien und Verdampfer bis etwa 0,1 mbar. Druckluft-Vakuumerzeuger treiben Sauggreifer in der Handhabungstechnik an. Die Wasserstrahlpumpe im Labor erreicht etwa den Dampfdruck des Wassers, rund 20–30 mbar.
Druckbereich und Leistung
- Enddruck
- Einstufig ≈ 50–100 mbar; Wasserstrahl ≈ 20–30 mbar; mehrstufiger Dampfstrahl ≈ 0,1 mbar
- Kapazität
- Von der Labor-Wasserstrahlpumpe bis zu sehr großen Raffinerieanlagen
- Bewegte Teile
- Keine
- Trocken?
- Abhängig vom Treibmittel
Vorteile
- Keine bewegten Teile, kaum Wartung
- Verträgt korrosive, verschmutzte und nasse Gase
- Günstig und kompakt
- Skaliert bis zu sehr großen Kapazitäten
Grenzen
- Hoher Verbrauch an Dampf, Luft oder Wasser
- Geringer energetischer Wirkungsgrad
- Dampfstrahler erzeugen Kondensat, das aufbereitet werden muss
- Teils laut
Typische Anwendungen
- Vakuumdestillation in Raffinerien
- Verdampfer und Kristallisatoren
- Desodorierung von Speiseölen
- Sauggreifer in der Automatisierung
- Wasserstrahlpumpen im Labor
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Quellen & weiterführende Literatur
- K. Jousten (ed.). Handbook of Vacuum Technology, 2nd ed.. Wiley-VCH (2016). Standardwerk zu Gasströmung, Leitwerten, Pumpen und Messtechnik.
- 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.
- IAPWS. SR1-86(1992): Revised Supplementary Release on Saturation Properties of Ordinary Water Substance. International Association for the Properties of Water and Steam. Gleichung für den Sättigungsdampfdruck von flüssigem Wasser.
Häufige Fragen
Wie funktioniert eine Wasserstrahlpumpe?
Leitungswasser strömt durch eine enge Düse in ein weiteres Rohr. Der schnelle Strahl reißt Luft aus einem seitlichen Anschluss mit und erzeugt so Unterdruck für Filtration oder kleine Destillationen. Tiefer als der Dampfdruck des Wassers kommt sie nicht – bei 20 °C etwa 23 mbar.
Welches Vakuum erreicht eine Dampfstrahlpumpe?
Einstufig etwa 50–100 mbar. Mehrere Stufen in Reihe, mit Zwischenkondensatoren, die den Dampf zwischen den Stufen abscheiden, erreichen etwa 0,1 mbar.
Warum nutzt man Druckluft-Vakuumerzeuger in der Automatisierung?
Sie sind klein, leicht und reagieren in Millisekunden, lassen sich direkt am Sauggreifer montieren und brauchen nur Druckluft, die in den meisten Fabriken ohnehin vorhanden ist.
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