Home: Vakuumpumpe

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1 Home: Vakuumpumpe Autor Ort Datum Zuletzt geändert Version Hertenackerstr Mollis Einleitung Pumpe Zusammenfassung Aufgabenstellung Im Rahmen des Messtechnikpraktikums haben wir die Möglichkeit, eine Problemstellung aus unserem Alltag mit Messgeräten aus dem - Labor zu analysieren. Ich habe mich dafür entschieden, eine Vakuumpumpe genauer zu untersuchen. Bei der Vakuumpumpe handelt es sich eigentlich um einen Kompressor aus der Medizinaltechnik, der einmal in einem Beatmungsgerät verbaut war. Die Pumpen müssen nach einer bestimmten Betriebsdauer aus Sicherheitsgründen gewechselt werden und sind deshalb günstig auf dem Gebrauchtmarkt zu kaufen. Typ: Doppel- Hubkolbenkompressor, THOMAS Inc. USA, Model No: ZA 73A13 Ich habe die Pumpe vor einer Weile über ebay gekauft. In der Auktionsbeschreibung hat der Verkäufer folgende Kenndaten genannt: Freies Ansaugvolumen: 125 l/min Unterdruck: Mindestens 850 mbar unter Normalnull Leistungsaufnahme: max. 480 Watt Für Dauerbetrieb geeignet Um dies zu überprüfen, wurden folgende Werte gemessen: Volumenstrom vor dem Saugschlauch Volumenstrom im Saugschlauch Volumenstrom im Abluftschlauch Druck Leistungsaufnahme Maximale Temperatur des Motors Seite 1/6

2 Versuchsaufbau Umgebungsbedingungen Temperatur 21 C Luftdruck 960 hpa Luftfeuchtigkeit 40% rel Bilder PI-2 PI-1 VI-1 R-1 FI-1 Abb. 1&2: Versuchsaufbau S-1 P-1 RI- Schema Abb. 3: RI- Schema des Versuchsaufbaus bei Vakuumbetrieb Legende Pos. Bezeichnung P-1 Vakuumpumpe THOMAS ZA 73A13 S-1 Abluftschalldämpfer F-1 Ansaugfilter R-1 Drossel (Schlauchklemme) PI-1 PI-2 Unterdruckmanometer R&G Überdruckmanometer Seite 2/6

3 FI-1 Durchflussmessgerät SMC PF2A721-F03-68 VI-1 DMM MASTECH MS8200G, Spannungsmessung TI-1 Temperaturfühler I-1 Stromzähler brennstuhl PM 230 Messung des Durchflusses in Funktion des Druckes Motivation Vorgehen Ich möchte die Pumpe später einmal einsetzen, um Kohlefaserlaminate zu pressen. Da man eine Form nie zu 100% abdichten kann ist es wichtig, dass die Pumpe auch bei kleineren Leckagen in der Abdichtung noch genügend Unterdruck erzeugt. Mit einer Schlauchklemme wurde die Grösse des Lecks eingestellt und bei verschiedenen Drücken der Durchfluss auf drei verschiedene Arten gemessen: Saugseitig mit langem (6mm x 2 m) Saugseitig mit kurzem (6mm x 0.1 m) Druckseitig mit kurzem Ergebnisse Durchfluss [l/min] Absolutdruck [mbar] kurzer langer Druckseitige Messung Abb 4: Durchfluss bei Aussendruck im Vakuumbetrieb Wie erwartet fällt der Druck beim längeren Schlauch etwas früher ab als beim kurzen. Was ebenfalls nicht erstaunt ist, dass der Verlust an Unterdruck im langen Schlauch bei hohen Durchflüssen grösser ist. Die grüne Kurve zeigt den Durchfluss auf der Druckseite der Pumpe. Verglichen mit der blauen Kurve ist der Durchfluss im oberen Bereich etwas tiefer, was auf den leicht erhöhten Druck im Abluftschlauch zurückzuführen ist. Im unteren Bereich ist er höher. Dies lässt auf Leckverluste innerhalb der Pumpe schliessen. Beim untersten Messpunkt ist die Drossel ganz geschlossen. Der Durchfluss von 20 l/min entsteht also nur durch Leckage in der Pumpe. Seite 3/6

4 Berechnung des Saugvermögens Motivation Berechnung Die oben ermittelten Durchflusswerte gelten für Umgebungsdruck. Da im Saugrohr aber der Ansaugdruck herrscht und nicht der Umgebungsdruck, entsprechen diese Werte nicht dem Saugvermögen der Pumpe. Deshalb wurde unter Annahme einer adiabatischen Expansion der Volumenstrom im (= Saugvermögen) berechnet. ϰ Quelle: Horst Kuchling, Taschenbuch der Physik Ergebnis 120 Durchfluss im Saugrohr [l/min] kurzer langer Absolutdruck [mbar] Abb 5: Saugvermögen in Funktion des Ansaugdruckes im Vakuumbetrieb Da der Druck unmittelbar nach dem Durchflussmesser gemessen wurde, ist auch in dieser Grafik der Druckverlust im längeren Schlauch deutlich erkennbar. Bei voll geöffneter Drossel erreicht der Durchfluss im Saugrohr den vom Händler versprochenen Wert von 125 l/min nicht ganz. Dies liegt vermutlich am Druckverlust an der Verengung vom Saugrohr (d=12mm) zum Durchflussmesser (d=4mm). Seite 4/6

5 Durchfluss im Kompressorbetrieb Vorgehen Messung der Leistungsaufnahme und des Durchflusses (druckseitig) im Kompressorbetrieb bei Überdruck zwischen 1 und 3 bar. Der Höchstdruck des Gerätes ist durch ein Sicherheitsventil begrenzt und liegt leicht über 3 bar. Der Druck wurde mittels Drosselventil eingestellt und anschliessend Leistungsaufnahme und Durchfluss abgelesen. RI- Schema Abb 6: RI- Schema des Versuchsaufbaus bei Kompressorbetrieb Legende: Siehe Einleitung Ergebnisse Überdruck [bar] Durchfluss [l/s] Leistungsaufnahme [W] Grafik Durchfluss [l/min] Überdruck [bar] Leistungsaufnahme [W] Durchfluss Leistungsaufnahme Abb 7: Durchfluss und Leistungsaufnahme in Funktion des Überdruckes im Kompressorbetrieb Erwartungsgemäss sinkt der Durchfluss bei steigendem Druck ab und die Leistungsaufnahme steigt. Seite 5/6

6 Erkenntnisse Leistungsaufnahme und Temperatur Vorgehen Hochfahren der Pumpe, bis sich die Temperatur an der Mantelfläche des Motors nicht mehr verändert. Messung der Leistungsaufnahme mittels Stecker- Stromzähler in 3 verschiedenen Lastfällen: Leerlauf Vakuumbetrieb (Saugschlauch ganz verschlossen) Kompressorbetrieb beim zulässigen Höchstdruck von 3 barü Geräte Stecker- Stromzähler brennstuhl PM 230 DMM MASTECH MS8200G mit Thermoelement P 3400 Ergebnisse Das thermische Gleichgewicht liegt im Vakuumbetrieb (Saugschlauch ganz verschlossen) bei 50 C und wird nach ca. 30 min Dauerbetrieb erreicht. Betriebsart Leerlauf 191 Vakuumbetrieb 210 Kompressorbetrieb 402 Leistungsaufnahme [W] Temperatur: Die Aussage des Händlers, die Pumpe sei für Dauerbetrieb geeignet, hat sich bewahrheitet: Dank Zwanglüftung erreicht der Motor das thermische Gleichgewicht im Vakuumbetrieb schon 30 Grad über der Umgebungstemperatur. Leistungsaufnahme: Die Leistungsaufnahme liegt ebenfalls in dem vom Händler genannten Bereich. Erkenntnisse Pumpe Brauchbarkeit Es hat sich herausgestellt, dass die Pumpe zum Pressen von Laminaten sehr gut geeignet ist. Es war also ein echtes Schnäppchen! Schlauchlänge Es hat mich erstaunt, wie sehr die Länge des Saugschlauches den Druck reduziert hat. Ich werde deshalb beim zukünftigen Einsatz der Pumpe darauf achten, dass der Schlauch so kurz wie möglich ist. Leistungsaufn ahme Es hat mich erstaunt, dass die Leistungsaufnahme im Vakuumbetrieb kaum höher ist als im Leerlauf. Seite 6/6