2. 3. 2 Pumpen hoher Gaslasten mit Turbomolekularpumpen
Bei hohen Gaslasten werden Turbopumpen starken Beanspruchungen
ausgesetzt. Die Gasreibung heizt die Rotoren auf. Die maximalen
Gaslasten werden durch die zulässige Rotortemperatur von
höchstens 120 °C begrenzt. Oberhalb dieser Temperaturgrenze
kommt es zu einer irreversiblen plastischen Deformation der Rotoren
mit nicht vorhersehbarem zeitlichen Verlauf. Durch Messung der Rotortemperatur und Begrenzung der maximalen
Temperatur können die Pumpen der HiPace-Serie mit
Saugvermögen > 1. 000 l s -1 nicht überhitzt
werden. Turbolader auslegung und berechnung 6. Präzise Charakterisierung des Prozesses erlaubt bei einer
Vielzahl von Pumpen die Abschätzung der Rotortemperatur und
definiert ein Prozessfenster für den langzeitstabilen und
sicheren Betrieb. Die Eignung einer Turbopumpe zum Pumpen hoher Gaslasten kann
durch das Design von Rotor und Stator sowie präzise Kontrolle des
Temperaturverlaufs in der Pumpe beeinflusst werden. So sind
z. B. die Pumpen der ATH M-Serie explizit auf hohen
Gasdurchsatz bei vergleichsweise hohen Prozessdrücken ausgelegt.
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Bei einem maximalen Vorvakuumdruck der
Turbopumpe von 3, 3 hPa ist diese Auslegung trotz des thermisch
anspruchsvollen Prozessgases Argon konservativ. Das Prozessgas wird über einen Massenflussregler (5) in die
Kammer (1) eingelassen. Das vom Druck $p_{Prozess}$ gesteuerte
Schmetterlingsventil (4) drosselt das Saug-vermögen der
Turbopumpe (2). Nach Ende des Prozessschritts stellt man die Gaszufuhr
ab, öffnet das Regelventil vollständig um die Kammer wieder
auf Enddruck zu evakuieren. Dabei wird ein neues Werkstück in die
Prozesskammer eingeschleust. Weitere Hinweise für das Pumpen
hoher Gaslasten sowie korrosiver und abrasiver Stoffe finden Sie in
Kapitel 4. 8. Auslegung und Berechnung. 3.
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Desorption der Dichtungen
Bei Betrieb unter 10 -6 hPa sind die Ausgasraten von
Kunststoffen von Bedeutung. Die Oberflächen der Dichtungen sind
zwar verhältnismäßig klein, jedoch nimmt die
Desorption nur mit dem Faktor
$\frac{t_0}{\sqrt{t_4}}$
nach Formel 1-33 aus Kapitel 1 ab. Der Grund dafür ist, dass die austretenden Gase nicht nur
an der Oberfläche gebunden sind, sondern auch aus dem Inneren der
Dichtung heraus diffundieren müssen. Bei längeren Pumpzeiten
kann deshalb die Desorption von Kunststoffen die Desorption der
Metalloberflächen dominieren. 2 Auslegung. Die Ausgasrate von
Kunststoffoberflächen wird berechnet nach Formel 1-33 aus Kapitel
1:
$Q_{des, K}=q_{des, K} \cdot A_d \cdot \frac{t_0}{\sqrt{t_4}}$
Wir setzen $Q_{des, K} = S \cdot p_{des, K}$ und erhalten für
$p_{b4}$=10 -8 hPa: $t_4$=459 ⋅ 10 6 s = 1277
h.
Hierbei ist $t_0$ = 3600 s gesetzt und der zugehörige Wert
$q_{des, K}$ aus dem Diagramm [23]
für FPM abgelesen. Man sieht, dass der Beitrag der Desorption der
Dichtung im kalten Zustand zur Auspumpzeit in ähnlicher
Größen-ordnung liegt, wie derjenige der
Metalloberfläche.
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In: Tagungsband 34. Internationales Wiener Motorensymposium, 2013
Engels, B. : Untersuchungen zur Verbesserung des Drehmomentverhaltens abgasturboaufgeladener Fahrzeugdieselmotoren. Dissertation, RWTH Aachen, 1981
Dibelius, G. : Teilbeaufschlagung von Turbolader-Turbinen. In: Brown Boveri Mitteilungen 52 (1965), Nr. 3, S. 183–196
Harley, P. ; Spence, S. ; Filsinger, D. ; Dietrich, M. ; Early, J. : Assessing 1D Loss Models for the off-design performance prediction of automotive turbocharger compressors. In: Proceedings of ASME Turbo Expo 2013: Turbine Technical Conference and Exposition, GT2013-94262, 2013
Moustapha, H. : Axial and Radial Turbines, Concepts ETI Inc, 2003
Brinkert, N. ; Rott, M. ; Friedrich, J. Turbolader auslegung und berechnung photos. ; Freisinger, N. ; Karl, G. : Konsequente Weiterentwicklung von Stoß-/Stauaufladung am 4-Zylinder Ottomotor. In: Tagungsband, 19. Aufladetechnische Konferenz, 2013
Download references Danke Dieser Bericht ist das wissenschaftliche Ergebnis einer Forschungsaufgabe, die von der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.
Da die Diffusion der im Inneren der Dichtung gelösten Gase
das Zeitverhalten des Desorptionsgasstroms bestimmt, hat die
Temperaturabhängigkeit des Diffusionskoeffizienten $D$ einen
entscheidenden Einfluss auf die Pumpzeit:
\[ D=D_0 \cdot \mbox{exp}
\left(-\frac{E_{dif}}{R \cdot T} \right) \]
Formel 2-14: Diffusionskoeffizient (T)
Mit steigender Temperatur steigt auch der Diffusions-koeffizient
an, allerdings nicht so stark wie die Desorptionsrate der
Metalloberfläche. Turbolader auslegung und berechnung berlin. Wir sehen also, dass Elastomerdichtungen durch
ihre Desorptionsraten durchaus begrenzend auf den Basisdruck wirken
können und deshalb zur UHV-Erzeugung ungeeignet sind. Leckrate und Permeationsrate
Der Gasfluss, der durch Undichtigkeiten ins Vakuumsystem
einströmt, ist konstant und führt bei einem gegebenen
Saugvermögen zu einem Druck:
$p_{Leck}=\frac{Q_{Leck}}{S}$
Eine Anlage gilt als hinreichend dicht, wenn dieser Druck kleiner als
10% des Arbeitsdrucks ist. Leckraten von 10 -9 Pa m 3
s -1 sind in der Regel erreichbar und auch für diese
Anlage gefordert.
2. 3 Turbopumpstände
2. 3. 1 Auspumpen eines Behälters mit einem Turbopumpstand auf 10 -8
hPa
Ein Behälter aus blankem Edelstahl soll in 12 Stunden auf einen
Druck von $p_b$ = 10 -8 hPa evakuiert werden. Wie aus
Kapitel 1. 3 hervorgeht, sind neben der reinen Auspumpzeit für die
Luft weitere Effekte zu berücksichtigen. Die Desorption von
Wasserdampf und adsorbierten Gasen sowie das Ausgasen von Dichtungen
verlängern die Auspumpzeit.
" Wahre Liebe ist nicht ohne Lohn, doch sie liebt nicht für Lohn. " —
Bernhard von Clairvaux
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