Im Vergleich: Vakuumpumpen und Vakuumejektoren

Vakuumtechnologie ist für eine Vielzahl von Branchen von entscheidender Bedeutung: von der Verpackung über die Holzbearbeitung bis hin zur Kunststoffverarbeitung. In diesen Branchen werden sowohl Vakuumpumpen als auch Vakuumejektoren zur Vakuumerzeugung eingesetzt, um Prozesse wie Handling, Verpacken oder Tiefziehen zu ermöglichen. Wenngleich beide Technologien der Erzeugung von Vakuum dienen, so funktionieren sie doch unterschiedlich.

Vakuumpumpen erreichen in der Regel konstantere Vakuumniveaus, was sie zur bevorzugten Wahl für viele industrielle Anwendungen macht, die eine konstante Vakuumversorgung erfordern, wie z. B. bei der Vakuumtrocknung.

Funktionsweise von Vakuumpumpen

Eine Vakuumpumpe entfernt Luft oder andere Gase aus einer abgedichteten Umgebung, um Vakuum zu erzeugen. Das Fördermedium gelangt über den Einlass in die Vakuumpumpe und wird durch sich bewegende Teile wie Schieber, Klauen oder Schrauben in einer Kammer eingeschlossen. Mit einer Umdrehung dieser Teile verkleinert sich die Kammer. Dadurch wird das Gas bis zu seinem kleinstmöglichen Volumen verdichtet. Anschließend wird es durch einen Auslass ausgestoßen. Indem dieser Zyklus kontinuierlich wiederholt wird, bleibt das Vakuum erhalten.

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Funktionsweise von Vakuumejektoren

Vakuumejektoren erzeugen Vakuum mit Druckluft oder Dampf. Sie lassen sich zwar nach der Art des verwendeten Treibmittels unterscheiden, funktionieren aber alle nach dem Bernoulli-Prinzip. Dieses Prinzip besagt, dass der Druck von strömenden Flüssigkeiten und Gasen (Fluiden) abnimmt, wenn sie sich schneller bewegen. Folglich bewegt sich ein Fluid bei hohem Druck langsam.

In einem Vakuumejektor wird ein Hochdruckstrom aus einem Luftkompressor oder Dampferzeuger durch eine Düse gepresst. Wenn sich die Düse verengt, bewegt sich die Luft schneller, um durch den kleineren Raum zu strömen – ebenso wie Wasser schneller fließt, wenn Sie das Ende eines Gartenschlauchs zusammendrücken. Dies geschieht, weil die gleiche Luftmenge durchströmen muss, auch wenn der Raum kleiner ist.

Nach dem Bernoulli-Prinzip bewirkt diese Beschleunigung einen Druckabfall, wodurch um die Düse ein Niederdruckbereich entsteht. Da Gase von Natur aus von Bereichen mit höherem Druck in Bereiche mit niedrigem Druck strömen, zieht der Differenzdruck um die Düse Gas aus der Evakuierungskammer durch den Einlass an. Durch diese Strömung wird die Kammer effektiv evakuiert und Vakuum erzeugt. Der Hochdruckstrom wird dann mitgezogen und vermischt sich mit dem Gas aus der Kammer. Dabei überträgt sich die Energie des Hochdruckstroms auf das mitgeführte Gas, wodurch das Gemisch vorwärts getrieben wird. Schließlich wird es durch den Auslass ausgestoßen.

Mehrstufige Dampfstrahler

Dampfstrahler können von einstufigen Einheiten bis hin zu mehrstufigen Konfigurationen reichen, wobei die Anzahl der erforderlichen Ejektorstufen vom benötigten Vakuumniveau abhängt. Das bedeutet, je höher das benötigte Vakuum, desto mehr Ejektorstufen sind erforderlich.

Ein mehrstufiger Dampfstrahler ist ein System aus mehreren in Reihe geschalteten Ejektoren. Er kann ein höheres Vakuumniveau erzielen, indem der Druck mit jeder Stufe weiter gesenkt wird. Mit abnehmendem Druck verteilen sich die Gasmoleküle weiter, und die Dichte des Gases nimmt ab. So kann ein höheres Vakuumniveau erzielt werden. Bei dieser Konfiguration wird das Gemisch aus Treibdampf und evakuiertem Gas nach Verlassen einer Stufe in einem Kondensator gesammelt, wodurch das in der folgenden Stufe zu bewältigende Gasvolumen reduziert wird.

Unterschiede in der Anwendung

Vakuumejektoren und Vakuumpumpen unterscheiden sich sowohl in ihrem Funktionsprinzip als auch in ihren Anwendungen. Vakuumejektoren sind kostengünstig und einfach zu installieren. Sie werden normalerweise in Maschinen für Aufgaben wie Pick-and-Place integriert. Da Ejektoren Vakuum mit Druckluft erzeugen, werden sie häufig dann eingesetzt, wenn für andere Schritte des Prozesses ohnehin Druckluft benötigt wird.

Zwar sind die Anschaffungskosten von Vakuumejektoren niedriger als bei Vakuumpumpen, allerdings verbrauchen Ejektoren große Mengen Druckluft oder Dampf, sodass die Betriebskosten im Laufe der Zeit höher ausfallen. Daher sind Vakuumpumpen die effizientere Wahl und sparen Energiekosten. Aus diesem Grund amortisiert sich die höhere Anfangsinvestition für eine Vakuumpumpe schon nach kurzer Zeit.

Außerdem können Vakuumejektoren nur ein begrenztes Vakuumniveau erreichen. Für Fein- und Hochvakuumanwendungen, wie die Gefriertrocknung von Obst und Gemüse, sind Vakuumpumpen unerlässlich. Insgesamt sind Vakuumpumpen vielseitiger einsetzbar, da sie ein breiteres Spektrum an Vakuumniveaus, vom Grob- bis zum Hochvakuum, abdecken. Da verschiedene Arten von Vakuumpumpen verfügbar sind, lässt sich leicht die richtige Lösung für eine bestimmte Anwendung finden.

Vorteile von Vakuumpumpen

Energieeffizienz und Betriebskosten

Dampfstrahler erzeugen Vakuum mit unter Druck stehendem Dampf. Zur Erzeugung des Dampfes wird Wasser in einem Kessel verdampft. Für diesen Prozess werden große Mengen Wasser und viel Energie zum Erwärmen benötigt. Ein Teil dieser Wärme wird in die Umgebung um den Ejektor abgegeben, was letztlich zu einem ineffizienten Betrieb, Wärmeverlust und höheren Betriebskosten führt. Vakuumpumpen arbeiten bei niedrigeren Temperaturen und benötigen keine zusätzliche Wärme- oder Wasserzufuhr. Dies spart Kosten und reduziert den Gesamtenergieverbrauch der Vakuumpumpe, sodass diese die effizientere Lösung darstellt.

In einem mehrstufigen Dampfstrahler-System benötigt die letzte Stufe die meiste Energie, um den Enddruck zu erzeugen. Es lassen sich erhebliche Einsparungen erzielen, indem dieser letzte Ejektor durch eine Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe ersetzt und somit ein Hybridsystem geschaffen wird. Der effiziente Betrieb der Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe trägt zur Senkung des Stromverbrauchs bei. Am besten wäre es jedoch weiterhin, alle Dampfstrahler in einem Vakuumsystem durch Vakuumpumpen zu ersetzen, um sowohl den Stromverbrauch als auch die Betriebskosten zu senken.

Darüber hinaus können Vakuumpumpen von Busch mit ECOTORQUE, dem variablen Drehzahlantrieb (VSD) von Busch, ausgestattet werden. Mit dem VSD kann die Drehzahl der Vakuumpumpe exakt an den Prozessbedarf angepasst werden, sodass nur die notwendige Menge an Energie verbraucht wird. Damit sind Vakuumpumpen von Busch die ideale Wahl für Unternehmen aller Branchen, die Betriebskosten sparen möchten.

Umweltauswirkungen

Direkt mit dem Aspekt der Effizienz verbunden sind die Umweltauswirkungen. Für die Wärme zur Dampferzeugung ist Energie nötig. Wenn diese Energie aus nicht erneuerbaren Quellen wie Kohle oder Erdgas stammt, trägt sie zu einer höheren Umweltbelastung bei.

Und Dampf stellt ein weiteres Problem dar. Bei mehrstufigen Ejektoren wird das Dampf- und Prozessgasgemisch in einem Kondensator gesammelt, um das Gasvolumen zu reduzieren, das in der folgenden Ejektorstufe bewältigt werden muss. Im Kondensator kühlt der Dampf ab und kondensiert zu Wasser, während er Wärme an die Umgebung abgibt. Dieses Wasser oder Kondensat wird anschließend aus dem System abgelassen. Es enthält jedoch häufig Verunreinigungen, die es aus dem Prozessgas aufgenommen hat, sodass auf diese Weise große Mengen an verunreinigtem Wasser entstehen. Das Sammeln und Aufbereiten dieses Abwassers führt wiederum zu höheren Betriebskosten und, bei unsachgemäßer Ausführung, zu Umweltverschmutzung.

Wer eine absolut saubere Vakuumversorgung gewährleisten möchte, erzeugt Vakuum mit COBRA trockenen Schrauben-Vakuumpumpen von Busch. Diese Vakuumpumpen benötigen kein Öl im Verdichtungsraum.

Individualisierung

Im Gegensatz zu Vakuumejektoren eignen sich Vakuumpumpen für eine Vielzahl von Anwendungen und können in verschiedensten Branchen eingesetzt werden, einschließlich solcher, die Hochvakuum erfordern oder mit mehreren Gasarten arbeiten. Darüber hinaus lässt sich die Vakuumversorgung zentralisieren, woraus sich eine verbesserte Prozesssteuerung und Effizienz ergeben. Busch bietet schlüsselfertige Vakuumsysteme, die sich an die einzigartigen Anforderungen verschiedener Branchen anpassen lassen. Sie werden in lokalen Systembauzentren gebaut und können in einem separaten Raum beim Kunden installiert werden. Lokale Experten von Busch schließen das System an den Produktionsprozess an, indem sie das erforderliche Rohr- und Kanalsystem installieren. Die Versorgung mit Vakuum aus einem separaten Geräteraum bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich, wie z. B. reduzierten Geräuschpegel, Platzoptimierung und verbesserte Luftqualität in den Produktionsbereichen.

Zudem sind Vakuumpumpen von Busch in verschiedenen optionalen Auslegungen verfügbar, die unter anderem spezielle korrosionsbeständige Beschichtungen (Aqua-Ausführung) und ATEX-Versionen für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen umfassen. Dank dieses umfangreichen Portfolios können Sie aus Vakuumpumpen für eine Vielzahl von Anwendungen und Umgebungen wählen.

Schalldruckpegel

Der konstante Strom von unter Druck stehendem Dampf oder Druckluft in Vakuumejektoren erzeugt aufgrund der Geschwindigkeit hohe Lärmpegel. Tatsächlich können Ejektoren während des Evakuierungsprozesses 16-mal lauter sein als Vakuumpumpen. In Umgebungen, in denen es entscheidend ist, den Schalldruckpegel zu kontrollieren und starke Vibrationen zu vermeiden, kann das ein Problem darstellen. Die Reduzierung dieses Lärmpegels von Vakuumejektoren erfordert umfangreiche Maßnahmen wie den Einbau von Schalldämpfern.

Vakuumpumpen von Busch sind geräuschärmer im Betrieb und tragen so zu einer besseren Arbeitsumgebung bei.