Ölfreie Drehschieberpumpen oder ölgedichtete Pumpen mit gleichem Saugvermögen: Die Grenzen von DPL-V15L/V25L/V40L

Der Saugvermögensbereich von 15 bis 40 m³/h ist der Abschnitt, in dem sich die Diskussionen bei Auswahlbesprechungen bündeln. In diesem Bereich stehen drei Bauarten zur Wahl: ölfreie Drehschieberpumpen (DPL-V15L/V25L/V40L), einstufige ölgedichtete Pumpen (V0025A/V0040A) und zweistufige ölgedichtete Pumpen (DPL-2V18/2V28). Das Nennsaugvermögen ist nahezu deckungsgleich, die Aufgaben, die sie übernehmen können, unterscheiden sich jedoch um zwei bis drei Größenordnungen. Im Folgenden werden die Parameter nebeneinandergestellt und anschließend mit zwei selbst nachrechenbaren Beispielen die Grenzen gezogen: eines zur Evakuierungszeit und eines zur Leckrate.

1. Die Parameter von sieben Pumpen in einer Tabelle

An dieser Tabelle fallen zwei kontraintuitive Punkte auf. Erstens bedeutet ölfrei nicht leiser: 2V18 und 2V28 sind mit 57 dB(A) angegeben und liegen damit unter den 61 dB(A) der V15L und den 67 dB(A) der V40L; bei zweistufiger Reihenschaltung ist das Verdichtungsverhältnis jeder Stufe kleiner, und die Gasströmung pulsiert gleichmäßiger. Zweitens steht die Leistung nicht für das Saugvermögen: Die V15L erreicht mit 0.35 kW 15 m³/h, die V0025A mit 0.75 kW nur 20 m³/h – die ölfreie Pumpe hat keine Scherverluste durch einen Ölfilm, erkauft sich das aber mit Zugeständnissen beim Vakuum.

2. Kriterium eins: Der Arbeitsdruckbereich entscheidet, welche Pumpe geeignet ist

Der erste Schritt bei der Auswahl ist nicht die Berechnung des Saugvermögens, sondern die Festlegung des Druckbereichs. Das Endvakuum der Pumpe entscheidet, ob sie in einen bestimmten Druckbereich gelangen kann; das Saugvermögen bestimmt nur, wie schnell sie darin arbeitet.

• Grobvakuumbereich (einige hundert mbar bis Atmosphärendruck): Vakuum-Halten, Gasentnahme, Heften und Falzen, Laminieren, Verpackungsformgebung. Für diese Aufgaben sind DPL-V15L/V25L/V40L ausgelegt; die auf der Produktseite genannten typischen Einsatzplätze sind Die-Bonder, Bestückungsautomaten, Roboter, Belichtungsgeräte, Laminiergeräte, Heftmaschinen, Falzmaschinen und Kaschiermaschinen.
• Feinvakuumbereich (0.5 bis 90 mbar): der Bereich der einstufigen ölgedichteten Pumpen. Die V0025A erreicht 0.5 mbar bei ausgeschaltetem Gasballast, die V0040A ab 0.1 mbar; bei eingeschaltetem Gasballast fällt sie auf 0.5 mbar zurück, um geringe Mengen kondensierbarer Gase abzusaugen.
• Vorvakuumbereich für Hochvakuum (unter 0.1 mbar): Die zweistufigen ölgedichteten Pumpen 2V18/2V28 erreichen 1×10⁻³ mbar bei ausgeschaltetem Gasballast; darunter folgen 2V80/2V275 mit 4×10⁻⁴~5×10⁻⁴ mbar oder zweistufige Reihenschaltungen mit Roots-Pumpen (siehe LC-Roots-Serie).

Zwischen 90 mbar und 1×10⁻³ mbar liegen fünf Größenordnungen. Sobald der Arbeitsdruckbereich unter 90 mbar fällt, kommt die L-Serie unabhängig vom gewählten Saugvermögen nicht hinein – dann braucht man die nachfolgenden Berechnungswege nicht mehr zu prüfen.

3. Kriterium zwei: Sauberkeitsanforderungen schließen ölgedichtete Pumpen aus

Die L-Serie arbeitet ölfrei, es gibt keinen Ölnebel und kein zurückfließendes Öl beim Abschalten. Bei ölgedichteten Pumpen existiert im Moment des Abschaltens das Risiko, dass Öl zurückgesaugt wird; Arbeitsplätze in der Elektronikmontage, Bestückung, im Die-Bonden sowie in Lebensmittel- und Pharmabereichen können dieses Risiko nicht akzeptieren und können nur die L-Serie wählen – zum Preis des Verzichts auf den Druckbereich unter 90 mbar. Dies ist eine harte Vorgabe, unabhängig von Preis, Saugvermögen und Baugröße.

Umgekehrt ist das Fördermedium der L-Serie auf saubere Luft sowie andere trockene, ungiftige, nicht korrosive und nicht brennbare und nicht explosionsfähige Gase beschränkt. Bei Betriebsbedingungen mit Staub oder Wasserdampf verfügen ölgedichtete Pumpen über einen Gasballast (die V0040A ab 0.5 mbar bei eingeschaltetem Gasballast), mit dem geringe Dampfmengen behandelt werden können; die ölfreie L-Serie hat dieses Mittel nicht und benötigt vor dem Ansaugen eine Filtration oder Kondensation.

4. Rechenbeispiel eins: Wie lange dauert es, eine 60-L-Vorrichtung auf 300 mbar zu evakuieren?

Isotherme Abschätzung: t = (V ÷ S) × ln(p1 ÷ p2), dabei ist V das Volumen, S das effektive Saugvermögen und p1, p2 sind Ausgangs- und Zieldruck.

Angesetzt werden Vakuumspannvorrichtungsvolumen plus Leitungsvolumen V = 60 L, evakuiert von Atmosphärendruck 1013 mbar auf 300 mbar:

ln(1013 ÷ 300) = ln 3.377 = 1.217

Berechnung mit dem Nennsaugvermögen (eher optimistisch)

• DPL-V25L: S = 25 m³/h = 25 000 L/h = 6.94 L/s, t = (60 ÷ 6.94) × 1.217 = 8.65 × 1.217 = 10.5 s
• DPL-V15L: S = 15 m³/h = 4.17 L/s, t = (60 ÷ 4.17) × 1.217 = 14.4 × 1.217 = 17.5 s
• DPL-V40L: S = 40 m³/h = 11.11 L/s, t = (60 ÷ 11.11) × 1.217 = 5.40 × 1.217 = 6.6 s

Berechnung mit dem effektiven Saugvermögen (für die Taktfestlegung verwendbar)

Das Nennsaugvermögen ist der Wert am Pumpeneingang. Druckverluste entlang der Leitung, G3/4″-Anschlüsse, Magnetventile sowie Leckagen an der Kontaktfläche zwischen Saugnapf und Werkstück senken das effektive Saugvermögen, das die Vorrichtungskammer erreicht. Im Grobvakuumbereich sind die Leitwertverluste meist nicht stark ausgeprägt; ein Abschlag auf 60% ist eine robuste Annahme:

• V25L: 4.17 L/s → t = (60 ÷ 4.17) × 1.217 = 17.5 s
• V15L: 2.50 L/s → t = (60 ÷ 2.50) × 1.217 = 29.2 s
• V40L: 6.67 L/s → t = (60 ÷ 6.67) × 1.217 = 10.9 s

Wenn der Takt verlangt, 300 mbar innerhalb von 12 s aufzubauen: Die V15L braucht mehr als das Doppelte, die V25L liegt 5.5 s darüber, und die V40L liegt genau an der Grenze. In diesem Fall nicht sofort eine größere Pumpe wählen – wird das Volumen von 60 L auf 40 L reduziert (kürzere Schläuche, Wegfall des Zwischenbehälters, Ventilblock näher an der Vorrichtung), ergibt sich für die V25L eine Evakuierungszeit von (40 ÷ 4.17) × 1.217 = 11.7 s, womit der Takt erfüllt ist.

Das Vorrichtungsvolumen ist die erste Variable, die Pumpe die zweite. Ein zu stark verkleinerter Leitungsinnendurchmesser erhöht den Strömungswiderstand; im Grobvakuumbereich ist der Einfluss begrenzt, doch der Rohrdurchmesser sollte nicht zwei Nennweiten kleiner als der Pumpenanschluss gewählt werden.

5. Rechenbeispiel zwei: Wie stark unterscheiden sich die Reserven zweier Pumpenklassen bei derselben Leckrate?

Ein Gasweg ist nicht vollständig dicht. Zur Quantifizierung dient die statische Druckanstiegsmethode: Ansaugventil schließen und den Druckanstieg aufzeichnen.

Q = V × Δp ÷ Δt

Mit V = 60 L steigt der Druck nach dem Schließen des Ventils innerhalb von 300 s von 300 mbar auf 316 mbar, Δp = 16 mbar:

Q = 60 × 16 ÷ 300 = 3.2 mbar·L/s (in Pa·m³/s: 0.32 Pa·m³/s)

Betrachtet man nun, welche Leckrate die Pumpe „aufnehmen“ kann: Das Fördervermögen einer Pumpe bei einem bestimmten Druck ist Q = p × S.

• V25L bei 300 mbar: Q = 300 × 4.17 = 1251 mbar·L/s. Die Leckrate macht nur 3.2 ÷ 1251 = 0.26% aus; der Druck bleibt stabil, der Arbeitspunkt verschiebt sich kaum.
• 2V18 bei 1 mbar: S = 17 m³/h = 4.72 L/s, Q = 1 × 4.72 = 4.72 mbar·L/s. Die Leckrate macht 68% aus; der Gleichgewichtsdruck ist p = Q_Leck ÷ S = 3.2 ÷ 4.72 = 0.68 mbar – diese Pumpe erreicht an diesem Gasweg nicht einmal 1 mbar, geschweige denn die 1×10⁻³ mbar auf dem Typenschild.

Um die 2V18 auf 1×10⁻³ mbar zu bringen, muss die zulässige Leckrate unter 1×10⁻³ × 4.72 = 4.7×10⁻⁴ mbar·L/s sinken, also 680-mal kleiner als 3.2 sein.

Diese 680-fache Anforderung erklärt die Wahl der Anschlussform: Ein Gasweg mit G3/4″-Gewinde und Drahtgeflechtschlauch kann nur mit der L-Serie kombiniert werden; sobald unter 1 mbar gearbeitet werden soll, sind NW25-Flansche, Metallrohre, Vollschweißverbindungen oder Metalldichtungen erforderlich, und es muss eine Lecksuche durchgeführt werden. Zuerst die Pumpe nach dem Druckbereich wählen, dann anhand der Pumpe die Rohrleitungs- und Anschlussklasse festlegen; in umgekehrter Reihenfolge ist Nacharbeit die Folge.

6. Kriterium drei: Geräuschpegel, Gewicht, Stromversorgung und Wartung

• Geräuschpegel: Bei in Maschinen eingebauten Automatisierungsanlagen sind Schalldämmung und Abstand zum Bedienplatz entsprechend den 67 dB(A) der V40L einzuplanen; die 57 dB(A) von 2V18/2V28 sind bei gleichem Saugvermögen leiser. Ist der Geräuschpegel das Hauptproblem, ist die zweistufige Pumpe vorteilhafter.
• Gewicht: V15L ca. 22.4 kg, V25L ca. 26 kg, V40L ca. 38.5 kg, gegenüber 39 kg bei der 2V18 und 44 kg bei der 2V28. Bei mitgeführten Roboterachsen, an Hebeplätzen oder bei Montage auf dem Gerätedach geht die Gewichtsdifferenz direkt in die Konstruktionsteile ein.
• Stromversorgung: L-Serie 220–240V oder 380–450V, sowohl einphasig als auch dreiphasig; V0025A einphasig 220/240V (dreiphasig möglich), ab V0040A dreiphasig; 2V18/2V28 einphasig 220V oder dreiphasig 380V. Wenn am Einsatzort kein Drehstrom verfügbar ist und nur eine kleine Last von 0.35 kW vorliegt, spart die V15L Transformator und Frequenzumrichter.
• Wartung: Ölgedichtete Pumpen benötigen Ölwechsel und Abluftfilter; Ölmengen: V0025A 0.75 L, V0040A 1.5 L, 2V18 0.75–1.05 L, 2V28 1.2–1.5 L. Die ölfreie L-Serie benötigt keinen Ölwechsel, doch die Drehschieber bleiben Verschleißteile und sind nach Betriebsstunden und Staubbelastung zu prüfen.
• 60Hz: Die L-Serie erreicht bei 60Hz 19/30/48 m³/h; vor der Bestellung einer 60Hz-Version bitte bestätigen lassen. Einige Modelle sind für 60Hz-Regionen nicht geeignet; vor der Bestellung das Modell mit dem Hersteller abstimmen.

7. Auswahlablauf in dieser Reihenfolge

1. Druckbereich festlegen: Kann der Arbeitsdruck über 90 mbar liegen? Wenn ja, kommt die L-Serie in die Auswahl; wenn nicht, direkt einstufige (0.1~0.5 mbar) oder zweistufige Pumpen (1×10⁻³ mbar) betrachten.
2. Volumen und Takt berechnen: Mit t = (V ÷ S) × ln(p1 ÷ p2), wobei S mit 60% des Nennwerts angesetzt wird. Zuerst das Vorrichtungsvolumen reduzieren, dann über einen Pumpenwechsel sprechen.
3. Leckrate prüfen: Q mit der Druckanstiegsmethode bestimmen, mit p × S vergleichen und prüfen, ob die Reserve mindestens eine Größenordnung beträgt. Ist die Reserve zu gering, zuerst den Gasweg in Ordnung bringen und nicht durch eine größere Pumpe überbrücken.

Sind diese drei Größen festgelegt, bleibt meist nur noch ein Modell übrig. Fragt man umgekehrt nur nach „wie vielen Litern pro Minute“, droht später Nacharbeit. Die Evakuierungszeit lässt sich zunächst mit der Abschätzung der Evakuierungszeit grob berechnen; Details zu Gasweg und Anschlüssen finden sich unter Häufige Fragen. Einen groben Vergleich nach Sauberkeitsanforderungen, Wartungsbedingungen und Medium bietet Ölfreie Drehschieberpumpen oder ölgedichtete Drehschieberpumpen: So wählen Sie aus.

Häufige Fragen

1. F: Worin unterscheiden sich die 90 mbar der DPL-V15L und die 1×10⁻³ mbar der 2V18? A: Um fünf Größenordnungen. 90 mbar gehören zum Grobvakuumbereich und dienen dem Vakuum-Halten, der Gasentnahme und der Verpackungsformgebung; die 2V18 erreicht bei ausgeschaltetem Gasballast 1×10⁻³ mbar und kann für Feinvakuumprozesse oder als Vorvakuumstufe für Hochvakuum eingesetzt werden. Wegen der unterschiedlichen Druckbereiche sind sie trotz ähnlichem Saugvermögen nicht austauschbar.

2. F: Lassen sich die V25L und die V0025A mit ähnlichem Saugvermögen direkt austauschen? A: Nein. Die V25L ist ölfrei aufgebaut und hat ein Nennvakuum von 90 mbar; die V0025A ist eine einstufige ölgedichtete Pumpe mit einem Endvakuum von 0.5 mbar, fördert aber Ölnebel und hat beim Abschalten das Risiko eines Ölrückflusses. An sauberen Arbeitsplätzen kommt nur eine ölfreie Pumpe infrage, im Feinvakuumbereich nur eine ölgedichtete.

3. F: Wie lange dauert es, eine 60-L-Vorrichtung von Atmosphärendruck auf 300 mbar zu evakuieren? A: Nach t = (V ÷ S) × ln(p1 ÷ p2) ergeben sich mit 60 L und dem Nennsaugvermögen der V25L von 6.94 L/s 10.5 s; mit dem auf 60% reduzierten effektiven Saugvermögen sind es 17.5 s. Für die Taktfestlegung werden 17.5 s angesetzt, nicht 10.5 s.

4. F: Gilt eine Leckrate bei einem Vakuumhaltekreis mit Schlauch als zu hoch? A: Ein Druckanstieg von 16 mbar in 300 s bei 60 L Volumen entspricht 3.2 mbar·L/s; bei der V25L macht das bei 300 mbar nur 0.26% des Fördervermögens aus und ist akzeptabel. Dieselbe Leckrate lässt die 2V18 bei 0.68 mbar stehen; deshalb muss für den Betrieb unter 1 mbar auf Flansch- und Metallrohrleitungen umgestellt werden.

5. F: Warum ist eine ölfreie Pumpe nicht unbedingt leiser als eine ölgedichtete Pumpe? A: Bei den angegebenen Messwerten dieser Klasse liegen 2V18/2V28 bei 57 dB(A), V15L bei 61, V25L bei 62 und V40L bei 67 dB(A). Bei zweistufiger Reihenschaltung ist das Druckverhältnis jeder Stufe kleiner und die Gasströmung pulsiert gleichmäßiger, weshalb der Geräuschpegel niedriger liegt; die ölfreie Pumpe spart Ölnebel und Ölwechsel, nicht Schallleistung.

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