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1. Version 26.08.2005

Aus der Werkstatt: Vakuum Pumpe

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Zum gießen von Silikonformen oder allgemein zum Entgasen benötigt man eine Vakuumpumpe. Die kann man kaufen, oder natürlich auch selbst bauen.
Hier ist der Selbstbau dieser einfachen, mit Druckluft betriebenen, Pumpe beschrieben.

Diese Pumpe ist nicht sonderlich effektiv was den Energieeinsatz betrifft, bei gelegentlicher Benutzung wiegt die einfache Herstellung aber den Nachteil auf.
Sie arbeitet nach dem Injektor-Prinzip und hat darum keine beweglichen Teile.

Motor-Manufaktur Werkstatt Die Pumpe im unmontierten Zustand.
Leider nur in schwarz/weiß
Motor-Manufaktur Werkstatt Die montierte Pumpe


Beschreibung:

Mit dieser Pumpe erreicht man einen Unterdruck von 0,89 bar (400m über NN) bei einem Versorgungsdruck von 5 bar.

Die Pumpe besteht im Wesentlichen aus 2 Teilen:

  • Der Düse mit dem Druckluftanschluß
  • Dem Hauptkörper der den Unterdruck-Anschluß aufnimmt und die Druckluft über einen Konus ausströmen lässt.

Die Düse:

Sie ist eine modifizierte Druckluft-Kupplung. Der Düsenkörper ist mit der Schnellkupplung hartverlötet. Die Düse ist eine 2,1mm Bohrung die zur Unterdruckseite hin konisch aufgeweitet ist.

Der Hauptkörper:

Ein Drehteil (es war gerade ein 22 mm Alu-Sechskant zur Hand) besteht aus der Unterdruckkammer auf der Einblaseseite, einen Anschluß für die Unterdruckleitung und einer konischen Bohrung (Diffusor).


Zum Bau:

Hierzu gibt es einen Plan als PDF.

Die Ausgangskonstruktion war eine Skizze die mir freundlicherweise Don Forema aus news:rec.crafts.metalworking von seiner HF Pumpe angefertigt hat. Diese Skizze und einen Text dazu findet man hier.

Die Teile sind einfache Drehteile. Lediglich zur Herstellung der konischen Bohrungen muss man sich 2 Kanonenbohrer aus Silberstahl anfertigen. Um damit in Messing und einer gut spanbaren Aluminium-Legierung bohren zu können, sind die Anforderungen daran aber sehr niedrig.
Die Steigung des Düsenkonuses ist ca. 1:10, die des Diffusors ca. 1:32. Die Werte sind nicht sonderlich kritisch.

Der Anschluss für den Unterdruck ist ein Messingrohr 6 * 0,5 das in den Grundkörper eingepresst wurde. Man kann natürlich auch ein Schraubteil verwenden. Der zugehörige ø6 im Grundkörper ist unkritisch, solange er sich nicht mit dem Kegel am Bohrungsgrund des ø10 verschneidet.

Ich hatte die Pumpe mit leichten Änderungen nachgebaut und urspünglich 0,85 bar Unterdruck erreicht. Davon ausgehend hatte ich versucht sie zu optimieren und dabei auch einige Beobachtungen gemacht welche Parameter Verbesserungen bringen.

Dazu aber erst einmal eine Messreihe mit verschiedenen Eingangsdrücken (2, 4, 6 und 7 bar). Gemessen wurde mit einem Manometer der Klasse 1,6 bei ca. 400m üNN.

Unmodifiziert Mod. 1 Mod. 2 Mod. 3 Mod. 4
2 bar 0,3 bar 0,35 bar 0,36 bar 0,36 bar 0,36 bar
4 bar 0,8 bar 0,85 bar 0,85 bar 0,85 bar 0,86 bar
6 bar 0,85 bar 0,87 bar 0,88 bar 0,88 bar 0,89 bar
7 bar 0,85 bar - *)1 - *)1 - *)1 - *)1

*)1: Der Druckminderer hatte nicht genügend Durchfluss um den eingestellten Druck halten zu können.

Man sieht, dass eine Druckerhöhung über 6 bar keine Verbesserung bringt. Die Düse im Einlaßteil drosselt hier zu stark.

Modifikation 1:
Der Einlauf auf der Druckseite (Schnellkupplung) wurde geglättet.

Modifikation 2:
Der Abstand der Düse zum Diffusor-Einlauf im Hauptkörper (zum ø 5mm) wurde optimiert. Die Einstellung ist relativ unempflindlich in einem Bereich von ca. 1,5 mm. Wird er zu klein, dann kann keine Luft mehr abgesaugt werden. Wird er zu groß, dann trifft der Strahlkegel auf die Kante des ø 5mm und wird teilweise in den Unterdruckraum umgelenkt.

Modifikation 3:
Der konische Auslauf (Diffusor) im Grundkörper wurde am Ende aufgeweitet. Keine Verbesserung feststellbar.

Modifikation 4:
Die Länge des zylindrischen Teils im Diffusor (ø 5mm) wurde von ca. 40 mm auf 20 mm verkürzt. Eine leichte Verbesserung, allerdings reagiert die richtige Einstellung des Abstandes (Mod. 2) etwas kritischer. Ich konnte ihn nicht noch weiter verkürzen, weil der Kanonenbohrer nicht lang genug war.

Zusammenfassung:
Mit einer sauberen, möglichst wirbellosen, Einströmung kann man die Pumpe verbessern. Der zylindriche Teil im Diffusor sollte nicht zu lange gewählt werden. Mit ca. 5…10mm Länge hat man wohl einen guten Wert.

Kritisch ist:

  • Der Abstand Düse/Diffusor-Einlauf.Eine Einstellbarkeit ist nicht nötig. Wenn man den optimalen Abstand ermittelt hat, kann man den Düsenkörper mit Loctite im Hauptkörper verkleben. Wer keine Möglichkeit hat den Unterdruck zu messen, stellt einen Abstand von 0,5…1mm ein.
  • Der größte Durchmesser am Ende der Düse muss kleiner sein als der Anfangsdurchmesser (ø 5mm) am Diffusor im Hauptkörper. Ca. 5% kleiner ist ein guter Wert. Je kleiner man den Maximaldurchmesser macht, um so unkritischer wird der Abstand Düse/Diffusoreinlauf.

Es wurden keine Versuche mit unterschiedlichen Konuswinkeln gemacht.

Es gibt im Netz einen (englischsprachigen) guten Artikel über verschiedene Vakuum-Pumpen. Dazu im Abschnitt "Vacuum Pumps and Chucks" suchen.