Gestern und heute: wie hat sich die Drehschieberpumpe weiterentwickelt?

Einleitung

Seit Erfindung der Drehschieberpumpe bis heute hat sich am eigentlichen Funktionsprinzip nicht mehr viel geändert. Der Antrieb erfolgte lange Zeit über einen langsam laufenden Riemenantrieb. Erst Anfang der 60er Jahre wurde ein Direktantrieb in den ersten kleinen Drehschieberpumpen eingesetzt. Der Umstieg von Drehzahlen im Bereich um 500 UpM auf den dreifachen Wert bei gleichzeitiger Reduzierung von Abmessungen und Gewicht war ein Meilenstein im Einsatz dieser Pumpentechnik.

Das "Vakuumhämmern" der riemengetriebenen Drehschieberpumpen wurde durch diese "Flüsterpumpen" abgelöst. Kompakte Abmessungen, hohes Saugvermögen und guter Enddruck waren die Erfolgsfaktoren. Schon kurz nach der Einführung dieser neuen Pumpenmodelle führten erste Bestellungen in hoher Stückzahl dazu, dass sich der Direktantrieb zum echten Verkaufsschlager entwickelte und die riemenbetriebenen Modelle Schritt für Schritt verdrängte.

Seit dem Umstieg auf die "Schnellläufer" vor mittlerweile über 40 Jahren waren die weiteren Entwicklungen allerdings weitaus weniger dramatisch. Sicherlich hat sich die äußere Hülle mit den Jahren deutlich verändert. Denn auch im industriellen Maschinenbau bekam das Produktdesign eine immer größere Bedeutung. Die technischen Veränderungen geschahen im Verborgenen. Diese "kleinen" Entwicklungen machen sich jedoch zum Teil deutlich im täglichen Einsatz bemerkbar.

Abbildung 1: Eine der ersten Drehschieber-Vakuumpumpen der 60er Jahre. Und im Vergleich dazu ein aktuelles Modell der Pascal-Serie.

Motor

Die früher eingesetzten Motoren waren jeweils auf nationale Normen und Schutzklassen angepasst. Noch in den frühen 90ern waren fünf einphasige und vier dreiphasige Motoren notwendig, um weltweit alle Spannungs- und Frequenzbereiche abdecken zu können. Seit Mitte der 90er Jahre sind ein- und dreiphasige Universalmotoren verfügbar, die weltweit an jedem beliebigen Stromnetz betrieben werden können. Für die Hersteller im Exportweltmeisterland Deutschland ein unschätzbarer Vorteil für Beschaffungs- und Ersatzteilwesen!

Ölkasten

Augenfällig sind die Unterschiede auch auf der anderen Seite des Zwischenflansches zwischen Motor und Ölkasten. Die Modelle der 60er und 70er Jahre hatten Einlass- und Auslassflansch und teilweise auch noch den Gasballast-Anschluss auf der Oberseite des Ölkastens. Aktuelle Typen haben die Vakuumflansche auf dem Pumpenträger. Der Gasballast ist zusammen mit einem großzügig dimensionierten, hinterspiegelten Ölschauglas und einer Ablassschraube auf der Stirnseite der Pumpe gruppiert. Damit ist eine wesentlich leichtere Integration im Anlagengehäuse möglich.

Bei den älteren Pumpen mussten noch Gasballast, Ein- und Auslassflansch entfernt werden, bevor der Ölkasten zu Servicezwecken abgenommen werden kann. Dies ist bei den aktuellen Modellen nicht mehr erforderlich.

Abbildung 2: Eine demontierte Drehschieberpumpe älteren Baujahrs. Wartungsarbeiten sind hier sehr viel komplizierter…

Abbildung 3: ... als sie es bei den aktuellen Modellen heute sind.

Nach Abnehmen des Ölkastens kommt der nächste Unterschied zum Vorschein. Die früher eingesetzten gepressten Korkdichtungen wurden durch geführte O-Ring-Dichtungen ersetzt. Diese führt zu einer deutlich verbesserten Dichtheit des Ölkasten.

Öle und Betriebsmittel

Warum gibt es eigentlich Öl in einer Drehschieberpumpe?

Öle haben in Drehschieberpumpen mehrere Funktionen:

• Abdichten der Spalte zwischen Rotor und Stator
• Erreichen niedriger Drücke
• Schmierung von Lagern und Schiebern
• Abführen der Kompressions- und Reibungswärme

Einsteiger in die Vakuumtechnik vergleichen Drehschieberpumpen oft nach dem erreichbaren Enddruck. Dieser ist in erster Linie jedoch nicht von der Pumpe, sondern vom eingesetzten Betriebsmittel abhängig. Bei einigen Anwendungen, wie z. B. beim Fördern von reinem Sauerstoff oder von feuchten Medien müssen beispielsweise Spezialöle eingesetzt werden.

Schmierung

Um die Abdichtung und Schmierung während der Kompressionsphase zu gewährleisten, muss permanent die erforderliche Ölmenge bereitgestellt werden. Welche Ölmenge das genau ist, hängt von der jeweiligen Applikation ab. Der Markt bietet hier mehrere Pumpenserien, bei denen zwischen Modellen mit Zwangsschmierung (z. B. für das Pumpen kondensierbarer Medien) oder solchen mit Bedarfsschmierung (für minimalen Ölauswurf) unterschieden wird.

Welcher Pumpentyp gewählt wird, hat wesentliche Auswirkung auf die Pumpentemperatur und damit auf wichtige Parameter wie Wasserdampfverträglichkeit und Ölrückdiffusion. Ölrückdiffusion geschieht in erster Linie am Enddruck der Drehschieberpumpe, wenn ein dynamischer Gleichgewichtszustand zwischen gefördertem Gas aus dem Vakuumbehälter und dem Dampfdruck des eingesetzten Öls vorherrscht.

Wirkungsvolle Maßnahmen zur Vermeidung von Rückdiffusion sind

• Kühlfalle
• Molekularsieb
• Trägergasstrom
• Einsatz eines Stromausfallfluters als Sicherheitsventil

Wer das Risiko einer Ölrückdiffusion auf "0" reduzieren will, sollte allerdings die radikalste Maßnahme ergreifen: den Einsatz einer trockenverdichtenden Pumpe.

Schiebermaterial

Das Verbot asbesthaltiger Schiebermaterialien hat bei allen Herstellern von Drehschieberpumpen eine aufwändige Suche und Qualifizierung von Ersatzmaterialien erzeugt. Die asbesthaltigen Materialien wurden durch geeignete asbestfreie Komposit-Materialien ersetzt. Abbildung 4 zeigt alte und neue Schiebermaterialien im Vergleich.

Abbildung 4: Schiebermaterialien von Drehschieberpumpen "alt und neu"

Zusammenfassung

Von einem reifen Industrieprodukt wie der Drehschieberpumpen sind keine großen technischen Revolutionen mehr zu erwarten. Die Entwicklung des Produkts setzt vielmehr an anderen Stellen wie z. B. der Servicefreundlichkeit an.

Allen Rufen nach der Ablösung ölgeschmierter Vakuumpumpen durch trockenlaufende Alternativen zum Trotz ist die ölgeschmierte Drehschieberpumpe immer noch das "Arbeitspferd" der Vakuumtechnik und wird Ihren Platz noch lange Jahre behaupten.

Nicht zuletzt, weil die "gute alte" Drehschieberpumpe nach wie vor einen deutlichen Kostenvorteil gegenüber "moderneren" trockenlaufenden Pumpen hat. Wie beliebt die Drehschieberpumpe noch immer ist zeigt auch die Tatsache, dass nicht wenige Anwender noch immer Modelle einsetzen, die schon 25 und mehr Jahre auf dem Buckel haben.