Vakuumpumpe

In der Technologie werden in der Vakuumerzeugung Unterdruckpumpen eingesetzt. Die Vakuumpumpe wird nach dem von ihr generierten Unterdruck und ihrem Wirkprinzip unterschieden. Die Vakuumpumpe ist keine Pumpe, sondern ein Kompressor. Als erste Vakuumpumpe diente eine Kolbendosierpumpe, die 1649 von Otto von Guricke erbaut wurde ("Luftpumpe").

Die Vakuumpumpe wird je nach physikalischem Funktionsprinzip in Gastransfer-Vakuumpumpen und Gasbindemaschinen unterteilt. Abhängig vom zu erzielenden Vakuumniveau und der erforderlichen Förderleistung kommen unterschiedliche Vakuumsauger oder deren Kombination zum Einsatz. Manche Maschinen erfordern Molekularströmung, andere Laminarströmung. Die gasbindenden Unterdruckpumpen erreichen ihre Förderwirkung, indem sie Partikel an feste Oberflächen anbinden - dieses Verfahren wird gemeinhin als Adsorption genannt - und damit den Behälterdruck reduzieren.

Gasbindende Vakuum-Pumpen umfassen Getter-Pumpen, Cryopumpen und Adsorptions-Pumpen. Zur Erzielung niedriger Unterdrücke sind oft zwei Pumpenstufen erforderlich (z.B. für Druck p < 10-3 mbar). Bei der ersten Vakuumpumpe (z.B. Drehschieberpumpe) wird ein sogenanntes Vakuum aufgebaut, die zweite wird an den Empfänger angeschlossen.

Da das Luftvolumen beim Verdichten abnimmt, können immer mehrere Umwälzpumpen ( "zweite Stufe") von einer Hilfspumpe (erste Stufe) über Rohre gefördert werden, in denen Laminarströmung vorkommt. Im Bereich der Verdrängerpumpe haben sich aus Produktions-, Betriebs- und Zuverlässigkeitsgründen Ausführungen durchgesetzt, die durch Molekularströmung zwischen Läufer und Statormotor größere Geschwindigkeiten als andere verdrängte Vakuumpumpen erwirtschaften.

B) Einsatz in Staubsaugern oder in der Staubsaugertechnik in Gestalt einer Spiro-Pumpe. Aufgrund ihrer großen Saugkraft wird die Molekülvariante jedoch vor allem im Bereich des Vakuums eingesetzt. In einer Verdrängerpumpe gelangt das im Behälter befindliche Erdgas in den durch Hubkolben, Läufer oder Schiebern geformten Arbeitsbereich, der Arbeitsbereich wird geschlossen, das Erdgas evtl. komprimiert und anschließend ausgeworfen.

Bei Nassläuferpumpen sind die Mechanikelemente durch eine flüssige, in der Regel ölhaltige Masse voneinander getrennt. Die folgenden Maschinen sind mit Ölen geschmiert: Drehschieberpumpe, Schieberpumpe, Trochoidenpumpe. Die folgenden Umwälzpumpen sind mit PTFE abgedichtet: Die folgenden Kreiselpumpen nutzen einen Luftspalt: Drehkolbenpumpen (z.B. die Klauenpumpe), Schraubenspindelpumpen. Die folgende Umwälzpumpe ist mit einer elastische Membrane abgedichtet: die sogenannte Membranpumpe.

Hauptsächlich werden sie zur Herstellung von Grob- und Feinstaubsaugern verwendet. Ein klassischer Schieber ist eine Vakuumpumpe zur Feinvakuumerzeugung. Es handelt sich um einen hohlen Trommel (Stator), in dem sich ein anderer Trommel (Rotor) dreht, der durch einen Excenter entlang der Gehäuseoberfläche geleitet wird. In Jetpumpen, auch Treibstoffpumpen oder Treibstoffpumpen oder Treibstoffpumpen, wird Wasserdampf oder Wasser mit großer Drehzahl durch eine entsprechende Spritzdüse im Inneren der Pumpen abgelassen.

Wenn ein Gaspartikel von diesem Partikelstrom detektiert wird, wird die Stoßrichtung des Treibmittelstromes auf das Partikel überführt, das dadurch in eine druckerhöhte Zonen innerhalb der Pumpen gefördert wird. Da ist der Austritt der Zapfsäule. Um zu verhindern, dass das dampfförmige Treibgas den Behälter selbst erreicht, wird es an den abgekühlten Aussenwänden der Pumpen auskondensiert.

Diese Ausführung wird üblicherweise mit ölstrahlpumpen durchgeführt, bei denen das öl entweder in flüssiger oder dampfförmiger Form vorliegt (öldiffusionspumpe); sie erzeugt Fein-, Hoch- und Höchstvakuum. Wenn sich die Mauer innerhalb dieser Verweildauer verschiebt, wird die Geschwindigkeit der Mauer der isotropischen Verteilung der absorbierenden Molekülen aufgesetzt. Deshalb haben die Partikel nach dem Austritt aus der Mauer eine bevorzugte Richtung und bilden so eine Durchströmung.

Bei dieser 90°-Anordnung ist der Außenwandabstand zum Läufer wesentlich kleiner als bei den übrigen 270° Außenwinkeln, ca. 5µm. Durch die Saugöffnung gelangen die Gase in die Pumpen, absorbieren auf dem sich rasch drehendem Kreisel und werden so auf eine bevorzugte Richtung aufmerksam, nehmen wenig später vom Kreisel ab und lassen die Pumpen im besten Fall durch die Vorvakuumöffnung zurück.

Problematisch bei diesem Pumpenprinzip ist das häufig auftretende Fressen durch den teils hauchdünnen Spalt zwischen Läufer und Gehäuse und die geringe Fördermenge. Die Frage, ob dieser Zusatzimpuls für das Austreten aus dem Empfänger ausreichend ist, richtet sich nach der Partikelmasse und damit nach der Art des Atoms. Lichtmoleküle beispielsweise haben bei Zimmertemperatur eine sehr große Drehzahl, so dass nur ein kleiner Zusatzimpuls über die Wärmepumpe abgegeben wird.

Turbomolekular-Pumpen werden mit vorgeschaltetem Unterdruck eingesetzt, um ein Höchstvakuum zu erzeugen, da sich die Pumpen sonst durch Reibung der Luft zu sehr erwärmen würden oder die Triebwerksleistung nicht ausreicht. Dargestellt ist eine einströmige Turbo-Molekularpumpe; oben sehen Sie das Saugrohr, die Rotor- und Statorschaufeln, darunter den Auslass zum Unterdruck. Die meisten Gasen verdichten sich auf einer oberflächengekühlten Fläche (z.B. mit Flüssighelium, Sauerstoff oder Stickstoff), weshalb diese auch als " Kondensationspumpe " bezeichnet wird.

Die Tieftemperaturpumpen erzielen im Unterschied zu fast allen anderen gängigen Vakuumsaugern ihr Soll-Pumpvermögen. Mit der Cryopumpe wird ein hohes Vakuum (p < 10-3 mbar) oder ein Höchstvakuum (p < 10-7 mbar) erzeugt. Sie benötigen ein gutes Vakuum und sorgen für ein Höchstvakuum. Die angewandte Mechanik verwendet mehrere Arten von Hochvakuumpumpen, um ein Höchstvakuum zu generieren.

Zuerst wird bei mechanischen Antrieben ( "Drehschieberpumpe", "Membranpumpe", "Scrollpumpe") ein Druck im Behälter im Umfang von 10-2 bis 10-3 Millibar aufgebaut. Je nach Behältergröße und Förderleistung der Pumpe beträgt diese in der Regel einige min. Anschließend generieren Turbo-Molekularpumpen in einem mehrstündigen Verfahren ein hohes Vakuum im Arbeitsdruckbereich von ca. 10-7 Millibar.

Durch die ständige Absorbierung von Adsorptionswasser und anderen Stoffen mit geringem Wasserdampfdruck in der Brennkammer, auch bei endlos langer Förderleistung, kann dieser Wert nicht mehr ohne weitere Hilfsstoffe reduziert werden. Das Ultrahochvakuum wird nun mit nicht-mechanischen Vakuumpumpen erreicht. Die Ionengetter-Pumpe fördert durch die Ionisierung und Erfassung der Gasmoleküle in Titanrohren in einem Bereich von 10-7 bis 10-10 Millibar.

Mit dieser Methode kann ein minimaler Restdruck von 10-11 Millibar erreicht werden. Mit Kühlfallen im Unterteil kann nun auch ein Teil der Restgase vorübergehend eingebunden und der Druck in der Brennkammer auf ca. 10-12 Millibar reduziert werden - und das bei einer optimalen Funktionsweise aller involvierten Pumpen.

Zur Molekularepitaxie ist ein Ultra-Hochvakuum erforderlich, damit der Molekülstrahl nicht durch Schläge mit Restgas-Atomen umgelenkt wird und eine Kontamination der zu erzeugenden Schicht vermieden wird. Weil Gyros zum einen auf hohe Geschwindigkeiten gefahren werden müssen, um höchstmögliche Standfestigkeit zu erreichen, und zum anderen der Betrieb ohne Beeinträchtigungen durch Rückstoßkräfte erfolgt, werden sie über ein Vakuum angetrieben.

Häufig werden aus Sicherheitsgründen zwei voneinander unabhängig arbeitende Vakuum-Pumpen in Flugzeuge installiert. Das Versagen einer einzelnen Vakuumpumpe bei Flugreisen ohne Sichtkontakt nach draußen (Instrumentenflug) kann zu der Gefahrensituation kommen, die die vorgeschriebenen Geräte für eine gefahrlose Durchführung des Fluges fälschlicherweise vorgeben. Eine Vakuumpumpe wird in heutigen Maschinen oft nicht als Zentrifugalantrieb eingesetzt.