Im Rahmen meiner Diplomarbeit im Studiengang Maschinenbau am Fachbereich Maschinenbau, Mikrotechnik, Energie- und Wärmetechnik an der Fachhochschule Giessen-Friedberg soll eine Anlage zum Kalibrieren von Druckmessgeräten verbessert werden.
Diese Anlage besteht im Prinzip aus einem Drehkolbenmanometer, oftmals auch als Druckwaage bezeichnet, den zugehörigen Vakuumpumpen und einem Rohrleitungssystem, um die zu kalibrierenden Messgeräte anzuschließen.
Im Kalibrierbetrieb wird ein häufiges erneutes Evakuieren der Vakuumglocke erforderlich, um die verschiedenen Massestücke, welche auf das Zylinder-Kolben-System innerhalb der Glocke aufgesetzt werden, auszutauschen.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung und Problemstellung
2. Vakuumtechnische Grundlagen
Druck
Zustand der Gase
Zustandsgrößen und Mengengrößen
Zustandsgleichung idealer Gase
2.3 Sorption, Diffusion und Permeation
2.4 Vakuum und Vakuumphysik
2.5 Vakuumpumpen
2.6 Vakuummesung
3. Ist-Zustand
3.1 Bisherige Verbesserungen
3.2 Aufbau der Anlage
3.2.1 Kolbenmanometer
3.2.2 Drehschieberpumpe und Wälzkolbenpumpe
3.2.3 Druckmessgerät und Durchflussmessgerät
3.2.4 Messdom
3.2.5 Rohrleitungssystem
3.3 Auspumpkurven
3.4 Saugvermögen und Leitwert
4. Veränderungen an der Anlage
4.1 Konstruktive Veränderungen am Kolbenmanometer
4.1.1 Dichtungssitz des Elektromotorengehäuses
4.1.2 Verlegung des E-Motors aus dem Glockenvolumen heraus
4.1.3 Bearbeitung der Ringfläche der Vakuumglocke
4.1.4 Permanentlauf der Drehschieberpumpe
4.1.5 Verrohrung des Kolbenmanometers
4.2 Verlegung des Kolbenmanometer und der Vakuumpumpen
5. Zusammenfassung
6. Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die Diplomarbeit hat das Ziel, das Vakuumsystem eines Kolbenmanometers zu optimieren, um die Evakuierzeiten deutlich zu verkürzen und gleichzeitig die Wärmeabgabe der Vakuumpumpen zu minimieren, damit die Kalibrierung von Druckmessgeräten präziser und zügiger erfolgen kann.
- Optimierung des Auspumpverhaltens der Vakuumglocke
- Konstruktive Veränderungen zur Minimierung von Gasströmen und Totvolumina
- Verlegung und thermische Entkopplung von Vakuumpumpen
- Methodische Untersuchung von Saugvermögen und Leitwerten
Auszug aus dem Buch
3.2.1 Kolbenmanometer
Hersteller des Geräts ist Pressurements Ltd. aus Großbritannien. Der ursprünglich darstellbare Differenzdruck des Kolbenmanometers, der nach unten durch die Masse des Kolbens begrenzt ist, beträgt 30 mbar und der größte 2000 mbar.
Dies entspricht den Massen 61,7 g und 4116,2 g. Durch das Labor für Vakuumtechnik wurde das Gerät nachträglich auf einen max. Differenzdruck von 4000 mbar erweitert.
Kolbenmanometer, auch in vielen Veröffentlichungen als Druckwaage bezeichnet, eignen sich zum Justieren, Prüfen und Eichen von Manometern und anderen Druckmessgeräten. Es arbeitet nach der schon um 1650 von Otto von Guericke entdeckten Definition des Drucks als Verhältnis von Normalkraft zu zugehöriger Fläche.
Schon damals konnte Guericke mit seinem Galgenversuch den atmosphärischen Luftdruck bestimmen relativ genau bestimmen.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung und Problemstellung: Beschreibung der Ausgangssituation bei der Kalibrierung von Druckmessgeräten und die Notwendigkeit zur Optimierung des Evakuierprozesses.
2. Vakuumtechnische Grundlagen: Erläuterung der physikalischen Prinzipien des Vakuums, der Gaseigenschaften sowie der Funktionsweise von Pumpen und Messgeräten.
3. Ist-Zustand: Analyse des bestehenden Aufbaus der Anlage, der verwendeten Komponenten und der ursprünglichen Leistungsdaten der Vakuumpumpen.
4. Veränderungen an der Anlage: Detaillierte Darstellung der durchgeführten konstruktiven Modifikationen zur Reduktion von Gasabgaberaten und zur thermischen Entkopplung.
5. Zusammenfassung: Bewertung des Gesamtergebnisses der Optimierungsmaßnahmen und quantitativer Vergleich der erreichten Verbesserung der Evakuierzeiten.
6. Ausblick: Identifikation weiterer Potenziale zur Prozessoptimierung und Anforderungen an den langfristigen Betrieb der Anlage.
Schlüsselwörter
Vakuumtechnik, Kolbenmanometer, Auspumpverhalten, Evakuierung, Drehschieberpumpe, Wälzkolbenpumpe, Lecksuche, Gasabgaberate, Permeation, Druckwaage, Saugvermögen, Kalibrierung, Anlagentechnik.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit?
Die Arbeit befasst sich mit der Optimierung des Vakuumsystems eines Kolbenmanometers, um die Effizienz beim Kalibrieren von Druckmessgeräten durch verkürzte Zykluszeiten zu steigern.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die Schwerpunkte liegen auf der Vakuumphysik, der Anlagentechnik, der Lecksuche, der Optimierung von Komponenten und der Messtechnik unter Vakuumbedingungen.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist die Reduktion des Restgasdrucks und der Evakuierzeit sowie die thermische Stabilisierung des Messstandes durch konstruktive Umbauten.
Welche wissenschaftlichen Methoden kommen zum Einsatz?
Es werden experimentelle Messreihen der Auspumpkurven durchgeführt, verschiedene konstruktive Dichtungs- und Verrohrungskonzepte getestet und theoretische Grundlagen wie das Saugvermögen quantitativ angewandt.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil analysiert den Ist-Zustand, führt systematische konstruktive Verbesserungen wie die Abdichtung des Elektromotors und die Verlegung der Vakuumpumpen durch und verifiziert diese durch Messdiagramme.
Welche Begriffe charakterisieren die Arbeit am besten?
Vakuumglocke, Gasabgabestrom, Konstruktive Modifikation, Saugvermögen, Druckdifferenz und Kalibrierbetrieb.
Warum wurde der Elektromotor aus dem Vakuumraum entfernt?
Der Elektromotor enthielt viele Bauteile und Luftkammern, die als zusätzliche Gasquellen fungierten und somit den erreichbaren Enddruck negativ beeinflussten.
Was ergab der Vergleich zwischen Abfräsen und Abdrehen der Ringfläche?
Das Abfräsen hinterließ Riefen an der Ansetzstelle, die zu unzulässig hohen Gasströmen führten, während das Abdrehen eine bessere Dichtigkeit der Verbindung gewährleistete.
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- Master of Education Marc Schneider (Author), 2006, Umbau des Vakuumsystems eines Kolbenmanometers zum Erreichen kürzerer Zykluszeiten und geringerer Wärmebelastung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/118617
