Welche Geräte können einen Unterdruck von −7 bis −9 Atmosphären erzeugen?

Klärung des physikalischen Begriffs: Die tatsächliche Bedeutung von „−7 bis −9 Atmosphären“

In der Physik beträgt die unterste Grenze des absoluten Atmosphärendrucks 0 (absolutes Vakuum); ein absoluter Druck von „−7“ oder „−9“ Atmosphären existiert nicht. Im ingenieurwissenschaftlichen und wissenschaftlichen Kontext bezieht sich diese Formulierung in der Regel auf zwei Fälle:

• Industrieller Überdruck (relativer Druck): bezeichnet -0.7 MPa Bis -0.9 MPa Der Unterdruck (allgemein als –7 bis –9 kg Unterdruck bezeichnet) entspricht einem absoluten Druck von etwa 0,3 bis 0,1 Atmosphären und liegt im Bereich des Grob- oder Nieder­vakuums.
• Wissenschaftliche Schreibweise des absoluten Drucks: bezeichnet 10⁻⁷ bis 10⁻⁹ Standardatmosphären (etwa 10⁻² bis 10⁻⁴) Pa), der dem Bereich des Hochvakuums bis zum Ultrahochvakuum zuzuordnen ist.

Realisierung eines industriellen Unterdrucks (-0,7 ~ -0.9 MPa) der Vakuumgeräte

Für die in der Industrie häufig auftretenden Anforderungen an Grob- und Niederdruckvakuum können die folgenden Geräte diesen Druckbereich zuverlässig bereitstellen:

• Öldichtungs-Drehschieber-Vakuumpumpe: Durch das Gleiten der Drehschieber im Pumpengehäuse wird das Volumen verändert, um Luft abzupumpen. Einstufige oder zweistufige Drehschieberpumpen erreichen problemlos -0.09 MPa Die oben genannten Vakuumgrade finden breite Anwendung in der Verpackungstechnik, der Entgasung sowie in grundlegenden Labors.
• Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe: Mit Wasser oder anderen Flüssigkeiten als Arbeitsflüssigkeit eignen sich diese Pumpen besonders zum Absaugen von Gasen, die große Mengen an Wasserdampf oder geringe Mengen an Stäuben enthalten, und zeichnen sich in der chemischen Industrie sowie in der Papierherstellung durch hervorragende Leistung aus.
• DrehkolbenvakuumpumpenaggregatDie Roots-Pumpe allein kann nicht direkt in die Atmosphäre entlüften; sie wird üblicherweise als Vorstufenpumpe mit einer Drehschieberpumpe oder einer Flüssigkeitsringpumpe in Reihe geschaltet, wodurch die Entgasungsleistung erheblich gesteigert und die Zeit bis zum Erreichen des Zielvakuums verkürzt wird.

Vakuumanlagen zur Erzielung eines Hochvakuums (10⁻⁷ bis 10⁻⁹ atm)

Wenn ein extrem hoher Vakuumgrad erforderlich ist – also ein Druck im Bereich von einem Zehnmillionstel bis zu einem Milliardstel der Atmosphärendruckes –, können herkömmliche mechanische Pumpen diesen Anforderungen nicht gerecht werden; in diesem Fall müssen Hochvakuumpumpen oder Ultrahochvakuumpumpen eingesetzt werden.

• TurbinenmolekularpumpeDurch die hochdrehenden Rotorschaufeln werden Gasmoleküle gerichtet zum Auslass geleitet. In der Regel ist ein Vorvakuumaggregat erforderlich; es handelt sich um eine Schlüsselkomponente zur Erzeugung von Hoch- und Ultrahochvakuum, die häufig in der Halbleiterfertigung und der Oberflächenanalytik eingesetzt wird.
• Kryokondensationspumpe: Mithilfe extrem kalt­er Oberflächen werden Gasmoleküle kondensiert oder adsorbiert. Dieses Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Pumpgeschwindigkeit und den Verzicht auf Öl aus und eignet sich für die Vakuumbeschichtung sowie die Simulation von Weltraumbedingungen.
• SputterionenpumpeDurch eine Penning-Entladung werden Gasmoleküle ionisiert, und die Ionen werden mithilfe eines elektrischen Feldes beschleunigt, um in die Titan-Kathode einzudringen und dort zu verankern. Es handelt sich um eine ultrahochvakuumfähige Pumpe ohne bewegliche Teile, die zur Aufrechterhaltung extrem niedriger Ultrahochvakuumbedingungen eingesetzt wird.

Empfehlungen zur Auswahl von Vakuumanlagen und zur Systemkonfiguration

Bei der Auswahl der geeigneten Vakuumausrüstung ist nicht allein der Enddruck maßgeblich; vielmehr müssen auch folgende Faktoren umfassend berücksichtigt werden:

• Gaszusammensetzung: Enthält das Gas korrosive Bestandteile oder große Mengen kondensierbarer Dämpfe, sind korrosionsbeständige Werkstoffe zu wählen oder eine Kühlfalle sowie Filter einzusetzen.
• AbsaugrateDie zur Erreichung des Zielvakuums erforderliche Zeit hängt von der effektiven Pumpenleistung und dem Systemvolumen ab; für große Volumina sind Pumpanlagen mit hoher Saugleistung erforderlich.
• ReinheitsanforderungenAnwendungen, die empfindlich gegenüber Ölverschmutzungen sind, sollten auf den Einsatz von öldichtenden mechanischen Pumpen verzichten und stattdessen Trockenspiralpumpen oder ölfreie Pumpenaggregate als Vorstufen verwenden, um die Reinheit des Vakuumumfelds zu gewährleisten.