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Energetisch optimierte Auslegung von Verdränger-Vakuumpumpen

Titel:

Energetisch optimierte Auslegung von Verdränger-Vakuumpumpen

Forschung: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. A. Brümmer, Prof. Dr.-Ing. K. Kauder, Dipl.-Ing. D. Pfaller

 

Verdrängerpumpen sind in der Vakuumtechnik weit verbreitet, deren Anwendung beschränkt sich auf das Grob- und Feinvakuum. Die Entwicklungen in der Vakuumtechnik - verursacht durch steigende Anforderungen an die Reinheit des Vakuums - haben breitbandig zu einem Verzicht auf direkt kühlende, dichtende oder schmierende Hilfsfluide innerhalb des Arbeitsraumes und zu einer gestiegenen Nachfrage und Entwicklung sogenannter „Trockenläufer“ geführt.

In vorangegangen Forschungsvorhaben sind vom Antragsteller umfangreiche Untersuchungen zu Spaltströmungen im Vakuum und zum thermodynamischen Verhalten der Schraubenspindel durchgeführt worden. Die Integration eines Algorithmusses zur quantitativen Beschreibung der Spaltströmungen als Programmmodul zur Berechnung des Spaltdurchflussverhaltens im Vakuum in dem beim Antragsteller entwickelten Simulationssystem KaSim hat die Abbildung der thermodynamischen Prozessführung der Transportphase trockenlaufender Verdränger-Vakuumpumpen ermöglicht.

Inhalt dieses Projektes ist es Auslegungskriterien aufzustellen und zu untersuchen, mit deren Hilfe Aussagen über die Leistungsfähigkeit und die thermischen Belastungen von Verdränger–Vakuumpumpen möglich sind. Um die Vielfalt der am Markt gebräuchlichen Verdränger–Vakuumpumpen einzugrenzen konzentriert sich das Projekt auf die Schraubenspindel–Vakuumpumpe. Es wird versucht mit Hilfe von mathematischen Ansätzen analytische Funktion zu finden mit deren Hilfe das Betriebsverhalten von Schraubenspindel–Vakuumpumpen vorhergesagt werden kann. Um diesen Ansatz zu unterstützen, werden zusätzlich umfangreiche Simulationsreihen durchgeführt, bei denen die erarbeiten Geometrieparameter in weiten Bereichen variiert werden.

Die Geometrie der Schraubenspindel-Vakuumpumpe wird auf mögliche Geometrie- und Betriebsparameter untersucht und die Abhängigkeiten der unterschiedlichen Parameter untereinander analysiert. Im Anschluss werden die erarbeiten Geometrieparameter zum Aufbau von Simulationsmodellen genutzt. Zur Simulation des thermodynamischen Betriebsverhaltens wird das am FG Fluidenergiemaschinen entwickelte Simulationssystem KaSim genutzt, mit deren Hilfe es möglich ist für die erstellten Kammermodelle das Saugvermögen und die Leistungsaufnahme zu berechnen. Mit Hilfe der so gewonnen Daten lassen sich die unterschiedlichen Maschinentypen und Parametervariationen beurteilen.

Die bereits im Projektverlauf untersuchten Rotorbauformen der Schraubenspindel - Vakuumpumpe sind Schraubenspindeln mit einem Trapezprofil. An Parametern wurden dort der Durchmesser sowohl von Kopf als auch Fußkreis, die Steigung (konstant über der Rotorlänge) und die Zähneanzahl variiert.