PuK - Prozesstechnik & Komponenten 2024
Eine seit mehr als 60 Jahren bestehende Fachzeitschrift mit Themen rund um Einsatz von Pumpen, Kompressoren und Komponenten.
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Vakuumtechnik<br />
Schraubenspindelvakuumpumpen<br />
filen sogar auf eins begrenzt. Eine innere<br />
Verdichtung wird in der Regel<br />
sukzessiv über eine Verringerung des<br />
Kammervolumens durch eine Änderung<br />
der Rotorsteigung, neuerdings<br />
aber auch durch die Verwendung<br />
von konischen Rotoren vorgenommen<br />
[Moe23]. Der Vorteil gegenüber<br />
der Verdichtung gegen eine Endplatte<br />
ist eine gleichmäßigere Verdichtung<br />
entlang des Rotors und somit eine<br />
bessere Wärmeverteilung in der Maschine.<br />
Weiterhin können Drosselverluste<br />
durch die Vermeidung von Steuerkanten<br />
verringert werden [Jou18].<br />
Eine Herausforderung bei der inneren<br />
Verdichtung der Maschinen ist,<br />
dass die Maschine sehr große Druckbereiche<br />
abdecken muss. Im Nennbetrieb<br />
wäre eine sehr große innere Verdichtung<br />
wünschenswert, was zum<br />
einen den Energieaufwand, zum anderen<br />
aber möglicherweise auch die<br />
Baugröße verringern würde. So wird<br />
bei einer großen ansaugenden Kammer<br />
viel Masse aufgenommen, die<br />
dann auf ein kleines Volumen verdichtet<br />
und anschließend auf der<br />
Hochdruckseite bei geringer Steigung<br />
ausgeschoben werden kann. Bei hohen<br />
Ansaugdrücken, insbesondere<br />
beim Anfahren der Maschine, wenn<br />
ein Rezipient initial evakuiert werden<br />
muss, führt dies jedoch zu einer erheblichen<br />
Überverdichtung und somit<br />
zu Temperaturspitzen, vor allem<br />
aber zu einer erhöhten Leistungsaufnahme<br />
und somit zu einem hohen<br />
Drehmoment. Dies kann zum Beispiel<br />
mit einem Überdruckventil vermieden<br />
werden, was jedoch einen gewissen<br />
Wartungsaufwand zur Folge hat.<br />
Um eine große innere Verdichtung bei<br />
gleichzeitigem Verzicht auf ein Überdruckventil<br />
zu gewährleisten, schlagen<br />
Kösters und Eickhoff vor, den<br />
Gehäusespalt auf der Niederdruckseite<br />
der Maschine absichtlich größer<br />
auszuführen [Kös06]. Dabei soll<br />
ausgenutzt werden, dass die Spaltsituation<br />
im Bereich niedriger Ansaugdrücke<br />
deutlich verbessert wird (siehe<br />
Abb. 3). Die Idee ist also, dass beim<br />
Anfahren mehr Masse zurückströmt,<br />
wodurch eine Überkompression verringert<br />
oder verhindert wird und man<br />
dennoch eine leistungsstarke Maschine<br />
erhält, da die Spalte bei sinkendem<br />
Druck dichter werden.<br />
In diesem Artikel wird ein Ansatz zogen auf die Reflexionsstelle nicht<br />
vorgestellt, mit dem der Gehäusespaltmassenstrom<br />
der Maschine im tistisch verteilt sind. Es wird daher da-<br />
definiert, da die Rauheitsspitzen sta-<br />
niedrigen Druckbereich deutlich reduziert<br />
werden kann, ohne die Spalt-<br />
in der Rauheitsstruktur beliebig viele<br />
von ausgegangen, dass das Teilchen<br />
höhe zu verringern und somit die Betriebssicherheit<br />
zu beeinträchtigen. Zeit verbringt, um energetisch im<br />
Kollisionen durchführt, dabei genug<br />
Dadurch, dass bei verdünnten Gasströmungen<br />
die Teilchen-Wand-Inter-<br />
und anschließend in eine beliebige<br />
Gleichgewicht mit der Wand zu sein<br />
aktionen dominieren, soll durch eine Richtung von der Wand weg gestreut<br />
mikroskopische Oberflächenstruktur wird. Der Ausfallswinkel ist somit unabhängig<br />
vom Einfallswinkel, wobei<br />
die Streurichtung der Moleküle beeinflusst<br />
werden, so dass diese eine die Teilchen im Mittel senkrecht zur<br />
größere Wahrscheinlichkeit haben, Wand gestreut werden. Das Ergebnis<br />
ist die so genannte Kosinusvertei-<br />
entgegen der Strömungsrichtung reflektiert<br />
zu werden.<br />
lung, die in Abb. 4 schematisch dargestellt<br />
ist. Auf dieser Basis können<br />
Teilchen-Wand-Interaktion<br />
mathematische Modelle zur Berechnung<br />
des Massenstroms hergeleitet<br />
Die gängigste Annahme von Teilchen-Wand-Interaktionen<br />
mit tech-<br />
viele technische Oberflächen in guter<br />
werden, die mit Messergebnissen für<br />
nisch glatten Oberflächen ist die so Übereinstimmung sind [Jou18].<br />
genannte diffuse Streuung. Im Gegensatz<br />
zur spiegelnden Reflexion, che wie in Abbildung 5 schematisch<br />
Die Idee ist nun, dieser Oberflä-<br />
bei der das Molekül nach dem Prinzip<br />
Einfallswinkel gleich Ausfallswin-<br />
durch das die Moleküle eine größe-<br />
dargestellt ein Muster aufzuprägen,<br />
kel seinen gesamten Tangentialimpuls<br />
und seine Energie vor dem Stoß entgegengesetzte Richtung zurückre<br />
Wahrscheinlichkeit haben, in die<br />
beibehält, liegt bei der diffusen Streuung<br />
die Modellvorstellung zugrun-<br />
Λ des Musters soll dabei viel kleiner<br />
gestreut zu werden. Die Profiltiefe<br />
de, dass die Oberfläche im Verhältnis sein als die Spalthöhe h, aber immer<br />
zum Moleküldurchmesser sehr rau noch groß im Verhältnis zum Moleküldurchmesser,<br />
so dass die loka-<br />
ist, da Rauheitsspitzen in der Regel in<br />
Mikrometern angegeben werden und le Oberflächenstruktur im Verhältnis<br />
zum einzelnen Teilchen als rau<br />
der Moleküldurchmesser in der Größenordnung<br />
Angström immer noch charakterisiert wird. Bei üblichen<br />
etwa vier Potenzen kleiner ist. Damit Spalthöhen in der Größenordnung<br />
ist der genaue Normalenvektor be-<br />
h ≈ 0,1 – 0,3 mm ist die Profiltiefe in<br />
Abb. 4: Diffuse Wandstreuung an einer technisch glatten Oberfläche<br />
48 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>