Pumpen in Reihe – warum ist es besser, unterschiedliche Pumpentypen zu verwenden?

Die erste Frage sollte wohl die zu den verschiedenen Arten von Vakuumpumpen sein, oder? In Parallelschaltung kann eine größere Absaugleistung erzielt werden – im Grunde gilt hier 1+1=2. In Serienschaltung hingegen kann eine höhere Vakuumstufe erreicht werden, doch hier gilt nicht mehr 1+1=2. In der Praxis werden selten Vakuumpumpen derselben Art in Serie geschaltet. Meist wird eine Pumpe mit hoher Leistung als Vorstufe und eine Pumpe mit geringerer Leistung als Nachstufe verwendet. Zudem können durch die Kombination von Pumpen unterschiedlicher Typen wiederum höhere Vakuumstufen sowie eine bessere Absaugleistung erzielt werden – beispielsweise Wasserwellenpumpe + Roots-Pumpe, Tauchkolbenpumpe + Roots-Pumpe oder Tauchkolbenpumpe + Sublimationspumpe

Warum werden verschiedene Arten von Vakuumpumpen verwendet, anstatt zwei Pumpen derselben Art in Reihe zu schalten?

Man kann auch Pumpen desselben Typs verwenden – beispielsweise beide als Roots-Vakuumpumpen. Allerdings muss die Durchflussmenge der vorherigen Stufe größer sein als die der nachfolgenden Stufe. Die Leistung der beiden Pumpen unterscheidet sich; die Leistung der vorherigen Stufe ist im Vergleich dazu relativ höher – und das um einiges. Wenn man Pumpen mit derselben oder ähnlicher Leistung verwendet, dann ist die Durchflussmenge der vorherigen Stufe deutlich größer als die der nachfolgenden Stufe, während der Leistungsunterschied gering bleibt. Schauen Sie sich Ihre beiden Pumpen an – ist der Leistungsunterschied wirklich gering? Je geringer die Leistung, desto weniger Energie wird verbraucht.

Danke für die Antwort! Lassen Sie mich die Gründe in groben Zügen verstehen.

Da die maximale Vakuumstufe der Vakuumpumpen unterschiedlich ist und daher unterschiedliche Anforderungen an den Eingangsdruck bestehen, müssen sie in Reihe verwendet werden. Beim Starten wird zunächst die Pumpe mit niedrigem Vakuum gestartet, anschließend die Pumpe mit hohem Vakuum – beim Stoppen geschieht das umgekehrt

Im Allgemeinen haben Rotationspumpen eine hohe Förderleistung. Allerdings können Rotationspumpen nicht bei Atmosphärdendruck in Betrieb genommen werden. Im Gegensatz dazu können herkömmliche Wasserringpumpen, Schraubenpumpen sowie Klauepumpen bei Atmosphärdendruck betrieben werden. Solche Pumpen werden als Vorpumpen oder Grobabsaugpumpen bezeichnet. Heutzutage können sowohl Schraubenpumpen als auch Klauepumpen ein sehr hohes Vakuum erzeugen. Unter der Bedingung, dass die Förderleistung ausreicht, kann eine einzelne Pumpe ausreichen. Die Verwendung von Rotationspumpen in Reihe dient hauptsächlich dazu, die Absauggeschwindigkeit zu erhöhen und ein noch höheres Vakuum zu erreichen. Als Vorpumpe ist die Gasmenge in der Regel gering, um den Explosionsschutzanforderungen gerecht zu werden. Man wird vermutlich auch viele Flüssigkeitsringpumpen mit hohem Durchfluss als Vorpumpen sehen, doch in Kombination mit Rotorpumpen nimmt die Leistung der Flüssigkeitsringpumpen deutlich ab – sie erreichen nicht den angegebenen hohen Durchfluss. Und warum wird nicht eine Kaskadierung derselben Typen verwendet, zum Beispiel Schrauben hintereinander? Eine solche Kaskadierung ist sinnlos – die Schraube selbst kann das Gas bereits auf einen Druck von 1 Bar komprimieren. Die nachfolgende Schraubpumpe ist hingegen eine Vakuumpumpe, keine Druckpumpe. Eine solche Kaskadierung bringt also keinen praktischen Nutzen mit sich. Zu den gängigen Kombinationen gehören beispielsweise: 1. Einzelne Vorpumpe (Schrauben-, Klammer- oder Wasserringpumpe), 2. Eine erste Rotationspumpe + Vorpumpe, 3. Zwei Rotationspumpen + Vorpumpe. Gase haben einen Kompressionsverhältnis, und Pumpen mit unterschiedlichen Designs müssen nur im jeweils entsprechenden Druckbereich arbeiten. Eine Parallelpumpe hat die Wirkung, die Absaugmenge zu verdoppeln. Außerdem sind Vorpumpen in der Regel teurer als Roots-Pumpen, daher kann man durch die Kombination einer Roots-Pumpe mit einer Vorpumpe die Absaugleistung erhöhen und ein höheres Grenzvakuum erzielen.