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Mechanische Vakuumpumpen

1. 100 1000 800 20 F 50 60 70 80 90 200 300 400 500 600 700 900 10 100 0 9 90 10 0 8 80 100 09 07 70 65 0 8 0 6 60 80 W 0 5 50 70 0 6 60 0 4 40 0 5 50 04 0 3 30 40 0 3 30 0 2 20 u Sattdampf 0 2 20 SI s O 5 01 10 5 S oo E SH Z Lo x 009 0 07 7 9 x S 0 08 5 0 06 6 5 s8 S A r O om 5 QO m 0 06 6 ops 0 04 4 s 0 04 0 03 3 0 03 3 0 02 2 0 024 2 0 01 1 0 01 1400 2000 3000 5000 ZE 2 3 4 5 6789 ri 4000 6 104 10 Spezifischer Rauminhalt m3 kg Abb 13 17 Spezifischer Rauminhalt V von Wasserdampf in m kg bei 0 013 bis 133 mbar Sattdampf 1400 Ld 1200 F _ 1000 800 600 E 400 200 0022 8 10 20 30 40 50 p d Torr mm 0 10 20 30 40 50 60 p d mm Abb 13 18 Durchbruchspannung U zwischen parallelen Platten und bei homogenem elektrischem Feld in Abh ngigkeit vom Produkt Gasdruck Plattenabstand d in mm Paschen Kurve G ltig f r Luft 208 Tabellen Formeln Diagramme 120 100 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 10 FES
2. Luftpartialdruck mbar Abb 5 4 Einsatzgebiete von W lzkolbenpumpen mit Gasballastoumpen und Kondensatoren beim Abpumpen von Wasserdampf 0 6 ohne Gasballast setzung Der Einsatz von Gasballastpum pen ist nur dann sinnvoll wenn auch Luft abzupumpen ist Bei einem ideal dichten Beh lter m te die Gasballastpumpe nach Erreichen des ge forderten Betriebsdruckes abgeschaltet und nur mit dem Kondensator weiterge pumpt werden Wie Kondensator und Pumpe zweckm ig dimensioniert werden dar ber gibt Abschnitt 2 1 2 7 Auskunft Gebiet C W lzkolbenpumpe Zwischen kondensator Gasballastpumpe Die untere Grenze des Wasserdampfpar tialdruckes wird durch das Kompressions verh ltnis der W lzkolbenpumpe beim Vorvakuumdruck bestimmt der seiner seits durch den S ttigungsdampfdruck des kondensierten Wassers im Kondensator bestimmt wird Auch in diesem Gebiet mu der Zwischenkondensator so dimen sioniert werden da er den Dampfpartial druck wenigstens auf 60 mbar senkt Die angegebene Schaltung eignet sich bei K hlung des Kondensators mit Wasser von 15 C f r Wasserdampfdr cke zwi schen etwa 4 und 40 mbar Gebiet D W lzkolbenpumpe Gas ballastpumpe Auch im Gebiet D h ngen die Grenzen des Wasserdampfpartialdruckes wesentlich 90 von den Abstufungs und Gr enverh lt nissen der Pumpen ab Im allgemeinen aber kann ma
3. Abb 13 5 Leitwerte von Rohren blicher Nennweiten mit Kreisquerschnitt f r Laminarstr mung p 1 mbar nach Gleichung 53a Dicke Linien geh ren zu bevorzugten DN Str mungsmedium Luft d I in cm 10 I E NS N 2 N 10 Se 1 NP Si T 7 K O SY GE al o t P N I N 3 9 ANO 95 2 GE S CET 10 es 1 8 91 6 TT wl gt oe 10 10 Molek le Atome cm Rohrl nge I cm Abb 13 6 Abb 13 4 Leitwerte von Rohren blicher Nennweiten mit Kreisquerschnitt f r Molekular Anderung der Gaszusammenseizung der Atmosph re mit der Entfernung str mung nach Gleichung 53b Dicke Linien geh ren zu bevorzugten DN von der Erde Str mungsmedium Luft d I in cm 200 Tabellen Formeln Diagramme aja g g 10 10 _ 10 2 3 8 2 15 3 H 129 l E 212 6 4 al 4 4 1 10 5 10 EH E EI MH 1 Es Zi Lan E o SE _ 10 10 Jl en g 2 5 FH 20 J 6 29 e f e SS Z SC EE 14 CH 2 C 10 40 40 15 E Eo 5 20 e 3 N 108 4 2 1 2 80 2 100 5 2 1 10 8 m 3 2 58 3 S D Am E kp 4 105 C gt 7 gt gt 2 2 E 2 I v La 10 10 3 2 8
4. kompensiert L keine Entmischung Abb 8 7 Stufe B Stufe A lt 10 p 1 10 mbar 10 1000 mbar Massen L Kapillare La Spektrometer N pg L Sud S keine molekulare Str mung Laminare Str mung Entmischung L molekular A gt d 0 ch DEE M O 9 Ubergang lam molek L vu gt 8 Prinzip des Druckwandlers einstufig nur Stufe B und zweistufig Stufen A und B b Proze druck gt 1 mbar zweistufiger Druckwandler Mit einer kleinen Dreh schieber Pumpe wird aus dem Grobva kuumgebiet durch eine Kapillare oder Blen de Leitwert L ein Gasstrom abgezweigt Vor Eintritt in die Pumpe wird bei einem Druck von etwa 1 mbar ein klei ner Teil davon wieder ber die Blende mit dem Leitwert L als molekularer Strom in die Sensorkammer eingelassen Durch Beheizen von Druckwandler und Kapillare kann eine Verf lschung der Gas zusammensetzung durch Adsorption und Kondensation vermieden werden Zum Beurteilen der Beeinflussung der Gas zusammensetzung durch das Me ger t selbst sind auch Angaben ber die Aus heiztemperatur Werkstoffe und Ober fl chengr e der Metall Glas und Kera mikbauteile und Werkstoff und Abmes sungen der Kathode nicht zuletzt auch ber die Elektronensto energie der lonen quelle n tig 8 4 3 Geschlossene Inonenquelle englisch CIS f r closed ion source
5. Begriff Kriterium Bemerkung Q mbar s relevante Teilchengr e wasserdicht tropfen Q lt 102 dampfdicht Schwitzen Q lt 10 3 bakteriendicht Kokken Q lt 10 1 um St bchen 0 5 1 um 2 10 um lang ldicht Q lt 105 virendicht Vaccine z B Pocken Q lt 10 3 kleinste Vieren Bakteriophagen Q lt 10 0 3 m Viroide RNA Q lt 10 10 0 01 um F den gasdicht Q lt 107 absolut dicht technisch Q lt 10 10 Im Gegensatz zu Dampf mu bei Fl ssigkeiten zwischen hydrophilen und hydrophoben Festk rpern unter schieden werden Das gilt auch f r Bakterien und Viren da sie haupts chlich in L sungen transportiert werden Tabelle 9 1 Sch tzung von Grenzleckraten 145 Lecksuche Heli He Leckdetektoren Schn ffelmethode Ecotec II Protec HLD 4000 5000 gt Blasentest gt Druckabfalltest um Leck Detektor UL200 dry UL500 lt 3 Helium Leck Detektor UL200 Modul 200 UL500 dry gt 3 5 Druckanstiegsmethode 103 100 101 102 103 104 105 10 107 108 109 1010 101 1012 mbar e si 1 Abb 92 Leckratenbereiche bei Lecksuchverfahren und Lecksuchger ten Leck lt gt Loch 0 Leckrate kurz Leck A Vertraute Lecks Wasserhahn tropft 4 mm 1 Hz Ap
6. 1074 Ansaugdruck mbar a Saugverm genskurve einer 6000 s Diffusionspumpe 10 10 10 Jo 0 Se 109 X Ss Ss a N CH T S E 7 9 J e S amp gt 12 2 10 SS o P 4 CO 1 GO 107 2 6 4 10 10 9 1072 VB 68 mbar 10 1022 10 Ansaugdruck p mbar b Saugleistungskurvenschar von 2 stufigen Sperrschieberpumpen V B Vorvakuumbest ndigkeit Abb 5 7 Diagramm zur graphischen Bestimmung der geeigneten Vorpumpe Bei einem Ansaugdruck von p 1 1072 mbar ist das katalogm ige Saug verm gen der Hochvakuumpumpe etwa 100 s demnach 50 davon 50 s Somit mu das Saugverm gen der Vor pumpe mindestens 1107 S 50 9 m tere 2 5 s 9 m8 h betragen Bei einem Ansaugdruck von 1 10 mbar hat die Pumpe bereits ihr Nennsaugverm gen von 400 Eis erreicht das effektive Saugverm gen betr gt jetzt Bu 200 s damit wird das erforderli che Saugverm gen der Vorvakuumpumpe e 1 107 200 1 3 6m h 2 10 Soll die Hochvakuumpumpe zum Abpum pen von Gasen oder D mpfen zwischen 103 und 10 2 mbar eingesetzt werden dann mu man eine Vorvakuumpumpe mit einem Nennsaugverm gen von 12 m3 h benutzen die bei 7 107 mbar auf jeden Fall noch ein Saugverm gen von 9 m3 h hat Sofern keine D mpfe a
7. E Ra EE g 7 S UR 2 15 gt gt a 10 Saugverm gen bei l 50 Hz Betrieb 60 Hz Betrieb 5 15 M15 J l EcoDry M20 EcoDry M20 EcoDy M30 EcoDry M30 0 0 01 0 1 1 10 100 1000 Einla druck mbar Abb 2 71 EcoDry M 15 und M 30 niedrigen Niveau Beim Betrieb unterhalb 10 mbar reichen etwa 400 W f r die EcoDry M 15 Abb 2 72 Neben dem Drehstrommotor stehen f r diese Pumpen alternativ Wechselstrommotore zur Verf gung Zuverl ssigkeit Die geringe Leistungsaufnahme und die Verwendung von Aluminium als Geh use werkstoff f hren zu einem gleichm igen und niedrigen Temperaturniveau in der Gesamtmaschine Dies veranschaulicht eine Infrarotaufnahme im Lastbetrieb m m cc 1 8 2 5 Strom 50 Hz 1 6 tt 1 II I Strom A 15 8 1 X A Leistung kW 1 0 j Leistungsaufnahme 20 Hz LU S 04 0 5 Ich hebbt eege bere 02 Leistungsaufnahme 60 Hz 2 0 0 _ 1 _ __ 0 1 10 100 1000 Einla druck mbar A 1 2 0 8 Abb 2 72 Leistungsaufnahme einer EcoDry M 15 mit Drehstrommotor als Funktion des Ansaugdrucks 56 Abb 2 73 Bei den konstruktiv bedingten Gleitgeschwindigkeiten und den er
8. 1 00E 00 1 00E 01 Grenzlinie fr VV bergabe ke ke TW250 S TW 250 S Saugleistung Saugleistung mbar s 1 00E 02 erreichbarer erreichbarer 1 00E 03 Ansaugdruck F Ansaugdruck mit TW250 S mit D 10 E 1 00E 04 1 00E 06 1 00E 05 1 00E 04 1 00E 03 1 00E 02 Druck mbar 1 00E 01 1 00E 00 1 00 01 1 00E 02 Abb 5 8 Operationsdiagramm Saugleistung der TW 250 5 mit Vorvakuumpumpen als Funktion vom Vorvakuumdruck Pumpen Auswahl Dimensionierung 10 10 ze 10 x 0 sccm m 10 2 2 Pa 2 10 g 3 lt S a 10 7 5 5 24 2 2 10 g y 1 sccm SE Se 1 i 10 sccm 100 24 10 7 K 10 10 400 sccm 1000 sccm 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Einla druck mbar Druck mbar a Saugverm gen f r Stickstoff b Kompression f r Stickstoff Parameter Gasdurchsatz Abb 5 9 Saugverm gen und Kompression
9. L bew ltigt diese 3 2 5 bei einem Ansaugdruck bergabedruck von 3 10 1 mbar Durch zus tzlichen Einla von Stickstoff in den Ansaugstutzen der EcoDry L wird zun chst problemlos bis 2 0 mbar bergabedruck eine immer kleinere Saugleistung der Eco Dry L simuliert Bei einem bergabedruck von 2 0 mbar aber ist die Grenze erreicht bis zu der bei Gaseinla von 3 mbar s der Anstieg des bergabedruckes von der Turbo Molekularpumpe toleriert wird Bei noch weiterem Anstieg w rde auch der An saugdruck der HV Pumpe ansteigen Der Bereich zwischen Saugleistungskurve und Grenzlinie f r VV bergabe einer Turbo Molekularpumpe ist ihr Spezifika tionsbereich und gibt f r jede Saugleistung die maximal erreichbare Kompression an Bei h heren VV bergabedr cken w rde die Pumpe au erhalb ihrer Spezifikationen betrieben werden In unserem Beispiel mu der in die TW 250 S eingelassenen Gasstrom von mbar s von einer VV Pumpe bernommen d h abgepumpt wer den Dabei darf der bergabedruck nicht rechts von der Grenzlinie f r VV ber gabe also nicht ber 2 mbar liegen Das entspricht gerade der VV Pumpe D 5 E Bisher bliche Darstellungen von Saug verm gens und Kompressionskurven Die bisher blichen Darstellungen von Saugverm gens und Kompressionskur ven waren f r die Auslegung der Pumps t ze un bersichtlicher und daher vor allem f r den Kunden schwerer anwendbar Im al
10. 6 200 10 10 10 10 10 Druck mbar 1 Betriebstemperatur Kurve 1 32 C 5 Theoretische Kurve f r adia 2 Betriebstemperatur Kurve 2 40 C batische Kompression 3 Betriebstemperatur Kurve 3 60 C 6 Theoretische Kurve f r iso 4 Betriebstemperatur Kurve 4 90 C therme Kompression Abb 2 10 Abh ngigkeit der Antriebsleistung des Motors einer Sperr schieberpumpe Saugverm gen 60 m h von Ansaug druck und der Betriebstemperatur Kurven von Gas ballastpumpen anderer Gr en verlaufen entsprechend 26 13 E Ki N Gul 1 mit Antriebswelle verbundenes Zahnrad 2 Kolben befestigtes Zahnrad Elliptischer Kolben 4 Geh use Innenwand 5 Antriebswelle 6 Exzenter Abb 2 11 Schnitt durch eine Trochoidenpumpe ge Sperrschieberpumpe nicht aus so emp fiehlt sich die Verwendung einer W lz kolbenpumpe in Verbindung mit einer zwei stufigen Pumpe Sperrschieberpumpen von Leybold sind vielfach noch unter den Typen bezeichnungen E Pumpen einstufig und DK Pumpen zweistufig bekannt Motorleistung Die zu den Dreh und Sperrschieberpum pen gelieferten Motoren reichen bei Umge bungstemperaturen von 12 C und Verwen dung unserer Spezial le f r das Maximum der Antriebsleistung bei etwa 400 mbar aus Im eigentlichen Arbeitsgebiet der Pumpen erfordert der Antrieb der warm gelaufenen Pumpen nur etwa ein Drittel der installierten Motorleistung s Abb 2 10
11. 3000 3000 Co J 2500 Be u X 2500 S E 4 5 12000 i Ge In 2000 4 1 F 1500 1500 J 1000 9 1000 500 a Hg 500 273 15 0 108 107 10 10 104 10 102 10 10 10 102 750 109 Dampfdruck Torr 105 107 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Dampfdruck mbar Abb 13 13 S ttigungsdampfdruck vakuumtechnisch wichtiger Metalle 205 Tabellen Formeln Diagramme 10 1 T 050 0 45 0 40 0 35 0 30 0 25 020 0 15 010 0 05 0 01 10 5 10 102 Lescht Ke 1 0 He 10 10 To aat x 10 4 6 gt 10 10 Knitischer Punkt 5 x 1078 Schmelzpunkt 2 Er H2 10 10 0 10 H amp 214 10 10 10 18 10 10 50 20 20 50 70 100 107 Temperatur C 2 2 2 2 5 30 35 42 5 6 7 8910 1520 4080 1 Perbunan 2 Silikongummi 3 Teflon Temperatur Abb 13 14 Abb 13 15 Dampfdruck von nichtmetallischen Dichtungsmit S ttigungsdampfdr cke p verschiedener kryotechnisch wichtiger Stoffe im Temperaturbereich T 2 80 K teln die Dampfdruckkurve f r Viton liegt zwischen den Kurven f r Silikongummi und Teflon Ultrahochvakuum Hochvakuum Feinvakuum Grobvakuum lt 10 mbar 107 bi
12. Abb 2 36 ScrewLine SP630 mit Rootsgebl se WAU 2001 40 2 2 2 Schraubenvakuumpumpen Die j ngste Bauart der trockenverdichten den Vorvakuumpumpen ist die Schrau benvakuumpumpe Wie bei Roots und Klauenpumpen wird der Arbeitsraum durch zwei synchronisierte Verdr ngerro toren und durch das Geh use gebildet Im Gegensatz zur Klauenpumpe mu die Mehrstufigkeit jedoch nicht durch viele scheibenf rmig aufeinander gesetzte Bau teile erkauft werden Vielmehr erm glicht ein Paar eng verzahnter rechts und links g ngiger Gewinde mit sehr wenigen Bau teilen eine hohe Stufenzahl und damit nied rige Enddr cke zu erreichen Die Vorteile der Schraubenvakuumpumpe kommen durch Fortschritte in der Ferti gungstechnologie der Rotoren zunehmend zum Tragen Abb 2 36 zeigt als Beispiel f r eine moderne Schraubenvakuumpum pe die LEYBOLD ScrewLine SP630 mit an geflanschtem Rootsgebl se WAU 2001 Im Trend liegen Maschinen mit innerer Ver dichtung die auf m glichst geringe Lebenszykluskosten hin optimiert sind Neben hoher Zuverl ssigkeit sind dabei ge ringer Verbrauch von Strom l K hlwas ser und Sperrgas sowie lange Wartungs intervalle wichtig Schraubenpumpen werden schon l nger in der Halbleiterindustrie und in der che mischen Industrie eingesetzt Bedingt durch den wachsenden Kostendruck ver dr ngen sie aber auch in anderen indu striellen Anwendungen nach und nach die Dreh und Sperrschieberpumpen Viele
13. Gaseinla Einla schlitz Feststehende Permanentmagnete Schwingkolben mit Permanentmagnet Ventilfeder Auslenkspulen Abb 2 78 Prinzipskizze einer Schwingkolbenpumpe mit Linearantrieb Mechanische Vakuumpumpen Abb 2 79 EcoDry M mit Weltmotor Ausgang zu erzeugen Unter diesen Be dingungen l uft der 3 Phasen Motor mit optimalem Wirkungsgrad und die bli chen Nachteile in den Randbereichen eines auf einen breiten Spannungsbereich aus gelegten 1 Phasen Motors entfallen voll st ndig Abb 2 80 TRIVAC B mit Weltmotor Somit ist beispielsweise eine EcoDry M mit diesem Motor ohne zus tzliche Einstellar beiten am Motor an allen 1 Phasen Netzen dieser Welt einsetzbar Mit dem Frequenz wandler als Mittel zur Spannungsanpas sung stehen au erdem noch weitere Vor teile zur Verf gung EcoDry M30 Drehzahl gegen Einla druck 90 V 60 Hz Drehzahl Upm sen Motor sen Weltmo 0 01 0 1 1 10 100 1000 Einla druck mbar Abb 2 81 Drehzahlverlauf als Funktion des Ansaugdrucks Last EcoDry M30 Leistungsaufnahme und Stromverbrauch gegen Einla druck 90 V 60 Hz 1600 16 1400 _ Leistungsaufnahme 1 Phasen Motor 7 Ee e D l
14. cm3 h NTP cm3 s NTP 2 5 g a F12 20 C g a F12 25 C cfm lusec Pa s sipm mbar s 1 4 28 10 4 59 103 3554 0 987 0 75 1 56 105 1 54 105 1593 7 52 102 100 59 2 103 kg h7 20 C 234 1 1 073 8 31 105 231 175 37 2 104 1 75 105 23 4 103 13 86 kg h 0 218 0 932 1 7 74 105 215 163 34 6 104 1 63 105 21 8 103 12 91 cm3 h NTP 2 81 10 4 1 20 10 1 29 10 1 2 78 10 2 11 10 44 44 7 102 2 11 107 2 81 10 2 1 66 10 5 cm3 s NTP 1 013 4 33 10 4 65 10 3600 1 0 760 1 58 105 1611 760 101 6 102 Torr s 1 33 5 70 10 6 12 10 4727 1 32 1 2 08 105 2 05 105 2119 1 103 133 78 8 1053 F12 20 6 39 10 2 27 102 6 31 10 4 80 10 1 10 2 103 4 8 103 6 39 10 37 9 10 F12 25 6 50 10 4 88 10 1 10 4 10 4 89 103 6 5 10 38 5 10 u cfm 6 28 10 2 69 10 2 89 10 2 24 6 21 10 4 72 10 4 98 16 96 58 1 0 472 6 28 102 37 2 10 lusec 1 33 10 3 5 70 10 6 12 10 4 737 1 32 103 1 10 3 208 205 2 12 1 13 3 10 78 8 10 Pa s 1 102 4 28 105 4 59 10 35 54 9 87 10 3 75 103 1 56 103 1 54 103 15 93 7 50 1 59 2 105 51 16 88 72 15 1053 77 45 1053 60 08 103 16 67 12 69 2 64 106 2 60 106 26 9 103 12 7 103 16 9 102 1 1 NTP 1 unter Normalbedingungen 273 15 K 1013 25 mbar NTP at normal te
15. 19 Praktische Auswirkungen der unterschiedlichen Str mungs formen 20 Kohlenwasserstoff freies Vakuum 20 bersicht ber die verschiedenen Arten von Vakuumpumpen 22 Mechanische Vakuum pumpen 23 Fl ssigkeitsgedichtete Rotations Verdr ngerpumpen 23 Fl ssigkeitsringvakuumpumpen 23 lgedichtete Rotations Verdr ngerpumpen 23 Drehschieberpumpen TRIVAG A TRIVAG B TRIVAG E SOGEVAC 23 Sperrschieberpumpen 25 Trochoidenpumpen 26 Der Gasballast 27 Gleichzeitiges Abpumpen von Gasen und D mpfent 28 Wasserdampfvertr glichkeit 29 Kondensatoren Zubeh r zu lgedichteten Rotations Verdr ngerpumpen 32 Inhaltsverzeichnis 2 1 2 9 le f r Rotationsverdr nger Vakuumpumpen 33 2 2 Trockenlaufende Rotations Verdr ngerpumpen die gegen Atmosph re verdichten 34 2 2 1 Klauenpumpen 34 2 2 1 1 Klauenpumpen mit innerer Verdichtung f r die Halbleiter industrie DRYVAC Reihe 35 2 2 1 2 Klauenpumpen ohne innere Verdich tung f r die Chemie e 38 2 2 2 Schraubenvakuumpumpen 40 2 2 2 1 Schraubenvakuumpumpen f r industrielle Anwendung 2 2 2 2 Schraubenvakuumpumpen f r die Halbleiterindustrie DuraDry 44 2 2 3 Scroll Pumpen 47 2 3 Trockenlaufende Rotations Verdr ngerpumpen die nicht gegen Atmos
16. 100 mbar t f r Peer 100 mbar P4 f t f r Prep 0 mbar 0 I K T T 0 10 20 20 Saugverm gen 5 1 mbar Proze druck P Druck der Pumpe Referenzdruck Abb 7 30 Regelverhalten eines Membranreglers 128 Funktionsweise Ausgehend vom Atmos ph rendruck und nicht eingeschalteter Proze heizung ist zun chst das Ventil V1 ge ffnet Maximal Schaltpunkt berschrit ten so da auch in der Referenzkammer Atmosph rendruck herrscht Der Membranregler ist deshalb geschlos sen Bei Inbetriebnahme wird zun chst die Verbindungsleitung zwischen Vakuum pumpe und Pumpventil V2 evakuiert So bald der Maximal Schaltpunkt unterschrit ten wird schlie t das Ventil V1 Bei Un terschreiten des Minimal Schaltpunktes ffnet das Ventil V2 Dadurch wird der Druck in der Referenz kammer langsam abgesenkt die Drosse lung des Membranreglers entsprechend reduziert und dadurch der Proze druck so lange abgesenkt bis die Proze gasmenge ber der F rdermenge der Pumpe liegt und damit der Minimalschaltpunkt wieder ber schritten wird Das Ventil V2 schlie t wie der Dieses Wechselspiel wiederholt sich solange bis auch der Druck in der Pro ze kammer unter den Minimalschaltpunkt abgesunken ist Danach bleibt das Ventil V2 offen so da der Proze bei vollst n dig ge ffnetem Membranregler auf den er forderlichen Enddruck abgesenkt werden kann Zur intensiven und schnellen Trocknung w
17. 2 1 2 3 Trochoidenpumpen Die Trochoidenpumpen geh ren zu den so genannten Kreiskolbenpumpen die siehe bersicht in Abb 1 11 wiederum zu den Rotationspumpen zu z hlen sind Bei Kreis kolbenmaschinen l uft der Schwerpunkt des Kolbens auf einer Kreisbahn um die Drehachse daher der Name Kreiskolben maschinen Eine Kreiskolbenpumpe ist daher im Gegensatz z B zur Sperrschie berpumpe dynamisch v llig auswuchtbar Dies hat den Vorteil da auch gr ere Pumpen ersch tterungsfrei laufen und ohne Fundament aufgestellt werden k n nen Au erdem kann man derartige Pum pen schneller laufen lassen als Sperrschie berpumpen Das Sch pfvolumen bezogen auf das Bauvolumen das sogenannte spe zifische Bauvolumen ist bei der Trochoi denpumpe etwa doppelt so gro wie das spezifische Bauvolumen einer Sperrschie berpumpe Gr ere Sperrschieberpumpen laufen mit einer Drehzahl von n 500 min 1 Die Trochoidenpumpe kann auch bei gr Beren Einheiten mit n 1000 min laufen Sie ist damit etwa viermal kleiner als eine Sperrschieberpumpe gleichen Saugver m gens und l uft v llig ersch tterungsfrei Leider stehen den physikalisch technischen Vorteilen gro e fertigungstechnische Nach teile gegen ber so da Trochoidenpumpen heute von LEYBOLD nicht mehr gebaut wer den Ein Funktionsschema zeigt das Schnittbild in der Abb 2 11 Mechanische Vakuumpumpen 2 1 2 4 Der Gasballast Die bei den Dreh und Sperrschieb
18. 5 1 Pumpen Auswahl Dimensionierung q Von der Temperatur abh ngiger Koef fizient Die Gleichung 5 1 gilt daher nur f r die Temperatur bei der q be stimmt wurde K Faktor der von der Temperatur dem Wasserdampfpartialdruck in der Um gebung des Trocknungsgutes von den Abmessungen und den Stoff eigenschaften abh ngt Mit Hilfe dieser N herungsgleichung l t sich das Trocknungsverhalten vieler Pro dukte beurteilen Hat man K und q f r ver schiedene Temperaturen und Wasser dampfpartialdr cke bestimmt so lassen sich Werte f r andere Temperaturen leicht interpolieren so da man den Trock nungsverlauf unter allen Betriebsbedin gungen vorausberechnen kann Mit Hilfe einer hnlichkeitstransformation kann man ferner vom Trocknungsverlauf eines Pro duktes mit bekannten Abmessungen auf den eines Produktes mit abweichenden Abmessungen schlie en Grunds tzlich sind bei der Trocknung eines Stoffes einige Faustregeln zu be achten Die Erfahrung hat gezeigt da man k r zere Trocknungszeiten erreicht wenn der Wasserdampfpartialdruck an der Produkt oberfl che relativ hoch ist wenn also die Oberfl che des zu trocknenden Gutes noch nicht v llig frei von Feuchtigkeit ist Dies h ngt damit zusammen da die W rme leitung zwischen W rmequelle und Pro dukt bei h heren Dr cken besser ist und da der Diffusionswiderstand in einer feuchten Oberfl chenschicht geringer ist als in einer trockenen Um di
19. Kowalewsky A Review of Information on Flow Equati ons for the Assessment of Leaks in Radioactive Transport Containers in PATAM 89 Proceedings of The 9th International Symposium on the Packaging and Trasportation of Radioac tive Materials June 11 16 1989 Washington Volume 1 16 8 2 Lecksuche mit Halogenleck detektoren H Moesta und P Schuff ber den thermionischen Halogendetektor Berichte der Bunsengesellschaft f r physikaische Chemie Bd 69 895 900 1965 Verlag Chemie GmbH Weinheim Bergstra e J C Leh and Chih shun Lu US Patent Nr 3 751 968 Solid State Sensor 16 9 Beschichtungsme und Regelger te G Z Sauerbrey Phys Verhandl 8 113 1957 G Z Sauerbrey Verwendung von Schwingquarzen zur W gung d nner Schichten und zur Mikro w gung Zeitschrift f r Physik 155 206 222 1959 L Holland L Laurenson and J P Deville Use of a Quartz Crystal Vibrator in Vacuum Destillation Investigations Nature 206 4987 883 885 1965 R Bechmann ber die Temperaturabh ngigkeit der Fre quenz von AT und BT Quarzresonatoren Archiv f r Elektronik und bertragungs technik Bd 9 513 518 1955 K H Behrndt and R W Love Automatic control of Film Deposition Rate with the crystal oscillator for preparation of alloy films Vacuum 12 1 9 1962 P Lostis Rev Opt 38 1 1959 K Behrndt Longterm operation of crystal oscillators in thin film deposition J Vac Sci Tec
20. Piezoelektr Vakuummeter Fl ssigkeits Vakuummeter Rohr Vakuummeter Kompressions Vak uummeter Mc Leod Vakuummeter Reibungs Vakuummeter W rmele itungs Vakuummeter Pirani Vakuummeter Thermoelektrisches Vakuum meter Bimetall Vakuummeter Thermistor Vakuummeter Kaltkathoden lonisations Vakuummeter IVM Partialdruck Vakuummeter Sg 105 10 104 10 Druck p mbar e 10 4012 1077 1010 10 1078 107 Im Diagramm sind die blichen Grenzen angegeben 10 Arbeitsbereich bei Sonderausf hrung oder bei besonderen Betriebsdaten Penning lonisations Vakuummeter Magnetron Gl hkathoden lonisations Vakuummeter IVM Trioden lonisations Vakuummeter f r FV Trioden lonisations Vakuummeter f r HV Bayard Alpert lonisations Vakuummeter Bayard Alpert lonisations Vakuummeter mit Modulator Extraktor Vakuummeter 10 10 10 normaler Arbeitsbereich 10 102 10 Abb 13 16a Me bereiche gebr uchlicher Vakuummeter VM nach DIN 28400 Teil 3 1992 207 Tabellen Formeln Diagramme Spezifischer Rauminhalt m kg
21. St Wert 5 h ratur sauber und die Lecks vernachl ssigbar en 0 zu 2 min Verbindet man diesen Punkt der Leiter 3 mit dem ert Penne Pend p Set max GNZUGENEN setzen das ist Penpe Pena p 10 mbar 3 1072 mbar Punkt P4 Peng p 20 mbar 3 10 2 mbar 20 mbar Peng p Links 7 10 2 mbar Man legt nun eine Gerade durch den unter 1 ge ist hier vernachl ssigt d h die Sperrschieberpumpe hat im fundenen Punkt 120 s Leiter und den Punkt ganzen Bereich 1000 mbar 20 mbar konstantes Saugverm Du wl S Vito Pona o Pena p 7 1072 mbar Leiter und liest den Schnittpunkt gen der Leiter 5 so findet man t 7 7 min Die W lzkol SEN Begin des Pumpvorgangs der Ar dieser Geraden mit Leiter t 1100 s 18 5 min ab Wie benpumpe mu den Druck von 20 mbar auf Duer Druckminderungsverh ltnis R Pgegim Pena p der betr gt die relative Unsicherheit des Verfahrens etwa 10 10 2 mbar mindern also ist das Druckminderverh ltnis Zeen Wich und auf den Druck 808 dl die relative Unsicherheit von t etwa 15 betragen wird 20 mbar 4 10 3 mbar 10 2 mbar 4 10 3 mbar Mit einem Sicherheitszuschlag von 20 wird man mit der 20 6 103 3300 Die Druckabh ngigkeit des Saugverm gens geh
22. TW70H N2 68 s Limit Line 2 DIVAC 4 8 VT 1 0E 01 1 0E 00 1 0E 01 1 0E 02 Ansaug Druck Pyy min mbar Durch die Messung von pyy als Funktion von pyy bei vorgegebenem Gasdurchsatz HV Pw la konstant entsteht das prim re Diagramm Damit sind bereits alle n tigen Daten gewonnen um die anderen Kenngr en abzuleiten Abgeleitete sekund re Diagramme 1 Kompression F r einen vorgegebenen Gasdurchsatz Q ergeben sich die Kom pressionswerte durch Division von Dua Pw durch Abb 3 21 Diagramm 2 K pw Pw Pw Aus dem Diagramm 2 kann man f r den sehr kleinen Gasanfall von 1 sccm eine maximale Kompression von k 105 ab lesen 2 k Der h chste Abknickpunkt im Dia gramm f r den vernachl ssigbaren Gas durchflu von 10 4 sccm m sste nahezu k sein F r elestomergedichtete Pumpen die kaum ausgeheizt werden k nnen trifft das aber nicht zu Permeation durch Dich 13 Kinetische Vakuumpumpen TW 1600 WA 501 D 65 B T 1600 D 65 B 250 ISO F 40 KF Drehzahl 500 Hz Wassergek hlt mit Schmutzfangsieb Durchsatz 1 0E 02 a 7 TW 1600 2 7 1280 che LH Jr E 1 0E 01 Ge Le 1600 T Ee 1550 che 5 5 f
23. 4 10 4A 410 mba 1 10 A mbar Pmin FC 8 5 5 Kleinstes nachweisbares Partialdruckverh ltnis Konzentration Die Definition lautet k n P V Pmin Piot ppm Diese f r den praktischen Gebrauch etwas unhandliche Definition soll an Hand des Nachweises von Argon in Luft als Bei spiel erl utert werden In Luft ist 0 93 Vol Ar enthalten die relativen Isotopen h ufigkeiten von Ar zu verhalten sich wie 99 6 zu 0 337 Daraus errechnet man den Anteil von in Luft 0 933 10 2 0 337 1022 3 14 105 31 4 Abb 8 11 zeigt den Bildschirmausdruck der Messung In der Abbildung wird die Peak h he von mit 1 5 10 13 A und die Rauschamplitude A mit 4 10 14 be stimmt F r die minimal nachweisbare Kon 136 zentration gilt Peakh he Rauschamplitu de Die Rauschamplitude ist in unserem Bei spiel um den Faktor 1 5 10 13 A 4 10 14 A 3 75 gr er als der gemessene Arz Peak Der gleiche Faktor mu auch auf die klei ne Konzentration von angewendet werden um das kleinste nachweisbare Par tialdruckverh ltnis zu berechnen Diese Rechnung ergibt f r das kleinste nachweis bare Partialdruckverh ltnis die kleinste nachweisbare Konzentration k n P V 31 4 3 75 8 37 ppm 8 5 6 Linearit tsbereich Der Linearit tsbereich ist der Druckbereich des Bezugsgases Ar in dem die Emp findlichkeit innerhalb anzugebender Gren zen bei
24. Chr Edelmann Stand und Entwicklungstendenzen der Totaldruckmessung in der Vakuum Technik Vakuum Technik 33 1984 162 180 J K Fremerey Das Gasreibungsvakuummeter Vakuum Technik 36 1987 205 209 G Messer Kalibrierung von Vakuummetern Vakuum Technik 36 1987 185 192 G Messer und W Grosse Entwicklung der Vakuum Metrologie in der PTB zahlreiche Literaturhinweise Vakuum Technik 36 1987 173 184 G Reich Industrielle Vakuumme technik Vakuum Technik 36 1987 193 197 L Schmidt und E Eichler Die Praxis einer DKD Kalibrierstelle Vakuum Technik 36 1987 78 82 K ndig Vakuumme ger te f r Totaldruck Vakuum in der Praxis 2 1990 167 176 Chr Edelmann Gl hkahtoden lonisationsmanometer f r hohe Dr cke im Vakuumbereich Vakuum in der Praxis 3 1991 290 296 M Ruschitzka und W Jitschin Physikalische Grundlagen des W rme leitungsvakuummeters Vakuum in der Praxis 4 1992 37 43 T Koopmann Neue Trends in der Vakuum Me technik Vakuum in der Praxis 5 1993 249 254 Chr Edelmann Die Entwicklung der Totaldruckmessung im UHV und Extremvakuumbereich Vakuum in der Praxis 6 1994 213 219 226 W Jitschin Kalibrierung Abnahme und Zertifizierung mit zahlreichen Literaturhinweisen Vakuum in der Praxis 6 1994 193 204 W Jitschin Obere Me bereichsgrenze von Gl hkato den lonisationsvakuummetern Vakuum in Forschung und Praxis 7 1995 47 48 F Mertens et al Einflu v
25. Keinen chemischen ffilter verwenden Eine Vermischung mit einem anderen Oltyp ist strikt zu vermeiden Keine anorganischen S uren z B HCI 50 Nur in f r DOT 4 modifizierten Pumpen verwenden Eine Vermischung mit einem anderen Oltyp ist strikt zu vermeiden Nur in f r PFPE modifizierten Pumpen verwenden Eine Vermischung mit einem anderen Oltyp ist strikt zu vermeiden Abpumpen von Wasserdampf vermeiden insbesondere in Verbindung mit korrosiven Medien Der Einsatz eines lfilters wird dringend empfohlen Geeignet Geeignet Geeignet Nicht geeignet Geeignet Bedingt geeignet Bedingt geeignet Nicht geeignet Nicht geeignet Geeignet Nicht geeignet Nicht geeignet Nicht geeignet Geeignet Geeignet 93 68 38 keine Angabe 47 1 10 4 gt 2 5 260 260 225 gt 120 Entf llt 9 keine Angabe keine Angabe 1 104 1 3 3 107 keine Angabe keine Angabe keine Angabe keine Angabe 6 104 0 99 1 00 1 051 1 05 1 89 40 54 30 keine Angabe 40 keine Angabe keine Angabe keine Angabe keine Angabe 2500 Bitte beachten Sie da die genannten Technischen Daten typische Kenndaten sind Geringe Schwankungen sind chargenbedingt Die hier genannten Technischen Daten stellen keine Zusicherung von Eigenschaften dar 191 Tabellen Formeln Diagramme FM 68 GS 495 Anwendungsdaten Spezial l GS 32 Spezial l GS 77 FM 32 ltyp Paraffinbasisches Mineral l Paraffinbasi
26. L 54 Abb 2 68 Schnitt durch die EcoDry L Mechanische Vakuumpumpen Gasballast V1 V2 V3 Auspuff A 2 Stufe Kurbelwellen Geh use gt 1 Stufe l E l iaj Integriertes I 3 Stufe mm R ckschlagventil f r 4 den Getrieberaum Bypa ventil Auspuffventil Einla ventil Entlastungsventil Abb 2 69a Innenansicht und Gasflu diagramm der EcoDry M 15 2 4 2 1 Pumpen mit Kurbelwellen antrieb Funktionsprinzip EcoDry L EcoDry M Zum Erreichen von Enddr cken im 10 2 mbar Bereich sind je nach Ausf hrung 3 4 Stufen n tig Um maximale Saugver m gen auch bei niedrigen Dr cken zu er zielen ist besonderer Wert auf gro fl chi ge Einlassquerschnitte berstr mkan le und Ventile bei engen Spalten f r die Kol benf hrung zu legen Abb 2 68 zeigt einen Schnitt durch eine EcoDry L mit dem mehr stufigen Aufbau und der Boxernordnung der Zylinder Am Beispiel der nach hnli chen Prinzipien gebauten EcoDry M wer den im folgenden Hubkolbenpumpen mit Drehstrommotorantrieb besprochen In Abb 2 69a ist das Prinzip der EcoDry M 3 Stufen dargestellt Der saugseitige Gaseinlass ist die untere ffnung in der Zylinderwand Diese wird am unteren Tot punkt vom Kolben ge ffnet und in der Auf w rtsbewegung verschlossen Das Gas wird komprimiert und im oberen Todpunkt ffnet si
27. U V cos Mit wachsender Wech selspannungsamplitude V wird das lon zu Transversalschwingungen mit gr er werdender Amplitude angeregt bis es auf einen Stab trifft und neutralisiert wird F r sehr gro e Werte von V bleibt das Trennsystem gesperrt yz Ebene rechts Stabpotential U V cos t Auch hier bewirkt die berlagerung eine zus tzliche Kraft so da ab einem bestimmten Wert von V die Amplitude der Transversalschwin gungen kleiner wird als der Stababstand und das lon f r sehr gro e V zum Kol lektor passieren kann lonenstrom i i V f r eine feste Masse M xz Ebene links F r Spannungen V lt V1 ist die zur Eskalation der Schwin gungen f hrende Ablenkung kleiner als f r V4 also noch Durchla verhalten F r V gt V reicht die Ablenkung f r eine Es kalation aus also Sperrung rechts F r Spannungen V lt V ist die zur D mpfung der Schwin gungen f hrende Ablenkung kleiner als f r also noch Sperrung F r V gt reicht die D mpfung zur Beruhigung der Schwingung aus also Durchla 4 lonenstrom i i M f r ein festes Ver h ltnis U V Hier liegen die Verh ltnisse gerade um gekehrt als bei i i V weil der Ein flu von V auf leichte Massen gr er ist als auf schwere Massen xz Ebene F r Massen M lt M ist die zur Eskalation der Schwingungen f hrende Ablenkung gr er als bei M also Sperrverhalten F r M gt M
28. den Zusammenhang mit dem bisher blichen herstellen und ande rerseits Erl uterungen zur praktischen Ver wendung des Inhaltes der alphabetischen Liste geben Den gesetzlichen Einheiten im Me wesen liegen die sieben SI Basis Einheiten des Internationalen Einheitensystems SI zu Grunde Gesetzliche Einheiten sind a Die Basis SI Einheiten Tabelle 14 4 1 b Aus den Basis SI Einheiten abgeleitete Einheiten z T mit besonderen Namen und Einheitenzeichen Tabellen 14 4 2 und 14 4 4 c Atomphysikalische Einheiten Tabelle 14 4 3 d Dezimale vielfache und dezimale Teile von Einheiten einige mit besonderen Namen Beispiele 105 m 1 bar Bar 1 dm 1 Liter 103 kg 1 t Tonne Ausf hrliche Darstellungen sind die Publi kationen von W Haeder und E G rtner DIN von IUPAP 1987 und von S German P Draht PTB Diese sollten immer zu Rate gezogen werden wenn die vorliegende auf die Vakuumtechnik zugeschnittene Zu sammenstellung noch Fragen offen l t 14 2 Alphabetische Liste 1 Gr en Formelzeichen und Einheiten die in der Vakuumtechnik und ihren Anwendungen h ufig vorkommen siehe auch DIN 28402 1 Der Liste liegen Ausarbeitungen von Prof Dr I L ckert zugrunde worauf hier mit Dank hingewiesen wird Nr Gr e Formel Sl Bevorzugte gesetzliche Nr der Anmerkung Hinweis zeichen Einheit Einheiten in Abschnitt 14 3 1 Aktivit t einer radioakt
29. ige Flanschmotoren eingesetzt Die Abdich tung der Antriebswellendurchf hrungen bernehmen zwei l berlagerte Radialwel lendichtungen die auf einer verschlei festen Laufbuchse zum Schutze der An triebswelle laufen Als Flanschmotor lassen sich Motoren beliebiger Schutzart Span nung und Frequenz verwenden Die integrale Dichtheit dieser Version liegt bei lt 10 4 5 1 F r h here Dichtheitsanforderungen lt 105 mbar s r stet man die W lzkol benpumpe mit einem Spaltrohrmotor aus Der Rotor sitzt im Vakuum auf der An triebswelle der Pumpe und ist durch ein va kuumdichtes unmagnetisches Rohr vom Stator getrennt Die K hlung der Stator wicklung erfolgt durch einen L fter mit ei genem Antriebsmotor Dadurch entfallen die dem Verschlei unterliegenden Wellen abdichtungen Der Einsatz der W lzkolben pumpen mit Spaltrohrmotoren ist beson ders beim Abpumpen hochreiner toxischer oder mit radioaktiven Bestandteilen belade ner Gase und D mpfe zu empfehlen Einhalten der erlaubten Druckdifferenz Bei Standard W lzkolbenpumpen m ssen Vorkehrungen getroffen werden damit die prinzipbedingte maximale Druckdifferenz zwischen Ansaug und Druckstutzen nicht berschritten wird Dies wird entweder durch einen Druckschalter der die W lzkol benpumpe in Abh ngigkeit vom Ansaug druck zu oder abschaltet oder durch die Verwendung eines Druckdifferenz oder berstr mventils im Bypass zur Roots p
30. 10 107 10 7 5 10 1 5 10 DI DIP 50000 DIP 30000 DIP 20000 DIP 12000 DIP_8000 ES DIP 3000 Saugverm gen cs n aooi 2 468 10 10 104 10 102 Ansaugdruck mbar Ansaugdruck Torr 108 108 104 10 T DIP 50 000 IP 30 000 IP 20 000 Saugleistung e mbar D Saugleistung 5 1 DIP 8 000 DIP 3 000 8 6 4 DIP 12 000 2 E 468 6 105 107 103 102 Ansaugdruck mbar 10 Abb 3 3a Saugverm gen der verschiedenen Leybold DIP Pumpen in Abh ngigkeit vom Ansaugdruck Abb 3 3b Saugverm gen verschiedener Treibmitteloumpen abgeleitet aus Abb 3 3a Ende des Arbeitsbereiches von ldampfstrahlpumpen A und von ldiffusionspumpen 62 3 Mischraum 4 Anschlu zum Rezipienten 1 Treibd se Lavald se 2 Staud se Venturid se Abb 3 4 Wirkungsweise einer Dampfstrahlstufe Kinetische Vakuumpumpen 1 Vorvakuum Anschlu 2 Diffusor 2 3 Diffusor 1 6 Diffusor 3 4 Hochvakuum Anschlu 5 D senhutdampfsperre 7 K hlwasser Anschlu 8 Olschauglas 9 labla stu
31. 137 8 6 2 Partialdruckmessung 139 8 6 3 Qualitative Gasanalyse 140 8 6 4 Quantitative Gasanalyse 141 8 7 TranspectorWare Proze orien tierte Software f r Windows 142 8 8 Partialdruckregelung 142 8 9 143 9 Lecks und Lecksuche 144 9 1 Leckarten 144 9 2 Leckrate Leckgr e Massenstrom 144 9 2 1 Die Helium Standard Leckrate 146 9 2 2 Umrechnungsformeln 146 9 3 Begriffe und Definitionen 146 9 4 Lecksuchmethoden ohne Lecksuchger t 147 9 4 1 Druckanstiegspr fung 148 9 4 2 Druckabfallpr fung 148 9 4 3 Dichtheitspr fung mit gasart abh ngigen Vakuummetern 149 9 4 4 Blasen Tauchpr fung Bubble Test 149 9 4 5 Blasen Spr hpr fung 149 9 4 6 Blasen Vakuumboxpr fung 149 9 4 7 Krypton 85 Pr fung 149 9 4 8 Hochfrequenzvakuumpr fung 149 9 4 9 Pr fung mit chemischen Reaktio nen und Farbeindringpr fung 150 9 5 Leckdetektoren LD und ihre Arbeitsweisen 150 9 5 1 Halogen Leckdetektoren 151 9 5 1 1 Halogen Dioden Prinzip HLD4000 D Tek 151 9 5 1 2 9 5 2 9 5 2 1 9 5 2 2 9 5 2 3 9 5 2 4 9 5 2 5 9 5 2 6 9 5 2 7 9 5 2 8 9 5 2 9 9 7 9 7 1 9 7 2 9 7 3 1 d 9 7 3 2 d 9 7 4 9 8 10 10 1 10 2 Infrarot Prinzip HLD5000 151 Leckdetektoren mit Massen
32. Beispiel 1 Bei einem 13bit Wandler ist 0 04 mV die kleinste darstellbare Me gr e F r einen Sensor mit einem Me bereich von drei Dekaden w re das sehr genau 3 Dekade 1 0 10 0 Volt 2 Dekade 0 1 1 0 Volt 1 Dekade 0 01 0 1 Volt Der kleinste darstellbare Druckunterschied entspricht damit 0 04 mV 0 1 V 4 10 4 0 04 des Me wertes bei Vollausschlag im empfindlichsten Me bereich und damit besser als die meisten zur Verf gung ste henden Sensoren Beispiel 2 Bei einem 10bit Wandler ist 10mV die kleinste darstellbare Me gr e Bei einem Sensor mit einem Me bereich von vier Dekaden w re das unzureichend 4 Dekade 1 0 10 0 Volt 3 Dekade 01 1 0 Volt 2 Dekade 0 01 0 1 Volt 1 Dekade 0 001 0 01 Volt Der kleinste darstellbare Druckunterschied entspricht damit 10 mV 0 01V 1 100 des Me wertes bei Vollausschlag im emp findlichsten Me bereich und damit un brauchbar 7 5 Justieren Eichen und Kalibrieren DKD PTB Nationale Standards Begriffsbestimmungen Da im t glichen Gebrauch diese Begriffe oft vermischt wer den soll zun chst eine klare Begriffsbe stimmung erfolgen Druckmessung Justieren oder Abstimmen englisch tu ning ist das korrekte Einstellen eines Ger tes Beispielsweise das Einstellen von und 100 bei THERMOVAC s oder das Einstellen des Massenspektrometers auf Masse 4 im Helium Leckdetektor Eichen ist das Vergleichen mit einem Nor mal gem bestimmten
33. Die elektrische Regelung des Referenz druckes von einem Membranregler ist wegen des kleinen immer gleichbleiben den Referenzvolumens vergleichsweise einfach Abb 7 33 zeigt eine derartige An ordnung links als Bild rechts schematisch siehe 7 6 5 Anwendungsbeispiele mit Mem branreglern Um ein Ver ndern des Referenzdruckes und damit des Proze druckes zu h heren Drucken hin realisieren zu k nnen mu zus tzlich auch an der Proze kammer ein Gaseinla ventil angebracht werden das ber einen Differenzdruckschalter in Abb 7 33 nicht gezeichnet ge ffnet wird wenn der gew nschte h here Proze druck den augenblicklichen Proze druck um mehr als die am Differenzdruckschalter eingestellte Druckdifferenz berschreitet 7 6 4 Druckregelung in Hoch und Ultrahochvakuumanlagen Soll der Druck innerhalb bestimmter Tole ranzen konstant gehalten werden so mu mit Hilfe von Ventilen oder Drossel strecken ein Gleichgewicht zwischen der in den Vakuumbeh lter eingelassenen Gas menge und der gleichzeitig von der Pumpe abgesaugten Gasmenge hergestellt wer den Das ist in Grob und Feinvakuuman lagen nicht allzu schwierig weil die De sorption adsorbierter Gase von den W n den gegen ber der durchstr menden Gasmenge im allgemeinen vernachl ssig bar gering ist Die Regelung kann durch Gaseinla oder durch Saugverm gensre gelung erfolgen Der Einsatz von Mem branreglern ist allerdings nur zwischen At mosph rendruc
34. Durchgangsventil gt lt Vakuum Symbole Turbo Molekularpumpe Filter Filterapparat S mtliche Bildzeichen mit Ausnahme der durch allgemein gekennzeichneten sind lageunabh ngig Die Bildzeichen f r Vakuumpumpen sollten immer so an geordnet sein da die Seite der Verengung dem h heren Treibmittel Dampfsperre allgemein Druck zugeordnet ist 00 vakuumpumpe Vakuumpumpen O Diffusionspumpe ES Dampfsperre gek hlt Vakuumpumpe Adsorptionspumpe K hlfalle allgemein Q allgemein B N Hubkolben Getterpumpe K nhlfalle D Vakuumpumpe 9 mit Vorratsgef Membran lonenzerst uberpumpe Sorptionsfalle O Vakuumpumpe amp Verdr ngervakuumpumpe Kryopumpe Drosselstelle rotierend 7 w Sperrschieber Scrollpumpe Vakuumpumpe Drehschieber Verdampferpumpe Beh lter 69 U Kreiskolben Beh lter mit gew lbten Vakuumpumpe B den allgemein Vakuumbeh lter Fl ssigkeitsring Vakuumglocke W lzkolben Vakuumzubeh r 2 Turbovakuumpumpe Abscheider allgemein Absperrorgane allgemein Tabelle 13 17 Bildzeichen f r die Vakuumtechnik Auszug aus DIN 28401 197 Tabellen Formeln Diagramme Verbindungen und Leitungen Eckventil Schiebedurchf hrung d ohne Flansch Durchgangshahn Flanschverbindung Drehschiebedurchf hrung allgemein 4 Dreiwegehahn Flanschverbind
35. Schn ffel Helium und Lecksuche andere Gase Helium Helium 10 7 109 Vakuum Ja Lecksuche 107 7 10 berdruck Blasenpr fung Luft und andere 10 7 berdruck Nein Bubble Test Gase Wasserdruck Wasser 10 70 berdruck Nein Pr fung Druckabfall Luft und andere UN 1 107 berdruck Ja Pr fung Gase Druckanstiegs Luft 10 1 101 Vakuum Ja Pr fung Tabelle 9 4 Vergleich von Lecksuchmethoden 150 len erkennt man an der Verf rbung des Papieres Ein Beispiel f r eine Farbeindringpr fung ist die Pr fung der Dichtheit von Gummi st pseln oder Kolben in Glasrohren wie sie mitunter bei Materialeignungspr fun gen f r Einwegspritzen oder Arzneimittel verpackungen angewendet wird Bei der Beurteilung kleinster Lecks f r Fl ssigkei ten mu auch die Benetzbarkeit der Fest k rperoberfl che und die Kapillarwirkung ber cksichtigt werden siehe auch Tabelle 9 1 Einige weiter verbreitete Lecksuch methoden sind mit Pr fgas Anwendungs bereich und ihren Besonderheiten in Ta belle 9 4 zusammengestellt 9 5 Leckdetektoren LD und ihre Arbeitsweisen Dichtheitspr fungen werden heute ber wiegend mit speziellen Lecksuchger ten durchgef hrt Mit diesen k nnen wesent lich geringere Leckraten festgestellt wer den als mit Methoden die ohne besonde re Ger te auskommen Diese Methoden beruhen alle auf der Verwendung be stimmter Pr fgase Der Unterschied der physikalische Eigenschaften der P
36. Um die Abdichtung vom Proze medium des Sch pfraumes zum Getrieberaum zu gew hrleisten ist die Wellenabdichtung als Gleitringdichtung ausgef hrt einem in der Chemie bew hrten Dichtungskonzept Die ses ist in der Lage Fl ssigkeiten gegen Fl ssigkeiten abzudichten wodurch die Pumpe sp lbar und unempfindlich gegen gebildete Kondensate wird Abb 2 32 zeigt den Lieferumfang der ALL ex Pumpe mit Gask hler und Vorlage Funktionsprinzip Die isochore Verdichtung die auch der Be grenzung der Verdichtungsendtemperatur besonders in der atmosph renseitigen Stufe zur Sicherstellung des inneren Ex plosionsschutzes dient erfolgt durch Bel f ten des Sch pfraumes mit Kaltgas aus ei Mechanische Vakuumpumpen 1 Motor 2 Pumpe 3 Ansaugstutzen 4 Auspuffstutzen 5 Auspuffk hler 6 K hlwasseranschlu 7 K hlervorlage Abb 2 32 nem geschlossenen K hlgaskreislauf Abb 2 33 Abb 2 34 1 verdeutlicht den Beginn des Ansaugvorganges mit dem ffnen des Ansaugschlitzes durch die Steuerkante des rechten Rotors Das Proze gas str mt dabei in den sich vergr ernden Ansaug K hlgas Auspuffgas Abb 2 33 Kaltgaskreislauf der ALL ex mit K hler Kondensator auf der Auspuffseite raum Das Ansaugen wird durch das Druckgef lle bewirkt das durch die Volu menvergr erung des Sch pfraumes er zeugt wird Das maximale Volumen des Sch pfraumes ist na
37. Vorwort Oerlikon Leybold Vacuum hat sich als Teil des global agieren den Industriekonzerns Oerlikon zum Weltmarktf hrer im Bereich Vakuumtechnologie entwickelt In dieser F hrungsposi tion erkennen wir nicht nur Aufgabe und Herausforderung son dern auch Verantwortung gegen ber unseren Kunden Diese Brosch re soll unabh ngig von der derzeitigen Oerlikon Leybold Vacuum Produktpalette einen leicht lesbaren ber blick ber die gesamte Vakuumtechnik geben Die angegebe nen Diagramme und Daten der Produkte sollen vor allem das Verst ndnis der technischen Funktion vertiefen und sind keine Zusicherung von Produkteigenschaften Inhaltlich erfolgte eine Erweiterung der physikalischen Grundla gen und einiger anderer Themen da es seit der letzten Auf lage naturgem eine Reihe von neuen Entwicklungen gab die ber cksichtigt werden mu ten Kundenbeziehungen geh ren f r uns ge nauso grundlegend zur Unternehmenskultur wie fortlaufende Investitionen in Forschung und Entwicklung die als Grundlage f r neue technologische Standards und Innovationen dienen Im Laufe unserer ber 150 j hrigen Firmengeschichte haben wir im Bereich der Vakuumtechnologie umfassende Prozess und Anwendungskenntnisse angesammelt Gemeinsam mit un seren Kunden und Partnern werden wir auch in Zukunft weitere M rkte erschlie en neue Ideen verwirklichen und wegwei sende Produkte entwickeln K ln im Juni 2007 Gr
38. anlage Vakuum in der Praxis 1994 109 112 H P Berges and M Kuhn Handling of Particles in Forevacuum pumps Vacuum Vol 41 1990 1828 1832 M H Hablanian The emerging technologies of oil free vacuum pumps J Vac Sci Technol A6 3 1988 1177 1182 R Thees Vakuumpumpen und ihr Einsatz zum Absaugen von D mpfen Vakuum Technik Bd 6 Heft 7 160 170 E Zakrzewski P L May and B S Emslie Developments in vacuum Pumping systems based on mechanical pumps with an oil free swept volume Vacuum 38 968 757 760 H Wycliffe Mechanical high vacuum pumps with an oil free swept volume J Vac Sci Technol A5 4 1987 2608 2611 Troup and D Dry pumps operating under harsh condic tions in the semiconductor industry J Vac Sci Technol A7 3 1989 2381 2386 P Bachmann and M Kuhn Evaluation of dry pumps vs rotary vane pumps in aluminium etching Vacuum 41 1990 1825 1827 221 Literaturverzeichnis F J Eckle W Jorisch R Lachenmann Vakuumtechnik im Chemielabor Vakuum in der Praxis 1991 126 133 P Bachmann und M Kuhn Einsatz von Vorpumpen im Al tzproze Erprobung trockenverdichtender Klauen pumpen und lgedichteter Drehschieber Vakuumpumpen im Vergleich Vakuum in der Praxis 1990 15 21 U Gottschlich Vakuumpumpen im Chemielabor Vakuum in der Praxis 1990 257 260 M H Hablanian Aufbau und Eigenschaften verschiedener lfreier Vakuumpumpen f r
39. barometer das Otto von Guericke an der Au enwand seines Hauses anbrachte Er wiederholte damit einen Versuch von Berti siehe Abb 1 5 Wahrscheinlich erkannte er als erster dessen praktische Bedeutung Er sah das Wasser stieg im Rohr dieses offenen Wasserbarometers 19 Magde burgische Ellen hoch Durch genaue Untersuchung der auftretenden H hen Schwankungen der Wassers ule ber l ngere Zeit erkannte er einen Zusammen hang mit der Wetterlage und konnte schlie lich das Wetter voraussagen Das war f r die Landwirtschaft sehr wichtig grenzte aber zur damaligen Zeit nahezu an Zauberei F r die sp tere Entwicklung der Druck messung im Vakuum ist vor allem der Versuch von Torricelli von besonderer Be deutung weil die von ihm festgestellte Spiegeldifferenz der Quecksilbers ule von 760 mm lange Zeit die Basis f r die 9 Vakuumphysik Abb 1 4 Der Luftdruck wird gewogen Messung von Dr cken im Vakuumbereich war siehe Abb 1 1 Der 760 te Teil dieser L nge also 1mm Hg S ule wurde ihm zu Ehren 1 Torr genannt und ist noch heute vor allem in den angloamerika nischen L ndern die bliche Einheit bei der Messung von Vakuum Dr cken Der Druck einer 760 mm hohen Quecksilbers ule auf die Unterlage ist spezifisches Gewicht von Quecksilber bei 0 C 13 5951 p cm 76 13 5951 1033 2276 p cm 1 03323 1 03323 at beim bergang vom technischen Ma system
40. ber die Druckgebiete in denen diese Verfahren vorzugsweise durchgef hrt werden ist in den Diagrammen Abb 5 1 und 5 2 gege ben Die eigentlichen Pumpprozesse all dieser Verfahren lassen sich generell in zwei Kategorien einteilen in trockene und nasse Vakuum Prozesse d h also in Prozesse bei denen keine nennenswerten Dampfan teile abgepumpt werden m ssen und solche bei denen D mpfe meist Wasser dampf oder organische D mpfe anfallen Der wesentliche Unterschied zwischen die sen beiden Arten sei kurz beschrieben Bei trockenen Prozessen wird meist in einem eng begrenzten Druckbereich gearbeitet Gew hnlich wird ein dem Ver fahren angemessenes Vakuum erzeugt bevor der eigentliche Arbeitsproze beginnt der bei diesem charakteristischen Druck abl uft Dieses geschieht beispiels weise in Aufdampf Elektronenschwei und Kristallzieh Anlagen und in Teilchen beschleunigern Massenspektrometern und Elektronenmikroskopen Es gibt ferner trockene Prozesse bei denen die Entgasung im Vakuum selbst der eigentliche verfahrenstechnische Proze ist wie z B bei Induktions und Licht bogen fen bei Stahlentgasungsanlagen und bei Anlagen zur Herstellung von Reinstmetallen und Elektronenr hren Bei nassen Prozessen wird meist in einem vorgeschriebenen Arbeitsgang ein weiter Druckbereich durchlaufen Dies ist besonders wichtig bei der Trocknung fest er Stoffe Wird n mlich hierbei vorzeitig bei einem zu niedrig
41. detektor verbunden ist kann die integra le Leckrate direkt am LD abgelesen wer den 9 7 3 2 H llen Test mit Pr fling unter Vakuum a H lle Plastikzelt Der evakuierte Pr fling wird mit einer leichten Plastik H lle umgeben und diese m glichst nach Entfernen der at mosph rischen Luft mit Helium gef llt Bei Verwendung von Plastiktuten als H llen sollte vor dem F llen der T te mit Helium diese an den Pr fling angedr ckt werden um die Luft m glichst herauszudr cken und die Messung mit m glichst reinem Helium zu machen Die gesamte u ere 160 Oberfl che des Pr flings hat Kontakt mit dem Pr fgas Dringt Pr fgas durch Lecks in den Pr fling ein wird unabh ngig von der Anzahl der Lecks die integrale Leckra te angezeigt Weiterhin mu bei wieder holter Pr fung in geschlossenen R umen beachtet werden da der Heliumgehalt des Raumes nach Entfernen der H lle recht schnell ansteigt Die Verwendung von Plastikt ten ist also eher f r Einmal pr fungen von gro en Anlagen geeignet Die verwendete Plastikh lle wird auch oft als Zelt bezeichnet b Massive H lle Die Verwendung von massiven Rezipien ten als feste H llen hingegen ist besser f r die Serienpr fung geeignet wenn eine in tegrale Pr fung zu machen ist Bei massi ven H llen kann auch das Helium nach er folgter Pr fung wieder r ckgewonnen wer den 9 7 4 Bombing Test Drucklagerung Der B
42. fektes erlaubte die genaue Bestimmung der Materialmenge die im Vakuum auf einem Substrat niedergeschlagen wird Vorher war dies praktisch nicht m glich 10 2 161 Schichtdickenmessung Regelung 10 3 Die Form der Schwingquarzkristalle Unabh ngig davon wie ausgekl gelt die elektronische Umgebung ist bleibt der grundlegende Teil f r die Beschichtungs messung der Monitor Quarzkristall Die ur spr ngliche Form der Monitor Quarze war quadratisch Abb 10 4 zeigt das Reso nanzspektrum eines Quarzresonators der heute verwendeten Form Abb 10 3 Die niedrigste Resonanzfrequenz ist zun chst durch eine Dicken Scherschwingung ge geben die Fundamental oder Grund schwingung genannt wird Die charakteri stischen Bewegungen der Dicken Scher schwingung sind parallel zu den Haupt kristallbegrenzungsfl chen Mit anderen Worten die Oberfl chen sind Verschie bungs Antiknoten siehe Abb 10 2 Die ge ringf gig ber der Grundfrequenz liegen den Resonanzfrequenzen werden Anhar monische genannt und sind eine Kom bination von Dicken Scher und Dicken Dreh Schwingungsformen Die Resonanz frequenz bei dem etwa dreifachen Wert der Grundschwingung wird Quasiharmoni sche genannt In der N he der Quasihar monischen gibt es mit geringf gig gr e rer Frequenz auch noch eine Reihe von Anharmonischen Die Form der heute verwendeten Monitor kristalle siehe Abb 10 3 zeigt eine Reihe signifikanter Ver
43. l Empfehlungen f r Sperr schieber E DK Pumpen zu verschiedenen Einsatz gebieten 13 16d l Empfehlungen f r W lz kolben Roots Pumpen zu verschiedenen Einsatz gebieten Tab 13 16e Daten von Treibmitteln f r l Diffusionspumpen 196 Tab 13 16f Technische Daten f r Dichtungsfette und le 196 Bildzeichen der Vakuumtechnik Symbole 197 Temperaturvergleichs und Umrechnungstabelle 199 Abbildungen 199 Abh ngigkeit der Mittleren freien Wegl nge vom Druck f r ver schiedene Gase bei 20 C 199 Gaskinetisches Diagramm f r Luft und 20 C 199 Abnahme des Luftdruckes und nderung der Temperatur mit der Entfernung von der Erde 200 nderung der Gaszusammenset zung der Atmosph re mit der Entfernung von der Erde 200 Leitwerte von Rohren blicher Nennweiten mit Kreisquerschnitt f r Laminarstr mung 200 Tab 13 17 Tab 13 18 Abb 13 1 Abb 13 2 Abb 13 3 Abb 13 4 Abb 13 5 Abb 13 6 Leitwerte von Rohren blicher Nennweiten mit Kreisquerschnitt f r Molekularstr mung 200 Nomogramm zur Ermittlung der Auspumpzeit t eines Beh lters im Grobvakuumgebiet 201 Nomogramm zur Ermittlung der Leitwerte von Rohren mit kreis f rmigem Querschnitt f r Luft bei 20 C im Gebiet der Mole kularstr mung 202 Nomogramm zur Ermittlung der Leitwerte von Rohrleitungen f r Luft bei 20 C im gesamten Druckgebiet 20
44. nung plus einer Totzeit wiedergegeben werden kann Die Laplace Transformation f r diese Annahme bertragung in die s Ebene ist angen hert 2l Ausgangsgr e_ Kp 10 Eingangsgr e 5 1 mit 10 8 K Verst rkung im station ren Zustand L Totzeit Zeitkonstante Diese drei Parameter werden durch die Re aktionskurve des Prozesses bestimmt Es wurde mit einigen Methoden versucht die ben tigten Parameter der Systemantwort aus Kurven zu ermitteln wie sie in Abb 10 8 dargestellt sind Dies ergibt eine 1 Punkt bereinstimmung bei 63 2 des berganges eine Zeitkonstante eine ex ponentielle bereinstimmung an zwei Punkten und eine nach der Methode der kleinsten Quadrate gewichtete exponen tielle bereinstimmung Durch diese In formation ist ein Proze ausreichend cha rakterisiert damit der Regleralgorithmus einsetzen kann Die Gleichung 10 9 zeigt die Laplace Transformation f r den be sonders oft verwendeten PID Regler vlt ER d 8 _ 109 5 geregelte Variable oder Leistung K Regelverst rkung der proportionale Term Integrationszeit Ta Differentiationszeit E s Proze Abweichung Abb 10 9 zeigt den Regelalgorithmus und einen Proze mit einer Phasenverschie Sollwert Abweichung Niederschlagsrate Hal E s K e5 2 1 T Ti 5 l Ve Proze Regler Abb 10 9 Bloc
45. s Nachfolger K ln Bayenthal im Eigenverlag 1966 W Espe Zur Adsorption von Gasen und D mpfen an Molekularsieben Feinwerktechnik 70 1966 269 273 G Kienel Vakuumerzeugung durch Kondensation und durch Sorption Chemikerzeitung Chem Apparatur 91 1967 83 89 und 155 161 H Hoch Erzeugung von kohlenwasserstoffreiem Ultrahochvakuum Vakuum Technik 16 1967 156 158 W B chler und H Henning Neuere Untersuchungen ber den Edelgas Pumpmechnismus von lonenzerst uber pumpen des Diodentyps Proc of the Forth Intern Congress 1968 I 365 368 Inst of Physics Conference Series Nr 5 London Vacuum H Henning Der Erinnerungseffekt f r Argon bei Trioden lonenzerst uberpumpen Vakuum Technik 24 1975 37 43 16 2 5 Kryopumpen und Kryotechnik R A Haefer Kryo Vakuumtechnik 313 Seiten Springer Berlin Heidelberg New York 1981 H Frey und R A Haefer Tieftemperaturtechnologie 560 Seiten VDI Verlag D sseldorf 1981 G Klipping und W Mascher Vakuumerzeugung durch Kondensation an tiefgek hlten Fl chen Kryopumpen Vakuum Technik 11 1962 81 85 W B chler G Klipping und W Mascher Cryopump System operating down to 2 5 K 1962 Trans Ninth National Vacuum Sym posium American Vacuum Society 216 219 The Macmillan Company New York G Klipping Kryotechnik Experimentieren bei tiefen Temperaturen Chemie Ingenieur Technik 36 1964 430 441 M Schinkmann Messsen
46. sche Str mung Dieser Spezialfall kommt in der Vakuumtechnik besonders h ufig vor Vis kose Str mung liegt generell dann vor wenn die mittlere freie Wegl nge der Teil chen sehr viel kleiner als der Durchmesser der Leitung ist lt lt d Eine charakteristische Gr e f r den Zu stand einer viskosen Str mung ist die di mensionslose Reynoldszahl Re Re ist eine dimensionslose Gr e n m lich das Produkt aus Rohrdurchmesser Str mungsgeschwindigkeit Dichte und Reziprokwert der Z higkeit innere Reibung des str menden Gases F r Re gt 2200 ist die Str mung turbulent f r Re lt 2200 la minar Bei der viskosen Str mung ist das Ph no men der verblockten Str mung zu beach ten auch kurz als Verblockung bezeich net Es spielt beim Bel ften und Evakuie ren eines Vakuumbeh lters und bei Lecks eine Rolle Gas str mt immer dann wenn eine Druck differenz p2 gt 0 vorhanden ist Die Gasstromst rke d h die zeitbezogene str mende Gasmenge steigt mit zuneh mender Druckdifferenz an Im Falle der vis kosen Str mung jedoch nur so lange bis die ebenfalls ansteigende Str mungs geschwindigkeit die Schallgeschwindigkeit erreicht hat Dies ist bei einer bestimmten als kritisch bezeichneten Druckdifferenz der Fall 2 Vkrit Ein weiterer Anstieg von Ap gt App f hrt zu keinem weiteren Anstieg des Gasstromes dieser ist verblockt Die Theorie der Gas
47. ser als Treib oder K hlmittel f r Pumpen ist meist Trinkwasser Durch den Pump proze in das Wasser gelangte L sungs mittel k nnen nur durch aufwendige Reini gungsverfahren Destillation wieder ent fernt werden 3 2 Turbo Molekularpumpen 3 2 1 berblick Das bereits seit 1913 bekannte Prinzip der Molekularpumpe beruht darauf da die einzelnen abzupumpenden Gasteilchen durch Zusammenst e mit schnell beweg ten Fl chen eines Rotors einen Impuls in F rderrichtung erhalten Die meist als Scheiben ausgebildeten Fl chen des Rotors bilden mit den ruhenden Fl chen eines Sta tors Zwischenr ume in denen das Gas in Richtung des Vorvakuumstutzens gef rdert wird Bei der urspr nglichen Gaede schen Molekularpumpe und deren Abwandlun gen waren die Zwischenr ume F rder kan le sehr eng was zu baulichen Schwie rigkeiten und zu einer hohen Anf lligkeit gegen ber mechanischen Verunreinigun gen f hrte Ende der f nfziger Jahre gelang es mit einer turbinenartigen Konstruktion diese Idee von Gaede in abgewandelter Form als sogenannte Turbo Molekularpumpe 66 technisch nutzbar zu machen Die Abst n de zwischen den Stator und Rotorschei ben wurden auf die Gr enordnung von Millimetern gebracht wodurch die einzu haltenden Toleranzen wesentlich gr er sein k nnen und eine h here Betriebssi cherheit erreicht wurde Bereits im Jahre 1975 wurde bei Leybold die erste Magnet gelagerte Turbo Moleku
48. turgem durch Ausheizen der W nde oder der Kathode beeinflu t Die Ionen werden durch die Blenden in Richtung Trennsystem extrahiert Eine der Blenden ist mit einem separaten Verst rker verbunden und dient v llig unabh ngig von der lonentren nung der fortw hrenden Totaldruckmes sung siehe Abb 8 4 Die Kathoden be stehen aus Iridiumdraht und haben eine Kathode Abschirmung Anode Extraktor Blende Totaldruck Blende Abb 8 4 Offene lonenquelle 131 Massenspektrometer xz Ebene yz Ebene Stab Stab U U Transmission Transmission Voll N Stab G Stab U V cos U V cos Transmission Transmission Tiefpass Hochpass i H i A A u u berlagerung von xz und yz Ebene 4 fest M Trennsch rfe Aufl sung gt Empfindlichkeit Abb 8 5 Ph nomenologische Erkl rung des Trennsystem Thoriumoxidbeschichtung zur Herabset zung der Elektronenaustrittsarbeit Seit ei niger Zeit wird das Thoriumoxid nach und nach durch Yttriumoxid ersetzt Diese Be schichtungen setzen die Elektronenaus trittsarbeit herab so da der gew nschte Emmissionsstrom schon bei tieferen Ka thodentemperaturen erreicht wird F r Son deranwendungen sind Wolfram Kathoden unempfindlich gegen Kohlenwasserstoffe empfindlich gegen Sauerstof
49. 160 250 320 400 500 und 630 Auch diese Flan sche entsprechen hinsichtlich der Nenn weite und Konstruktion den PNEUROP und ISO TG 112 Empfehlungen Klammer flansche k nnen mit Klammerschrauben siehe Abb 6 2a oder mit Hilfe von ber wurfflanschen siehe Abb 6 2b verbun den werden Zur Abdichtung sind Zen trierringe mit O Ring und St tzring oder Dichtscheiben mit O Ring und St tzring n tig Auch Klammerflansche k nnen alternativ mit Ultra Dichtscheiben aus Aluminium metallisch gedichtet werden Die metalli sche Abdichtung von Kleinflanschen und Klammerflanschen empfiehlt sich immer dann wenn Ausheiztemperaturen von 200 C er reicht werden m ssen die Permeation durch Elastomerdich tungen vermieden werden mu Die Permeation durch Elastomerdichtun gen kann vor allem bei der Lecksuche durch Bildung eines Pr flingsuntergrun des st rend sein siehe Abschnitt 9 Bei Anschlu von Diffusionspumpen mit Elastomerdichtungen werden manchmal empfindliche Druckmessungen durch peakf rmige nadelf rmige Lufteinbr che gest rt Diese stammen von der durch die Elastomerdichtungen diffundierenden Luft die sich zwischen Beh lterwand Dichtung Pumpe und zur ckflie endem lfilm sam melt Es entstehen kleine Bl schen die langsam wachsen und dann pl tzlich in regelm igen Abst nden explodieren und so einen sehr kurzzeitigen Druckan stieg um bis zu 3 Zehnerpotenzen verur sachen
50. 4 7 DIVAC 4 8 VT 1 0 00 2 E EE 2 2 A N 7 EcoDry M 15 5 7 gt 4 1 0E 01 t TRIVAC D 65 B 7 4 WA 501 0 65 1 0 02 1 0E 05 1 0 04 1 0 03 1 0 02 1 0 01 1 0E 00 1 0E 01 1 0E 02 Einla druck mbar Abb 3 22 Einsetzbare Vorvakuumpumpen f r 5 gleichen Saugverm gens a Klassische Turbo Molekularpumpe T 1600 b Wide Range Turbo Molekularpumpe TW 1600 tungen und Desorption von den W nden spielen doch eine erhebliche Rolle Eine vern nftige k Messung kann nur mit me tallischen Dichtungen nach dem Aushei zen und Abk hlen der Pumpe vom End druck aus erfolgen Die so gewonnenen Werte von k sind allerdings f r realisti sche Prozesse bei denen meist erhebliche Gasmengen abgepumpt werden m ssen kaum brauchbar Sie w rden den Zustand einer UHV Anwendung bei Endruck ohne Gasanfall wiedergeben Beispiel An einer metallisch gedichteten Pumpe wird bei einem Enddruck von 2 10 10 mbar 1010 bestimmt d h die Pumpe kom primiert bis 2 mbar und eine VV Pumpe mit einem Enddruck von 1 mbar w re ausreichend Das k nnte z B eine Mem branpumpe sein und w rde auch in der Praxis funktionieren aber nur wenn kei nerlei Proze gas anf llt Eine lineare Ab h ngigkeit Kompressionsverh ltnisses von yM wird experimentell nur f r kleine und mittlere Massen best tigt M Mola re Masse Molekulargewicht 3 Das Saugverm gen Durch Di
51. 4 bar Haar liegt auf Dichtung Fahrradschlauch im Wasser bubble test 2 1 Hz Ap 0 1 bar Autoreifen verliert Luft Felge undicht 251 6 Mo 1 8 gt 1 6 bar R134a Babyflasche in 1 Jahr leer 25 C 430 g 6 529 bar Stoffmenge pro Zeiteinheit durch Loch Definition Q Alp V At A Austretende Menge mg 34 ex Wasser 645 Te Luft Heliumstandard Leckrate 1 bar lt 1 mbar 1 bar Testgas Helium A He Standardleckrate EE ue au 102 DST La 09 10 16 gt 2 Aug 10 N s424 10 TEE Lutt 1 88 10 5 He Std 348 104 43 103 WELT 430 bei 25 C 3 31 102 R134a 5 53 103 AL Hesta Abb 9 3 Beispiele f r die Umrechnung in Helium Standard Leckraten Bereich laminar molekular Druck 0 pr 5 pr P3 Q v u Du o Gasart Qas 8 Ga A NGasB Dan v Moas a Quass v Moas s Tabelle 9 2 Umrechnugsformeln f r nderung von Druck und Gasart 146 In Abb 9 2 sind Art und Nachweisgrenzen h ufig eingesetzter Leck Pr fmethoden zu sammengestellt 9 2 1 Die Helium Standard Leckrate F r die eindeutige Definition eines Lecks sind erstens die Angaben der Dr cke auf beiden Seiten der Wand und zweitens die Art des durchdringenden Mediums Vis kosit t bzw dessen molare Masse n tig F r den in der Praxis sehr h ufigen Fall da die Pr
52. 5 Ain cm 1 30 In Abb 1 8 sind zus tzlich die auf die Fl che A bezogenen Saugverm gen S und S mo einer ffnung in Abh ngigkeit von angegeben Die angegebenen Gleichungen gelten f r Luft bei 20 C In die hier nicht angegebenen allgemeinen Gleichungen geht die molare Masse des str menden Gases ein Beim Arbeiten mit anderen Gasen sind die f r Luft angegebe nen Leitwerte mit den Faktoren der Tabelle 1 3 zu multiplizieren Vakuumphysik Gas 20 C Molekularstr mung Laminarstr mung Luft 1 00 1 00 Sauerstoff 0 947 0 91 Neon 1 013 1 05 Helium 2 64 0 92 Wasserstoff 3 77 2 07 Kohlendioxid 0 808 1 26 Wasserdampf 1 263 1 73 Tabelle 1 3 Umrechnungsfaktoren siehe Text 1 8 2 Leitwerte anderer Bauelemente Wenn die Leitung Kniest cke oder B gen z B Eckventile hat k nnen diese dadurch ber cksichtigt werden da eine gr ere ef fektive L nge der Rohrleitung angenom men wird die sich folgenderma en ab sch tzen l t Ir Lag 1 33 d 1 32 180 12 axiale L nge der Leitung in cm effektive L nge der Leitung in cm d Innendurchmesser der Leitung in cm Winkel des Knies in Winkel Dr axiale L nge Leitwerte von Dampfsperren K hlfallen Adsorptionsfallen und Ventilen sind f r den Bereich der Molekularstr mung bei den technischen Daten dieser Bauteile im Kata log aufgef hrt Bei h heren Dr cken d h a
53. 7 16 jedoch insofern etwas abge ndert da die u e re Elektrode als lonenf nger das weiter innen liegende Gitter als Anode dient Die Elektronen werden bei dieser Schaltung auf lange Wege gezwungen Pendeln um die Gitterdr hte der Anode so da die Wahrscheinlichkeit f r ionisierende Zu sammenst e und damit die Empfindlich keit der Me r hre relativ hoch ist Da die Trioden Systeme wegen ihres starken R ntgeneffektes gew hnlich nur im Hoch vakuumbereich zur Druckmessung ver wendet werden haben Gasaufzehrungs Pump effekte und der Gasgehalt des Elek trodensystems nur geringen Einflu auf die Druckmessung b Das lonisations Vakuummeter f r h here Dr cke bis 1 mbar Als Me system wird ebenfalls eine Triode konventioneller Bauart siehe Abb 7 16b jedoch nun in konventioneller Trioden schaltung verwendet Da das Me system die Messung von Dr cken bis zu 1 mbar erm glichen soll mu die Kathode gegen relativ hohen Sauerstoffdruck resistent sein Sie ist daher als sog non burn out Kathode ausgebildet und besteht aus einem Iridiumb ndchen das mit Yttrium oxyd berzogen ist Um bis zu Dr cken von 1 mbar eine geradlinige Charakteristik lineare Abh ngigkeit des lonenstromes Modulator a A 250V J LGE normales lonisations 0V Vakuummetersystem m 50V A b 250V lonisations Vak
54. Abb 10 6 jedoch f r einen stark belegten Kristall Er hat den steilen Anstieg wie in Abb 10 6 gezeigt verloren Weil der Pha senanstieg weniger steil ist f hrt jedes Rauschen in der Oszillatorschaltung zu einer gr eren Frequenzverschiebung als dies bei einem neuen Kristall der Fall w re Im Extremfall ist die urspr ngliche Pha sen Frequenz Kurvenform nicht mehr er halten der Kristall ist nicht in der Lage eine volle 90 Phasenverschiebung zu vollzie hen Die Impedanz IZI kann zu sehr hohen Wer ten anwachsen Passiert dies so bevorzugt der Oszillator in Resonanz mit einer anhar monischen Frequenz zu schwingen Manch mal ist diese Bedingung nur kurzfristig er f llt und die Oszillatorschwingung springt zwischen Grund und Anharmonischer Schwingung hin und her oder es bleibt bei einer Anharmonischen Schwingung Das ist als mode hopping bekannt Zus tzlich zum entstehenden Rauschen des Ratensi gnals kann das wegen des auftretenden Phasensprunges auch zum falschen Been den einer Beschichtung f hren Dabei ist wichtig da der Regler unter diesen Be dingungen h ufig trotzdem weiterarbeitet Ob dies passiert ist kann man nur daran erkennen da die Schichtdicke pl tzlich deutlich kleiner ist und zwar um den Betrag der Frequenzdifferenz zwischen der Grund schwingung und der Anharmonischen welche die Schwingung bernommen hat Schichtdickenmessung Regelung 10 7 Der Mode Lock Oszillator IN
55. Als Dich tungen werden meist Kupfer oder Gold verwendet Die vielf ltigen Einsatzgebiete verlangen Ventile mit verschiedenen Antriebsarten neben handbet tigten Ventilen solche mit elektropneumatischem magnetischem und bei Dosierventilen motorischem Antrieb Die Variationsm glichkeiten werden durch unterschiedliche Geh use ausf hrungen noch erweitert Neben verschiedenartigen Werkstoffen werden Eck und Durchgangsventile angeboten Der Nennweite und dem Einsatzbereich entsprechend sind die Anschlu flansche als Kleinflansche KF Klammerflansche ISO K Festflansche ISO F oder UHV Flansche CF ausgebildet Neben den Vakuumventilen die reine Ab sperrfunktionen in einem Vakuumsystem besitzen gibt es auch eine Reihe von Ven tilen die f r spezielle Verwendungszwecke gebaut werden Zu dieser Gruppe geh ren z B die Dosierventile deren Palette den Dosierbereich von 10 10 cm3 s NTP bis zu 1 6 103 cm8 s NTP abdeckt Sie k nnen mit einem motorischen Antrieb versehen ferngesteuert werden und in Verbindung mit einem Druckme ger t gew nschte Verfahrensdr cke einstellen und halten Andere Spezialventile haben Sicherheits funktionen sie dienen zum schnellen automatischen Absperren von Diffusions pumpen oder Vakuumanlagen bei Strom ausfall In diese Gruppe geh ren zum Beispiel die Ventile die bei Stromausfall die Vakuumanlage gegen ber dem Pumpsystem absperren und das Vorvakuump
56. Au erdem von der Ge schwindigkeit mit welcher der Schn ffler an Leckstellen vorbei bewegt wird und vom Abstand Schn fflerspitze Oberfl che des Pr flings Die gro e Anzahl der ein gehenden Parameter erschwert die quan titative Bestimmung der Leckraten Mit Schn ffelverfahren lassen sich fast un abh ngig von der Gasart Leckraten von etwa 10 7 mbar s nachweisen Die Be grenzung der Empfindlichkeit bei dem Nachweis von Helium ist in erster Linie durch den Heliumgehalt der atmosph ri schen Luft gegeben siehe Abschnitt 13 Tabelle 8 F r Quantitative Messungen mu der Leckdetektor mit Schn ffelein heit kalibriert werden Dabei gehen der Ab stand vom Pr fling und die Abtastge schwindigkeit in die Kalibrierung ein 9 7 3 H llentest integrale Dichtheitspr fung H llentests sind integrale Dichtheitspr fungen mit Helium als Pr fgas bei denen der Pr fling entweder mit einer festen meist metallischen H lle oder mit einer leichten Plastikh lle umgeben wird Das durch die Undichtheiten des Pr flings je nach Pr fmethode ein oder austretende Helium wird einem Helium Lecksuchger t zugef hrt und von diesem angezeigt H l lentests werden mit dem Pr fling unter Helium berdruck Abb 9 4 oder mit eva kuiertem Pr fling Abb 9 4a durchge f hrt In beiden F llen mu eventuell die Umrechnung der Heliumanreicherung Ak kumulation auf He Std Leckrate erfolgen 159 Lecksuche 9 7 3 1 H ll
57. Ausla ventil sowie Kopf und Geh use deckel aus einem hochfluorierten Elasto mer wie z B bei der DIVAC von LEYBOLD so kann man aggressive D mpfe und Gase abpumpen Sie ist deshalb vor allem f r va kuumtechnische Anwendungen im Che mielabor geeignet Die Lebensdauer der verwendeten Membran ist allerdings be grenzt und erreicht im Vergleich mit ande ren trockenverdichtenden Systemen nied rigere Werte Bedingt durch die begrenzte elastische De formierbarkeit der Membran und den dar aus folgenden kleinen Hub ergibt sich ein vergleichsweise geringes Saugverm gen Auf Grund der geringen H be und der m g lichen Membrandurchmesser sind Saug verm gen gt 10 m3 h nicht wirtschaftlich realisierbar Bei diesem Pumprinzip ver bleibt am oberen Totpunkt des Kolbens ein Restvolumen der sogenannte sch dliche Raum Aus diesem k nnen die Gase nicht in die Auspuffleitung bef rdert werden Die unter dem Auspuffdruck bleibende Gas menge expandiert w hrend des folgenden Saughubes in den sich vergr ernden Ar beitsraum und f llt ihn aus so da bei ab nehmenden Ansaugdruck immer weniger neues Gas einstr men kann Der volume trische Wirkungsgrad verschlechtert sich aus diesem Grund laufend Membranvaku umpumpen k nnen deshalb kein gr eres 1 Geh usedeckel 2 Ventile 3 Kopfdeckel 4 Membranscheibe 5 Membrane 6 Membranst tzscheibe 7 Pleuel 8 Exzentersche
58. Dabei macht 10 10 2 16 16 10 1 4 8 3 3 vi _ 3604 D4A 4m h 3 a 104 x S 4 10 103 104 10 0 1 2 4 5 6 7 8 Auspumpzeit t min Abb 3 13 TURBOVAC 150 mit unterschiedlichen zweistufigen Vor vakuumpumpen Auspumpkurven eines 25 Rezipienten sich das Saugverm gen der Turbo Mole kularpumpe schon ab Dr cken von einigen mbar wesentlich bemerkbar Werden TURBOVAC Pumpe und Vor pumpe gleichzeitig eingeschaltet wird durch die gute Baffle Wirkung der laufen den TURBOVAC Pumpe zus tzlich hohe Kohlenwasserstofffreiheit garantiert Kleine Rezipienten lt 100 Druckbereich gt 10 mbar F r die TURBOVAG 150 und 360 sind Abb 3 13 und 3 14 Auspumpkurven f r einen 25 Beh lter aus Normalstahl dar gestellt wobei TURBOVAC und Vorpumpe gleichzeitig gestartet wurden 10 10 24 1071 D30A 30m n 0 10 D16A 16m n Q E 4 D8A 8m h a 104 E D 1024 10 104 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Auspumpzeit t min Abb 3 14 TURBOVAC 360 mit unterschiedlichen zweistufigen Vor vakuumpumpen Auspumpkurven eines 25 Rezipienten 10 10 10 Plattenventil ge ffnet bei E 100 1 mbar 5 1014 V 100 2 2 a V 50 1024 V 20 10 10 T T T R T T T T T 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Auspumpzeit t s Abb 3 15 TURBOVAC 450 mit Drehschieberpumpe
59. Eventuell K hlwasser schlangen der Pumpe entkalken e orvakuumdruck ist zu hoch Dies ist besonders dann m glich wenn D mp fe die entweder abgepumpt werden oder als Crackprodukte des Treibmittels z B bei Lufteinbr chen entstehen in die Vorpumpe gelangen Vorvakuum druck bei abgetrennter l Diffusions pumpe kontrollieren Abhilfe Vorvaku umpumpe l ngere Zeit mit Gasballast betreiben Falls dies nicht ausreicht mu das Ol der Vorpumpe gewechselt werden Treibmittel der Diffusionspumpe ver braucht oder unbrauchbar Treibmittel wechseln e Heizung ist falsch Heizleistung kon trollieren au erdem guten W rmekon takt zwischen Heizplatte und Boden des Siedegef es berpr fen Eventuell Hei zung auswechseln Undichtheiten Verschmutzung Abhilfe Wenn die Pumpe durch D mp fe verunreinigt ist kann es helfen wenn mit einem Dosierventil einige Zeit etwas Luft durch die Apparatur geleitet wird hierbei sollte der Druck bei Verwendung von DIFFELEN nicht ber 10 2 mbar steigen e Me system gealtert oder verschmutzt siehe Abschnitt 12 4 2 M gliche Fehlerquellen bei ungen gen dem Saugverm gen Vorvakuumdruck ist zu hoch Vorvaku um kontrollieren Gasballastpumpe l n gere Zeit mit ge ffnetem Gasballast ventil laufen lassen Eventuell ist ein l wechsel der Vorpumpe erforderlich Treibmittel der Diffusionspumpe ist un brauchbar geworden Treibmittelwech sel ist er
60. GB 5 300 S 200 100 SV 630 GB 0 f 0 001 0 01 0 1 1 10 100 1000 Ansaugdruck mbar Abb 2 44 Saugverm gensdiagramm von ScrewLine SP630 und SOGEVAC SV 630 Kolbenring und Labyrinthdichtung ber h rungslos und somit verschlei frei Durch die Kolbenringdichtung werden die bei hohen Auspuffgegendr cken m glichen Gasleckagen gedrosselt Durch die Laby rinthdichtung wird das Getriebe l zur ck gehalten An die Dichtung kann im Be darfsfall Sperrgas angeschlossen werden wenn der Anwendungsproze dies erfor dert Die ScrewLine SP630 wird ber einen Drehstromasynchronmotor angetrieben der auf einer dritten Welle sitzt Diese Welle treibt die lpumpe s Abb 2 42 den L fter s Abb 2 43 und ber eine Getriebestufe eine der Rotorwellen an Die Betriebsdrehzahl der Rotorwellen ist 6000 UpM Der L fter saugt K hlluft durcheinen lk hler an und dr ckt sie ber das stark verrippte Pumpengeh use Die lpumpe pumpt l aus dem Sumpf durch einen Filter und den lk hler in die Rotor wellen von denen es auf die Zahnr der und die Lager gespritzt wird Diese sehr effektive Rotork hlung erm glicht den Ein satz der Pumpe in einem weiten Bereich von Umgebungstemperaturen ohne K hl wasser oder Temperaturregelung zu ben tigen der K hler ist sehr gut zug ng lich und kann besonders leicht gereinigt werden s Abb 2 43 Abb 2 44 zeigt die Saugverm gensdia gramme der Schraubenvakuumpu
61. Grundlagen und Anwen dungen C Hanser M nchen Wien 1991 16 2 Vakuumpumpen 16 2 1 Verdr ngerpumpen Kondensatoren W Gaede Demonstration einer rotierenden Quecksil berpumpe Physikalische Zeitschrift 6 1905 758 760 W Gaede Gasballastpumpen Zeitschrift f r Naturforschung 2a 1947 233 238 W Armbruster und A Lorenz Das maximale Kompressionsverh ltnis und der volumetrische Wirkungsgrad von Vakuumpumpen nach dem Rootsprinzip Vakuumtechnik 7 1958 81 85 W Armbruster und A Lorenz Die Kombination Rootspumpe Wasserringpumpe Vakuumtechnik 7 1958 85 88 H Reylander ber die Wasserdampfvertr glichkeit von Gasballastpumpen Vakuumtechnik 7 1958 78 81 F Fauser Charakteristik von Pumpsystemen f r gr ere Wasserdampfmengen unter Va kuum und unter Anwendung von Konden sation und Kompression des Wasser dampfes 1965 Transactions of the Third Internatio nal Vacuum Congress Stuttgart Bd 2 11 393 395 Pergamon Press Oxford 1966 M Wutz Das Abpumpen von D mpfen mit gek hl ten Kondensatoren Vakuumtechnik 16 1967 53 56 U Seegebrecht Einflu der Temperatur des F rdermittels auf das Saugverm gen von Fl ssigkeits ring Vakuumpumpen bei der F rderung von trockener Luft Vakuumtechnik 1985 10 14 Literaturverzeichnis H Hamacher Kennfeldberechnung f r Rootspumpen DLR FB 69 88 1969 H Hamacher Beitrag zur Berechnung des Saugverm gens von Rootspumpen Vakuumtec
62. London 1968 498 Seiten reprinted 1993 American Institut of Physics New York ISBN 1 56396 122 9 E Bergandt und H Henning Methoden zur Erzeugung von Ultrahoch vakuum Vakuum Technik 25 1970 131 140 Wahl Das Hochvakuumsystem der CERN am 450 GeV Supersynchrotron und Speiche ring SPS Vakuum in der Praxis 1989 43 51 F Grotel schen Das UHV System bei DESY 1 Teil Vakuum in der Praxis 4 1991 266 273 D Trines Das Strahlrohrvakuumsystem des Hera Protonenringes Vakuum in der Praxis 2 1992 91 99 G Schr der et al COSV eine neue Forschungsanlage mit UHV Technologie Vakuum in der Praxis 5 1993 229 235 W Jacobi Das Vakuumsystem der GSI Beschleuni geranlage Vakuum in der Praxis 6 1994 273 281 16 4 Leitwerte Flansche Ventile etc M Knudsen Gesetze der Molekularstr mung und der inneren Reibungsstr mung der Gase durch R hren Annalen der Physik 4 Folge 28 1909 75 130 P Clausing ber die Str mung sehr verd nnter Gase durch R hren von beliebiger L nge Annalen der Physik 5 Folge 12 1932 961 989 W R llinger Die Verwendung von Klammerflanschen in der Vakuumtechnik Vakuum Technik 13 1964 42 45 H Hoch Ausheizbare Verbindungen an Hoch vakuum Apparaturen Vakuum Technik 10 1961 235 238 W B chler und 1 Wikberg Dual Seal Bakable Section Valves of the CERN Intersection Storage Ring Vacuum 21 1971 457 459 Literaturverzeichnis K T
63. Peas 1 1 1 Du DIN DF m NF Hei Der Partialdruck wird aus dem f r ein be stimmtes Bruchst ck gemessenen lonen strom durch Multiplikation mit drei Fakto ren errechnet Der erste Empfindlich keitsfaktor h ngt nur von der Stickstoff Empfindlichkeit des Sensors ab und ist somit eine Ger tekonstante Der zweite h ngt nur von spezifischen loneneigen schaften des Gases und der Nachweis eigenschaft des lonenf ngers bzw SEV s f r diese lonen ab Materialfaktor Der dritte Faktor ber cksichtigt die massenab h gige Tramsmissions des Sensors Diese Faktoren m ssen bei Ger ten mit di rekter Partialdruckanzeige zumindest f r seltenere lonenarten extra eingegeben werden F r Messung mit Faraday Cup gilt beim TRANSPECTOR 2 1 Werte f r HIN und BFeas m K nnen aus den Tabellen 8 3 und 8 4 entnommen werden f r sehr genaue Messungen m ssen sie aber extra bestimmt werden 140 8 6 3 Qualitative Gasanalyse Die Analyse von Spektren nimmt einige Arbeitshypothesen an 1 Jede Molek lart ergibt ein bestimmtes konstantes Massenspektrum oder Bruchst ckspektrum das f r diese Mo lek lart charakteristisch ist finger print cracking pattern 2 Das Spektrum jeder Mischung von Gasen ist das gleiche wie es durch li neare berlagerung der Spektren der einzelnen Gase entsteht Die H he der Peaks h ngt vom Gasdruck ab Der lonenstrom eines Peaks ist dem Partialdruck jener
64. Seiten 228 232 sowie Vakuumtechnik 27 Jahrgang Heft 4 Seiten 99 101 IUPAP SUNANCO Commission Symbols Units etc Document 25 1987 Leybold AG Vademekum 93 Seiten 1988 auch in Englisch Wutz Adam Walcher und Jousten Theorie und Praxis der Vakuumtechnik 7 Aufl 733 Seiten 2000 Friedrich Vieweg u Sohn Braunschweig Wiesbaden ISBN 3 528 54884 3 A Guthrie and R K Wakerling Vakuum Equipment and Techniques 264 Seiten 1949 McGraw Hill New York London Toronto van Atta Vacuum Science and Engineering 459 Seiten 1965 McGraw Hill New York San Francisco Toronto London Sydney 220 W Heinze Einf hrung in die Vakuumtechnik 452 Seiten 1955 VEB Verlag Technik Berlin N S Harris Modern Vacuum Practice 315 Seiten 1989 McGraw Hill Book Company UK ISBN 0 07 707099 2 H Frey und G Kienel D nnschichttechnologie 691 Seiten 1987 VDI Verlag D sseldorf ISBN 3 18 400670 0 J M Lafferty Foundations of Vacuum Science and Technology 728 Seiten 1998 J Wiley ISBN 0 471 17593 5 Edelmann Vakuumphysik 427 Seiten 1998 Spectrum Akademischer Verlag Heidelberg Berlin ISBN 3 827 40007 4 A Schubert Normen und Empfehlungen f r die Vakuumtechnik Vakuum in der Praxis 3 Jahrgang 1991 211 217 H Scharmann Vakuum Gestern und Heute Vakuum in der Praxis 2 Jahrgang 1990 276 281 M Auw rter Das Vakuum und W Gaede Vakuum Technik 32 Jahrgang 198
65. Wasser 100 Wasserstoffgas 20 Xylamon Xylol Perbunan NBR oolox o ooo oooo 1 oooo xoxo xooox 1 ze Lee oooo xxo gt lt xxxoo Silikonkautschuk oooo o o gt lt gt lt gt lt gt lt gt lt gt lt gt lt xx xxxo gt lt gt lt Se Se gt lt gt lt Se gt lt gt lt Se gt lt gt lt Se gt lt gt lt Se gt lt gt lt Se gt lt gt lt Se gt lt gt lt Se gt lt Se Se gt lt gt lt Se gt lt Se lt gt lt Se lt gt lt Se lt gt lt Se lt xxx loo 1 xooo x gt lt ooooo oolo 189 Tabellen Formeln Diagramme Anwendungsdaten Spezial l N62 Weiss l NC2 PROTELEN SHC 224 ANDEROL 555 5 ltyp Paraffinbasisches Mineral l Medizinisches hochreines Gemischtbasisches Polyalfaolefin Diester l Kernfraktion Wei l Paraffinbasisch Mineral l frei von Additiven Kernfraktion basisch vorgespannt frei von Additiven Schwefel und Aromaten Beispiele f r Standard l Bei geringem Anfall von Bei Anfall von korrosiven Kaltstart bei niedrigen Einsatz bei erh hten Anwendungsgebiete und Proz
66. Wasserstoff 12 00 10 3 He Helium 18 00 10 3 Ne Neon 12 30 10 3 Ar Argon 6 40 1073 Krypton 4 80 103 Xe Xenon 3 60 103 Hg Quecksilber 3 05 103 0 Sauerstoff 6 50 103 Stickstoff 6 10 10 HCI Chlorwasserstoff 4 35 10 3 CO Kohlendioxid 3 95 10 3 HO Wasserdampf 3 95 103 NH Ammoniak 4 60 10 3 CHOH thylalkohol 2 10 10 Ch Chlor 3 05 10 3 Luft Luft 6 67 10 Tabelle 13 1 Die gesetzlichen Druckeinheiten sowie das Torr und ihre Umrechnung Tabelle 13 3 Mittlere freie Wegl nge A Werte des Pro duktes C aus mittlerer freier Wegl nge A und Druck p f r verschiedene Gase bei 20 C s auch 13 1 Tse mbar Pa cm atm Torr inch Micron cm kp cm Ib in Ib ft N m ubar phys mm Hg Hg u HO at tech psi mbar 1 102 103 9 87 10 0 75 2 953 102 7 5 102 1 02 1 02 103 1 45 102 2 089 Pa 102 1 10 9 87 10 75 103 2 953 10 75 1 02 102 1 02 105 1 45 104 2 089 10 ubar 10 3 0 1 1 9 87 107 75 104 2 953 105 7 5 10 1 1 02 10 3 1 02 10 1 45 105 2 089 103 atm 1013 1 01 105 1 01 106 1 760 29 92 7 6 105 1 03 103 1 033 14 697 2116 4 Torr 1 33 1 33 102 1 33 103 1 316 10 3 1 3 937 102 103 1 3595 1 36 10 1 934 102 2 7847 Hg 33 86 33 9 102 33 9 103 3 342 10 2 25 4 1 2 54 104 34 53 3 453 10 2 0 48115 70 731 u 1 33 10 1 33 107 1 333 1 316 10
67. a Man berechnet nach Formel 5 4 das Saugverm gen das sich aus dem Vo lumen des Vakuumbeh lters ohne Gas abgabe und der gew nschten Aus pumpzeit ergibt b Man bildet den Quotienten aus der Gas abgaberate und diesem Saugverm gen Dieser Quotient mu kleiner sein als der geforderte Druck am sichersten um eine Zehnerpotenz niedriger Ist diese Bedingung nicht erf llt so mu eine Pumpe mit entsprechend h herem Saugverm gen gew hlt werden 5 2 1 3 Evakuieren eines Beh lters im Hochvakuumbereich Ungleich schwieriger ist es f r den Hoch vakuumbereich allgemeing ltige Gleichun gen anzugeben Da die Pumpzeit die ge braucht wird um einen bestimmten Hoch vakuumdruck zu erreichen wesentlich von der Gasabgabe der inneren Oberfl chen des Beh lters abh ngt ist deren Beschaf fenheit und Vorbehandlung vakuumtech nisch von entscheidender Bedeutung Auf keinen Fall darf der verwendete Werkstoff por se Stellen aufweisen oder insbeson dere mit R cksicht auf das Ausheizen Lunker haben Die inneren Oberfl chen m ssen m glichst glatt wahre Oberfl che geometrische Oberfl che und gut ges u bert entfettet sein Entsprechend der Materialauswahl und der Oberfl chen beschaffenheit ist die Gasabgabe sehr 94 unterschiedlich N tzliche Richtwerte sind in Tabelle 10 Abschnitt 13 zusammenge stellt Genauer kann man die Gasabgabe nur von Fall zu Fall experimentell durch die soge nannte Druckanstieg
68. at zum SI System Pa ist mit der Erdbeschleunigung 9 9 81m s zu multiplizieren Das ergibt 1 03323 kp cm 9 81 m s 10 1325 kp cm m s und das ergibt wegen umgeformt 10 1325 kp cm m s 10 1325 N cm 10 1325 N 10 m 1013 25 102 Pa 1013 25 mbar 1N 1kg m s 1 2 Normalbedingungen Dieser Druck p 1013 25 mbar ist der Normaldruck bei Der Normaldruck und die Normaltemperatur t 0 C bzw 273 15 K bilden zusammen die sogenannten Normalbedingungen 10 Abb 1 5 Das Wasserbarometer von Berti Wegen 1013 mbar 760 Torr gilt grob Torr 4 3 Die Angabe bei normal Bedingungen wird im Englischen oft mit NTP f r at NORMAL TEMPERATURE and PRESSURE bezeichnet 1 3 Die atmosph rische Luft Jede auf der Erde befindliche Vakuumanla ge enth lt vor ihrem Auspumpen Luft und ist w hrend ihres Betriebes stets von Luft umgeben Daher ist es notwendig die phy sikalischen und chemischen Eigenschaften der atmosph rischen Luft zu kennen Die Atmosph re besteht aus einer Reihe von Gasen zu denen in der N he der Erd oberfl che noch Wasserdampf hinzu kommt Der Druck der Luftatmosph re wird auf Meeresniveau bezogen Die durch schnittliche H he diese Druckes betr gt 1013 mbar gleich der fr her verwendeten physikalischen Atmosph re In der Tabelle 8 Abschnitt 13 ist die Zusammensetzung der Normalatmosph re mit einer relativen Feucht
69. ber wachung und steuerung 124 Automatische Sicherung berwachung und Steuerung von Vakuumanlagen 124 Druckregelung und Steuerung in Grob und Feinvakuumanlagen 125 Druckregelung in Hoch und Ultrahochvakuumanlagen 127 Anwendungsbeispiele mit Membranreglern 128 Massenspektrometrische Gasanalyse bei niedrigen Dr cken 130 Allgemeines 130 Geschichtliches 130 Das Quadrupol Massenspektro meter TRANSPECTOR 130 Aufbau des Sensors 131 Die normale offene lonenquelle 131 Das Quadrupol Trennsystem 132 8 3 1 3 Das Nachweissystem Detektor 133 8 4 Gaseinla und Druck Anpassung 133 8 4 1 Dosierventil 133 8 4 2 Druckwandler 133 8 4 3 Geschlossene lonenquelle 134 8 4 4 Aggressiv gas monitor 134 8 5 Massenspektrometrische Kenn gr en Spezifikationen 134 8 5 1 Linienbreite Aufl sung 134 8 5 2 Massenbereich 135 8 5 3 Empfindlichkeit 135 8 5 4 Menster nachweisbarer Partialdruck 136 8 5 5 Kleinstes nachweisbares Partial druckverh ltnis Konzentration 136 8 5 6 Linearit tsbereich 136 8 5 7 Angaben ber Oberfl chen und Ausheizbarkeit 136 8 6 Auswertung von Spektren 137 8 6 1 lonisierung und grunds tzliche Probleme der Gasanalyse
70. ca 70 mbar Sie mu also fast nur Dampfteilchen f rdern Der Sch pfraum ist vom Gef getrennt Die Verdichtung beginnt 3 Der Inhalt des Sch pfraumes ist schon so weit verdichtet das sich der Dampf zu Tr pfchen kondensiert es beginnt in der Pumpe zu regnen berdruck ist noch nicht erreicht 4 Erst jetzt erzeugt die restliche Luft den erforderlichen berdruck und ffnet das Auspuffventil doch der Dampf ist bereits kondensiert und die Tr pfchen sind in der Pumpe niedergeschlagen Abb 2 13 Veranschaulichung des Pumpvorganges in einer Drehschieberpumpe mit rechts und ohne links Gasballasteinrichtung beim Absaugen kondensierbarer D mpfe b3 d i G b4 b Mit Gasballast 1 Die Pumpe ist an das schon fast luftleere Gef angeschlossen ca 70 mbar Sie mu also fast nur Dampfteilchen f rdern 2 Der Sch pfraum ist vom Gef getrennt Jetzt ffnet das Gasbalast ventil wodurch der Sch pfraum zus tzlich von au en mit Luft dem Gasballast gef llt wird 3 Das Auspuffventil wird aufgedr ckt Dampf und Gasteilchen werden ausgetso en Der erforderliche berdruck wurde durch die zus tzliche Gasballstluft schon sehr fr h erreicht Es kam also gar nicht erst zu einer Kondensation 4 Die Pumpe st t weiter Luft und Dampf aus 27 Mechanische Vakuumpumpen 780 312 1092 mbar Bei diesem Druck ffnet aber das Auspuffventil noch nicht Bei gleichbleibendem S
71. d cm z Teilchengeschwindigkeit DN NM T 1 46 10 wi Ce 464 m s Mittleres Geschwindigkeits 5_3 R T 9_949 1n5 cm So um cm quadrat c der Teilchen W s Eee M s2 Esch s2 Gasdruck p der Teilchen p n k T p 13 80 10720 mbar p 4 04 10 17 mbar gilt f r alle Gase 1 Joe p z 2 Teilchenanzahidichte n n p kT n 7 25 10 8 em p 2 5 1016 p gilt f r Gase Fl chensto rate 7 7 _1 ag Z 263 102 H p cm s71 Z 2 85 1020 p cm 5 1 s Abb 13 2 d M T i CN Se MAT Volumensto rate Zy Z Ing 5 27 10 cm s Zy 8 6 1022 2 cm 5 1 s Abb 13 2 OW EC 6 yM T 721 2 N e CY aMkI Zustandsgleichung f r ideale Gase p V v R T p V 83 14 v T mbar p V 2 44 10 v mbar f r alle Gase Fl chenbezogener Massenstrom SS ECH Van An a 4377 102 E g cm 5 1 Ann 1 38 102 p g 5 1 A C A pin cm mbar A s Tabelle 13 3 k Boltzmannkonstante in mbar Ki M molare Masse g mot Teilchenmasse in g mittlere freie Wegl nge in cm N Avogadro Zahl in mot Teilchenanzahldichte in cm Stoffmenge in mol Gasdruck in mbar T thermodynamische Temperatur K R Molare Gaskonstante V Volumen in in ki Tabelle 13 4 Zusammenstellung wichtiger gaskinetischer Formeln 184 Tabellen Formeln Diagramme Benennung Formel Za
72. fung mit Helium bei 1 bar Druckunterschied von Atmosph rendruck au en nach Vakuum p lt 1 mbar innen erfolgt hat sich die Bezeichnung Helium Standard Leckrate He Std eingeb rgert Um die R ckweisrate bei einer Pr fung mit Helium unter Helium Standard Bedingun gen anzugeben m ssen die realen Ein satzbedingungen zuerst auf Helium Stan dard Bedingungen umgerechnet werden siehe 9 2 2 Einige Beispiele solcher Um rechnungen sind in Abb 9 3 gezeigt 9 2 2 Umrechnungsformeln Bei der Umrechnung von Druckverh ltnis sen und Gasart Viskosit t mu beachtet werden da unterschiedliche Gleichungen f r laminare und f r molekulare Str mung gelten Die Grenze zwischen diesen Be reichen ist sehr schwierig festzustellen Als Richtlinie nimmt man bei Leckraten Q gt 1055 mbar s laminare Str mung und bei Leckraten Q lt 107 mbar s molekulare Str mung an Im Zwischenbe reich mu der Garantie leistende Her steller den sichereren Wert annehmen Die Formeln sind in Tabelle 9 2 aufgelistet Dabei bedeuten die Indices und II die einen bzw anderen Druck Verh ltnisse und die Indices 1 und 2 jeweils Innen und Au enseite der Leckstelle 9 3 Begriffe und Definitionen Bei der Lecksuche hat man im allgemei nen zwischen zwei Aufgabenstellungen zu unterscheiden 1 die Lokalisierung von Lecks und 2 die Messung der Leckrate Au erdem unterscheidet man je nach Flie richtung des Fluids zwischen
73. generell eine andere Technik und damit auch anders konstruierte Bauteile erfor derlich sind Die Grenze liegt bei einigen 10 5 mbar Deshalb sollten Dr cke unter 10 7 mbar generell zum Ultrahochvakuum Bereich geh ren 91 Pumpen Auswahl Dimensionierung Die Gasdichte Teilchenanzahldichte ist im Ultrahochvakuum sehr gering und wird durch Gasabgabe der Beh lterw nde und durch geringste Undichtheiten an Verbin dungsstellen bereits erheblich beeinflu t Im Zusammenhang mit einer Reihe wich tiger technischer Anwendungen aber auch zur Charakterisierung des Ultrahoch vakuum Bereiches allgemein ist die soge nannte Wiederbedeckungszeit siehe auch Gleichung 1 21 wichtig Darunter wird die Zeit verstanden die verstreicht bis sich auf einer im Vakuum befindlichen ideal gereinigten Fl che die von Gasteil chen getroffen wird eine monomoleku lare oder monoatomare Schicht ausgebil det hat Unter der Voraussetzung da jedes die Fl che treffende Gasteilchen einen freien Platz findet und darauf haften bleibt gilt als Faustformel f r T 5 10795 in mbar 5 2 Im Ultrahochvakuum lt 10 7 mbar ist daher die Wiederbedeckungszeit von der Gr enordnung Minuten bis Stunden oder noch l nger und damit von der gleichen Gr enordnung die auch f r vakuum technische Versuche und Verfahren ben tigt wird Die sich daraus ergebenden praktischen Forderungen sind z B f r das Gebiet der Festk
74. gt Proze druck oder freigege ben f r Referenzdruck lt Proze druck so Druckmessung Me ger t mit drei Schaltpunkten 2 Dosierventil Dosierventil Einla ventil 5 Gasvorrat Drosselventil 2 Vakuumpumpe Pumpventil 9 Vakuumbeh lter Abb 7 26 Dreipunktregelung da im letzteren Fall die Verbindung zwi schen Proze seite und Vakuumpumpe her gestellt ist Diese elegante und quasi ei genautomatische Regelung hat ein aus gezeichnetes Regelverhalten siehe Abb 7 30 Zur Erzielung gro er Durchflu raten k n nen mehrere Membranregler parallel ge schaltet werde Dazu werden sowohl die Proze kammern als auch die Referenz kammern der einzelnen Regler parallel geschaltet Abb 7 31 zeigt eine derarti ge Schaltung von 3 Membranreglern MR 50 SI Sicherung Netzanschlu 220 V 50 Hz Schaltpunkt f r Maximalwert Smite Sehaltpunkt f r Mittelwert Schaltpunkt f r Minimalwert TORROSTAT 5 020 PV Pumpventil EV Einla ventil R1 Hilfsrelais f r Pumpintervall R2 Hilfsrelais f r Einla intervall K1 Relaiskontakt von R1 K2 Relaiskontakt von R2 M Me und Schaltger t Zur Steuerung eines Vakuumprozesses ist es vielfach erforderlich den Druck in ein zelnen Proze schritten zu ver ndern Das kann bei einem Membranregler natur gem entweder per Hand oder durch elektrische Regelung des Referenzdruckes geschehen
75. lare dem oberen Ende der Me kapillare entspricht s Abb 7 8a und b so ist das Volumen V immer gegeben durch Druckmessung Sek 7 1d h Niveauunterschied d Innendurchmesser der Me kapillare Setzt man diesen Ausdruck f r V 7 1b ein so ergibt sich BEER also eine quadratische Skala und zwar mm Torr wenn d und V mm bzw mm gemessen werden Will man die Skala in mbar teilen dann lautet die Beziehung 2 7 7 19 3 V h in mm d in mm V in mm 7 1e wobei Kompressions Vakuummeter gew hrleisten eine Anzeige der Summe aller Partialdr cke der Permanentgase vorausgesetzt da keine D mpfe vorhanden sind die beim Kompressionsvorgang kondensieren Der Me bereich wird nach oben und unten durch das Maximal bzw Minimal verh ltnis des Kapillarinhalts zum Ge samtvolumen begrenzt s Abb 7 8a und b Die Genauigkeit der Druckmessung h ngt stark von der Ablesegenauigkeit ab Bei Nonius und Spiegelablesungen k nnen Druckmessungen mit einer Ablese Genau igkeit von 2 durchgef hrt werden Im Bereich niedriger Dr cke wo h sehr klein wird ist diese Genauigkeit nicht mehr er reichbar vor allem weil sich am Kapillaren Abschlu geringe geometrische Abwei chungen sehr stark bemerkbar machen systematischer Fehler Die Anwesenheit von D mpfen die beim Kompressionsvorgang kondensieren k n nen beeinflu t die Messung in oft undefi n
76. llung nur von Spezial len gew hrleistet wird Die Eigenschaften dieser le wie niedriger Dampfdruck thermische und chemische Resistenz insbesondere ge gen ber Luft oder anderen abzupumpen den Gasen bestimmen die Auswahl wel ches l in einer bestimmten Pumpentype oder zur Erzielung eines bestimmten End vakuums verwendet werden soll Der Dampfdruck von len die in Treibmittel dampfpumpen verwendet werden ist ge ringer als der des Quecksilbers Organische Treibmittel sind allerdings im Betrieb emp findlicher als Quecksilber da sich die le bei l ngeren Lufteinbr chen zersetzen k n nen Silikon le halten jedoch auch l nger andauernde und h ufige Lufteinbr che bei laufender Pumpe aus Mineral le stehen als DIFFELEN leicht normal und ultra zur Verf gung Die ver schiedenen Sorten von DIFFELEN sind eng eingestellte Fraktionen eines hochwertigen Ausgangsproduktes Silikon le z B DC 704 DC 705 sind de finierte chemische Verbindungen organi sche Polymere Sie zeichnen sich durch gro e Best ndigkeit gegen Oxidation bei Lufteinbr chen und durch besondere ther mische Stabilit t aus DC 705 hat einen extrem niedrigen Dampf druck und eignet sich daher als Treibmittel in solchen Diffusionspumpen mit denen extrem niedrige Enddr cke lt 10 10 mbar erzeugt werden sollen 63 Kinetische Vakuumpumpen ULTRALEN ist ein Polyphenyl ther Dieses Treibmittel ist immer dann zu empfehlen wenn ein bes
77. mitunter bis auf 100 ansteigt Dieser Zusammenhang ist in Abb 7 1 am Beispiel des Reibungsvakuummeters VISCOVAC dargestellt Man mu also zwischen Me bereich wie im Katalog angegeben und 108 dem bevorzugtem Einsatzbereich un terscheiden Die Me bereiche der einzel nen Vakuummeter sind nach oben und unten durch physikalische Effekte be grenzt 7 1 Grunds tzliches zum Messen niedriger Dr cke Vakuummeter sind Ger te zum Messen von Gasdr cken unterhalb des Atmos ph rendruckes DIN 28400 Teil 3 1992 In vielen F llen ist die Druckanzeige gas artabh ngig Bei Kompressions Vakuum metern ist zu beachten da bei Vorhan densein von D mpfen durch die Kompres sion Kondensation eintreten kann wo durch die Druckanzeige verf lscht wird Kompressions Vakuummeter messen die Summe der Partialdr cke aller bei der Messung nicht kondensierenden Gaskom ponenten Bei mechanisch verdichtenden Pumpen kann auf diese Weise der Partial Enddruck gemessen werden siehe Ab schnitt 1 6 1 Eine andere M glichkeit die sen Druck zu messen ist die kondensier baren Anteile in einer LN K hlfalle auszufrieren Die exakte Messung von Partialdr cken bestimmter Gase oder D mpfe erfolgt mit Hilfe von Partialdruck Me ger ten siehe Abschnitt 8 die auf massenspektrometrischer Grundlage arbeiten Gasartabh nigkeit der Druckanzeige Bei Vakuummetern haben wir zu unter scheiden zwischen 1 Ger ten die den Druc
78. r a BO Zem 3 2 a 5 viir 1 x 5 F v H amp C 7 N o 4104 _ Untere D a 10 EE 5 107 Intere Grenze f r Amin 1 mm Cl N 109 10 102 10 100 10 10 10 Volumen V cm Volumen V Abb 7 8a Abb 7 8b McLeod Kompressions Vakuummeter mit Lineare Skala Gleichung 7 1b McLeod Kompressionsvakuummeter mit Quadratischer Skala Gleichung 70 113 Druckmessung h ngiger Druckanzeige geh ren Das Rei bungs Vakuummeter 7 3 1 das W rme leitungs Vakuummeter 7 3 2 und die lonisations Vakuummeter verschiedener Bauarten 7 3 3 Die Ger te bestehen aus dem eigentlichen Me wertaufnehmer Me kopf Sensor und dem zu dessen Betrieb erforderlichen Betriebsger t Die Druckskalen oder digi talen Anzeigen sind gew hnlich auf Stick stoffdr cke bezogen wenn der wahre Druck eines Gases oder Dampfes be stimmt werden soll mu der angezeigte Druck p mit einem f r dieses Gas charak teristischen Faktor multipliziert werden Diese Faktoren sind je nach Art der Ger te verschieden und werden entweder als druckunabh ngige Faktoren tabellarisch angegeben siehe Tabelle 7 3 oder sind im Falle der Druckabh ngigkeit aus einem Diagramm zu ermitteln siehe Abb 7 11 Allgemein gilt Wahrer Druck Angezeigter Druck p Korrekturfaktor Wenn der Druck auf einer Stickstoffskala abgelesen a
79. rere Stunden ausgeheizt werden damit Verunreinigungen die sich m glicherwei se w hrend der Lagerzeit angesammelt haben entweichen k nnen 12 3 6 Titan Verdampferpumpen Jede der drei Wendeln des Titan Ver dampfers enth lt ungef hr 1 2 g nutzba ren Titanvorrat Bei einem Heizstrom von 50 A betr gt die Oberfl chentemperatur etwa 1850 K die Verdampfungsrate unge f hr 0 12 g h d h eine Wendel kann etwa 10 Stunden kontinuierlich betrieben werden Da man bei Dr cken unter 1 10 mbar nicht kontinuierlich sondern nur in Zeit abst nden verdampft die bei niedrigen Dr cken unter 5 10 8 mbar und gerin gem Gasanfall bereits das mehr als 10 fache der echten Verdampfungszeit be tragen kann bei 10 10 mbar Arbeitsdruck pro Wendel eine Pumpzeit von fast einem Monat erreicht werden Das effektive Saugverm gen einer Titan verdampferpumpe h ngt von der Getter schirmfl che und der Geometrie der An saug ffnung ab Das fl chenbezogene Saugverm gen der Getterfl che ist abh n gig von der Gasart und der Getterschirm temperatur Da z B Edelgase berhaupt nicht gepumpt werden sollen Titanver dampferpumpen immer mit einer zus tzli chen Pumpe lonen Zerst uberpumpe Turbo Molekularpumpe kombiniert wer den die diese Gasanteile abpumpt Die Zu Satzpumpe kann sehr viel kleiner als die Ti tanverdampferpumpe sein Nur in wenigen Sonderf llen kann man auf die Zusatz pumpe verzichten Die Wahl des K hlmittels
80. se in den Proze kammern mit gro er zeit licher Stabilit t des Saugverm gens und niedrigen Kohlenwasserstoffkonzentratio nen erreicht werden k nnen W hrend Transfer und Proze kammern st ndig evakuiert sind m ssen Ein und Ausschleuskammer zyklisch geflutet und wieder evakuiert werden Hierf r werden wegen der gro en Volumina dieser Kam mern und der kurzen Taktzeiten gro e Saugverm gen ben tigt die mit Kombi nationen aus Drehschieber und W lzkol benpumpen realisiert werden Bei beson ders kurzen Taktzeiten kommen auch vor einla gek hlte W lzkolbenpumpen zum Einsatz Alle wesentlichen Funktionen einer Anlage wie Glastransport Regelung der Sputter prozesse und Steuerung der Pumpen er folgen vollautomatisch Nur so k nnen hohe Produktivit t bei gleichzeitig hoher Produktqualit t sichergestellt werden 11 3 5 Anlagen f r die Herstellung von Datenspeichern Beschichtungen f r magnetische oder ma gnetooptische Datenspeichermedien be stehen in der Regel aus mehreren funktio nellen Schichten die auf die mechanisch fertig bearbeiteten Speicherplatten aufge bracht werden Setzt man mehrere Platten auf einen gemeinsamen Tr ger k nnen die Beschichtungsprozesse in einer vom Prin zip hnlichen Anlage erfolgen wie sie f r Proze kammer Zwischenkammer Proze kammer 1 2 Liz Lz lt Schlitzschleusen Liz Lz Leitwert zwischen Zwischenkammer und Proze kammer 1 bzw 2 5 S
81. system Lecksuche Quadrupol Massenspektrometer j Flu be grenzer 2 Quadrupol Massenspektrometer AN Flu teiler 1 Flu teiler 2 Turbo Molekularpumpe Flu be grenzer 3 00 Durchflu messer Druckmessung Membranpumpe 2 stufig Q Q Abb 9 12 Vakuumschema des Ecotec Il Das Massenspektrometer siehe Abb 9 13 besteht aus der lonenquelle 1 4 und dem Ablenksystem 5 9 Der lonenstrahl wird ber die Blende 5 ausgeblendet und tritt mit einer bestimmten Energie in das Magnetfeld 8 ein In dem Magnetfeld be wegen sich die lonen auf kreisbogenf r migen Bahnen wobei der Radius f r kleine Massen kleiner ist als der f r gro e Durch die richtige Einstellung der Beschleuni gungsspannung beim Justieren erreicht man da die einen Kreisbogen mit dem gew nschten Kr mmungsradius beschreiben und genau auf den lonenf n ger treffen F r Masse 4 Helium passie ren sie die Blende 9 und gelangen somit zum lonenf nger 13 In manchen Ger ten wird der Entladungsstrom f r die auf die Totaldruckelektrode treffenden lonen gemessen und als Totaldrucksignal ausge wertet Ionen mit zu kleiner oder zu gro er Masse d rften den lonenf nger 13 gar nicht erreichen aber einem geringen Teil dieser lonen ist das trotzdem m glich ent weder weil sie durch St e a
82. t bei 40 C mm s 60 90 96 24 66 Dichte bei 20 C g m 0 86 0 87 0 87 1 07 1 1 091 Erreichbare Enddr cke 2 1 5 105 15 10 6 107 6 107 4 107 Ohne Dampfsperre mbar 6 106 6 107 3 107 3 107 15 107 Mit D senhut Dampfsperre mbar 15 108 15 107 3 108 3 108 15 10 Mit Astrotorus Dampfsperre mbar 1 bei 25 C 2 Nach mehrst ndigem Ausheizen des angeschlossenen Vakuumbeh lters bei 200 C Beachte auch Abschnitt 12 Betriebshinweise f r Vakuumapparaturen Tabelle 13 16e Daten von Treibmitteln f r l Diffusionspumpen Ramsay Fette zum Schmieren von Schliffen und H hnen in Vorvakuum Leitungen bestehen aus speziellen Vaseline Arten die durch Vermischung mit Kautschuk die geeignete Konsistenz erhalten Ramsay Fett z h dient zum Schmieren von Schliffverbindungen Einsetzbar bis 10 mbar Ramsay Fett weich wird zum Schmieren von H hnen verwendet Einsetzbar bis 10 mbar Gleitlen ist ein Spezialfett zur Schmierung von R hrwellen KPG R hrer u a aller Gr en f r das Labor Einsetzbar bis 10 2 mbar Lithelen enh lt Lithiumseifen und ist durch Hochvakuumbehandlung von allen Anteilen h herer Dampfdr cke befreit Es ist in einem weiten Temperaturbereich von 0 C bis 150 C und in Anwendungen von Normaldruck bis 10 8 mbar verwendbar DYNAFAT wird zur Schmierung von Dichtringen eingesetzt Silikon Hochvakuum Fett enth lt hochmolekulare Stoffe mit Silizium und Sauerstoff als Kettenglieder Bei Temperaturen be
83. ttigungsdampf druck des Wasserdampfes von 312 mbar findet bis zum ffnen des Auspuffventils eine weitere Kompression des Permanent gases auf 1038 mbar statt wobei der kon densierende Wasserdampf in Form von kleinen Tr pfchen anf llt und sich mit dem l der Pumpe vermischt In der Pumpe regnet es sozusagen Der Wasserdampf bleibt als Wasser in der Pumpe und emul giert mit dem Pumpen l Damit ver schlechtern sich die Schmiereigenschaften des Pumpen les sehr schnell ja die Pumpe kann wenn sie zuviel Wasser auf genommen hat sogar festlaufen In der Abb 2 13 ist der Pumpvorgang in einer Drehschieberpumpe mit und ohne Gasballasteinrichtung beim Absaugen kon densierbarer D mpfe schematisch darge stellt Voraussetzung f r ein Abpumpen von D mpfen bleiben immer 2 Dinge 1 Die Pumpe mu Betriebstemperatur haben 2 Das Gasballastventil mu offen sein Die Pumpentemperatur erh ht sich bei ge ffnetem Gasballastventil um etwa 10 C vor dem Abpumpen von D mpfen sollte die Pumpe eine halbe Stunde mit ge ffnetem Gasballastventil warmlaufen 2 1 2 5 Gleichzeitiges Abpumpen von Gasen und D mpfen Sollen aus einer Vakuum Apparatur gleich zeitig Permanentgase und kondensierbare D mpfe beispielsweise organische L sungsmittel abgepumpt werden kommt es zun chst darauf an ob der Dampf mit dem Pumpen l bei Betriebstemperatur der Pumpe mischbar bzw im l l slich ist komplizierter Fall oder wie
84. ungef hr proportional 1 sie nimmt im Druck gebiet des Feinvakuums von ca 1 mbar ausgehend druckproportional ab und er reicht im Hochvakuum den Wert Null Diese Druckabh ngigkeit wird im W rme leitungsvakuummeter genutzt und erm g licht das genaue allerdings gasartabh n gige Messen von Dr cken im Feinvakuum Das meistverbreitete Me ger t dieser Art ist das Vakuummeter nach Pirani Ein strom durchflossener auf etwa 100 bis 150 C Druckmessung A A 1 11 1 1 1 1 1 e i 1 1 1 I 1 Am h E Bi i i 1 gt i i D 1 1 2 lt 1 1 1 1 1 1 1 I 1 1 1 2 1 2 1 1 5 4 3 2 1 10 10 10 10 10 1 10 100 Druck mbar I W rmeabfuhr durch Strahlung und Leitung ll W remeleitung durch das Gas lll W rmeabfuhr durch Strahlung und in den metallischen Enden druckabh ngig Konvektion Abb 7 10 Abh ngigkeit des in einer R hre Radius r von einem geheitzten Draht Radius r bei konstanter Temperaturdifferenz abgef hrten W rmemenge vom Gasdruck schematisch erhitzter sehr d nner Draht Abb 7 10 mit dem Radius r4 gibt die in ihm erzeug te W rme durch Strahlung und durch W rmeleitung an das den Draht um gebende Gas ab au erdem nat rlich auch an die Befestigungsvorrichtungen an den Drahtenden Im Grobvakuum ist die W r meleitung durch die Gas
85. ver dampft Der Treibmitteldampf str mt durch die Steigrohre und tritt mit berschallge schwindigkeit aus einem ringf rmigen D sensystem 0 aus Der Strahl verbrei tert sich schirmf rmig zur Wand hin wo er kondensiert wird und als Fl ssigkeitsfilm wieder in den Siederaum zur ckflie t Wegen dieser Ausbreitung ist die Dampf dichte im Strahl verh ltnism ig gering Die Diffusion der Luft oder der abzupum penden Gase in den Strahl geht so schnell vor sich da der Strahl trotz seiner hohen Geschwindigkeit nahezu vollst ndig mit Luft oder Gas durchsetzt wird Diffusions pumpen haben daher in einem weiten Druckbereich ein hohes Saugverm gen Dieses ist im gesamten Arbeitsbereich der Diffusionspumpe 10 3 mbar praktisch Kinetische Vakuumpumpen 2 1 1 Heizung 5 HV Flansch 2 Siederaum 6 Gasteilchen 3 7 Dampfstrahl 4 K hlrohre 8 WV Stutzen oou gt D sen Abb 3 1 Arbeitsweise einer Diffusionspumpe konstant weil die Luft bei niedrigen Ansaugdr cken den Strahl nicht beeinflus sen kann so da sein Str mungsverlauf ungest rt bleibt Bei h heren Ansaug dr cken wird der Strahl in seinem Verlauf so ge ndert da das Saugverm gen ab nimmt bis es bei etwa 10 1 mbar unme bar klein wird Auch der vorvakuumseitige Druck beein flu t den Dampfstrahl Den Vorvakuum druck bei dem das Saugverm gen der Pumpe erheblich abnimmt oder ganz v
86. z B Edelgase Kohlendioxid CO Kohlenmonoxid 00 Aliphate z B Methan CH Propan CH Ethylen CHA organische L semitteld mpfe Bei Anfall von Prozessmedien die zur Polymerisation neigen z B Styrol CH Butadien CH Bef llung von Bremsfl ssigkeitskreisl ufen in der Automobil Industrie Beim Anfall von starken Oxidationsmitteln wie Sauerstoff O Ozon 0 Stickoxide Nox und Schwefeloxide 50 SO sowie reaktiver Substanzen wie Halogene z B Fluor F Chlor CL Halogenwasserstoffe z B Hydrogenchlorid HCI Hydrogenbromid HBr Uranhexafluorid UF und bedingt Lewis S uren z B Bortrichlorid N Keine anorganischen S uren z B HCI H S0 und Basen z B NaOH abpumpen Keinen Chemischen ffilter verwenden Vermischung mit einem anderen ltyp strikt vermeiden Keine anorganischen S uren z B HCI H SO abpumpen Nur in f r DOT 4 modifizierten Pumpen verwenden Vermischung mit einem anderen ltyp strikt vermeiden Nur in f r PFPE modifizierten Pumpen verwenden Vermischung mit einem anderen ltyp strikt vermeiden Abpumpen von Wasserdampf vermeiden insbesondere in Verbindung mit korrosiven Medien siehe oben Der Einsatz eines lfilters wird dringend empfohlen Geeignet Geeignet Nicht geeignet Geeignet Bedingt geeignet Nicht geeignet Nicht geeignet Geeignet Nicht geeignet Nicht geeignet Geeignet Geeignet 94 38 keine Angabe 47 9 4 gt
87. z B Fl ssigkeiten mit niedrigem Siedepunkt abgepumpt werden sollen empfiehlt es sich eine W lzkolbenpumpe zu verwenden die mit einer integrierten Umwegleitung und einem Ventil ausger stet ist das auf einen vorher eingestellten Druck anspricht Beispiel W lzkolben pumpe RUVAC WAU WSU W lzkolbenpumpen mit Umwegleitung aus der Typenreihe RUVAC WAU WSU k nnen grunds tzlich mit der Vorpumpe zusam men eingeschaltet werden Die Umweglei tung sch tzt diese W lzkolbenpumpen vor berlastung 12 3 2 2 lwechsel Wartungsarbeiten Bei sauberen Betriebsbedingungen wird das l in den W lzkolbenpumpen nur durch nat rlichen Verschlei in den Lagern und im Getriebe beansprucht Wir emp fehlen jedoch nach ca 500 Betriebsstun den den ersten lwechsel vorzunehmen um m glichen Abrieb der durch das Ein laufen entstanden sein kann zu entfernen Sonst gen gt ein lwechsel nach jeweils 3000 Betriebsstunden Beim Absaugen Staubhaltiger Gase oder Vorliegen anderer Verunreinigungen ist das l h ufiger zu wechseln M ssen die Pumpen bei hohen Umgebungstemperaturen arbeiten sollte bei jedem lwechsel auch das l der Sim merringkammer ausgetauscht werden Als Pumpen l empfehlen wir unser Spe zial l N 62 Bei unsauberen Betriebsbedingungen k n nen sich im Pumpenraum z B Staubkru sten oder hnliches bilden Diese Verun reinigungen setzen sich zum Teil im F r derraum und zum Teil auf den W lzkolben
88. z B Zeolith Druck Torr 107 10 10 0 10 10 107 10 10 10 10 SE 10 Z N 195 C 10 10 2 10 2 10 ZS 10 e 10 S 10 E He 195 C ffe ZS 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Druck mbar 10 10 Abb 4 1 Schnitt durch eine Adsorptionspumpe Abb 4 2 Adsorptionsisothermen von Zeolith 13X f r Stickstoff bei 195 C und 20 C sowie f r Helium und Neon bei 195 C 75 Gasbindende Vakuumpumpen kuierenden Beh lter angeschlossen Erst durch Eintauchen des Pumpenk rpers in fl ssigen Stickstoff wird der Sorptionsef fekt technisch nutzbar gemacht Auf Grund der verschiedenen Adsorptionseigen schaften sind Saugverm gen und End druck einer Adsorptionspumpe f r die ver schiedenen Gasanteile unterschiedlich Beste Werte werden bei Stickstoff Koh lendioxyd Wasserdampf und bei Kohlen wasserstoffd mpfen erzielt Leichte Edel gase werden praktisch nicht gepumpt weil der Teilchendurchmesser im Vergleich zur Porengr e des verwendeten Zeoliths zu klein ist Da der Sorptionseffekt mit zu nehmender Bedeckung der Zeolithober fl che abnimmt geht auch das Saugver m gen mit steigender Anzahl der bereits adsorbierten Teilchen zur ck Das Saug verm gen einer Adsorptionspumpe ist daher abh ngig von der Menge des bereits abgepumpten Gases ist also zeitlich
89. 0 1 um 108 m 0 01 um 109 1 0 10 10 1 0 Angstr m Abb 9 1 Zusammenhang Leckrate Lochgr e Lochdurchmessers auf 1 um 0 001 die Leckrate 10 mbar s betr gt ein Wert der in der Vakuumtechnik bereits eine gro e Undichtheit darstellt siehe Faustregel oben Dem Lochdurchmesser 1 entspricht die Leckrate von 10 12 mbar s dies ist die untere Nachweisgrenze mo derner Helium Leckdetektoren Da auch die Gitterkonstanten vieler Festk rper bei einigen liegen und die Durchmesser klei ner Molek le und Atome H etwa 1 betragen ist die inh rente Permeation durch Feststoffe mit He Leckdetektoren me technisch erfa bar Das hat zur Ent 2 WI 1013 mbar 25 95 2 63 10 10 marg 3 cm 25 95 109 S 25 95 lt Leckrate 10 10 2 10 1 102 10 4 10 10 8 10 10 10 12 Nachweisgrenze He Leckdetektor S wicklung kalibrierter Pr flecks mit sehr kleinen Leckraten gef hrt siehe 9 5 2 3 Dabei handelt es sich um eine me bare Undichtheit aber nicht um ein Leck im Sinne eines Material oder F gefehlers Aus Absch tzungen oder Messungen der Gr e von Atomen Molek len Viren Bak terien etc werden oft landl ufige Begriffe wie wasserdicht oder bakteriendicht abgeleitet siehe Tabelle 9 1 f r genaue Angaben Berechnungen siehe ISO 12807 oder Higson et al Literaturverzeichis
90. 03 1 0E 02 1 0E 01 1 0E 00 1 0E 01 1 0E 02 Vorvakuum Druck Dun mbar min Diagramm 3 TW 70H 63 ISO K 16 Drehfrequenz 1200 Hz Luft gek hlt ohne Splitterschutz Vorvakuum Pumpe TRIVAC D 8 B 1 0E 03 1 0E 02 1 0E 01 1 0E 00 1 0E 01 1 0E 02 Vorvakuum Druck Gun mbar Diagramm 4 TW 70 63 ISO K 16 KF Drehfrequenz 1200 Hz Luft gek hlt ohne Splitterschutz Vorvakuum Pumpe TRIVAC D 8 B Saugverm gen 1 000 1 0E 01 TW 70 68 Z s 1 0 00 100 1 0 01 1 0E 02 Saugverm gen S s 1 0E 03 Gas Durchsatz Q mbar s 1 1 0E 04 1 0E 05 1 0E 04 1 0E 03 1 0E 02 1 0 01 Ansaug Druck min Abb 3 21 1 0E 00 1 0E 01 1 0 02 1 0E 05 An der TW 70 H gemessene Werte Diagramm 1 und abgeleitete Werte Diagramme 2 4 ist unabh ngig von Art und Gr e der ein gesetzten Vorpumpen Die Linie der Masse 16 stellt atomaren Sauerstoff dar der an der Kathode des Massenspektrometers durch Dissoziation von Wasserdampf ge bildet wird In Abb 3 19 ist zum Vergleich das Rest gasspektrum ber der TURBOVAGC 560 bei einem Druck von 8 10 11 mbar wieder gegeben Die Empfindlichkeit des Mas senspektrometers betrug in beiden F llen 10 11 mbar Die hohe Kom
91. 10 10 2 10 8 10 10 6 a D 0 CO2 H20 10 10 2 5 UHV HV Fein V Grob V Hg 2 a 10 S 10 15 12 9 6 3 0 E 2 468 p 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 De Druck mbar p A mittlere Wegl nge 1 0 Teilchenanzahldichte cm Z Fl chensto rate cm 5 1 2 p Zy Volumensto rate 5 1 Zy p Ahh 13 1 Abb 13 2 Abh ngigkeit der mittleren freien Wegl nge A vom Druck f r verschiedene Gase bei 20 Gaskinetisches Diagramm f r Luft bei 20 C 199 Tabellen Formeln Diagramme 10 N N N N K NS N N N 107 N 550 N 10 gt E SS d4 E N D 709 5 el 5 x 10 La 2 N N N E lt Da Zo H he km Abb 13 3 _ Abnahme des Luftdruckes 1 und nderung der Temperatur 2 mit der 1 852 3 4 Entfernung von der Erde 10 10 10 10 Rohrl nge 1 cm
92. 10 mbar wird dieser zu etwa 90 durch Wasserstoff gebildet so da der Partialdruck aller brigen Gase etwa 1 10 11 mbar betr gt Durch Verringern des Wasserstoffpartial druckes auf der Vorvakuumseite einer Turbo Molekularpumpen z B durch Ver wendung gr erer Vorpumpen wird die ser auf der Hochvakuumseite ebenfalls reduziert Das Auftreten von Kohlenwas serstoffen ber Turbo Molekularpumpen Vorvakuumpumpe Vorvakuumme ger t Turbo Molekularpumpe Hochvakuumme ger t Durchflu regler Drosselventil D Abb 3 20 Pr faufbau Kinetische Vakuumpumpen Diagramm 1 TW 70H 63 ISO K 16 Drehfrequenz 1200 Hz Luft gek hlt ohne Splitterschutz Vorvakuum Pumpe TRIVAC D 8 B Diagramm 2 TW 70 H 63 ISO K 16 KF Drehfrequenz 1200 Hz Luft gek hlt ohne Splitterschutz Vorvakuum Pumpe TRIVAC D 8 B 1 00E 01 1 00E 00 1 00E 01 1 00E 02 1 00E 03 1 00E 04 Hochvakuum Druck mbar 1 00E 05 Prim res Diagramm Du gegen pyy 1 00E 06 Fit f r Q 1 84E 00 1 00E 05 Fit f r Q 9 21 01 1 00 04 1 00 03 Fit f r N2 1 84 01 1 00 02 Fit f r N2 1 00E 01 Q 1 84E 02 1 00E 00 Kompression Fit f r 1 84E 02 Fit f r Q 1 84E 01 Fit f r N2 9 21 01 Fit f r N2 Q 1 84E 00 1 0E
93. 11 Offiter 3 Saugstutzenventil 9 5 Saugstutzenventil 12 Auspuffventil 4 Saugkanal 10 Auspuffventil 6 Schmutzf nger 13 Auspuffkanal 5 So Gs 11 Ga E 7 Ansaugstutzen 14 Gasballastkanal 6 Sch pfraum 12 Federb gel 8 Gasballastventil 15 leinspritzung 7 Rotor 13 Blende Anschlu f r lfilter verschlu kappe 16 Schieber i Abb 2 2 Abb 2 3 Schnitt durch eine Drehschieberpumpe TRIVAC A Diese beiden Teile ber hren sich fast l ngs einer Geraden Zylindermantellinie Um die lgedichtete Fl che zu vergr ern wird bei manchen Pumpen eine sogenann te Ankeranlage in den Pumpenring einge arbeitet siehe Abb 2 4 Dadurch wird eine bessere Abdichtung und damit eine h here Kompression bzw ein niedrigerer Enddruck erreicht Von LEYBOLD werden verschie dene Drehschieberpumpenreihen gefertigt die unterschiedlichen Anwendungsf llen besonders angepa t sind wie z B hoher Ansaugdruck tiefer Enddruck Eine Zusam menstellung der hervorstechendsten Ei genschaften dieser Pumpenreihen ist in der Tabelle 2 1 gegeben Die TRIVAC Dreh Ventilanschlag 1 II Vorvakuumstufe I Hochvakuumstufe Abb 2 5 Schnitt durch eine zweistufige Drehschieberpumpe schematisch 24 Schnitt durch eine Drehschieberpumpe TRIVAC B schieberpumpen werden als zweistufige D Pumpen gefertigt siehe sche matische Darstellung in Abb 2 5 Mit zweistufigen l berlagerten Pumpen las
94. 124 7 124 2250 1262 70 2 615 10 3 2 789 103 5 4 015 3 246 60 199 2 130 2 125 2321 1299 69 3 032 3 218 4 4 372 3 521 61 208 6 135 9 126 2393 1337 68 3 511 3 708 3 4 757 3 817 62 218 4 141 9 127 2467 1375 67 4 060 4 267 2 5 173 4 136 63 228 5 148 1 128 2543 1415 66 4 688 4 903 1 5 623 4 479 64 293 1 154 5 129 2621 1456 65 5 406 10 3 5 627 10 3 0 6 108 4 847 65 250 1 161 2 130 2701 1497 64 6 225 6 449 1 6 566 5 192 66 261 5 168 1 131 2783 1540 63 7 159 7 381 2 7 055 5 559 67 273 3 175 2 132 2867 1583 62 8 223 8 438 3 7 575 5 947 68 2856 182 6 133 2953 1627 61 9 432 9 633 4 8 129 6 360 69 298 4 190 2 134 3041 1673 60 10 80 10 10 98 10 3 5 8 719 6 797 70 311 6 198 1 135 3131 1719 59 12 36 12 51 6 9 347 7 260 71 325 3 206 3 136 3223 1767 58 14 13 14 23 7 10 01 7 750 72 339 6 214 7 137 3317 1815 57 16 12 16 16 8 10 72 8 270 73 354 3 223 5 138 3414 1865 56 18 38 18 34 9 11 47 8 819 74 369 6 232 5 139 3512 1915 55 20 92 1053 20 78 10 10 12 27 9 399 75 385 5 241 8 140 3614 1967 54 23 80 23 53 11 13 12 10 01 76 401 9 251 5 53 27 03 26 60 12 14 02 10 66 77 418 9 261 4 52 30 67 30 05 13 14 97 11 35 78 436 5 271 7 51 34 76 33 90 14 15 98 12 07 79 4547 282 3 50 39 35 10 3 38 21 1053 15 17 04 12 83 80 473 6 293 3 49 44 49 43 01 16 18 17 13 63 81 493 1 304 6 48 50 26 48 37 17 19 37 14 48 82 513 3 316 3 47 56 71 54 33 18 20 63 15 37 83 534 2 328 3 46 63 93 60 98 19 21 96 16 31 84 555 7 340
95. 2 1 cm sel m SI cm ei kg g 5 1 m 951 cm ei mK mbar bar 5 1 km s kJ mPa s m3 cm If 9 1 L L h o ppm gi m 8 1 cm J kJ kWh Ws J Kt kJ Ki wW rad e s s min h nn mn s min h Nr der Anmerkung in Abschnitt 14 3 3 24 3 25 3 3 3 3 3 3 3 26 3 11 3 27 Hinweis s Tabelle 13 5 f r Stoff i engl C f r conductance reine Zahl s Nr 120 s Nr 121 s Nr 117 s Nr 118 a p Cp s Tabelle 13 5 s Nr 20 ppm parts per million rad Radiant reine Zahl s Tab 14 4 4 s Tab 14 4 4 212 14 3 Anmerkungen zur alphabetischen Liste des Abschnitts 14 2 3 1 Aktivit t Bisherige Einheit Curie Ci 1Ci 3 7 1010 5 1 37 ns 3 2 C Celsius Temperatur Grad Celsius C ist ein besonderer Name f r die SI Einheit Kelvin K s Nr 122 bei Angabe von Gelsius Temperaturen Grad Celsius ist gesetzlich zugelassen 3 3 Druck Hier ist die Neufassung von DIN 1314 zu beachten Die Festlegungen dieser Norm beziehen sich in erster Linie auf Fluide Fl ssigkeiten Gase D mpfe In DIN 1314 wird neben der abgeleiteten SI Ein heit 1 Pa 1 m als besonderer Name f r den zehnten Teil des Megapascal MPa das Bar bar angegeben 1 bar 0 1 MPa 105 Pa Dies ist in bereinstimmung mit 150 1000 11 92 Demgem ist auch
96. 2 12 Arbeitsvorg nge innerhalb einer Drehschieberpumpe mit Gasballasteinrichtung Wenn B das den Sch pfraum der Pumpe pro Zeiteinheit eingelassene Luftvolumen bezogen auf 1013 mbar Gasballast und S das Nenn Saugverm gen der Pumpe ist und B S 0 1 so bildet sich bei einem An saugdruck von beispielsweise 10 mbar Ansaugstutzen durch den Gasballast einla im Sch pfraum ein Mischdruck 0 1 1013 0 9 10 101 3 9 110 mbar folglich wird also die Kompression f r Erreichen von atmosph rischem Druck 10 sein Beispiel 1 Mit einer Drehschieberpumpe werden zusammen mit 10 Teilen Perma nentgasen 4 Teile Wasserdampf etwa 28 abgepumpt Der Ansaugdruck sei 1 4 mbar also der Anteil der Permanent gasen P 1 mbar und der Wasserdampf anteil pp 0 4 mbar F r das Ausschieben des Gemisches gelte der Verdichtungs druck Py 1 35 bar 1 bar Auen AP auspuffiter 0 35 bar Zum Off nen des Auspuffventils ist also eine Kom pression von 1350 1 4 964 erforderlich steigt dabei auf 964 mbar an Bei dieser Kompression m te der Wasserdampf druck einen Wert von 386 mbar erreichen Bei einer Pumpentemperatur von 70 C tritt aber bereits bei 312 mbar Kondensation ein und der Wasserdampf beginnt bei einer Kompression von 780 zu kondensieren also bei einem Gesamtdruck von P pp a4 a Ohne Gasballast 1 Die Pumpe ist an das schon fast luftleere Gef angeschlossen
97. 2 16 Das Verh ltnis 5 5 Theoretisches Saug verm gen der W lzkolbenpumpe zu Saugverm gen der Vorpumpe wird als Abstufung k bezeichnet Man erh lt aus Gleichung 2 16 2 17 Gleichung 2 16 besagt da die in einer W lzkolbenpumpe erzielbare Kompression k stets kleiner sein mu als die Abstufung Kn zwischen W lzkolbenpumpe und Vor pumpe da der volumetrische Wirkungs grad stets lt 1 ist Kombiniert man die Gleichungen 2 14 und 2 17 so erh lt man f r den Wirkungsgrad die bekannte Bezie hung ko 2 18 In Gleichung 2 17 f r den Wirkungsgrad kommen lediglich Kenngr en der Kom bination W lzkolbenpumpe Vorpumpe vor n mlich die maximale Kompression k der W lzkolbenpumpe und die Abstufung zwischen W lzkolbenpumpe und Vorpum pe Saugverm gen 8 9 Ko p der Kofkotk n en Ansaugdruck SE 2001 5 weieen iv Gleichung 2 14 5 8 v gsgra 100 250 8 0 12 5 0 61 1 220 21 40 250 8 0 18 0 69 1 380 1 2 10 250 8 0 33 0 8 1 600 1 6 5 250 8 0 42 0 84 1 680 0 75 1 250 8 0 41 0 84 1 680 0 15 5 10 1 220 9 1 35 0 79 1 580 7 102 1 10 1 120 16 6 23 0 6 1 200 1 102 4 102 30 67 18 0 21 420 10 3 Die Werte der beiden rechten Spalten ergeben punktweise die Saugverm genskurven Kombination WA 2001 E250 siehe Abb 2 57 oberste Kurve Saugverm genscharakteristik Kombination WA 2001 E250 Tabelle 2 3 49 Mechani
98. 47 8 11 DP I PPE 50 100 77 89 63 29 62 27 64 21 38 7 12 Ethylalkohol CH CH 0H 31 100 45 34 27 24 29 23 46 17 26 8 13 Freon F 11 CCIF 101 100 103 60 35 16 66 15 47 12 31 10 14 Freon F12 CCIF 85 100 87 32 50 16 35 12 15 Freon F13 CCIF 69 100 85 15 50 14 31 9 35 7 87 5 16 Freon F 14 CF 69 100 12 77 19 6 31 5 50 8 17 Freon F 23 CHF 51 100 31 58 69 40 50 19 52 1 21 1 18 Freon F 113 CL 101 100 103 62 85 55 31 50 151 41 153 25 19 Helium He 4 100 20 Heptan CH 43 100 41 62 29 49 27 40 57 34 71 28 21 Hexan Del 41 100 43 92 57 85 29 84 27 65 56 50 22 Wasserstoff 2 100 1 5 23 Schwefelwasserstoff 5 34 100 32 44 33 42 36 4 35 2 24 Isopropylalkohol CH 45 100 43 16 27 16 29 10 41 7 39 6 25 Krypton Kr 84 100 86 31 83 20 82 20 80 4 26 Methan CH 16 100 15 85 14 16 13 8 1 4 12 2 27 Mehtylalkohol CH 0H 31 100 29 74 32 67 15 50 28 16 2 16 28 Methylethylketon CH 43 100 29 25 72 16 27 16 57 6 42 5 29 MP l 43 100 41 91 57 73 55 64 71 20 39 19 30 Neon Ne 20 100 22 10 10 1 31 Stickstoff N 28 100 14 7 29 1 32 Sauerstoff 0 32 100 16 11 33 Perfuorkerosene 69 100 119 17 51 12 131 11 100 5 31 4 34 Perfluortributylamine 69 100 131 18 31 6 51 5 50 3 114 2 35 Silan SiH 30 100 31 80 29 31 28 28 32 8 33 2 36 Siliziumtetrafluorid SI 85 100 87 12 28 12 33 10 86 5 47 5 37 Toluol C H CH 91 100 92 62 39 12 65 6 45 5 4 51 4 38 Trichlorethan CHCl 97 100 61 87 99 61 26 43 27 31 63 27 39 Trichlorethylen CHE 95
99. 63 104 15 8 einige Sekunden 21 5 1 66 104 63 1 einige Sekunden 17 2 1 33 10 1 min 48 s einige Sekunden 4 3 3 32 105 5 min 15 s einige Sekunden 0 86 6 63 10 6 26 19 einige Sekunden DI 7 70 107 h 46 einige Sekunden Diese Leckrate ist die Nachweisgrenze guter Halogen Leckdetektoren 0 1 g a Tabelle 9 3 Vergleich Blasenmethode Tauchtechnik Helium Leckdetektor 149 Lecksuche hochfrequenten Wechselstrom liefert be steht wird durch Ann herung der Spr h elektrode an die Apparatur in dieser eine elektrodenlose Entladung erzeugt Inten sit t und Farbe dieser Entladung h ngen vom Druck und von der Gasart ab Die Leuchterscheinung der Entladung l t einen Schlu auf die Gr enordnung des in der Apparatur herrschenden Druckes zu Bei hohen und niederen Dr cken ver schwindet das Leuchten der Entladung Zur Lecksuche bei Glasapparaturen wer den die leckverd chtigen Stellen mit der Elektrode des Hochfrequenz Vakuumpr fers abgetastet Bei Vorhandensein einer Undichtheit schl gt der Funke zu der Pore in der Glaswand hin in der sich eine hell leuchtende Entladungsbahn zeigt Kleine Poren k nnen durch diese Funken ver gr ert werden Auch d nne Stellen im Glas besonders an Verschmelzstellen und bergangsstellen bei Zwischengl sern k nnen durch die Spr hentladung des Va kuumpr fers durchgeschlagen werden Urspr nglich dichte Apparaturen werden
100. 7 45 71 98 1053 68 36 10 20 23 37 17 30 8 578 0 353 5 44 80 97 76 56 21 24 86 18 34 8 601 0 366 6 43 90 98 85 65 22 26 43 19 43 87 6249 380 2 2 102 1 95 70 23 28 09 20 58 88 649 5 394 2 41 114 5 1073 106 9 10 24 29 83 21 78 89 6749 408 6 40 0 1283 0 1192 25 31 67 23 05 90 701 1 423 5 39 0 1436 0 1329 26 33 61 24 38 91 728 2 438 8 38 0 1606 0 1480 27 35 65 25 78 92 756 1 454 5 37 0 1794 0 1646 28 37 80 27 24 93 784 9 470 7 36 0 2002 0 1829 29 40 06 28 78 94 8146 487 4 Tabelle 13 13 S ttigungsdampfdruck p und Dampfdichte von Wasser im Temperaturbereich 100 140 C Quellen Smithsonian Meteorological Tables 6th ed 1971 und VDI Wasserdampftafeln 6 Ausgabe 1963 187 Tabellen Formeln Diagramme Gruppe A Gruppe B Gruppe C Methan c Ethylen Wasserstoff Ethan c Buta 1 3 dien Acetylen Propan Aerylonitril Kohlenstoffdisulfid Butan Wasserstoffeyanid Pentan c Diethylether s Hexan c Ethylenoxid Heptan c 1 4 Dioxan Octan a Tetrahydrofuran Cyclohexan c Tetrafluoroethylen Propylen a Styren s b Benzol s c Toluol Legende A Gruppe Gruppe C Xylen a MESG 1 gt 0 9 mm 0 5 0 9 mm lt 05 mm Naphtalen 2 ratio gt 0 8mm 0 45 0 8 mm lt 0 45 mm Methanol s c 1 Minimum Electrical Spark Gap Ethanol s 2 Minimum Ignition Current Propylalkohol c Das Verh ltnis bezieht sich auf den MIC
101. Annual Sym posium on Frequency Controll 479 1959 Chih shun Lu Improving the accuracy of Quartz csystal monitors Research Development Vol 25 45 50 1974 Technical Publishing Company A Wajid Improving the accuracy of a quartz crystal microbalance with automatic determinati on of acoustic impedance ratio Rev Sci Instruments Vol 62 8 2026 2033 1991 228 D Graham and R C Lanthrop The Synthesis fo Optimum Transient Response Criteria and Standard Forms Transactions IEEE Vol 72 pt Il Nov 1953 M Lopez J A Miller L Smith and P W Murrill Tuning Controllers with Error Integral Criteria Instrumentation Technology Nov 1969 C L Smith and P W Murril A More Precise Method for Tuning Con trollers ISA Journal May 1966 G H Cohen and G A Coon Theoretical considerations of Retarded Control Taylor Technical Data Sheet Taylor Instru ment Companies Rochester New York J G Ziegler and N B Nichols Optimum Settings for Automatic Control lers Taylor Technical Data Sheet No TDS 10A100 Taylor Instrument Companies Rochester New York Lu and A W Czanderna Application of Piezoelectric Quarz Crystal Microbalances Vol 7 of Methodes and Phenomena Their Applications in Sience and Technology Elesvier Amsterdam Oxford New York Tokio 1984 G Simmons and H Wang Single Crystal Elastic Constants and Cal culated Aggregate Properties A Hand book Th
102. Beginn an mit der Weiterentwicklung der Vakuumtechnik befa t Urspr nglich wa ren es nur Vakuumger te f r wissen schaftliche Versuche Dann war es vor allem Wolfgang Gaede dem Sch pfer vieler moderner Vakuumpumpen der eine Reihe bahnbrechender Neukonstuktionen entwickelte Nach und nach gab es immer mehr technische Anwendungen die so wohl die Weiterentwicklung bekannter Pumpprinzipien vorantrieb als auch die Entwicklung innovativer neuer Techniken initiierte Die Tabelle 1 2 zeigt wichtige Meilensteine der Entwicklung von Vakuumpumpen aus Sicht der Oerlikon Leybold Vakuum GmbH seit 1850 Vakuumger te f r wissenschaftliche Versuche 1905 Rotierende Quecksilberhochvakuumpumpe 1909 Kapselpumpe von Gaede 1913 Molekularreibungspumpe von Gaede 1915 Quecksilberdiffusionpumpen von Gaede 1935 Gaballastpumpe Gaede 1954 W lzkolbenpumpen RUVAG Rootspumpen Rootsgebl se 1967 Drehschieberpumpe mit angeflanschtem Motor TRIVAC A 1971 Turbomolekularpumpe lgeschmiert 1975 1 Magnetgelagerte Turbo Molekularpumpe T 550 M 1976 Refrigeratorkryopumpe COOLVAC 1981 Drehschieberpumpe mit angeflanschtem Motor und integrierter lpumpe TRIVAC 1991 1 Kryopumpe mit Schnellregeneration COOLVAC FIRST 1998 Hubkolbenpumpe EcoDry L 1999 Hubkolbenpumpe EcoDry M Tabelle 1 2 Vakuumphysik 1 6 Gr en deren Formel zeichen Einheiten und Definitionen Vergleiche DIN 284
103. Betriebstemperaturen lt 80 lt 20 83 Gasbindende Vakuumpumpen zur Verf gung stehende Netto K ltelei stung ma gebend f r die Saugleistung und den Crossover Wert Die Netto K ltelei stung ist abh ngig von der Konfigurati on der Pumpe wesentlich geringer als die K lteleistung des verwendeten Kalt kopfes ohne Pumpe da bereits die Kalt fl chen und deren Strahlungsbelastung eine Grundlast f r die K ltemaschine dar stellt pV Strom siehe 1 6 1 Regenerierzeit Als gasbindende Vakuum pumpe mu die Kryopumpe nach einer ge wissen Betriebszeit regeneriert gereinigt werden Unter Regenerieren versteht man das Entfernen von kondensierten und ad sorbierten Gasen von den Pumpfl chen durch Erw rmen Das Regenerieren kann total vollst ndig oder nur partiell teil weise erfolgen und unterscheidet sich in erster Linie durch die Art und Weise des Erw rmens der Pumpfl chen Beim Totalregenerieren unterscheidet man 1 Nat rliches Aufw rmen Nach Ausschal ten des Kompressors erw rmen sich die Kryofl chen zun chst durch W rmeleitung sehr langsam und danach zus tzlich durch die freiwerdenden Gase W rmenbr cke ber das Gas zwischen Kaltfl che und Au entemperatur Au enw nde der Pumpe werden dadurch vor bergehend kalt 2 Sp lgasmethode Die Kryopumpe wird durch Einla eines warmen Sp lgases auf gew rmt 3 Elektrische Heizer Die Kaltfl chen der Kryopumpe werden dur
104. D J Crawley A method of measuring back migration of oil through a baffle Vacuum Vol 16 11 623 624 1966 M H Hablanian Backstreaming Measurements above Liquid Nitrogen Traps Vac Sci Tech Vol 6 265 268 1969 Z Hulek Z Cespiro R Salomonovic M Setvak and J Voltr Measurement of oil deposit resulting from backstreaming in a diffusion pump system by proton elastic scattering Vacuum Vol 41 7 9 1853 1855 1990 M H Hablanian Elimination of backstreaming mechanical vacuum pumps J Vac Sci Technol A5 4 1987 2612 2615 from 16 3 Ultrahochvakuumtechnik G Kienel Probleme und neuere Entwicklungen auf dem Ultrahochvakuum Gebiet VDI Zeitschrift 106 1964 777 786 G Kienel und E Wanetzky Eine mehrmals verwendbare Metalldich tung f r ausheizbare Ultrahochvakuum Ventile und Flanschdichtungen Vakuum Technik 15 1966 59 61 H G N ller Physikalische und technische Vorausset zungen f r die Herstellung und Anwen dung von UHV Ger ten ergebnisse europ ischer vakuum Forschung LEYBOLD HERAEUS GmbH u Co im Eigenverlag K ln 1968 49 58 Ultrahoch W B chler Probleme bei der Erzeugung von Ultra hochvakuum mit modernen Vakuumpum pen ergebnisse europ ischer Ultrahochvaku um Forschung LEYBOLD HERAEUS GmbH u Co im Eigenverlag K ln 1968 139 148 Readhead J P Hobson und E V Kornelsen The Physical Basis of Ultrahigh Vacuum Chapman and Hall
105. Erst wenn der Dampf abgepumpt ist sollte das Gasballastventil geschlossen werden um zu niedrigen Enddr cken zu gelangen Leybold Pumpen haben im allgemeinen eine Wasserdampfvertr glichkeit zwischen 20 und 66 mbar Zweistufige Pumpen k nnen sofern sie verschieden gro e Sch pfr ume besitzen entsprechend dem Kompressionsverh ltnis zwischen ihren Stufen andere Wasserdampfvertr glichkei ten haben 2 1 2 7 Kondensatoren Die Kondensatoren geh ren eigentlich in die Gruppe der Gasbindenden Pumpen Da sie aber praktisch immer in Kombina tion mit Gasballastpumpen Drehschieber und Sperrschieberpumpen eingesetzt werden sollen sie hier besprochen werden um diesen Zusammenhang unterstreichen Zum Abpumpen gr erer Mengen von Wasserdampf ist der Kondensator die wirt schaftlichste Pumpe Der Kondensator wird in der Regel mit Wasser solcher Tempera tur gek hlt da die Kondensator Tempera tur gen gend tief unter dem Taupunkt des Wasserdampfes liegt um eine wirtschaft liche Kondensations oder Pumpwirkung zu gew hrleisten Zur K hlung werden aber auch andere Stoffe wie z B Sole und K l temittel NH Frigen verwendet Beim Abpumpen von Wasserdampf im in dustriellen Ma stab f llt immer auch eine gewisse Menge Luft an die entweder im Dampf enthalten ist oder von Undichtheiten der Anlage herr hrt Die folgenden f r Luft und Wasserdampf angestellten Betrachtun gen gelten in sinngem er bertragung
106. Es laufen dann so viele Prozesse parallel ab wie Proze stationen an der An lage vorhanden sind Durch die Abdichtung der Proze stationen kann eine sehr gute vakuumtechnische Trennung der einzelnen Prozesse voneinander erreicht werden Al lerdings bestimmt der langsamste Pro ze schritt die Taktzeit F r besonders zeit intensive Prozesse m ssen daher unter Umst nden zwei Proze stationen reser viert werden Beschichtungsverfahren oE ANA E AN I 2 d A Eys NF e u IE Si CR Abb 11 10 Anlage zur Beschichtung von Datenspeicherplatten mit Carrier Transportsystem Abb 11 11 Anlage f r Einzelbeschichtung von Datenspeichern 175 Betriebshinweise f r Apparaturen 12 Betriehshinweise f r Vakuum Apparaturen 12 1 Fehlerursachen bei Nicht Erreichen oder zu sp tem Erreichen des gew nschten Enddruckes Wird in Vakuum Apparaturen der ge w nschte Enddruck nicht oder erst nach viel zu langer Pumpzeit erreicht so k nnen folgende Fehler hierf r verantwortlich sein Wird der gew nschte Enddruck nicht er reicht kann e die Apparatur undicht oder verschmutzt die Pumpe verschmutzt oder besch digt das Vakuummeter defekt sein Wird der gew nschte Enddruck erst nach sehr langer Zeit erreicht kann e die Apparatur verschmutzt e die Saugleitung mit den Drosselstellen zu eng e die Pumpe verschmutzt oder zu klein
107. Fall mu das durch die Undichtheiten in die Vakuumanlage eingedrungene Pr fgas innerhalb der Apparatur nachgewiesen werden Eine andere M glichkeit ist die Dichtheitspr fung nach der berdruck methode vorzunehmen Die zu pr fende Apparatur wird unter geringem berdruck mit einem Pr fgas Helium gef llt so da das Pr fgas durch die Leckstellen nach au en dringt und au erhalb der Apparatur nachgewiesen wird Der Nachweis erfolgt mit Lecksuchsprays Seifenschaum 9 4 5 oder bei Pr fgas He oder H mit Leck detektor und Schn ffeleinrichtung 9 7 2 9 4 2 Druckabfallpr fung Hier gelten analoge berlegungen wie bei der Druckanstiegs Methode 9 4 1 Die Methode wird allerdings zur Dichtheitspr fung von Vakuum Anlagen nur selten an gewendet Ist dies trotzdem der Fall so darf der berdruck 1 bar nicht berschreiten da die in der Vakuumtechnik verwendeten Flanschverbindungen h here berdr cke im allgemeinen nicht zulassen Die ber druckmethode ist aber im Beh lterbau eine allgemein ge bte Leckpr ftechnik Bei gr eren Beh ltern und den oft damit ver bundenen langen Pr fzeiten f r den Druck abfall mu unter Umst nden mit Tempe ratur nderungen gerechnet werden Als Folge davon kann etwa bei Abk hlung der S ttigungsdampfdruck des Wasserdamp fes unterschritten werden so da Wasser kondensiert was bei der Messung des Druckabfalles entsprechend ber cksichtigt werden mu 9 4 3 Dichtheits
108. Geeignet Geeignet Geeignet Bedingt geeignet EPDM Nicht geeignet Nicht geeignet Nicht geeignet Nicht geeignet Nicht geeignet Technische Daten Viskosit t bei 40 C mm2 s 30 77 32 68 28 bei 100 C mm s 6 10 6 9 6 Flammpunkt S 220 245 228 260 245 Dampfdruck bei 20 C mbar Keine Angabe Keine Angabe Keine Angabe Keine Angabe Keine Angabe bei 100 C mbar 5 103 1 103 5 102 1 103 Keine Angabe Dichte bei 15 g m 0 86 0 87 0 87 0 87 0 92 Pourpoint C 27 24 9 18 57 Mittleres Molekulargewicht g mol Keine Angabe Keine Angabe Keine Angabe Keine Angabe Keine Angabe Bitte beachten Sie da die genannten Technischen Daten typische Kenndaten sind Geringe Schwankungen sind chargenbedingt Die hier genannten Technischen Daten stellen keine Zusicherung von Eigenschaften dar 1 bei 20 C 2 Die Schmierstoff Best ndigkeit ist stark abh ngig von der H he des Acrylnitril Gehalts im NBR 3 Achtung Bei thermischer Zersetzung gt 290 C werden toxische und korrosive Gase freigesetzt Beim Umgang mit PFPE ist offenes Feuer fernzuhalten Im Arbeitsbereich darf nicht geraucht werden Tabelle 13 160 l Empfehlungen f r SOGEVAC Pumpen zu verschiedenen Einsatzgebieten 192 GS 555 Tabellen NC 10 Formeln DOT 4 Diagramme NC 1 14 Ester l Alkylsulfons ureester Bremsfl ssigkeit Perfluorierter Polyether PFPE Einsatz bei erh hten Temperaturen Abpumpen von Luft chemisch inerten Permanentgasen
109. H lle gemessen werden Ein Sonderfall der Anreicherungsmethode ist der Bombing Test siehe 9 7 4 Bei der sogenannten Schn ffeltechnik eine andere Variante der berdruckmethode wird das aus Lecks ausstr mende Pr f Gas durch eine be sondere Vorrichtung gesammelt abge saugt und dem Leckdetektor zugef hrt Das kann sowohl mit Helium als Pr fgas als auch mit K ltemitteln oder SF durch gef hrt werden d Lokale Lecksuche Pr fling unter Testgas berdruck 9 4 Lecksuchmethoden ohne Lecksuchger t Die sinnvollste Unterscheidung der bei der Lecksuche zur Anwendung kommenden Pr fmethode ist die Unterscheidung ob besondere Lecksuchger te zum Einsatz kommen oder nicht Im einfachsten Fall kann eine Undichtheit qualitativ bei manchen Pr fmethoden aber auch quantitativ als Leckrate ohne Zuhil fenahme eines besonderen Lecksuchger tes Leckdetektors LD festgestellt werden So kann die Menge des aus einem un dichten Wasserhahn abtropfenden Was sers zeitbezogen in einem Me glas be stimmt werden doch man wird dabei nicht von einem Lecksuchger t sprechen In jenen F llen in denen bei der Lecksuche auch ohne Lecksuchger t die Leckrate be stimmbar ist siehe z B Abschnitt 9 4 1 wird diese h ufig auf die Heliumstandard Leckrate Abschnitt 9 2 1 umgerechnet Dieser Standard Leckratenwert wird oft bei der Anfertigung von Abnahmezertifikaten ben tigt dient aber auch dem Vergleich 147
110. Hersteller von Vakuumpumpen haben in zwischen Schraubenvakuumpumpen im Programm Offenbar setzt sich das Schraubenprinzip f r trockenverdichtende Vorpumpen mit mittleren und h heren Saugverm gen durch Prinzip Die Abb 2 37 zeigt wie durch die zwei Rotoren und das Geh use mehrere ge schlossene Kammern entstehen welche eine mehrstufige Verdichtung erm gli chen Durch die gegensinnige Drehung der Rotoren bewegen sich die Kammern kon tinuierlich von der Eintritts zur Austritts seite der Pumpe wodurch eine pulsati onsarme Gasf rderung entsteht Die End dr cke liegen blicherweise zwischen 10 mbar und 1 mbar Typische Stufen druckverh ltnisse liegen zwischen 5 und 15 Um das zu erreichen mu das Profil eine geschlossene Dichtlinie zwischen den Rotoren gew hrleisten Das erreicht man beispielsweise durch ein modifiziertes Evolventenprofil hnlich wie es auch f r Zahnr der verwendet wird Schrauben vakuumpumpen erm glichen eine nahezu kontinuierliche Gasf rderung ohne Um lenkung des Gasstroms und k nnen so auch Partikel und Fl ssigkeiten gut trans portieren Deshalb sind sie auch f r harte Applikationen gut geeignet Wie bei anderen trockenverdichtenden spaltgedichteten Vakuumpumpen m s sen auch bei der Schraubenmaschine sehr enge Spalte zwischen den Bauteilen reali siert werden Ansonsten w rden die vom Druckgef lle getriebenen inneren Leckagen auf Kosten von Saugverm gen und End druck zu
111. Komponente propor tional die f r den Peak verantwortlich ist Da der Ionenstrom dem Partialdruck proportional ist ist die Proportiona lit tskonstante Empfindlichkeit von Gas zu Gas verschieden Obwohl diese Annahmen nicht immer rich tig sind siehe Robertson Mass Spectro metry stellen sie eine brauchbare Ar beitshypothese dar Bei der qualitativen Analyse wird das un bekannte Spektrum mit bekannten Spek tren einer Bibliothek verglichen Jedes Gas ist durch sein Spektrum eindeutig festge legt Bei dem Bibliotheksvergleich handelt es sich um ein Mustererkennungsverfah ren Je nach Hilfsmitteln kann der Ver gleich mit unterschiedlichen Hilfsmitteln erfolgen So zum Beispiel nach Lage Gr e und Reihenfolge der 5 der 10 gr ten Peaks Naturgem ist der Vergleich erst nach einer Normierung des Spektrums Nr Gas Symbol 1 100 2 3 4 5 6 1 Azeton CH CO 43 100 15 42 58 20 14 10 27119 42 8 2 Luft 28 100 32 27 14 6 16 3 40 1 3 Ammoniak NH 17 100 16 80 15 8 14 2 4 Argon Ar 40 100 20 10 5 Benzol CeHe 78 100 77 22 51 18 50 17 52 15 39 10 6 Kohlendioxid CO 44 100 28 11 16 9 12 6 45 1 22 1 7 Kohenmonoxid co 28 100 12 5 16 2 29 1 8 Tetrachlorkohlenstoff ccl 69 100 50 12 31 5 19 4 9 Dp ODC 705 78 100 76 83 39 73 43 59 91 32 10 l Fomblin 69 100 20 28 16 16 31 9 97 8
112. Lecksuche von Leckratenwerten die mit Helium Leck suchger ten ermittelt wurden Trotz sorgf ltiger Pr fung der einzelnen Bauelemente k nnen auch nach dem Zu sammenbau in der Apparatur Lecks vor handen sein Sei es da Dichtungen schlecht sitzen oder die Dichtfl chen be sch digt sind Die zum Pr fen einer Appa ratur verwendeten Verfahren h ngen von der Gr e der Undichtheiten ab bzw von der angestrebten Dichtheit und auch davon ob die Apparatur aus Metall oder aus Glas bzw anderen Werkstoffen be steht Im Folgenden werden einige Leck suchmethoden skizziert Sie werden den speziellen Anwendungsf llen entsprechend eingesetzt wobei oft auch konomische Gesichtspunkte eine wichtige Rolle spie len 9 4 1 Druckanstiegspr fung Diese Arte der Lecksuche macht von der Tatsache Gebrauch da eine Undichtheit eine zeitlich gleichbleibende Gasmenge in eine hinreichend evakuierte Apparatur ein str men l t verblockter Gasstrom siehe Abb 1 6 Im Gegensatz dazu nimmt die Gasabgabe von Beh lterw nden und von den zur Dichtung verwendeten Materialien falls diese nicht hinreichend gasfrei sind mit der Zeit ab da es sich dabei praktisch immer um kondensierbare D mpfe han delt f r die sich ein Gleichgewichtsdruck einstellt siehe Abb 9 5 F r die Druck anstiegsmessung wird das pumpenseitige Ventil des evakuierten Rezipienten ge schlossen Dann wird die Zeit gemessen Druck 7 Zeit 1 U
113. NEG Pumpen sind e konstantes Saugverm gen im HV und UHV e keine Druckbegrenzung bis etwa 12 mbar e besonders hohes Saugverm gen f r Wasserstoff und seine Isotope e nach dem Aktivieren kann die Pumpe vielfach bei Raumtemperatur arbeiten und braucht dann keine elektrische Energie e keine St rungen durch Magnetfelder e kohlenwasserstoffreies Vakuum e vibrationsfrei e geringes Gewicht NEG Pumpen werden meist in Kombina tion mit anderen UHV Pumpen eingesetzt Turbo Molekular und Kryopumpen Diese Kombinationen haben sich als besonders n tzlich erwiesen um den End druck in UHV Systemen zu senken da Wasserstoff den Hauptanteil am Enddruck einer UHV Anlage bildet wof r gerade die NEG Pumpe ein hohes Saugverm gen hat w hrend die Pumpwirkung anderer Pum pen f r H gering ist Einige typische Ein satzbeispiele f r NEG Pumpen sind Teil chenbeschl uniger und hnliche For schungsanlagen Oberfl chenanalysenge r te SEM Kolonnen und Sputtersysteme NEG Pumpen werden mit Saugverm gen von einigen s bis etwa 1000 s herge stellt Mit Spezialausf hrungen werden sogar Saugverm gen f r Wasserstoff er reicht die noch um viele Gr enordnun gen h her liegen 4 2 Kryopumpen Wir wissen alle da sich an kalten Wasser leitungen oder Fensterscheiben Kondens wasser niederschl gt oder sich auf der Ver dampfereinheit im K hlschrank Reif bzw Eis bildet Diese aus dem t glichen Leben be kannte Ers
114. Proc of the Fourth Intern Vacuum Congress 1968 II Inst of Physics Conference Series Nr 6 London 661 665 G Reich Probleme bei der Messung sehr niedriger Total und Partialdr cke ergebnisse europ ischer vakuum Forschung LEYBOL HERAEUS GmbH u Co im Eigenverlag K ln 1968 99 106 Ultrahoch A Barz und P Kocian Extractor Gauge as a Nude System J Vac Sci Techn 7 1970 1 200 203 U Beeck und G Reich Comparison of the Pressure Indication of a Bayard Alpert and an Extractor Gauge J Vac Sci and Techn 9 1972 1 126 128 U Beeck Untersuchungen ber die Druckmessun gen mit Gl hkathoden Inisations Vakuum metern im Bereich gr er als 10 3 Torr Vakuum Technik 22 1973 16 20 G Reich ber die M glichkeiten der Messung sehr niedriger Dr cke Me technik 2 1973 46 52 G Reich Spinning rotor viscosity gauge a transfer standard for the laboratory or an accurate gauge for vacuum process control J Vac Sci Technol 20 4 1982 1148 1152 G Reich Das Gasreibungs Vakuummeter VISCO VAC VM 210 Vakuum Technik 31 1982 172 178 G Grosse und G Messer Calibration of Vacuum Gauges at Pressu res below 10 9 mbar with a molecular beam method Vakuum Technik 30 1981 226 231 225 Literaturverzeichnis Chr Edelmann et al M glichkeiten der Me bereichserweite rung bei Gl hkathoden lonisationsmano metern zahlreiche Literaturhinweise Vakuum Technik 31 1982 2 10
115. R ckf hrung auf 121 NEG Pumpen Massiv Getterpumpen Nennweite und Innendurchmesser 75 78 186 Neopren Dichtungen 105 189 Nomogramm Auspumpzeit im Feinvakuum Be r cksichtigung der Gasabgabe 204 Nomogramm Auspumpzeit im Grobvakuum 201 Nomogramm Leitwert gesamtes Druckgebiet 203 Nomogramm Leitwert Molekularstr mung 200 202 Nomogramm Rohrleitwerte bei Laminarstr mung 200 Nomogramme 100 Nomographische Bestimmung von Leitwerten 19 Normalbedingungen 10 Normdruck 12 Normen in der Vakuumtechnik 215 219 Nullpunktunterdr ckung gleitende 152 0 Offene lonenquelle 131 l Dampstrahlpumpen 62 l Diffusionspumpen 60 le f r Vorvakuumpumpen 33 190 195 le Treibmittel 63 196 lfreies kohlenwasserstoffreies Vakuum 20 34 59 64 66 ff Olgedichtete Rotations verdr ngerpumpen 23 lr ckstr mung lr ckdiffusion 20 21 64 lverbrauch 176 177 lverschmutzung 176 lwechsel 177 Operationsdiagramme 74 98 Optische Schichten 173 Oszillationsverdr ngerpumpen 53 Oszillator aktiv mode lock 164 165 Oxydkathoden 117 131 155 Papiertrocknen 95 Partialdruck 11 Partialdruckmessung 139 Partialdruckregelung 142 Partial Enddruck 113 Pascal Blaise 9 Paschenkurve 208 Penning Vakuummeter 116 Perbunan 105 189 206 P rier 9 Periodenmessung 163 Permanentgase 113 Phasendiagramm von Wasser 209 Photonen 118 PIEZOVAG 111 Pirani Vakuummeter 114 Plastikz
116. Saugverm gen aller Rotationsverdr ngerpumpen rasch ab Als unterste Grenze des normalen Druck Arbeitsbereiches dieser Pumpen sollte daher derjenige Druck angenommen werden bei dem das Saugverm gen noch etwa 50 des Nennsaugverm gens betr gt 87 Pumpen Auswahl Dimensionierung Zwischen 1 und 10 2 mbar haben beim Anfallen gro er Gasmengen W lzkolben pumpen mit Rotationsverdr ngerpumpen als Vorpumpen optimale Pumpeigenschaf ten siehe Abschnitt 2 3 Dabei gen gt eine einstufige Rotationsverdr ngerpumpe wenn der Haupt Arbeitsbereich oberhalb 10 1 mbar liegt Liegt er zwischen 10 1 und 10 2 mbar so empfiehlt es sich eine zwei stufige Vorpumpe zu w hlen Unterhalb 10 2 mbar nimmt das Saugverm gen von ein stufigen W lzkolbenpumpen in Kombinati on mit zweistufigen Rotationsverdr ngerpumpen als Vor pumpen ab Zwischen 10 2 und 10 4 mbar haben aber zweistu fige W lzkolbenpum pen oder zwei hintereinander geschaltete einstufige W lz kolbenpumpen mit zweistufigen Rota tionsverdr ngerpumpen als Vorpumpen noch ein sehr hohes Saugverm gen An dererseits ist dieser Druckbereich das eigentliche Arbeitsgebiet von Treibmittel Dampfstrahlpumpen F r Arbeiten in die sem Druckbereich sind sie die wirtschaft lichsten und der Anschaffung billigsten Vakuumpumpen die es gibt Als Vor pumpen sind einstufige Rotationsver dr ngerpumpen geeignet Wenn auf sehr wenig Wartung und ventillosen Betrieb Wert gelegt wi
117. Steuerventil 18 mit Steuerscheibe 17 und Steuerbohrungen wird zuerst der Druck im Steuervolumen 16 ge ndert was die Bewegung der Displacer 6 der Gasbindende Vakuumpumpen ersten Stufe und 11 der zweiten Stufe veranla t gleich danach wird durch den Steuermechanismus auch der Druck im gesamten Zylindervolumen auf den glei chen Wert gebracht ber flexible Druck leitungen ist der Kaltkopf mit dem Kom pressor verbunden 4 2 3 Die Refrigerator Kryopumpe Abb 4 10 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Kryopumpe Sie wird mit einem zwei stufigen Kaltkopf gek hlt Der Strahlen schutz 5 mit dem Baffle 6 wird gut w r meleitend an die ersten Stufe 9 des Kalt kopfes angekoppelt F r Dr cke unterhalb von 10 3 mbar wird die W rmebelastung haupts chlich durch die thermische Strah lung bestimmt Da die zweite k ltere Stufe eine deutlich kleinere Leistung z B bei 2 20 als die erste Stufe hat mu sie gegen ber dieser Strahlung abgeschirmt werden Deshalb ist die zweiten Stufe 7 mit den Kondensations und Kryosorp SAY N Ni N M N N S I ISIS INT SS NN 1 elektrische Anschl sse und 11 Regenerator 2 Stufe Stromdurchf hrung f r Kalt 12 Expansionsvolumen 2 Stufe kopfmotor 13 2 K lte Stufe Kupferflansch 2 He Hochdruckanschlu 14 Dampfdruckme kammer He Nie
118. System anfallenden F rderstr me kennen und hierbei nicht nur die m glichen Be triebszust nde ber cksichtigen sondern auch auf St rungsf lle achten Die wich tigsten Hilfsmittel zur Vermeidung explo sionsf higer Gemische sind neben der Inertisierung durch Schutzgase das Ein halten der Explosionsgrenzen mit Hilfe von Kondensatoren Adsorptionsfallen und Gas w schern Schutz vor Kondensation LEYBOLD Pumpen bieten drei M glichkei ten an um das Kondensieren von D mp fen in der Pumpe zu vermeiden e Das Gasballastprinzip siehe Abschnitt 2 1 2 4 Dieses erh ht die Dampfver 178 tr glichkeit der Pumpe erheblich Erh hte Pumpentemperatur Die robu ste Bauart unserer Pumpen erlaubt einen Betrieb bis zu einer Pumpentem peratur von max 120 C Damit erh ht sich z B die Vertr glichkeit f r reinen Wasserdampf um das f nffache gegen ber dem normalen Gasballastbetrieb e Einsatz von akuumkondensatoren siehe Abschnitt 2 1 2 7 Diese wirken als partial f rdernde Pumpen und sind so zu dimensionieren da die nachge schaltete Gasballastpumpe neben der Inertgasmenge nicht mehr Dampf f r dert als der entsprechenden Dampfver tr glichkeit entspricht Korrosionsschutz Die lgedichteten Pumpen sind durch ihren in allen Teilen vorhandenen lfilm be reits sehr gut gegen Korrosion gesch tzt Unter Korrosion ist hier elektrochemische Aufl sung von Metallen zu verstehen d h die Abgabe von E
119. TRANSPECTOR 2 Sensoren Abb 8 1 b TRANSPECTOR XPR 2 Sensor 8 3 Das Quadrupol Massenspektrometer TRANSPECTOR 2 Der aus der Elektronensto lonenquelle extrahierte lonenstrahl wird in ein Qua drupol Trennsystem mit vier stabf rmigen Elektroden gelenkt Die Querschnitte der vier St be bilden die Kr mmungskreise einer Hyperbel so da das umgebende elektrische Feld ann hernd hyperbolisch ist Je zwei gegen berliegende St be haben gleiches Potential und zwar eine Gleich spannung und eine berlagerte hochfre quente Wechselspannung Abb 8 2 Durch die angelegten Spannungen werden die im Zentrum zwischen den St ben fliegenden lonen zu Transversalschwingungen ange Massenspektrometer Fokusierungsblende Extraktorblende Kathode Anode Abschirmung lonenquellen Austrittsblende Totaldruckmessung y Quadrupol Austrittsblende lonenquelle Quadrupol Trennsystem lonendetektor Abb 8 2 Schema Quadrupol Massenspektrometer x Ee Extaktorme system Transpector Me kopf Abb 8 3 Quadrupol Massenspektrometer Extraktor Ionisations Vakuummeter regt Die Amplituden fast aller Schwin gungen eskalieren so da die lonen auf die St be treffen nur f r die Ionen mit einem bestimmten Verh ltnis von Masse zu Ladung m e ist die Resonanzbedingung f r den Durchla erf llt Nach Austritt aus dem Trennsystem
120. Teilchenanzahldichte n und damit ge m Gleichung 1 1 dem Druck p umge kehrt proportional Bei konstanter Tempera tur T gilt daher f r jedes Gas die Beziehung A p const 1 19 Zur Berechnung der mittleren freien Weg l nge X f r beliebige Dr cke bei verschie denen Gasen dienen die Tabelle 13 3 und die Abbildung 13 1 in Abschnitt 13 An glei cher Stelle sind die wichtigsten Gleichun gen der Gaskinetik f r die Vakuumtechnik zusammengestellt Tabelle 13 4 Fl chensto rate z cm 5 1 und Bedeckungszeit s Zur Kennzeichnung des Druckzustandes im Ultrahochvakuum Bereich wird h ufig die Zeitdauer angegeben die zum Aufbau einer monomolekularen oder monoatomaren Schicht auf einer gasfreien Oberfl che unter der Voraussetzung ben tigt wird da jedes Teilchen auf der Oberfl che haften bleibt Diese Bedeckungszeit h ngt eng mit der sogenannten Fl chensto rate z zusam men Bei einem ruhenden Gas gibt die Fl chensto rate die Anzahl der Teilchen an die je Zeit und Fl cheneinheit auf die Oberfl che im Vakuumbeh lter auftreffen 2 KS 1 20 Ista die Anzahl der f r ein bestimmtes Gas aufnahmef higen Oberfl chenpl tze je Fl cheninhalt so ist die Bedeckungszeit 1 21 Volumen Sto rate zy 5 1 Dies ist das Produkt aus Sto rate z und halber Teilchenanzahldichte n da der Zu sammensto von zwei Teilchen nur als ein Sto zu z hlen ist n RE 1 218 1 6 2 Die Gasges
121. The Measurement of Contamination in Vacuum Systems Vuoto scienza e technologia Bd 3 1 2 3 17 1970 J P Deville L Holland and L Laurenson Measurement of the rate of evaporation of Pump oils using a crystal vibrator 3rd Internat Vac Congr Stuttgart 153 160 Pergamon Press Oxford 1965 224 L Laurenson S Hickman and R G Livesey Rotary pump backstreaming An analytical appriasal of practical results and the factors affecting them J Vac Sci Technol A 6 2 238 242 1988 B D Power A M I Mech E Crawley and D J Crawley Sources Measurement and Control of Backstreaming in Oil Vapour Vacuum Pumps Vacuum Bd 4 4 415 437 1957 M A Baker A cooled quartz crystal microbalance methode for measuring diffusion pump backstreaming Journal of Scientific Instruments Journal of Physics E Series 2 Volume 1 774 776 1968 N S Harris Diffusion pump back streaming Vacuum Vol 27 9 519 530 1977 M A Baker Vapour and Gas Measurements in Vacu um with the Quartz Crystal Microbalance in Vol 1 Proceedings of the ninth Confe rence on Vacuum Microbalance Techni ques Progress in Vacuum Microbalance Techniques Th Gast and E Robens ed Heyden amp Son Ldt London New York Rheine 1970 M A Baker and L Laurenson The use of a quartz crystal microbalance for measuring vapour backstreaming from mechanical pumps Vacuum Volume 16 11 633 637 1966 R D Oswald and
122. Va akustisches de U Impedanzverh ltnis U Schermodul Quarz U Schermodul Film Das ergab erst die grundlegende Erkennt nis der Umrechnung von Frequenzver schiebung in Dicke die korrekte Ergebnisse in einem f r die Proze kontrolle praktika blen Zeitrahmen erm glichte Um dieses gehobene Genauigkeitsniveau zu errei chen mu der Benutzer nur einen zus tz lichen Materialprarameter Z f r das Schichtmaterial eingeben Die G ltigkeit der Gleichung wurde f r viele Materialien best tigt und sie gilt f r Frequenzver schiebungen bis AF lt 0 4 F Beachte Glei chung 10 2 galt nur bis AF lt 0 02 F bzw Gleichung 10 3 nur bis AF 0 05 F4 163 Schichtdickenmessung Regelung 10 6 Der aktive Oszillator Alle bisher entwickelten Ger te basieren auf der Benutzung eines aktiven Oszillators wie er in Abb 10 5 schematisch gezeigt wird Diese Schaltung h lt den Kristall aktiv in Resonanz so da jede Art von Schwin gungsdauer oder Frequenzmessung ge macht werden kann In diesem Schaltungs typ wird die Schwingung solange auf rechterhalten wie durch die Verst rker gen gend Energie zur Verf gung gestellt wird um die Verluste im Kristall Schwing kreis auszugleichen und der Kristall die n tige Phasenverschiebung mitmachen kann Die Grundstabilit t des Kristalloszil lators entsteht durch die pl tzliche Phasen nderung die schon bei einer kleinen nderung der Kristallfrequenz in der N he des Serien
123. Wasser wird in der Praxis Pps 0 13 mbar eingesetzt das entspricht 57 relativer Feuchtigkeit der Luft bei 20 C siehe Tabelle 13 in Ab schnitt 13 Man erh lt 9 1333 Pos 0 K 5 1333 pps In hnlicher Weise ist die Wasserdampf ka pazit t definiert Sie ist das h chste Wassergewicht je Zeiteinheit das eine Vakuumpumpe unter den Umgebungs bedingungen von 20 C und 1013 mbar in Form von Wasserdampf dauernd ansaugen und f rdern kann Sie wird g hi ange geben ee 7 a 0 1 S in m3 h Pwo in mbar T in K Die Wasserdampfkapazit t wird aus der Wasserdampfvertr glichkeit durch Anwen dung des Gesetzes f r ideales Gas abgelei tet Leider ist der Name etwas irref hrend F r andere Pumpentemperaturen und an dere Verdichtungsdr cke gilt f r das Aus schieben des komprimierten Gasballast Dampfgemisches die allgemeinere Glei chung 2 3 2 4 29 Mechanische Vakuumpumpen Pwo B _Pv Pos H20 mbar S Py Pps 9 0 2 3a Wird als Gasballast atmosph rische Luft verwendet mit einem angenommenen Wasserdampfanteil ppg 13 mbar 57 relative Luftfeuchtigkeit bei 20 C so ergibt sich mit B S 0 10 und py 1333 mbar f r die Wasserdampfvertr g lichkeit Pwo Abh ngigkeit von der Pum pentemperatur die unterste Kurve in Abb 2 15 Die dar berliegenden Kurven bezie hen sich auf den Fall da nicht reiner Was serdam
124. Zuordnung auf der Massenachse festgelegt sondern auch die Linienform d h Aufl sung und Empfindlichkeit siehe 8 5 Eine Reinigung des Sensors ist nur in Ausnahmef llen bei starker Verunreini gung des Sensors n tig Meist ist eine Reinigung der lonenquelle die leicht zer legt und gereinigt werden kann v llig aus reichend Eine Reinigung des Stabsyste mes kann nach Ausbau des kompletten Stabsystemes in einem Ultraschallbad er folgen Falls wegen besonders hartn cki ger Verschmutzung ein Zerlegen des Stab systemes unvermeidlich ist mu die not wendigen Justierung der St be im Her stellerwerk vorgenommen werden 143 Massenspektrometer 9 Lecks und Lecksuche Au er den eigentlichen Vakuumanlagen und den zu ihrem Aufbau verwendeten Ein zelteilen Vakuumbeh lter Leitungen Ven tilen l sbaren Flansch Verbindungen Me ger ten etc gibt es eine Vielzahl an derer Anlagen und Produkte in Industrie und Forschung an die hohe Anforderun gen bez glich Dichtheit oder sogenannte hermetische Abdichtung zu stellen sind Dazu geh ren viele Baugruppen und Pro zesse insbesondere aus der Automobil und K lteindustrie aber auch aus vielen anderen Industriebereichen Der Arbeits druck liegt dabei h ufig oberhalb des Um gebungsdruckes Hermetisch verschlos sen ist dabei nur als relatives Nichtvor handensein von Lecks definiert Die ge legentlich gemachten allgemeinen Aussa gen ke
125. a 5 5 E peera 2222 gt 3 S 090 g o gt 45 0 944 2 0 95 5 0 96 D 097 E o 0 98 0 99 turfaktor o ber cksichtigt F r 4 1 lt 0 1 kann o gleich 1 gesetzt werden In unserem Beispiel ist 0 16 und a 0 83 Schnittpunkt der Geraden mit der a Skala Damit erniedrigt sich der effektive Leitwert der Rohr leitung auf L 1000 0 83 830 Eiser Vergr ert man d auf 25 cm so erh lt man einen Leitwert von 1200 0 82 985 sec gestrichelte Gerade 10 _ P 10 Ou KL 500 108 500 100 7 50 100 50 10 5 10 5 ke 0 5 4 1 0 1 0 05 0 01 Leitwert L m h Rohrdurchmesser d cm 100 40 _ Abb 13 8 Nomogramm zur Ermittlung der Leitwerte von Rohren mit kreisf rmigem Querschnitt f r Luft bei 20 C im Gebiet der Molekularstr mung nach J DELAFOSSE und G MONGODIN Les calculs de la Technique du Vide Sondernummer Le Vide 1961 202 Tabellen Formeln Diagramme messungen L nge I Innendurchmesser d zun chst den druckunabh ngigen Leitwert L im Gebiet der Mo lekularstr mung Um den Leitwert L im Gebiet der Laminarstr mung oder im bergangsgebiet bei vorge gebenem mittleren Druck p im Rohr zu finden mu der vorher bestimmte Leitwert L noc
126. abzu saugenden Dampf Gasgemisch der Dampf anteil hoch der Luftanteil aber gering ist kann der gesamte Dampf von Kondensato ren abgepumpt werden w hrend die an fallenden Permanentgase von relativ klei nen Gasballastpumpen abgesaugt werden siehe Abschnitt 2 1 2 7 Ein Vergleich sei genannt Ein Pumpsatz bestehend aus W lzkolbenpumpe Konden sator und Vorpumpe der bei einem An saugdruck von 50 mbar st ndlich 100 kg Dampf und 18 kg Luft f rdern kann hat einen Leistungsbedarf zwischen 4 und 10 kW abh ngig von der anfallenden Luft menge Ein Wasserdampfstrahlsauger gleicher Leistung hat hierf r einen mit der anfallenden Luftmenge nicht ver nderlichen Bedarf von etwa 60 kW Zum Absaugen von Wasserd mpfen sind Gasballastpumpen und Kombinationen aus Gasballastpumpen W lzkolbenpumpen und Kondensatoren besonders geeignet Abpumpen von Wasserdampf mit Gasballastpumpen Entscheidend f r die Beurteilung des rich tigen Einsatzes der Gasballastpumpen ist wie aus den Gleichungen 2 1 und 2 2 her vorgeht das Verh ltnis des Dampfpartial druckes pp zum Luftpartialdruck p Ist die Wasserdampfvertr glichkeit der Gas ballastpumpe bekannt so kann man ge m dieser Gleichung ein Diagramm angeben das in eindeutiger Weise den richtigen Einsatz von Gasballastpumpen zum Absaugen von Wasserdampf angibt siehe Abb 5 3 Gro e einstufige Sperr schieberpumpen haben im allgemeinen eine Betriebstemperatur von etwa 77 C
127. als Systemversion mit integrierter Selbst berwachung DRYVAC 50 S und 100 S Abb 2 26 d als Systemversion mit integrierter Selbst berwachung mit vergr ertem Saugverm gen im unteren Druckbereich DRYVAC 251 S und 501 S Geh use Ansaug Absaugung leitung E gansa Druckluft Auspuff leitung Inertgas Kundenseitig TSH Thermoschalter PSL Druckschalter PSH Druckschalter FSL Durchflu schalter MPS Motorschutzschalter PT 100 Temperatur Me f hler F r mit LIMS CS Stromsensor EPS Auspuffdruck Sensor Abb 2 26b Funktionsschema der DRYVAC P 36 Abb 2 2696 Funktionsschema der DRYVAC S Abb 2 26d Legende zu den Abbildungen 2 29a 2 29c Mechanische Vakuumpumpen 1 2 _ Teilchengr e um 50 E ZS Wa 20 5 _ _ _ D 0 01 e ee E E N a 4 Ree A EE 5 9 EE EI N 0 001 Se gt get u 3 0 0001 1 10 100 1000 Druck mbar Abb 2 27 Sinkgeschwindigkeit in Abh ngigkeit vom Druck p Parameter Teilchengr e Der mit der DRYVAG 251 5 bzw 501 S er zielbare Enddruck wird gegen ber den Ver sionen ohne integrierte W lzkolbenpumpe um etwa eine Zehnerpotenz von etwa 2 102 mbar auf 3 10 mbar abgesenkt und die erzielbare Saugleistung deutlich erh ht Nat rlich k nnen auch auf die brigen DRYVAC Modelle LEYBO
128. arbeiten durchwegs unter unsauberen Bedingun Betriebshinweise f r Apparaturen gen Dies ist verst ndlich denn eine Va kuumapparatur oder anlage dient ja nicht dazu lediglich niedrige Dr cke zu erzeu gen sondern in erster Linie dazu um bei niedrigen Dr cken chemische metallurgi sche oder kernphysikalische Prozesse ab laufen zu lassen Dabei werden je nach der Art des Prozesses entweder kontinuierlich oder sto weise zum Teil erhebliche Men gen an Gasen oder D mpfen frei die auf die im Vakuumsystem eingebauten zur Druckmessung vorgesehenen Me syste me gelangen und durch Oberfl chenreak tionen oder auch durch blo e Anlagerung die Druckmessung betr chtlich verf l schen k nnen Dies trifft f r alle Arten von Vakuummetern zu wobei nat rlich Me systeme hoher Me empfindlichkeit und Me genauigkeit f r Verschmutzung durch die genannten Ursachen besonders anf l lig sind Man kann versuchen durch ge eignete Abschirmungen die Me systeme vor Verschmutzung zu sch tzen Dies f hrt jedoch oft dazu da der mit dem zwar sau beren Me system gemessene Druck von dem tats chlich herrschenden Druck er heblich abweicht Die Verschmutzung des Me systems eines Vakuummeters l t sich grunds tzlich nicht vermeiden Man mu also daf r sor gen da e der Einflu der Verschmutzung auf die Druckmessung m glichst gering bleibt und e das Me system sich leicht reinigen l t Diese beiden Bedingungen
129. auch um die Ger te ausheizen zu k nnen Flansche und Ventile Kleinflansche Zentrierring mit O Ring Spannring Au en Zentrierring mit O Ring gt Abb 6 1a Kleinflansch Verbindung KF Abb 6 1b Schnell Spannring we Abb 6 1c Kleinflansch Verbindung mit Ultra Dichtring Abb 6 10 Au en St tzring WAS ZUM 2 7 7 ___ 1 Flansch DIN 2501 ND6 2 Dichtscheibe bestehend aus Zentrierring und O Ring mit Au en St tzring IS0 K Flansch Schraube mit Mutter 5 berwurf Flansch mit Sprengring DIN 2501 ND6 Abb 6 3 Verbindung zwischen Flansch DIN 2501 ND 6 und ISO K Flansch mit berwurf Flansch DIN 2501 1 Klammerflansche 1 150 K Flansche 2 Dichtscheibe bestehend aus Zentrierring und O Ring mit Au en St tzring 2 Zentrierring und O Ring 3 Sprengringe mit Au en St tzring 4 berwurf Flansche ISO F Klammer 5 Schraube mit Mutter Abb 6 2a Abb 6 2b Klammerflansch Verbindung ISO K Klammerflansch Verbindung mit berwurf Flanschen Abb 6 4a CF Flansch Abb 6 4b Doppelkreuzst ck Schematische Darstellung Ausschnitt Abb 6 46 Das stabilisierte LEYBOLD Schneiden Profil 103 Flansche und Ventile 6 1 1 5 Materialbezeichnungen
130. auf diese Weise undicht Der Hochfre quenz Vakuumpr fer ist seiner Arbeits weise entsprechend im Gegensatz zu den eigentlichen Lecksuchger ten nur be schr nkt einsetzbar 9 4 9 Pr fung mit chemischen Reaktionen und Farbeindringpr fung Gelegentlich k nnen Leckstellen auch durch chemische Reaktionen die eine Ver f rbung zur Folge haben oder durch Ein dringen einer Farbl sung in feine Zwi schenr ume lokalisiert bzw nachgewiesen werden Auf diese Weise wurde fr her bei L tstellen von K lteaggregaten die Flam menf rbung von durch Lecks ausstr menden Halogen Gas zur Lokalisierung von Lecks herangezogen Ein seltener anwendbares Beispiel f r eine chemische Reaktion w re die von austre tendem Ammoniak mit Ozalidpapier Licht pauspapier oder mit anderen entspre chend pr parierten Stoffen die au en um den Pr fling gewickelt wurden Leckstel Methode Pr fgas Kleinste nachweis Druckbereich Quantitative bare Leckrate Messung mbar Z s g aR 134 a Schaumbildende Luft und andere 10 7 10 berdruck Nein Fl ssigkeiten Ultraschall Luft und andere 10 70 berdruck Nein Mikrofon W rmeleitf hig Andere Gase 10 10 101 7 berdruck Nein keits Lecksucher au er Luft und Vakuum Halogen Halogenhaltige 10 10 berdruck Mit Lecksuche Substanzen 10 1 0 Vakuum Einschr nkungen Universal K ltemittel 10 10 berdruck Ja
131. bei den einzelnen Schmier lgrup pen vermerkt in welchen Pumpenbaureihen sie verwendet werden ber Technische Daten und Anwendungs daten der le f r die TRIVAC Baureihe gibt Tabelle 13 16a f r die SOGEVAC Baureihe Tabelle 13 16b f r die Sperrschieber pumpen DK Baureihe Tabelle 13 16c und f r Rootspumpen Tabelle 13 16d Auskunft Wegen ihrer unterschiedlichen Eigenschaf ten sind nicht alle le f r alle Pumpen einer Baureihe geeignet Wegen m glicher Kom binationen fragen Sie bitte die Fachabtei lung von Leybold Vakuum Schmier l Typen Mineral le TRIVAC SOGEVAGC DK Roots Mineral le sind aus Erd l gewonnene Destillations und Raffinationsprodukte Sie sind keine exakt definierten Verbindungen sondern ein komplexes Gemisch Die Vor behandlung und die Zusammensetzung des Mineral ls entscheidet ber seine Einsatz gebiete Je nach Verteilung der Kohlen wasserstoffe und Dominanz der Eigen schaften werden die Mineral le in Paraffin basisch Naphthenbasisch und Aromatisch unterteilt Zur Erreichung besonders guter Enddr cke m ssen Mineral le auf Basis einer Kernfraktion gew hlt werden Die thermische und chemische Best ndig keit der Mineral le ist f r einen Gro teil der Anwendungen ausreichend Sie weisen eine sehr gute Elastomervertr glichkeit und Hydrolysebest ndigkeit auf Synthetische le TRIVAG SOGEVAG DK Roots Synthetische le werden durch chemische Reaktionen erzeugt Die
132. beobachtet werden k nnen So k nnen beispielsweise auch ebene Bleche auf Leckstellen ber pr ft werden Vakuumboxen gibt es f r verschiedene Anwendungen mit den un terschiedlichsten Oberfl chenformen 9 4 7 Krypton 85 Pr fung In kleine hermetisch gekapselte Teile deren Kapselung leck ist kann Krypton 85 ein gasf rmiges radioaktives Isotop zun chst mit u erem berdruck hinein gepresst werden Nach einer genau be messenen Verweilzeit unter berdruck wird nach Absp len des Teiles die Aktivit t der Gasbeladung gemessen Auf gleiche Art kann auch Helium als Pr fgas verwen det werden siehe 9 7 4 Bombing Test 9 4 8 Hochfrequenz Vakuumpr fung Zur Pr fung des Druckes in Glasapparatu ren aber auch zur Lokalisierung por ser Stellen in Kunststoff oder Lack berz gen auf Metallen kann der sogenannte Hoch frequenz Vakuumpr fer verwendet wer den Er besteht aus einem Handger t mit b rstenf rmiger HF Elektrode und einem Netzger t Als grobe Kriterien f r den in einer Glasapparatur herrschenden Druck k nnen Form und Farbe der elektrischen Gasentladung dienen Beim Vakuumpr fer der im wesentlichen aus einem Tesla Transformator der einen hochgespannten Verlust von K ltemittel quivalente R134a Zeit f r 10 Gas Suchzeit mit Helium R134a pro Jahr Leckrate bei 25 C blasen 2 2 mm Leckdetetektor g a mbar s S 5 430 3 32 103 3 2 einige Sekunden 86 6
133. blichen Rechnerschnittstellen RS 232 RS 485 mit einem PC er folgt Der Bedienungskomfort liegt in der Software die auf dem l uft 8 2 Geschichtliches Seit Thomson s erstem Versuch zur Be stimmung des Verh ltnisses von Ladung zu Masse e m des Elektrons im Jahre 1897 dauerte es lange Zeit bis in den 50er Jah ren eine ganze Reihe verschiedener Analy sen Systeme in der Vakuumtechnik zur Anwendung kam Omegatron Topatron und schlie lich das von Paul und Stein wedel 1958 vorgeschlagene Quadrupol Massenspektrometer das bei Leybold in serienm iger Ausf hrung als TRANS PECTOR 2 zur Verf gung steht siehe Abb 8 1 Die ersten proze technischen An wendungen der Massenspektrometrie in der Vakuumtechnik stammen vermutlich aus den Jahren 1943 44 von Backus Er machte damals in den Radiographic Laboratories der University of California Untersuchungen zur Trennung von Uran Isotopen und verwendete ein 180 Sek torfeldspektrometer nach Dempster 1918 das er vacuum analyzer nannte Noch heute wird in den USA und im UK gerne ein hnlicher Ausdruck n mlich re sidual gas analyzer RGA statt Massen spektrometer verwendet Die heutige An wendung in der Proze kontrolle ist vor allem in der Produktion von Halbleiterbau teilen gegeben a Hochleistungs Sensor mit Channeltron b mit Micro Channelplate Hochleistungs Sensor mit Faraday Cup Abb 8 1 a
134. cal und Kilokalorie kcal entfallen in Zukunft 1 kcal 4 2 kJ 3 27 Winkel 1 Radiant rad ist gleich dem ebenen Winkel der als Zentriwinkel eines Kreises mit dem Halbmesser 1 m aus dem Kreis einen Bogen von der L nge 1 m ausschneidet Siehe auch DIN 1315 1 rad 1 1 60 1 17 60 180 1 rad a 60 2 14 4 2 Abgeleitete koh rente 1 SI Einheiten mit besonderen Namen und Einheitenzeichen alphabetisch Name der Einheit Einheitenzeichen Gr e Beziehung Coulomb Elektrizit tsmenge oder elektrische Ladung 10 1A s Farad F Elektrische Kapazit t IF 1 5 11 Induktivit t 1H 1V s A7 Hertz Hz Frequenz Periodenfrequenz 21 67 Joule J Energie Arbeit W rmemenge 1J 1N m Ws Lumen Im Lichtstrom 11 Lux Ix Beleuchtungsst rke 11 1 1m mz Newton N Kraft 1N 1 kgm e Ohm Elektrischer Widerstand 19 1V M Pascal Pa Druck Mechanische Spannung 1Pa 1N m2 Radiant rad Winkel Ebener Winkel 1 1 Siemens S Elektrischer Leitwert 15 1 Q7 Steradiant sr 2 R umlicher Winkel Raumwinkel isr 1 m2 m2 Tesla T Magnetische Flu dichte oder Induktion 1T 1 Wb mr Volt Elektrische Spannung oder Elektrische Potentialdifferenz 1V 1W M Watt Leistung Energiestrom W rmestrom IW 17 871 Weber Wb Magnetischer Flu 1Wb 1V s 1 Mit dem Zahlenfaktor 1 gebildet z B 1 C 1 As 1 Pa 1 m 2 Zus tzliche Sl Einheit 14 4 4 Abgeleit
135. d Skala ergibt Der so gefundene Leitwert L mu noch mit dem Glausingfak tor y 0 963 Schnittpunkt der Verbindungsgeraden mit der y Skala multipliziert werden um den wahren Leitwert Lm im Gebiet der Molekularstr mung zu er halten Luz 17 0 963 16 37 s 100 80 1 30 1 20 Rohrdurchmesser I Unkorrigierter Leitwert f r Molekularstr mung m hi In einem Rohr von 1 m L nge und 5 cm Innendurch messer herrscht Molekularstr mung wenn der mittlere Druck p im Rohr lt 2 7 10 3 mbar ist Zur Ermittlung des Leitwertes L bei h heren Dr cken ab 2 7 10 3 mbar also z B bei 8 10 2 mbar 6 10 2 Torr verbindet man den entsprechenden Punkt auf der p Skala mit dem Punkt d 5 cm auf der d Skala Diese Verbindungsgerade schneidet die a Skala in Punkt a 5 5 Der Leitwert L bei p 8 10 2 mbar betr gt L Lm 16 37 5 5 90 Eis Abb 13 9 Nomogramm zur Ermittlung der Leitwerte von Rohrleitungen f r Luft bei 20 C im gesamten Druckgebiet 203 Tabellen Formeln Diagramme Das Nomogramm gibt den Zusammenhang zwischen Nennsaugverm gen der Pumpe Beh ltervolumen Gr e und Beschaffenheit der inneren Oberfl che und der Zeit die erforderlich ist um den Druck von 10 mbar auf 10 3 mbar zu senken wieder Beispiel 1 Gegeben sei ein Beh lter mit einem Volumen von 70 und einer inneren Oberfl
136. da die Vorvakuumpumpe nur mehr von etwa 5 bis 10 mbar bis Atmosph rendruck verdichten mu Abb 3 8 zeigt die unterschiedliche Bauart dieser beiden Pumpentypen 3 2 2 Funktionsprinzip Die Turbo Molekularpumpe ist eine Tur bine deren Schaufeln schr g zur Drehrich tung angestellt sind Bei hoher Geschwin digkeit des Rotors m glichst nahe der thermischen Molek lgeschwindigkeit sind die Fl chensto raten der Molek le auf die Rotorfl gel stark unterschiedlich Zus tzlich zur Auftreffrate bei ruhendem Fl gel treffen auf die Vorderseite in Dreh richtung auch noch jene Molek le die der Fl gel einholt weil er schneller ist Analog dazu wird die Ruhefl chensto rate auf der Fl gelr ckseite um einen Be trag verringert weil sie den langsameren Molek len davon fliegt Da die Molek le danach vom Rotorfl gel im wesentlichen senkrecht starten Cosinusverteilung ent steht eine Vorzugsrichtung der Molek le vom Hochvakuum zum Vorvakuum anschlu der Pumpe Durch die Impuls bertragung der drehenden Rotorschau feln an die Gasmolek le wird deren zun chst ungerichtete thermische Bewe gung in eine gerichtete Bewegung gewan delt Auf dieser beruht der Pumpvorgang in einer klassischen Turbo Molekular pumpe Im molekularen Str mungsbereich dem Funktionsbereich der Turbo Molekular pumpen also bei Dr cken unter 10 3 mbar ist die mittlere freie Wegl nge Gasmolek le gr er als der Abstand
137. dann Opezipient SI Anzeige gckdetektor 9 6 wobei y als Teilstromverh ltnis bezeichnet wird also jener Bruchteil des Gesamtleck stromes der im Detektor zur Anzeige kommt Bei unbekanntem Teilstromver h ltnis wird y durch ein Pr fleck bestimmt das am Rezipienten angebracht wird Lecksuche _ Anzeige des LD 0 des Pr flecks 9 7 9 5 2 8 Anschlu an Vakuumanlagen Der Anschlu eines Helium Leckdetektors an Vakuumanlagen mit mehrstufigen Va kuumpumps tzen erfolgt meist im Teil stromverfahren Bei der berlegung wo der Anschlu am besten erfolgt ist der Tat sache Rechnung zu tragen da es sich meist um kleine tragbare Ger te handelt die daher auch nur ber ein kleines Saug verm gen am Anschlu flansch verf gen h ufig weniger als 1 5 Um so wichti ger ist es aus dem zu erwartenden Teil stromverh ltnis z B gegen ber einer Dif fusionspumpe mit einem Saugverm gen mit 12000 s abzusch tzen welche Leckraten berhaupt noch nachgewiesen Teilstromprinzip Beispiel 150 Ser So gt Q 3 10 108 Leckrate A Signalh he Aufteilung des Gasdurchflusses auch des Testgases entsprechend der effektivem Saugverm gen am Teilstrom Verzweigungspunkt Gesamt Saugverm gen Sip 8 16 66 24 66 Signal zum Leckdetektor 3 10 Signal zur Teilstrompumpe 310 Kontrolle Gesamt Signal Qu Us 0
138. den Grob und Feinvakuumbereich wichtige Literaturan gaben Vakuum in der Praxis 1990 96 102 B W Wenkebach und J A Wickhold Vakuumerzeugung mit Fl ssigkeitsring Vakuumpumpen Vakuum in der Praxis 1989 303 310 U Gottschlich und W Jorisch Mechanische Vakuumpumpen im Chemie einsatz Vakuum in Forschung und Praxis 1989 113 116 W Jorisch Neue Wege bei der Vakuumerzeugung in der chemischen Verfahrenstechnik Vakuum in der Praxis 1995 115 118 D Lamprecht Trockenlaufende Vakuumpumpen Vakuum in der Praxis 1993 255 259 P Deckert et al Die Membranvakuumpumpe Entwick lung und technischer Stand Vakuum in der Praxis 1993 165 171 W Jorisch und U Gottschlich Frisch lschmierung Umlaufschmierung Gegens tze oder Erg nzung Vakuum in der Praxis 1992 115 118 W Jitschin et al Das Saugverm gen von Pumpen Unter suchung verschiedener Me verfahren im Grobvakuumbereich Vakuum in Forschung und Praxis 7 1995 183 193 222 16 2 2 Turbo Molekularpumpen W Gaede Die Molekularluftpumpe Annalen der Physik 41 1913 337 380 D E G tz und H H Henning Neue Turbo Molekularpumpe f r berwie gend industrielle Anwendungen Vakuum Technik 1988 130 135 W Armbruster Vakuumpumpenkombinationen f r Labor Technikum und Produktion Chemiker Zeitung Chemische Apparatur 88 1964 895 899 W Becker Die Turbo Molekularpumpe Vakuum Technik 15 1966 211 218 und 254 260 R Fran
139. den Kolben und der Geh usewand ab Wegen der relativ komplexen Temperatur verh ltnisse in der W lzkolbenpumpe kann man nicht von den in kaltem Zustand ge messenen Spalten ausgehen Kleinste Spal te und daher auch kleinste R ckstr mun gen erreicht man bei Arbeitsdr cken im Be reich von 1 mbar Demzufolge lassen sich in diesem Druckbereich einerseits zwar die h chsten Kompressionsverh ltnisse erzie len andererseits ist dieser Druckbereich auch am kritischsten im Hinblick auf ein Anlaufen zwischen Kolben und Geh use Abb 2 55 zeigt eine moderne W lzkolben pumpe mit variabler Drehzahl in Kombina tion mit einer trockenverdichtenden Schrau benvakuumpumpe Typ ScrewLine SP630 lt Abb 2 55 RUVAC 2001 auf ScewLine SP630 montiert 48 Kenngr en von W lzkolbenpumpen Die von einer W lzkolbenpumpe effektiv gef rderte Gasmenge Qy errechnet sich aus der theoretisch gef rderten Gasmenge Da und der inneren R ckstr mung D als Verlustgasmenge zu Qeit Qin 2 6 F r die theoretisch gef rderte Gasmenge gilt Qin Du 2 7 wobei p der Ansaugdruck und S das theoretische Saugverm gen bedeuten Die ses wiederum ist das Produkt aus Sch pf volumen V und Drehzahl n Du N Vg 2 8 Analog berechnet sich die innere R ckstr mung De ZU GEI 2 9 wobei p der Vorvakuumdruck Druck auf der Vorvakuumseite und Ge ein fiktives R ck Saugverm ge
140. der a Vakuum oder Unterdruck Methode engl oft outside in leak also Str mung in den Pr fling hinein Druck im Pr fling lt Umgebungsdruck und berdruck Methode engl oft inside out leak also Str mung aus dem Pr fling heraus Druck im Pr fling gt Umgebungsdruck Die Pr flinge sollen nach M glichkeit ihrer sp teren Verwendung entsprechend ge pr ft werden also Teile f r Vakuuman wendungen nach der Vakuummethode Teile f r berdruck nach der berdruck methode Bei der Messung von Leckraten unter scheidet man zwischen der Erfassung von a Einzellecks lokale Messung Abb 9 4 b und 9 4 d oder die Erfassung der b Summe aller Lecks des Pr flings inte grale Messung Abb 5 4 a und 5 4 c Die kleinste nach Abnahmespezifikation nicht mehr akzeptable Leckrate wird als R ckweisleckrate engl rejection rate be zeichnet Sie wird aus der Bedingung er rechnet da der Pr fling w hrend seiner geplanten Einsatzzeit mit einer bestimm ten Sicherheit nicht wegen durch Lecks verursachten Fehlern ausfallen darf Oft wird nicht die Leckrate unter Einsatzbe dingungen des Pr flings bestimmt son dern die Durchflu rate eines Pr fgases vornehmlich Helium unter Pr fbedin gungen gemessen Die so gewonnenen Werte m ssen auf die tats chlichen Ein satzbedingungen bez glich Druck im Pr f ling und au erhalb des Pr flings und Gas art oder Fl ssigkeit umgere
141. der Vakuumapparatur als auch die Betriebsbe dingungen der Apparatur ma gebend z B Arbeitsdruck Zusammensetzung des Gas inhaltes Ausheizbedingungen insbeson dere bei UHV Apparaturen oder Dampf sterilisation bei Gefriertrocknungsanla gen Zun chst ist darauf zu achten ob das einzubauende Me system lageempfindlich ist Manche Me r hren d rfen nur senk recht mit dem Vakuumflansch oben ein gebaut werden um zu verhindern da sich Kondensate Metallflitter Abrieb in der Me r hre ansammeln oder gar Kleinteile wie kleine Schr ubchen in die R hre das Me system hineinfallen Auch k nnen sich hei e Gl hf den unzul ssig durchbiegen und elektrische Kurzschl sse im Me sy stem verursachen Daraus resultiert die all gemeine Regel Sensoren m glichst senk recht und unten offen einbauen Sehr wichtig ist es weiterhin Me systeme m g lichst an solchen Stellen des Vakuumsy stems einzubauen die w hrend des Be triebes ersch tterungsfrei sind Die Au entemperatur mu ber cksichtig werden vor allem mu vermieden werden da hei e fen oder andere intensive Strahlungsquellen f r das Me system eine Umgebungstemperatur erzeugen die ber der jeweils zul ssigen Grenze liegt Zu hohe Umgebungstemperaturen f hren bei W rmeleitungs Vakuummeter R hren zu falschen Druckanzeigen 12 4 2 Verschmutzung des Me systems und ihre Beseitigung Die in der Vakuumtechnik zur Druckmes sung verwendeten Vakuummeter
142. der Helium Pr fmethode f hrt zu einem erheblichen Rationalisierungsge winn Taktzeiten im Sekundenbereich und zu einer betr chtlichen Steigerung der Pr fsicherheit Als Folge davon und wegen der DIN ISO 9000 Anforderungen werden althergebrachte industrielle Pr fmethoden Wasserbad Seifenblasentest u a nun mehr weitgehend aufgegeben Schichtdickenmessung Regelung 10 Beschichtungsme und Regelger te mit Schwingquarzen 10 1 Einf hrung Von der Beschichtung von Quarzkristallen zu ihrer Frequenz Feinabstimmng die schon l nger praktiziert wird bis zur Aus nutzung der Frequenz nderung zur Be stimmung der Massenbelegung als Mikro waage mit der heute m glichen Pr zision hat es lange gedauert 1880 entdeckten die Br der J und P Curie den piezoelektri schen Effekt An Quarzkristallen treten bei mechanischen Beanspruchungen auf be stimmten Kristallfl chen elektrische La dungen auf deren Ursache im asymmetri schen Kristallaufbau des 510 liegt Um gekehrt treten bei einem Piezokristall in einem elektrischen Feld Deformationen bzw in einem Wechselfeld mechanische Schwingungen auf Man unterscheidet Bie geschwingungen Fl chen Scherschwin gungen und Dicken Scherschwingungen Je nach Orientierung der Schnittfl che zum Kristallgitter werden eine Reihe verschie dener Schnitte unterschieden von denen in Beschichtungsme ger ten nur der so genannrte AT Schnitt mit einem Schnitt winkel von 35 10 Ver
143. der Kalt fl che eine relativ dicke Kondensatschicht bilden Die f r die eigentliche Betriebspha se zur Verf gung stehende Kapazit t der Kryopumpe w re damit merklich verringert Vor allem w rde das Gas meistens Luft haupts chlich auf dem Adsorbat gebunden werden weil die Bindungsernergie dazu niedriger ist als auf den Kondensations fl chen Damit w rde die begrenzte Kapa zit t f r Wasserstoff noch mehr verringert werden Es empfiehlt sich Kryopumpen f r den Hoch und Ultrahochvakuumbereich unter Einsatz einer Vorvakuumpumpe erst bei Dr cken p lt 5 10 2 mbar zu starten Die kann nach Erreichen des Start druckes abgeschaltet werden 85 Pumpen Auswahl Dimensionierung Auswahl des Pumpverfahrens und Dimensionierung der Pumpen 5 1 bersicht ber die gebr uchlichsten Vakuumverfahren Seit Anfang der 50er Jahre hat die Vakuum technik eine st rmische Entwicklung ge nommen In der Forschung und in den meisten Industriezweigen ist sie heute nicht mehr wegzudenken Den vielen Anwendungsgebieten entspre chend ist auch die Zahl der verfahrens technischen Vakuumprozesse au eror dentlich umfangreich Diese k nnen im Rahmen dieses Heftes nicht beschrieben werden da sich die vorliegenden Berech nungsgrundlagen vor allem auf die Pump prozesse nicht aber auf das sich im Rezipienten abspielende Verfahren bezie hen Eine bersicht ber die wichtigsten vakuumtechnischen Verfahren und
144. der Pumpenanordnung sein damit der Druck in einem vorge gebenen Rezipienten in einer bestimm ten Zeit auf den gew nschten Wert er niedrigt werden kann 2 Wie gro mu das wirksame Saugver m gen der Pumpenanordnung sein damit die w hrend eines Vakuumpro zesses im Rezipienten freiwerdenden Gase und D mpfe so schnell abge pumpt werden k nnen und ein vorge gebener Druck der Arbeitsdruck im Rezipienten nicht berschritten wird Bei bestimmten Prozessen z bei Trock nungs und Ausheizprozessen entstehen w hrend des Auspumpvorganges zus tz liche zu Beginn des Auspumpvorganges noch nicht im Rezipienten vorhandene Dampfanteile so da hier eine dritte Frage auftritt 3 Wie gro mu das wirksame Saugver m gen der Pumpenanordnung sein da mit der betreffende Proze innerhalb ei ner bestimmten Zeit beendet werden kann Unter dem effektiven Saugverm gen einer Pumpenanordnung wird das am Rezipienten tats chlich wirksame Saug verm gen der gesamten Pumpenanord nung verstanden Das Saugverm gen der Pumpe selbst kann dann aus dem effekti ven Saugverm gen bestimmt werden wenn die Str mungswiderst nde Leit werte der zwischen Pumpe und Rezipient angebrachten Dampfsperren K hlfallen Filter Ventile und Leitungen bekannt sind siehe Abschnitt 1 8 Bei der Bestimmung des erforderlichen Saugverm gens wird ferner von der Voraussetzung ausgegan gen da die Vakuumanlage dicht ist Die Leckrate
145. der gleich oder geringer ist als die Vorvakuumbest ndigkeit der Diffusionspumpe die bei der 6000 s Pumpe 4 10 1 mbar betr gt Ausgehend von den Saugverm gens charakteristiken einer Reihe handels b licher 2 stufiger Sperrschieberpumpen bestimmt man nun die dazu geh rigen Saugleistungskurven in analoger Weise wie dies bei der Diffusionspumpe Abb 5 7a durchgef hrt wurde Das Ergebnis ist eine Kurvenschar gem Abb 5 7b f r vier zweistufige Sperrschieberpumpen mit den Nennsaugverm gen 200 m h Kurve 1 100 m h Kurve 2 50 m3 h Kurve 3 und 25 m3 h Kurve 4 An der Abszisse ist die Vorvakuumbest ndigkeit der 6000 Zis Diffusionspumpe von A 10 1 mbar mit V B markiert Schneidet man nun die Kurven schar mit dem maximalen Saugleistungs wert Q 9 5 mbar s der Diffusions pumpe Schnittgrade a so ist der erste Schnittpunkt der zu einem Vorvakuum druck kleiner 4 10 1 mbar geh rt mit Kurve 2 gegeben Die kleinste Vorpumpe die den maximalen Gasstrom der Diffu sionspumpe zu bew ltigen vermag ohne den Betrieb der Diffusionspumpe nachtei lig zu beeinflussen ist daher im gew hlten Beispiel eine zweistufige 100 m3 h Sperr schieberpumpe Ist der maximale Gasstrom von 9 5 mbar s vom Pumpverfahren oder Proze her berhaupt nicht zu erwarten so kommt man nat rlich mit einer kleine ren Vorpumpe aus Ist beispielsweise h chstens ein Gasstrom von 2 5 zu erwarten Schnittgerade b so ergi
146. dimensioniert oder e das Saugverm gen der Pumpe durch andere Ursachen vermindert sein Um den Fehler zu finden geht man ge w hnlich so vor da man den evakuierten Rezipienten wo es m glich ist von dem Pumpensystem abtrennt und diesen z B mit Hilfe der Druckanstiegsmethode f r sich auf Dichtheit und Verschmutzung un tersucht Hat sich ergeben da der Beh l ter in dieser Hinsicht fehlerfrei ist so wird man als n chstes das Me system auf Sauberkeit berpr fen siehe Abschnitt 12 4 2 und schlie lich falls erforderlich die Pumpe oder das Pumpsystem selbst untersuchen 12 2 Verschmutzung von Vakuumbeh ltern und ihre Beseitigung Neben der Druckanstiegsmethode Ab schnitt 9 4 1 gibt es eine Methode Ver schmutzungen festzustellen die darauf be ruht da kondensierbare D mpfe im all gemeinen den Hauptanteil am Gasgemisch in verschmutzten Beh ltern ausmachen Den Vergleich der Druckanzeige eines Kompressions Vakuummeters Partial 176 druck der nicht kondensierbaren Gase mit der eines elektrischen Vakuummeters z B W rmeleitungs oder lonisations Vakuum meter Totaldruck Diese beiden Vakuum meter m ssen allerdings ihrerseits sauber sein Bei der Anwesenheit von D mpfen zeigt das Kompressions Vakuummeter einen viel besseren Druck an als das elek trische Vakuummeter Dies ist ein sicheres Zeichen f r meist durch l verschmutzte Beh lterw nde Ein sehr gebr uchliches Verfahren ist ferne
147. durch umfangreiche Versuchs reihen unter Anwendungsbedingungen f r ihren Einsatz in den Baureihen der TRIVAC SOGEVAC Sperrschieber DK und Rootspumpen erprobt was durch entspre chende Hinweise vermerkt ist Wir emp fehlen daher den Einsatz der bei Leybold qualifizierten Vakuumpumpen le um die optimale Leistungsf higkeit der Leybold Vakuumpumpen und optimale l Wechsel intervalle zu erhalten Unter vakuumtechnischen Bedingungen k nnen sich Schmier le besonders die ad ditivierten v llig anders als erwartet ver halten Additive k nnen den Enddruck ne gativ beeinflussen und Reaktionen mit den anfallenden Medien eingehen Bei Einsatz von nicht qualifizierten Fremd len k nnen die l Wechselintervalle und die Leis tungsf higkeit der Vakuumpumpen redu ziert werden Ebenso sind ungew nschte Ablagerungen bis hin zu Sch digungen an der Vakuumpumpe m glich Gew hrlei stungsverpflichtungen werden daher vom Einsatz der von Leybold qualifizierten Schmier le abh ngig gemacht Sch den die durch die Verwendung ungeeigneter nicht qualifizierter Schmier le verursacht werden fallen nicht unter die Gew hrlei stung Um auf die unterschiedlichsten Applikatio nen unserer Kunden optimal eingehen zu k nnen finden verschiedene Schmier l typen in unseren Pumpen Baureihen Ver wendung Aufgrund ihrer unterschiedlichen Eigenschaften sind nicht alle le f r alle Baureihen geeignet In der folgenden ber sicht ist
148. dynamik liefert f r Luft bei 20 C den kriti schen Wert 0528 E kit 1 22 1 23 gt Bel ftungszeit t 5 1 verblockter Gasstrom q konstant Maximalwert 2 nicht verblockter Gasstrom qm sinkt bis Ap 0 Abb 1 6 Schematische Darstellung des Bel ftens eines evakuierten Beh lters Das Diagramm in Abb 1 6 stellt schema tisch das Bel ften eines evakuierten Beh l ters durch eine Wand ffnung Bel ftungs ventil mit Umgebungsluft von p 1000 mbar dar F r die kritische Druckdifferenz ergibt sich gem obiger Angaben 1000 1 0 528 mbar 470 mbar d h f r Ap gt 470 mbar verblockte Str mung f r Ap lt 470 mbar Abnahme des Gasstromes 1 7 2 Molekularstr mung Die Molkularstr mung ist im Hoch und Ul trahochvakuumbereich vorherrschend In diesen Bereichen k nnen sich die Teilchen ohne gegenseitige Behinderung frei bewe gen Molekularstr mung liegt vor wenn die mittlere freie Wegstrecke eines Teilchens sehr viel gr er als der Durchmesser der Leitung ist gt gt d 1 7 3 Knudsenstr mung Der bergang von viskoser Str mung zur molekularen Str mung ist die Knudsen str mung Sie herrscht im Feinvaku umgebiet vor X d Das Produkt aus dem Druck p und dem Rohrdurchmesser d f r ein bestimmtes Gas bei einer bestimmten Temperatur kann als charakteristische Gr e f r die ver schiedenen Str mungsarten dienen F r Luf
149. e zu einer S ttigung der Dichtungen mit Tri tium kommt und diese spr de und undicht N Auspumpzeit t h Ausheizzeit t h Abb 3 17 TURBOVAC D 30 A Auspumpdauer in Abh ngigkeit von Ausheizdauer f r einen 5 Rezipienten 71 Kinetische Vakuumpumpen Totaldruck Piot 3 10 19 mbar 7X PAS TOT T 12 16 18 28 36 44 Abb 3 18 Restgaspektrum ber einer TURBOVAGC 450 werden Um die Gefahr einer Umweltver seuchung durch das radioaktive Tritium zu vermeiden wurde die Pumpe mit GF Flan schen am Hochvakuum und Vorvakuum stutzen mit Geh usedichtungen aus Metall und mit einem lbeh lter aus Edelstahl ausger stet Da auch das l mit radioakti vem Tritium verunreinigte ist wird ein l wechsel ferngesteuert ber einen lein f llstutzen und einen labla stutzen durchgef hrt Ein Schwimmerschalter dient zur Kontrolle des lstandes Das Schwingungsverhalten der Pumpe wird mit Hilfe eines elektrodynamischen Schwingungsaufnehmers kontinuierlich berwacht Betrieb in Magnetfeldern an Teilchenbe schleunigern und plasmaphysikalischen Apparaturen Hierbei ist zu ber cksichti gen da Turbo Molekularpumpen nur be dingt in Magnetfeldern arbeiten k nnen da diese in dem drehenden metallischen Pumpenrotor Wirbelstr me induzieren Als Folge dieser Wirbelstr me k nnen neben der Erw rmung und Abbremsung des Ro tors auch Schwingungen der Rotorsc
150. entweder gleich dem Massendurchflu durch die An saug ffnung der Pumpe Am T 1 9 oder gleich dem pV Durchflu durch die Ansaug ffnung der Pumpe 1 10 meist angegeben mbar e Hierin ist p der Druck auf der Ansaugseite der Pumpe Sind p und V auf der Ansaugseite der Pumpe konstant so ist die Sauglei stung dieser Pumpe durch die einfache Be ziehung IER 1 10 gegeben wobei S das Saugverm gen die ser Pumpe beim Ansaugdruck p ist Die Saugleistung einer Pumpe wird viel fach auch mit Q bezeichnet Der Begriff der Saugleistung ist in der Pra xis von gro er Bedeutung und darf nicht mit dem Saugverm gen verwechselt wer den Die Saugleistung ist die von der Pumpe in der Zeiteinheit abtransportierte Gasmenge in mbar s das Saugver m gen ist die von der Pumpe in der Zeit einheit zur Verf gung gestellte Transport kapazit t in m h oder s Die Saugleistung ist wichtig f r die Bestim mung der Gr e einer Vorpumpe im Ver h ltnis zur Gr e einer in Reihe geschalte ten Hochvakuumpumpe um sicherzustel len da das von der Hochvakuumpumpe gef rderte Gas sicher von der Vorvakuum pumpe bernommen werden kann siehe Abschnitt 5 2 4 Str mungsleitwert L s7 Der pV Durchflu durch ein beliebiges Lei tungselement z B Rohr oder Schlauchlei tungen Ventile D sen ffnungen in einer Wand zwischen zwei Beh ltern usw ist ge geben durch qw Du P Ap
151. erdem k nnen wir die Pumpe heizen um im Pumpenin neren Kondensation zu vermeiden und zur Verd nnung zus tzlich mit Stickstoff sp len Im Diagramm sind auch Me punkte f r Druck und Temperatur l ngs des Weges durch die Pumpe sowie die zwei Sp lgasanschl sse eingetragen Tats chlich zeigte die DuraDry nach ein j hrigem Einsatz in einem Al tzproze im Inneren keinerlei Ablagerungen 2 2 3 Scroll Pumpen Das Funktionsprinzip der Scroll Verdicht ers wurde von dem Franzosen Leon Creux entwickelt und 1905 patentiert Jahrzehn telang haben Produktionshindernisse die industrielle Anwendung dieses Konzepts verz gert Seit einiger Zeit wird es erfolg reich als Verdichter f r K ltemittel und neuerdings auch f r lfreie Vakuumpum pen angewendet Das Herzst ck des Ver 1 3 Abb 2 53 Funktionsschema der Scroll Pumpe OOOO Der Weg einer SCH Gas durch die Sieg Drei Portionen Gas a b und in der Pumpe Das Gas wird durch das Orbitieren einer beweglichen Spirale um eine feststehende Spirale von au en Ansaugstutzen nach innen Auspuffstutzen gedr ckt dichters besteht aus zwei archimedischen Spiralen die nur u erst geringe Ferti gungstoleranzen zulassen Das Wort Scroll kommt aus dem Englischen scroll Schnecke Spirale Schriftenrolle Werden diese Spiralen ineinander gesetzt bilden sie mehrere halbmondf rmige Taschen in unterschiedlichen Gr en W hrend die eine Spirale
152. fest steht wird die andere durch die Kurbelwelle mit Exzenter ber eine spezielle Kupplung angetrieben Da durch rollt die bewegliche Spirale kreis bahnf rmig orbitierend an der festste henden Spirale ab Das Gas wird durch das Orbitieren einer beweglichen Spirale um eine feststehende Spirale portionsweise von au en Ansaugstutzen nach innen Auspuffstutzen gedr ckt Die Abb 2 53 soll die Arbeitsweise einer Scrollpumpe verdeutlichen 2 3 Trockenlaufende Rotations Verdr ngerpumpen die nicht gegen Atmosph re verdichten Roots oder W lzkolbenpumpen W lzkolbenpumpen auch Rootspumpen oder Rootsgebl se genannt waren ur spr nglich f r das Aufladen von Flugzeug motoren konstruiert haben aber seit den 30er Jahren des vorigen Jahrhunderts auch in den Arbeitsgebieten der Vakuumtechnik breite Anwendung gefunden Sie werden in Pumpenkombinationen mit Vorpumpen Drehschieber Sperrschieber und Schraubenpumpen eingesetzt und erwei tern deren Arbeitsbereich bis weit in das Feinvakuumgebiet bei Verwendung zwei stufiger Rootspumpen sogar bis in das Hochvakuumgebiet Das Arbeitsprinzip der W lzkolbenpumpen erlaubt es Einheiten mit sehr hohem Saugverm gen ber 100 000 m h zu bauen die wirtschaftli cher sein k nnen als z B Dampfstrahl pumpen im gleichen Arbeitsbereich Eine W lzkolben Vakuumpumpe siehe Abb 2 54 ist eine Drehkolbenpumpe bei der sich im Pumpengeh use zwei sym metrisch gestaltete
153. frei von Additiven Beispiele Standard l Einsatz bei erh hten Temperaturen Einsatz in WSLF Beim Anfall von starken f r Anwendungsgebiete Bei Anfall von Luft Abpumpen von Luft f r den Betrieb in Gaslasern Oxidationsmitteln wie Sauerstoff D und Prozessmedien chemisch inerten chemisch inerten Ozon 0 Stickoxide NOx Permanentgasen Permanentgasen z B Edelgase und Schwefeloxide 50 SO z B Edelgase Wasserstoff H sowie reaktiver Substanzen Wasserstoff H Kohlendioxid CD wie Halogene z B Fluor F Chlor 0 Wasserdampf Kohlenmonoxid CO Aliphate Halogenwasserstoffe z B Methan CH Propan CH z B Hydrogenchlorid HCI Ethylen CH Hydrogenbromid HBr organische L semitteld mpfe Uranhexafluorid UF und bedingt Lewis S uren z B Bortrichlorid BCI Anmerkungen Unsere Katalog Enddruck Keine anorganischen S uren z B HCI Nur in f r PFPE modifizierten Angaben beziehen sich H 50 Pumpen verwenden au er bei den DOT und und Basen z B NaOH NH F r den Betrieb mit PFPE aut den abpumpen empfehlen wir ausschlie lich Betrieb mit N62 Pumpentypen mit Spaltrohrmotor Standzeit kann duroi Einsatz eies Eine Vermischung mit einem anderen ltyp ist Olfilters verl ngert werden strikt zu vermeiden Elastomervertr glichkeit FPM Viton Geeignet Geeignet Geeignet Geeignet NBR Perbunan 2 Bedingt geeignet Bedingt geeignet Bedingt geeignet Geeignet EPDM Nicht geeignet Nic
154. ft3 h u ft3 min mbar Zis 1 0 987 0 75 10 1 1 56 105 5 5 103 3 4 102 2 10 1053 7 52 102 9 56 104 1593 cm3 s 1 013 1 0 76 1 01 10 1 1 58 105 5 6 103 3 44 102 2 12 10 760 96 6 103 1614 Torr s 1 83 1 32 1 1 33 107 2 08 105 7 3 108 4 52 102 2 79 1073 103 1 27 105 2119 Pa m3 s 10 9 9 75 1 1 56 106 5 51 104 3 4 108 2 09 102 7 5 108 9 54 105 15 9 103 6 39 10 6 31 10 4 80 10 6 41 107 1 3 5 102 217 103 1 34 10 4 8 103 0 612 10 2 10 3 oz yr 1 82 10 1 79 10 1 36 10 1 82 105 28 33 1 6 18 102 3 80 107 0 136 17 34 0 289 Ib yr 2 94 103 2 86 103 2 17 103 2 94 10 4 57 102 16 1 6 17 10 2 18 280 4 68 atm ft3 min 4 77 102 4 72 102 3 58 102 47 7 7 46 107 2 63 106 1 62 105 1 3 58 105 4 55 107 7 60 105 u s 1 33 103 1 32 10 10 3 1 33 10 208 7 34 4 52 107 2 79 10 1 127 2 12 u ft3 h 1 05 105 1 04 105 7 87 10 1 05 10 1 63 5 77 102 3 57 103 2 20 10 7 86 103 1 1 67 10 2 u ft3 min 6 28 10 6 20 10 4 72 10 6 28 105 98 3 46 2 14 1071 1 32 10 0 472 60 1 1 y 8 h 1 04 105 stsd per second 1 micron cubic foot per hour 0 0079 micron liter per second 1 kg 2 2046 pounds Ib 1 cubic foot cfut cf 28 3168 dm 1 Ib 16 ounces 02 1 lusec 1 u s71 1 std 5 760 u s7 Tabelle 13 7b Umrechnung von Durchflu Q Einheiten Leckraten Einheiten 185 Tabell
155. ganz bei durch Gaseinla auf einen Druck von 1 10 2 mbar wo wir uns schon im ber gang zur viskosen Str mung befinden oberstes Spektrum Dieser Versuch macht auch deutlich da ein Vergleich ver schiedener Pumpen hinsichtlich der l r ckstr mung nur bei gleichem Ansaug druck aussagekr ftig ist Um aber das Risiko der Verunreinigung durch Kohlen wasserstoffe aus dem Pumpen l grund s tzlich zu vermeiden werden trotz dieser einfachen M glichkeit in vielen Anwen dungen in zunehmendem Ma e trocken laufende Vorvakuumpumpen eingesetzt Bei der Beurteilung von mechanischen Va kuumpumpen bez glich der Reinheit des erzeugten Vakuums und ihrer Eisatzm g lichkeit bei bestimmten Prozessen m ssen neben dem wichtigen Punkt der lr ck str mung auch bei lfreien Vorvakuum pumpen noch andere physikalische Eigen schaften der Pumpe beachtet werden Be sonders wichtig sind e Partikelvertr glichkeit Staub etc e Durchstr mung von Proze schwebe teilchen keine Ablagerungen in der Pumpe e Temperatur der Pumpe keine Kon densation in der Pumpe e R ckstr mung von mechanischem Abrieb aus der Pumpe 110 Spektrum Scan 34 Gaseinla bis 1 102 mbar 1 10 5 110 1 10 0 20 40 60 80 100 Massenzahl amu 110 Spektrum Scan 39 Gaseinla bis 4 10 mbar 110 u e 5 110 110 0 20 40 60 80 100 Massenzahl 1 10
156. habe eine Gesamtoberfl che einschlie lich aller Systeme von etwa 5 m Es wer de eine st ndige Gasabgaberate von 2 10 mbar s pro m Fl che angenom men ein Wert mit dem man rechnen mu wenn an dem Vakuumbeh lter z B Venti le und Drehdurchf hrungen angebracht sind Um in dem System einen Druck von 1 105 mbar aufrechtzuerhalten mu die Pumpe ein Saugverm gen von _ 5 2 10 mbar S _400 2 5 eff 1 10 mbar besitzen Ein Saugverm gen von 100 s ist allein dazu erforderlich die durch Lecks oder Gasabgabe von den W nden einstr men de Gasmenge st ndig abzupumpen Der eigentliche Evakuierungsproze verl uft hierbei analog zu dem in Abs 5 2 1 1 geschilderten Beispiel Doch beginnt der Pumpproze bei einer Diffusionspumpe nicht bei Atmosph rendruck sondern beim Vorvakuumdruck p Dann geht Gleichung 5 4 ber in Bu Gel SES Bei einem Vorvakuumdruck py 2 10 mbar ist die Kompression in unserem Beispiel _ 2107 110 Um den Enddruck von 1 105 mbar 5 Minuten nach Beginn des Pumpens mit der Diffusionspumpe zu erreichen ist ein effektives Saugverm gen von 500 San 5 60 erforderlich Dieses ist viel geringer als das effektive Saugverm gen das zur Aufrecht erhaltung des Enddruckes erforderlich ist Auspumpzeit und Endvakuum im Hoch und Ultrahochvakuum Bereich werden im wesentlichen durch die Gasabgaberate und die Leckraten bestimmt Auf mathemati sche Gesetzm igkei
157. kann hilfreich sein die mit diesem Pro ze verbundenen Probleme anhand des Phasen Diagramms siehe Abb 2 52 f r Leistung kW Einla druck Torr Abb 2 51 DuraDry Leistungsaufnahme DD105 50 Hz 00105 60 Hz DD605 50 Hz DD605 60 Hz Mechanische Vakuumpumpen Dampfdruck Partialdruck von Al2Cle 100 Aluminium tz Test 1 DD 105 WS 251 mit Sp lgas Temperaturpunkt 85 C Feste Phase Sp lgas 1 10 Partialdruckkurve Sp lgas 2 Pumpenausla f Ausla ws 251 e d Pumpeneinla 0 01 Pumpenausla Dampfdruckkurve Pumpeneinla 0 001 Dampf Phase DD 105 Ausla 0 0001 7 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 t C Abb 2 52 Phasen Diagramm f r den Al tzproze den ACL zu besprechen Der Teil Feste Phase des Diagramms sagt In dieser Re gion ist die feste Phase stabil Je weiter der Abstand von der Begrenzungslinie desto mehr versucht die gasf rmige Phase auf allen Teilen im Inneren der Pumpe zu kondensieren Wenn wir auf das Phasen diagramm f r diesen Proze in Abb 2 52 schauen sollten wir immer versuchen den Proze unterhalb der Linie Partialdruck Dampfdruck zu halten Au
158. mbar W hrend der letzten 5 Stunden fallen dann die rest lichen 6 des Feuchtigkeitsgehaltes oder 5 kg Wasser an Bei einem mittleren Druck von ca 0 65 mbar ergibt sich ein Dampf anfall von 2000 m h Es bieten sich zwei M glichkeiten an a Man arbeitet weiterhin mit der oben erw hnten RUVAC WA 1001 Gem der anfallenden Wasserdampfmenge stellt sich der Endtotaldruck ein Man wartet bis ein Druck von etwa 6 5 10 2 mbar erreicht ist was nat r lich etwas l nger dauert 96 b Man dimensioniert die W lzkolben pumpe von vornherein etwas gr er z B mit einem Saugverm gen von etwa 2000 m3 h ist die RUVAC WA 2001 geeignet F r gr ere Papiermengen z B 5000 kg sind Pumps tze geeig net die bei einem Saugverm gen f r Wasserdampf bis 20 000 m h den Druck automatisch von 27 auf 10 2 mbar senken Die gesamte Trocknungszeit wird durch den Einsatz solcher Pump s tze wesentlich verk rzt 5 2 4 Wahl der geeigneten Vorpumpe Bei der Auswahl einer geeigneten Vor vakuumpumpe sollen m glichst drei Bedingungen erf llt weden 1 bernahmebedingung Die von der HV Pumpe gef rderte Gasmenge mbar s mu von der VV Pumpe bernommen und abgepumpt werden 2 Chargierzeiten Die VV Pumpe mu so gro sein da die gew nschten Chargierzeiten eingehalten werden k nnen das hei t die VV Pumpe mu den Rezipienten in einer vorgegebenen Zeit so weit auspumpen da auf die einsatzbereite HV Pumpe um
159. mit inerten Gasen die Pumpe beispielsweise im Stillstand vor gef hrlichen Kontaminationen bewahrt die 57 Mechanische Vakuumpumpen Purge IN I EcoDry a Gastballast elektromagnetisch Gasballast IN x EcoDry b Gastballast manuell Abb 2 77 Schematische Darstellung von verschiedenen Gasballastventilausf hrungen sonst ber den Auspuff in die Pumpe ge langen k nnen Die Kombination eines elektromagnetisch betriebenen Gasballastventils und eines Gasballastventils mit R ckschlagventil bie tet einen optimalen Schutz der Vakuum pumpe und stellt eine hohe Verf gbarkeit des Vakuums sicher Das gilt besonders bei Anfall von kondensierbaren Stoffen im Ansaugstrom Gefahr der Gross Kontamination bei An schluss der Auspuffleitung an eine zen trale von mehreren Pumpen benutzten Auspuffleitung Gefahr der Verunreinigung durch Parti kelanfall im Ansaugvolumenstrom Ob der Einsatz von weiterem Zubeh r wie beispielsweise Staubfilter Kondensatfallen etc sinnvoll ist mu f r jeden spezifischen Anwendungsfall gepr ft werden 58 2 4 2 2 Pumpen mit Linearantrieb f r kleinere Saugverm gen Das Kolbenprinzip ist wegen seiner dichten Spalte hervorragend geeignet auch Pum pen mit kleinerem Saugverm gen zu reali sieren Ben tigt man 7 eine Pumpe mit einem Saugverm gen lt 10 m3 h so nimmt der Kurbeltrieb einen unverh ltnism ig gr
160. mu so niedrig sein da von au en einstr mende Gase sofort von der angeschlossenen Pumpenanordnung ab gepumpt werden den Druck im Rezipien ten also nicht ver ndern N heres zur Dichtheitspr fung in Abschnitt 9 Die oben unter 1 2 und 3 aufgef hrten Fragen sind charakteristisch f r die drei wesentlichsten Aufgaben der Vakuumtechnik n mlich 1 Evakuieren des Rezipienten bis zum Er reichen eines bestimmten vorgegebe nen Druckes 2 Abpumpen st ndig anfallender Gas und Dampfmengen bei einem bestimm ten Druck 3 Abpumpen der w hrend eines Prozes ses durch Ver nderung der Temperatur und Druckverh ltnisse entstehenden Gase und D mpfe Pumpen Auswahl Dimensionierung Das erste Evakuieren des Rezipienten wird im Fein Hoch und Ultrahochvakuum Bereich vom Abpumpen der st ndig anfal lenden Gasmengen beeinflu t weil sich in diesen Bereichen die von den W nden des Rezipienten desorbierenden Gas und Dampfanteile so stark bemerkbar machen da sie oft allein f r die Dimensionierung der Vakuumanlage bestimmend sind 5 2 1 Evakuieren eines Vakuum beh lters ohne zus tzlichen Gas oder Dampfanfall Wegen der oben geschilderten Verh ltnis se mu bei der Absch tzung der Aus pumpzeit grunds tzlich zwischen dem Eva kuieren eines Vakuumbeh lters im Grob vakuumbereich und dem Evakuieren im Fein und Hochvakuumbereich unterschie den werden 5 2 1 1 Evakuieren eines Beh lters im Grobvakuumb
161. mungsmechanik 9 89 Teil 6 Formelzeichen f r elektrische Nachrichtentechnik 5 92 Teil 7 Formelzeichen f r elektrische Maschinen 1 91 1305 Masse W gewert Kraft Gewichtskraft Gewicht 1 88 Last Begriffe 1306 Dichte Begriffe 6 84 1313 Physikal Gr en und Gleichungen Begriffe Schreibweisen 12 98 1314 Druck Grundbegriffe Einheiten 2 77 1315 Winkel Begriffe Einheiten 8 82 1319 Grundbegriffe der Me technik Teil 1 Grundbegriffe 1 95 Teil 2 Begriffe f r die Anwendung von Me ger ten 1 80 Teil 3 Begriffe f r die Me unsicherheit und f r die Beurteilung von Me ger ten und Me einrichtungen 5 96 Teil 4 Behandlung von Unsicherheiten bei der Anwendung von Messungen 2 99 215 Vakuumtechnische Normen A Nationale Vereinbarungen Teil 1 DIN Fortsetzung DIN Titel Ausgabe 1343 Normzustand Referenzzustand 1 90 1345 Thermodynamik Grundbegriffe 12 93 1952 Durchflu messung mit Blenden D sen etc 7 82 2402 Rohrleitungen Nettweiten Begriffe Stufung 2 76 3535 Dichtungen f r die Gasversorgung Teil 6 12 99 8964 Kreislaufteile f r K lteanlagen mit hermetischen und halbhermetischen Verdichtern Teil 1 Pr fungen 3 96 Teil 2 Anforderungen 9 86 E 12 95 16005 berdruckme ger te mit elastischem Me glied f r die allgemeine Anwendung Anforderungen und Pr fung 2 87 16006 berdruckme ger te mit Rohrfeder Sicherheitstechnische Anforderung und Pr fung 2 87 19
162. nahmen ergriffen werden a Die hochvakuumseitige D se und die Form des diese D se umgebenden Teiles des Pumpenk rpers m ssen so ausgebil det sein da auf dem Weg des Dampf strahls vom D senaustritt zur gek hlten Pumpenwand m glichst wenige Dampf teilchen seitlich austreten b Die K hlung der Pumpenwand mu so gew hlt werden da eine m glichst voll st ndige Kondensation des Treibmittel dampfes erfolgt und das Treibmittel nach der Kondensation gut abflie en kann 64 c Zwischen Pumpe und Rezipient m ssen je nach gefordertem Enddruck ein oder mehrere gek hlte Treibmittelf nger Dampf sperren Baffle oder K hlfallen eingebaut werden An die Konstruktion von Dampfsperren oder K hlfallen f r l Diffusionspumpen sind vor allem zwei Forderungen zu stellen Einmal sollen m glichst alle r ckstr men den Treibmitteldampfteilchen an gek hlten Oberfl chen dieser Ger te haftenbleiben kondensieren Andererseits m ssen die Kondensationsfl chen so ausgebildet und geometrisch angeordnet sein da der Str munggsleitwert dieser Baffle Dampfsper re und K hlfalle f r das abzusaugende Gas m glichst hoch ist Diese beiden Forde rungen werden unter dem Begriff optisch dicht zusammengefa t Damit ist gemeint da die Teilchen nicht ohne Wandst e durch das Baffle gelangen k nnen obwohl das Baffle einen hohen Leitwert hat Die Umsetzungung dieser Idee hat zu einer Vielfalt von Konstr
163. nicht konstant Der mit Adsorptionspumpen erreichbare Enddruck wird in erster Linie durch jene Gase bestimmt die sich zu Beginn eines Pumpprozesses im Beh lter befinden und an der Zeolithoberfl che schlecht oder gar nicht adsorbiert werden wie z B Ne oder He In der gew hnlichen Luftatmosph re befinden sich wenige ppm dieser Gase Unter solchen Bedingungen sind Dr cke lt 10 2 mbar zu erreichen Sollen Dr cke unter 10 3 mbar ausschlie lich mit Adsorptionspumpen erzielt werden darf m glichst kein Neon oder Helium im Gasgemisch vorhanden sein Nach einem Auspumpproze braucht die Pumpe nur auf Zimmertemperatur er w rmt zu werden um das adsorbierte Gas freizugeben und das Zeolith wieder ein satzbereit zu machen Wurde stark was serdampfhaltige Luft oder feuchtes Gas abgepumpt dann ist zu empfehlen die Pumpe bis zur v lligen Trocknung der Zeo lithoberfl chen einige Stunden bei 200 C und dar ber auszuheizen Zum Auspumpen gr erer Beh lter wird man in der Praxis mehrere Adsorptions pumpen parallel oder hintereinander ge schaltet anschlie en Der Druck wird zu n chst durch die erste Pumpstufe von Atmosph rendruck auf einige mbar redu ziert um dabei noch viele Edelgasmolek le Helium und Neon mitzurei en Nachdem die Pumpen dieser Stufe ges ttigt sind 76 werden die Ventile zu diesen Pumpen ge schlossen und ein bisher geschlossenes Ventil zu einer weiteren Adsorptionspum pe mit n
164. oder berdruckbereich vorliegen mit un verf lschter Zusammensetzung untersu chen zu k nnen Durch die Verblockung im viskosen Str mungsbereich ergibt die Messung der Leckrate bei Leckagen in Vakuumbeh ltern von tiefen Dr cken kommend bis etwa 470 mbar einen konstanten Wert Erst nach L sung der Verblockung nimmt der Gasdurchsatz ab bis schlie lich innen und au en der gleiche Druck herrscht siehe 1 7 1 1 10 Kohlenwasserstoff freies Vakuum Grunds tzlich kann bei allen Pumpen bei denen im Vakuumbereich Treibmittel Dichtungsmittel oder Schmiermittel ent halten zu entsprechenden Verunreinigun gen im Rezipienten kommen Das gilt so wohl f r Treibmittelpumpen als auch f r Verdr nger Vakuumpumpen Bei sehr empfindlichen Prozessen wie beispiels weise in der Halbleiterindustrie k nnen diese zu kostenintensiven St rungen beziehungsweise fehlerhaften Chargen f hren Aber auch bei anderen Anwendun gen werden zunehmend trocken laufen dende besser trocken verdichtende Vor vakuumpumpen in Kombination mit Turbo Molekularpumpen oder Kryopum pen eingesetzt So werden zum Beispiel immer mehr Leckdetektoren mit solchen trocken laufendenden Vorvakuumpumpen und Turbo Molekularpumpen ausger stet Ma gebend f r die Beurteilung von Ver unreinigung durch Treibmittel und oder Schmiermittel ist 1 der Dampfdruck dieser Stoffe bei Betriebstemperatur der Pumpe 2 die Str mungsverh ltnisse von der Dampfquell
165. optimale Verh ltnisse Daher bleibt das Saugverm gen nach niedrigen Ansaugdr cken hin nicht konstant Infolge der hohen Ge schwindigkeit und Dichte des Dampfstrah les k nnen ldampf Strahlpumpen die ab gepumpten Gase gegen einen relativ hohen Vorvakuumdruck f rdern Die Vorvakuum best ndigkeit liegt bei einigen Millibar Die heute in der Vakuumtechnik verwendeten ldampf Strahlpumpen haben im allge meinen eine oder mehrere Diffusions stufen und mehrere nachgeschaltete Dampfstrahlstufen Das D sensystem einer ldampf Strahlpumpe auch als Booster pumpe bezeichnet besteht aus zwei Diffu sionsstufen und aus zwei hintereinander geschalteten Dampfstrahlstufen siehe Abb 3 5 Die Diffusionsstufen bewirken zwischen 10 4 und 10 3 mbar das hohe Saugverm gen die Dampfstrahlstufen den hohen Gasdurchsatz bei hohen Dr cken und die hohe Vorvakuumbest ndigkeit Die Unempfindlichkeit gegen Staub und im Treibmittel l sliche D mpfe wird durch ein ger umiges Siedegef und einen gro en Treibmittelvorrat erreicht Es k nnen gro e Mengen an Verunreinigungen im Siedege f ohne Verschlechterung der Pump eigenschaften abgelagert werden 3 1 3 Treibmittel a le Die f r l Diffusionspumpen geeigneten Treibmittel sind Mineral le Silikon le und le auf der Basis von Polyphenyl thern An solche le sind mit R cksicht auf ihre va kuumtechnische Anwendung eine Reihe strenger Forderungen zu stellen deren Er f
166. oxidativen Einflu inert Perfluorpolyether polymerisieren nicht unter Einflu energiereicher Strahlung PFPE ist nicht entflammbar Perfluorierte Polyether werden beim Abpumpen von stark reaktiven Stoffen verwendet bei spielsweise von Sauerstoff O Fluor F und Uranhexafluorid UE Gegen ber Lewis S uren wie Bortrifluorid BF oder Alumini umtrichlorid ACL sind sie nicht vollst n dig inert Hier kann eine Reaktion ab ca 100 C stattfinden Perfluorierte Polyether sind thermisch hochstabil Eine thermische Zersetzung kann erst ab Temperaturen ber 290 C auftreten Vorsicht Perfluorierte Polyether setzen im Fall einer thermischen Zersetzung toxische und korrosive Gase frei Fluorwasserstoff HF Garbonyldifluorid COF Deshalb mu im Arbeitsbereich in dem mit PFPE gearbeitet wird der Umgang mit offenem Feuer vermieden werden Im Arbeitsbereich darf nicht geraucht werden F r den Einsatz von Perfluorierten Poly ethern d rfen nur entsprechend vorberei 34 tete Pumpen verwendet werden da diese frei von Kohlenwasserstoffen sein m ssen Ein Wechsel von einem anderen Grund ltyp auf PFPE darf nur von autorisierten Service Centern durchgef hrt werden Die Pumpe mu komplett demontiert und sorgf ltig gereinigt werden Dichtungen und Filter m ssen gewechselt und geeig nete Fette verwendet werden 2 2 Trockenverdichtende Rotations Verdr ngerpumpen die gegen Atmosph re verdichten In diese Gruppe der trock
167. reicht die Ablenkung nicht mehr f r eine Eskala tion also Durchla yz Ebene F r Massen M lt M ist die zur D mpfung der Schwingungen f hrende Ablenkung gr er als bei M also Durchla verhalten F r M gt M reicht die D mpfung f r eine Beruhigung nicht aus also Sperrung Massenspektrometer Ausgang Trennsystem Eh Faraday Cup Verst rker Positives lon 5 Verbindung er zur Vorderseite der inneren I 1 Oberfl che Hochspannung Widerstand der inneren Oberfl che Widerstand 108 Q SS gt Abb 8 6 Prinzip Faraday Cup links Aufbau Channeltron rechts 5 Zusammenfassung von xz und yz Ebene Bei der berlagerung der lonen str me i i M f r beide Stabpaare U V fest gibt es drei wichtige Berei che Bereich I Kein Durchla f r M wegen Sperrverhalten des xz Stabpaares Bereich II Die Durchl ssigkeit des Stabsystems f r die Masse M wird durch das Verh ltnis U V bestimmt f r andere lonen kein Durchla Wir sehen da gro e Durchl ssigkeit hohe Empfindlichkeit mit geringer Trennsch rfe Aufl sung siehe 8 5 1 erkauft werden mu Eine optimale Ju stierung des Trennsystems verlangt also einen Kompromi zwischen diesen beiden Eigenschaften F r konstante Aufl sung bleibt das Verh ltnis U V ber den ganzen Me bereich gleich Die Massenzahl M siehe 8 5 2 der lonen die das Trenns
168. rung des erforderlichen Rohrdurchmessers einer Leitung wenn ein Pumpsatz bei vorgegebenem Druck und vorgegebener L nge der Leitung ein bestimmtes effekti ves Saugverm gen erreichen soll oder die Bestimmung der maximal zul ssigen Rohr l nge wenn die brigen Parameter bekannt sind Die erhaltenen Werte gelten nat rlich nicht f r turbulente Str mungen In Zwei felsf llen sollte die Reynoldszahl Re siehe Abschnitt 1 7 1 durch die n herungswei se g ltige Beziehung Re 15 1 31 abgesch tzt werden Ou S ist darin die Durchflu leistung in mbar s d der Durchmesser der Rohrleitung in cm Eine Zusammenstellung von Nomogram men die sich in der Praxis bew hrt haben ist in Abschnitt 13 enthalten Abb 1 9 Gegen berstellung von laminarer und molekularer Str mung 19 Vakuumphysik laminar Str mungsart molekular Kontinuums Kinetische Gastheorie Kinetische Druck Geometrie Leitwert h ngt ab von Geometrie allein Gruppen Geschwindigkeit Thermische Teilchen Verband Teilchen als Einzel Atome Molek le Phalanx Analogon Einzelk mpfer d gt gt Mittlere freie Wegl nge L gt gt d nein Entmischung ja nein lr ckdiffusion ja m glich Verblockung unm glich Druckabh ngig sehr langsam Diffusion Durchmischung sehr schnell direkt messende Vakuummeter indirekt messende Verdr ngerpumpen Gastransferv
169. schmutzungsgefahr sind Ersch tterungen der R hre nicht auszuschlie en Luftein br che zu erwarten usw so mu das Me instrument robust sein In industriel len Anlagen werden Feder und Membran Vakuummeter W rmeleitungs Vakuum meter Gl hkathoden lonisations Vakuum meter und Penning Vakuummeter ver wendet Einige dieser Me ger te sind empfindlich gegen rauhe Betriebsbedin gungen Sie sollen und k nnen nur dann mit Erfolg verwendet werden wenn die oben genannten Fehlerquellen soweit wie m glich ausgeschaltet und die Me hinweise beachtet werden 7 2 mit gasart unabh ngiger Druckanzeige Mechanische Vakuummeter messen den Druck direkt durch Registrierung der Kraft welche die Teilchen Molek le und Atome in einem gasgef llten Raum auf Grund ihrer thermischen Geschwindigkeit beim Aufprall auf eine Fl che aus ben 7 2 1 Feder Vakuummeter Das Innere eines kreisf rmig gebogenen Rohres des Bourdonrohres 3 wird an den zu evakuierenden Beh lter ange schlossen Abb 7 2 Durch die Wirkung des u eren Luftdruckes wird das Ende des Rohres beim Evakuieren mehr oder weniger gebogen Dadurch wird das dort angreifende Zeigerwerk 4 und 2 be t tigt Die Skala ist linear Da die Druckan zeige vom u eren Luftdruck abh ngig ist ist die Anzeige nur auf etwa 10 mbar genau sofern die Ver nderung des Luft drucks nicht korrigiert wird 7 2 2 Membran Vakuummeter 7 2 2 1
170. sind bei den meisten Vakuummetern in der Praxis nicht leicht zu erf llen Eine Verschmutzung bewirkt bei Kom pressions Vakuummetern eine falsche un kontrollierbare Druckanzeige Verschmutz te THERMOVAC R hren zeigen im unteren Me bereich einen zu hohen Druck an weil die Oberfl che des hei en Drahtes sich ver ndert hat Beim Penning Vakuum meter t uscht Verschmutzung einen viel zu niedrigen Druck vor weil die Entladungs str me kleiner werden Bei lonisations Va kuummetern mit hei er Kathode k nnen Elektroden und R hrenwand verschmutzt werden was unter Umst nden eine Ver ringerung der Isolationswiderst nde zur Folge haben kann Hier aber k nnen die Me systeme meist durch Stromdurchgang oder Elektronenbombardement ausgeheizt und entgast werden ganz abgesehen davon da lonisations Vakuummeter viel fach im Ultrahochvakuum eingesetzt wer den wo aus anderen Gr nden auf saube re Verh ltnisse geachtet werden mu 12 4 3 Einflu magnetischer und elektrischer Felder Bei allen Me instrumenten die als Me prinzip die lonisierungswahrscheinlichkeit von Gasmolek len verwenden Kaltka thoden und Gl hkathoden lonisations Vakuummeter k nnen starke magneti sche Streufelder oder elektrische Poten tiale die Druckanzeige stark ver ndern Bei tiefen Dr cken k nnen auch Wandpoten tiale die vom Kathodenpotential abwei chen den lonenf ngerstrom beeinflussen Bei Vakuum Me systemen die im Hoch
171. und Regeln tiefer Temperaturen Teil 1 Thermodynamische Verfahren Me technik 81 1973 175 181 G Sch fer M Schinkmann Messen und Regeln tiefer Temperaturen Teil 11 Elektrische Verfahren Me technik 82 1974 31 38 R Frank et al Entwicklung von Refrigeratoren f r den Einbau in Kryopumpen Vakuum Technik 30 1981 134 137 223 Literaturverzeichnis J J Scheer und J Visser Anwendungen von Kryopumpen in der in dustriellen Vakuumtechnik Vakuumtechnik 31 1982 34 45 P Duval Diffusionspumpen Turbo Molekularpum pen oder Kryopumpen Auswahlkrite rien f r Hochvakuumpumpen Vakuumtechnik 31 1982 99 105 H Henning und H H Klein Pumpen von Helium mit Refrigerator Kryopumpen Vakuum Technik 34 1985 181 184 H H Klein et al Einsatz von Kryopumpen in Produktions anlagen Vakuum Technik 34 1986 203 211 D M ller und M Sydow Kryopumpen im Vergleich mit anderen Hochvakuumpumpen Vakuum in der Praxis 2 1990 270 274 G Kiese und G Vo Kryopumpen mit neuartiger Regenera tionstechnik Vakuum in der Praxis 4 1992 189 192 16 2 6 lr ckstr mung G Levin A quantitativ appraisal of the backstream ing of forepump oil vapor J Vac Sci Technol A 3 6 2212 2213 1985 M A Baker and L Laurenson A quartz crystal microbalance holder for low Temperature use in vacuum Vacuum Vol 17 12 647 648 1967 Letters to the Editor M A Baker and W Steckelmacher
172. und Stunden Gasfreie Oberfl chen las sen sich daher nur unter Ultrahochvakuum Bedingungen herstellen und ber l ngere Zeitr ume aufrecht erhalten Mit dem Druck ndern sich noch weitere physikalische Eigenschaften So sind unter anderem die W rmeleitf higkeit und die in nere Reibung von Gasen im Feinvaku umgebiet sehr stark vom Druck abh ngig Im Grob und Hochvakuumgebiet dagegen sind diese beiden Eigenschaften nahezu druckunabh ngig Daher ist es verst ndlich da nicht nur die Pumpen die man zur Erzeugung von Dr cken in den unterschiedlichen Vaku umbereichen braucht unterschiedlich sind sondern auch die zur Messung der Dr cke verwendbaren Vakuummeter Eine ber sichtliche Zuordnung von Pumpen und Me ger ten f r die einzelnen Druckberei che ist in Abb 13 16 und 13 16a im Abschnitt 13 aufgef hrt 1 7 1 Viskose oder Kontinuumsstr mung Sie kommt fast ausschlie lich im Grob vakuum vor Den Charakter dieser Str mung bestimmen die Wechselwirkungen der Teilchen untereinander daher spielt die innere Reibung die Viskosit t der str men den Substanz eine gro e Rolle Treten Wir bel beim Str mungsvorgang auf so spricht man von turbulenter Str mung findet ein Gleiten verschiedener Schichten des str menden Mediums gegeneinander Statt so nennt man die Str mung lami nar Eine laminare Str mung in kreiszylindri schen Rohren mit parabolischer Geschwin digkeitsverteilung hei t Poiseuille
173. und Temperatur l t sich an Hand von Gleichung 1 7b die Masse m der Gasmen ge aus dem Produkt p V errechnen 17 VM 1 7b In der Praxis spricht man meistens nicht ganz richtig von der Gasmenge p V eines bestimmten Gases Diese Angabe ist unvollst ndig stillschweigend wird dabei die Gastemperatur T meist die Zimmertem peratur 293 K als bekannt vorausgesetzt Beispiele Die Masse von 100 mbar Stickstoff N bei Zimmertemperatur ca 300 K ist 100 mbar 28g mol _ 783 14 mbar 1 300 K _ 280 300 83 01120 Analog dazu bei T 300 K 1 mbar 0 128 10 90 0 70 mbar Ar 1120 1010 Ar Die pro Zeiteinheit durch ein Leitungsele ment str mende Gasmenge kann man entsprechend den beiden oben beschriebe nen Begriffen f r Gasmengen auf zweier lei Weise angeben und zwar als Massendurchflu q kg h g s auch Massenstrom genannt wobei dies die zeitbezogene Masse eines Gases ist die durch ein Leitungselement str mt Im F oder als pV Durchflu q mbar 5 1 auch pV Strom genannt Der pV Durchflu ist das Produkt aus Druck und Volumen einer durch ein Lei tungselement str menden Gasmenge divi diert durch die Zeit also ou dun Vakuumphysik Der pV Strom ist ein Ma f r den Massen strom des Gases wobei die Temperatur an zugeben ist Saugleistung einer Pumpe q Die Saugleistung einer Pumpe ist
174. und Ultrahochvakuum eingesetzt werden mu besonders darauf geachtet werden da die erforderliche hohe Isolation von Hochspannungselektroden und lonenf n gern auch w hrend des Betriebes ja manchmal sogar w hrend des Ausheizens erhalten bleibt Isolationsfehler k nnen so wohl in der u eren Zuleitung als auch im Me system selbst auftreten Ist die lonen f ngerleitung nicht hinreichend isoliert so k nnen Kriechstr me namentlich bei niedrigen Dr cken zu hohe Druckwerte vort uschen Wegen der sehr geringen lonenf ngerstr me mu diese Leitung be sonders gut isoliert sein Auch innerhalb der Me r hre k nnen Kriechstr me auf treten wenn der lonenf nger Kollektor nicht wirkungsvoll gegen die brigen Elek troden abgeschirmt ist Ein h ufig begangener Fehler beim An schlu von Me r hren an das Vakuum system ist die Verwendung unzul ssig lan ger und enger Verbindungsleitungen Ihr Leitwert mu unbedingt so gro wie m g lich gehalten werden Am g nstigsten ver wendet man Einbaume systeme Bei Ver wendung von Verbindungsleitungen ge ringen Leitwertes kann die Druckanzeige je nach der Sauberkeit der Me r hren und der Verbindungsleitung entweder zu hoch oder zu niedrig sein Hierbei sind Me feh ler um mehr als eine Gr enordnung m g lich In ausheizbaren Anlagen ist daf r zu sorgen da auch die Verbindungsleitung ausgeheizt wird 12 4 4 Verbindungen Netzger te Me systeme D
175. und damit eine Wasserdampfvertr glich keit von ca 60 mbar Diese Gr e wird f r die Bestimmung der verschiedenen Ein satzgebiete in Abb 5 3 zugrunde gelegt Au erdem wird angenommen da der Druck im Auspuffstutzen der Gasballast pumpe maximal auf 1330 mbar ansteigen kann bis das Auspuffventil ffnet Gebiet A Einstufige Sperrschieberpumpen ohne Gasballasteinla Bei einem S ttigungsdampfdruck p von 419 mbar bei 77 C ergibt sich gem Glei chung 2 1 die Forderung da pp lt 0 46 sein mu mit Wasserdampfpartialdruck Du Luftpartialdruck Po PL Totaldruck Diese Forderung ist g ltig im gesamten Arbeitsbereich der einstufigen Sperr schieberpumpen also bei Totaldr cken zwischen 10 1 und 1013 mbar Pumpen Auswahl Dimensionierung Gebiet B Einstufige Sperrschieberpumpen mit Gasballast und vorgeschaltetem Kondensator In diesem Gebiet bersteigt der Dampf partialdruck auf der Ansaugseite den zul s sigen Partialdruck Der Gasballastpumpe mu also ein Kondensator vorgeschaltet werden der in seiner Kondensations leistung so dimensioniert ist da der Wasserdampfpartialdruck am Saugstutzen der Rotationspumpe den zul ssigen Wert nicht bersteigt Die richtige Dimensionie rung des Kondensators richtet sich dabei nach der anfallenden Wasserdampfmenge N heres hier ber siehe Abschnitt 2 1 2 7 Bei einer Wasserdampfvertr glichkeit von 60 mbar ergibt sich f r die untere Grenze dieses G
176. verrin gert wird Mittels eines bei einigen Pumpen integrierten lnebelfilters werden auch aller feinste ltr pfchen zur ckgehalten Fein abscheidung so da auspuffseitig kein lnebel mehr auftritt und der lverlust praktisch auf Null reduziert ist wie auch bei der Grobabscheidung das ab geschiedene l der Pumpe wieder zuge f hrt wird F r Pumpen ohne integrierte Feinabscheidung wird diese als Zusatz ausr stung angeboten Wird eine lgef llte Rotationspumpe ohne Einrichtungen zur labscheidung und l r ckf hrung betrieben so mu mit einem je nach Pumpengr e und Arbeitsproze unterschiedlichem lverbrauch gerechnet werden Dieser betr gt je angesaugtem m3 NTP Luft einschlie lich angesaugtem Gasballast in ung nstigen F llen etwa 2 Mit Hilfe des Diagramms der Abb 12 1 l t sich der bei einem Pumpproze zu erwartende lverlust in praktischen F l len bestimmen Das erl uternde Beispiel zeigt da beim Betrieb der Pumpe mit Gasballast mit einem h heren lverlust zu rechnen ist Dieser allgemein g ltige Sach verhalt ist in der Praxis stets zu ber ck sichtigen Ist das Pumpen l durch D mpfe oder Ver unreinigungen die im Arbeitsproze an gefallen sind unbrauchbar geworden so mu es erneuert werden Eine verbindliche Angabe wann ein lwechsel vorzunehmen ist kann nicht gemacht werden weil die Zeit bis zum Unbrauchbarwerden des les nur von den Betriebsbedi
177. von 5 10 2 mbar bis 5 10 3 mbar Der Enddruck der Kombination WA1001 250 betr gt Pena 107 mbar Mit den angegebenen Zahlenwerten findet man analog zum ersten Beispiel die entspre chenden Zeitkonstanten und mit Hilfe der Druckreduktion R an der linken Skala der Leiter 5 die Auspumpzeiten t Das Ergeb nis ist die Kurve c in Abb 5 10 5 2 6 Computergest tzte Berech nungen bei Oerlikon Leybold Vacuum Naturgem werden die Berechnungen f r die Auslegung unserer Anlagen f r die In dustrie mittels CGomputerprogrammen er stellt Diese erfordern eine hohe Rechner und Speicherkapazit t und stehen daher f r einfache berschlagsberechnungen meist nicht zur Verf gung 101 Flansche und Ventile Verhindungselemente Flansche und Ventile 6 1 Flansche und ihre Abdichtungen 6 1 1 Flanschsysteme HV Bauteile bestehen aus Aluminium oder aus Edelstahl Die Edelstahlausf hrung ist zwar etwas teurer bietet aber eine Reihe von Vorteilen Geringe Gasabgabe korro sionsfest ausheizbar bis 200 C Metall dichtungen m glich und nicht zuletzt eine gegen ber Aluminium wesentlich h here Kratzfestigkeit L sbare Verbindungen von metallischen Vakuumbauelementen Pum pen Ventilen Rohrleitungen usw werden im allgemeinen mit Flanschen hergestellt LEYBOLD Bauelemente f r Grob Fein und Hochvakuum sind serienm ig mit den im folgenden beschriebenen Flansch systemen ausger stet Die freie
178. werden mu Dabei sind besonders l sbare Verbindun gen Flansche Glasverschmelzstellen und geschwei te oder hart gel tete Verbin dungsstellen zu untersuchen Nach der Dichtheitspr fung mu die UHV Apparatur ausgeheizt werden Dies ist sowohl bei Glas als auch bei Metallapparaturen er forderlich Das Ausheizen erstreckt sich durchweg nicht nur auf den Vakuum beh lter sondern vielfach auch auf daran angeschlossene Teile insbesondere auf Me r hren Die einzelnen Schritte des bei gr eren Anlagen viele Stunden dauern den Ausheizprozesses und die H he der Ausheiztemperatur richten sich nach der Art der Anlage und nach dem geforderten Enddruck Ist der Enddruck nach dem Ab k hlen der Apparatur und nach Aus f hrung aller sonst noch erforderlichen Ma nahmen z B Inbetriebsetzen von K hlfallen oder Dampfsperren offensicht lich nicht erreicht worden dann empfiehlt sich eine nochmalige Dichtheitspr fung mit dem He Lecksucher N here Einzel heiten ber die in UHV Anlagen zu ver wendenden Bauteile Dichtungen und Me ger te sowie eingehende Hinweise f r den Betrieb sind in den Abschnitten 6 und 7 sowie in den Teilen C15 und C16 des LEYBOLD VAKUUM Kataloges beschrieben 5 2 Dimensionierung der Vakuum anlage und Bestimmung der Pumpengr e Grunds tzlich treten bei der Dimensionie rung einer Vakuumanlage zwei voneinan der unabh ngige Fragen auf 1 Wie gro mu das wirksame effektive Saugverm gen
179. zustellen so empfiehlt es sich zu pr fen ob die Pumpen gem den Betriebsanwei sungen gewartet sind In diesem Abschnitt werden zun chst ei nige allgemeine Hinweise ber die War tung der Pumpen gegeben um solche Feh ler von vornherein zu vermeiden Au er dem werden m gliche Fehler und ihre Ursachen besprochen 12 3 1 Olgedichtete Rotationsverdr ngerpumpen Drehschieberpumpen und Sperrschieberpumpen 12 3 1 1 lverbrauch lverschmutzung lwechsel Die lf llung hat verschiedene Funktionen zu erf llen Sie dient zur Schmierung der bewegten Teile e zur Abdichtung der bewegten Teile ge gen Atmosph rendruck Betriebshinweise f r Apparaturen e zur Abdichtung des Vents zur Ausf llung des sch dlichen Raumes unter dem Ventil zur Abdichtung der Arbeitsr ume ge geneinander Bei allen Pumpen kann die lf llung durch eingebaute lstands Schaugl ser w hrend des Betriebs kontrolliert werden Vor allem bei Dauerbetrieb mu darauf geachtet wer den da die lf llung nicht unter den Mi nimalwert sinkt W hrend eines Pumppro zesses sto en lgedichtete Rotationspum pen infolge ihrer hohen Arbeitstemperatur ld mpfe aus dem Auspuffstutzen aus Das f hrt zu einem lverlust der von der Menge des angesaugten Gases oder Dampfes abh ngig ist Durch Einbau einer Grobabscheidung in die Auspuffleitung werden gr ere ltr pfehen zur ckgehal ten so da der lverlust erheblich
180. 00 Teil 1 1990 DIN 1314 und DIN 28402 1 6 1 Vakuumtechnische Grundbegriffe Druck p mbar von Fluiden Gasen Fl ssigkeiten Gr e Druck Formelzeichen p Einheit Millibar Einheitenzeichen mbar Der Druck ist nach DIN 1314 definiert als Quotient von Normal kraft auf die Fl che und Inhalt dieser Fl che Fl chenbezogene Kraft Wenn auch das Torr als Einheit f r den Druck nicht mehr verwendet wird siehe Abschnitt 14 3 und Abschnitt 13 Tabelle 1 so soll dennoch kurz die Anschaulichkeit dieser Druckein heit erw hnt werden 1 Torr ist derjenige Gasdruck der eine Quecksilbers ule bei 0 C um 1mm zu heben vermag Der normale Atmosph rendruck betr gt 760 Torr oder 760 mm Hg Der Druck p kann durch Indi ces n her gekennzeichnet werden Absoluter Druck D A In der Vakuumtechnik wird stets der abso lute Druck angegeben so da der Index abs im allgemeinen entfallen kann Totaldruck p Der Totaldruck in einem Beh lter setzt sich aus der Summe der Partialdr cke Teildr k ke aller darin befindlichen Gase und D mp fe zusammen Partialdruck p Der Partialdruck eines bestimmten Gases oder Dampfes ist derjenige Druck den die ses Gas bzw dieser Dampf haben w rde wenn sie allein im Beh lter vorhanden w ren Wichtiger Hinweis Unter Partialdruck in einem Gas Dampf Gemisch wird ins besondere in der Grobvakuumtechnik oft die Summe der Partialdr cke aller im Ge misch vorhanden
181. 015 He 2 3 0 00013 4 100 0 B 5 10 19 78 11 80 22 6 12 98 892 13 1 108 N 7 14 99 63 15 0 37 0 8 16 99 759 17 0 0374 18 0 2039 F 9 19 100 0 Ne 10 20 90 92 21 0 257 22 8 82 Na 11 23 100 0 Al 13 27 100 0 Si 14 28 92 27 29 4 68 30 3 05 P 15 31 100 0 S 16 32 95 06 33 0 74 34 4 18 36 0 016 CI 17 35 75 4 37 24 6 Ar 18 36 0 337 38 0 063 40 99 60 Kr 36 78 0 354 80 2 27 82 11 56 83 11 55 84 56 90 86 17 37 54 124 0 096 126 0 090 128 1 919 129 26 44 130 4 08 131 21 18 132 26 89 134 10 44 136 8 87 Tabelle 8 2 Relative Isotopen H ufigkeit 137 Massenspektrometer im Spektrum nachzuweisen so deutet der Peak bei Masse 28 auf Kohlenmonoxid hin In diesem Fall tritt durchweg die Masse 44 10 CO neben 28 auf Andererseits DS findet sich im Fall der Anwesenheit von T o Stickstoff neben der Masse 28 N auch 3 stets die Masse 14 N im Spektrum bei RA Kohlenmonoxid erscheinen dagegen ne 5 ben stets noch die Bruchst ck Mas sen 12 C und 16 O 5 Abb 8 15 zeigt am einfachen Beispiel eines Modellspektrums mit berlagerungen 2 10 eech von Wasserstoff Stickstoff Sauerstoff Wasserdampf Kohlenmonoxid Kohlendi o
182. 1 2 6 1 2 1 6 1 2 2 6 2 6 3 7 1 7 2 7 2 1 7 2 2 7 2 2 1 7 2 2 2 7 2 2 3 7 2 2 4 7 2 2 5 7 2 3 1 7 2 3 2 7 3 Bestimmung der richtigen Kombination von Hoch und Vorvakuumpumpen mit Operationsdiagrammen 98 Ermittlung von Auspumpzeiten aus Nomogrammen 100 Computergest tzte Berechnungen von Oerlikon Leybold Vacuum 101 Verbindungselemente Flansche und Ventile 102 Flansche und ihre Abdichtungen 102 Flanschsysteme 102 Kleinflansche 102 Klammerflansche 102 Feste Flansche 102 Feste Flansche 102 Materialbezeichnungen f r metallische Werkstoffe in der Vakuumtechnik 104 Dichtungen 105 Elastomerdichtungen 105 Metallische Dichtungen 105 Auswahl geeigneter Ventile 106 Gasschleusen und Verschu ventile 107 Das Messen niedriger Dr cke Druck ber wachung Drucksteuerung und Druckregelung 108 Grunds tzliches zum Messen niedriger Dr cke 108 Vakuummeter mit gasart unabh ngiger Druckanzeige 109 Feder Vakuummeter 109 Membran Vakuummeter 109 Kapselfeder Vakuummeter 109 DIAVAC Membran Vakuummeter 110 Pr zisions Membran Vakuummeter 110 Druckschalter 110 Kapazitive Vakuummeter auch CDG s von Capacitance Diaphragm Gauges 111 Fl ssigkeit
183. 100 130 90 132 85 97 64 60 57 35 31 40 Trifluormethan CHF 69 100 51 91 31 49 50 42 12 4 41 Turbo Molekularpumpen l 43 100 57 88 41 76 55 73 71 52 69 49 42 Wasserdampf H 0 18 100 17 25 1 6 16 2 2 2 43 Xenon 132 100 129 98 131 79 134 39 136 33 130 15 Tabelle 8 5 Spektrenbibliothek der 6 gr ten Peaks f r den Transpector m glich etwa indem die H he der gr ten Linie gleich 100 oder 1000 gesetzt wird siehe als Beispiel Tabelle 8 5 Der Vergleich kann von Hand mit Tabel lenwerken erfolgen beispielsweise Cornu amp R Massot Compilation of Mass Spectral Data oder rechnergest tzt ge macht werden wobei gro e Datenbanken genutzt werden k nnen z B Mass Spec tral Data Base Royal Society of Chemistry Cambridge Bei Vergleichen mit Bibliotheken mu be achtet werden ob identische lonenquellen oder zumindest Elektronensto energien zur Anwendung kamen Diese M glichkeiten sind aber f r die Pro bleme in der Vakuumtechnik im allgemei nen zu aufwendig Bei vielen Ger ten gibt es aber die M glichkeit eine Anzahl von Bibliotheksspektren auf dem Bildschirm darzustellen so da man unmittelbar se hen kann ob die Bibliotheks Substanz im gemessenen Spektrum enthalten sein kann Meist stammt das gemessene Spek trum von einer Mischung von Gasen dann ist es besonders angenehm da der Bild schirm die M glichkeit bietet die Spektren einzelner oder mehrerer G
184. 103 3 937 105 1 1 36 10 1 36 10 1 934 105 2 785 103 cm 0 0 9807 98 07 980 7 9 678 104 0 7356 2 896 102 7 36 102 1 103 1 422 10 2 2 0483 at 9 81 102 9 81 10 9 81 105 0 968 7 36 102 28 96 7 36 105 103 1 14 22 2048 3 psi 68 95 68 95 102 68 95 103 6 804 10 2 51 71 2 036 51 71 103 70 31 7 03 102 1 1 44 102 Ib ft 0 4788 47 88 478 8 4 725 104 0 3591 1 414 10 2 359 1 0 488 4 88 10 6 94 103 1 Normalbedingungen 0 C und Meeresniveau also 1013 mbar 760 mm Hg 760 Torr 1 atm Hg inch of mercury Zoll Quecksilbers ule 1 mTorr Millitorr 103 Torr 1 u Micron um Hg S ule Pound per square inch Ib in Ib sqin psi Pound per square foot Ib sqft Ib ft 2 1 dyn cm cgs 1 ubar Mikrobar 1 barye 1 bar 0 1 MPa atm physikalische Atmosph re at technische Atmosph re psig psi gauge berdruck Manometerablesung psia psi absolute Absolutdruck kgf sqcm kg force per square cm at analog dazu auch Ibf sqin psi 1 WS cm Wassers ule g cm bei 4 C 1 Ger Guericke engl Geryk 100 x mbar 10 13 Vakuum Tabelle 13 2 Umrechnung von Druckeinheiten Gr e Gr engleichung Zahlenwertgleichung Werte f r Luft und 20 C Wahrscheinlichste 7 Teilchengeschwindigkeit cw Cu M Cw 1 29 10 M s Cw 410 m s Mittlere TERT
185. 13 17 Str mungsleitwerte Berechnung von 17 T Teilchenanzahldichte 12 Teilebeschichtung 171 Teilstrombetrieb 157 Teilstromverh ltnis 157 Temperartur in der Atmosph re 200 Temperaturvergleichs Umrechnungstabelle 199 Testgasanreicherung 160 Testlecks Pr flecks 153 Thermische Verdampfer Schiffchen 169 Thermocouple Vakuummeter 114 115 Titanverdampferpumpen 76 182 Torricelli Evangelista 9 Totaldruck 11 Transferstandard 114 121 Transmitter 119 TRANSPECTOR 2 130 TranspectorWare 142 Treibmittel 63 190 196 Treibmittelpumpen 60 Treibmittelr ckstr mung 20 64 Treibmittelwechsel Reinigung von Diffusionspumpen 181 Trennsystem von Quadrupol Massenspektrometern 132 Triggerpunkte Intervall Level 126 Triodenpumpen 77 TRIVAC Pumpen 23 Trochoidenpumpen 26 Trockene Prozesse 87 Trockenverdichtende Rotations verdr ngerpumpen spaltge dichtete Rotationsverdr nger pumpen Trockenl ufer 20 22 34 Trocknungsprozesse 90 Trocknungsprozesse Pumpen dimensionierung bei 95 Turbo Molekularpumpen 66 ff 233 Stichwortverzeichnis Turbo Molekularpumpen Messungen 72 TURBOVAC Pumpen 66 ff Turbulente Str mung 16 U berdruck 12 berdruckmethode 147 159 UL 200 dry UL 500 dry 153 155 L 200 155 Ultrahochvakuum 16 17 91 ULTRALEN 64 205 Umgebungsdruck 12 Umrechnungsformeln Lecksuche 146 Umrechnung von Druckeinheiten 184 Umrechnung von Leckrateneinheiten 185 pV Durchflu ein
186. 14 Der Schieber bildet mit dem Kolben eine Einheit und gleitet zwischen den im Geh use dreh baren Lamellen Sperrschieberlager 13 hin und her Das abgesaugte Gas befindet sich Abb 2 7 SOGEVAC Pumpe SV 300 mit drei tangentialen Schiebern 9 Gasballastventil 10 Schmutzf nger 11 Ansaugstutzen 12 Sperrschieber 13 Sperrschieberlager 14 Sch pfraum Luft str mt ein Geh use Zylindrischer Kolben Exzenter 1 2 3 4 Kompressionsraum 5 l berlagertes Druckventil 6 lstandglas 7 Gasballastkanal 8 Auspufftopf Abb 2 8 Schnitt durch eine einstufige Sperrschieberpumpe Einblockbauart 25 Mechanische Vakuumpumpen Sch pfraumes Volumen des Oberer Totpunkt Der Schlitz am Saugkanal des Schiebers wird freigegeben Beginn der Ansaugperiode Unterer Totpunkt Der Schlitz am Saugkanal ist ganz frei Das abzusau gende Gas tritt frei in den Sch pfraum schraffiert gezeichnet Der Schlitz am Saugkanal wird durch die Lamellen wieder verschlos sen Ende der Ansaugperiode w gt SSN N Ay LA zS A NS CKS D III N N S 5 S ee INK 55 geilen 540 5 Oberer Totpunkt maximaler Rauminhalt des Sch pfraumes 6 Kurz vor Beginn der Kompressionsperiode gibt die Stirnfl che
187. 15 mbar sein Demgem ndert sich auch der am Kon densatorausgang herrschende Luftpartial druck px Bei einem gro en Kondensator st Du De der Luftpartialdruck also gro und damit wegen konst das anfallende Luftvolumen klein Es wird also nur eine relativ kleine Gasballast pumpe ben tigt Ist der Kondensator aber klein tritt der umgekehrte Fall pp gt ein ist klein daher wird eine relativ gro e Gasballastpumpe ben tigt In prak tisch vorkommenden Pumpprozessen mit Kondensatoren wird die bersicht dadurch erschwert da w hrend eines Pumppro zesses die anfallende Luftmenge keines wegs konstant zu sein braucht sondern in mehr oder weniger weiten Grenzen schwanken kann Es ist also erforderlich da das am Kondensator wirksame effek tive Saugverm gen der Gasballastpumpe in gewissen Grenzen reguliert werden kann In der Praxis sind folgende Ma nahmen blich Es wird a eine Drosselstrecke zwischen Gasbal lastpumpe und Kondensator gelegt die w hrend der Grobevakuierung kurz geschlossen wird Der Str mungswider stand der Drosselstrecke mu so einstell bar sein da das effektive Saugverm gen der Pumpe auf den notwendigen Wert ver mindert werden kann Dieser Wert kann Kondensator Kondensator Eingang 1 Ausgang 2 Abb 2 18 Schematische Darstellung des Druckverlaufes im Kondensator Die ausgezogenen Linien entsprechen den Verh ltnissen in ei
188. 179 Betriebshinweise f r Apparaturen der Pumpe ab Sie k nnen nach Entfernen der beiden Anschlu leitungen entweder durch Ausblasen mit trockener Pre luft oder durch Auswaschen mit einem geeig neten Reinigungsmittel z B Waschbenzin entfernt werden Das l in der W lzkolbenpumpe mu anschlie end gewechselt werden Beim Reinigen darf der Rotor nur von Hand ge dreht werden da bei motorischem Antrieb infolge der hohen Drehzahl die sich l sen den Ablagerungen die Pumpe besch digen k nnen Verunreinigungen die sich nicht durch Auswaschen beseitigen lassen k nnen mechanisch mittels Drahtb rste Metall schwamm oder Schaber entfernt wer den Achtung Die gel sten R ckst nde d rfen nicht im F rderraum bleiben Nach der Reinigung Betriebsf higkeit der Pumpe durch langsa mes Durchdrehen der W lzkolben von Hand pr fen Man darf dabei keinen Wi derstand sp ren Ein Zerlegen der W lz kolbenpumpe ist im allgemeinen nicht not wendig Sollte dieses aber wegen zu star ker Verschmutzung erforderlich werden ist es ratsam dieses vom Hersteller aus f hren zu lassen 12 3 2 3 Hinweise bei Betriebs st rungen 1 Pumpe wird zu warm maximale Be triebstemperatur 100 115 C M gliche Ursache e berlastung Zu hohe Kompressions w rme durch zu hohes Druckverh ltnis Eingestellte Druckwerte und Dichtheit des Vakuumbeh lters berpr fen e Falsche Spiele Durch Verschmutzung oder Verspannun
189. 2 liegt Die energiereichen Neutral teilchen k nnen in die Auff ngeroberfl che eindringen aber ihre Zerst ubungswirkung ist nur noch gering Sp ter werden diese implantierten Teilchen von neuen Titan schichten endg ltig berdeckt Wegen der entgegengesetzten Potentialdifferenz zwi schen Kathode und Auff nger k nnen keine lonen auf den Auff nger treffen und diesen zerst uben Die eingebetteten Edelgasato me k nnen also nicht wieder freigesetzt werden Das Edelgassaugverm gen der Trioden Pumpen wird deshalb nicht nach lassen Das Saugverm gen der lonen Zerst uber Pumpen h ngt vom Druck und von der Gasart ab Es wird nach der in DIN 28 429 und PNEUROP 5615 angegebenen Metho de gemessen Die Saugverm genskurve S S p weist ein Maximum auf Als Nenn saugverm gen S wird das Maximum der mit Luft gemessenen Saugverm gens kurve bezeichnet wobei der zugeh rige Druck angegeben werden mu Titanatome Gasteilchen lonen Elektronen Anodenzylinder wie bei der Dioden ZOO Magnetfeld F Auff nger Pumpengeh use als dritte Elektrode Kathodengitter Abb 4 5 Elektrodenkonfiguration einer Trioden Ionenzerst uberpumpe 17 Gasbindende Vakuumpumpen Me ebene Gees Me ebene Abb 4 6 Streumagneffeld einer lonen Zerst uberpumpe in 2 Ebenen parallel zur Fl che des Ansaugflansches siehe Teilbilder Kurven g
190. 2 5 5 5 2 E D5 1 u 5 10 08 A C 2 1 06 E 2 a 04 I 2 Ga 102 Let S 02 as GA HOH Au E ol 10000 T odg 1 66 SL 10 06 10 KR 5 100 7 2 0 04 4000 10 02 J S 10 100000 L 0 01 4 200 Io 1015 5 se 15 5 N ES 6 2 2 E 10 S 8 2 2 7 10 9 te 9 lt 44 1000 10 Bal 20 2 6 10 1 30 40 L 50 Leiter 1 Kesselvolumen V in Litern Beispiel 1 zum Nomogramm 13 7 Beispiel 2 zum Nomogramm 13 7 2 Maximum des effektiven Saugverm gens Sy maam Ein Kessel mit dem Volumen V 2000 soll durch eine Sperr Die saubere und trockene Vakuumanlage pv ein 0 mit Kessel in links Liter pro Sekunde bzw rechts schieberpumpe mit dem am Kessel wirkenden Saugverm gen 2000 wie in Beispiel 1 soll auf den Druck Penpe bikmeter pro Stunde Bu max 60 MSh 16 7 5 1 vom Druck Pgecm 1000 10 mbar ausgepumpt werden Da dieser Druck kleiner als mbar Atmosph rendruck auf den Druck 10 1 mbar Enddruck der Sperrschieberpumpe 5 max 60 Leiter 3 Zeitkonstante del ausgepumpt werden Die Auspumpzeit gewinnt man aus dem 16 7 2 5 1 Pena p 3 10 mbar ist mu die Hintereinan SCH Nomogramm in zwei Schritten derschaltung einer Sperrschieberpumpe und einer W lzkol Leiter Auspumpzeit t in rechts oben Sekunden bzw benp
191. 2 2 Ganz allgemein gilt bei ge ffnetem Gasbal last folgende Gleichung f r die Dampfver tr glichkeit pp bei gleichzeitigem Abpum pen von Gasen und D mpfen D 0 Pos Pos PL 2 2 GC E P Pos Hierin ist B In den Sch pfraum der Pumpe pro Zeiteinheit eingelassenes Luftvolu men bezogen auf 1013 mbar kurz Gasballast genannt S Saugverm gen der Pumpe meist kann hierf r das Nennsaugverm gen der betreffenden Vakuumpum pe genommen werden h ufig etwa 0 1 Du Verdichtungsdruck aus mehreren Anteilen zusammengesetzt D Partialdruck der Permanent gase am Ansaugstutzen der Pumpe Luft os S ttigungsdampfdruck des Damp fes bei der Betriebstemperatur der Pumpe gt Partialdruck des im Gasballast ent haltenen kondensierbaren Anteils z B Wasserdampf der Luft wird in praktischen F llen f r 20 C und 57 relativer Luftfeuchtigkeit zu 13 mbar angenommen Welche Dampfdruckwerte hier einzusetzen sind h ngt davon ab ob der Dampf und das Pumpen l miteinander mischbar bzw ineinander l slich sind Nur wenn dies nicht der Fall ist wie bei Wasser kann Gleichung 2 2 direkt angewendet werden Gibt es L s lichkeit so mu das Raoult sche Gesetz ber cksichtigt werden Es besagt Der Dampfdruck der Komponenten einer fl s sigen Mischung von zwei Stoffen ist pro portional dem molaren Anteil dieser Kom ponenten in der Fl ssigk
192. 2 5 250 210 gt 120 Entf llt 3 7 105 1 104 1 3 3 107 1 5 103 keine Angabe keine Angabe 6 104 0 96 1 057 1 05 1 891 42 15 keine Angabe 40 530 keine Angabe keine Angabe 2500 Bitte beachten Sie da die genannten Technischen Daten typische Kenndaten sind Geringe Schwankungen sind chargenbedingt Die hier genannten Technischen Daten stellen keine Zusicherung von Eigenschaften dar 193 Tabellen Formeln Diagramme Anwendungsdaten Spezial l N62 NC 1 14 ltyp Paraffinbasisches Mineral l Kernfraktion Perfluorierter Polyether PFPE frei von Additiven Beispiele f r Standard l Beim Anfall von starken Oxidationsmitteln Anwendungsgebiete und Prozessmedien Bei Anfall von Luft chemisch inerten Permanentgasen z B Edelgase Wasserstoff H Wasserdampf L semitteld mpfe bei Laborpumpen die mit K hlfallen betrieben werden wie Sauerstoff O Ozon 04 Stickoxide Nox und Schwefeloxide S0 0 sowie reaktiver Substanzen wie Halogene z B Fluor F Chlor Cl Halogenwasserstoffe z B Hydrogenchlorid HCI Hydrogenbromid HBr Uranhexafluorid UF und bedingt Lewis S uren z B Bortrichlorid BCL Anmerkungen Unsere Katalog Enddruck Angaben beziehen sich au er bei den DOT und PFPE Pumpen auf den Betrieb mit N62 Standzeit kann durch Einsatz eines Olfilters verl ngert werden Nur in f r PFPE modifizierten Pumpen verwenden Vermischung mit einem anderen Oltyp strikt zu vermeiden Abpu
193. 226 1 Leittechnik Regelungstechnik und Steuerungstechnik Begriffe Allgemeine Grundlagen 2 94 4 Leittechnik Regelungstechnik und Steuerungstechnik Begriffe f r Regelungs und Steuerungssysteme 2 94 5 Leittechnik Regelungstechnik und Steuerungstechnik Funktionelle Begriffe 2 94 bei konstantem Druck 25436 Integrale Leckratenpr fung des Sicherheitsbeh lter mit der Absolutdruckmethode 7 80 28090 Statische Dichtungen f r Flanschverbindungen Teil 1 Dichtungskennwerte und Pr fverfahren 9 95 Teil 2 Dichtungen aus Dichtungsplatte Spezielle Pr fverfahren zur Qualit tsicherung 9 95 28400 Vakuumtechnik Benennungen und Definitionen Teil 1 Grundbegriffe Einheiten Bereiche Kenngr en und Grundlagen 5 90 Teil 2 Vakuumpumpen 10 80 Teil 3 Vakuumanlagen Charakteristische Gr en und Me ger te 6 92 Teil 4 Vakuumbeschichtungstechnik 3 76 Teil 5 Vakuumtrocknung und Vakuumgefriertrocknung 3 81 Teil 6 Analysentechnik f r Oberfl chentechnik 10 80 Teil 7 Vakuummetallurgie 1 78 Teil 8 Vakuumsysteme Komponenten und Zubeh r 11 97 28401 Vakuumtechnik Bildzeichen bersicht 11 76 28402 Vakuumtechnik Gr en Formelzeichen Einheiten bersicht 12 76 28403 Vakuumtechnik 9 86 Schnellverbindungen Kleinflanschverbindungen 28404 Vakuumtechnik Flansche Ma e 10 86 28410 Vakuumtechnik Massenspektrometrische Partialdruck Me ger te Begriffe Kenng
194. 29 Enddruck der DRYVAC 1005 in Abh ngigkeit vom Sp lgasstrom in den Stufen 2 4 37 Mechanische Vakuumpumpen 50 E l 5 1 ZS 10 m Stufe 2 2500 mbar s 5 I 5 4 Stufe 3 8300 mbar s 0 Stufe 4 20000 mbar s 3 5 E TJ Le 10 10 10 10 10 10 Druck mbar Abb 2 30 Saugverm gen mit und ohne Sp lgas e Explosionsrisiken durch selbstentz nd liche Stoffe werden deutlich herabgesetzt e Gebildete Teilchen werden pneumatisch durch die Pumpe transportiert e Verluste an Saugverm gen und eine Verschlechterung des Enddruckes k n nen durch eine spezielle Art der Gasf h rung sehr klein gehalten werden 2 2 1 2 Klauenpumpen ohne innere Verdichtung f r die Chemie ALL ex F r die chemische Industrie ist beim Ein satz von Vakuumpumpen von Bedeutung da eine hohe Betriebssicherheit erreicht wird ohne da Abfallstoffe wie kontami niertes Alt l oder Abwasser entstehen Ge lingt das sind die Betriebskosten einer solchen Vakuumpumpe bez glich zu tref fender Umweltschutzma nahmen z B Ab N Kupplung II N ell 1 Stufe N Klauen Tu 2 Stuf S S N e a Gleitringdichtungen Ansaugstutzen S N N CR E SSC Getriebe komplett mit Wellen und Lagerung Abb 2 31 Einfacher Aufbau der trocken laufenden Pumpe ALL ex 38 wasser und Alt lentsorgung gering F r den Betrieb der e
195. 3 13 10 Ermittlung der Auspumpzeit im Feinvakuumgebiet unter Ber cksichtigung der Gas abgabe von den W nden 204 Abb 13 11 S ttigungsdampfdruck verschiedener Stoffe 205 13 12 S ttigungsdampfdruck von Treibmitteln f r l und Queck silber Treibmittelpumpen 205 13 13 S ttigungsdampfdruck Vakuum technisch wichtiger Metalle 205 13 14 Dampfdruck von nicht metalli schen Dichtungsmitteln 206 13 15 S ttigungsdampfdr cke ver schiedener Kryotechnisch wichtiger Stoffe 206 Abb 13 16 Gebr uchliche Arbeitsbereiche von Vakuumpumpen 206 Abb 13 16a Me bereiche gebr uchlicher Va kuummeter nach DIN 28400 207 Abb 13 17 Spezifischer Rauminhalt von Wasserdampf 208 Abb 13 18 Elektrische Durchbruchspannung f r Luft Paschenkurve 208 Abb 13 19 Phasendiagramm von Abb 13 7 Abb 13 8 Abb 13 9 Ab oO Ab Ab Ab oO Wasser 209 14 Die gesetzlichen Einheiten in der Vakuumtechnik 210 14 1 Einf hrung 210 14 2 Alphabetische Liste von Gr en Formelzeichen und Einheiten die in der Vakuumtechnik und ihren Anwendungen h ufig vorkommen 210 14 3 Anmerkungen zur alpha betischen Liste des Abschnittes 14 2 213 14 4 Tabellen 214 14 4 1 SI Basiseinheiten 214 14 4 2 Abgeleitete koh rente SI Einheiten mit besonderen Namen und Einheitenzeich
196. 3 234 247 G Reich Wolfgang Gaede Einige Gedanken zu seinem 50 Todestag aus heutiger Sicht Vakuum in der Praxis 7 Jahrgang 1995 136 140 S German P Draht Handbuch SI Einheiten Vieweg Braunschweig Wiesbaden 1979 460 Seiten Gesetz ber Einheiten im Me wesen vom 2 Juli 1969 Gesetz zur nderung des Gesetzes ber Einheiten im Me wesen vom 6 Juli 1973 Ausf hrungsverordnungen vom 26 Juni 1970 In Vakuumtechnik 35 Jahrgang 1986 Th Mulder Otto von Guericke Seiten 101 110 P Schneider Zur Entwicklung der Luftpumpen Initiationen und erste Reife bis 1730 Seiten 111 123 L Fabel Physik in der 2 H lfte des 19 Jahr hunderts und die vakuumtechnische Entwicklung bis Gaede Seiten 128 138 H B B rger G Ch Lichtenberg und die Vakuum technik Seiten 124 127 G Reich Gaede und seine Zeit Seiten 139 145 H Adam Vakuumtechnik in der Zeit nach Gaede 1945 bis heute Seiten 146 147 G Reich Die Entwicklung der Gasreibungspumpen von Gaede ber Holweck Siegbahn bis zu Pfleiderer und Becker mit zahlreichen Literaturangaben Vakuumtechnik in der Praxis Jahrgang 4 1992 Seiten 206 213 G Reich Carl Hoffman 1844 1910 der Erfinder der Drehschieberpumpe Vakuum in der Praxis 1994 205 208 Th Mulder Blaise Pascal und der Puy de D me Gro e M nner der Vakuumtechnik Vakuum in der Praxis 1994 283 289 W Pupp und Hartmann Vakuumtechnik
197. 32 Abnahmeregeln f r Membranvakuumpumpen 9 96 45635 Ger uschmessung an Maschinen Luftschallmessung H llfl chenverfahren Teil 13 Verdichter einschlie lich Vakuumpumpen Verdr nger Turbo und Strahlverdichter 2 77 53380 1 Pr fung von Kunststoff Folien Bestimmung der Gasdurchl ssigkeit 7 2000 55350 Begriffe der Qualit tssicherung und Statistik Teil 11 Grundbegriffe der Qualit tssicherung 8 95 Teil 18 Begriffe zur Bescheinigung ber die Ergebnisse von Qualit tspr fungen Qualit tspr f Zertifikate 7 87 66038 Torr Millibar Millibar Torr Umrechnungstabellen 4 71 Thesaurus Vacui Begriffs Ordnung 1969 A Europ ische Nationale Vereinbarungen EN DIN EN GEN Entw rfe DIN EN Titel Ausgabe 473 Qualifizierung und Zertifizierung von Personal der zerst rungsfreien Pr fung 3 2001 einschlie lich Dichtheitspr fung 837 1 Druckme ger te Teil 1 Druckme ger te mit Rohrfern Ma e Me technik 2 97 Anforderungen und Pr fung 837 2 Druckme ger te Teil 2 Auswahl und Einbauempfehlungen f r Druckme ger te 5 97 837 3 Druckme ger te Teil 3 Druckme ger te mit Platten und Kapselfedern 2 97 Ma e Me technik Anforderungen und Pr fung 1330 8 Zerst rungsfreie Pr fung Begriffe f r die Dichtheitspr fung Terminologie 7 98 1779 Zerst rungsfreie Pr fung Dichtheitspr fung Anleitung zur Auswahl eines Pr fverfahrens 10 99 1338 8 E Zerst rungsfreie Pr fung Dichtheitspr fung Terminologie zur D
198. 48 VT als Vorvakuumpumpe v llig ausgeschlos sen hingegen k nnte eine TW 1600 durch aus mit dieser Vorvakuumpumpe betrie ben werden Die g nstigsten Kombinatio nen aus solchen Operationsdiagrammen besonders einfach abgelesen werden Extrapolation Durch rechnergest tzte Anpassung von Kurven an die gemessenen Werte fitten werden analytische Funktionen gewonnen die es erlauben alle Zwischenwerte m g lichst genau zu beschreiben Nat rlich wird meist erfolgreich versucht die ana Iytischen Ausdr cke mit den theoretischen Ans tzen in bereinstimmung zu bringen bzw die beim fitten verwendeten Para meter und Konstanten auf diese Weise zu erkl ren Die auf diese Weise erstellte Kurvenscharen werden in Datenbl ttern und Katalogen ver ffentlicht Gasbindende Vakuumpumpen 4 Gaslindende Vakuumpumpen 4 1 Sorptionspumpen Der Begriff Sorptionspumpen umfa t alle Vorrichtungen die zur Beseitigung von Gasen und D mpfen aus einem Raum Sorptionsmittel verwenden Die abzupum penden Gasteilchen werden dabei an den Oberfl chen oder im Innern dieser Sorp tionsmittel gebunden und zwar entweder durch physikalische temperaturabh ngige Adsorptionskr fte sogenannte van der Waals Kr fte oder durch chemische Sorption oder durch Absorption oder schlie lich durch Einbetten infolge fort w hrender Bildung neuer sorbierender Schichten Analog zur Wirkungsweise un terscheiden wir hierbe
199. 5 C Verbrauch in beiden F llen 1 bei 3 bar berdruck Luftstau wird durch die eventuell gedros selte Gasballastpumpe im Gleichgewicht gerade so viel abgepumpt wie vom Ein gang 1 durch den Kondensator hin zustr mt Auf Gleichung 2 5a bauen sich alle Berech nungen auf f r die jedoch Angaben ber die Menge der abzusaugenden D mpfe und Permanentgase die Zusammensetzung und den Druck zur Verf gung stehen soll ten Daraus kann die Gr e des Kondensa tors und der Gasballastpumpe berechnet werden wobei diese beiden Gr en aller dings nicht unabh ngig voneinander sind Das Ergebnis einer solchen Berechnung ist in Abb 2 17 am Beispiel eines Kondensa tors mit einer Kondensationsfl che von 1 m dargestellt dessen Kondensationslei stung bei einem Ansaugdruck von 40 mbar reinem Wasserdampf 15 kg h be tr gt wenn der Anteil der Permanentgase sehr klein ist und st ndlich 1 m3 K hlwas ser bei einem Leitungsdruck von 3 bar berdruck und einer Temperatur von 12 C verbraucht wird Das erforderliche Saug verm gen der Gasballastpumpe richtet sich nach den vorliegenden Betriebsverh ltnis sen insbesondere nach der Gr e des Kondensators Je nach der Wirksamkeit des Kondensators liegt der Wasserdampf partialdruck Go mehr oder weniger ber dem S ttigungsdruck p welcher der Tem peratur des K hlmittels entspricht Bei K hlung mit Wasser von 13 C w rde also gem Tabelle 13 13
200. 6 1 1 3 Feste Flansche ISO F aller Nennweiten nach PNEUROP und ISO TC 112 siehe oben In Sonder f llen werden allerdings auch Festflansche mit kleineren Nennweiten verwendet Mit entsprechenden berwurfflanschen kann der Klammerflansch mit verschiedenen Festflanschsystemen DIN 2501 ISO F etc verbunden werden siehe Beispiel in Abb 6 3 6 1 1 4 CF Flansche UHV Bauteile bestehen aus Edelstahl und sind mit hochausheizbaren CF Flanschen ausger stet die beginnend bei Nennweite 16 bis zur Nennweite 250 serienm ig gefertigt werden GF Flansche werden sowohl als Festflansche als auch mit dreh baren berwurfflanschen geliefert Sie k nnen mit CONFLAT Flanschen ein getragenes Warenzeichen der Firma Varian Palo Alto California USA fast aller Hersteller verbunden werden Zum Dich ten werden normalerweise Dichtringe aus OFHC Kupfer verwendet OFHC aus dem englischen Oxigen Free High Conduc tivity Diese Dichtungen k nnen nur einmal verwendet werden F r die g n gigen Gr en bis etwa Nennweite 150 gibt es auch Vitilan Flachdichtungen um z B bei einem zun chst nur provisorischen Aufbau den zeitaufwendigen Einbau von Kupferdichtungen zu ersparen siehe Abb 6 4 a c Manche Ger te wie z B Massenspektro metersensoren werden meist ausschlie lich mit GF Flanschen geliefert weil es sinnvoll ist diese Ger te metallisch abzudichten so wohl um Permeation durch Elastomerdich tungen auszuschlie en als
201. 7 37 62 76 43 96 102 1088 638 8 92 6 685 7 996 27 0 5170 0 4551 38 66 26 46 26 103 1127 660 2 91 8 049 9 574 26 0 5720 0 5015 39 69 93 48 67 104 1167 682 2 90 9 672 105 11 44 105 25 0 6323 0 5521 40 73 78 51 19 105 1208 704 7 89 11 60 13 65 24 0 6985 0 6075 41 77 80 53 82 106 1250 727 8 88 13 88 16 24 23 0 7709 0 6678 42 82 02 56 56 107 1294 751 6 87 16 58 19 30 22 0 8502 0 7336 43 86 42 59 41 108 1339 776 0 86 19 77 22 89 21 0 9370 0 8053 44 91 03 62 39 109 1385 801 0 85 23 53 109 27 10 105 20 1 032 0 8835 45 95 86 65 50 110 1433 826 7 84 27 96 32 03 19 1 135 0 9678 46 100 9 68 73 111 1481 853 0 83 33 16 37 78 18 1 248 1 060 47 106 2 72 10 112 1532 880 0 82 39 25 44 49 17 1 371 1 160 48 1117 75 61 113 1583 907 7 81 46 38 52 30 16 1 506 1 269 49 117 4 79 26 114 1636 936 1 80 0 5473 105 0 6138 10 3 15 1 652 1 387 50 123 4 83 06 115 1691 965 2 79 0 6444 0 7191 14 1 811 1 515 51 129 7 87 01 116 1746 995 0 78 0 7577 0 8413 13 1 984 1 653 52 136 2 91 12 117 1804 1026 77 0 8894 0 9824 12 2 172 1 803 53 143 0 95 39 118 1863 1057 76 1 042 1 145 11 2 376 1 964 54 150 1 99 83 119 1923 1089 75 1 220 1053 1 334 103 10 2 597 2 139 55 157 5 104 4 120 1985 1122 74 1 425 1 550 9 2 837 2 328 56 165 2 109 2 121 2049 1156 73 1 662 1 799 8 3 097 2 532 57 173 2 114 2 122 2114 1190 72 1 936 2 085 7 3 379 2 752 58 181 5 119 4 123 2182 1225 71 2 252 2 414 6 3 685 2 990 59 190 2
202. 76 12 3 1 1 lverbrauch lverschmutzung lwechsel 176 12 3 1 2 Wahl des Pumpen ls beim Ab pumpen aggressiver D mpfe 177 12 3 1 3 Ma nahmen beim Abpumpen verschiedener chemischer Substanzen 178 12 3 1 4 Betriebsfehler bei Gasballast 12 3 2 pumpen M gliche Fehlerquellen bei Nichterreichen des geforderten Enddruckes 179 W lzkolbenpumpen Rootspumpen 179 12 3 2 1 Allgemeine Betriebshinweise Aufstellung und Inbetrieb nahme 12 3 2 2 lwechsel Wartungsarbeiten 12 3 2 3 Hinweise bei Betriebs st rungen 12 3 3 Turbo Molekularpumpen 12 3 3 1 Allgemeine Betriebshinweise 12 3 3 2 Wartung 12 3 4 Diffusions und Dampfstrahlpumpen 12 3 4 1 Treibmittelwechsel und Reinigen der Pumpe 12 3 4 2 Betriebsfehler bei Diffusions und Dampfstrahlpumpen 12 3 5 Adsorptionspumpen 12 3 5 1 Verringerung der Adsorptionskapazit t 12 3 5 2 Auswechseln des Molekularsiebes 12 3 6 12 3 7 12 4 lonenzerst uberpumpen Hinweise zum Arbeiten mit Vakuummetern 12 4 1 Hinweise zum Einbau von Vakuummeter Me systemen 12 4 2 Verschmutzungen des Me systems und ihre Beseitigung 12 4 3 Einflu magnetischer und elektrischer Felder 12 4 4 Verbindungen Netzger te Me systeme 13 Tabellen Formeln Nomogramme Diagramme Bildzeichen Tabellen Tab 13 1 sowie da
203. 83 14 mbar mol K T Temperatur in K M molare Masse in g mol Am Masse in g At Zeitspanne in s 9 1 Gleichung 9 1 dient dazu um a bei bekanntem pV Gasstrom Ap V At den Massenstrom Am At zu bestimmen siehe hierzu Beispiel in 9 4 1 oder b bei bekanntem Massenstrom den pV Leckgasstrom zu bestimmen siehe nachstehendes Beispiel Beispiel zu b Eine mit dem K ltemittel R134a betriebe ne K lteanlage weist bei 25 C einen K l temittelverlust von 1 g pro Jahr auf Wie gro ist der Leckgasstrom Q Nach Glei chung 9 1 mit M R134a 102 03 g mol 0 _ A pV _ 8314 298 10 L at 7 1219 1 _8314 2 98 10 1 mbar 121 1 315 1075 _ 8314 2 98 10 4 g 7 mbar 4 1 21 102 315 5 mbar S 65 107 Der Freon Verlust betr gt demnach Q 6 5 10 mbar s Gem der un tenstehenden Faustregel f r Hoch vakuumanlagen ist die K lteanlage dieses Beispiels als sehr dicht anzusehen Weitere Umrechnungen f r Q sind in den Tabellen 7a und 7b in Abschnitt 13 angegeben F r Hochvakuumapparaturen gilt quantita tiv die folgende Faustregel Gesamt Undichtheit lt 10 6 2 5 Apparatur sehr dicht Gesamt Undichtheit 10 5 mbar Cie Apparatur hinreichend dicht Gesamt Undichtheit gt 10 4 mbar 5 Apparatur undicht An sich kann eine Undichtheit durch eine gen gend gro e Pumpe berfahren wer den denn es gilt beispielswe
204. 93 5 71 500 200 213 250 261 Isopropanol 60 1 0 785 89 5 82 4 400 320 318 2 400 100 Methanol 32 0 795 97 9 64 7 200 giftig 500 501 Methylenchlorid 85 1 328 41 630 651 800 800 Nitromethan 61 1 138 29 2 101 75 100 1000 1000 Petrol ther Gemisch 064 40 60 1 Die Nennweiten entsprechen ann hernd den lichten Durchmessern der Tetrachlor Kohlenstoff 153 8 1 592 229 767 25 Rohrleitungsteile DIN 2402 Feb 1976 Die linke Nennweitenreihe wir bevorzugt verwendet Trichlor thylen 131 4 1 47 55 Tabelle 13 11 Nennweiten und Innendurchmes d Wasser 18 02 0 998 0 00 100 0 ser lichte Weiten von Rohren und ffnungen mit Kreisquerschnitt nach PNEUROP Tabelle 13 12 Die wichtigsten Daten Kennzahlen f r gebr uchliche L sungsmittel 186 Tabellen Formeln Diagramme t Ps 0 t Ps 0 t Ps 0 t Ps Dn C mbar g m3 C mbar g m3 C mbar g m3 C g m3 100 1 403 10 1 756 105 35 0 2233 0 2032 30 42 43 30 38 95 845 3 504 5 99 1 719 2 139 34 0 2488 0 2254 31 44 93 32 07 96 876 9 522 1 98 2 101 2 599 33 0 2769 0 2498 32 47 55 33 83 97 909 4 540 3 97 2 561 3 150 32 0 3079 0 2767 33 50 31 35 68 98 943 0 558 9 96 3 117 3 812 31 0 3421 0 3061 34 53 20 37 61 99 9776 578 1 95 3 784 105 4 602 105 30 0 3798 0 3385 35 56 24 39 63 100 1013 2 597 8 94 4 584 5 544 29 0 4213 0 3739 36 59 42 41 75 101 1050 618 0 93 5 542 6 665 28 0 4669 0 412
205. Bedeckungszeit Teilchenanzahl dichte oder Fl chensto rate k nnen ge messen werden Das Ger t erlaubt die Speicherung von 10 Programmen zwi schen denen man leicht umschalten kann Die Me zeit pro Abbremsungsvorgang liegt zwischen 5 Sekunden bei hohen Dr cken und etwa 40 Sekunden bei nie deren Dr cken Der Me ablauf des Ger tes wird vollautomatisch durch einen Mi kroprozessor gesteuert so da nach jeder Messung Abbremsung ein neuer Wert angezeigt wird Die Programme erlauben dar ber hinaus nach einer vorher festge legten Anzahl von Messungen eine Reihe von statistischen Gr en arithmetischer Mittelwert Standardabweichung zu be rechnen W hrend beim VISCOVAG die kinetische Gastheorie das Abz hlen der Teilchen direkt das Me prinzip darstellt bertragen der Teilchenimpulse auf die rotierende Kugel die dadurch abgebremst wird wird bei anderen gasartabh ngigen elektri schen Me methoden die Teilchenanzahl dichte indirekt ber die von den Teilchen abtransportierte W rmemenge W rme leitungs Vakuummeter oder ber die Anzahl der gebildeten lonen lonisations akuummeter gemessen 7 3 2 W rmeleitungs Vakuummeter Die klassische Physik lehrt und best tigt experimentell da die W rmeleitf higkeit eines ruhenden Gases bei h heren Dr k ken Teilchenanzahldichten p gt 1 mbar unabh ngig von Druck ist Bei niedrigeren Dr cken p lt 1 mbar ist die W rmeleit f higkeit aber druckabh ngig
206. C 10 mbar be tr gt demnach die Empfindlichkeit E der Me r hre E p C i 10 mbar 1 10 mbar 10 3 1 10 2 A mbar Auch lonisations Vakuummeter mit Gl h kathode zeigen Gasaufzehrung Pumpwir kung die allerdings betr chtlich geringer ist als bei Penning Systemen und etwa 10 3 s betr gt Diese Gasaufzehrung erfolgt im wesentlichen an der Glaswand der Me r hre in geringerem Ma e am lonen f nger Hier nutzt die Verwendung von Ein baume systemen die sich leicht ausbau en lassen da man auf einen u eren Ma gneten keine R cksicht nehmen braucht Die obere Grenze des Me bereichs der lo nisations Vakuummeter liegt von Son derausf hrungen abgesehen bei etwa 10 2 mbar Sie wird im wesentlichen durch die bei h heren Dr cken k rzere freie Weg l nge bedingten Streuprozesse der lonen an Gasmolek len bestimmt Die lonen er reichen den lonenf nger nicht mehr ge ringere lonenausbeute Au erdem k nnen sich bei h heren Dr cken unkontrollierba re Glimm oder auch Bogenentladungen 117 Druckmessung bilden und bei Glasr hren kann es zu elek trostatischen Aufladungen kommen Dann kann der angezeigte Druck p erheblich vom wahren Druck abweichen Bei niedrigen Dr cken wird der Me bereich durch zwei Effekte begrenzt durch den R ntgen und den lonendesorptionseffekt Diese Effekte haben zur Folge da die streng lineare Proportionalit t zwischen Druck und lonenstrom ve
207. C Schieber je Stufe 3 2 2 2 3 tangential 1 1 5 1 6 16 25 Saugverm gen 2 4 4 8 16 25 2 5 40 100 m3 h 8 16 16 25 40 65 180 280 30 60 40 65 585 1200 ja ja ja ja nein Enddruck einstufig lt 2 102 lt 2 102 lt 2 10 2 lt 5 107 mbar Enddruck zweistufig lt 2 5 10 lt 1 10 lt 1 10 lt 1 10 mbar lversorgung Druckdifferenz Zahnradpumpe Zahnradpumpe Exzenterpumpe Druckdifferenz Spalte bei allen Typen vergleichbar etwa 0 01 bis 0 05 mm Lager Schmierung Gleitring l Gleitring l Gleitring l Kugel Fett Kugel l besondere hydropneumat medienber hrende zahlreiches preiswert Eigenschaften Saugstutzenventil Teile beschichtet Zubeh r Medien kein Ammoniak sauber bis aggressiv und sauber bis sauber leichte Partikel korrossiv leichte Partikel Haupteinsatz Saubere Saubere Allzweck Saubere Verpackungs Gebiete Anwendungen Anwendungen Einsatz Anwendungen industrie Beschichtungs Beschichtungs Beschichtungs technik technik technik Tabelle 2 1 Drehschieber Pumpenreihen 2 1 2 2 Sperrschieberpumpen Abb 2 8 zeigt den Schnitt durch eine Sperr schieberpumpe in Einblockbauart Bei ihr gleitet ein Kolben 2 der von einem sich in Pfeilrichtung drehenden Exzenter 3 mit genommen wird l ngs der Geh usewand Das abzusaugende Gas str mt durch den Ansaugstutzen 11 in die Pumpe und ge langt durch den Saugkanal des Sperrschie bers 12 in den Sch pfraum
208. Charakterisierung der Effektivit t einer Diffusionspumpe wurde der sogenannte HO Faktor definiert Dieser ist das Verh lt nis des wirklich erreichten spezifischen Saugverm gens zum theoretisch maximal m glichen spezifischen Saugverm gen 61 Kinetische Vakuumpumpen Abb 3 2 Leybold DIP Pumpe Er erreicht bei den Diffusionspumpen von LEYBOLD optimale Werte von 0 3 bei der kleinsten Pumpe bis 0 55 bei den gro en Pumpen Entsprechend den Marktanforderungen hat Leybold eine Reihe gro er wassergek hl ter l Diffusionspumpen entwickelt Diese Pumpenreihe steht mit einem Saugverm gen von 3000 bis 50 000 2 s t zur Verf gung und ist insbesondere f r industrielle Hochvakuumanwendungen mit gro em Saugverm gen geeignet Hochvakuumanwendungen mit geringe rem Saugverm gensbedarf werden heute zunehmend mit kleinen Turbo Molekular pumpen best ckt die neben der unabh n gigen Einbaulage auch ohne zus tzliche K hlfallen Baffle ein kohlenstofffreies Vakuum erzeugen Die konstuktiven Merkmale der Typen reihe DIP sind in Abb 3 2 dargestellt Leybold Typenreihe D
209. D Abb 2 50 Saugverm genskurve der DuraDry Pumpen Eine Reihe zus tzlicher Optionen erlaubt es die DuraDry in schwierigen Prozessen ohne Bildung von Kondensat oder Ablagerungen im Inneren einzusetzen Die Stickstoffsp leinrichtung bewirkt einen hohen Sp lgasdurchflu 100 bis 150 sIm durch die Auspuffeinrichtung der DuraDry um Proze partikel nach drau en zu sp len Dr cken der Sp l Taste startet eine f nf min tige Sp lung Das Men der Handsteuerung erlaubt Dauer und Wiederholfrequenz automa tischer Sp lungen einzustellen Mit der einstellbaren Heizung f r die Auspuffeinrichtung k nnen dort Parti kelablagerungen verhindert werden Sie regelt die Temperatur der Auspuffein richtung auf 110 C 10 Die Option enth lt einen analogen Sensor f r die Auspufftemperatur Die MOCVD Option f r niedere Tempe ratur ben tzt einen zus tzliche W rme tauscher um die Betriebstemperatur der Pumpe weiter zu verringern MOCVD steht f r Metall Organisch Chemische Dampf Abscheidung Der Sicherheitssp lgasschalter erinnert den Benutzer wenn der Sp lgasdurch flu zu gering ist lt 25 sIm um pyro phorische Proze gase sicher zu ver d nnen Nicht zuletzt HF kompatible Auspuff r ckschlagventil mit Teflon Metall Kugel f r Prozesse mit NF Kammerreinigung 46 Technische Daten DuraDry 105 Saugverm gen 88 m h bei 50 Hz Enddruck lt 10 3 Torr Saugver
210. D 30 A Auspumpkurven eines 30 50 und 100 Rezipienten In anderen Anwendungsf llen m chte man in extrem kurzer Zeit Dr cke von einigen 10 5 mbar erzeugen Taktbetrieb ohne die TURBOVAC Pumpe in dieser Zeitspanne hochlaufen zu lassen Man verbindet die Turbo Molekularpumpe mit dem Rezipien ten ber ein Ventil und h lt sie bei ge schlossenem Ventil auf voller Drehfre quenz Der Rezipient wird mit Hilfe einer Umwegleitung von der Vorpumpe bis auf etwa 1 mbar evakuiert Bei diesem Druck wird die Umwegleitung geschlossen und das Ventil ber der Turbo Molekularpumpe ge ffnet so da bereits bei diesem hohen Druck ihre volle Saugleistung zur Verf gung steht Auspumpkurven f r drei Be Druck p mbar 10 0 2 4 6 8 10 Auspumpzeit t h Abb 3 16 TURBOVAC 450 Auspumpkurven eines 20 und eines 5 Rezipienten nach Ausheizen von Pumpe und Rezipient auf T 200 bzw 120 C durch t 0 3 und 6 h Kinetische Vakuumpumpen h lter mit dem Inhalt von a 20 b 50 und c 100 sind in Abb 3 15 dargestellt Druckbereich 10 6 bis 10 10 mbar Im Kapitel ber Enddruck und Betriebs enddruck von Turbo Molekularpumpen wurde im einzelnen dargestellt welche u eren Einfl sse sich auf den erreichba ren Betriebsenddruck auswirken Appara turen in denen Betriebsenddr cke unter 10 8 mbar erreicht werden sollen sind stets nach den Erfordernissen der UHV Technik aufzubauen
211. D Stellen sogenannte Transfer Stan dards Bezugsvakuummeter werden in re gelm igen Abst nden direkt von der PTB kalibriert Bei LEYBOLD in K ln werden im Kundenauftrag unparteiisch Vakuumme ger te aller Fabrikate kalibriert ber die Kalibrierung wird ein DKD Kalibrierschein mit allen Kenngr en ausgestellt Die Normale der Physikalisch Technischen Bundesanstalt sind die sogenannten Na tionalen Standards Um eine entsprechend gro e Me genauigkeit bzw kleine Me un sicherheit ihrer Kalibrierungen garantieren zu k nnen macht die PTB ihre Messungen weitgehend durch Anwendung fundamen taler Methoden Das bedeutet man ver sucht die Kalibrierdr cke beispielsweise durch Messung von Kraft und Fl che oder durch eine streng nach physikalischen Ge setzen vorgenommene Verd nnung der Gase darzustellen Bei der PTB werden im Vakuumbereich die Methoden der stati schen und der kontinuierlichen fr her dynamischen Expansion angewendet Die 2 Kontinuierliche Expansion Relative Unsicherheit Kalibrierdruecke Der PTB Statische Expansion Druck Stickstoff Pa Abb 7 18 Physikalisch Technische Bundesanstalt PTB Berlin Druckskala f r Stickstoff Stand April 2001 121 Druckmessung Kette des einmal j hrlichen Rekalibrierens Wiederkalibrierens von Normalger ten bei der n chst h her qualifizierteren Kali brierstelle bis hin zur PTB wird R ck f hrung auf nation
212. Das effektive Saugverm gen am Pr f anschlu 3 Der maximal zul ssige Druck im Pr f ling auch maximal zul ssiger Einla druck Dieser Druck Pmax liegt bei LD s mit klassischen TMP s bei etwa 10 1 und bei LD s mit CGompound TMP s bei 2 10 mbar Das Produkt aus diesem maximal zul ssigen Arbeitsdruck und dem Saugverm gen S des Pumpsy stems am Pr fanschlu des Detektors Signalh he 2 schneller unempfindlicher Drossel normal langsamer empfindlicher 100 e 2 2 0 95 Signalanstieg M 05 to N el aN Wi EE Totzeit 3 57e g 3 5 ra Ausgleichszeit z B t 3 17 3 4 vs x Zeitkonstante Abb 9 16 Signalverhalten und Saugverm gen ist die maximal zul ssige Durchflu leistung 9 10 Onax Pmax 7 Sett Anschlu Diese Gleichung zeigt da es keineswegs von Vorteil ist eine hohe Empfindlichkeit durch ein gedrosseltes Saugverm gen zu erreichen Sonst wird die maximal zul s sige Durchflu leistung zu klein Das Ger t ist nicht funktionsf hig wenn entweder durch ein gro es oder durch mehrere klei ne Lecks mehr Gas als die maximal zul s sige Durchflu leistung des Leckdetektors einstr mt 9 7 Lecksuchtechniken mit Helium Leckdetektoren 9 7 1 Spr htechnik Lokale Dichtheitspr fung Der mit dem He Leckdetektor verbundene Pr fling wird mit einem sehr feinen He liumstr
213. Ermittlung von Auspumpzeiten aus Nomogrammen In der Praxis w rde etwa zur Kosten absch tzung einer geplanten Vakuumanla ge die Berechnung von Auspumpzeiten t in Abh ngigkeit vom effektiven Saugver m gen Bu dem geforderten Druck p und dem Beh ltervolumen V mit den aufge f hrten Gleichungen zu m hsam und zu aufwendig sein Nomograme sind hilfrei 100 cher Mit dem Nomogramm in Abb 13 7 Abschnitt 13 k nnen die Auspumpzeiten f r Vakuumanlagen die mit Drehkolben pumpen evakuiert werden schnell ermit telt werden wenn das Saugverm gen der betreffenden Pumpe im durchfahrenen Druckbereich einigerma en konstant ist Mit den dort aufgef hrten drei Beispielen ist die Anwendung des Nomogrammes leicht zu verstehen Die Auspumpzeiten von Dreh und Sperr schieberpumpen sind sofern das Saug verm gen der betrachteten Pumpe bis zum geforderten Druck konstant ist an Hand des Beispiels 1 bestimmbar W lzkolbenpumpen haben im allgemeinen in dem zu betrachtenden Arbeitsbereich kein konstantes Saugverm gen Zur Absch tzung der Auspumpzeit gen gt es allerdings meistens das mittlere Saug ver m gen anzunehmen Die Beispiele 2 und 3 des Nomogrammes zeigen dar ber hinaus da bei W lzkolbenpumpen die Kompres sion K nicht auf den Atmosph rendruck 1013 mbar sondern auf den Druck zu beziehen ist bei dem die W lzkolbenpum pe eingeschaltet wird Im Feinvakuumgebiet machen sich die Gasabgabe oder Leckrate bereit
214. FICON hat eine neue Technologie ent wickelt welche diese Einschr nkungen des aktiven Oszillators berwindet Das neue System erkundet dauernd die Antwort des Kristalls auf eine angelegte Frequenz nicht nur um die Serien Resonanzfrequenz zu bestimmen sondern auch um sicherzu stellen da der Quarz im gew nschten Modus schwingt Das neue System ist vor allem unempfindlich gegen mode hop ping und die dadurch verursachten Un genauigkeiten Es ist schnell und genau Die Kristallfrequenz wird 10 mal je Sekun de auf weniger als 0 005 Hz genau be stimmt Die F higkeit des Systemes einen be stimmten Modus zun chst zu identifizie ren und dann zu messen er ffnet neue M glichkeiten durch die Vorteile zus tzli chen Informationsgehaltes dieser Modi Dieses neue intelligente Me ger t nutzt die Phasen Frequenz Eigenschaften des Quarzkristalls um die Resonanzfrequenz zu bestimmen Es arbeitet durch Anlegen ei ner synthetisierten Sinuswelle bestimmter Frequenz an den Kristall und Messung der Phasendifferenz zwischen angelegter Signal spannung und dem Strom durch den Kristall Bei Serienresonanz ist diese Dif ferenz genau Null Grad dann benimmt sich der Kristall wie ein Ohm scher Wider stand Durch Trennen der angelegten Spannung und des Stromes der vom Kristall zur ckkommt kann mit einem Phasenkomparator festgestellt werden ob die angelegte Frequenz h her oder tiefer als der Kristall Resonanz Punkt ist B
215. Ge oder We My mit 10 1 Masse des Quarzes vor Beschichtung Frequenz vor Beschichtung o Frequenz nach Beschichtung AF F F Frequenzverschiebung durch die Beschichtung wird f r M Dr pp A und f r M Da PaA eingesetzt wobei T Schichtdicke p Dichte und A Fl che be deutet und die Indices q f r den Zustand unbeschichteter Quarz und f r den Zu stand nach Frequenzverschiebung durch Beschichtung coating stehen ergibt sich f r die Schichtdicke Masse der Beschichtung Ms F AF AF D Di Po K mit F 9 Pr p Pafo Pa Nur Pa Fo worin N F D die Frequenzkonstante f r den AT Schnitt Nu 166100 Hz cm und 2 649 g cm3 die Dichte des Quarzes ist Die Schichtdicke ist also proportional der Frequenzverschiebung AF und umgekehrt proportional der Dichte des Schichtma terials Die Gleichung Dee Pr f r die Schichtdicke wurde in den aller er sten Schichtdickenme ger ten mit Fre quenzmessung verwendet Nach dieser Gleichung zeigt ein Kristall mit einer Start frequenz von 6 0 MHz nach der Belegung mit 1 Aluminium d 2 77g cm einen R ckgang seiner Frequenz um 2 27 Hz Auf diese Weise kann das Aufwachsen einer festen Beschichtung durch Bedampfen oder Sputtern durch eine genaue Messung der Frequenzverschiebung des Kristalls verfolgt werden Erst die Kenntnis des quantitativen Zusammenhanges dieses Ef
216. Gruppe der Syn thetischen le beinhalten Fl ssigkeiten un terschiedlichster chemischer Struktur und Zusammensetzung Dementsprechend wei sen sie in ihrem physikalischen und che mischen Verhalten starke Differenzen auf Synthetische le gelangen dann zum Ein satz wenn f r einen speziellen Einsatzfall 33 Mechanische Vakuumpumpen besondere Eigenschaften gefordert werden die ein Mineral l nicht erf llen kann Zu den Synthetischen len z hlen Polyalfaolefine PAO TRIVAC Polyalfaolefine sind synthetische Kohlen wasserstoffe die paraffin hnlich sind aber eine einheitliche Struktur aufweisen Die thermische und chemische Best ndigkeit ist besser als bei Mineral len Die Elasto mervertr glichkeit und Hydrolysebest n digkeit ist mit Mineral len vergleichbar Ester le TRIVAC SOGEVAC Roots Ester le sind organische Verbindungen die sich besonders durch ihre hohe thermische Best ndigkeit im Vergleich zu Mineral len auszeichnen Die chemische Best ndigkeit ist im allgemeinen gut aber abh ngig vom Typ des Ester ls Die Elastomervertr g lichkeit und Hydrolysebest ndigkeit ist we niger gut als bei Mineral len Perfluorierter Polyether PFPE TRIVAC SOGEVAG DK Roots Dieses sind le die nur aus Kohlenstoff C Fluor F und Sauerstoff 0 Atomen aufgebaut sind Die vorhandenen und C F Bindungen sind u erst stabil Daher sind PFPE le praktisch gegen jeden chemischen und
217. H ist M 28 Folgende Punkte m ssen daher bei der Auswertung von Spektren beson ders ber cksichtigt werden 1 Bei Isotopen haben wir es bei gleicher Kernladungszahl Gasart mit unterschied licher Positronenzahl im Kern Masse des lons zu tun Einge Werte relativer Isoto penh ufigkeit sind in Tabelle 8 2 zusam mengestellt 2 Je nach Energie des sto enden Elek trons Potentialdifferenz Kathode Anode k nnen lonen einfach oder auch mehrfach ionisiert sein Beispielsweise fin det man Ar bei Masse 40 Ar bei Masse 20 und Ar bei Masse 13 3 Bei Masse 20 findet man aber auch Neon Ne F r alle lonisierungsstufen jeder Gasart gib es Schwellenergien der sto enden Elektro nen d h jede lonenart kann erst oberhalb der zugeh rigen Energieschwelle gebildet werden Abb 8 13 zeigt dies f r Ar 3 Die spezifische lonisierung der ver schiedenen Gase Da das ist die Anzahl der je cm und mbar durch Zusammen st e mit Elektronen gebildeten lonen die von Gasart zu Gasart schwankt F r die meisten Gase ist die lonenausbeute bei einer Elektronenenergie zwischen etwa 80 und 110 eV am gr ten siehe Abb 8 14 In der Praxis wird die unterschiedliche lo nisierung der einzelnen Gase durch eine Normierung auf Stickstoff ber cksichtigt und es werden relative lonisierungs Element Ordnungs Massen Relative zahl zahl H ufigkeit H 1 1 99 985 2 0
218. IP Bei diesen Pumpen wird eine extrem sto freie Verdampfung des Treibmittels und damit ein zeitlich sehr konstantes Saugverm gen durch eine au ergew hnli che Konstruktion der Heizung erzielt Die Heizung ist als Innenheizung ausgebildet und besteht aus Heizpatronen die in Rohre mit aufgel teten W rmeleitblechen einge f hrt sind Die aus Edelstahl gefertigten Rohre sind waagerecht in den Pumpen k rper eingeschwei t und liegen ber dem lspiegel Die W rmeleitbleche aus Kupfer tauchen nur teilweise in das Treibmittel ein Der in das Treibmittel hineinragende Teil der W rmeleitbleche ist so bemessen da eine intensive jedoch siedeverzugsfreie Verdampfung des Treibmittels erreicht wird Durch die ber dem lspiegel ste henden Teile der W rmeleitbleche wird dem Treibdampf noch zus tzlich Energie zuge f hrt Auf Grund der besonderen Kon struktion der Heizvorrichtung ist das Aus tauschen der Heizpatronen auch bei hei er Pumpe m glich Abb 3 3a und 3 3b zeigen die Saugverm gens und Saugleistungs kurven der LEYBOLD Typenreihe DIP 3 1 2 l Dampfstrahlpumpen Der Pumpmechanismus einer Dampf strahlstufe sei anhand von Abb 3 4 erl u tert Der Treibmitteldampf tritt unter hohem Druck in die als Lavald se ausgebildete Treibd se 1 ein Dort wird er auf den An saugdruck p expandiert Mit dieser Ex pansion ist dem Energiesatz zufolge eine Erh hung der Geschwindigkeit verbunden Ansaugdruck Torr
219. In line System DYNAMET 4V W hrend des gesamten Beschichtungs vorgangs wird laufend die Schichtdicke mit einem optischen Me system oder ber eine elektrische Widerstandsmessung be stimmt Die Me werte werden mit den an der Anlage eingestellten Schichtdicken sollwerten verglichen und damit die Ver dampferleistung automatisch geregelt 1 Abwickler 2 Bedampfungsquelle 3 Beschichtungswalze 4 Zugwalze 5 Aufwickler Abb 11 6 Schema einer Band Beschichtungsanlage 11 3 3 Optische Schichten Vakuumbeschichtungen finden breite An wendungen in der Brillenoptik bei Linsen f r Kameras und andere optische Instru mente sowie bei vielf ltigen optischen Fil tern und Spezialspiegeln Um die ge w nschten Transmissions oder Refle xionseigenschaften zu erreichen werden mindesten drei aber manchmal bis zu 50 Schichten auf das Glas oder Kunststoff substrat aufgebracht Dabei m ssen die Schichteigenschaften wie Dicke und Bre chungsindex der einzelnen Schichten un tereinander sehr genau eingehalten wer den Die meisten dieser Schichtsysteme werden durch Aufdampfen mittels Elektro nenstrahlverdampfern in Einkammeranla gen hergestellt Abb 11 7 Am Boden des Rezipienten befinden sich die Verdampfer in der Regel mit automatisch bet tigten Tiegeln in denen sich mehrere unter schiedliche Materialien befinden Die Sub strate werden auf einer rotierenden Kalot te ber den Verdampfern gehalten Durch ge
220. Kapselfeder Vakuummeter Die bekannteste Ausf hrung eines Mem bran Vakuummeters ist das Barometer mit einer Aneroid Dose als Me system Es enth lt eine hermetisch verschlossene evakuierte d nnwandige Membran Dose mit einer Membran aus einer Kupfer Beryl 3 Bourdon Rohr 4 Hebelsystem Verbindungsrohr zum Anschlu flansch Zeiger N Abb 7 2 Schnittzeichnug eines Bourdon Federvakuummeters 109 Druckmessung lium Legierung Der eigentliche Kraftmes ser der Aneroid Dose ist jedoch nicht die Membran selbst sondern eine Spiralfeder im Inneren der Dose Beim hnlich aufgebautem Kapselfeder Vakuummeter wird eine aus zwei Mem branen gebildete Kapsel evakuiert und her metisch verschlossen Hier sind die Mem branen selbst die Kraftmesser In beiden F llen wird der Druck auf einer linearen Skala unabh ngig vom u eren Athmosph rendruck angezeigt 7 2 2 2 DIAVAC Membran Vakuummeter H ufig ist unterhalb 50 mbar eine m g lichst genaue Druckanzeige erw nscht Hierzu ist ein anderes Membran Vakuum meter das DIAVAC geeignet weil dessen Druckskala zwischen 1 und 100 mbar stark gespreizt ist Der Teil des Innenraumes in dem sich das Hebelsystem 2 des Me kopfes befindet siehe Abb 7 3a ist auf einen Bezugsdruck von weniger als 10 3 mbar evakuiert Den Abschlu gegen den Rezipienten bildet eine teller f rmige Membran 4 aus Edelstahl So lange der Rezipient nicht evakuiert ist wi
221. Kathodenober fl chen Bei fortschreitender Kathodenzer st ubung werden die implantierten Gas teilchen wieder freigesetzt F r Edelgase die nur durch loneneinschlu gepumpt werden k nnen wird deshalb die Pump wirkung nach einiger Zeit nachlassen und es tritt ein Erinnerungseffekt auf l Titanatome Z ees Gasteilchen lonen 4 Elektronen B Magnetfeld Abb 44 Elektrodenkonfiguration einer Dioden Ionenzerst uberpumpe Die Triodenpumpen haben transparente Kathoden und zeigen im Gegensatz zu den Diodenpumpen hervorragende Konstanz des Edelgassaugverm gens weil Auftra gungs und Zerst ubungsfl che r umlich getrennt sind Abb 4 5 zeigt die Trioden Elektrodenkonfiguration Ihre bessere Wir kungsweise ist so zu erkl ren Die Ionen treffen streifend auf die Titanst be des Ka thodengitters Die Zerst ubungsrate ist da durch gr er als bei senkrechtem Einfall Das zerst ubte Titan fliegt in ungef hr glei cher Richtung wie die einfallenden lonen Die Getterschichten bilden sich vorzugs weise auf der dritten Elektrode dem Auf f nger der identisch mit der Wand des Pumpengeh uses ist Dadurch w chst die Ausbeute an Teilchen die als lonen strei fend auf die Kathode treffen dann nach Neutralisation reflektiert werden und mit einer Energie zum Auff nger der Pumpen wand fliegen die immer noch hoch ber der thermischen Energie der Gasteilchen 1
222. Kunststoffolien und Papiere spielen eine wichtige Rolle bei Lebensmit telverpackungen Sie machen die Lebens mittel entsprechend den Anspr chen von Lager und Transportlogisitk haltbar und geben der Verpackung ein ansprechendes Erscheinungsbild Ein weiteres wichtiges 4 Substrate 5 Diffusionspumpe 6 W lzkolbenpumpe 1 Vakuumkammer 2 Hochleistungskathode 3 Substrattr ger 7 Sperrschieberpumpe 8 9 Hochvakuumventil 10 Ventil f r Umwegleitung 11 Druckausgleichsventil 12 Flutventil Abb 11 4 Schema einer Batch Anlage f r die Teilebeschichtung 171 Beschichtungsverfahren Einsatzgebiet von metallisierten Folien ist die Herstellung von Folienkondensatoren f r elektrische und elektronische Anwen dungen Die Metallisierung erfolgt in Vakuum Bandbeschichtungsanlagen Ein typisches Schema zeigt Abb 11 6 Die Anlage besteht aus zwei Kammern der Wickelkammer mit der Rolle der zu be schichtenden Folie und dem Wickelsystem sowie der Beschichtungskammer in der sich die Verdampfer befinden Beide Kam mern sind bis auf zwei Schlitze durch wel che die Folie l uft vakuumtechnisch von einander getrennt Damit ist es m glich die hohen Gaslasten aus dem Kunststoff wickel mit einem relativ kleinen Pump stand abzupumpen Der Druck in der Wickelkammer kann dabei um mehr als Faktor 100 h her sein als der sich gleich zeitig einstellende Druck in der Bedamp fungskammer Der Pumpstand f r die Wi
223. L 1 11 Hierin ist p4 p die Differenz der Dr cke am Ein und Ausgang des Leitungs 13 Vakuumphysik elementes Der Proportionalit tsfalktor L wird als Str munggsleitwert oder kurz als Leitwert bezeichnet Er ergibt sich aus der Geometrie des Leitungselementes und ist in einigen F llen einfacher Anordnungen er rechenbar siehe Abschnitt 1 8 Im Gebiet des Hoch und Ultrahochvaku ums ist L eine druckunabh ngige Konstan te im Gebiet des Grob und Feinvakuums aber eine vom Druck abh ngige Gr e In folgedessen mu die Berechnung von L f r die Leitungselemente in den einzelnen Druckbereichen getrennt durchgef hrt wer den n heres hier ber siehe Abschnitt 1 8 In Anlehnung an die Definition des Volu mendurchflusses kann man auch sagen Der Leitwert L ist der Volumendurchflu durch ein Leitungselement Die Gleichung 1 11 kann man als Ohm sches Gesetz der Vakuumtechnik bezeichnen in dem Q dem Strom Ap der Spannung und L dem elektrischen Leitwert entspricht In Analogie zum Ohmschen Gesetz der Elek trizit tslehre ist der Str mungswiderstand w 1 L als reziproker Wert des St munggsleitwertes eingef hrt worden Die Gleichung 1 11 l t sich dann umschreiben in 1 AP 1 12 Daraus folgt unmittelbar f r die Serien schaltung Wes Wi Wp 1 13 Bei Parallelschaltung gilt 1 11271 1 138 Waes Wi W2 W3 Leckrate q
224. LD RUVAG Pumpen direkt aufgeflanscht wer den in Halbleiterprozessen meist ebenfalls mit PFPE lf llung der Getrieber ume Die Pumpen der DRYVAC Familie der klas sischen trockenverdichtenden Klauenvaku umpumpen werden bevorzugt in der Halb leiterindustrie eingesetzt wobei eine Reihe von besonderen Anspr chen an die Funk tion erf llt sein mu Auch in Halbleiterpro zessen ist wie bei vielen anderen vakuum technischen Applikationen die Bildung von Festk rperteilchen und St uben w hrend des Prozesses und oder im Laufe der Kom pression der zu f rdernden Stoffe auf At mosph rendruck innerhalb der Pumpe nicht zu vermeiden Bei Vakuumpumpen die nach dem Klauenprinzip arbeiten besteht die M glichkeit mit Hilfe der sogenannten pneu matischen F rderung die Teilchen durch die Pumpe hindurchzutransportieren Dadurch kann ein Abscheiden von Teilchen verbun den mit einem Aufwachsen von Schichten innerhalb der Pumpe und das m gliche Festlaufen der Klauenrotoren verhindert werden Man hat darauf zu achten da die Str mungsgeschwindigkeit des Gasstro mes durch die einzelnen Pumpstufen stets gr er gehalten wird als die Sinkgeschwin digkeit der im Gasstrom mitgerissenen Teil chen Wie aus Abb 2 27 zu entnehmen ist h ngt die Sinkgeschwindigkeit der Teilchen stark von ihrer Gr e ab Die durchschnitt liche Str mungsgeschwindigkeit des Gases w hrend der Kompressionsphase wird durch folgende Gleichung wiedergegeb
225. Me unsicherheit ist kontr r zu dem in der Pra xis leider vielfach verwendeten Begriff der Me genauigkeit welcher in der Me tech nik m glichst vermieden wird Die ausge wiesenen Werte ergeben sich aus einer statistischen Fehlerbetrachtung als die wahrscheinlichsten Fehler und beziehen sich auf die gesamte Kalibrierung zum Zeitpunkt der Kalibrierung Sie enthalten also Unsicherheitsanteile der Normalger te des Verfahrens und des Pr flings aber keine Langzeitprognose und keine Konfor mit ts Spezifikationsaussagen also keine Aussage dar ber ob das Ger t die Werks spezifikationen noch erf llt Falls zus tz lich Konformit ts Spezifikationsaussagen gew nscht werden m ssen sie extra be stellt werden Das setzt aber voraus da die Herstellerspezifikation des Ger tes der Kalibrierstelle bekannt ist oder zur Verf Herstellerspezifikation maximaler Fehler Q Anzeige Pr flin T g Me unsicherheit N 5 Abweichung Me fehler wahrscheinlichster Fehler I Anzeige wahrer Druck 5 Kalibrierdruck Herstellerspezifikation maximaler Fehler wahrer Druck Me bereich Abb 7 21 Begriffe bei der Kalibrierung 123 Druckmessung gung gestellt wird Die Skizze in Abb 7 21 zeigt den Zusammenhang zwischen Me wert Anzeige wahrem Druck Kalibrier druck Me abweichung Me fehler Me unsicherheit Intervall f r de
226. Nach einer Totzeit bis zu einem erkennbaren Signal w chst das dem He Partialdruck proportionale Signal bis zur vollen Gr e Pye 0 5 nach der Gleichung 9 9 Phe 1 67 He CS 9 9 Das Signal erreicht nach t 11 6983 2 86 5 3 95 0 4 98 2 5 993 998 seines Endwertes blicherweise wird die Zeitspanne f r Erreichen von 95 des Endwertes als Ansprechzeit bezeichnet Kurve 2 Durch die Installation der Teil strompumpe wird sowohl die Zeitkonstan te als auch die Signalh he um den Faktor 2 verkleinert also schnellerer Anstieg aber auch nur halb so gro es Signal Eine klei ne Zeitkonstante bedeutet schnelle nde rung und damit schnelle Anzeige und damit wiederum kurze Lecksuchzeit Kurve 3 Die Drosselung des Saugverm gens auf 0 5 S hingegen vergr ert so wohl Zeitkonstante als auch Signalh he um den Faktor 2 Ein gro es vergr ert also den zeitlichen Aufwand entsprechend Eine gro e Empfindlichkeit erzeugt durch eine Reduzierung des Saugverm gens ist immer gleichbedeutend mit einem gr e ren zeitlichen Aufwand und damit keines wegs immer von Vorteil Eine Absch tzung der Gesamtzeitkonstan te von mehreren hintereinander liegenden Volumina mit den zugeh rigen Pumpen kann in erster N herung durch Addition der Einzelzeitkonstanten erfolgen 9 6 Grenzwerte Spezifika tionen des Leckdetektors 1 Die kleinste nachweisbare Leckrate 2
227. POWER 300 max 20 m TURBO CONTROL 300 Abb 3 9 Modulares Konzept der TURBOVAC Pumpen und 50 000 Mit einer zweistufigen Dreh schieberpumpe wird ein Wasserstoffpar tialdruck auf der Vorvakuumseite py p von 10 8 mbar erreicht F r den Wasser stoffendpartialdruck der TURBOVAG ergibt sich demnach rechnerisch 3 108 i Dun eng 5 10 11 mbar 3 2 4 Installation und Betriebshinweise Wahl der geeigneten Vorpumpe Bei der Auswahl einer geeigneten Vorva kuumpumpe sollen m glichst drei Bedin gungen erf llt werden 1 bernahmebedingung Die von der HV Pumpe gef rderte Gasmenge mbar s mu von der VV Pumpe bernommen und abgepumpt werden 2 Chargierzeiten Die VV Pumpe mu so gro sein da die gew nschten Char gierzeiten eingehalten werden k nnen das hei t die VV Pumpe mu den Re zipienten in einer vorgegebenen Zeit so weit auspumpen da auf die einsatz bereite HV Pumpe umgeschaltet wer den kann 3 Kostenminimierung Die VV Pumpe soll so klein und preiswert wie m glich sein Einen groben Anhaltspunkt f r die Auswahl des geeigneten Saugverm gens der Vor vakuumpumpe gibt Abb 3 10 Der sicher ste Weg f r die Bestimmung der am besten geeigneten Vorpumpe wird aus Opeperationsdiagrammen ermittelt siehe Abschnitt 5 2 4 2 Modularer Aufbau Frequenzwandler K hlung Je nach den Proze anforderungen und den rtlichen Gegebenheiten k nnen die zum Betrieb der
228. Partialdruck Me ger ten 10 konstant bleibt Im Bereich unterhalb von 1 10 mbar ist der Zusammenhang zwischen lonenstrom und Partialdruck streng linear Zwischen 1 10 mbar und 1 10 4 mbar gibt es ge ringe Abweichungen vom linearen Zusam menhang Diese wachsen oberhalb von 1 10 mbar st rker an bis es schlie lich im Bereich oberhalb von 10 2 mbar den lonen in der dichten Gasatmosph re nicht mehr m glich ist den lonenf nger zu er reichen Die Notabschaltung der Kathode bei zu hohem Druck ist fast immer auf etwa 5 10 4 mbar eingestellt Es ergeben sich je nach Fragestellung unterschiedli che Obergrenzen f r den Einsatz F r analytische Anwendungen sollte 1 1056 mbar m glichst nicht berschritten werden F r anschauliche Darstellungen der Gaszusammensetzung und Partial druckregelungen ist auch der Bereich von 1 105 mbar bis 1 10 mbar noch geeig net siehe Abb 8 12 8 5 7 Angaben ber Oberfl chen und Ausheizbarkeit Zum Beurteilen eines Sensors geh ren auch Angaben ber Ausheiztemperatur w hrend der Messung oder bei abge Schalteter Kathode bzw SEV Werkstoffe und Oberfl chengr e der Metall Glas und Keramikbauteile und Werkstoff und Abmessungen der Kathode und auch ber die Elektronensto energie der lonenquelle einstellbar ja nein Diese Werte sind f r einen st rungsfreien Betrieb und f r eine etwaige Beeinflussung der Gaszusammen setzung durch den Sensor selbst wichtig l
229. Resonanzpunktes auftritt siehe Abb 10 6 Normalerweise ist die Oszillatorschaltung so ausgelegt da vom Kristall eine Phasen verschiebung um 0 Grad verlangt wird wodurch bei dem Serien Resonanzpunkt gearbeitet werden kann Lang und Kurz zeit Frequenzstabilit t sind Eigenschaften der Kristalloszillatoren weil sehr kleine Frequenzunterschiede ben tigt werden um die f r die Schwingung n tige Phasenver schiebung aufrecht zu erhalten Die Fre quenzstabilit t wird durch den Quarzkri stall sichergestellt auch wenn es Lang zeitverschiebungen in den elektrischen Werten gibt die durch Temperatur Alte rung oder durch Kurzzeitrauschen verur sachtes phase jitter verursacht werden Wenn Masse auf den Kristall aufgebracht wird ndern sich seine elektrischen Ei genschaften V Ausgan Verst rker gang J Kristall Abb 10 5 Schaltung des aktiven Oszillators 164 90 A Impedanz 3 N N Ce Serien Resonanz Lan 1 Tr mo CSN 5 965500 5 966500 5 967500 5 968500 Frequenz MHz Abb 10 6 Kristall Frequenzen nahe des Serienresonanzpunktes log Z Ohm bS Serien Resonanz Phase Grad T T 4 541500 4 512500 4 543500 Frequenz MHz T 4 544500 4 545500 Abb 10 7 Schwingungen eines stark belegten Kristalles Abb 10 7 zeigt die gleiche Darstellung wie
230. Rotoren gegeneinander ber hrungsfrei drehen abw lzen Die beiden Rotoren haben ungef hr einen 8 f rmigen Querschnitt und sind durch ein Zahnradgetriebe synchronisiert Die Spalt breite zwischen Kolben und Geh usewand und zwischen den Kolben untereinander 47 Mechanische Vakuumpumpen 1 Ansaugflansch 2 W lzkolben Kammervolumen 4 Pumpenausgangsflansch 5 Geh use Abb 2 54 Schematischer Querschnitt einer W lzkolbenpumpe betr gt wenige Zehntel Millimeter Deshalb k nnen W lzkolbenpumpen ohne mecha nischen Verschlei mit hohen Drehzahlen laufen Im Gegensatz zu Drehschieber und Sperrschieberpumpen sind W lzkolben pumpen nicht l berlagert so da die prin zipielle innere Undichtheit trockenlaufender Pumpen dazu f hrt da sich nur maxima le Kompressionsverh ltnisse in der Gr e von 10 bis 100 erreichen lassen Die inne re Undichtheit der W lzkobenpumpen wie auch anderer trockenlaufender Pumpen hoher Drehzahl resultiert in erster Linie dar aus da bestimmte Oberfl chenanteile des Sch pfraums infolge des Arbeitsprinzips wechselweise der Saugseite und der Ver dichtungsseite der Pumpe zugeordnet sind W hrend der Verdichtungsphase werden diese Oberfl chenanteile Kolben und Ge h use mit Gas beladen Grenzschicht w hrend der Saugphase wird dieses Gas wieder abgegeben Die Dicke der ver schleppten Gasschicht h ngt von den Spaltweiten zwischen den beiden Kolben und
231. Schaltung und Aufbau der bei den Zweipunktregelungen Bei der Zweipunktregelung durch Saug verm gensdrosselung Abb 7 24 ist im Ruhezustand der Relais Kontakte das Pumpventil 4 mit Spannung versorgt also ge ffnet Bei Unterschreiten des oberen Schaltpunktes bleibt das Ventil wegen der Zweipunktregelung durch Saugverm gensdrosselung Zeit Abb 7 23 Schema von Zweipunkt und Dreipunktregelung Gaseinla Dreipunktregelung durch Saugverm gensdrosselung und Gaseinla Zeit Zeit 125 Druckmessung Me ger t mit zwei Schaltpunkten 2 Drosselventil Vakuumpumpe Pumpventil 5 Vakuumbeh lter Si Sicherung Netzanschlu 220 V 50 Hz Bus Schaltpunkt f r Maximalwert Schaltpunkt f r Minimalwert PV Pumpventil R1 Hilfsrelais f r Pumpventil K1 Relaiskontakt von R1 M Me und Schaltger t Abb 7 24 Zweipunktregelung durch Saugverm gensdrosselung Selbsthaltefunktion des Hilfsrelais ge ff net Erst durch Unterschreiten des unteren Schaltpunktes wird die Relais Selbsthal tung wieder gel st Bei einem nachfolgen den Druckanstieg wird das Ventil erst beim oberen Schaltpunkt erneut ge ffnet Bei der Zweipunktregelung durch Gasein la ist das Einla ventil zun chst geschlos sen Bei Unterschreiten des oberen Druck schaltpunktes ver ndert sich nichts erst bei Unterschreiten des unteren Schalt punktes werden durch die Schlie er Kon takte gl
232. Spektrum Scan 44 ohne Gaseinla 2 10 mbar Enddruck z 1 10 Q 5 1 10 1 10 0 20 40 60 80 100 Massenzahl amu Abb 1 10 zeigt an Hand von Massenspektren den R ckgang der lr ckdiffusion an einer Drehschieberpumpe D 40 durch Einla von Luft am Saugstutzen von Enddruck p 2 103 auf p 4 103 1 102 mbar 21 Vakuumphysik 1 11 bersicht ber die verschiedenen Arten von Vakuumpumpen Um in einem bestimmten gaserf llten Volumen die Gasdichte und damit siehe Gleichung 1 5 den Gasdruck zu verringern m ssen Gasteilchen aus dem Volumen ent fernt werden hierzu dienen Vakuumpum pen Grunds tzlich unterscheidet man zwei Gruppen von Vakuumpumpen a solche die ber eine oder mehrere Kompressionsstufen die Gasteilchen aus dem auszupumpenden Volumen entfernen und in die atmosph rische Luft bef rdern Gastransferpumpen oder Kompressionspumpen Die F r derung der Gasteilchen erfolgt durch Verdr ngen oder Impuls bertragung b Vakuumpumpen welche die zu entfer nenden Gasteilchen an einer festen Wand die oft einen Teil der Begrenzung des auszupumpenden Volumens aus macht oder im Inneren eines Festk r pers kondensieren oder auf andere Weise z B chemisch binden Gas bindende Pumpen 3 Eine dem heutigen Stand der Technik und den praktischen Anwendungen gem e Einteilung unterscheidet folgende Pumpen typen von denen die ersten drei Gruppen 4 zu den Kompre
233. T FL SSIG 10 Verdampfen Schmelzen ie 10 Z Tripelpunkt 0 01 C 6 09 mbar 10 Sublimieren E d z B 1 5 10 ba 2 Rod ba GASF RMIG 10 10 10 d 105 120 100 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 Abb 13 19 Phasendiagramm von Wasser 209 Gesetzliche Einheiten 14 Die gesetzlichen Einheiten in der Vakuumtechnik 14 1 Einf hrung Zwei bundesdeutsche Gesetze und die dazu geh rigen Ausf hrungsbestimmun gen legen fest welche Einheiten im Me wesen heute generell seit 1 1 1978 im gesch ftlichen und amtlichen Verkehr zu verwenden sind Die Bestimmungen hatten eine Reihe z T grundlegender n derungen zur Folge die auch in der Vaku umtechnik zu beachten sind Viele fr her bliche Einheiten wie z B Torr Gau Normkubikmeter Atmosph re Poise Ki lokalorie Kilopond etc sind nicht mehr zu gelassen Daf r sind andere Einheiten zu nehmen die teils neu sind teils fr her in anderen Sachgebieten verwendet wurden In der alphabetischen Liste des Abschnit tes 14 2 sind die f r die Vakuumtechnik wichtigen Gr en deren Formelzeichen sowie die nunmehr zu verwendenden Ein heiten zusammengestellt wobei die SI Einheiten siehe unten und daraus abge leitete gesetzlich zul ssige Einheiten ange geben sind Der Liste ist in Abschnitt 14 3 eine Reihe von Anmerkungen angeschlos sen diese sollen einerseits wo dies er forderlich ist
234. Teilstromverh ltnis Bruchteil des Gesamtstromes zum Leckdetektor y Ha 0 1 D 0 0 1 Ge ER Z 1 9 97 1 Ze oder y Ansprechzeit tay 3 3 15 Absch tzung Werte f r S V und y unsicher genau kdlibrieren mit Testleck 5 8 Leckdetektor LD 3 5 607 16 66 Teilstrompumpe TSP S _ 8 mbar 16 66 Qo Y Que l 18 256 Teilstromverh ltnis 9 73 10 2 02 10 0 S 8 16 66 lt S 8 16 66 3 00 10 Anzeige Leckrate Abb 9 15 Teilstromprinzip 157 Lecksuche werden k nnen Am sichersten kann der Anschlu des Leckdetektors zwischen Drehschieber und W lzkolbenpume oder zwischen W lzkolben und Hochvakuum pumpe erfolgen Falls der Druck dort gr er als der zul ssige Einla druck des Leckdetektors ist mu der Leckdetektor ber ein Dosierventil angeschlossen wer den Naturgem ist man aber an das Vor handensein eines geeigneten Anschlu flansches gebunden Dar ber hinaus ist zu empfehlen an dieser Stelle von vornher ein ein Ventil anzubringen so da im Be darfsfall der Leckdetektor bei laufender Anlage rasch angekoppelt und nach Off nen des Ventils direkt mit der Lecksuche begonnen werden kann Um ein irrt mli ches ffnen dieses Ventiles zu vermeiden sollte es bei normalem Betrieb der Vaku umanlage mit einem Blindflansch ver schlossen sein Ei
235. Treibmitteldampf aus dem der Dampfstrahl besteht wird anschlie end an der gek hl ten Geh usewand kondensiert w hrend das gef rderte Gas gew hnlich in einer oder mehreren nachgeschalteten Stufen weiter komprimiert wird bevor es von der abgesaugt wird Die Kompres sionsverh ltnisse die man mit Treibmittel pumpen erreichen kann sind sehr hoch Wenn man am Ansaugstutzen der Treib mittelpumpe einen Druck von 10 9 mbar hat und ein Vorvakuum von 10 2 mbar so wird das abgesaugte Gas um den Faktor 107 verdichtet Grunds tzlich ist der Enddruck von Treib mittelpumpen durch Wert des Treib mittelpartialdruckes bei Betriebstempera tur der Pumpe begrenzt Das versucht man durch Dampfsperren Baffle oder K hlfal len zu verbessern Dies sind Kondensato ren zwischen Treibmittelpumpe und Rezipient so da der im Rezipienten er reichbare Enddruck dann durch den Treib mittelpartialdruck bei Baffle Temperarur be grenzt wird Im wesentlichen sind die Typen der Treib mittelpumpen durch die Dichte des Treib mittelstrahls beim Austritt aus der hochva kuumseitigen D se charakterisiert durch 1 Niedrige Dampfstrahldichte Diffusionspumpen l Diffusionspumpen Typenreihen Leybold Typenreihe DIP Quecksilber Diffusionspumpen 2 Hohe Dampfstrahldichte Dampfstrahlpumpen Wasserdampf Strahlpumpen Oldampf Strahlpumpen Quecksilberdampf Strahlpumpen 3 Kombinierte Ol Diffusions Dampfstrahlpum
236. Turbo Molekularpumpen von Leybold aus einem modularen Konzept zusammengestellt werden siehe Abb 3 9 Starten Die Turbo Molekularpumpen sollten im All gemeinen zusammen mit der Vorpumpe gestartet werden um lr ckstr mung von der Vorpumpe zum Rezipienten zu ver meiden Ein verz gerter Start der Turbo Molekularpumpe ist bei relativ kleinen Vor pumps tzen an gro en Beh ltervolumen sinnvoll Bei bekanntem Saugverm gen der Vorvakuumpumpe S m3 h und Be h ltervolumen V m3 kann man den Start druck der Turbo Molukularpumpe ab sch tzen gleichzeitiger Start wenn 5 gt 40 und verz gerter Start wenn 5 lt 401 mit einem Startdruck von KM Du start mbar 2 24 Die Bestimmung des Startdruckes f r Turbo Molekularpumpen beim Evakuieren gr erer Volumina kann auch mit Hilfe des Diagrammes in Abb 3 11 erfolgen Saugverm gen s s a m um rn zu u PT u 10 10 10 10 10 Rezipientenvolumen V Abb 3 10 Wahl des Saugverm gens in Abh ngigkeit vom Rezipien tenvolumen empirische Darstellung 69 Kinetische Vakuumpumpen Druck p mbar Sv h1 Abb 3 11 Bestimmung des Startdruckes f r Turbo Molekularpumpen beim Evakuieren gr erer Volumina Bel ften Turbo Molekularpumpen sollten nach dem Abschalten und bei etwaig
237. Um alle Einfl sse die von der Sensor kammer oder der Kathode stammen k nn ten zur ckzudr ngen oder ganz zu ver meiden z B St rung des Gleich gewichtes durch Heizen der Kathode wird 134 in vielen F llen eine geschlossene lonen quelle verwendet Die geschlossene lonenquelle ist zweige teilt in einen Kathodenraum wo die Elek tronen emittiert werden und einen Sto raum wo die Sto lonisation der Gas teilchen stattfindet Die beiden R ume wer den differentiell gepumpt der Druck im Ka thodenraum betr gt ca 10 mbar der im Sto raum ca 10 3 mbar Das Gas aus dem Rezipienten wird ber ein metallgedichte tes ausheizbares Ventil Druckwandler UHV Technik in den Sto raum eingelas sen wo die lonisation bei ca 10 3 mbar mit hoher lonen Ausbeute erfolgt Die sto enden Elektronen entstehen im Ka thodenraum bei 10 5 mbar und kom men durch kleine ffnungen von dort in den Sto raum Insgesamt wird der Ab stand Signal Rauschen Restgas ge gen ber der offenen lonenquelle etwa um den Faktor 10 3 oder mehr vergr ert Abb 8 8 zeigt den prinzipiellen Unter schied der Anordnungen von offener und geschlossener lonenquelle f r eine typi sche Anwendung der Sputter Technik Durch den ge nderten Aufbau der CIS ge gen ber der offenen lonenquelle sowohl bez glich der Geometrie als auch bez g lich der Elektronenenergie offene lonen quelle 102 eV CIS 75 bzw 35 eV kann es bei Wahl ei
238. Universal Lecksucher mit luft gek hlter Turbo Molekularpumpe Vakuum Technik 29 1980 205 208 W Jansen Grundlagen der Dichtheitspr fung mit Hilfe von technischen Gasen Vakuum Technik 29 1980 105 113 H Mennenga Dichtheitspr fung von Kleinteilen Vakuum Technik 29 1980 195 200 Chr Falland Entwicklung von He Lecksuchtechniken f r UHV Systeme gro er Beschleuniger und Speicherringe Vakuum Technik 30 1981 41 44 W Engelhardt et al Lecksuchanlagen in der Industrie Vakuum Technik 33 1984 238 241 Literaturverzeichnis G S nger et al Uber die Lecksuche bei Raumfahrzeugen Vakuum Technik 33 1984 42 47 W Jitschin et al He Diffusionslecks als sekund re Norma le f r den Gasdurchflu Vakuum Technik 36 1987 230 233 W Gro e Bley Moderne He Leckdetektoren unterschied licher Prinzipien im praktischen Einsatz Vakuum in der Praxis 1 1989 201 205 H D B rger Lecksucher mit Literaturangaben Vakuum in der Praxis 2 1990 56 58 W Fuhrmann Einf hrung in die industrielle Dichtheits pr ftechnik Vakuum in der Praxis 3 1991 188 195 W Fuhrmann Industrielle Dichtheitspr fung ohne Test gas nach dem Massenspektrometrie verfahren Vakuum in Forschung und Praxis 7 1995 179 182 Moore Nondestructive Testing Handbook 3 Edition Volume 1 Leak Testing 637 Seiten 1998 Amercan Society for Nondestructive Testing ISBN 1 57117 071 5 J Higson Vallepin
239. V kalt Der Verdr nger wird pneumatisch gesteu ert hin und her bewegt so da das Gas durch den Verdr nger und damit durch den im Inneren des Verdr ngers befindlichen Regenerator gedr ngt wird Der Regene 79 Gasbindende Vakuumpumpen Va kalt Vi warm Regenerator Werdr nger Ya kalt Wi warm Regenerator Verdr nger Va kalt Wi warm Regenerator Verdr nger Va warm Regenerator Verdr nger min maz Wa Vi Phase 1 Der Verdr nger ist am linken Totpunkt V wo die K lte erzeugt wird hat seine minimale Gr e Ventil N bleibt ge schlossen H wird ge ffnet Gas mit Druck str mt durch den Regenerator in V ein Durch Druckerh hung in V er w rmt sich dort das Gas Phase 2 Ventil H bleibt offen Ventil N geschlos sen der Verdr nger bewegt sich nach rechts und schiebt das Gas aus durch den Regenerator nach V wobei es am kalten Regenerator abgek hlt wird V nimmt sein maximales Volumen an Phase 3 Das Ventil H wird geschlossen und das Ventil N zum Niederdruckreservoir ge ff net Das Gas expandiert von Du auf Du und k hlt dabei ab Dadurch wird der Umge bung W rme entzogen und mit dem ex pandierenden Gas zum Kompressor transportiert Phase 4 Der Verdr nger bewegt sich bei ge ffne tem Ventil N nach links das Gas aus max str mt durch den Regenerator k hlt die sen ab und str mt in das Volumen V
240. Vakuummeter messen den Druck auf 10 mbar genau wegen der li nearen Skala ist die Genauigkeit bei klei nen Dr cken am geringsten Sollen nur Dr cke unter 30 mbar gemessen werden so ist das DIAVAC zu empfehlen dessen Anzeige in diesem Bereichr wesentlich ge nauer ist F r allerh chste Genauigkeits anspr che sollten aber die Pr zisions Membran Vakuummeter verwendet wer den Da diese eine lineare Skala haben k nnen wenn kleine Dr cke genau ge messen werden sollen und aus diesem Grund z B ein Me bereich bis 20 mbar gew hlt wird h here Dr cke nicht mehr gemessen werden Alle mechanischen Vakuummeter sind mehr oder weniger er sch tterungsempfindlich Kleine Ersch t G mbar 10 DIAVAC DV 1000 LEYBOLD x100 Pa Abb 7 3b Skala des DIAVAC DV 1000 terungen wie sie z B beim direkten An flanschen an eine Vorpumpe entstehen schaden dagegen im allgemeinen nicht 7 2 2 4 Druckschalter Zahlreiche Anwendungen verlangen nur eine reine Schaltfunktion bei vorgegebe nem Druck Daf r stehen Druckschalter zur Verf gung diese schalten nur der Druck selbst kann am Druckschalter nicht abgelesen werden Nach Bauart und An wendung sind zwei Gruppen von Druck schaltern zu unterscheiden 1 Schaltpunkt wenige mbar unter Atmos ph rendruck fest eingestellt 2 Schaltpunkt zwischen 1 mbar und Atmosph rendruck frei einstellbar Die erste Gruppe wird vor allem als Sicherheitsschalter eingesetz
241. Wasser nur mit dem l emulgiert einfacher Fall Ist wie im Fall von Wasserdampf dieser nicht im Pumpen l l slich so reicht mitunter der Anteil der abgesaugten Permanentgase aus auch ohne das Gasballastventil zu ffnen um eine Kondensation des Dampfes im In nern der Pumpe zu verhindern F r Was ser ergibt eine Absch tzung da bei Rota tionspumpen mit einer Arbeitstemperatur von 70 C Gasballastluft erst dann in die Pumpe eingelassen werden mu wenn der Dampfanteil des angesaugten Permanent gas Dampf Gemisches mehr als etwa 25 28 betr gt Welche Dampfmenge in diesem Fall also ohne das Gasballastventil zu ff nen mit der Pumpe abgepumpt werden kann ohne in der Pumpe zu kondensieren kann einfach berechnet werden lt mit k Po Pos Do P Durch Umstellung erh lt man Po g Pis 2 1 Po PL Hierin ist der Partialdruck des ange saugten Dampfes D der Partialdruck der ange saugten Permanentgase Luft Pos der S ttigungsdampfdruck der angesaugten dampff r migen Substanz der von der Temperatur abh ngt siehe Abb 2 14 Verdichtungsdruck aus meh reren Anteilen zusammen gesetzt z B AP auspuff AP auspuffiter Auen der Druckverlust der Aus puffleitung Druckverlust im Auspuffven til er betr gt je nach Pum pentyp und Betriebsbedin gungen 0 2 0 4 bar AP ausputfiter Druckverlust im Auspuffilter 0 0 5 ba
242. Wert f r Labor Methan Butylalkohol a Gruppenzuordnung a gem MESG Wert Phenol b gem MIC Verh ltnis eng gem MESG Wert und MIC Verh ltnis s L sungsmittel Acetaldehyd a Aceton s c Methylethylketon s c Ethylacetat s a Butylacetat s c Amylacetat s Ethylmethacrylat Essigs ure b Methylchlorid s a Methylenchlorid s Dichlormethan Ammoniak a Acetonnitril a Anilin Pyridin Tabelle 13 14 Explosionsklassen von Fluiden Auszug aus European Standard EN 50 014 188 Klassifikation von Fluiden gem deren MESG 1 und oder deren MIC 2 Werten Medium x best ndig bedingt best ndig 0 unbest ndig Acetaldehyd Acetessigester Aceton Aceto phenon Acetylen Acrylnitril Acryls ure thylester a Athan Atherische Ole Athylacetat Athylacrylat Athyl ther Athylalkohol rein Athylalkohol denaturiert Athylchlorid Athylenbromid Athylenchlorid Athylendichlorid Athylenglykol Athylsilikat Ameisens ure Ameisens ure Methylester Ammoniak w ssrig Ammoniak gasf rmig Amylacetat Amylalkohol Anilin Anthrazen l Apfelsinen l ASTM OI Nr 1 ASTM l Nr 2 ASTM I Nr 3 Baumwollsaat l Benzin Benzin Alkohol 3 1 Benzin Benzol 4 1 Benzin Benzol 7 3 Benzin Benzol 3 2 Benzin Benzol 1 1 Benzin Benzol 3 7 Benzin Benzol Spiritus 5 3 2 Benzaldehyd 100 Benzoes ure Benzol Bitumen Blaus ure Bortrifluo
243. achgewiesen wer den wenn durch gro e Lecks so viel Luft in den Rezipienten eindringt da der 5 ppm Heliumanteil der Luft f r den Nachweis ausreicht Die Leckrate ist dann Anzeige reines He _ Anzeige Luft He 1 5 108 Q Anzeige reines He 2 105 Anzeige Luft He 9 11 Vermeiden des Helium Schluckes bei ffnen des Pistolen Ventils a Drosselschlauch oder b Einstellbares Drosselventil vor der Spr hspitze Mindest Heliummenge f r richtige Anzeige Ver ndern der Drosseleinstellung darf die Anzeige nicht beeinflussen Diese Mindestmenge ist immer viel kleiner als man ohne Durchflu messer einstellen w rde z B ins Ohr oder auf die feuchten Lippen blasen Einfachste Kontrolle ohne Durchflu messer Blubber Test mit einem Glas Wasser Abb 9 17 Heliumspr heinrichtung Lecksuche 9 7 2 Schn ffeltechnik Lokale Dichtheitspr fung nach der Uberdruckmethode Hierbei werden die leckverd chtigen Stel len des unter Pr fgas berdruck stehen den Pr flings siehe Abb 9 4d mittels eines Pr fgasschn fflers der ber eine Leitung mit dem Lecksuchger t verbun den ist sorgsam abgetastet Mit den Heli umleckdetektoren von LEYBOLD kann Helium oder auch Wasserstoff geschn f felt werden Die Empfindlichkeit der Me thode und die Genauigkeit der Lokalisie rung undichter Stellen h ngen von der Art des verwendeten Schn fflers und von der Ansprechzeit des angeschlossenen Leck suchger tes ab
244. ahl aus der Spr hpistole an leck verd chtigen Stellen Schwei n hten Flanschverbindungen Anschmelzungen langsam abgetastet wobei die Zeitkon stante des Systems nach Gleichung 9 8 zu beachten ist siehe Abb 9 16 Die Spr h menge mu der nachzuweisenden Leckra te und der Gr e und Zug nglichkeit des zu pr fenden Objektes angepa t sein Ob wohl Helium leichter als Luft ist und sich daher an der Decke des Raumes ansam meln sollte wird es durch Zugluft und Ver wirbelung bei Bewegungen im Raum so gut verteilt da man bei der Lecksuche nicht davon ausgehen kann da sich das Helium haupts chlich oder nur an der Decke des Raumes befindet Trotzdem empfiehlt es sich vor allem bei gr eren Teilen mit der Lecksuche oben zu beginnen Um beim ffnen des Spr hventiles einen Helium Schwall der die ganze Umgebung mit Helium verseucht zu vermeiden em pfiehlt sich unmittelbar vor oder nach der Spr hpistole eine Drossel zum Einstellen der Heliummenge anzubringen siehe Abb 9 17 Die richtige Menge wird am einfachs ten durch Eintauchen der Spr h ffnung in ein Wassergef anhand der aufsteigenden Bl schen eingestellt F r die ben tigten klei nen Durchfu menge sind zwar Schwebe k rperdurchflu messer erh ltlich aber ei gentlich zu teuer Au erdem kann mit dem Wassergef jederzeit leicht berpr ft wer den ob noch Helium ausstr mt Mit Helium Leckdetektoren kann auch der Heliumgehalt der Luft n
245. akuumpumpen Saugverm gen gegen Einla druck DRYVAC 100 50 Hz mit RUVAC WS 501 PFPE 60 Hz RUVAC WS 251 PFPE 120 Hz D gt D DRYVAC 100 50 Hz mit RUVAC WS 501 PFPE 60 Hz DRYVAC 100 50 Hz mit RUVAC WS 251 PFPE 120 Hz 0 1 00E 04 1 00E 03 1 00 02 1 00E 01 1 00E 00 1 00E 01 1 00E 02 1 00E 03 Einla druck mbar Abb 2 61 Saugverm gensergleich von 501 60 Hz und WS 251 120 Hz sem Augenblick str mt erw rmtes Gas mit h herem Druck in den Sch pfraum und verdichtet das transportierte Gasvolumen Durch die Voreinla k hlung wird dieser Verdichtungsvorgang vorweggenommen Bevor der Kolben den Sch pfraum zum Druckstutzen hin ffnet str mt ber den Voreinla kanal verdichtetes gek hltes Gas in den Sch pfraum Abschlie end st t der Kolben das F rdermedium ber den Druck stutzen aus Das gek hlte Gas das bei der einstufigen Verdichtung gegen Atmosph re aus der Voreinla k hlung zugef hrt oder bei mehrstufigen Pumpst nden aus nach geschalteten Gask hlern entnommen wird leistet eine Vorverdichtung und f hrt durch innere K hlung die Verdichtungsw rme im Entstehungszeitpunkt ab Frequenzwandlerbetrieb F r Rootspumpen ohne ber hrende Wel lendichtung Bauart WS oder WSU emp fiehlt sich der Einsatz eines Frequenz wandlers zur Erh hung des Leistungs
246. akuumpumpen Kinetische Pumpen Elastomer Flanschdichtungen Metall Elastomer Tabelle 1 4 Laminare und molekulare Str mung 1 9 Praktische Auswirkungen der unterschiedlichen Str mungsformen Wenn bei fallendem Druck die gr er werdende mittlere freie Wegl nge in die Gr enordnung der Gef dimensionen kommt wechselt die viskose zur moleku laren Str mung mit allen Konsequenzen Den breiten bergangsbereich bildet die Knudsenstr mung Die Unterschiede von laminarer und molekularer Str mung sind in Abb 1 9 und der Tabelle 1 4 gegen bergestellt Besondere Beachtung verdient die lr ck diffusion Im molekularen Str mungsbe reich k nnte die Ausbreitung von Gas oder ldampfteilchen in beliebige Rich tungen erfolgen Durch eine absichtlich herbeigef hrte beispielsweise durch Ga seinla erzwungene laminare Str mung kann die Ausbreitung entgegen dieser la minaren Str mung verhindert werden Man spricht dann von einem Sperrgasme chanismus Das Sperrgasprinzip wird bei spielsweise bei Turbo Molekularpumpen und Rootspumpen angewendet um den Bereich der Lager vor korrosiven Medien abzuschirmen Auch bei Vakuummetern und Massenspektometern k nnen emp findliche Membranen oder Kathoden durch Sperrgas abgeschirmt werden siehe z B AGM im Abschnitt 8 Die Entmischung macht im molekularen Bereich die Anwendung eines Druckwand lers n tig um mit dem Massenspektro 20 meter Gase die im Grobvakuumbereich
247. ale Standards genannt Auch in anderen L ndern werden hnliche Verfahren von den nationalen Standardin stituten durchgef hrt wie in der Bundes republik Deutschland durch die Physika lisch Technische Bundesanstalt PTB Abb 7 18 zeigt die Druckskala der PTB Richtlinien f r das Kalibrieren sind in DIN Normen DIN 282416 und ISO Vorschl gen festgelegt 7 5 1 Beispiele f r fundamentale Druckme methoden als Stan dard Verfahren zum Kalibrie ren von Vakuummetern a Messung des Druckes mit einem fundamentalen Vakuummeter Als Beispiel hierf r sei das U Rohr Vaku ummeter genannt bei dem die Messung des Druckes in der Me kapillare auf eine Messung des Gewichtes ber die L nge der Quecksilbers ule zur ckgef hrt wird Fr her wurde auch das McLeod Vakuum meter zum Kalibrieren herangezogen Mit Abb 7 19 Erzeugung von niedrigen Dr cken durch Statische Expansion L 1 5 S gt gt L 1 Volumen 1 8 Gasvorrat 15 kalibrierte lonisations Vakuummeter R hre 2 Volumen 2 9 Ventil 16 zur Pumpe Saugverm gen S Einla ventil Leitwert L1 10 LN K hlfalle 17 Gaseinla 4 ffnung mit Leitwert L2 11 zum Pumpsystem 18 Massenspektrometer 5 Ventil 12 U Rohr Vakuummeter 19 20 zu kalibrierende Me r hren 6 zum Pumpsystem 13 McLeod Vakuummeter 21 zu kalibrierendes Einbaume system 7 Ventil 14 Ventil 22 Ausheizofen Abb 7 20 Schema zum Kalibrieren nach
248. all gemein auch f r andere D mpfe als Was ser Dem Kondensator mu daher eine Gasballastpumpe nachgeschaltet werden siehe Abb 2 16 er arbeitet also in Ana logie zur W lzkolbenpumpe stets in einer Pumpenkombination Die Gasballastpumpe hat die Aufgabe den Luftanteil der oft nur einen geringen Teil der anfallenden Wasser dampfmenge ausmacht abzusaugen ohne gleichzeitig viel Dampf abzupumpen Es ist daher verst ndlich da die in der Kombina tion Kondensator Gasballastpumpe im sta tion ren Zustand sich einstellenden Str mungsverh ltnisse die sich im Gebiete des Grobvakuums abspielen nicht ohne wei teres zu bersehen sind Die einfache An wendung der Kontinuit tsgleichung ist nicht ausreichend da man es nicht mehr mit ei nem quellen oder senkenfreien Str mungs feld zu tun hat der Kondensator ist auf Grund der Kondensationsvorg nge eine Senke Hierauf wird an dieser Stelle beson ders hingewiesen In praktischen F llen soll te ein eventuelles Nichtfunktionieren der Kombination Kondensator Gasballastpum pe nicht gleich einem Versagen des Kon densators zugeschrieben werden Bei der Dimensionierung der Kombination Kondensator Gasballastpumpe ist folgen des zu ber cksichtigen a Der Anteil der gleichzeitig mit dem Was serdampf abzupumpenden Permanentgase Luft sollte nicht zu hoch sein Bei Luft partialdr cken die mehr als ca 5 des Totaldruckes am Ausgang des Kondensa tors aus
249. als der Monitorkri stall Der Referenzoszillator erzeugt kleine Pr szisionszeitintervalle mit denen die Schwingungsdauer des Monitorkristalles bestimmt wird Das geschieht durch zwei Impulsz hler Der erste z hlt eine fixe An zahl von Monitorschwingungen m Der zweite wird gleichzeitig mit dem ersten ge startet und z hlt die Schwingungen des Referenzkristalles w hrend m Schwingun gen des Monitorkristalles Weil die Refe renzfrequenz F bekannt und stabil ist kann die Zeit f r m Monitorschwingungen auf 2 F genau bestimmt werden Die Mo nitorschwingungsperiode ist dann n km wobei die Anzeige im Referenzz hler ist Die Genauigkeit der Messung wird durch die Frequenz des Referenzoszillators und die L nge der Z hlzeit bestimmt die durch die Gr e von m festgelegt wird F r kleine Beschichtungsraten kleine Dich ten des Beschichtungsmaterials und f r schnelle Messungen die kurze Z hlzeiten erfordern ist es wichtig einen Referenz oszillator mit hoher Frequenz zu haben Das alles erfordert eine hohe Zeitpr zision um die kleinen beschichtungsbedingten Fre quenzverschiebungen aufl sen zu k nnen Wenn die Frequenzverschiebung des Mo nitorkristalls zwischen zwei Messungen in die Gr enordnung der Frequenzme ge nauigkeit absinkt wird eine gute Ratenre gelung unm glich Ratenregelung Rege lung der Energiezufuhr zur Beschichtungs quelle so da ein vorgegebener Schicht dickenzuwachs pro Zeiteinhe
250. antitative Gasanalyse mit dem Quadru pol Massenspektrometer Vakuum Technik 38 1989 9 17 A J B Robertson Mass Spectrometry Methian amp Co Ltd London 1954 C Brunee und H Voshage Massenspektrometrie Karl Thiemig Verlag M nchen 1964 A Cornu and R Massot Compilation of Mass Spectral Data Heyden and Son Ltd London 1966 P Dawson Quadrupole Mass Spectroscopy Elsever Amsterdam 1976 J Backus Chap 11 in Characteristics of Electrical Discharges in Magnetic Fields National Nuclear Energy Series Div Vol 5 McGraw Hill Book Company Inc New York 1949 J Backus University of California Radiation Labora tory Report RL 20 6 36 March 1945 16 8 Lecks und Lecksuche 16 8 1 Massenspektrometrische Lecksuche G Kienel Lecksuche an Vakuumanlagen auf elektri schem Wege Elektrotechnik 49 1967 592 594 U Beeck M glichkeiten und Grenzen der automatischen Lecksuche im Bereich unter 10 8 Torr s Vakuum Technik 23 1974 77 80 Lecksuche an Chemieanlagen Dechema Monographien Herausgeber H E B hler und K Steiger Bd 89 Verlag Chemie Weinheim New York W Jansen Grundlagen der Dichtheitspr fung mit Hilfe von Testgasen Vakuum Technik 29 1980 105 113 K Paasche Lecksuche an Chemieanlagen Vakuum Technik 29 1980 227 231 H B B rger Lecksuche an Chemieanlagen mit He Massenspektrometer Lecksuchern Vakuum Technik 29 1980 232 245 Chr Falland Ein neuer
251. ar Kernfusion Speicherringe bei Beschleu nigern Weltraumforschung Ober fl chenphysik 5 1 1 Abpumpen von Gasen trockene Prozesse Bei trockenen Prozessen bei denen ein nicht kondensierbares Gasgemisch z B Luft abgesaugt werden soll wird die zu verwendende Pumpe eindeutig durch den geforderten Arbeitsdruck und die abzu saugende Gasmenge charakterisiert Die Auswahl nach dem Arbeitsdruck wird in diesem Abschnitt erl utert Jede der verschiedenen Pumpentypen hat einen charakteristischen Arbeitsbereich in dem sie einen besonders hohen Wir kungsgrad besitzt Deshalb werden im fol genden zu den einzelnen Druckbereichen die in ihnen am vorteilhaftesten zu ver wendenden Pumpen genannt Bei jedem trockenen Vakuumproze mu zun chst der Rezipient evakuiert werden Die hier f r zu verwendenden Pumpentypen k n nen dabei durchaus von denen verschie den sein die bei einem sich unter einem bestimmten Arbeitsdruck abspielenden Proze optimal zu verwenden sind Die Auswahl sollte in jedem Fall unter beson derer Ber cksichtigung desjenigen Druck bereiches getroffen werden in dem sich der Arbeitsproze berwiegend abspielt a Grobvakuum Bereich 1013 1 mbar Der eigentliche Arbeitsbereich der im Ab schnitt 2 beschriebenen Rotationsverdr n gerpumpen liegt unterhalb 80 mbar Bei h heren Dr cken haben diese Pumpen eine sehr hohe Leistungsaufnahme siehe Abb 2 10 und einen recht hohen lverbrauch si
252. ar im Rezipienten eingestellt hat Aus Erfahrung kann man annehmen da das Salz jetzt den ge w nschten Trocknungsgrad erreicht hat Papiertrocknen Will man die Pumpen f r einen l ngeren Proze ablauf richtig dimensionieren so ist es zweckm ig sich den Proze ablauf in die charakteristischen Teilabschnitte zer legt zu denken Wie dabei im einzelnen vor gegangen wird soll am Beispiel der Pa piertrocknung erl utert werden Das Papier habe einen Anfangsfeuchtigkeitsgehalt von 8 der Kessel das Volumen V 1 Evakuieren Die Vorpumpe mu gem dem Kessel volumen und der gew nschten Auspump zeit dimensioniert werden Diese Aus pumpzeit richtet sich nach der gew nsch ten Proze dauer Soll der Proze der Trocknung nach 12 15 Stunden beendet sein so sollte die Auspumpzeit nicht l n ger als 1 Stunde dauern Die Gr e der Vorpumpe l t sich leicht nach Abschnitt 5 2 1 1 berechnen 2 Vortrocknen Beim Vortrocknen werden je nach dem Druckbereich in dem gearbeitet wird etwa 75 der Feuchtigkeit entzogen Die ses Vortrocknen soll das erste Drittel der Trocknungszeit einnehmen Wie schnell dieses Vortrocknen abl uft h ngt fast aus schlie lich von der gen genden W rme zufuhr ab Zum Vortrocknen von einer Tonne Papier in 5 Stunden m ssen 60 kg Wasser verdampft werden d h es ist ein Energieaufwand zur Wasserverdampfung von rund 40 kWh notwendig Da gleich zeitig das Papier auf seine Trocknung
253. ase probewei se vom gemessenen Spektrum zu subtra hieren Das Gas kann nur dann enthalten sein wenn die Subtraktion bei den wich tigsten Peaks keine negativen Werte liefert Abb 8 16 zeigt einen solchen schrittwei sen Subtraktionsvorgang mit der Software TranspectorWare Wie immer die qualitative Analyse erstellt wird das Ergebnis ist nur ein Vorschlag also eine Annahme welche Gase in der Mi schung enthalten sein k nnten Dieser Vor schlag mu noch gepr ft werden z B durch berlegungen wie ist es technisch m glich unm glich plausibel wahr scheinlich unwahrscheinlich da eine be stimmte Substanz im Spektrum enthalten ist Zus tzlich kann ein neu aufgenomme nes Spektrum von dieser Substanz Klar heit verschaffen 8 6 4 Quantitative Gasanalyse Besondere Schwierigkeiten treten bei der Interpretation des Spektrums einer unbe kannten Gasmischung auf Eine gegensei tige Verrechnung von lonenstrombeitr gen unterschiedlicher Herkunft ist erst dann Massenspektrometer TranspectorWare Recalld gt Inspect testgas2 001 processes Setup View Inspect Window Help ze Salz KR e kereh ebaste der Rohspektrum Ausgangsspektrum 8 0x10 6 410 4 810 2 ll 0 40 50 60 AMU ee 1 Bibliotheksspektrum Krypton 80 70 80 90 Ee ll SE Bm Tg KU Bibliotheksspektrum Argon Rel Intensit
254. asserstoffen aus dem Pumpen l stark beeinflu t Besonders bei zweistufigen Drehschieberpumpen l t sich eine geringe R ckstr mung dieser Molek le aus dem Pumpeninneren in den Rezipien ten nicht ganz vermeiden Zur Erzeugung kohlenwasserstoffreier Hoch und Ultra hochvakua z B mit Ionen Zerst uber oder Turbo Molekularpumpen ist jedoch ein m glichst lfreies Vakuum auch auf Vorvakuumseite dieser Pumpen erforder lich Um dies zu erreichen werden Fein vakuum Adsorptionsfallen s Abb 2 19 die mit einem geeigneten Adsorptionsmit tel LINDE Molekularsieb 13X gef llt sind in die Saugleitung lgedichteter Vorpumpen eingebaut Die Wirkungsweise einer Adsorptionsfalle ist hnlich der einer Adsorptionspumpe N heres hier ber siehe in Abschnitt 4 1 1 Werden Feinvakuum Adsorptionsfallen in Saugleitungen lge Mechanische Vakuumpumpen dichteter Drehschieberpumpen im Dauer betrieb eingesetzt so empfiehlt es sich zwei Adsorptionsfallen jeweils durch Ventile getrennt parallel einzubauen Erfahrungs gem verliert das als Adsorptionsmittel verwendete Zeolith nach etwa 10 14 Tagen Dauerbetrieb stark an Adsorptions verm gen Um den Proze nicht unterbre chen zu m ssen kann dann unmittelbar auf die andere zwischenzeitlich regenerierte Adsorptionsfalle umgeschaltet werden Beim Ausheizen der jeweils nicht in die Saugleitung geschalteten Adsorptionsfalle sollten die von der Oberfl che des Zeoliths entw
255. ationale Vereinbarungen DIN EN ISO 5167 1 Durchflu messung mit Blenden D sen etc Nachfolgedokument von DIN 1952 11 95 6708 Rohrleitungen Nennweiten Begriffe Stufung Nachfolgedokument von DIN 2402 9 95 D PNEUROP G5 6 93 Nummer Titel Bemerkung identisch mit DIN Ausgabe 5607 Vakuumpumpen Abnahmeregeln 28427 1972 Teil 11 Treibmittelpumpen 5608 Vakuumpumpen Abnahmeregeln 28428 1973 Teil Ill Turbo Molekularpumpen 5615 Vakuumpumpen Abnahmeregeln 28429 1976 Teil IV Getter Ionen Pumpen 6601 Leistungsmessung von Dampfstrahl Vakuumpumpen 28430 5 78 und Dampfstrahlverdichtern 6602 Vakuumpumpen Abnahmeregeln 28426 1979 Teil 1 Olgedichtete Rotationspumpen und W lzkolbenpumpen 6606 Vakuum Flansche und Verbindungen Abmessungen 28403 und 28404 1985 PN5ASR 5 Vacuum Pumps Acceptance Specifications Refrigerator Cooled Cryopumps 7 89 219 Literaturverzeichnis 16 Literaturverzeichnis 16 1 bersichten Definitionen und Historisches K Diels R Jaekel Leybold Taschenbuch 2 Aufl 1962 Springer Berlin auch in Englisch W Haeder E G rtner Die gesetzlichen Einheiten in der Technik 5 Aufl 1980 Beuth Vertrieb GmbH Berlin 30 K ln Frankfurt Main H Ebert Vakuum Chronik Eine Dokumentation ber Vakuum betreffende Arbeiten die vor 1928 erschienen sind PTB Bericht ATWD 11 September 1977 M Dunkel Gedenken an Wolfgang Gaede Physikalische Bl tter Nr 34 1978 Heft 5
256. ations Vakuummeterr hre vorget uschte untere Druckme grenze drei Elektroden Kathode Anode und lo nenf nger bestehen wobei die Kathode eine Gl hkathode ist Die Kathoden waren fr her aus Wolfram und werden heute meist aus oxydbeschichtetem Iridium Th 0 Y 0 gefertigt um die Elektro nenaustrittsarbeit herabzusetzen und sie gegen Sauerstoff widerstandsf higer zu machen lonisations Vakuummeter dieser Art arbeiten bei niedrigen Spannungen und ohne u eres Magnetfeld Die Gl hkatho de ist eine sehr ergiebige Elektronenquel le Die Elektronen werden im elektrischen Feld siehe Abb 7 13 beschleunigt und nehmen aus dem Feld gen gend Energie auf um das Gas in dem sich das Elektro densystem befindet zu ionisieren Die ge bildeten positiven Gasionen gelangen auf den bez glich der Kathode negativen lonenf nger und geben hier ihre Ladung ab Der dadurch entstehende lonenstrom ist ein Ma f r die Gasdichte und damit f r den Gasdruck Ist i der aus der Gl h kathode emittierte Elektronenstrom so ist der im Me system gebildete druckpropor tionale lonenstrom i gegeben durch ba i p und 7 3 Bern 7 3a Die Gr e C ist dabei die Vakuummeter konstante des Me systems Im allgemei nen betr gt diese f r Stickstoff etwa 10 mbar Bei konstantem Elektronen strom wird die Empfindlichkeit E einer Me r hre als Quotient aus lonenstrom und Druck angegeben Bei einem Elektronen strom von 1 mA und f r
257. augverm gen Zwischenkammer S4 S Saugverm gen der Proze kammer 1 bzw 2 Abb 11 9 Prinzip der Kammertrennung durch Druckstufen 174 die Glasbeschichtung eingesetzt wird Al lerdings m ssen die meisten Speicher platten beidseitig beschichtet werden und es werden wesentlich h here Anforderun gen an Partikelfreiheit gestellt Daher ver wenden In line Anlagen f r Datenspeicher einen senkrecht stehenden Carrier der durch die Anlage f hr Abb 11 10 Inden Proze stationen befinden sich auf beiden Seiten des Tr gers die Sputterkathoden so da gleichzeitig Vorder und R ckseite der Speicherplatten beschichtet werden k n nen Ein v llig anderes Anlagenkonzept wird bei der Einzelbeschichtung der Speicherplat ten angewandt Hier sind die einzelnen Proze stationen an einer Vakuumkammer auf einem Kreis angeordnet Abb 11 11 Die Platten werden einzeln aus einem Ma gazin an einen sternf rmigen Transport arm bergeben Der Transportarm taktet jeweils um eine Station weiter und trans portiert so die Substrate von einer Pro ze station zur n chsten W hrend des Tak tens sind alle Prozesse ausgeschaltet und die Stationen sind vakuumtechnisch mit einander verbunden Sobald der Arm die Proze stellung erreicht hat werden die einzelnen Stationen durch Schlie en von Abdichtungen voneinander getrennt jede durch ihre eigene Turbo Molekularpumpe gepumpt und die einzelnen Prozesse ge startet
258. augverm gen der Turbo Molekularpumpe am Ort der lonen quelle Uu Sett Turbo Molekularpumpe lonenquelle 9 5a Bei Haupstrom Leckdetektoren kann eine Erh hung der Empfindlichkeit durch Re duzierung des Saugverm gens beispiels weise durch Einbau einer Drosselstelle zwi schen Turbo Molekularpumpe und K hl falle erzielt werden Davon wird zur Erzielung h chster Empfindlichkeit auch Gebrauch gemacht Dazu als Beispiel Der kleinste nachweisbare Heliumpartial druck betrage Pmin ue 1 10 12 mbar Das Saugverm gen f r Helium betrage She 10 EIS Dann ist die kleinste nachweis bare Leckrate Qnin 1 1072 mbar s 10 s 1 10 71 mbar Cie Reduziert man nun das Saugverm gen auf 1 s so erreicht man eine kleinste nachweisbare Leckrate von 1 10 1 mbar s Man mu aber be denken da mit Erh hung der Empfind lichkeit automatisch die Zeitkonstante f r die Einstellung eines konstanten Pr fgas drucks im Pr fling entsprechend gr er wird siehe 9 5 2 9 Der rechte Teil der Abb 9 14 zeigt das Schema des Gegenstrom Leckdetektors Massenspektrometer und Hochvakuum system und auch das Hilfs Vorpump system entsprechen genau der Hauptstrom L sung 1 Hauptstrom Leckdetektor L sung 2 Gegenstrom Leckdetektor MS MS He He Pms lt 2 104 mbar J Pms lt 2 10 mbar J min ca 1 101 mbar PHe min ca 1 10 mbar S 14 7 eis
259. avon also maximal 38 5 mbar betragen In Ghemie Anwendungen sollen oft Sub stanzen abgesaugt werden die gut in l l slich sind wie z B D mpfe organischer L semittel Solange die errechnete Dampf vertr glichkeit bei ll slichen Stoffen nicht berschritten wird kann die Anreicherung des Stoffes im l zwar nicht verhindert wohl aber bei einer unsch dlichen Gleich gewichtskonzentration gehalten werden Die bersicht in Tabelle 2 2 zeigt welche Auswirkungen andere D mpfe als Wasser auf die Vakuumpumpe haben wenn sie nicht mit Gasballast betrieben werden und oder die Vertr glichkeit f r den jeweiligen Dampf berschritten wird 10 ae 110 5 e Azeton E E E Fe Essigs ure 3 102 3 ug 5 9 6 2 4 8 2 ba La ba 9 1 20 0 20 40 60 80 100120140 Temperatur Abb 2 14 Dampfdruckkurven Mechanische Vakuumpumpen Abgesaugter Stoff lunl slich Abgesaugter Stoff ll slich tp gt ts keine Kondensation keine Kondensation lverd nnung bis zu einer Gleichgewichtskonzentration tp lt ts Kondensation Bildung von Kondensation Emulsionen unbegrenzte lverd nnung tp Betriebstemperatur der Pumpe t Siedetemperatur des abgesaugten Stoffes am Ansaugstutzen der Pumpe Tabelle
260. b von Turbo Molekular pumpen sind Vorvakuumpumpen notwen dig Je nach Gr e des zu evakuierenden Beh lters k nnen Turbo Molekularpumpen und Vorpumpen gleichzeitig eingeschaltet werden Ist jedoch die Auspumpzeit des zu evakuierenden Beh lters auf ca 1 mbar mit der vorgesehenen Vorpumpe l nger als die Hochlaufzeit der Pumpe siehe Be triebsanleitungen so empfiehlt sich ein verz gertes Einschalten der Turbo Mole kularpumpe Umwegleitungen sind beim Einsatz von Turbo Molekularpumpen in Anlagen f r einen Chargenbetrieb empfeh lenswert um die Hochlaufzeit der Pumpe einzusparen Ein ffnen des Hochvakuum ventils ist bei Dr cken von ca 10 1 mbar ohne Gefahr m glich 12 3 3 2 Wartung Turbo Molekularpumpen und Frequen zwandler sind nahezu wartungsfrei Bei l geschmierten Pumpen ist in bestimmten Abst nden zwischen 1500 und 2500 Be triebsstunden je nach Typ das Lager schmiermittel zu wechseln Bei fettge schmierten Pumpen entf llt das Lifetime schmierung Sollte eine Reinigung der Turbineneinheit der Pumpe notwendig werden so kann dies vom Kunden leicht unter Beachtung der Betriebsanleitungen durchgef hrt werden Betriebshinweise f r Apparaturen 12 3 4 Diffusions und Dampfstrahlpumpen 12 3 4 1 Treibmittelwechsel und Reinigen der Pumpe Ein Treibmittelwechsel wird stets dann er forderlich wenn die Pumpe das geforder te Endvakuum nicht mehr erreicht oder ihr Saugverm gen nachl t Die Haltbark
261. ballast B 0 D mp fe auch dann abgepumpt werden k nnen wenn saugseitig kein Permanentgasanteil vorhanden ist p 0 Wenn es sich aus schlie lich um Wasserdampf handelt und kein Permanentgasanteil vorhanden ist geht Gleichung 2 2 in Geichung 2 3 ber und man spricht von der Wasserdampf vertr glichkeit siehe Abschnitt 2 1 2 6 Als Gasballast darf auch eine Mischung aus Permanentgas und kondensierbarem Dampf verwendet werden solange daf r gesorgt wird da der Partialdruck dieses Gasballast Dampfes ppg kleiner ist als der S ttigungsdampfdruck Du abgepumpten Dampfes bei der Temperatur der Pumpe 2 1 2 6 Wasserdampfvertr glichkeit Ein wichtiger Spezialfall der obigen all gemeinen Betrachtungen zur Dampfver tr glichkeit ist das Abpumpen von Wasser dampf Die Wasserdampfvertr glichkeit ist nach DIN 28 426 1 wie folgt definiert Die Wasserdampfvertr glichkeit ist der h ch ste Wasserdampfdruck mit dem eine Vaku umpumpe unter normalen Umgebungs bedingungen 20 C 1013 mbar reinen Wasserdampf dauernd ansaugen und f r dern kann Sie wird in mbar angegeben und mit Da bezeichnet Pw ergibt sich aus Gleichung 2 2 wenn f r p 0 und f r p der Wert 1333 mbar eingesetzt werden Dieses ist etwas h her als der normale atmosph rische Umgebungsdruck 1013 mbar weil das Gewicht der Ventil platte und das des les ber derselben ber cksichtigt worden ist Als S ttigungs dampfdruckwerte f r
262. bau der IZ Pumpen achte man dar auf da die magnetischen Streufelder nicht die Funktion von anderen Apparatu ren lonisations Vakuummeter Partial druck Me ger t usw beeinflussen Hal tevorrichtungen f r die IZ Pumpen d rfen nicht den Induktionsflu kurzschlie en und damit Luftspaltinduktion und Saugverm gen schw chen Ist der erreichbare Enddruck trotz ein wandfrei vakuumdichter Apparatur unbe friedigend gen gt meist ein Ausheizen der angeschlossenen Apparatur auf ungef hr 200 250 C Wenn der Druck dabei auf etwa 1 105 mbar ansteigt wird die IZ Pumpe bei Abpumpen des Gases nach 2 Stunden so hei da man sie nicht zus tzlich zu heizen braucht Man kann auch die Pumpe durch Lufteinla f r 2 Stunden bei 10 5 mbar auf diese Weise erw rmen bevor die brige Apparatur dann anschlie end ausgeheizt wird Ist der Enddruck immer noch unbefriedigend mu die Pumpe selbst einige Stunden bei 250 300 C ausgeheizt werden nicht h her als 350 C Die Pumpe soll w h renddessen unbedingt in Betrieb bleiben Wenn der Druck ber 5 10 5 mbar steigt mu entweder langsamer aufgeheizt oder eine Hilfspumpe angeschlossen werden Vor dem Bel ften soll man einer hei en IZ Pumpe Zeit lassen zumindest bis 150 C abzuk hlen 12 4 Hinweise zum Arbeiten mit Vakuummetern 12 4 1 Hinweise zum Einbau von Vakuummeter Me systemen Hierbei sind sowohl die u eren Verh lt nisse in der n chsten Umgebung
263. ben der Im Fall eines Riemenbruches oder einer sonstigen St rung die ganze Anlage au er Betrieb setzt Einblockpumpen bei denen der Antrieb unmittelbar auf die Welle bertragen wird k nnen durch Stromrelais und dergleichen berwacht werden Sicherung gegen Druckanstieg im Re zipienten ber einen bestimmten Grenz wert Der Hochvakuumw chter 10 gibt bei berschreiten eines vorge schriebenen Druckes ein Signal g Sicherung der Vorvakuumbest ndigkeit der Diffusionspumpe Bei berschrei ten eines bestimmten Vorvakuumdruk kes werden vom Vorvakuumw chter 2 s mtliche Ventile geschlossen die Pumpen abgeschaltet und ebenfalls ein Signal gegeben Die Stellung der Venti le 3 8 16 wird mittels Endkon takten 13 an der Bedienungstafel an gezeigt Der Druck wird am Rezipienten mit einem Hochvakuum Me ger t 12 gemessen und mit einem Schreiber 9 registriert Gegen Bedienungsfehler kann man sich absichern indem man die ein zelnen Schaltelemente gegeneinander so verriegelt da sie nur in voraus be stimmter Reihenfolge bet tigt werden k nnen So darf z B die Diffusions pumpe nicht eingeschaltet werden wenn die Vorpumpe nicht l uft bzw der erforderliche Vorvakuumdruck nicht vorhanden ist oder der K hlwasserum lauf nicht funktioniert Der Schritt von der gegen alle St rungen gesicherten zur vollautomatisch arbeiten den programmgesteuerten Anlage ist prinzipiell nicht gro wenn auch nat rli
264. ber nicht korrigiert wird spricht man von Stickstoff quivalent Angaben Bei allen elektrischen Vakuummetern dazu geh ren mit Ausnahme der kapazitiven Vakuummetern alle gastartabh ngigen Vakuummeter hat die zunehmende An wendung von Computern zu dem Wunsch gef hrt die Druckanzeige unmittelbar auf dem Bildschirm z B an passender Stelle m glichst in einem Proze Flu diagramm einzublenden Um m glichst einheitliche Computerschnittstellen verwenden zu k n nen werden sogenannte Transmitter Signalwandler mit genormten Strom oder Spannungsausg ngen anstelle von Sensor und Anzeigeger t gebaut z B THERMOVAC Transmitter PENNIGVAC Transmitter IONIVAC Transmitter siehe Abschnitt 7 4 7 3 1 Reibungs Vakuummeter VISCOVAC Die bei niedrigen Gasdr cken druckab h ngige Gasreibung kann zum Messen von Dr cken im Fein und Hochvakuum ge nutzt werden In technischen Ger ten die ser Art wird als Me element eine Stahl kugel von einigen Millimetern Durchmes ser verwendet die in einem Magnetfeld 114 ber hrungsfrei aufgeh ngt ist siehe Abb 7 9 Die Kugel wird durch einen elektro magnetisches Drehfeld in Rotation ver setzt nach Erreichen einer Start Drehzahl etwa 425 Hz wird die Kugel sich selbst berlassen Dabei f llt die Drehzahl unter dem Einflu der druckabh ngigen Gasrei bung je nach dem herrschenden Druck mehr oder weniger rasch ab Daher die englische Bezeichnung SRG Spinning Rot
265. besserungen gegen ber den urspr nglichen quadratischen Kristal len Die erste Verbesserung war die Ver wendung von runden Kristallen Die ver gr erte Symmetrie hat die Zahl der m g lichen Schwingungsmodi stark reduziert Eine zweite Gruppe von Verbesserungen war eine der Oberfl chen mit einer Kontur zu versehen und die Anregungselektrode Abb 10 2 Dicken Scherschwingungen 162 1 4 Abb 10 3 Form der Quarzkristalle von INFICON i Bai 10 22 1 100 CG lc SS 95 o aal d s Ka 1 z 3 3 2 2 mn 8128 296 vll fojo 350 17 792 MHz 278 17 957 2 3117 18 153 7 17 Frequenz MHz Abb 10 4 Frequenz Resonanz Spektrum zu verkleinern Beides zusammen hat zur Folge da die akustische Energie festge halten wird Die Verkleinerung des Elek trodendurchmessers begrenzt die Anre gung auf die mittlere Fl che Die Ober fl chenkontur verbraucht die Energie der wandernden akustischen Wellen ehe sie den Kristallrand erreichen Sie wird nicht ins Zentrum reflektiert wo sie mit neu an kommenden Wellen interferieren k nnte Tats chlich benimmt sich ein derartiger klei ner Kristall wie ein unendlich ausgedehnter Kristall Wenn aber die Kristall Vibrationen auf das Zentrum beschr nkt bleiben kann man den u eren Rand an einen Kristall halter Klammern ohne u
266. bgepumpt wer den gen gt oft eine einstufige Drehschie berpumpe die ohne Gasballast zu betrei ben w re Werden aber auch nur geringe Anteile von D mpfen mit abgepumpt so sollte man auf jeden Fall eine zweistufige Gasballastpumpe als Vorvakuumpumpe w hlen die auch bei Betrieb mit Gasbal last das erforderliche Saugverm gen bei 2 10 1 mbar erreicht Soll die Hochvakuumpumpe nur bei An saugdr cken unterhalb 10 3 mbar einge setzt werden so gen gt eine kleinere Vor vakuumpumpe f r das angef hrte Beispiel eine Pumpe mit einem Nennsaugverm gen von 6 m h Liegen die st ndigen An saugdr cke noch niedriger z B unterhalb 10 mbar so berechnet sich das erfor derliche Saugverm gen der Vorvakuum pumpe gem Gleichung 5 11a zu e 110 200 21 0 5036 mai i Theoretisch w rde es in diesem Fall gen gen eine kleine Vorvakuumpumpe mit etwa 1 m3 h Saugverm gen einzusetzen In der Praxis sollte man jedoch die Vor vakuumpumpe nicht so knapp bemessen weil es besonders bei Anfahrprozessen zu kurzzeitigen st rkeren Gasausbr chen im Vakuumbeh lter kommen kann Der Be trieb der Hochvakuumpumpe ist gef hrdet wenn die Gasmengen von der Vor vakuumpumpe nicht sofort abgef hrt wer den k nnen Arbeitet man st ndig bei sehr niedrigen Ansaugdr cken so ist der Ein bau eines Puffervolumens Vorvakuum beh lters zwischen Hoch und Vorvaku umpumpe zu empfehlen Die Vorvakuum pumpe braucht da
267. bile und instabile lonenbahnen gibt Auf stabilen Bahnen bleibt der Abstand von der Trennsyste machse immer kleiner als r Durchla be dingung Auf instabilen Bahnen w chst der Abstand von der Achse bis das lon schlie lich auf eine Staboberfl che prallt und entladen wird also f r den Detektor verloren geht Sperrbedingung Auch ohne L sung der Differentialglei chungen kann eine rein ph nomenologi sche Erkl rung gegeben werden die zum Verstehen der wichtigsten Eigenschaften des Quadrupol Trennsystems f hrt Zun chst stellen wir uns das Trennsystem aufgeschnitten vor und betrachten die Ab lenkung eines einfach ionisierten positi ven lons mit der Massenzahl M in zwei auf einander senkrechten jeweils durch die Mitte von 2 gegen berliegenden St ben und gehenden Ebenen Wir gehen schritt weise vor und betrachten zuerst die xz Ebene Abb 8 5 links und dann die yz Ebene Abb 8 5 rechts 1 Nur Gleichspannungspotential U an den St ben xz Ebene links Positives Stabpoten tial U es wirkt auf das lon absto end und h lt es in der Mittelachse es er reicht den Kollektor gt Durchla yz Ebene rechts Negatives Stabpo tential U bei kleinsten Abweichungen von der Mittelachse wird das lon zum n heren Stab gezogen und dort neutra lisiert Es erreicht den Kollektor nicht Sperrung 2 berlagerung der Gleichspannung U mit Hochfrequenz V cos xz Ebene links Stabpotential
268. bt die Eintragung dieses Wertes in das Diagramm der Abb 5 7b da bereits eine 98 viel kleinere Vorpumpe mit 25 m3 h aus reichend ist Kurve 4 5 2 4 2 Bestimmung der g nstigsten Pumpenkombination mit Operationsdiagrammen Besonders bersichtlich sind Operations diagramme mit der Saugleistung in Abh ngigkeit vom Ansaugdruck der Hoch vakuumpumpe und den in frage kommen den Vorvakuumpumpen wie sie f r neue re Hochvakuumpumpen oft vorliegen siehe Abb 5 8 Dabei sind zwei Punkte besonders zu ber cksichtigen a In allgemeinen Herstellerunterlagen werden Str mungsverluste Leitwert zwischen Pumpe und Rezipient nicht ber cksichtigt sie spielen aber beson ders im HV eine sehr wichtige Rolle In diesen Unterlagen wird damit voraus gesetzt da die Pumpe direkt an den Rezipienten angeflanscht wird b Saugverm gen und damit Saugleistung sind bei kinetisch verdichtenden Pumpen Diffussionspumpen Turbo Molekularpumpen von der Gasart ab h ngig In der Praxis mu vor allem das gegen ber schweren Gasen wie Luft Stickstoff Sauerstoff oder Argon viel kleinere Saugverm gen und die viel kleinere Kompression f r leichte Gase wie Wasserstoff Helium und Neon ber cksichtigt werden Vor allem f r den Anwender vor Ort wird die Ermittlung der n tigen HV Pumpe und der g nstigsten VV Pumpe oder VV Pum penkombination mit diesem Diagramm einfach und bersichtlich Zun chst wird zum Beispiel aus den f
269. ch Streuprozesse verminderte lonenausbeute so da erst eine zus tzliche elektronische Korrektur eine einwandfreie Darstellung des Spektrums erm glichte Die Abmes sungen des XPR 2 Sensors sind so klein da er vollkommen im Rohransatz des An schlu flansches DN 40 GF verschwindet und damit im eigentlichen Rezipienten kei nen Platz beansprucht Abb 8 1a zeigt den Gr envergleich der normalen Hochlei stungssensoren mit und ohne Channeltron SEV den normalen Sensor mit Channel plate SEV und Abb 8 1b den XPR 2 Sensor Das f r den Sensor n tige Hoch vakuum wird vielfach mit einer Turbo Mo lekularpumpe 50 und einer Drehschieberpumpe D 1 6 B erzeugt Die Turbo Molekularpumpe bietet durch ihr gro es Kompressionsverm gen f r hoch molekulare Gase auch den Vorteil den Sen sor bzw seine Kathode vor Verunreinigun gen aus Richtung der Vorpumpe ideal zu sch tzen 8 3 1 Aufbau des Sensors Man kann sich den Sensor aus einem Extraktor Me system siehe Abb 8 3 ent standen denken wobei zwischen lonen quelle und lonenf nger das Trennsystem eingef gt wurde 8 3 1 1 Die normale offene lonenquelle Die lonenquelle besteht aus einer Anord nung von Kathode und Anode und mehre ren Blenden Der konstant gehaltene Emis sionsstrom verursacht die teilweise lonisa tion des in das die lonenquelle m glichst gut eintauchen soll Dabei wird das Vakuum in Umgebung des Sensors na
270. ch der elektrische Aufwand in der Schaltung und Verdrahtung erheblich zunimmt Druckmessung 7 6 3 Druckregelung und Steuerung in Grob und Feinvakuum anlagen Steuerung und Regelung haben die Auf gabe einer physikalische Gr e hier des Druckes in der Vakuumanlage einen be stimmten Wert zu verleihen Gemeinsames Merkmal ist das Stellglied das die Ener giezufuhr zur physikalischen Gr e und damit die Gr e selbst ver ndert Als Steuerung bezeichnet man das Beeinflus sen eines Systems oder Ger tes durch Be fehle Dabei wird mit einer Stellgr e un mittelbar das Stellglied und damit der Ist wert der physikalischen Gr e ver ndert Beispiel Bet tigen eines Ventiles durch einen druckabh ngigen Schalter Der Ist wert kann sich durch zus tzliche u ere Einfl sse unerw nschter Weise ndern Das gesteuerte Ger t kann auf den Be fehlsgeber nicht zur ckwirken Man sagt deshalb Steuerungen haben einen offenen Wirkungsablauf Bei einer Regelung wird der Istwert der physikalischen Gr e fort laufend mit dem vorgegebenen Sollwert verglichen und bei Abweichung so ausge regelt da er sich dem Sollwert m glichst vollst ndig n hert Praktisch setzt eine Re gelung immer eine Steuerung voraus Der wesentliche Unterschied ist der Regler in dem der Soll Istwert Vergleich erfolgt Die Gesamtheit aller am Regelvorgang betei ligten Glieder bildet den Regelkreis Die Be griffe und Kenngr en zur B
271. ch Druckbereich unterschiedliche Ma nahmen Erstens den Einsatz von Kalt fl chen zum kondensieren abpumpen dieser D mpfe Hierzu geh ren Kondensa toren Baffle bei Diffusionpumpen Meis sner Fallen oder andere Kaltfl chen Kryopumpen Zweitens k nnen wir allerdings nur im viskosen St mungsbe reich durch Sperrgaseinla eine laminare zur Pumpe gerichtete Str mung erzeugen Dadurch wird das Vordringen solcher Vakuumphysik D mpfe und anderer Schwebeteilchen beispielsweise Abrieb aus der Pumpe zum Rezipienten und damit die Verunrei nigung des Rezipienten verhindert Bei Verwendung lgedichteter Vorvaku umpumpen kommt man schon durch ge ringf gigen Gaseinla in den Ansaugstut zen bis zu einem Ansaugdruck von etwa p 10 mbar fast ganz den viskosen Str mungsbereich in dem lr ckstr mung nicht mehr m glich ist Als Beispiel daf r zeigt Abb 1 10 Massenspektren die am Ansaugstutzen einer Drehschieber pumpe TRIVAC D 40 B aufgenommen wurden Das bei Enddruck aufgenommene Massenspektrum zeigt infolge der lr ck st mung deutlich die Kohlenwasserstoff gruppen zwischen den Massenzahlen 50 und 100 unterstes Spektrum Hier sind wir schon fast im Bereich der Molekular str mung zumindest aber im unteren Druckbereich der Knudsenstr mung Schon durch geringen Gaseinla auf einen Druck von etwa 4 10 3 mbar werden diese Peaks deutlich kleiner mittleres Spek trum und verschwinden praktisch
272. ch das gro fl chige Auslassventil Querschnitt Kolbenquerschnitt Bei niedrigen Dr cken wird das Ventil vom Kolben ge ffnet bei h heren Dr cken ffnet die auftretende Druckdifferenz das Ventil Zur Leistungsminimierung gibt es weitere Ventile in der Maschine die in un terschiedlichen Druckbereichen aktiv wer den Vom mittleren Kolben der das Saug verm gen bestimmt str mt das Gas in die 2 und 3 Stufe um anschlie end gegen Atmosph re ausgesto en zu werden Erg nzt man die 3 Kolben im oberen Bild durch einen weiteren Kolben der parallel mit dem gro en Kolben der EcoDry M 15 genutzt wird so ergibt sich doppeltes Saugverm gen EcoDry M 30 Die kon struktive Umsetzung dieses Prinzips ist in Abb 2 69b links dargestellt Konstruktionsmaterialen und Werkstoffe Zylinder und Kolben sind trockenlaufend ausgef hrt Ein PTFE Compound auf der Kolbenoberfl che gleitet innerhalb einer glatten Hartoxidschicht des Zylinders Zum Kurbelwellengeh use sind die einzelnen Kompressionsr ume mit einer trockenlau fenden Dichtung abgedichtet Abb 2 70 Im Kurbelwellengeh use herrscht ein Zwi schendruck der durch den Ansaugdruck der letzten Stufe eingestellt wird Auch die Auspuff Gasballast V1 V2 V3 1 Stufe 2 Stufe 1 Stufe l Integriertes 3 Stufe LU R ckschlagventil Kurbelwellen Ge
273. ch ein Ver spannen des Pumpengeh uses durch die Anschlu leitungen unbedingt vermeiden Jedes Verspannen gef hrdet die Pumpe da die Spalte innerhalb der W lzkolben pumpe nur gering sind Die W lzkolbenpumpen werden ber die Motorklemmleiste an das Netz ange schlossen wobei entsprechend den VDE Bestimmungen ein Motorschutzschalter vorzusehen ist Die Drehrichtung des Motors soll vor Ein bau der Pumpe bei offenen Ansaug und Druckstutzen gepr ft werden Die An triebswelle mu von der Motorseite her ge sehen gegen den Uhrzeigersinn laufen Drehrichtungspfeil auf dem Motor beach ten L uft die W lzkolbenpumpe umge kehrt so mu die Drehrichtung durch Ver tauschen von zwei Phasen der An schlu leitung am Motor ge ndert werden Die W lzkolbenpumpe darf erst einge schaltet werden wenn die Vorpumpe den Vakuumbeh lter auf den Einschaltdruck evakuiert hat Der zul ssige Einschaltdruck h ngt vom Abstufungsverh ltnis der W lzkolbenpum pe zur Vorpumpe ab und errechnet sich indem man die zul ssige Druckdifferenz 2 durch das um 1 verminderte Kom pressionsverh ltnis teilt AP max mit nmi k theoretisches Saugverm gen der W lzkolbenpumpe Nenn Saugverm gen der Vorpumpe Ist die Pumpe ber einen Membran Druck schalter gesichert geschieht das Ein schalten automatisch Falls mit einer aus W lzkolbenpumpe und Vorpumpe beste henden Kombination stark fl chtige Sub stanzen
274. ch elektrische Hei zer an der ersten und zweiten Stufe er w rmt Die freiwerdenden Gase werden entweder durch ein berdruckventil abge blasen Sp lgasmethode oder durch me chanische Vorvakuumpumpen abgepumpt Die Regenerierzeiten liegen je nach Pum pengr e bei mehreren Stunden Teilweises oder partielles Regenerieren Da die Begrenzung der Standzeit einer Kryopumpe in den meisten Anwendungen durch die Kapazit tsgrenze der an der zweiten Stufe gepumpten Gase Stickstoff Argon und Wasserstoff bestimmt wird ist es oft ausreichend nur diese Stufe zu re generieren Der Wasserdampf wird w h rend dem partiellen Regenerieren auf dem Baffle festgehalten Dazu mu die erste Stufe unter 140 K gehalten werden da sonst der Wasserdampfpartialdruck zu hoch 84 Temperatur K Abb 4 12 Gegen berstellung von totalem 1 und partiellem 2 Regenerieren wird so da Wassermolek le das Adsorbat auf der zweiten Stufe verunreinigen w rden LEYBOLD hat 1992 als erster Kryopum penhersteller ein Verfahren entwickelt mit dem eine solche partielle Regenerierung m glich ist Diese Fast Regeneration ist microprozessorgesteuert und erlaubt die partielle Regenerierung einer Kryopumpe in etwa 40 Minuten im Vergleich zu 6 Stun den bei Totalregenerierung mit der Sp l gasmethode Abb 4 12 zeigt eine Gegen berstellung typischer Zyklen f r totales und f r partielles Regenerieren Der Zeitgewinn
275. ch etwa einer Um drehung der Rotoren erreicht Abb 2 34 2 Nach Ende des Ansaugvorganges gibt die Steuerkante des linken Rotors den Kaltga seinla und gleichzeitig die Steuerkante des rechten Rotors erneut den Ansaugschlitz frei Abb 2 34 3 In Abb 2 34 4 beendet die Steuerkante des linken Rotors das Aus f rdern des mit Kaltgas auf 1000 mbar ver dichteten Gases gleichzeitg beendet die Steuerkante des rechten Rotors wieder einen Ansaugvorgang Die Gesamtemission der Anlage wird durch die gro en Kaltgasmengen nicht vergr ert da ein geschlossener K hlkreislauf in Form eines extern angeordneten Gask hlers und Kondensators installiert ist Abb 2 33 Das hei e Auspuffgas wird durch den K hler ge leitet und als Kaltgas f r die Voreinla k h lung teilweise in die Pumpe zur ckgef hrt Diese saugt sich dabei die zur Bel ftung des Sch pfraumes notwendige Menge kalten Proze gases in den Verdichtungsbereich zur ck Dieser Vorgang hat aber keinen Ein flu auf das Saugverm gen der 1 weil der Ansaugvorgang bei Beginn der Be l ftung bereits beendet ist Die Ausf hrung des K hlers als Kondensator erm glicht eine einfache L semittelr ckgewinnung Die direkte Gask hlung also die Bel ftung des Sch pfraumes mit von au en zugef hrtem Kaltgas anstelle von hei em Auspuffgas f hrt bei der ALL ex zu so niedrigen Rotortemperaturen da Stoffgemische der ExT3 Klasse in jedem Betriebspunkt si
276. ch konstant etwas gr er als 1 bzw AM lt 1 H ufig wird auch ein Ausdruck wie Ein heitsaufl sung mit 15 Tal gebraucht Damit ist gemeint da die Talsole zwi schen zwei gleich gro en benachbarten Peaks 15 der Peakh he betr gt oder an ders ausgedr ckt die Linienbreite AM eines Einzelpeaks betr gt in 7 5 seiner H he gleich 1 amu atomic mass unit siehe dazu die schematische Darstellung in Abb 8 10 Massenspektrometer Proze 10 mbar Proze 10 mbar X elastomer Ventil metall X Einla blende Sto raum H 105 105 10751 o 1079 lo T Kathodenraum Il Beispiel Sputterproze ur Ausla blenden nachzuweisen ist 1 als Verunreinigung im Arbeitsgas Argon 105 105 105 105 E T 1 ppm im Einla 1 ppm im Einla 10 10 mbar 10 mbar 1075 10 mbar 10 mbar Ausla blenden Untergrund Untergrund Restgas Ventil zu 10 5 mbar total Restgas Ventil zu 107 mbar total davon 1 Masse 28 108 mbar Pumpe Pumpe davon 1 Masse 28 10 mbar Untergrundrauschen M er IW 1 Wu ai Untergrundrauschen Signal 1 vom Untergrund ist nicht zu erkennen Signal ist doppelt so gro wie das Untergrund rauschen
277. che von 100 mg man rechne mit einer starken Gasabgabe von 2 103 mbar s 1 m 2 Es ist zun chst die Frage zu entscheiden ob die Pumpe mit einem Nennsaugver m gen von 1300 m3 h hierf r berhaupt geeignet ist Abb 13 10 Ermittlung der Auspumpzeit im Feinvakuumgebiet unter Ber cksichtigung der von den W nden 204 _ 5558 2 Hm Beisp E gt Ka gt lt J Fee Br 100 1 10 10 amp 10 o E E gt 5 9 10 10 E gt D 10 710C 10 ER E 105 schwach N 104 5 10 Ki stark D 2 10 10 10 10 101 DA 10 10 10 Oberfl che F m Die Linien f r die betreffende Oberfl che von 100 m und Gasabgabe von 2 1053 s m ergeben einen Schnittpunkt A der schr g nach oben auf die Linie B und dann senkrecht weiter oben auf die Kurve die von dem Saugverm gen der Pumpe 1300 mg hr D ausgeht zu projizieren ist F llt die Projektion auf die Kurve innerhalb des umrandeten Kurvenfeldes F so ist das Saugverm gen der Pumpe ausreichend f r die Gasabgabe Die zugeh rige Auspumpzeit Erniedrigung des Drucks von 10 mbar auf 10 3 mbar ergibt sich nun zu 30 min indem man den Punkt 1300 m3 h auf der Saugverm gensskala verbindet mit dem Punkt 70 C auf der Volumenskala die Verl ngerung ergibt den Schnittpunkt 30 m
278. cheinung der Kondensatbildung von Gasen und D mpfen insbesondere von Wasserdampf an kalten Fl chen findet nicht nur bei Atmosph rendruck sondern auch im Vakuum statt Das wird in Kondensatoren siehe 2 1 2 7 vor allem bei chemischen Vakuumprozes sen schon lange ausgen tzt fr her gab es viele mit K ltemaschinen gek hlte Baffle an Diffusionspumpen Auch in einem abge schlossenen Raum Rezipient bedeutet Kondensatbildung an einer kalten Fl che da dort eine gro e Menge von Gasteilchen aus dem Verkehr gezogen wird Sie bleiben auf der Kaltfl che sitzen und beteiligen sich nicht weiter am hektischen Treiben in der Gasatmosph re des Rezipienten Wir sagen Gasbindende Vakuumpumpen dann diese Teilchen sind gepumpt und sprechen von Kryopumpen wenn das Pumpen durch Kaltfl chen erfolgt Die damit verbundene Kryotechnik unter scheidet sich von der blichen K ltetechnik dadurch da die Kryotechnik im Tempera turbereich lt 120 lt 153 C angesiedelt ist Wir haben es im folgenden mit zwei Fragenkomplexen zu tun a Wie erzeugt man die K lte in der Kyo technik bzw in Kryopumpen und wie wird die W rmebelastung der Kaltfl che abge f hrt bzw verringert b Was sind die Wirkungsmechanismen der Kryopumpen 4 2 1 Arten von Kryopumpen Nach der Art der K lteerzeugung unter scheidet man e Bad Kryopumpen e Verdampfer Kryopumpen e Refrigerator Kryopumpen Bei Bad Kryopumpen im einfachste
279. chen Anschl ssen 10 K Abb 4 10 Aufbau einer Refrigerator Kryopumpe schematisch 4 2 4 Bindung von Gasen an Kaltfl chen Wir unterscheiden verschiedene Bin dungsmechanismen an Kaltfl chen Kryokondensation ist die pysikalische reversible Bindung von Gasmolek len durch Van der Waals sche Kr fte auf hinrei chend kalten arteigenen Unterlagen Die ist gleich der Verdamp fungsenergie der festen Phase des ge bundenen Gases an der Oberfl che und nimmt daher mit steigender Kondensat dicke entsprechend dem ebenfalls steigen den Dampfdruck ab Kryosorption ist die physikalische reversible Bindung von Gas molek len durch Van der Waals sche Kr f te an hinreichend kalten artfremdem Unter lagen Die Bindungsenergie ist gleich der Adsorptionsw rme die gr er als die Ver dampfungsw rme ist Sobald eine Mono schicht gebildet wurde treffen die nachfol genden Molek le dann auf eine arteigene Unterlage Sorbat und der Proze geht in Kryokondensation ber Die niedrigere Bindungsenergie f r Kryokondensation ver hindert ein weiteres Anwachsen der Kondensatschicht wodurch die Kapazit t f r adsorbierte Gase begrenzt ist Die ver wendeten Adsorbentien wie Aktivkohle 81 Gasbindende Vakuumpumpen 44 0 30 8 Wasserstoff 44 13 2 30 Wasserdampf Auf den Ansaugflansch der Kryopumpe bezogenes theoretisches Saugverm gen in s cm e
280. cher abgepumpt werden k nnen Die ALL ex erf llt damit die Anforderungen der che mischen Industrie bez glich des inneren Ex plosionsschutzes voll Eine gewisse Fl s sigkeitsvertr glichkeit macht die ALT sp lbar wodurch z B Belagbildung inner halb der Pumpe vermieden bzw bereits ge bildete Bel ge abgel st werden k nnen Dabei werden Sp lfl ssigkeiten in der Regel Ansaug Auspuffschlitz schlitz Kaltgaseinla Beginn Kaltgaseinla Auspuffschlitz Kaltgaseinla Abb 2 34 Schematische Darstellung des Pumpprinzips einer ALL ex Pumpe Klauen Vakuumpumpe ohne innere Verdichtung 39 Mechanische Vakuumpumpen 1000 100 8 Saugverm gen m hi 100 1000 Ansaugdruck mbar Abb 2 35 Saugverm genskurve einer ALL ex 250 nach Proze ende Batch Betrieb oder w h rend des Prozesses bei kurzem Ausblocken der Pumpe zugegeben Die ALL ex kann aus Stillst nden heraus selbst dann in Be trieb genommen werden wenn Fl ssigkeit den gesamten Sch pfraum f llt Abb 2 35 zeigt die Saugverm genskurve einer ALL ex 250 Diese Pumpe hat ein Nenn saugverm gen von 250 m h und einen Enddruck von lt 10 mbar Bei 10 mbar hat sie noch immer ein Saugverm gen von 100 m h Der Dauerarbeitsdruck der Pumpe kann bis 1000 mbar betragen ihre Leistungsaufnahme ist 13 5 KW
281. chnet werden Wenn im Pr fling Vakuum herrscht p lt 1 mbar und au en Atmosph rendruck und als Pr fgas Helium verwendet wird spricht man von Helium Standard Bedin gungen Helium Standard Bedingungen sind immer bei der Heliumlecksuche an einer Hochvakuumanlage gegeben wenn die Anlagen mit einem Leckdetektor ver bunden ist und mit Helium abgespr ht wird Spr h Technik Wird der Pr fling nur vom Leckdetektor selbst evakuiert so spricht man von Hauptstrombetrieb des Leckdetektors LD Ist der Pr fling selbst eine komplette Vakuum Anlage mit eige nen Vakuumpumpen und der Leckdetektor wird parallel zu den Anlagenpumpen be Lecksuche Segel KI a Integrale Lecksuche Pr fling unter Vakuum Co Helium el gt m AM c Integrale Lecksuche Testgasanreicherung in der H lle Pr fling unter Testgas Uberdruck Helium b Lokale Lecksuche Pr fling unter Vakuum Abb 9 4 Lecksuchmethoden Fachausdr cke trieben so spricht man von Teilstrombe trieb Von Teilstrombetrieb spricht man auch wenn parallel zum Leckdedektor eine separate Hilfspumpe verwendet wird Bei Anwendung der berdruckmethode ist es manchmal unpraktisch oder unm glich die Leckrate direkt zu messen wohl aber kann sie an einer den Pr fling umgeben den H lle gemessen werden Das kann durch Anschlu der H lle an den Leckde tektor oder durch Anreicherung Konzen trationserh hung des Pr fgases in der
282. chtigsten Einflu gr en bei der Entwicklung von Diffusionspumpen Vakuum Technik 13 1964 71 75 W Reichelt Bemerkungen zur Arbeitsweise moderner Diffusionpumpen Vakuum Technik 13 1964 148 152 H G N ller Theory of Vacuum Diffusion Pumps Handbook of Physics Vol 1 Part 6 pp 323 419 Ed A H Beck Pergamon Press Ltd London WI 1966 G Herklotz Enddruckversuche mit Diffusionspumpen hohen Saugverm gens und Restgasspek tren Vakuum Technik 20 1971 11 14 H G N ller Die Bedeutung von Knudsenzahlen und hnlichkeitsgesetzen in Diffusions und Dampfstrahlpumpen Vakuum Technik 26 1977 72 78 Literaturverzeichnis R G sling Treibmittelpumpen Vakuum Technik 1980 163 168 M Wutz Grundlagen zur Bestimmung der charak teristischen Daten von Dampfstrahl Ejek torpumpen Vakuum Technik 1982 146 153 H Bayer Dampfstrahlpumpen Vakuum Technik 1980 169 178 H Bayer Vakuumerzeugung durch Dampfstrahl Vakuumpumpen Vakuum in der Praxis 1989 127 135 F Hinrichs Aufbau Betriebsverhalten und Regelbar keit von Dampfstrahl Vakuumpumpen Vakuum in der Praxis 1991 102 108 16 2 4 Sorptionspumpen G Kienel Zur Desorption von Gasen in Getter lonenpumpen in Physik und Technik von Sorptions und Desorptionsvorg ngen bei niederen Dr cken Rudolf A Lange Verlag 1963 Esch Taun us 266 270 W B chler lonen Zerst uberpumen ihre Wirkungs weise und Anwendung E Leybold
283. chung von Vielfach schichten ist unbekannt Deshalb ist in einem solchen Fall die ein zige M glichkeit einen Z Wert von 1 anzu nehmen d h die Realit t bei der Wellen fortpflanzung in Mehrstoffsystemen zu ig norieren Diese falsche Voraussetzung verursacht Fehler in den Vorhersagen von Dicke und Rate Die Gr e des Fehlers h ngt dabei von der Schichtdicke und der Gr e der Abweichung des tats chlichen Z Wertes von 1 ab Im Jahr 1989 erfand A Wajid den Mode lock Oszillator Er vermutete einen Zu sammenhang zwischen der Fundamental schwingung und einer der Anharmoni schen hnlich wie der den Benes zwi schen der Fundamentalschwingung und der dritten quasiharmonischen Schwin gung festgestellt hat Die Frequenzen der Fundamentalen und der Anharmonischen sind sehr hnlich sie l sen das Problem der Kapazit t von langen Kabeln Die n ti gen Uberlegungen um Zusammen hang herzustellen fand er in Arbeiten von Wilson 1954 sowie Tiersten und Smythe 1979 Die Kontur des Kristalles also die sph ri sche Form der einen Seite hat den Effekt die einzelnen Modi weiter voneinander zu trennen und den Energietransfer von einem zum anderen Modus zu verhindern F r die Identifizierung ist es blich die Fundamentalschwingung mit 100 die nie derste anharmonische Frequenz mit 102 und die n chsth here Anharmonische mit 120 zu bezeichnen Die drei Indizes der Mode Nomenklatur beziehen sich auf die Anzah
284. ckelkammer besteht blicherweise aus einer Kombination von W lzkolben und Drehschieberpumpen Bei extrem stark entgasenden Wickeln aus Papier kann es notwendig sein in der Wickelkammer zus tzlich eine Kaltfl che als Wasserdampfpumpe zu installieren Die Rollen der Folien oder Papiere haben eine Durchmesser zwischen 400 und 1000 mm und eine Breite zwischen 400 und 3000 mm F r das Auf und Abwickeln sowie die Bandf hrung ist ein pr zises elektronisch geregeltes Wickelsystem not wendig F r die Beschichtung wird das Band mit einer Geschwindigkeit von mehr als 10 m s ber einer Anordnung von Verdampfern aus keramischen Schiffchen vorbeigef hrt aus denen Aluminium verdampft wird Um bei den hohen Bandgeschwindigkeiten die notwendigen Al Schichtdicken zu errei chen sind sehr hohe Abdampfraten not wendig Dazu m ssen die Verdampfer mit Temperaturen von mehr als 1400 C be trieben werden Die W rmestrahlung der zusammen mir der Konden sationsleistung der aufwachsenden Schicht stellen eine erhebliche thermische Bela stung f r das Band dar Mit Hilfe gek hl ter Walzen wird die Folie w hrend und nach der Beschichtung so temperiert da sie w hrend der Beschichtung nicht be sch digt und vor dem Aufwickeln ausrei chend abgek hlt ist 172 ef KL es DynaMet pee d E S Zi A Abb 11 5 Mehrkammer Teilebeschichtungsanlage Rotationsymmetrisches
285. da der Sensor unter Vakuum bleibt Eine sehr langsame Bel ftung etwa innerhalb von ein bis zwei Stunden vertragen die Sensoren aller Bauarten 7 2 3 Fl ssisigkeits Quecksilber Vakuummeter 7 2 3 1 U Rohr Vakuummeter Die mit Quecksilber gef llten U Rohr Vakuummeter sind zugleich die einfach sten und genauesten Druckme ger te im Grobvakuum Bereich 1013 bis einige mbar Leider ist ihr Einsatz in technischen Betrieben infolge ihrer Gr e und Bruch anf lligkeit nur beschr nkt m glich siehe jedoch 7 5 1 In dem evakuierten Schenkel des U f rmi gen Vakuummeters wird ein konstanter Druck aufrechterhalten der dem Dampf druck des Quecksilbers bei Zimmertem peratur entspricht etwa 10 3 mbar Der andere Schenkel wird mit dem Volumen verbunden in dem der Gasdruck zu mes sen ist Aus der Differenz der beiden Fl s sigkeitsniveaus kann der zu messende Druck an der angebrachten mbar Skala bestimmt werden Die Anzeige ist unab h ngig vom Atmosph rendruck 7 2 3 2 Kompressions Vakuummeter nach McLeod Ein heute nur mehr selten benutzes Vakuummeter ist das von McLeod bereits 1874 entwickelte Kompressions Vakuum meter In seiner verfeinerten Bauart kann das Ger t zur absoluten Druckmessung im Hochvakuum Bereich bis herab zu 10 5 mbar verwendet werden Es wurde fr her als Bezugsger t h ufig zum Kali brieren von Feinvakuum Me ger ten manchmal auch von Hochvakuum Me ger ten verwendet Allerding
286. den lfilter verwenden D4BbisD 25 B und D 2 5 E Standzeit kann durch Einsatz Stillstandskorrosion eines lfilters verl ngert werden vermeiden Elastomervertr glichkeit FPM Viton Geeignet Geeignet Geeignet Geeignet Geeignet NBR Perbunan 3 Bedingt geeignet Bedingt geeignet Bedingt geeignet Bedingt geeignet Bedingt geeignet EPDM Nicht geeignet Nicht geeignet Nicht geeignet Nicht geeignet Nicht geeignet Technische Daten Viskosit t bei 40 C mm s 90 90 140 29 94 bei 100 C mm s 10 10 11 5 6 9 Flammpunkt C gt 255 gt 260 250 230 250 Dampfdruck bei 20 C mbar lt 1 105 lt 1 10 4 1042 lt 1 105 7 105 bei 100 lt 3 10 DAN 1 102 8 103 1 5 103 Dichte bei 15 g m 0 88 1 0 879 0 90 0 83 0 96 Pourpoint C lt 9 lt 15 30 lt 55 42 Mittleres Molekulargewicht g mol 550 530 450 416 530 Bitte beachten Sie da die genannten Technischen Daten typische Kenndaten sind Geringe Schwankungen sind chargenbedingt Die hier genannten Technischen Daten stellen keine Zusicherung von Eigenschaften dar 1 2 bei 20 C bei 60 C Im Arbeitsbereich darf nicht geraucht werden 5 Eingetragenes Warenzeichen der Anderol BV 3 Die Schmierstoff Best ndigkeit ist stark abh ngig von der H he des Acrylnitril Gehalts im NBR 4 Achtung Bei thermischer Zersetzung gt 290 C werden toxische und korrosive Gase freigesetzt Beim Umgang mit PFPE ist offenes Feuer fernzuhalten Tabelle 13 16a l Empfehlun
287. den Teilchen im Gasraum starke Abnahme der Volumensto rate st rkere nderung der W rmeleitf higkeit des Gases Weitere besondere Eigenschaften Tabelle 13 9 Druckbereiche der Vakuumtechnik und ihre Charakteristik Zahlenangaben auf volle Zehnerpotenzen abgerundet bei Raumtemperatur Richtwerte 1 Metalle Nichtmetalle mbar s cm 10 gt 107 10 7 105 Abgegebene Gasmenge Richtwerte nach einer Me zeit von Beispiele 1 Std 1 Std 3 Std 5 Std Beispiele 1 Std 1 Std 3 Std 5 Std Ag 1 5 10 8 1 1 10 2 109 Silikon 1 5 103 8 10 3 5 10 1 5 10 Al 2 10 6 10 9 4 10 3 10 1 5 10 1 10 Cu 4 10 2 10 6 102 3 5 109 Acrylglas 1 5 10 1 2 10 8 10 7 5 107 Nichtrostender Stahl 9 10 3 5 10 2 5 10 VITILAN 7 107 4 107 2 107 1 5 107 1 Alle Werte sind stark von der Vorbehandlung abh ngig Tabelle 13 10 Gasabgabe von Werkstoffen in mbar s7 em Nennweite DN 7 2 Innen mm L sungsmittel Relative Dichte Schmelz Siede Maximale Arbeitsplatz Reihe R5 R10 Molek l g cm Punkt Punkt Konzentration MAK masse 20 C C C cm3 m3 10 10 16 ki Co thylalkohol 46 0 7967 1145 78 1000 25 24 Azeton 58 0 798 56 32 34 Sch 40 41 Benzin eicht 0 68 0 72 gt 100 o 50 Benzol L sung 78 0 8788 5 49 80 2 25 80 83 Chloroform 119 4 1 48 63 5 61 50 100 102 SS 125 127 Di thyl ther 74 0 713 116 4 34 6 400 160 153 Hexan 86 0 66
288. densator abzusperren So kann lediglich noch der an den K hlrohren ver bliebene Kondensatfilm wiederverdamp fen Je nach Gr e der Gasballastpumpe erfolgt diese Wiederverdampfung in 30 bis 60 min E Soll der Trockenproze bei noch nied rigeren Dr cken enden so empfiehlt sich bei Unterschreitung eines Druckes von 10 2 mbar eine bis dahin berbr ckte Ol Dampfstrahlpumpe zuzuschalten Trocknung fester Substanzen Wie schon angedeutet wurde bringt die Trocknung fester Substanzen eine Reihe weiterer Probleme mit sich Es gen gt nicht mehr da man einen Kessel einfach leerpumpt und dann wartet bis der Was serdampf aus dem festen Gut heraus diffundiert ist Dieser Weg ist technisch zwar m glich aber er w rde die Chargen zeit einer Trocknung unertr glich verl n gern Die Trocknungszeit so kurz wie m glich zu halten ist verfahrenstechnisch nicht ganz einfach Nicht nur der Wassergehalt der zu trocknenden Substanz ist hierbei wichtig sondern auch ihre Schichtdicke Hier kann nur das Prinzipielle gesagt werden Bei speziellen Fragen bitten wir die Bera tungsabteilung unseres Werkes in K ln zu konsultieren Den Verlauf des prozentualen Feuchtig keitsgehalts E eines Trockengutes dessen Diffusionskoeffizient von der Feuchtigkeit abh ngt z B bei Kunststoffen als Funk tion der Trockenzeit t gibt in guter N he rung folgende Gleichung wieder E 0 SERA E Feuchtigkeitsgehalt vor der Trocknung
289. der TW 250 S f r Stickstoff Vorvakuumpumpe verwendet werden Im Beispiel erf llt die EcoDry L die Bedingung leicht und k nnte den Gasdurchsatz von 3 mbar s bei einem Ansaugdruck von 3 10 mbar bew ltigen Die D 10 E w rde es bei einem Ansaugdruck von 1 mbar als bergabedruck schaffen aber die D 2 5 E w re zu klein Achtung Das Diagramm e gilt nur f r das Gas Stickstoff und e ber cksichtigt keinerlei Leitwertverluste Welche Messungen ergeben diese Grenz linie f r die VV Ubergabe Bei einer Kombination einer HV Pumpe mit einer reichlich dimensionierten VV Pumpe wird f r verschiedene diskrete in die HV Pumpe eingelasse Gasst me mbar s die VV Pumpleistung durch eine Drossel oder durch zus tzlichen Gaseinla in die V Pumpe so weit herabgesetzt bis auch der Hochvakuumdruck um 10 ansteigt also beispielsweise von 1 0 10 auf 1 1 10 mbar Gleichzeitig wird der Ein la druck in die VV Pumpe gemessen M gliche Gr nde f r den HV Druckanstieg k nnen sein die Kompression der Turbo Molekularpumpe bricht zusammen die Pumpe wird zu warm ihr Motor ist zu schwach um die Drehzahl aufrecht zu erhalten oder dgl Die Verbindung der er haltenen Me werte f r die einzelnen in die HV Pumpe eingelassenen Gasstr me er gibt f r diese HV Pumpe die Grenzlinie f r die VV bergabe In unserem Beispiel ist der rot gekenn zeichnete Gastrom in die HV Pumpe 3 mbar s Die reichlich dimensionierte VV Pumpe
290. der kontinuierlichen fr her dynamischen Expansionsmethode 122 einer Pr zisionsausf hrung des McLeod s und sorgf ltig ausgef hrten Messungen unter Beachtung aller Fehlerm glichkeiten l t sich der Druck mit einem solchen Ger t noch bis auf 10 4 mbar mit gro er Genauigkeit ermitteln Ein weiteres fundamentales Vakuummeter ist das Reibungs Vakuummeter VISCOVAG mit rotierender Kugel siehe 7 3 1 sowie das Kapazit ts Vakuummeter siehe 7 2 2 5 b Herstellung eines bekannten Druckes Statische Expansionsmethode Ausgehend von einer bestimmten Gas menge deren Zustandsgr en p V und T genau bekannt sind p liegt dabei im Me bereich eines absoluten Vakuummeters wie U Rohr oder McLeod Vakuummeter erreicht man ber eine mehrfache Expan sion einen niedrigeren Druck der im Ar beitsbereich von lonisations Vakuumme tern liegt Expandiert man die Gasmenge vom Volu men V zum Volumen V Val von V nach V usw so erh lt man nach Expansions Schritten GE D 1 D 2 g 1 rw Vu N Ausgangsdruck in mbar unmittelbar direkt gemessen D Kalibrierdruck Dabei m ssen die Volumina m glichst genau bekannt sein siehe Abb 7 19 und die Temperatur mu konstant bleiben Diese Methode erfordert gro e Sauberkeit der verwendeten Apparaturen und findet ihre Grenzen in den Druckgebieten in denen die Menge des Gases durch Desorptions oder Adsorptionseffekte ber die z
291. derdruckanschlu 15 Steuerkolben 4 Zylinder 1 Stufe 16 Steuervolumen 5 Verdr ngerkolben 1 Stufe 17 Steuerscheibe 6 Regenerator 1 Stufe 18 Steuerventil 7 Expansionsvolumen 1 Stufe 19 Manometer f r Wasserstoff 8 1 K lte Stufe Kupferflansch Dampfdruck Thermometer 9 Zylinder 2 Stufe 20 Kaltkopfmotor 10 Verdr ngerkolben 2 Stufe Abb 4 9 Zweistufiger Kaltkopf tionsfl chen 8 von dem Strahlungsschutz 5 umgeben der auf der Innenseite schwarz und auf der Au enseite poliert und vernickelt ist Bei unbelasteter Kryo pumpe stellen sich an Baffle und Schutz schild erste Stufe Temperaturen von 50 80 K und an den Kondensations fl chen an der zweiten Stufe etwa 10 20 K ein F r den eigentlichen Pumpvor gang sind diese Oberfl chentemperaturen der Kaltfl chen entscheidend Sie werden durch die vom Kaltkopf gelieferte K ltelei stung einerseits und die W rmebelastung durch thermische Strahlung sowie durch die W rmeableitung an das Pumpen geh use andererseits bestimmt Beim Be trieb der Kryopumpe f hrt die Belastung durch das Gas und die Kondensations w rme zu weiterer Erw rmung der Kon densationsfl chen Die Oberfl chentempe ratur wird nicht durch die Temperatur der Kaltfl che allein sondern auch durch die Temperatur des schon auf die Kaltfl che aufgefrorenen Gases bestimmt Die der zweiten Stufe 7 des Kaltkopfes befestig ten Kaltfl chen 8 sind auf der Innenseite mit Aktivkohle beschic
292. des Pumpenkolbens die Gasballast ffnung frei 7 Gasballast ffnung ist ganz frei 8 Ende des Gasballasteinlasses 9 Ende der Pumpperiode Abb 2 9 Arbeitszyklus einer Sperrschieberpumpe Kolbenstellungen 1 9 schlie lich im Kompressionsraum 4 Bei der Drehung komprimiert der Kolben diese Gasmenge bis sie durch das l berlagerte Ventil 5 ausgesto en wird Der lvorrat dient wie bei den Drehschieberpumpen zur Schmierung Abdichtung Schadraum f llung und K hlung Da der Sch pfraum durch den Kolben in zwei R ume unterteilt ist wird bei jeder Umdrehung ein Arbeits takt beendet Arbeitszyklus siehe Abb 2 9 Heute werden bei Leybold ein und zwei stufige Sperrschieberpumpen gefertigt Bei zahlreichen Vakuumprozessen kann die Kombination einer W lzkolbenpumpe mit einer einstufigen Sperrschieberpumpe vor teilhafter sein als eine zweistufige Sperr Schieberpumpe Reicht f r den Proze eine derartige Kombination oder eine zweistufi 26007 1 2400 L t LNH 22001 f 1 1 7 2000 CD I 5 1800 4 _ LJ o E ER amp oof li Bag 1200 H f 1000 A AH T I ie 800 r E I Tr 54 S 600 2 H SE e ai ki L 400 1
293. des Ven tilschaftes haften von der Atmosph re in das Vakuum erfolgen kann Diese Ventile besitzen daher Metallfederb lge zur Abdichtung des Ventilschaftes gegen die Atmosph re oder sie sind vollst ndig gekapselt d h es existieren zwischen Atmosph re und Vakuum nur statische Dichtungen Zur dieser Gruppe geh ren alle Fein und Hochvakuumventile mit Handbet tigung oder elektropneumati schem Antrieb Abb 6 6 und die Magnet ventile Abb 6 7 von LEYBOLD Die Leckraten dieser Ventile nach au en und am Ventilsitz sind kleiner als 10 9 mbar s F r spezielle sehr hohe Anspr che mit be sonders h ufigen und schnellen Schaltzy klen werden auch Ventile mit fett berla gerten Abdichtungen gebaut deren Leck rate ebenfalls h chstens 10 2 mbar s betr gt Eine Sonderstellung nehmen hier bei allerdings Pendelschieber in Normal ausf hrung ein Sie k nnen trotz einer fett berlagerten Dichtung zwischen Vakuum und Atmosph re hinsichtlich der Leckrate fe SE el CC d 2 4 Druckluftversorgung 5 Kolben 1 Geh use 2 Ventilteller 3 Federbalg den hochwertigen federbalggedichteten Ventilen gleichgesetzt werden weil die An triebsachse in der Dichtung nur eine Dreh bewegung ausf hrt und deshalb keine Gasverschleppung in den Vakuumraum stattfindet Schieberventile werden von LEYBOLD nicht gefertigt F r Arbeitsdr cke bis herab zu 10
294. dichtung im p Diagramm Die Verdich tung erfolgt hier nicht durch Verkleinerung des Sch pfraumvolumens sondern nach Beendigung des Ansaugvorganges durch Bel ftung mit Kaltgas das von au en zu gef hrt wird Es handelt sich dabei um eine hnliche Verfahrensweise wie beim Einlas sen von Gasballast Gas bei ffnen des Gas ballastventils nach der Beendigung der An saugphase Aus dem Diagramm wird deut lich da bei einer isochoren Verdichtung eine h here Kompressionsarbeit verrichtet werden mu aber die Bel ftung erfolgt nicht durch hei es Auspuffgas sondern durch Kaltgas Diese direkte Gask hlung f hrt zu deutlich erniedrigten Rotortem peraturen Pumpen dieser Bauart werden als ALL ex im Abschnitt 2 2 1 2 bespro chen 2 2 1 1 Klauenpumpen mit innerer Verdichtung f r die Halbleiter industrie DRYVAC Reihe Aufbau der Abb 2 21 Infolge der in den einzelnen Pumpstufen geleisteten Kompressionsarbeit ben tigen mehrstufige Klauenpumpen zur Abfuhr der Kompressionsw rme eine Wasserk hlung f r die vier Stufen W hrend der F rder raum der Pumpe von Dicht und Schmier mitteln frei ist werden das Getriebe und die unteren Lager der Pumpenwelle mit einem perfluorierten Polyether PFPE geschmiert Der Getriebekasten wird vom F rderraum durch Kolbenringe und einem Radial Abb 2 21 Anordnung der Stufen und F hrung des Gasstroms P Pumpstufe Z Zwischenring W K
295. die f r die Vakuumtechnik sehr zweckm ige Einheit Millibar mbar zul ssig 1 mbar 102 Pa 0 75 Torr Die Einheit Torr ist nicht mehr zugelassen Zur besonderen Beachtung In der Vakuumtechnik werden ausschlie lich Absolutdr cke gemessen und mit die sen wird auch gerechnet In der Druck und Hochdrucktechnik wird vielfach mit Dr cken gearbeitet die auf den jeweiligen Atmosph rendruck Umge bungsdruck Pamp bezogen werden Nach DIN 1314 wird die Differenz zwischen einem Druck p und dem jeweiligen At mosph rendruck Umgebungsdruck als berdruck bezeichnet pP P Pamb Der berdruck kann positive und negative Werte annehmen Umrechnungen 1 kg cm 980 665 mbar 981 mbar 1 at technische Atmosph re 980 665 mbar 981 mbar 1 atm physikalische Atmosph re 1013 25 mbar 1013 mbar 1 at Atmosph re berdruck 2026 50 mbar 2 bar Gesetzliche Einheiten 1 Torr 1 mm Hg A _ 133 322 Pa 1 333 mbar 1mWS Meter Wassers ule 9806 65 Pa 98 mbar 1 mm Hg 133 332 Pa 1 333 mbar 4 3 mbar Der Druck als mechanische Spannung Festigkeit wird generell in Pascal Pa und in nm angegeben Umrechnungen 1Pa 1N m 2 10 N mm 1 kg cm 98100 Pa 0 981 mm 0 1 Nmm 1 kg mm 9 810 000 Pa 9 81 mm 10 mm 3 5 Dynamische Viskosit t Bisherige Einheit Poise P 1P 01Pa s 1g cm s 3 5a Energiedosis Rad rd ist nicht
296. doppelung der Ausheizdauer von 3 auf 6 Stunden bis in den Druckbe reich von 10 10 mbar keine Verbesse rung ergibt In Abb 3 17 ist die Auspumpzeit ber der Ausheizzeit aufgetragen Parameter der Kurven ist der Druck Die Minima der Kur ven ergeben die optimale Ausheizdauer um den als Parameter angegebenen Druck zu erhalten Sie sind durch die gestrichel te Kurve verbunden Die Kurvenschar zeigt da mit einer Ausheizzeit von t 2 5 h und einer Auspumpzeit von t 4 5 h Druck von 6 6 10 10 mbar erreicht wird 3 2 5 Besondere Anforderungen Wegen besonderer Einsatzf lle wie Be trieb in starken Magnetfeldern in strah lenbelasteten Zonen oder in Tritium Atmosph re wenden Sie sich bitte an un sere Technische Vertriebsabteilung die ber entsprechende Erfahrungen verf gt und Ihnen jederzeit zur Verf gung steht Um den vielf ltigen Anforderungen der heutigen Forschung und Entwicklung ge recht zu werden k nnen TURBOVAC Pumpen in verschiedenen Sonderaus f hrungen gebaut werden Die konstrukti ve Gestaltung der Pumpe wird dabei von den jeweiligen Einsatzbedingungen be stimmt Im folgenden sind einige dieser Sonderbauarten beschrieben Tritiumfeste Ausf hrung wie sie f r den Einsatz an einem TOKAMAK Fusionsexpe riment in gebaut wurde Ein wesentliches Merkmal ist da keine Elastomerdichtun gen zur Abdichtung gegen Atmosph re verwendet werden da es durch Aus tauschprozesse in zunehmendem Ma
297. druck Bu effektiv wirksames Saugverm gen im jeweiligen Druckbereich V Rezipientenvolumen t Auspumpdauer Enddruck der Turbo Molekular pumpe Leckgasstrom und Entgasungs strom lp t der zeitlich ver nderliche Desorp tionsstrom von den Rezipienten W nden sowie den verwendeten Einbauten und Dichtungen consi Da im Utra Hochvakuumbereich bei Dr k ken lt 10 mbar der Endtotaldruck im wesentlichen durch den Wasserstoffanteil bestimmt ist kann man sich bei Berech nungen in erster N herung auf diesen be schr nken Die Kompression der TURBOVAC Pumpen f r Wasserstoff liegt zwischen 630 Kinetische Vakuumpumpen TURBOVAC ohne forcierte K hlung mit integriertem Frequenzwandler TURBOVAC ohne forcierte K hlung ohne integriertem Frequenzwandler TURBO DRIVE S Netzteil z B 1 TURBO DRIVE S TURBO POWER 300 TURBO CONTROL 300 TURBOVAC mit Luftk hlung A mit integriertem Frequenzwandler Netzteil Kabel z B TURBO POWER 300 TURBO CONTROL 300 Netz Verbindungs Kabel max 5 m Netz Kabel 5 m TURBOVAC mit Luftk hlung ohne integriertem Frequenzwandler Verbindungs TURBO DRIVE S mit K hlrippen Netz 7 Netzteil 2 24 VDC Kabel z B max 20 m TURBO POWER 300 TURBO CONTROL 300 TURBO DRIVE S mit K hlrippen Netz Netzteil 24 VDC z B Kabel TURBO
298. durch das Fast Regeneration System ist deutlich zu erkennen In der Produktion hat man f r typische Sputterprozesse etwa mit einer Totalregeneration nach 24 partiellen Regenerationen zu rechnen Saugleistung und Maximaler pV Strom Q mbar s Die Saugleistung einer Kryopumpe f r ein bestimmtes Gas ist durch den pV Strom des Gases G durch die Ansaug ffnung der Pumpe gegeben Mus es gilt die Beziehung Qg De 56 mit Ansaugdruck 55 Saugverm gen f r Gas G Der maximal m gliche pV Strom bei dem die Pumpfl chen im Dauerbetrieb auf 20 K erw rmt werden h ngt von der Netto K lteleistung der Pumpe bei dieser Temperatur und von der Gasart ab Bei Refrigerator Kryopumpen gilt f r konden sierbare Gase als Richtwert 2 3 Q 20 mbar 2 5 Dabei ist 0 20 die an der 2 Stufe des Kaltkopfes bei 20 K zur Verf gung stehen de Netto K lteleistung in Watt F r kurz zeitige Gaslasten ist ein h herer pV Strom zul ssig siehe Crossover Wert Saugverm gen Bu F r das theoretische Saugverm gen einer Kryopumpe gilt Sn Ak Sao 1 9 A Gr e der Kaltfl che S fl chenbezogenes Saugverm gen Fl chensto rate nach Gleichung 1 17 und 1 20 proprotional der mitt leren Geschwindigkeit der Gasteil chen in Richtung Kaltfl che a Kondensations Pump wahrschein lichkeit Pena Enddruck siehe oben p Druck im Rezipienten Die Formel 4 4 gilt f r eine in den Vakuumbeh
299. e zum Rezipienten Um Verunreinigungen m glichst auszu schlie en oder klein zu halten kann man entweder Pumpen einsetzen die keine sol chen Stoffe enthalten oder man kann die Ausbreitung dieser Stoffe in Richtung Re zipient verhindern Ersteres f hrt zum Ein satz der trocken laufenden Vor Vaku umpumpen Sie werden auch Trocken l ufer oder spaltgedichtete Pumpen genannt Den Gegensatz dazu bilden die fl ssigkeits bzw lgedichteten Pumpen Mit mehrstufigen trocken laufenden Va kuumpumpen trockene Spalte zwischen den Kolben und zwischen Kolben und Zy linder erreicht man kaum Endtotaldr cke unter etwa 10 2 mbar Werden aber die Spalte mit l abgedichtet berlagert so erreicht man Endtotaldr cke von etwa 10 3 mbar und Endpartialdr cke von etwa 10 4 mbar Je tiefer der erreichte Druck d h je mehr wir uns dem molekularen Str mungsbereich n hern desto mehr Molek le k nnen entsprechend dem Dampfdruck der Dichtfl ssigkeit des Pumpen ls bei Betriebstemperatur der Pumpe als sogenannte lr ckstr mung gegen die Pumprichtung aus dem An saugstutzen bis in den Rezipienten gelan gen Zu den trocken verdichtenden Vorva kuumpumpen geh ren Membranpumpen DIAVAC Kolbenpumpen EcoDRY L und M Klauenpumpen DRYVAC Scrollpumpen Schraubenverdr ngerpumpen ScrewLine SP630 und Rootspumpen F r die Verhinderung der Ausbreitung von dampff rmigen Verunreinigungen gibt es je na
300. e Elektrische Ladung Q Coulomb 31 Elektronenruhmasse m kg kg g s Tabelle 13 5 32 Elementarladung e 33 Enddruck Pend gt mbar 34 Energie E J d kJ kWh eV J Joule 35 Energiedosis D J k 3 5 a Gesetzliche Einheiten 102 103 104 Gr e Fallbeschleunigung Fl che Fl chenbezogene Sto rate Frequenz Gasdurchl ssigkeit Gaskonstante Geschwindigkeit Gewicht Masse Gewichtskraft H he Hub lonendosis Impuls Induktivit t Isentropenexponent Isobare molare W rmekapazit t Isobare spezifische W rmekapazit t Isochore molare W rmekapazit t Isochore spezifische W rmekapazit t Kinematische Viskosit t Kinetische Energie Kraft L nge L ngenausdehnungskoeffizient Leckrate Leistung Magnetische Feldst rke Magnetische Flu dichte Magnetischer Flu Magnetische Induktion Masse Massendurchflu Massenstrom Massengehalt Massenkonzentration Massentr gheitsmoment Mittlere freie Wegl nge Molalit t Molare Gaskonstante mol K Molare Masse Stoffmengenbez Masse Molares Volumen Molares Normvolumen Molek lmasse Normalspannung mech Normdichte eines Gases Normdruck Normvolumen Partialdruck Periodendauer Permeationskoeffizient Planck Konstante pV Durchflu pV Wert Radius auch Molek lradius Raumladungsdichte Raumwinkel Relative Atommasse Relative Molek lmasse Relative Teilchenmasse Restdampfdr
301. e Wand wirkenden Druck 1 2 2 02 N j V _1 5 wird daraus pP V z N m c Allgemeine Gasgleichung aus der kinetische Gastheorie Ersetzt man 2 durch c2 so ergibt ein Ver gleich dieser beiden allgemeinen Gasglei chungen SEO c p V N T Der Klammerausdruck auf der linken Seite ist die Bolzmann Konstante k der auf der rechten Seite ein Ma f r die mittlere kine tische Energie der Molek le Bolzmann Konstante m_ R J k 183810 E M K Mittlere kinet Energie der Molek le T mi Ekin 9 also KoT EH 3 In der Form gibt die Gasgleichung eine gas kinetische Deutung der Temperatur 15 Vakuumphysik Die Teilchenmasse ist M _ Masse mol N Teilchen mol 17 darin ist N die Avogadro Konstante fr her Loschmidtsche Zahl Avogadro Konstante N 6 022 1023 mol ur M V Vn 22 414 Molvolumen F r 1 Mol ist 1 und Damit ergibt sich bei Normalbedingungen T 273 15 K und p 1013 25 mbar aus der Allgemeinen Gasgleichung p V f r die Allgemeine Gaskonstante _ 1013 25 mbar 2248 ml 5 27315K 7 mbar mol 83 14 1 7 Die Druckbereiche der Vakuumtechnik und ihre Charakterisierung siehe hierzu auch Tabelle 9 in Abschnitt 13 In der Vakuumtechnik ist es blich den gro en Druckbereich der mehr als 16 Zeh nerpotenze
302. e Bedingung feuchte Oberfl che zu erf llen steuert man den Druck in der Trockenkammer Gelingt es nicht den notwendigen relativ hohen Wasserdampfpartialdruck st ndig aufrechtzuerhalten so schaltet man kurz zeitig den Kondensator ab Der Druck in der Kammer steigt dann an und die Produktoberfl che befeuchtet sich wieder Eine M glichkeit den Wasserdampfpar tialdruck im Kessel kontrolliert zu ernie drigen ist die Regelung der K hlmittel temperatur im Kondensator Dadurch nimmt die Kondensattemperatur vorgege bene Werte an wodurch der Wasser dampfpartialdruck kontrolliert wird 5 1 4 Erzeugung lfreier kohlen wasserstoffreier Vakua vergleiche Abschnitt 1 10 R ckstr mende Treibmitteld mpfe D mp fe des ls und der Schmiermittel von Rotationspumpen sowie Crackprodukte derartiger D mpfe k nnen verschiedene Arbeitsprozesse im Vakuum erheblich st ren Es empfiehlt sich daher f r bestimmte Anwendungen Pumpen und Einrichtungen zu verwenden welche die Anwesenheit kohlenwasserstoffhaltiger D mpfe mit Sicherheit ausschlie en a Grobvakuum Bereich 1013 bis 1 mbar Anstelle von lgedichteten oder allgemei ner fl ssigkeitsgedichteten Rotationsver dr ngerpumpen stehen heute eine Vielzahl trockenverdichtender spaltgedichteter Pumpen zur Verf gung z B Membran pumpen Klauenpumpen Schraubenvaku umpumpen und Scrollpumpen F r indu strielle Anwendungen werden je nach An wendungsfall vor al
303. e MIT Press Cambridge Massachu setts 1971 C D Stockbridge in Vol 5 Vacuum Microbalance Techni ques K Behrndt editor Plenum Press Inc New York 1966 16 10 Werkstoffe und Werkstoff bearbeitungen W Espe Werkstoffkunde der Hochvakuumtechnik Bd 1 1959 Bd 2 1960 Bd 3 1961 VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften Berlin W Espe Werkstoffe f r trennbare metallische Ver bindungen der Ultrahochvakuumtechnik Feinwerktechnik 68 1964 131 140 W Espe Synthetische Zeolithe und ihre Verwen dung in der Hochvakuumtechnik Experimentelle Technik der Physik XII 1964 293 308 H Adam Allgemeiner berblick ber die Werkstof fe der Vakuumtechnik und deren Auswahl Haus der Technik Vortragsver ffentlichun gen Werkstoffe und Werkstoffverbindun gen in der Vakuumtechnik H 172 Vulkan Verlag Dr W Classen Essen 1968 4 13 K Verfu Bessere Oberfl chenverg tung durch Elek tropolieren am Beispiel der Vakuum Technik VDI Berichte 183 1972 29 34 K Verfu Schwei en und Hartl ten Haus der Technik Vortragsver ffentli chungen Werkstoffe und Werkstoffver bindungen in der Vakuumtechnik H 172 Vulkan Verlag Dr W Classen Essen 1968 Seiten 39 49 Chr Edelmann Gasabgabe von Festk rpern im Vakuum Vakuum Technik 38 1989 223 243 R Fritsch Besonderheiten vakuumdichter Schwei verbindungen Vakuum Technik 38 1989 94 102 H Henning Vakuumgerechte Werkstof
304. e zur Bet tigung von un begrenzt vielen Verschlu ventilen Die Abb 6 8 zeigt die Schnittzeichung einer 2 t E 8 st ke L l j solchen Anordnung Gasschleusen und Verschlu ventile werden von LEYBOLD in den Nennweiten DN 16 KF DN 25 KF und DN 40 KF hergestellt und sind aus Edel stahl Die Leckrate der Verschlu ventile ist kleiner 1 10 29 mbar s sie sind ber druckbest ndig bis 2 5 bar temperatur best ndig bis 150 C und k nnen ge gen Verschmutzung mit einem Standard Blindflansch abgesichert werden Ein typisches Anwendungsbeispiel sind doppelwandige Beh lter mit Isoliervakuum wie Dewargef e Fl ssiggas Tankwagen beh lter oder Fernw rme Rohrleitungen etc Aber auch f r das Evakuieren bzw Nachevakuieren von Referenz und St tz vakua an wissenschaftlichen Ger ten werden gerne Verschu ventile mit Gas schleusen verwendet Bislang war es erforderlich st ndig eine Pumpe ange schlossen zu haben um gegebenenfalls nachevakuieren zu k nnen Durch den Ein satz von Gasschleusen mit Verschlu ventilen wird der Beh lter vakuumdicht ver schlossen und die Pumpe wird nur noch gelegentlich zum berpr fen bzw Nach evakuieren ben tigt Abb 6 8a Gasschleuse mit Zentrierring und Verschu ventil Schnittzeichnung Abb 6 8b Gassch
305. ebiets Pp gt 60 0 46 mbar Gebiet C Einstufige Sperrschieberpumpen mit Gasballast Die untere Grenze von Gebiet ist durch die Untergrenze des Arbeitsbereiches der Pumpe 1 mbar gekennzeichnet Wenn in diesem Gebiet gro e Dampfmen gen anfallen ist es oft wirtschaftlicher einen Kondensator vorzuschalten 20 kg Dampf haben bei 28 mbar ein Volumen von rund 1000 Dieses Volumen mit einer Rotationspumpe abpumpen zu wol len ist nicht sinnvoll Als Faustregel kann gelten Ein Kondensator sollte immer vorge schaltet werden wenn l ngere Zeit ge s ttigter Wasserdampf anf llt Allerdings sollte bei niedrigen Ansaug dr cken zus tzlich eine W lzkolbenpumpe vor den Kondensator geschaltet werden wodurch die Kondensationsleistung we sentlich erh ht wird Die Kondensations leistung h ngt nicht nur vom Dampfdruck ab sondern auch von der K hlmitteltem peratur Daher kann bei niedrigen Dampf dr cken nur dann eine wirksame Konden sation erreicht werden wenn die K hlmit teltemperatur entsprechend niedrig gehalten wird Bei Dampfdr cken unter halb 6 5 mbar ist der Einsatz eines Kon densators beispielsweise nur dann sinn voll wenn die K hlmitteltemperatur nied riger ist als 0 C Oft wird bei niedrigen Dr cken ein Gas Dampf Gemisch mit un ges ttigtem Wasserdampf abgepumpt siehe hierzu auch Abschnitt 2 1 2 7 Dann kann der Kondensator im allge meinen entfallen Gebiet D Zweistufige Gasba
306. echnik Um 1650 haben sich weitgehend un abh ngig voneinander drei Physiker Evangelista Torricelli Blaise Pascal und Otto von Guericke mit der Frage befa t ob es einen u eren Luftdruck gibt und wie gro dieser ist beziehungsweise was in Beh ltern geschieht wenn die Luft aus dem Inneren herausgepumpt wird Die da mals noch zur Zeit der Inquisition herr schende auf Aristoteles zur ckgehende Lehrmeinung vom Horror Vacui Scheu vor der Luftleere machte es schwierig wenn nicht gar gef hrlich so verwegene Gedanken zu u ern und dann noch durch Experimente zu belegen wenn sie mit den offiziellen Ansichten von Kirche und Staat nicht konform waren Torricelli machte den Versuch mit der Quecksilbers ule Abb 1 1 der die Grundlage f r die zum Teil noch heute verwendeten Quecksilberbaro meter ist Das offene Quecksilberbarome Abb 1 1 Torricellis Quecksilberbarometer Abb 1 2 Perier am de Dom Vakuumphysik Abb 1 3 Die Magdeburger Halbkugeln ter ist ein fundamentales Me ger t es mi t Kraft pro Fl che Blaise Pascal schlo aus dem Versuch von Torricelli Wenn die Quecksilbers ule durch den u eren Luft druck im Gleichgewicht gehalten wird dann m ten die Me werte auf einem hohen Berg kleiner ausfallen Er bat seinen Schwager P rier den Puy de Dom einen Berg in der Auvergne Frankreich zu be steigen um in v
307. ecksuche Di a Pr fleck ohne Gasvorrat TL4 TLG b Pr fleck f r Schn ffel und Vakuumanwenungen TL4 6 c internes Kapillar Pr fleck TL7 Abb 9 10 Beispiele f r den Aufbau von Pr flecks Eine Sonderstellung nehmen Pr flecks mit K ltemittelf llung ein weil die K ltemittel bei Raumtemperatur fl ssig sind und b licherweise einen Dampfdruck zwischen etwa 4 bar und 10 bar haben Ein schwer l sbares technologisches Problem stellt die Verstopfungsgefahr der Kapillaren dar Alle K ltemittel sind auch sehr gute L sungsmittel f r Fette und le und daher vielfach stark verunreinigt so da es schwierig ist die Pr flecks mit reinem K ltemittel zu f llen Ma gebend ist dabei nicht die chemische Zusammensetzung sondern vor allem Partikel welche als d Permeations Diffusions Pr fleck TL8 TL9 K ltemittelpr fleck Schwebek rper im K ltemittel vorhanden sind und die feinen Kapillaren immer wie der verstopfen Die einfachste Bauweise ist im Dampfraum eine geeignete Kapillare anzuschlie en durch die der K ltemitteldampf zur At mosph re hin austritt Dies setzt aber im mer eine aufrechte Lage des Pr flecks vor aus weil sonst Fl ssigkeit in die Kapillare eindringt und sie verstopft zumal die Ka pillaren f r diese Art von Pr flecks wegen des hohen Dampfdruckes besonders eng sein m ssen Abb 9 11 Schn ffel Pr fleck mit Druckregler 154 Etwas
308. edene Arten Regler einzustellen unterschieden Je nach dem welche Daten f r die Einstel lung ben tzt werden unterscheidet man die Methode der geschlossenen Regel schleife der offenen Regelschleife und der Resonanz Antwort Wegen der Einfachheit mit der die experi mentellen Daten gewonnen werden k n nen wurde von uns die Methode der offe nen Regelschleife bevorzugt Au erdem erlaubt die Anwendung dieser Technik eine weitgehende Eliminierung des Herausfin dens der Parameter durch probieren trial and error Methode Die Auto Control Tune Funktion von INFICON charakterisiert einen Proze auf Grund sei ner Sprungantworten Nach einer stufen weisen Ver nderung der Leistung werden die resultierenden Ver nderungen der Rate als Funktion der Zeit gegl ttet und gespei chert Die wichtigen Sprungantworten wer den bestimmt siehe Abb 10 8 Schichtdickenmessung Regelung 1 00 0 0632 K L tos L 100 632 nderung des Ausgangssignals nderung des Regelsignals Punkt der maximalen Steigerung Zeitt Abb 10 8 Proze antwort auf eine Stufen nderung bei t 0 offene Regelschleife Regelsignal verst rkt Im Allgemeinen ist es nicht m glich alle Prozesse exakt zu charakterisieren daher m ssen einige N herungen gemacht wer den Normalerweise wird die Annahme zu Grunde gelegt da die dynamische Cha rakteristik durch einen Proze erster Ord
309. ehalt der D mpfe verbraucht Entsprechend mu das l h ufiger gewechselt werden Korrosionsschutz le sind entweder sehr hygroskopisch oder sie bilden mit Wasser leicht Emulsionen Eine mit Korrosions schutz l gef llte Pumpe nimmt daher wenn sie l ngere Zeit nicht in Betrieb ist 4 10 10 al AU 90 ES E _ s 0 2 Mi a 10 5 0 Nd SE N Q z N 104b 9 8 A 5 N A a 4 si 4 21 0 Pr q AA WT D H RES TT WT o 10 6 107 4 10 10 10 10 Ansaugdruck mbar Beispiel lverlust einer TRIVAC S 16 A beim Druck von 1 mbar a ohne Gasballast It Saugverm genskurve S 15 m3 h laut Diagramm lverlust 0 03 cm h Linie b mit Gasballast S 9 m3 h bei 1 mbar lverlust 0 018 cm3 h Linie 61 plus zus tzlicher Verlust durch Gasballastmenge 0 1 des Nennsaugverm gens 1 6 m3 h das ist Diagramm auf der Horizontalen b2 bis Atmosph rendruck Zus tzlicher Verlust 3 cm3 h schr ge Linie Gesamtverlust bei Gasballastbetrieb 0 018 3 3 018 cm3 h Abb 12 1 lverlust lgedichteter Pumpen bezogen auf einen ungef hren Maximalwert von 2 lverlust je angesaugtem Luft NTP 177 Betriebshinweise f r Appa
310. ehe Abschnitt 12 3 1 1 Sollten daher bei Dr cken oberhalb 80 mbar im Dauer betrieb Gase abgepumpt werden so sollte man vor allem aus wirtschaftlichen Gr n den bevorzugt Strahlsauger Wasserring pumpen andere Fl ssigkeitsringvakuum pumpen oder trocken laufende Viel schieberpumpen verwenden Dreh und Sperrschieberpumpen sind speziell geeig net um Vakuumbeh lter von Atmos ph rendruck an bis auf Dr cke unterhalb 80 mbar auszupumpen um dann im Dauer betrieb bei niedrigen Dr cken zu arbeiten Fallen bei Ansaugdr cken unterhalb 40 mbar gro e Gasmengen an so ist das Vorschalten einer W lzkolbenpumpe zu empfehlen Bei dem f r den betreffenden Pumpproze erforderlichen Saugverm gen kann dann eine wesentlich kleinere Dreh bzw Sperrschieberpumpe verwendet werden b Feinvakuum Bereich 1 10 3 mbar Will man einen Vakuumbeh lter lediglich auf Dr cke im Feinvakuumbereich evaku ieren etwa um den f r Diffusions oder lonen Zerst uberpumpen erforderlichen Vorvakuumdruck zu erzeugen so gen gen einstufige Rotationsverdr ngerpumpen f r Dr cke bis zu 10 1 mbar zweistufige f r Dr cke bis zu etwa 10 3 mbar Wesentlich schwieriger ist es den geeigneten Pum pentyp auszuw hlen wenn sich im Fein vakuumgebiet Prozesse abspielen bei denen laufend Gase oder D mpfe anfallen und abgepumpt werden m ssen In diesem Zusammenhang sei ein wichtiger Hinweis gegeben In der N he des erreichbaren Enddruckes nimmt das
311. ei Frequenzen unterhalb der Grundschwin gung ist die Kristall Impedanz kapazitiv bei Frequenzen oberhalb der Resonanz ist sie induktiv Diese Information ist n tzlich wenn die Resonanzfrequenz eines Kristal les unbekannt ist Es wird ein kurzer fre quenz sweep gemacht bis der Phasen komparator umschl gt und so die Reso nanz markiert F r AT Quarze wissen wir da die niederste in Frage kommende Fre quenz die Grundschwingung ist Geringf gig dar ber liegen die anharmonischen Diese Information ist nicht nur f r den Be ginn wichtig sondern auch f r den selte nen Fall da das Instrument die Spur der Grundschwingung verliert Wenn das Fre quenz Spektrum des Kristalls einmal fest gestellt ist ist es Aufgabe des Instrumen tes der Verschiebung der Resonanzfre quenz zu folgen laufend Frequenz Mes sungen zu machen und diese anschlie end in Dicke umzurechnen Die Benutzung des intelligenten Me sy stems hat im Vergleich mit der fr heren Generation der aktiven Oszillatoren eine Reihe augenscheinlicher Vorteile Haupt s chlich Unempfindlichkeit gegen mode hopping sowie Geschwindigkeit und Ge nauigkeit der Messung Die Technik erlaubt aber auch die Einf hrung anspruchsvoller Eigenschaften an die mit einem aktiven Oszillatoraufbau nicht einmal gedacht wer den konnte Die selbe Vorrichtung die es der neuen Technologie erlaubt mit einem sweep die Grundschwingung zu identifi zieren kann a
312. eichenden D mpfe von einer Hilfspum pe abgepumpt werden Ein Abpumpen durch die in Betrieb befindliche Gasballast pumpe f hrt im allgemeinen zu einer Be deckung des Zeoliths in der anderen nicht beheizten Adsorptionsfalle und damit zu einem vorzeitigen Nachlassen der Adsorp tionskapazit t dieser Falle 6 Oberteil 7 Heiz oder K hlmediumbeh lter 8 Anschlu mit Kleinflansch Geh use Siebkorb Molekularsieb F llung Dichrungsflansche Ansaugstutzen mit Kleinflansch Abb 2 19 Schnitt durch eine Feinvakuum Adsorptionsfalle Verminderung des effektiven Saugverm gens Alle Filter Abscheider Kondensatoren und Ventile in der Ansaugleitung vermindern das effektive Saugverm gen der Pumpe Auf Grund der katalogm ig aufgef hrten Leitwerte oder des Drosselungsfaktors kann das wirksame Saugverm gen der Pumpe errechnet werden N heres hier ber siehe Abschnitt 1 8 2 1 2 9 le f r Rotationsverdr nger Vakuumpumpen Schmier le f r rotierende Vakuumpumpen m ssen hohe Anforderungen erf llen Der Dampfdruck mu auch bei h heren Tem peraturen niedrig Wassergehalt und Was seraufnahme sollen minimal sein Sie m s sen eine flache Viskosit tskurve besitzen ausgezeichnete Schmiereigenschaften haben und best ndig sein gegen bei mechanischer Beanspruchung Die nachfolgend aufgef hrten Vakuum pumpen le wurden alle in werkseigenen Labors
313. eichungssystem ist nur f r den Sonderfall m g quadra tische Matrix l sbar f r m gt g ist es ber bestimmt Wegen unvermeidlicher Me fehler Rauschen etc gibt es keinen Satz von Gesamtionenstr men I Partialdr k ken oder Konzentrationen der das Glei chungssystem exakt erf llt Unter allen denkbaren L sungen gilt es nun den Satz 15 herauszufinden der bei R ckrechnen auf die Teil Ionenstr me in die kleinste quadratische Abweichung von den tats ch lich gemessenen Teil lonenst men im hat Also SI 15 min Dieses Minimierungs Problem ist mathe matisch identisch mit der L sung eines an deren Gleichungssystemes BFT i BF 1 welches unmittelbar mit dem Rechner aus gewertet wird Der lonenstromvektor der Einzelgase ist dann ja DEI III BF det BFT BF 8 7 TranspectorWare Proze orientierte Software f r Windows Der Transpector Ware liegt eine ganz neue Philosophie zugrunde W hrend des Pro ze ablaufes mit zuvor festgelegten Einstel lungen Rezept werden laufend Daten wie Einzelbilder eines Videofilmes aufge zeichnet Diese Daten k nnen gespeichert oder auf andere Weise ausgewertet werden Insbesondere ist es sowohl w hrend als auch nach Ablauf des Prozesses m glich in einer Retrospektive interessierende Pro ze abschnitte genau zu analysieren ohne dabei den im Hintergrund weiterlaufenden Me betrieb zu unterbrechen Bei fortlau fender Kontrolle
314. eichzeitig das Gaseinla ventil ge ff net und das Hilfsrelais mit Selbsthalte funktion bet tigt Eine R ckkehr in den Ru hezustand mit Schlie en des Gasein la ventils wird erst nach berschreiten des oberen Schaltpunktes durch den Abfall der Relais Selbsthaltung wieder erreicht Abb 7 26 zeigt die entsprechende Drei Punktregelung die aus den beiden eben besprochenen Komponenten zusammen Me ger t mit zwei Schaltpunkten 2 Dosierventil Einla ventil Gasvorrat 5 Drosselventil Vakuumpumpe Vakuumbeh lter Si Sicherung Netzanschlu 220 V 50 Hz Bus Schaltpunkt f r Maximalwert Smin Schaltpunkt f r Minimalwert EV Einla ventil R2 Hilfsrelais f r Einla ventil K2 Relaiskontakt von R2 M Me und Schaltger t Abb 7 25 Zweipunktregelung durch Gaseinla 126 gesetzt wurde Wie schon der Name sagt wurden dabei zwei Schaltpunkte der un tere Schaltpunkt der Regelung durch Saug verm gensdrosselung und der obere Schalt punkt der Gaseinla regelung zusammen gelegt Zur Vermeidung der umst ndlichen Instal lation mit Hilfsrelais bieten viele Ger te die M glichkeit die Funktionsart der einge bauten Trigger Werte ber die Software zu ver ndern Dabei kann zun chst zwischen Einzelschaltpunkten sogenannten Level Triggern und verketteten Schaltpunkten Intervall Triggern gew hlt werden Diese Funktionen sind in Abb 7 27 erkl rt Bei Interva
315. eidern Kondensatfallen dringend emp fohlen Wird keine Auspuffleitung an die Gasballastpumpe angeschlossen z B bei kleineren Drehschieberpumpen so wird die Anbringung von Auspuffiltern empfoh len Diese fangen den von der Pumpe aus gesto enen lnebel auf Einige Pumpen besitzen leicht auswechsel bare Filterpatronen die nicht nur den lne bel zur ckhalten sondern das Pumpen l laufend von Verunreinigungen s ubern So fern der Wasserdampfanfall h her ist als die katalogm ig angegebene Wasser dampfvertr glichkeit der Pumpe sollte stets ein Kondensator zwischen Rezipient und Pumpe geschaltet werden N heres siehe Abschnitt 2 1 2 7 Staubabscheidung Feste Verunreinigungen wie Staub und Sandk rner erh hen den Verschlei der Drehkolben und der Oberfl chen im Innern des Pumpengeh uses erheblich Sofern die Gefahr besteht da derartige Verunrei nigungen in die Pumpe gelangen k nnten sollte ein Staubabscheider oder Staubfil ter in die Ansaugleitung der Pumpe einge baut werden Hier stehen heute nicht nur die herk mmlichen Filter mit relativ gro en Geh usen und passenden Filtereins tzen zur Verf gung sondern auch Gewebe Fein filter die im Zentrierring des Kleinflansches befestigt sind Gegebenenfalls ist eine Quer schnittserweiterung mit KF bergangsst k ken zu empfehlen ldampfabscheidung Der mit lgedichteten Drehkolbenpumpen erreichbare Enddruck wird von Wasser dampf und Kohlenw
316. eignete Blenden und durch die Relativ bewegung zwischen Verdampfern und Substraten werden sehr hohe Schicht gleichm igkeiten erreicht Mit Hilfe von Quarz Schichtdickenme ger ten siehe Abschnitt 10 und direkter Messung der erreichten optischen Eigenschaften des Schichtsystems w hrend des Aufdamp ER ER ED u Hoch leistungs Plasma Quelle Elektronen strahl Verdampfer N 0 Abb 11 7 Aufdampfanlage f r optische Schichtsysteme Beschichtungsverfahren gt zum Vorpumpsatz Transferkammer 1 Einschleuskammer Sputterkammern 2 Ausschleuskammer Abb 11 8 Anlage f r die Beschichtung von Glasscheiben 3 Kammer In line System Durchsatz bis 3 600 000 m Jahr fens wird der Beschichtungsproze voll automatisch gesteuert Eine der wesentlichen Anforderungen an die Schichtsysteme ist da sie ihre Ei genschaften unter blichen Umgebungs bedingungen ber lange Zeiten beibe halten Dazu ist es notwendig beim Auf dampfproze daf r zu sorgen da m g lichst dichte Schichten entstehen in die kein Sauerstoff oder Wasser eindringen kann Bei Mineralgl sern wird dies er reicht indem man die Substrate w hrend der Beschichtung durch Strahlungsheizer auf Temperaturen von bis zu 300 C h lt Kunststofflinsen
317. eiligen Pumpfl che in der Kryo pumpe also des Leitwertes vom Vakuum flansch bis zu dieser Fl che als auch der subtraktiven Pumpfolge was schon am Baffle kondensiert wurde kann nicht mehr auf die Kondensationsfl chen der zweiten Stufe treffen und dort Kapazit t blockieren ergibt sich das in Abb 4 11 dargestellte Bild Die auf die Pumpe einfallenden Teilchen str me ergeben nach Gleichung 4 5 mit T 293 K die berechneten Werte f r das fl chenbezogene theoretische Saugver m gen Die unterschiedlichen Saugver m gen sind f r drei repr sentative Gase H N und H O aus den drei erw hnten Gruppen zusammengefa t Da Wasser dampf auf der gesamten Eintrittsfl che der Kryopumpe gepumpt wird entspricht das gemessene Saugverm gen f r Wasser dampf fast dem Wert des f r den Ansaug flansch der Kryopumpe berechneten theo retischen Saugverm gens Dagegen mu N zun chst das Baffle berwinden bevor er auf der Kryokondensationsfl che ge bunden werden kann Je nach Ausbildung des Baffles werden 30 bis 50 Prozent der N Molek le reflektiert H erreicht nocht sp ter erst nach weiteren Wandst en im Inneren der Pumpe und der damit verbun denen Abk hlung des Gases die Kryo sorptionsfl chen Bei optimaler Pumpfl chenauslegung und guter Kontaktierung der Aktivkohle kann bis zu 50 Prozent des H gebunden werden der das Baffle ber wunden hat Wegen der begrenzten Er reichbarkeit der pumpenden Fl chen und d
318. eine Undichtheit aber kein Leck im Sinne einer Fehlerstelle ist die Permeation nat rliche Durchl ssigkeit von Werkstoffen also auch von Gum mischl uchen Elastomer Dichtungen etc es sei denn die Teile sind spr de und deshalb Jeck 9 2 Leckrate Leckgr e Massenstrom Keine Vakuumapparatur oder anlage ist absolut vakuumdicht Sie braucht es prin zipiell auch nicht zu sein Es kommt ledig lich darauf an da die Leckrate entspre chend gering ist und so auf den ben tig ten Arbeitsdruck Gashaushalt und End druck im Vakuumbeh lter ohne Einflu bleibt Daraus folgt da die Forderungen hinsichtlich der Dichtheit einer Apparatur um so strenger werden je niedriger der verlangte Druck ist Um Undichtheiten quantitativ erfassen zu k nnen wurde der Begriff der Leckrate mit dem Gleichungs zeichen Q und der Einheit mbar s oder NTP eingef hrt Die Leckrate von Q 1 mbar s ist gegeben wenn in einem abgeschlossenen evakuierten Beh lter mit dem Volumen 1 der Druck in einer Sekunde um 1 mbar ansteigt oder bei berdruck im Beh lter um 1 mbar ab f llt Die als Ma f r eine Undichtheit de finierte Leckrate Q wird meist in der Ein heit mbar s angegeben Mit Hilfe der Zustandsgleichung 1 7 erh lt man Q unter Angabe der Temperatur T und der Gasart M quantitativ als Massenstrom z B in der Einheit g s Die entsprechende Be ziehung lautet Q Am NI RT am en M at mit R
319. einsten Fall tr gt eine Vielzahl von Gasen aber mehr oder weniger zum lonenstrom auf allen Massen bei Der je weilige Anteil eines Gases g auf der Mas senzahl m wird durch den Bruchst ckfak tor Bfn g ausgedr ckt Um die Rechnung zu vereinfachen enth lt der Bruchst ck faktor Bfm auch den Transmissionsfaktor TF und den Nachweisfaktor NF Dann ist der lonenstrom auf der Masse m als Funk tion der Gesamtionenstr me aller beteilig ten Gase in Matrixschreibweise ki S s 2 ZER l m D et er A Der lonenstromvektor zu den Massenzah len m verursacht durch die Bruchst ck Beitr ge der Einzelgase Bruchst ckma trix mal Summenstromvektor der Einzel gase 142 0 oder 2 g db g in vereinfachter Schreibweise BF 1 mit LU lonenstromvektor der Massen zahlen verursacht durch Bei tr ge von Bruchst cken ver schiedener Einzelgase 0 2 BFm g Bruchst ckmatrix g L Summenstromvektor der Einzelgase beziehungsweise Bf m g ih p En RIW Transmissionsfaktor f r die Masse m Bruchsr ckfaktor des Gases auf der Masse m relative lonisierungswahrscheinlichkeit des Gases Stickstoffempfindlichkeit Ger tekonstante Partialdruck der Gases lonenstrom auf der Massenzahl m Man sieht der von einem Gas verursach te ist dem Partialdruck pro portional Das lineare Gl
320. eise von 150 Leckrate Leckgr e Umrechnung 14 144 146 Lecksuche 144 Lecksuche ohne Lecksuchger t 147 Lecksuchtechniken mit Helium Leckdetektoren 159 Leitwert von ffnungen 18 232 Leitwert von Rohrleitungen 18 200 202 203 Leitwert nomographische Bestimmung 19 Linearit tsbereich von Quadrupol Sensoren 136 Linienbreite 134 Literaturverzeichnis 220 229 Lokale Leckrate Lokale Lecksuche 147 159 Loschmidtsche Zahl Avogadrokonstante 16 185 L sungsmittel 179 186 Luft atmosph rische 10 186 Luftdruck und Temperatur bei Entfernung von der Erde 200 M Magdeburger Halbkugeln 9 Magnetisches Streufeld 78 Magnetlager 66 Massenbereich 135 Massendurchflu Massenstrom 13 144 Massenspektrometer allgemein geschichtlich 130 Massenstrom Lecksuche 144 Massive H lle 160 Massivgetterpumpen NEG Pumpen 75 78 Ma systeme 10 11 McLeod Vakuummeter 112 Mechanische Vakuumpumpen 23 ff MEMBRANOVAC 111 Membranpumpen 53 Membranregler Anwendungs beispiele mit 128 Membranvakuummeter 109 110 Me bereich bevorzugter 108 Me bereiche von Vakuummetern 207 Me unsicherheit 123 Metallische Dichtungen 105 Mittlere freie Wegl nge 14 20 184 199 Mode Lock Oszillator 165 Modulator Bayard Alpert Vakuummeter 119 Molare Masse Molekulargewicht 12 13 15 Molekularsieb 75 181 Molekularstr mung 17 Monomolekulare Schicht 14 N Nachweisgrenze von Leckdetektoren 152 Nasse Prozesse 88 Nationale Standards
321. eit des Treibmittels betr gt in der Regel Wo chen bis Monate ja sogar Jahre und h ngt stark von den Betriebsbedingungen der Pumpe ab Sie wird durch h ufiges Pum pen bei hohen Dr cken Absaugen ag gressiver D mpfe und durch l nger anhal tende Lufteinbr che beschr nkt dies gilt nicht f r Silikon l und Quecksilber Bei l Diffusions und Dampfstrahlpum pen wird die Gef hrdung des Treibmittels durch Lufteinbr che bei hei er Pumpe h ufig bersch tzt Bei gelegentlich auf tretenden kurzzeitigen Lufteinbr chen bis auf Atmosph rendruck wird Silikon l gar nicht das Treibmittel DIFFELEN nur wenig angegriffen Die Produkte mit erheblich h herem Dampfdruck die durch Oxidation entstehen werden durch die Fraktionie rungs und die Entgasungseinrichtung der Pumpe siehe Abschnitt 3 1 1 in kurzer Zeit wieder entfernt Selbst wenn das ur spr nglich helle Treibmittel durch Luftein br che gebr unt ist braucht es noch nicht unbrauchbar geworden zu sein ist das Treibmittel allerdings tr be und au erdem noch z her geworden was nach Luftein br chen die mehrere Minuten dauern der Fall sein kann so ist ein Treibmittelwech sel erforderlich Unter Umst nden kann durch Grackprodukte aus dem Treibmittel auch das l der Vorpumpe unbrauchbar werden so da auch hier ein lwechsel vorgenommen werden mu Quecksilber Diffusions und Dampfstrahl pumpen sind gegen Lufteinbr che weni ger empfindlich als l D
322. eit multipliziert mit dem Dampfdruck der reinen Komponenten bei der Temperatur der Mischung Daten f r den Gleichgewichtszustand bez glich Mischbarkeit L slichkeit des Dampfes in dem verwendeten Pumpen l k nnten aus Stoff Datenbanken entnommen und daraus molarer Anteil und verminderter Dampf druck berechnet werden aber das ist rela tiv aufwendig und sagt noch nichts ber den zeitlichen Verlauf der Verd nnung aus Selbst eine grobe Absch tzung erfordert sehr viel Erfahrung So darf die Dampf druckverminderung durch Verd nnung kei nesfalls die maximal tolerierbare Verd n nung berschreiten welche n tig ist um noch eine ausreichende Schmierung zu ge w hrleisten Oft m ssen k rzere lwech selintervalle eingeplant werden Au erdem mu die Medienvertr glichkeit aller me dienber hrenden Teile mit dem abzupum penden Stoff gepr ft werden Dichtungen Pumpenteile Fittings und Rohrleitungen Bei besonders aggressiven D mpfen sollte das standardm ig verwendete Pumpen l N 62 Mineral l durch Spezial le bei spielsweise ein Korrosionschutz l wie Pro telen oder ein synthetisches PFPE I wie Fomblin ersetzt werden Siehe dazu die Abschnitte 2 1 2 9 und 12 3 1 2 sowie die Tabellen 13 16 a und b Wir bitten aber vor Inbetriebnahme einer derartigen Anwen dung Ihre R ckfrage an Leybold zu richten damit wir Sie fachm nnisch beraten k n nen Aus Gleichung 2 2 erkennt man da bei Verwendung von Gas
323. ekularpumpen wie z B die TURBOVAGC 55 von LEYBOLD Auf diese Weise erh lt man ein absolut lfrei es Pumpsystem was f r Me anordnungen wie Massenspetrometer Systeme und Leckdetektoren sehr wichtig ist Im Gegen satz zur Drehschieberpumpe hat diese Pumpenkombination f r Leckdetektoren den Vorteil da in einer Membranpumpe naturgem kein Helium im l gel st und damit auch kaum Ger teuntergrund ver ursacht werden kann 2 4 2 Hubkolbenpumpen Schon Otto von Guericke und Wolfgang Gaede nutzten das Prinzip der Kolbenpum pe zur Erzeugung von Vakuum Neuzeitli che Entwicklungen auf dem Gebiet der Werkstoffe erm glichen trockenlaufende Kolbenvakuumpumpen die bez glich ihrer Leistungsdaten in die N he von vergleich baren Drehschieberpumpen r cken Im hohen Saugverm gensbereich sind 2 Wellen Verdr ngerpumpen wie Schrau ben oder Klauenpumpen etabliert Mit klei ner werdenden Saugverm gen werden diese Pumpen zunehmend unattraktiv da die R ckstr mungen im Inneren der Pumpe einen unverh ltnism ig gro en Anteil ausmachen und die Pumpen relativ kostenung nstig werden Hier bieten mo derne Hubkolbenpumpen mit konstruktiv bedingter besserer innerer Abdichtung eine Alternative Unter dem Namen ste hen seit 1998 von LEYBOLD verschiedene Saugverm gen zwischen 15 und 30 m h als EcoDry M bzw 50 m3 h als EcoDry L zur Verf gung Abb 2 66 und 2 67 Abb 2 67
324. elt 160 Platten Dampfsperre 64 PNEUROP 215 219 PNEUROP Flansche 102 Poiseuille sche Str mung 16 Poisson Gesetz von 15 Pr zisions Membranvakuummeter 110 Pr flecks Testlecks 153 PTB Physikalisch Technische Bundesanstalt 121 Puffervolumen 97 Pumpen von Vakuummeterr hren 109 117 Pumpendimensionierung bei Trocknungsprozessen 95 Pumpengr e Bestimmung von 92 ff Pumpen l Wahl bei aggressiven D mpfen 177 190 195 Pumpenstammbaum 22 Pumpverfahren Auswahl von 86 PVD physical vapor deposition 169 pV Durchflu pV Strom 13 pV Wert Gasmenge 13 0 Quadrupol Druckanpassung Gaseinla 133 Quadrupol Nachweissystem Detektor 133 Quadrupol Sensoraufbau 131 Quadrupol Spezifikation 134 Quadrupol Trennsystem 132 Quadrupolmassenspektrometer 130 Qualitative Gasanalyse 140 Quantitative Gasanalyse 141 Quecksilber Treibmittel 60 64 Quecksilbers ule 9 10 11 Quecksilbervakuummeter 112 R Rate Watcher 161 Refrigerator Kryopumpe 79 Regenerierzeit 84 Reibungs Vakuummeter 114 Relative lonisierungs wahrscheinlichkeit RIW 116 138 Restgas Zusammensetzung Spektrum 21 72 Reynoldszahl 16 Stichwortverzeichnis R ntgeneffekt 118 Rootspumpen 47 Rotationsverdr ngerpumpen 23 R ckweisleckrate 147 RUVAGC Pumpen 47 5 Salztrocknen 95 S ttigungsdampfdruck 11 28 S ttigungsdampfdruck und Dampfdichte von Wasser 187 209 S ttigungsdampfdr cke Kryotechnik 206 S ttigungsdampfdr cke L sungsmitte
325. em e FI ca 750 cm lt 5 10 mbar S 1000 2 5 H20 l I Turbo Turbo Ae I l l l l Vorvakuumpumpe Hilfspumpe Vorvakuumpumpe Hilfspumpe Abb 9 14 Hauptstrom und Gegenstromleckdetektor anordnung einzig die Zuf hrung des zu untersuchenden Gases geschieht an ande rer Stelle n mlich zwischen Vorvakuum pumpe und Turbo Molekularpumpe Heli um das nach ffnen des Ventiles an diese Verzweigungsstelle gelangt f hrt zu einer Erh hung des He Druckes in der Turbo Molekularpumpe und im Massenspektro meter Das in die Gleichung 9 4b einge hende Saugverm gen ist das Saug verm gen der Drehschieberpumpe am Ort der Verzweigung Der dort herrschende He Partialdruck wird vermindert um den Kompressions Faktor der Turbo Moleku larpumpe f r Helium im MS gemessen Die Turbo Molekularpumpe in Gegen stromleckdetektoren ist drehzahlgeregelt so da auch die Kompression der Pumpe konstant bleibt Aus Gleichung 9 5a wird 9 5b Qhje Phe Sett K 9 5b Sert effektives Saugverm gen der Drehschie berpumpe am Verzweigungspunkt K Kompression der Turbo Molekularpumpe f r Helium F r die Vakuumautomatik der Gegen stromleckdetektoren ist es ein besonderer Vorteil da es einen eindeutig me baren Druck n mlich den Vorvakuumdruck der Turbo Molekularpumpe gibt bei dem das Ventil ge ffnet werden kann Da die Tu
326. em Spannungs ausfall auf jeden Fall bel ftet werden um eine R ckdiffusion von Kohlenwasserstof fen von der Vorvakuumseite in den Rezi pienten zu verhindern Nach dem Ab schalten der Pumpe soll auch das K hl wasser abgeschaltet werden um etwaige Kondensation von Wasserdampf zu ver meiden Zur Schonung des Rotors emp fiehlt es sich die in den Gebrauchsanwei sungen angegebenen Mindest Bel f tungszeiten einzuhalten Die Bel ftung sollte au er bei Sperrgasbetrieb ber den Bel ftungsflansch erfolgen der schon eine 30 1 16 16 Druck mbar rrr 1 23 4 5 6 10 11 1213 Auspumpdauer t min Abb 3 12 TURBOVAC 220 mit zweitufigen Drehschieberpumpen D 30 A und D 16 A Auspumpen eines 100 2 Rezipienten 70 Sinterfilter Drosselstelle enth lt so da die Bel ftung mit einem normalen Ventil oder einem Stromausfallfluter erfolgen kann Sperrgasbetrieb In Pumpen die mit einer Sperrgas Ein richtung ausger stet sind kann ber einen separaten Flansch Inertgas wie zum Bei spiel trockener Stickstoff eingelassen werden um Antriebsmotor und Lager vor aggressiven Medien zu sch tzen Schwingungsentkopplung TURBOVAG Pumpen sind hochgenau aus gewuchtet und k nnen in der Regel direkt an die Apparatur angeschlossen werden Nur bei besonders sensiblen Ger ten wie in der Elektronenmikroskopie empfiehlt sic
327. en 100 Stufe 2 Stufe 4 2500 mbar e s Stufe3 20000 mbar e s 8300 mbar e s Gasgeschwindigkeit m s 0 01 4 Durchflu querschnitt 6 5 omg konstant 0 001 0 1 1 10 100 1000 Druck mbar Abb 2 28 Mittlere Gasgeschwindigkeit v w hrend der Kompression ohne Sp lgas links und mit Sp lgas rechts in den Stufen 2 3 u 4 _ Apv mar fei Gas DA mbar cm _ 10 qpv pA 2 22 Gasmengendurchflu p Druck Fl che Man sieht da sich mit steigendem Druck die St mungsgeschwindigkeit des gef r derten Gases verlangsamt und gr enord nungsm ig gleich der Sinkgeschwindig keit der Teilchen im Gasstrom wird Abb 2 28 Das hei t die Gefahr der Abscheidung von Teilchen im Arbeitsraum der Pumpe und die daraus resultierende Funktionsst rung w chst mit steigendem Druck Parallel dazu wird mit zunehmender Kompression eine m gliche Partikelbildung aus der Gas phase heraus eintreten Um die Gr e die ser sich bildenden Partikel und damit auch ihre Sinkgeschwindigkeit klein und die Durchflu geschwindigkeit des Gases gro zu halten f hrt man der Pumpe als Sp l gas eine zus tzliche Gasmenge ber die einzelnen Zwischenscheiben zu Dabei wird die einstr mende Sp lgasmenge auf die je weiligen Druckverh ltnisse in den einzelnen Pumpstufen abgestimmt siehe Abb 2 28 Durch diese Ma nahme ist es m glich die Gasgeschwindigkeit hoch genug zu hal
328. en Clausius Clapeyron sche Gleichung _T Ip L sler Vra Vin L Verdampfungsw rme T Verdampfungstemperatur Vma Molvolumen von Dampf bzw Fl ssigkeit 1 6 2 2 Kinetische Gastheorie Nach dem Siegeszug der atomistischen Weltanschauung verbunden mit dem Zwang die Vorg nge in stark verd nnten Gasen zu erkl ren wo die Kontinuums theorie versagt wurde die Kinetische Gast heorie entwickelt Mit ihrer Hilfe kann nicht nur die allgemeine Gasgleichung auf ande rem Weg hergeleitet werden sondern auch viele andere Gaskinetische Gr en wie Sto zahlen mittlere freie Wegl nge Wie derbedeckungszeit Diffusionskonstante und viele andere Gr en berechnet werden Modellvorstellungen Grundannahmen 1 Atome Molek le sind punktf rmig 2 Kr fte unter diesen werden nur bei St en bertragen 3 die St e sind elastisch 4 molekulare Unordnung Vakuumphysik Ein besonders vereinfachtes Modell stammt von Kr nig In einem W rfel sind N Teil chen die zu je mit der Geschwindigkeit c auf die W rfelfl chen zufliegen ist die Kantenl nge des W rfels 1 cm so sind in ihm n Teilchen Teilchenanzahldichte pro Zeiteinheit erreichen n c At 6 Molek le jede Wand wo die Impuls nderung je Mo lek l wegen der Richtungs nderung um 180 gleich 2 ist Die Summe der Impuls nderungen aller auftreffenden Mo lek le ergibt die auf diese Wand wirkende Kraft bzw den pro Fl cheneinheit auf di
329. en alphabetisch 214 14 4 3 Atomphysikalische Einheiten 214 14 4 4 Abgeleitete nicht koh rente SI Einheiten mit besonderen Namen und Einheitenzeichen 214 15 Vakuumtechnisch wich tige nationale und inter nationale Normen und Empfehlungen 215 15 1 In der Vakuumtechnik besonders zu beachtende nationale und internationale Normen und Empfehlungen 215 16 Literaturverzeichnis 220 16 1 bersichten Definitionen und Historisches 220 16 2 Vakuumpumpen 221 16 2 1 Verdr ngerpumpen Kondensatoren 221 16 2 2 Turbo Molekularpumpen 222 16 2 3 Treibmittelpumpen 223 16 2 4 Sorptionspumpen 223 16 2 5 Kryopumpen und Kryotechnik 223 16 2 6 lr ckstr mung 224 16 3 Ultrahochvakuumtechnik 224 16 4 Leitwerte Flansche Ventile etc 225 16 5 Messen niedriger Dr cke 225 16 6 Druck berwachung steuerung regelung 226 16 7 Massenspektrometrische Gasanalyse bei niedrigen Dr cken 226 16 8 Lecks und Lecksuche 227 16 8 1 Massenspektrometrische Lecksuche 227 16 8 2 Lecksuche mit Halogen leckdetektoren 227 16 9 Beschichtungsme und Regelger te 227 16 10 Werkstoffe und Wekstoff bearbeitungen 228 16 11 W rterb cher 229 17 Stichwortverzeichnis 230 1 Vakuumtechnik 1 1 Der Beginn der Vakuum t
330. en Elektronenstrahlschwei en Aufdampfen Zerst uben von Metallen Vergie en von Harzen und Lacken Trocknung von Kunststoffen Trocknung von Isolierpapieren Gefriertrocknung von Masseng tern Gefriertrocknung von Pharmazeutischen Produkten Ultrahochvakuum Ss Hochvakuum Feinvakuum Grobvakuum 10 107 10 Druck mbar 10 Abb 11 1 Druckgebiete in denen verschiedene Vakuumverfahren arbeiten 169 Beschichtungsverfahren elektrisch leitf higer Keramik die durch di rekten Stromdurchgang aufgeheizt werden Abb 11 2 Allerdings gibt es hierbei Ein schr nkungen bez glich der verdampfba ren Materialien Nicht in allen F llen k n nen die notwendigen Verdampfertempera turen erreicht werden ohne da es zu Reaktionen zwischen Quellenmaterial und dem zu verdampfenden Material kommt oder das Quellenmaterial verdampft eben falls merklich und verunreinigt dadurch die aufgedampfte Schicht 11 2 2 Elektronenstrahlverdampfer Elektronenkanonen Beim Verdampfen mit Elektronenstrahl kanonen wird das Beschichtungsmaterial das sich in einem wassergek hlten Tiegel befindet mit einem geb ndelten Elektro nenstrahl beschossen und dadurch aufge heizt Da der Tiegel kalt bleibt ist eine Ver unreinigung der Schicht durch Tiegelma terial prinzipiell ausgeschlossen so da hohe Schichtreinheiten erreicht werden k nnen Mit dem geb ndelten Elektronen strahl lasse
331. en Formeln Diagramme Bestandteil Gew Prozente Volumen Prozente Partialdruck mbar 75 51 78 1 792 0 23 01 20 93 212 1 29 0 93 9 47 CO 0 04 0 03 0 31 Ne 1 2 103 1 8 103 1 9 10 2 7 105 7 105 5 3 103 CH 2 104 2 104 2 1053 3 104 1 1 10 1 1 103 N 0 6 105 5 10 5 104 H 5 10 5 105 5 10 4 105 8 7 10 9 105 0 9 10 7 10 7 105 gt 100 gt 100 gt 1013 50 RH bei 20 C 1 6 1 15 1157 Hinweis Bei der Zusammensetzung der Luft Atmosph re wird die relative Feuchtigkeit RH unter Angabe der Temperatur gesondert aufgef hrt Der am Barometer abgelesene Luftdruck betr gt bei der angegebenen relativen Feuchtigkeit und Temperatur somit 1024 mbar Tabelle 13 8 Zusammensetzung der atmosph rischen Luft Grobvakuum Feinvakuum Hochvakuum Ultrahochvakuum Druck p mbar 1013 1 1 10 3 10 3 10 7 lt 107 Teilchenanzahldichte n cm 1019 1016 1016 1013 1013 109 lt 10 Mittlere freie Wegl nge A cm lt 102 102 10 10 105 gt 105 Fl chensto rate Z em 5 1 1023 1020 1020 1017 1017 1013 lt 1013 Volumensto rate Zy cm 5 1 1029 1023 1023 1017 1017 109 lt 10 Bedeckungszeit S lt 105 105 10 2 10 2 100 gt 100 Art der Gasstr mung Str mungskontinuum Knudsen Str mung Molekular Str mung Molekular Str mung viskose Str mung Konvektion druckabh ngig Teilchen auf den Oberfl chen berwiegen bei weitem gegen ber
332. en nicht kondensierbaren Komponenten verstanden zum Beispiel bei dem Partialenddruck einer Drehschieber pumpe S ttigungsdampfdruck p Der Druck des ges ttigten Dampfes hei t S ttigungsdampfdruck p Bei einem gege benem Stoff ist p eine Funktion der Tem peratur 11 Vakuumphysik Dampfdruck p Anteiliger Druck der bei Temperatur von fl ssigem Stickstoff LN kondensierbaren D mpfe Normdruck p Unter Normdruck p versteht man nach DIN 1343 den Druck 1013 25 mbar Enddruck Pena Der in einem Vakuumbeh lter erreichbare niedrigste Druck der sogenannte Enddruck Peng Wird nicht nur vom Saugverm gen der Pumpe sondern auch von dem Dampf druck der in der Pumpe verwendeten Schmier Dichtungs und Treibmittel mit bestimmt Wird ein Beh lter beispielswei se lediglich mit einer lgedichteten Ver dr ngerpumpe evakuiert so wird der er reichbare Enddruck in erster Linie durch den Dampfdruck des verwendeten Pum pen ls je nach Sauberkeit des Beh lters au erdem noch durch die von den Beh l terw nden abgegebenen D mpfe und na turgem auch von der Dichtheit des Vaku umbeh lters bestimmt Umgebungsdruck oder Atmosph rendruck absolut berdruck p Index aus dem Englischen excessive Pe Hate Pamb Dabei bedeuten positive Werte von p ber druck und negative Unterdruck Arbeitsdruck D Beim Evakuieren eines Beh lters werden aus diesem Gase und oder D mpfe
333. en Anzahl diskreter Teilchen besteht zwi schen denen abgesehen von den Zusam menst en keine Kr fte wirken hat zu einer Reihe von theoretischen berlegungen ge f hrt die wir heute unter der Bezeichnung Kinetische Gastheorie zusammenfassen Eine der ersten und zugleich hervorragend sten Leistungen dieser Theorie war die Be rechnung des Gasdruckes p als Funktion der Gasdichte und des mittleren Geschwin digkeitsquadrates c der einzelnen Gasteil chen der Teilchenmasse m4 p p C 0 1 14 wi D k T a 28 mit c 3 m 1 15 Die Gasteilchen fliegen mit allen m glichen Geschwindigkeiten geradlinig durchein ander und sto en dabei sowohl mit den Be h lterw nden als auch untereinander ela stisch zusammen Diese Bewegung der Gasteilchen wird mit Hilfe der kinetischen Gastheorie zahlenm ig beschrieben Die durchschnittliche zeitbezogene Anzahl der Zusammenst e eines Teilchens die soge nannte Sto zahl z und die Strecke die jedes Gasteilchen im Mittel zwischen zwei Zu sammenst en mit anderen Teilchen zu r cklegt die sogenannte mittlere freie Weg l nge A werden als Funktion der mittleren Teilchengeschwindigkeit c des Teilchen durchmessers 2r und der Teilchenanzahl dichte n in sehr guter N herung wie folgt beschrieben z z 1 16 RT C mit Zu am ind 1 18 a 21 Hiernach ist die mittlere freie Wegl nge der
334. en Druck gearbeitet so trocknen die obersten Schichten zu schnell aus Dadurch wird der W rmekontakt zur zu verdampfenden Feuchtigkeit schlechter und die Trocknungszeit wird erheblich ver l ngert Zu dieser Kategorie geh ren vor allem Trocknungsprozesse die in Trock nungs Impr gnier und Gefriertrock nungs Anlagen durchgef hrt werden Beim Wasserdampfentzug fl ssiger Sub stanzen oder bei deren Destillation also speziell in Entgasungskolonnen Abf ll und Gie harzanlagen sowie in Molekular destillations Anlagen ist au erdem die Erzeugung einer m glichst gro en Fl s sigkeitsoberfl che wichtig Bei allen nassen Prozessen ist die Zufuhr der zur Verdampfung der Feuchtigkeit notwen digen W rme von entscheidender Bedeutung Auf grundlegende Pumpverfahren wird in den folgenden Abs tzen eingegangen Bei speziellen Fragen sollte man sich an eine Fachabteilung von LEYBOLD wenden F r jedes Fachgebiet stehen dort Spezialisten mit langj hrigen Erfahrungen zur Verf gung Einteilung typischer Vakuumverfahren und Anlagen nach den Druckbereichen Grobvakuum 1013 mbar 1 mbar Trocknung Destillation Stahlentgasung Ultrahochvakuum Hochvakuum Feinvakuum Grobvakuum Massenspektrometer Molekularstrahlapparaturen lonenquellen Teilchenbeschleuniger Elektronenmikroskop Elektronenbeugungsapparate Vakuumspektrographen Tieftemperaturforschung Herstellung d nner Schichten Oberfl chenphysik Plasma
335. en Proze n tigen Ansaugdruck zu kennen e die Saugleistung der HV Pumpe als Funktion des Ansaugdruckes zu kennen Die von einer Hochvakuumpumpe abge saugte Gas bzw Dampfmenge mu auch von der Vorvakuumpumpe gef rdert wer den Dabei darf der f r den Betrieb der Hochvakuumpumpe Diffusionspumpe Turbo Molekularpumpe maximal zul ssi ge Vorvakuumdruck keinesfalls auch nicht kurzzeitig berschritten werden Ist Q die Gas oder Dampfmenge die von der Hoch vakuumpumpe mit einem effektiven Saug verm gen 5 bei einem Ansaugdruck abgepumpt wird so mu diese Gasmenge beim Vorvakuumdruck p von der Vor pumpe mit einem Saugverm gen S sicher abgef hrt werden F r die effektive Durch flu leistung Q gilt somit die Kontinuit ts gleichung Q Dh Bea Py Sy 5 11 Das erforderliche Saugverm gen der Vor vakuumpumpe berechnet sich daraus zu 5 11 Beispiel Bei einer Diffusionspumpe mit einem Saugverm gen von 400 s betra ge das effektive Saugverm gen bei Ver wendung einer Schalendampfsperre 50 des katalogm igen Saugverm gens Der maximal zul ssige Vorvakuumdruck die Vorvakuumbest ndigkeit sei 2 10 1 mbar Das mindestens erforderliche Saugverm gen der Vorpumpe h ngt gem Gleichung 5 11a vom Ansaugdruck p ab Pumpen Auswahl Dimensionierung
336. en Sp lgas Abb 2 20 Schematische Darstellung des Funktionsprinzipes Mechanische Vakuumpumpen 1 Pumpen mit innerer Verdichtung mehrstufig f r die Halbleiterindustrie DRYVAC Reihe und 2 Pumpen ohne innere Verdichtung zweistufig f r die Chemie Abb 2 22 und 2 23 sollen den Unterschied im Konzept veranschaulichen Dargestellt ist der Verlauf des Druckes als Funktion des Sch pfraumvolumens im p Diagramm Abb 2 22 zeigt den polytropen Verdich tungsverlauf in Pumpen mit innerer Ver dichtung Der Druckanstieg erfolgt bis zum ffnungspunkt des Auspuffschlitzes Ist zu diesem Zeitpunkt der Auspuffgegendruck noch nicht erreicht erfolgt aufgrund der vorliegenden Druckdifferenz eine schlag artige Bel ftung des Verdichtungsraumes durch hei es Auspuffgas Bei weiterer Ver kleinerung des Volumens wird das dann unter Auspuffdruck stehende Gas aus geschoben Die bei der Verdichtung ver richtete Kompressionsarbeit ist als Fl che unter der py Kurve 1 2 3 4 dargestellt Diese Kompessionsarbeit wird nahezu voll st ndig in W rme umgesetzt In trocken verdichtenden Vakuumpumpen kann diese W rme aufgrund der geringen Gasdichte nur schlecht an die gek hlten Geh use w nde abgegeben werden was zu hohen Gastemperaturen innerhalb der Pumpe f hrt Erfahrungen mit Klauenvakuumpum pen zeigen da die h chsten Temperaturen an den Rotoren auftreten Abb 2 23 zeigt das Prinzip der isochoren Ver
337. en Weg der Grob und der Haltepumpe gehen Prozesse mit stark ver nderlichem Ablauf werden eine ver stellbare Drosselstrecke n tigenfalls auch einen regulierbaren Lufteinla erfordern An der Saugseite der Gasballastpumpe ist immer ein Wasserdampfpartialdruck vorhanden Dieser ist mindestens so gro wie der S ttigungsdampfdruck des Was sers bei der Temperatur des K hlmittels Dieser ideale Fall ist praktisch nur mit einem sehr gro en Kondensator zu ver wirklichen Im Hinblick auf die Praxis lassen sich aus dem Gesagten grunds tzliche Regeln f r die beiden folgenden F lle herleiten 1 Abpumpen von Permanentgasen mit Anteilen von Wasserdampf Hier erfolgt die Dimensionierung der Kombination Konden sator Gasballastpumpe auf Grund der ab zupumpenden Permanentgasmenge Der Kondensator hat lediglich die Aufgabe den Wasserdampfdruck vor dem Saugstutzen der Gasballastpumpe auf einen Wert unter 32 halb der Wasserdampfvertr glichkeit her abzusetzen 2 Abpumpen von Wasserdampf mit An teilen von Permanentgasen Hier ist um eine hohe Effektivit t des Kondensators zu erreichen ein m glichst kleiner Partial druck der Permanentgase im Kondensator anzustreben Selbst wenn der Wasser dampfpartialdruck am Kondensator gr er sein sollte als die Wasserdampfvertr glich keit der Gasballastpumpe so ist selbst eine relativ kleine Gasballastpumpe im allgemei nen gro genug um auch bei der dann er forderliche
338. en beginnt s Abb 2 38b Diese Art der inneren Verdichtung ist in der DuraDry realisiert siehe Abb 2 39 Effizienter ist es die Steigung oder die Ge windetiefe im Rotor von der Eintritts zur Austrittsseite hin zu reduzieren und so das Kammervolumen bereits bei niedrigen Dr cken zu verringern s Abb 2 38c und 2 40 Auf diese Weise kann die Lei stungsaufnahme der Schraubenpumpe auf das Niveau von Drehschieberpumpen ge bracht werden siehe Abb 2 45 Die Her stellung der Rotoren wird in diesem Fall jedoch deutlich aufwendiger Das gilt so wohl f r die kontinuierliche Geometriever nderung der Gewinde als auch f r Roto ren bei denen separat gefertigte Gewin deteile mit verschiedenen Kammervolu mina zusammen montiert werden Gastransport Gastransport JC TAN Gastransport Abb 2 41 Lagerungskonzepte von Schraubenvakuumpumpen 41 Mechanische Vakuumpumpen Motor und Getriebegeh use Ansaugflansch lpumpe Sch pfraumgeh use Mer Zosen SP 620_ Line L ftergeh use Austrittsflansch Abb 2 42 ScrewLine SP630 ohne Verkleidung Bauformen F r Schraubenvakuumpumpen hat sich noch keine Bauform endg ltig durchge setzt Nach dem Stand der Technik liegen die Rotordrehzahlen heute etwa zwischen 3000 und 10000 UpM Bei den nied
339. en vakuumtechnisch fast nur noch Refrigerator Kryopumpen verwen det K lte aus der Steckdose Sie funk tionieren grunds tzlich hnlich wie ein Haushaltsk hlschrank wobei als thermo dynamische Kreisprozesse mit Helium als K ltemittel der e Gifford McMahon Proze e Stirling Proze e Brayton Proze e Claude Proze in Frage kommen Der Gifford McMahon Proze ist der heute am weitesten verbrei tete und technisch am weitesten ent wickelte Proze Er bietet die M glichkeit die gro e Kompressoreinheit von der Ent spannungseinheit in der die K lte erzeugt wird r umlich zu trennen So kann eine kompakte und vibrationsarme K ltequelle gebildet werdet Die von LEYBOLD serien m ig hergestellten Kryopumpen arbeiten mit 2 stufigen Kaltk pfen nach dem Gifford McMahon Proze der anschlie Bend n her besprochen wird Den Gesamt Umfang einer Refrigerator Kryopumpe zeigt Abb 4 7 Die Kompres soreinheit 1 ist mittels flexibler Drucklei tungen 2 mit der Kryopumpe 3 verbun den ist Die Kryopumpe selbst besteht aus dem Pumpengeh use und dem darin ange brachten Kaltkopf Als K ltemittel wird Helium verwendet das mit Hilfe des Kom pressors im geschlossenen Kreislauf zirku liert 4 2 2 Kaltkopf und dessen Arbeits weise s Abb 4 8 Im Kaltkopf wird ein Zylinder durch einen Verdr ngerkolben Displacer in zwei Ar beitsr ume V und V geteilt Im Betrieb ist der rechte V warm und der linke
340. ende Lagerung der Rotoren wie sie in der ScrewLine SP630 von LEYBOLD s Abb 2 41 und 2 42 verwirklicht wurde Ein Vorteil dieser Anordnung besonders f r Anwendungen mit hohem Schmutzanfall ist da der Sch pfraum ohne Lagerde montage zug nglich wird Diese Bauform kann nur durch eine besonders steife Kon struktion realisiert werden was die Ro bustheit der Pumpe weiter erh ht Kenn zeichnend f r die ScrewLine SP630 sind die fliegend gelagerten Schraubenrotoren Wellendichtungen sind bei dieser Kon struktion nur auf der Gasaustrittsseite der Rotoren n tig Durch die geringe Druck differenz zwischen Auspuff und Getriebe lassen sich einfache und betriebssichere Dichtungen verwenden 2 2 2 1 Schraubenvakuumpumpen ScreuLine f r industrielle Anwendungen In vielen industriellen Vakuumanwendun gen z B Oberfl chenbeschichtung Me tallurgie Vakuumverpackung Trock nungsprozesse usw sind lgedichtete Vorvakuumpumpen Stand der Technik Die bisher vorwiegend eingesetzten Dreh und Sperrschieberpumpen zeichnen sich durch geringe Investitions und Energiekosten sowie durch breitgestreute Erfahrungen in ihrer Anwendung aus Der Trend zu trockenverdichtenden L sungen wird in diesen M rkten vor allem von dem Wunsch nach Wegfall des ls als Be triebsmittel getrieben Dadurch k nnen die Kosten f r Wartung l lfilter lentsor gung und Anlagenstillstand die bei meh reren erforderlichen lwechseln im Jahr e
341. ender konzentrisch zum Pumpengeh use rotierender Fl ssigkeits ring der an der engsten Stelle zwischen Laufradachse und Geh usewand die Lauf radkammern voll ausf llt und sich mit fort schreitender Drehung wieder aus den Kam mern zur ckzieht Durch die Leerung der Kammern wird das Gas angesaugt durch die anschlie ende F llung erfolgt die Ver dichtung Die jeweiligen Grenzen des An saug bzw Ausschubvorganges werden durch die Geometrie der ffnungen in den Steuerscheiben bestimmt Zus tzlich zur Verdichtungsarbeit ber nimmt die Betriebsfl ssigkeit noch drei weitere wichtige Aufgaben 1 Abf hren der Verdichtungsw rme 2 Aufnahme von Fl ssigkeiten und D mpfen Kondensat und 3 die Abdichtung zwischen Laufrad und Geh use 2 1 2 lgedichtete Rotationsver dr nger Vakuumpumpen Unter einer Rotationsverdr nger Vakuum pumpe versteht man allgemein eine Vaku umpumpe die das zu f rdernde Gas mit Hilfe von Kolben Rotoren Schiebern Ven tilen u a ansaugt eventuell verdichtet und dann ausst t Der Pumpvorgang kommt durch eine Drehbewegung des Kolbens im Innern der Pumpe zustande Man unter scheidet l berlagerte und trockenlaufende Verdr ngerpumpen Durch l berlagerung der bewegten Teile lassen sich in einer Stufe hohe Kompressionsverh ltnisse bis etwa 105 erzielen Bei fehlender l berlage rung ist die innere Undichtheit erheblich gr er und die erreichbare Kompression entsprechend ge
342. enschaften von Kolbenpumpen und Drehschieberpumpen mu bei der Be urteilung der geometrischen Abmessun gen bei der Drehschieberpumpe realisti scherweise zumindest ein Auspuffilter ber cksichtigt werden Einen derartigen Gr envergleich zeigt Abb 2 74 Das Pumpprinzip selbst bietet aber eine Reihe von Vorteilen gegen ber Drehschieber pumpen absolut kohlenwasserstofffreies Vakuum und geringe Partikelemission robust und zuverl ssig geringer Wartungs und Serviceaufwand niedrige Betriebskosten niedrige Leistungsaufnahme und keine weiteren Betriebsmittel Der prinzipbedingte Nachteil eines etwas h heren Schwingungsniveaus f r Kolben pumpen kann durch ein Entkopplungsset Abb 2 75 ausgeglichen werden welches das Schwingungsniveau an den Schnitt stellen zur Umgebung Pumpenfu und Saugstutzen deutlich niedriger als bei Drehschieberpumpen werden l t Anwendungsgrenzen Da bei hohen Ansaugdr cken die Tempe ratur stark ansteigt ist der max Ansaug druck f r Dauerbetrieb bei 100 mbar limi tiert wie in Abb 2 76 dargestellt Kurzzei tiger Betrieb oberhalb dieses Druckes wie z B beim Evakuieren gr erer Rezipienten spielt keine Rolle Gasballastbetrieb Eine vorhandene Gasballasteinrichtung er laubt das Abpumpen kondensierbarer D mpfe Zur applikationsangepassten Nut zung kann die Gasballastmenge in 3 Stu fen eingestellt werden Die Gasballast Abb 2 75 Schwingungsentk
343. ent fernt Dabei verstehen wir unter Gas Mate rie in gasf rmigem Zustand die bei der Be triebstemperatur nicht kondensierbar ist Dampf ist ebenfalls Materie in gasf rmigem Zustand die aber bei den herrschenden Temperaturen kondensierbar ist Ges ttig ter Dampf schlie lich ist Materie die bei der herrschenden Temperatur als Gas mit der fl ssigen Phase des gleichen Stoffes im Gleichgewicht steht Eine strenge Un terscheidung zwischen Gasen und D mp fen wird an den folgenden Textstellen nur dann gemacht wenn es zum Verst ndnis erforderlich ist Teilchenanzahldichte cm Die volumenbezogene Anzahl n der Gasteil chen ist nach der kinetischen Gastheorie 12 vom Druck p und der thermodynamischen Temperatur T abh ngig gem p n k T 1 1 Teilchenanzahldichte Boltzmann Konstante Bei einer bestimmten Temperatur ist dem nach der Druck eines Gases lediglich von der Teilchenanzahldichte nicht aber von der Gasart abh ngig Die Art eines gasf r migen Teilchens wird unter anderem durch seine Masse charakterisiert Gasdichte p kg m3 0 om Das Produkt aus Teilchenanzahldichte n und Teilchenmasse m ist die Gasdichte p p n mMm 1 2 Das ideale Gasgesetz Zwischen der Masse m eines Gasteilchens und der molaren Masse M dieses Gases besteht die Beziehung 1 3 Die Avogadro Konstante N gibt wieviel Gasteilchen in einem Mol Gas enthalten sind Dar ber hinaus ist s
344. entest mit Helium berdruck im Pr fling a H llentest mit Konzentrations messung und anschlie ender Leckratenberechnung Zur Bestimmung der Gesamtundichtheit eines Pr flings unter Helium berdruck wird dieser mit einer H lle umgeben die entweder massiv oder eine Plastikh lle sein kann Das durch Lecks austretende Pr f gas reichert sich in der H lle an so da die Helium Konzentration in der H lle ansteigt Nach einer festzusetzenden Anreiche rungszeit Standzeit wird mit einem an das Helium Lecksuchger t angeschlossenen Schn ffler die Konzentrations nderung in der H lle gemessen Nach Kalibrieren der Pr fanordnung mit einer Pr fkonzentra tion z B mit atmosph rischer Luft kann die Gesamtleckrate integrale Leckrate be rechnet werden Diese Methode erlaubt den Nachweis kleinster Gesamtundichtheiten und ist besonders f r die automatisierte In dustrie Dichtheitspr fung geeignet Durch die Akkumulation wird die Begrenzung der normalen Schn ffeltechnik zu niedrigen Leckraten hin verschoben und die Umge bungsbedingungen wie Temperatur Luft str mung und Schn ffelgeschwindigkeit verlieren an Einflu Bei Verwendung von Plastikh llen mu bei langen Anreiche rungszeiten die He Permeation durch die Plastikh lle beachtet werden b Direkte Messung der Leckrate mit dem LD massive H lle Bei Einbau des unter Helium berdruck stehenden Pr flings in eine feste Vaku umkammer die mit einem Helium Leck
345. enverdichtenden Drehkolben Vakuumpumpen geh ren die Klauenpumpen die Schraubenpumpen und die Scrollpumpen 2 2 1 Klauenpumpen Klauenpumpen k nnen mehrstufig auf gebaut sein ihre Rotoren haben die Form von Klauen Das Funktionsprinzip einer Klauenpumpe soll zun chst an einer vierstu figen Ausf hrung erkl rt werden Das Pum pengeh use hat innen im Querschnitt die Form zweier sich teilweise berschneiden der Kreiszylinder Abb 2 20 Innerhalb dieser Kreiszylinder drehen sich in jeder Pumpstufe ber hrungsfrei zwei Rotoren 1 mit ihren Klauen und den dazu passen den Aussparungen gegenl ufig um ihre senkrechten Achsen Die Rotoren werden wie bei einer W lzkolbenpumpe durch das Getriebe synchronisiert Der Abstand der Rotoren in der Geh usemitte und das Spiel zu der Geh useinnenwand ist zum Zweck der Abdichtung sehr eng beides liegt in der Gr enordnung von einigen 0 01 mm Dabei schlie en und ffnen die Rotoren periodisch die Ansaug und Auspuffschlit ze 5 und 4 Zu Beginn des Arbeitsgan ges in Stellung a ffnet der rechte Rotor gerade den Ansaugschlitz 5 In den sich nun st ndig vergr ernden Ansaugraum 3 in Stellung b str mt so lange Gas ein bis der rechte Rotor in Stellung c den An saugschlitz 5 wieder verschlie t Nach dem Durchgang der beiden Klauen durch die Mittellage wird das eingestr mte Gas jetzt im Verdichtungsraum 2 Stellung a so weit komprimiert bis der Auspuff schlitz 4 v
346. er pumpen sowie Trochoidenpumpen ver wendete Gasballsteinrichtung erlaubt es nicht nur Permanentgase sondern auch gr ere Mengen kondensierbarer D mpfe abzupumpen Wenn D mpfe angesaugt werden k nnen diese nur bis zu ihrem S t tigungsdampfdruck bei der Temperatur der Pumpe komprimiert werden bei weiterer Kompression w rden sie in der Pumpe kondensieren Die 1935 von Wolfgang Gaede entwickelte Gasballasteinrichtung verhindert eine m gliche Kondensation des Dampfes in der Pumpe durch folgende sinnvolle Ma nahme Bevor der eigentliche Kompressionsvorgang beginnt wird in den Sch pfraum eine genau dosierte Luftmen ge kurz Gasballast genannt eingelassen n mlich gerade so viel da das Kompres sionsverh ltnis in der Pumpe auf max 10 1 erniedrigt wird Nun k nnen die abgesaug ten D mpfe bevor ihr Kondensationspunkt erreicht wird zusammen mit dem Gasbal last komprimiert und aus der Pumpe aus gesto en werden Siehe Abb 2 12 und 2 13 Der Partialdruck der angesaugten D mpfe darf allerdings einen gewissen Wert nicht berschreiten er mu so nied rig sein da bei einer Kompression um den Faktor 10 die D mpfe bei der Arbeitstem peratur der Pumpe noch nicht kondensie ren k nnen Im Falle des Abpumpens von Wasserdampf wird dieser kritische Wert als Wasserdampfvertr glichkeit bezeichnet 57 vorderen Schiebers 1 2 Ansaugen 2 5 Komprimieren 3 4 Gasballasteinla 5 6 Ausf rdern Abb
347. er schwindet nennt man Vorvakuumbest n digkeit Die Vorvakuumpumpe ist so aus zuw hlen siehe Abschnitt 5 2 4 da die anfallende Gasmenge abgepumpt wird ohne da die Vorvakuumbest ndigkeit er reicht oder berschritten wird Der erreichbare Enddruck ist von der Bau art der Pumpen dem Dampfdruck des ver wendeten Treibmittels einer m glichst voll st ndigen Kondensation des Treibmittels und von der Sauberkeit des Rezipienten ab h ngig Au erdem sollte eine R ck str mung des Treibmitteldampfes in den Rezipienten durch geeignete Dampfsperren oder K hlfallen so weit wie m glich unter dr ckt werden siehe hierzu 3 1 4 Entgasung des Pumpen les Ol Diffusionspumpen ist es erforder lich das Treibmittel vor dessen R ckkehr in das Siedegef zu entgasen Beim Erhitzen des Pumpen les k nnen n mlich in der Pumpe Zersetzungsprodukte auftreten Verunreinigungen k nnen aus dem Rezi pienten in die Pumpe gelangen oder von vornherein in ihr enthalten sein Diese Be standteile des Treibmittels k nnen den mit einer Diffusionspumpe erreichbaren End druck erheblich verschlechtern wenn sie nicht vom Rezipienten ferngehalten wer den Das Treibmittel mu daher von diesen Verunreinigungen und von absorbierten Gasen befreit werden Diese Aufgabe hat die Entgasungsstrecke die das Ol bei seinem Kreislauf in der Pumpe kurz vor dem Wiedereintritt in das Siedegef durchstr mt In der Entga sungsstrecke e
348. er Abk hlung des Gases im Inneren der Pumpe durch Wandst e noch vor Errei chen der jeweiligen Pumpfl che erreicht das gemessene Saugverm gen f r diese beiden Gase nur einen Bruchteil des fl chenbezogenen theoretischen Saugver m gens Der nicht gepumpte Teil wird haupts chlich am Baffle reflektiert Au er dem ist die Adsorptionswahrscheinlichkeit f r H auf den verschiedenen Adsorbentien Gasbindende Vakuumpumpen unterschiedlich und lt 1 w hrend die Wahrscheinlichkeit der Kondensation f r Wasserdampf und N 1 ist Aus der Bemessung der Gr e der drei Fl chen Baffle Kondensationsfl che an der Au enseite der zweiten Stufe und der Sorp tionsfl che auf der Innnenseite der zweiten Stufe resultieren drei unterschiedliche Ka pazit ten oder Fassungsverm gen f r die dort pumpbaren Gase Bei der Konstruktion einer Kryopumpe wird normalerweise von einer mittleren Gaszusammensetzung Luft ausgegangen die naturgem nicht f r alle Vakuumprozesse z B Sputter Prozesse die richtige Kombination ist Siehe 4 2 6 Teilweises oder partielles Regenerieren 4 2 6 Kenngr en einer Kryopumpe Als Kenngr en einer Kryopumpe be zeichnet man in alphabetischer Reihen folge vor allem e Abk hlzeit Crossover Wert Enddruck Kapazit t K lteleistung und Nettok lteleistung Regenerierzeit Saugleistung und maximaler pV Strom Saugverm gen Standzeit Betriebsdauer Startdruck Abk hlzeit Die Ab
349. er Abnahme des Saugverm gens unterhalb 10 mbar Das erforderliche effektive Saugverm gen ist also etwa 24 5 2 1 2 Evakuieren eines Beh lters im Feinvakuum Bereich W hrend im Grobvakuum Bereich das Volumen des Vakuumbeh lters ausschlag gebend f r den zeitlichen Ablauf des Aus pumpprozesses ist spielt im Hoch und Ultrahochvakuum Bereich die Gasabgabe von den W nden die ma gebliche Rolle Im Feinvakuum Bereich wird der Aus pumpproze von beiden Gr en beein flu t Au erdem ist im Feinvakuum Bereich der speziell mit Rotations Vaku umpumpen erreichbare Enddruck nicht mehr ohne weiteres vernachl ssig bar Ist die in den Vakuumbeh lter ein str mende bzw von den W nden desor bierende Leck bzw Gasabgaberate Q in mbar s bekannt so geht die Differen 93 Pumpen Auswahl Dimensionierung tialgleichung 5 3 des Auspumpvorgan ges ber in dp _ _ Sort Pena Q dt V Die Integration dieser Gleichung f hrt zu r Zi 0 5 5 8 t amp n eff p di 0 5 Po Druck zu Beginn des Pumpprozesses Gew nschter Druck 5 7 Im Gegensatz zu Gleichung 5 3b l t sich diese Gleichung nicht in geschlossener Form nach Se aufl sen so da sich das effektive Saugverm gen bei bekannter Gasabgabe aus dem Zeit Druck Diagramm nicht ohne weiteres bestimmen l t In der Praxis w hlt man deshalb folgenden Weg um eine Pumpe mit gen gend hohem Saugverm gen zu finden
350. er als Vitilan Bei LEYBOLD VAKUUM sind die Aluminiumzentrierringe aller Flanschsysteme serienm ig mit Neopren ausger stet Vitilan Viton ver spr det etwas langsamer als Perbunan aber ist f r Helium etwas durchl ssiger als Perbunan Vitilan gilt als edlere Dich tung bei LEYBOLD VAKUUM sind die Edelstahlzentrieringe aller Flanschsysteme mit Vitilandichtungen ausger stet Neo pren ist f r Helium noch etwas weniger dicht als Vitilan EPDM ist schon sehr durchl ssig f r Helium aber best ndig f r Hydraulik und Bremsfl ssigkeit Silikon kautschuk zu guter Letzt ist besonders un dicht kann aber bis 250 C eingesetzt werden In Abb 6 5 ist f r einige g ngige Elasto merdichtungen der Verlauf der Permeation f r Helium zusammengestellt Die Mes sungen erfolgten an Nennweite 25 Dicht ringen mit 2 bar He berdruck gegen ber Vakuum wie aus der Skizze von Abb 6 5 zu ersehen ist Teflon PTFE w re wegen seiner chemischen Resistenz als Dich Flansche und Ventile 14 13 Praktikum S23P 12 07 08 Mai 1998 Permeation durch O Ringe 11 10 9 Manometer Gasanschlu zur Bombingstation 8 S E 7 Deckel NW 50 T 1 mit A
351. er beleuchtet Abb 2 48 DuraDry 105 Kurzer Gasweg Abb 2 47a Gasflu ec Abb 2 4 0 Kolbenringdichtung Abb 2 476 lgeschmiertes Lager Abb 2 47d lgek hlte Rotoren Abb 2 476 mam Abb 2 47 a e Konstruktive Merkmale der DuraDry Mit Partikeln beladenes reaktives Prozes sgas wird in der Mitte der Rotoren ange saugt und zu den beiden seitlichen Enden gepumpt Dadurch ist der Weg der Parti kel bis zum Auspuff nur die halbe Rotor l nge und die Zeit in der das reaktive Gas hei e Metallfl chen ber hrt ist nur halb so lange wie in konventionellen Schrauben pumpen Durch das zweiflutige Design heben sich die axialen Kr fte durch die Gaskompres sion in einfach gest tzten Wellenlagern gegenseitig auf Zus tzlich zu den Sp lgasanschl ssen f r das Proze gas hat die DuraDry einen Stickstoff gesp lten Kolbenringdichtungs mechanismus bei Atmosph rendruck der ohne Verschlei teile eine ausgezeichnete Abdichtung zwischen l und Vakuum be wirkt Durch die lgeschmierten Lager wird kon tinuierlich PFPE Schmiermittel gepumpt durch Me einrichtungen zu jedem Lager die richtige Menge Durch die Rotoren flie t l da hei e Stel len eliminiert und die Temperatur reguliert Dazu wird kaltes l wird durch die Welle gepumpt um die Temperatur zu regulieren Das l trifft dann erw rmt auf die wasser gek hlte Endplatte und flie t als k h
352. erdma gnetische Feld Abb 4 6 zeigt das magnetische Streufeld in der Ebene des Ansaugflansches einer lonen Zerst uberpumpe 12 270 sowie in einer dazu parallelen Ebene in einem Ab stand von 150 mm Sollen Streuionen aus dem Entladungsraum der lonenzerst uber pumpe nicht in den Vakuumbeh lter gelan gen so kann eine entsprechende Abschir mung durch ein Metallsieb auf Gegenpo tential in der Ansaug ffnung der IZ Pumpe erfolgen lonensperre Dadurch wird aller dings das Saugverm gen der lonen Zer st uberpumpe entsprechend der gew hlten Maschenweite des Metallsiebes reduziert 4 1 4 Massivgetterpumpen NEG Pumpen Die Massivgetterpumpe arbeitet mit einem nicht verdampfenden kompakten Getter material NEG non evaporable getter dessen Struktur atomar por s ist und so gro e Gasmengen aufnehmen kann Die an der Oberfl che des Gettermaterials adsor bierten Gasteilchen diffundieren rasch in das Materialinnere und machen so weite ren Gasteilchen Platz die an der Ober fl che auftreffen Die Massivgetterpumpe enth lt ein Heizelement mit dem das Get termaterial auf die je nach Art der vor zugsweise abzupumpenden Gase auf opti male Betriebstemperatur erw rmt wird Bei dar ber liegender Temperatur wird das mit Gas ges ttigte Gettermaterial regeneriert aktiviert Als Gettermaterial werden vor allem Zirkonium Aluminium Legierungen vielfach in Form von Blechstreifen ver wendet Die besonderen Eigenschaften von
353. ereich Hier ist das erforderliche effektive Saug verm gen Du einer anordnung nur abh ngig vom gew nsch ten Druck vom Volumen V des Rezipi enten und von der Auspumpzeit t Bei konstantem Saugverm gen S und unter der Voraussetzung da der mit der Pumpenanordnung erreichbare Enddruck Pena lt lt P ist ist die zeitliche Abnahme des Druckes p t in einem Rezipienten gege ben durch die Beziehung _ dp Sen 5 3 d Ausgehend von 1013 mbar zum Zeitpunkt t 0 berechnet sich das effektive Saug verm gen in Abh ngigkeit von der Aus pumpzeit t aus Gleichung 5 3 wie folgt Ia 5 3a 103P V 5 3b Tre ee GES V 1013 V 1013 S F og 5 4 F hren wir den dimensionslosen Faktor 1013 _ 1013 2 3 me in die Gleichung 5 4 ein so ist der Zu sammenhang zwischen dem effektiven Saugverm gen 5 und der Auspumpzeit t durch die Beziehung gegeben 5 4 Be CH 5 5 Das Verh ltnis VIS wird im allgemeinen als Zeitkonstante bezeichnet Demnach ist die Auspumpzeit eines Vakuumbe h lters von Atmosph rendruck bis zu einem Druck p gegeben durch 5 6 Dat mit T und 211013 Die Abh ngigkeit des Faktors vom gefor derten Druck gibt die Abb 5 5 wieder Dabei mu ber cksichtigt werden da das Saugverm gen einstufiger Dreh und Sperrschieberpumpen unterhalb 10 mbar bei Gasballastbetrieb und unterhalb 1
354. eren Drehzahlen ist vorteilhaft da ein Direkt antrieb m glich ist und viele Lagertypen eingesetzt werden k nnen Nachteilig sind die bei niederen Drehzahlen n tigen gro en und somit teuren Rotoren Bei den hohen Drehzahlen liegen die Vor teile bei kleineren Rotoren und kleineren Spaltfl chen und der damit verbundenen geringeren Leckage Letzteres f hrt zu ge ringeren Anforderungen an die Genauig keit der Rotoren Gegen hohe Drehzahlen sprechen die hohen Anforderungen an die Lager und die Dichtungen sowie an das Auswuchten der Rotoren Abb 2 41 zeigt die prinzipiellen M glich keiten zur Lagerung der Rotoren von Schraubenvakuumpumpen a Konventio nelle zweiseitige Lagerung b zweiflutige Lagerung und c fliegende Lagerung In den F llen b und c befinden sich keine Lager auf der Vakuumseite der Rotoren Die Mehrzahl der zur Zeit produzierten Pumpen weist einflutige Rotoren mit La gern und Dichtungen jeweils auf der Ein 42 tritts und Austrittsseite auf Abb 2 41a Dichtungen und Lager auf der Vakuumsei te einer Pumpe sind jedoch stets proble matisch Zum einen k nnen Schmiermit tel aus dem Lager in den Vakuumproze gelangen zum anderen gef hrden aggres sive Proze medien die Lager Diese Nach teile beseitigt die zweiflutige Lagerung der Rotoren mit dem Gaseintritt in der Rotor mitte Abb 2 41b und 2 39 bzw 2 47 Eine andere M glichkeit die saugseitige Lagerung zu umgehen ist die flieg
355. erger t erfa t und durch kurzzeitiges Offnen des Pumpventils 2 korrigiert Diese zus tzliche Kontrollfunk tion erh ht die Betriebssicherheit und er weitert die Anwendungsm glichkeiten Das Nachf hren des angestiegenen Refe renzdruckes auf den urspr nglich einge stellten Wert ist insbesondere f r gere gelte Heliumkreisl ufe interessant weil der Druckanstieg in der Referenzkammer RK des Membranreglers infolge der nicht ver meidbaren Helium Durchl ssigkeit der Reglermembran aus FPM sich durch diese Anordnung kompensieren l t Um ein Ver ndern des Referenzdruckes und damit des Proze druckes zu h heren Dr cken hin realisieren zu k nnen mu zus tzlich auch an der Proze kammer ein Gaseinla ventil angebracht werden das ber einen Differenzdruckschalter in Abb 7 33 nicht gezeichnet ge ffnet wird wenn der gew nschte h here Proze druck den augenblicklichen Proze druck um mehr als die am Differenzdruckschalter eingestellte Druckdifferenz berschreitet MR Membran regler PS Proze druck Sensor RS Referenzdruck Sensor V1 Gaseinla ventil V2 Pumpventil Gaseinla dosierventil DR Drossel Me und Schaltger t PP Proze pumpe RK Referenzkammer PK Proze kammer HP Hilfspumpe SV Internes Referenzdruck Stellventil Ewen di RS eg DR y2 ees ed e e ere ed beten gel Abb 7 33 Membranregler mit externer automatischer Referenzdruckre
356. erschiedenen H hen den Luftdruck zu messen Abb 1 2 So wurde zum ersten Mal die barometrische H hen formel berpr ft und best tigt Otto von Guericke machte eine sehr umfangreiche Reihe von Versuchen von denen der mit den Magdeburger Halbkugeln und den 16 Pferden die die Halbkugeln nicht aus einander ziehen konnten nur der spekta kul rste war und angeblich dem Kaiser auf dem Reichstag zu Regensburg vorge f hrt wurde siehe Abb 1 3 Der Durchmesser der Originalhalbkugeln war 52 cm und daher die zusammen haltende Kraft etwa 2 1 t Das 16 Pferde diese nicht auseinander ziehen konnten lag am Versuchsaufbau 1 Auf einer der beiden Seiten w re statt 8 Pferden eine dicke Eiche ein gutes Widerlager gewesen Archimedes Gebt mir einen festen Punkt im Raum und ich hebe Euch die Welt aus den Angeln 2 Alle Pferde sind auf gleiche Signale trainiert So ist das Anziehen der ersten acht Pferde f r die zweiten acht das Signal stehen zu bleiben wie beim seilziehen Otto von Guericke kannte die notwendige Kraft genau Er hat den Luftdruck auch abgewogen wie Abb 1 4 zeigt Durch den Versuch mit dem Magdeburger Halb kugeln ist es ihm jedenfalls gelungen auch die Aufmerksamkeit des Kaisers auf seine Forschungen zu lenken was seinen wei teren wissenschaftlichen Versuchen sicher f rderlich war Viel weniger bekannt aber f r die da malige Zeit sensationell war das Wasser
357. ert Hier ist DIN 28 400 Blatt 1 zu ber cksichtigen 14 4 Tabellen 14 4 1 SI Basiseinheiten Basiseinheit Einheitenzeichen Basisgr en Meter m L nge Kilogramm kg Masse Sekunde s Zeit Zeitspanne Dauer Ampere A Elektr Stromst rke Kelvin K Thermodyn Temperatur Mol mol Stoffmenge Candela cd Lichtst rke 14 4 3 Atomphysikalische Einheiten Basiseinheit Einheitenzeichen Basisgr en Atomare Masse f r Angabe von Massen m amu Teilchenmasse einheit 1 m e Masse von 12C auch amu atomic mass unit Elektronen eV Energie volt Nr 86 und Nr 87 haben quantitativ nur dann einen physikalischen Sinn wenn jeweils die Temperatur angegeben wird 3 21 Relative Atommasse Bisher mi verstehbar Atomgewicht genannt 3 22 Relative Molek lmasse Bisher mi verstehbar Molekulargewicht ge nannt 3 23 Spezifische Gaskonstante Als massenbezogene Gaskonstante des Stoffes l Ri Mt M Molare Masse Nr 74 des Stoffes i Siehe auch DIN 1345 3 24 Spezifische W rmekapazit t Auch spezifische W rme genannt Spezifische W rme Kapazit t bei konstantem Druck Spezifische W rme Kapazit t bei konstantem Volumen 3 25 Temperaturdifferenz Temperaturdifferenzen werden in K angegeben k nnen aber auch in C ausgedr ckt werden Die Bezeichnung Grad grd ist nicht mehr zul ssig 3 26 W rmemenge Die Einheiten Kalorie
358. erungen Norm Werkstoff Nr Werstoffkurzname Norm u a verwendet f r alt DIN 1725 T1 neu EN 573 3 INAA 3 0255 10 Al 99 5 w EN AW 1050A AA 1050 1 0 Ultradichtscheiben 3 0615 Al Mg Si Pb EN AW 6012 AA 6012 Blindflansche 3 0615 71 Al Mg Si Pb EN AW 6012 AA 6012 T6 3 1655 53 Al Cu Bi Pb EN AW 2011 AA2011 T352 3 2315 08 Al Mg Si 1 EN AW 6082 AA 6082 F Zentrierringe 3 2315 71 AI Mg Si 1 EN AW 6082 AA 6082 T6 Flansche 3 2315 72 Al Mg Si 1 EN AW 6063 AA 6063 T6 Zentrierringe 3 3308 AI 99 9 Mg 0 5 EN AW 5210 Ultradichtscheiben Tabelle 6 2a Aluminiumwerkstoffe Knetlegierungen Aluminium Gu legierungen Norm Werkstoff Nr Werstoffkurzname Norm u a verwendet f r alt DIN 1725 T2 neu DIN EN 17906 INAA 3 2162 05 GD Al Si 8 Cu 3 EN AC 47100 AA 380 0 3 2381 02 GK AI Si 10 Mg EN AC 43000 43001 AA 361 0 3 2381 62 GK AI Si 10 Mg wa EN AC 43000 43001 AA 361 0 3 2582 05 GD AI Si 12 EN AC 43400 160 X 3 2982 GD AI Si 12 Cu EN AC 47100 Spannringe Tabelle 6 2b Aluminiumwerkstoffe Gu legierungen 104 6 1 2 Dichtungen 6 1 2 1 Elastomerdichtungen Dichtungswerkstoffe Elastomere wie Metalle k nnen f r ihre Anwendung in der Vakuumtechnik nicht nur nach ihrer Dichtheit sondern m ssen in vielen F llen nach anderen Kriterien ausgew hlt wer den wie Best ndigkeit bei erh hten Tem peraturen und gegen bestimmte Medien Perbunan zeichnet sich durch besonders hohe Heliumdichtheit aus aber verspr det etwas schnell
359. es Rezipienten adsorbierte Dampfmolek le bestimmen ent scheidend den Druck im Rezipienten So lange sich nach einem Ausheizproze die Oberfl chen noch nicht v llig mit adsor bierten Treibmitteldampf Molek len belegt haben tr gt ihr Dampfdruck nur unwe sentlich zum Druck im Rezipienten bei So Kinetische Vakuumpumpen bald sich aber nach einer gewissen Zeit der sogenannten stay down Zeit eine zu sammenh ngende Schicht von lmolek len ausgebildet hat wird der Enddruck prak tisch durch den Dampfdruck des Treibmit tels bei der Temperatur der Rezipienten w nde bestimmt Diese stay down Zeit Haltezeit kann bei Verwendung von Tief k hl Dampfsperren viele Stunden ja sogar Tage betragen Au er als Dampf kann l auch als Fl ssig keitsfilm in den Rezipienten gelangen da l gut benetzt und daher an der Wand hoch kriecht Durch Einbau einer Kriechbarriere s Abb 3 6 aus Teflon einem Material das von l nicht benetzt wird und Ausheiztem peraturen bis zu 200 C vertr gt oder durch Einsetzen eines gek hlten Bleches in den Kriechweg kann ein Weiterkriechen des ls wirkungsvoll verhindert werden Zweck m igerweise wird die Kriechbarriere ber der oberen Dampfsperre angebracht s Abb 3 6 Hinweis Es ist zu beachten da katalogm ige Angaben ber die lr ckstr mung f r l Diffusionspumpen im Dauerbetrieb gelten Kurz nach der Inbetriebnahme einer Pumpe tritt aus der oberste
360. eschreibung von Regelvorg ngen sind in DIN 19 226 festgelegt Man unterscheidet allgemein zwischen un stetigen Regelungen z B Zweipunkt oder Dreipunktregelung mit Vorgabe eines Druckfensters in dem sich der Druck be wegen darf und stetigen Regelungen z B PID Regelung mit einem vorgegebenen Sollwert des Druckes der m glichst genau eingehalten werden soll Zum Einstellen des Druckes in einer Vakuumanlage haben wir zwei M glichkeiten erstens durch Ver ndern des Saugverm gens Drehzahl n derung der Pumpe oder Drosselung durch Schlie en eines Ventiles und zweitens durch Gaseinla ffnen eines Ventiles Daraus ergeben sich insgesamt 4 Vorge hensweisen Unstetige Druckregelung Obwohl eine stetige Regelung zweifellos das elegantere Verfahren darstellt ist in allen Vakuumbereichen vielfach eine Zwei bzw Dreipunktregelung v llig ausreichend Zur Festlegung des Druckfensters sind dazu zwei bzw drei variable druckabh n gige Schaltkontakte erforderlich Dabei ist es egal ob die Schaltkontakte in einem Me ger t mit Anzeige oder in einem nach geschalteten Ger t eingebaut sind oder ob es sich um Druckschalter ohne Anzeige handelt Abb 7 23 soll den Unterschied zwischen einer Zweipunktregelung durch Saugverm gensdrosselung einer Zwei punktregelung durch Gaseinla und einer Dreipunktregelung durch Kombination von Saugverm gensdrosselung und Gaseinla verdeutlichen Die Abbildungen 7 24 und 7 25 zeigen
361. essmedien Bei Anfall von Luft chemisch reaktiven Substanzen wie Halogenen Verunreinigungen im Gas S ured mpfe Temperaturen m glich Abpumpen von chemisch Temperaturen Abpumpen von Luft chemisch inerten chemisch inerten z B Brom 1001 z B Schwefels ure H S0 inerten Permanentgasen Permanentgasen Permanentgasen Halogenwasserstoffs uren organische S urechloride z B Edelgase z B Edelgase z B Edelgase z B Hydrogenchlorid z B Acetylchlorid Wasserdampf und Wasserstoff H Wasserstoff H Hydrogenbromid HBr CH COCI geringen Mengen Kohlendioxid CD Wasserdampf halogenierte Kohlenwasserstoffe K ltemittel R 717 Kohlenmonoxid CO Aliphate L semitteld mpfe D d Brommethan CH Br Ammoniak NH z B Methan CH Propan CH Triehlormethan CHCI Ethylen CHL Lewis S uren organische L semitteld mpfe z B Aluminiumchlorid NC Titantetrachlorid Essigs ure CH COOH Anmerkungen Unsere Katalog Enddruck Bei Anfall der 0 0 Bei Anfall der 0 0 Standzeit kann durch Keine anorganischen S uren Angaben beziehen sich Prozessmedien ist Prozessmedien ist Einsatz eines Olfilters z B HCI H S0 au er bei den DOT und Feuchtigkeit zu vermeiden Feuchtigkeit zu vermeiden verl ngert werden und Basen z B NaOH NH PFPE Pumpen auf den Standzeit kann durch Einsatz Keinen Chemischen Geeignet f r die Pumpen abpumpen Betrieb mit N62 eines lfilters verl ngert wer
362. ete nicht koh rente Sl Einheiten mit besonderen Namen und Einheitenzeichen Faktor zu Sl Einheit Name der Einheit Einheitenzeichen Tag d Stunde h Minute min Vollwinkel Grad IW Minute IW Sekunde CH 1 86 400 s 1h 3 600 s 1 min 60 s 2 x rad rad T rad grad 10 800 9 60 548 000 rad 60 Minute 214 15 Vakuumtechnisch wichtige nationale und internationale Normen und Empfehlungen Seit etwa 25 Jahren werden sowohl auf na tionaler als auch auf internationaler Ebene zahlreiche Normen und Empfehlungen er arbeitet und wo erforderlich entspre chend dem neuesten Stand der Technik berarbeitet die bei der Verwendung va kuumtechnischer Ger te Pumpen Me ger te Ventile etc und beim Zusammen bau von Vakuum Apparaturen Systemen und Anlagen zu beachten sind Dabei han delt es sich nicht nur um Festlegungen die speziell die Vakuumtechnik betreffen son dern auch um solche die dieses spezielle Teilgebiet bergreifen und damit ein schlie en z B physikalische Einheiten Vakuumtechnische Normen Formelzeichen L rmschutzbestimmungen u a Nationale Normen sind vor allem DIN Nor men insbesondere die des Fachbereiches Vakuumtechnik im DIN Normenausschu Maschinenbau Internationale Nor men und Empfehlungen werden erarbeitet und herausgegeben a von der Internationalen Standard Orga nisation ISO insbesondere vom ISO Kom
363. etze und Modellvorstellungen 1 6 2 1 Kontinuumstheorie Modellvorstellung Gas ist gie bar und str mt hnlich wie eine Fl ssigkeit Fluid Die Kontinuumstheorie und die folgende Zusammenstellung der Gasgesetze beruht auf Erfahrung und kann alle Vorg nge in Gasen in der N he des Atmosph rendruk kes erkl ren Erst als es gelang Gase durch immer bessere Vakuumpumpen so sehr zu verd nnen da die mittlere freie Wegl n ge weit ber die Gef abmessungen an stieg waren weitergehende Annahmen n tig die schlie lich zur kinetischen Gas theorie gef hrt haben Die kinetische Gas theorie gilt im gesamten Druckgebiet die Kontinuumstheorie stellt den historisch l teren Sonderfall der Gasgesetze f r atmo sph rische Bedingungen dar Zusammenstellung der wichtigsten Gas gesetze Kontinuumstheorie Gesetz von Boyle Mariotte p konst f r T konstant isotherm Gesetz von Gay Lussac Charles V W B t f r konstant isobar Gesetz von Amonton P Ppo i y t f r V konstant isochor Gesetz von Dalton Gesetz von Poisson konst adiabatisch Gesetz von Avogadro MM2 wu Allgemeine Gasgleichung p V auch Zustandsgleichung f r ideale Gase aus der Kontinuumstheorie Van der Waals Gleichung auch Zustandsgleichung f r reale Gase Pre HH b Konstante Binnendruck Kovolumen Vm molares Volumen oder Molvolum
364. etzten bei den Jahrzehnten viele Anwendungen bei industriellen Produktionsverfahren gefun den In Abb 11 1 sind einige dieser Ver fahren mit ihren typischen Arbeitsdruck bereichen zusammengestellt Da eine Diskussion aller Verfahren weit ber den Rahmen dieser Brosch re hin ausgeht beschr nken wir uns im folgen den exemplarisch auf einige Anwendungen aus dem wichtigen Bereich der Beschich tungstechnik Beschichtungsverfahren werden ange wendet um die Oberfl cheneigenschaften des beschichteten Grundmaterials des Substrats zu ver ndern Zum Beispiel lassen sich mit geeigneten Schichtsyste men auf Gl sern deren optische Eigen schaften wie Transmission oder Reflexion in einem weiten Bereich einstellen Metall schichten auf Kunststoffolien ergeben lei Beschichtungsverfahren tende Bel ge f r Wickelkondensatoren und Polymerschichten erh hen die Korrosions resistenz von Metallen Mit Vakuumbeschichtungsverfahren ist es m glich Schichten mit Dicken zwischen wenigen Nanometern und mehr als 100 um mit hoher Schichtdickengleich m igkeit und sehr guter Reproduzier barkeit der Schichteigenschaften herzu stellen Es lassen sich ebene Substrate Folien und B nder ebenso beschichten wie komplexe Formteile wobei es kaum Einschr nkungen bez glich des Substrat materials gibt So sind Metalle Legierun gen Gl ser Keramiken Kunststoffe und Papier beschichtbar Auch die Anzahl der Beschichtungsmater
365. eutenberg UHV Ganzmetallventile gro er Nennweite Vakuum Technik 21 1972 169 174 H Henning The approximate calculation of transmis sion probabilities Vacuum 28 1978 Nr 3 Seite 151 G K hn Gasstr me durch Spalte im Grobvakuum Vakuum Technik 33 1984 171 175 R Haberland und B Vogt UHV Ventil f r extrem viele Schlie zyklen Vakuum Technik 34 1985 184 185 E Tazioukow et al Theoretical and experimental investigation of rarefied gas flow in molecular pumps Vakuum in Forschung und Praxis 7 1995 53 56 A Sele Vakuum Ventile VAT Vakuum in der Praxis 1 1989 206 212 L Fikes Berechnung von Auspumpkurven mit Hilfe der Analogie von Gasstrom und elektri schem Strom Vakuum in der Praxis 4 1992 265 268 W Herz Zuverl ssige Flanschverbindung im An wendungsgebiet der Tieftemperatur und Vakuumtechnik Vakuum Technik 29 1980 67 68 16 5 Messen niedriger Dr cke C Meinke und G Reich Vermeidung von Fehlmessungen mit dem System McLeod K hlfalle Vakuum Technik 12 1963 79 82 A Readhead und J Hobson Total Pressure Measurem below 10 10 Torr with Nonmagnetic lonisation Gauge Brit J Appl Phys 16 1965 1555 1556 Meinke und G Reich Comparison of Static and Dymanic Cali bration Methods for lonisation Gauges J Vac Sci Techn 4 1967 356 359 G Reich und W Schulz Probleme bei der Verwendung von lonisa tions Vakuummetern im Druckbereich oberhalb 10 Torr
366. f oder Rheni um Kathoden unempfindlich gegen Sauer stoff und Kohlenwasserstoffe verdampft aber wegen seines hohen Dampfdruckes schon w hrend des Betriebes langsam er h ltlich 8 3 1 2 Das Quadrupol Trennsystem Hier erfolgt die Trennung der lonen nach ihrem Masse Ladung Verh ltnis Die Phy sik lehrt da die Ablenkung von der Flug bahn von elektrisch geladenen Teilchen lonen nur nach ihrem Verh ltnis von Masse zu Ladung m glich ist weil die An ziehung der Teilchen proportional zur La dung erfolgt aber das entgegengesetzt wir kende Beharrungsverm gen proportional ihrer Masse ist Das Trennsystem besteht aus vier von einander isolierten parallelen kreisrunden Metallst ben von denen je zwei gegen berliegende St be gleiches Po tential haben Abb 8 2 zeigt schematisch die Anordnung der St be und ihre Strom versorgung Das elektrische Feld im In neren des Trennsystems entsteht durch berlagerung einer Gleichspannung und einer hochfrequenten Wechselspannung 132 U V cos wt 2 y2 Radius des dem Stabsystem ein schreibbaren Zylinders Auf ein einfach geladenes achsennah flie gendes lon im Trennsystem wirken senk recht zu seiner achsenparallelen Ge schwindigkeit die Kr fte F 2 005 1 10 F _28 w t Kc Die mathematische Behandlung dieser Bewegungsgleichungen f hrt auf die Ma thieu schen Differentialgleichungen Es zeigt sich da es sta
367. f r metallische Werkstoffe in der Vakuumtechnik Hochlegierte rostfreie St hle Norm Werkstoff Werkstoffkurzname Norm u a verwendet f r DIN EN 10088 1 AISI 1 4301 5 Cr Ni 18 10 304 Flansche Rohre 1 4305 Cr Ni S 18 9 303 Zentrierringe 1 4306 X2 Cr Ni 19 11 304 L CF Flansche 1 4310 10 Cr Ni 18 8 301 1 4401 5 Cr Ni Mo 17 12 2 316 1 4404 2 Cr Ni Mo 17 12 2 3161 1 4435 2 18 14 3 3161 Rohre 1 4541 X6 Cr Ni Ti 18 10 321 1 4571 X6 Cr Ni Mo Ti 17 12 2 316 Ti Federb lge Schl uche DIN EN 10213 4 1 4552 G X5 Cr Ni Nb 19 11 KF Feingu Tabelle 6 1a Stahlwerkstoffe hochlegiert und rostfrei Niederlegierte und unlegierte St hle Norm Werkstoff Werkstoffkurzname Norm u a verwendet f r alt neu EN10027 1 DIN EN 10025 Baustahl AISI SAE 1 0037 St 37 2 S 235 JR Flansche DIN 2391 2 Pr zisionsstahlrohre 1 0308 St 35 NBE S 235 G2T Flansche 1 0308 07 St 35 S 235 G2T Flansche Rohre DIN 17210 Einsatzst hle 1 0401 15 1015 Flansche DIN EN 10083 2 Verg tungsst hle 1 0402 22 1020 Flansche DIN EN 10084 Einsatzst hle 1 1141 15 15 1017 Flansche DIN EN 10083 1 Verg tungsst hle 1 1181 35 0 35E 1035 Flansche Tabelle 6 1b Stahlwerkstoffe niederlegiert und unlegiert Aluminum Knetlegi
368. f den Beh lterw nden kann ein Gas teilchen im Hochvakuumbereich jede belie bige Richtung erlangen von einer Str mung im makroskopischen Sinn kann nicht mehr gesprochen werden Es w re wenig sinnvoll wollte man die Vakuumdruckbereiche in Abh ngigkeit von den jeweiligen geometrischen Betriebs bedingungen festlegen Die Grenzen der einzelnen Druckbereiche siehe Tabelle 9 in Abschnitt 13 sind so gew hlt worden da bei normal dimensionierten Laboranlagen im Grobvakuum die St e der Gasteilchen untereinander im Hoch und Ultrahoch vakuum dagegen die St e der Gasteilchen auf die Beh lterw nde berwiegen Im Hoch und Ultrahochvakuumbereich ist die Beschaffenheit der W nde eines Vaku umbeh lters von ausschlaggebender Be deutung denn unterhalb 10 3 mbar befin den sich durchwegs mehr Gasmolek le auf den Oberfl chen als im Gasraum selbst Nimmt man an da sich auf der Innenwand einer evakuierten Kugel von 1 Volumen eine monomolekulare adsorbierte Schicht befindet so ist das Verh ltnis der Anzahl der adsorbierten Teilchen zur Anzahl der freien Teilchen im Raum bei 1 mbar 10 bei 106 mbar 10 bei 10 11 mbar 10 Aus diesem Grund dient zur Charakterisie rung des Ultranochvakuums und zur Ab grenzung diese Bereiches gegen den Hoch vakuumbereich die Bedeckungszeit siehe Abschnitt 1 1 Die Bedeckungszeit betr gt im Hochvakuum nur Bruchteile von Sekun den im Ultrahochvakuum dagegen Minu ten
369. fe und Verbin dungstechnik Teil 1 Vakuum in der Praxis 2 1990 30 34 R Fritsch Vakuumgerechte Werkstoffe und Verbin dungstechnik Teil 2 Vakuum in der Praxis 2 1990 104 112 M M hlloff Vakuumgerechte Werkstoffe und Verbin dungstechnik Teil 3 Vakuum in der Praxis 2 1990 179 184 16 11 W rterb cher F Weber Elseviers Dictionary of High Vacuum Science and Technology Deutsch Eng lisch Franz sisch Spanisch Italienisch Russisch Elsevier Verlag 1968 Hurrle Jablonski Roth Technical Dictionary of Vacuum Physics and Vacuum Technology Deutsch Eng lisch Franz sisch Russisch Pergamon Press Verlag Oxford 1972 Literaturverzeichnis 229 Stichwortverzeichnis 17 tichwortverzeichnis A Abgeleitete koh rente und nicht koh rente SI Einheiten 214 Abpumpen von chemischen Substanzen 178 Abpumpen von Gasen trockene Prozesse 87 Abpumpen von Gasen und D mpfen 28 88 91 177 178 Abscheider 32 Absoluter Druck 11 Abstufung 49 179 Adsorptionsfallen 32 Adsorptionsisothermen 75 Adsorptionspumpen 75 181 Aggressive D mpfe 177 AGM aggresiv gas monitor 134 Aktiver Oszillator 164 ALL ex Pumpen 35 38 Allgemeine Gasgleichung Ideales Gasgesetz 12 15 Allgemeine Gaskonstante 12 15 16 185 Amonton Gesetz von 15 Analoge bertragung 120 Ankeranlage 24 Anschlu des Leckdetektors an Anlagen 157 Ansprechverhalten des Leckdetektors 158 APIEZON AP 201 205 Arbeitsbereiche vo
370. ffnung der Flansche sollte grunds tzlich nicht kleiner sein als der Querschnitt der Rohr leitungen und Bauelemente die durch sie verbunden werden Sofern keine aggres siven Gase und D mpfe abgepumpt wer den und das Vakuumsystem keinen Tem peraturen oberhalb 80 C ausgesetzt wird gen gen zum Abdichten der Flansche Runddichtringe aus Perbunan Dies ist oft f r Arbeiten im Grob Fein und auch im Hochvakuum Bereich der Fall und dar ber hinaus regelm ig um Vakuumsysteme vor der endg ltigen Montage auf Funk tionst chtigkeit zu berpr fen 6 1 1 1 Kleinflansche ISO KF Schnellverbindungen nach DIN 28 403 der Nennweiten 10 16 20 25 32 40 und 50 Die Nennweiten 10 16 25 und 40 sind Vorzugsnennweiten gem den PNEUROP und ISO Empfehlungen Tech nisches Komite 112 Die Verbindung besteht aus den Kleinflanschen mit Innen oder Au enzentrierring zur St tze des O Ringes und einem Spannring bzw 102 Schnellspannring Kleinflansche sind die am weitesten verbreitete Flanschverbin dung an Standardvakuumbauteilen siehe Abb 6 1a und 6 1b Normalerweise sind sie mit Elastomerdichtungen aus Perbu nan Neopren oder Viton gedichtet F r erh hte Anforderungen k nnen sie aber auch metallisch mit Ultardichtscheiben aus Aluminium mit Au enst tzring und be sonderem Spannring f r Ultradichtschei ben abgedichtet werden siehe Abb 6 1c und 6 1d 6 1 1 2 Klammerflansche 150 der Nennweiten 63 100
371. fgase von den Gasen beim realen Einsatz bzw in Umgebung der Pr fanordnung wird von den Lecksuchger ten gemessen Das kann z B die unterschiedliche W rmeleitung von Pr fgas und umgebender Luft sein Die heute verbreitetste Methode ist aber der Nachweis von Helium als Pr fgas Die Funktion der meisten Lecksuchger te basiert darauf da die Pr fung mit einem besonderen Pr fgas also einem anderen Medium erfolgt als das beim normalen Betrieb zum Einsatz kommende Die Leck Pr fung erfolgt beispielsweise mit Helium das mit einem Massenspektrometer nach gewiesen wird obwohl das zu pr fende Teil etwa ein Herzschrittmacher sein kann dessen Innenteile bei normalem Betrieb vor dem Eindringen von K rperfl ssigkeit gesch tzt werden m ssen Allein dieses Beispiel macht deutlich da die unter schiedlichen Flie eigenschaften von Pr f und Arbeitsmedium ber cksichtigt werden m ssen 9 5 1 Halogen Leckdetektoren 9 5 1 1 Halogen Diodenprinzip HLD4000 D Tek Gasf rmige chemische Verbindungen deren Molek le Chlor und oder Fluor ent halten wie z B die K ltemittel R22 und R134a beeinflussen die Emission von Alkali Ionen aus einer Oberfl che die mit einem Gemisch aus und 11 droxyd impr gniert wurde und durch einen externen Heizer auf eine Temperatur von etwa 800 C bis 900 C gebracht wird Die emittierten lonen fliegen zu einer Kathode Halogen Dioden Prinzip Dort wird der lonenstrom
372. forderlich D sen der Diffusionspumpe sind ver stopft Diffusionspumpe reinigen e Heizung ist zu schwach Heizleistung kontrollieren Heizplatte auf guten W r mekontakt mit dem Boden des Siede gef es berpr fen e Im Rezipienten sind Substanzen vor handen die einen h heren Dampfdruck als das verwendete Treibmittel haben Hierzu geh rt z B Quecksilber das be sonders gef hrlich ist weil die Queck silberd mpfe mit den Nichteisenmetal len der Ol Diffusionspumpe Amalgame bilden und dadurch das Erreichen ein wandfreier Vakua unm glich machen 12 3 5 Adsorptionspumpen 12 3 5 1 Verringerung der Adsorptions kapazit t Eine erhebliche Verminderung des Saug verm gens und Nichterreichen des nor malerweise erreichbaren Enddrucks trotz vorhergegangener thermischer Regenerie rung deutet darauf hin da das verwen dete Zeolith durch Fremdsubstanzen ver unreinigt ist Es ist nicht sinnvoll das ver unreinigte Zeolith durch besondere thermische Prozesse wieder brauchbar machen zu wollen Das Zeolith sollte aus gewechselt werden 12 3 5 2 Auswechseln des Molekularsiebes Vor dem Einf llen des neuen Zeoliths mu die Adsorptionspumpe mit L sungsmitteln gr ndlich ausgewaschen werden Vor In betriebnahme der mit frischem Zebolith ge f llten Adsorptionspumpe sollte ferner die Zeolithf llung mit Hilfe des zu der Pumpe 181 Betriebshinweise f r Apparaturen geh rigen Heizstabes unter Vakuum meh
373. forschung Kernfusionsapparaturen Weltraumsimulation Materialforschung Pr paration f r Elektronenmikroskopie 10 10 107 Druck mbar Abb 5 1 Druckgebiete p lt 1000 mbar physikalischer und chemischer Untersuchungsmethoden 86 Pumpen Auswahl Dimensionierung Gl hen von Metallen Schmelzen von Metallen Entgasen von Metallschmelzen Stahlentgasung Elektronenstrahlschmelzen Elektronenstrahlschwei en Aufdampfen Zerst uben von Metallen Zonenschmelzen und Kristallherstellung im Hochvakuum Molekulardestillation Entgasen von Fl ssigkeiten Sublimation Vergie en von Harzen und Lacken Trocknung von Kunststoffen Trocknung von Isolierpapieren Gefriertrocknung von Masseng tern Gefriertrocknung von Pharmazeutischen Produkten Produktion von Gl hlampen Produktion von Elektronenr hren Produktion von Gasentladungsr hren Ultrahochvakuum Hochvakuum Feinvakuum Grobvakuum 10 107 Druck mbar 10 10 10 Abb 5 2 Druckgebiete industrieller Vakuumverfahren Feinvakuum 1 10 3 mbar Molekulardestillation Getriertrocknung Impr gnieren Schmelz und Gie fen Lichtbogen fen Hochvakuum 10 3 10 7 mbar Aufdampfen Kristallziehen Massen spektrometer R hrenproduktion Elek tronenmikroskopie Elektronenstrahl anlagen Teilchenbeschleuniger Ultrahochvakuum lt 10 7 mb
374. g nstiger ist die Zweikammerbau weise Solche Pr flecks haben einen Vor ratsraum f r Fl ssigkeit von dem aus ber ein Absperrventil ein zweiter Beh lter er reicht wird der vor der Ben tzung nur mit dem Dampf Dampfdruck des K ltemittels gef llt wird Danach k nnen dort mittels eines Dampfabla ventils alle Dr cke zwi schen Dampfdruck des K ltemittels und Atmosph rendruck als Vordruck f r die Kapillare eigestellt werden Abb 9 10e Auch hier besteht bei unsachgem er Handhabung die Gefahr da Fl ssigkeit in den zweiten Beh ter eindringt und letztlich zu einer Verstopfung der Kapillare f hrt Am besten hat sich eine dritte Bauart be w hrt Hier wird ein etwas gr eres Vor ratsgef nur mit K ltemitteldampf bis knapp unterhalb des Dampfdruckes gef llt so da sich im Vorratsgef gar keine Fl ssigkeit befindet Der Druck in diesem Gef wird durch einen Druckregler auf ein niedriges Niveau geregelt Erst von diesem Niveau str mt der K ltemitteldampf durch die Kapillare bis der Druck im Vorratsge f auch auf dieses Niveu gefallen ist Durch den niedrigeren Druck vor der Ka pillare kann diese etwas dicker sein was die Verstopfungsgefahr noch weiter ver ringert Die durch geringere F llmenge ver ursachte k rzere Betriebszeit wird durch die deutlich verbesserte Betriebssicherheit mehr als ausgeglichen 9 5 2 4 Leckdetektoren mit Quadrupol MS Ecotec Il Leckdetektoren mit Quadrupol Mas
375. g im l Gasballast gleitende Nullpunktunterdr ckung Die kleinste nachweisbare Leckrate ist durch den nat rlichen Untergrund des nachzuweisenden Gases gegeben Auch bei geschlossenem Pr fanschlu des Leckde tektors gelangt jedes Gas entgegen der Pumprichtung durch den Auspuff ber die Pumpen aber durch deren Kompression entsprechend gemindert bis in das Spek trometer und wird dort nachgewiesen wenn die elektronische Mittel ausreichen Das entstehende Signal stellt die Nach weisgrenze dar Das zum Evakuieren des Massenspektrometers benutzte Hochvaku umsystem besteht blicherweise aus einer Testanschlu l Flutventil Massenspektrometer Turbo Molekularpumpe gt Dq gt lt Gasballastventil gt Ka Vorvakuumpumpe Auspuff ken Abb 9 7 Richtige Installation des Leckdetektors 152 Turbo Molekularpumpe und einer lgedich tete Drehschieberpumpe Fr her wurden an statt der Turbo Molekularpumpen Diffu sionspumpen verwendet Das Dichtungs l in den Drehschieberpumpen hat wie jede Fl ssigkeit die Eigenschaft Gase zu l sen bis ein Gleichgewicht zwischen gel stem Gas im l und Gas au erhalb des ls er reicht wird Bei warmgelaufenen Pumpen entspricht dieser Gleichgewichtszustand der Nachweisgrenze des Leckdetektors Das im l gespeicherte Helium beeinflu t also die Nachweisgrenze des Leckdetektors Pr f gas kann aber nicht nur durc
376. g sind die Abst nde zwischen Rotoren und Geh use ver engt Verschmutzte Lager Zu hoher Rei bungswiderstand e Falscher lstand Bei zu hohem l stand wird das l von den Zahnr dern erfa t und f hrt zu Reibungswider stand Bei zu niedrigem lstand f llt die Schmierung aus e Falsches l F r die Pumpe mu ein l Klasse SAE 30 verwendet werden 180 2 Leistungsaufnahme zu hoch Alle Fak toren die zu erh hter Temperatur f hren bedingen auch eine zu hohe Leistungsauf nahme Bei zu hoher Leistungsaufnahme ohne Temperaturerh hung der Pumpe liegt ein Defekt im Motor vor 3 Ver lung des Sch pfraumes M gliche Ursache e Zu hoher lstand l wird thermisch zu stark belastet Olschaum wird mitgeris sen e l mit Produkt vermischt Azeotrope Entgasung des 05 e Pumpe undicht Lufteinbruch ber die Olabla oder Nachf llschrauben f hrt zu einem starken Luftstrom und DL transport in den Sch pfraum 4 Anormale Laufger usche M gliche Ursachen Verschmutzung des Kolbens e Lager oder Getriebeschaden Anlaufen der Kolben am Geh use Bei Lager oder Getriebesch den oder bei Anlaufen der Kolben am Geh use sollte die Pumpe nur vom Hersteller repariert wer den 12 3 3 Turbo Molekularpumpen 12 3 3 1 Allgemeine Betriebshinweise Die Turbo Molekularpumpen sind trotz der relativ gro en Spalte zwischen Pumpenro tor und Stator gegen das Eindringen von Fremdk rpern durch de
377. ge einschlie lich der Leitungen und Verbindungsr ume bezeichnet b das druckabh ngige Volumen eines Gases oder Dampfes das z B durch eine Pumpe gef rdert oder durch ein Sorptions mittel sorbiert wird Volumendurchflu Volumenstrom q s m3 h cm3 s Volumendurchflu bezeichnet das Volumen des pro Zeiteinheit durch ein Leitungsele ment bei dem jeweils herrschenden Druck und der jeweils herrschenden Temperatur str menden Gases Dabei mu man sich klar machen da je nach Druck und Tem peratur die Anzahl der gef rderten Teilchen bei gleichem Volumendurchflu verschie den ist Saugverm gen S s m3 h cm s Das Saugverm gen einer Pumpe ist der Volumendurchflu durch die Ansaug ff nung der Pumpe dV 5 1 dt Ge Bleibt S w hrend des Pumpvorganges kon stant so kann man statt des Differential quotienten den Differenzenquotienten set zen AV 5 1 80 Eine Umrechnungstabelle f r die verschie denen Einheiten des Saugverm gens be findet sich in Abschnitt 13 Tabelle 6 Gasmenge pV Wert mbar Die Menge eines Gases kann man durch seine Masse oder sein Gewicht in den b lichen Masse oder Gewichtseinheiten an geben In der vakuumtechnischen Praxis ist jedoch das Produkt p V oft interessan ter als Masse oder Gewicht einer Gasmen ge Es hat die Dimension einer Energie und wird in Millibar Liter mbar angege ben Gleichung 1 7 Bei Kenntnis von Gas art
378. geinstrumente und Digitalanzeigen f r Stickstoff und f r Luft Innerhalb der Feh lergrenzen kann bei der Druckmessung von Gasen mit hnlicher molarer Masse d h also von CO oder anderen direkt abgelesen werden Korrekturkurven f r eine Reihe von Gasen sind in Abb 7 11 an gegeben Ein extremes Beispiel f r die Diskrepanz zwischen wahrem Druck D und angezeig tem Druck p bei der Druckmessung w re das Bel ften einer Vakuumanlage mit Argon aus einem Druckzylinder zur Ver meidung von Feuchtigkeit Pumpzeit Mit einem THERMOVAGC als Druckme ger t w rde man bei Erreichen von Ar Atmo sph rendruck gem Abb 7 11 eine p Anzeige von nur 40 mbar erhalten Argon w rde u U aus dem Beh lter ent weichen Deckel ffnet Glocke hebt ab F r solche und hnliche Anwendungen sind gasartunabh ngige Vakuummeter Abschnitt 7 2 oder Druckschalter Ab schnitt 7 2 2 4 zu verwenden 7 3 3 lonisations Vakuummeter lonisations Vakuummeter sind die wich tigsten Me ger te zum Messen von Gas dr cken in den Bereichen Hoch und Ul trahochvakuum Sie messen den Druck ber die druckproportionale Teilchenan zahldichte In den Me k pfen der Ger te wird das darin befindliche Gas dessen Druck gemessen werden soll mit Hilfe eines elektrischen Feldes teilweise ioni siert Die lonisation erfolgt durch Elektro nen die im elektrischen Feld beschleunigt werden und dabei gen gend Energie er reichen um bei e
379. gelung 129 Massenspektrometer Massenspektromeirische basanalyse hei niedrigen Dr cken 8 1 Allgemeines Gasanalysen bei niedrigen Dr cken sind nicht nur im spezielleren Gebiet der ei gentlichen Vakuumtechnik n tzlich wie etwa bei der Restgasanalyse einer Vaku umpumpe der Dichtheitspr fung einer Flanschverbindung oder von Versorgungs leitungen im Vakuum Druckluft Wasser sondern auch in dem weiten Feld vakuum technischer Anwendungen und Verfahren Als Beispiel sei hier die Proze gasanalyse bei der Herstellung d nner Schichten ge nannt Die zur qualitativen und oder quan titativen Gasanalyse verwendeten Ger te sind speziell entwickelte Massenspektro meter mit sehr kleinen Abmessungen die wie jedes andere Vakuummeter unmittel bar an das Vakuumsystem angeschlossen werden k nnen Hierdurch unterscheiden sich diese Me ger te von anderen Massen spektrometern wie sie beispielsweise f r die chemische Gasanalyse benutzt werden Solche Ger te eignen sich z B schlecht als Partialdruck Me ger te weil sie zu gro sind eine lange Verbindungsleitung zum Vakuumbeh lter erfordern und nicht mit diesem zusammen ausheizbar sind Auch ist der Aufwand eines analytischen Mas senspektrometers unn tig gro weil zur Partialdruckmessung u a geringere Anfor derungen an das Aufl sungsverm gen ge stellt werden Unter dem Begriff Partiald ruck wird der Teildruck verstanden den eine bestimmte Gasart eines Gasgemisc
380. gem nach der jeweils zu erf llen den Aufgabe z B Dichtheitspr fung von Autofelgen aus Aluminium oder Dichtheit spr fung von Metallf ssern wobei nach M glichkeit serienm ig hergestellte stan dardisierte Baugruppen verwendet werden Die zu pr fenden Teile werden ber ein F rdersystem der Dichtheits Pr fanlage zugef hrt H llentest mit fester H lle und berdruck 9 7 3 1 b oder Unterdruck 9 7 3 2 b im Pr fling dort einzeln nach der integralen Methode gepr ft und auto matisch abgef hrt Als undicht erkannte Pr flinge werden seitlich ausgliedert Die Vorteile der He Pr fmethode vom in dustriellen Standpunkt gesehen lassen sich wie folgt zusammenfassen Die mit diesem Verfahren nachweisba ren Grenzleckraten gehen weit ber die praktischen Anforderungen hinaus Der integrale Lecktest also die sum mierte Leckrate aller Einzellecks erlaubt auch den Nachweis mikrofeiner und schwammartig verteilter Lecks die in ihrer Summe zu hnlichen Leckverlusten f hren wie ein gr eres Einzelleck e Pr fverfahren und Pr fablauf sind voll automatisierbar Durch die taktm ige automatisch ab laufende Pr fsystemkontrolle Eigen berwachung des Ger tes ist eine hohe Pr fsicherheit gew hrleistet e Helium ist ungiftig und ungef hrlich es sind keine MAK Werte zu beachten Die Pr fung kann mit Ergebnis und Pa rametern leicht durch Drucker doku mentiert werden Der Einsatz
381. gemessen und verst rkt Die ser Effekt ist so gro da Halogen Partial dr cke von 10 mbar noch nachgewiesen werden k nnen W hrend fr her solche Ger te zur Lecksu che nach der Vakuummethode verwendet wurden werden heute wegen den FCKW Problematik nur mehr Schn ffelger te ge baut Die erreichbare Nachweisgrenze liegt f r alle Ger te etwa bei 1 10 mbar s Nach dem Halogendiodenprinzip arbeiten de Ger te k nnen auch SF nachweisen Mit diesen Sch ffelger ten wird also nach gewiesen ob aus einem K lteaggregat durch Lecks K ltemittel oder aus einem Schal terkasten SF Funkenl schgas entweicht 9 5 1 2 Infrarotprinzip HLD5000 Im HLD5000 wird die physikalische Ei genschaft von Molek len ausgenutzt In frarotstrahlung absorbieren zu k nnen Das durch die Schn ffelleitung angesaug te Testgas durchstr mt eine K vette durch die infrarotes Licht gesendet wird Aus die sem wird ein engeres Band ausgefiltert in dem infrarot aktive Messgase K ltemittel Absorptionslinien haben Das durch die unterschiedliche Absorption der verschie denen K ltemittel modifizierte Infrarotsig nal wird von einem Sensor erfa t verar beitet und zur Anzeige gebracht Die Nach weisgrenze liegt bei 5 105 mbar s Durch eine st ndige Referenzgasmessung der Umgebungsluft wird die Untergrund konzentration des Me gases oder st ren der anderer Gase bei der Me wertbildung automatisch ber cksichtigt und ausgeg
382. gen der Schichtdicken messung mit Schwingquarzen 161 Die Form der Schwingquarzkristalle 162 Die Periodenmessung 163 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 10 10 11 11 1 11 2 11 2 1 11 2 2 11 2 3 11 2 4 11 3 1 11 3 2 11 3 3 11 3 4 11 3 5 12 12 3 1 Inhaltsverzeichnis Die Z Match Technik 163 Der aktive Oszillator 164 Der Mode Lock Oszillator 165 Auto Z Match Technik 165 Schichtdickenregelung 166 INFICON Ger tevarianten 168 Anwendungen der Vakuum technik f r Beschich tungsverfahren Vakuumbeschichtungstechnik 169 Beschichtungsquellen 169 Thermische Verdampfer Schiffchen etc 169 Elektronenstrahlverdampfer Elektronenkanonen 170 Kathodenzerst ubung Sputtern 170 Chemische Dampfabscheidung CND 171 Vakuumbeschichtungs verfahren Anlagentypen 171 Teilebeschichtung 171 Bandbeschichtung 171 Optische Schichten 173 Glasbeschichtung 173 Anlagen f r die Herstellung von Datenspeichern 174 Betriebshinweise f r Vakuum Apparaturen 176 Fehlerursachen bei Nicht Erreichen oder zu sp tem Erreichen des gew nschten Enddruckes Verschmutzung von Vakuumbe h ltern und ihre Beseitigung 176 Allgemeine Hinweise f r Vakuumpumpen lgedichtete Rotationsverdr n gerpumpen Drehschieberpumpen 176 und Sperrschieberpumpen 1
383. gen f r TRIVAC Pumpen zu verschiedenen Einsatzgebieten 190 Tabellen Formeln Diagramme ANDEROL RCF E96N 5 Polycarbons ureester ANDEROL RCF E68N 5 Polycarbons ureester NC 10 Alkylsulfons ureester DOT 4 Bremsfl ssigkeit NC 1 14 Perfluorierter Polyether PFPE Anwendungen in der K lte Klima Technik F r K ltemittel HFKW z B R134a H FCKW z B R123 FKW z B R218 FCKW z B R12 und KW z B R600a Anwendungen in der K lte Klima Technik F r K ltemittel HFKW z B R134a H FCKW z B R123 FKW z B R218 FCKW z B R12 und KW z B R600a Bei Anfall von Prozessmedien die zur Polymerisation neigen z B Styrol CH Butadien C H Bef llung von Bremsfl ssigkeitskreisl ufen in der Automobilindustrie Beim Anfall von starken Oxidationsmitteln wie Sauerstoff O Ozon D Stickoxide NOX und Schwefeloxide GU 502 sowie reaktiver Substanzen wie Halogene z B Fluor F Chlor 0 Halogenwasserstoffe z B Hydrogenchlorid HCI Hydrogenbromid HBr Uranhexafluorid UF und bedingt Lewis S uren z B Bortrichlorid DC Nur in f r RCF E96N modifizierten Pumpen verwenden Eine Vermischung mit einem anderen Oltyp ist strikt zu vermeiden Keine anorganischen S uren z B HCI 50 abpumpen Nur in f r RGF E68N modifizierten Pumpen verwenden Eine Vermischung mit einem anderen Oltyp ist strikt zu vermeiden Keine anorganischen S uren z B HCI H SO abpumpen
384. ger Vakuumpumpen 2 4 1 Membranpumpen Membranpumpen gewinnen in letzter Zeit unter anderem aus Umweltaspekten an Be deutung Sie sind eine Alternative zu Was serstrahlvakuumpumpen da sie kein Ab wasser produzieren Insgesamt kann eine Membranvakuumpumpe bis zu 90 Be triebskosten im Vergleich zu einer Wasser strahlpumpe einsparen Gegen ber Dreh schieberpumpen ist der Sch pfraum v llig frei von l Konstruktionsbedingt werden auch keine l berlagerten Simmerringe be n tigt Membranvakuumpumpen sind ein oder mehrstufige trockenverdichtende Va kuumpumpen es werden bis zu vierstufi ge Membranpumpen gebaut Dabei wird eine Membran mit ihrem u eren Umfang zwischen Pumpenkopf und Geh usewand eingespannt Abb 2 64 Sie wird durch ein Pleuel ber einen Exzenter oszillierend be wegt Der sich abwechselnd vergr ernde und verkleinernde Sch pf bzw Kompres sionsraum bewirkt den Pumpvorgang Die Ventile sind so angeordnet da w hrend der Vergr erung des Sch pfraumes eine Verbindung zur Ansaugleitung besteht Beim Verdichten ist der Arbeitsraum mit der Auspuffleitung verbunden Die Mem bran trennt den Getrieberaum hermetisch vom F rderraum ab so da dieser frei von l und Schmiermitteln bleibt trockene Va kuumpumpe Membran Kopfdeckel Ge h usedeckel und Ventile sind die einzigen Teile die mit dem zu pumpenden Medium in Kontakt kommen Beschichtet man die Membran mit PTFE und fertigt Ein und
385. geschaltet werden kann 3 Kostenminimierung Die VV Pumpe soll so klein und preiswert wie m glich sein HV Pumpen arbeiten als kinetisch ver dichtende Pumpen eigentlich im moleku laren Str mungsbereich wo es keine gegenseitige Behinderung von Gasteilchen gibt Der notwendige Vorvakuumdruck f r Diffusionspumpen und klassische Turbo Molekularpumpen wird bei etwa 1 101 mbar angegeben und liegt daher schon im bergangsbereich zur laminaren Str mung Knudsenstr mung Hier gibt es einerseits bereits Teilchen St e so da hier im Gegensatz zum molekularen Bereich Stauzonen im Bereich der vor vakuumseitigen Stufen gebildet werden k nnen was die ordentliche Funktion der HV Pumpe beeintr chtigt Andererseits nimmt das Saugverm gen der mechanisch verdichtenden VV Pumpen hier mit kleiner werden Dr cken stark ab Das gilt ganz be sonders f r einstufige Pumpen Abhilfe bringt oft der Einbau eines Rootsgebl ses weil dann der Sch pfraum der VV Pumpe auch bei tiefen Dr cken besser gef llt wird Die Ausbildung solcher Stauzonen im vor vakuumseitigen Teil der HV Pumpe h ngt naturgem neben der Geometrie auch von der gef rderten Gasmenge ab F r eine genaue Dimensionierung der preis wertesten VV Pumpe mit der die ben tig te Saugleistung noch sicher erbracht wird ist es daher n tig e den maximalen Gasdurchsatz der HV Pumpe also ihre Belastung durch Proze Permeation Desorption Lecks bei dem f r d
386. gesetzlichen Re gelungen durch besonders befugtes Per sonal Eichamt Bei positivem Ausgang dieser wiederkehrenden berpr fung ist eine weitere Betriebserlaubnis f r die n chste Betriebsperiode z B drei Jahre f r Au enstehende durch einen Aufkleber oder eine Plombe zu erkennen Bei nega tivem Ausgang wird das Ger t eingezogen Kalibrieren ist das Vergleichen mit einem Normal gem bestimmten gesetzlichen Regelungen durch besonders befugtes Per sonal Kalibrierstelle Das Ergebnis dieses Vorganges ist ein Kalibrierschein in dem die Abweichungen der Anzeigen von Nor mal und zu kalibrierendem Ger t festge stellt werden Kalibrierstellen f hren diese Arbeit des Ka liprierens aus Es ergibt sich dabei das Problem wie gut sind deren Normale bzw wo werden diese kalibriert Solche Nor male werden in Kalibrierstellen des Deut schen Kalibrierdienstes DKD und deren Normale bei PTB kalbriert Der Deutsche Kalibrierdienst steht unter der Leitung der Physikalisch Technischen Bundesanstalt PTB Seine Aufgabe besteht darin den Anschlu der Me und Pr feinrichtungen des industriellen Me wesens an staatliche Normen sicherzustellen Das Kalibrieren von Vakuummetern und von Testlecks im Rahmen des DKD wurde von der PTB unter anderen auch der Firma LEYBOLD bertragen Der erforderliche Kalibrier pumpstand wurde nach DIN 28 418 siehe Tab 15 1 aufgebaut von der PTB ber pr ft und abgenommen Die Normale der DK
387. getterpumpen NEG Pumpen 78 Kryopumpen 78 Arten von Kryopumpen 79 Kaltkopf und dessen Arbeitsweise 79 Die Refrigerator Kryopumpe 81 Bindung von Gasen an Kaltfl chen 81 Saugverm gen und Lage der Kaltfl chen 82 Kenngr en einer Kryopumpe 83 Die Auswahl des Pumpverfahrens und Dimensionierung der Pumpen 86 bersicht ber die gebr uch lichsten Vakuumverfahren 86 Abpumpen von Gasen trockene Prozesse 87 Abpumpen von Gasen und D mpfen nasse Prozesse 88 Trocknungsprozesse 90 Erzeugung lfreier kohlen wasserstoffreier Vakua 91 Ultrahochvakuum Arbeitstechnik 91 Dimensionierung der Vakuum anlage und Bestimmung der Pumpengr e 92 Evakuieren eines Vakuumbeh lters ohne zus tzlichen Gas oder Dampfanfall 93 Evakuieren eines Beh lters im Grobvakuumbereich 93 Evakuieren eines Beh lters im Feinvakuumbereich Evakuieren eines Beh lters im Hochvakuumbereich 94 Evakuieren eines Beh lters bei Anfall von Gasen und D mpfen 95 Pumpendimensionierung bei Trocknungsprozessen 95 Wahl der geeigneten Vorpumpe 96 Bestimmung der Vorvakuumpumpe mit Hilfe von Saugverm gens und Saugleistungskurven 97 Inhaltsverzeichnis 5 2 4 2 6 1 6 1 1 6 1 1 1 6 1 1 2 6 1 1 3 6 1 1 4 6 1 1 5 6
388. gleicher Prozesse kann das Programm statistische Berechnungen Mlit telwerte und Standardabweichungen aus f hren woraus eine Bandbreite f r g nsti gen Proze ablauf abgeleitet wird Bei ber schreiten von Grenzwerten werden Fehler meldungen ausgegeben Es k nnen aber auch die gewohnten Spektren Analog Bal ken Lecksuche f r jeden Zeitpunkt darge stellt werden Auch das Hinzuf gen von ei genen Spektren zu der vorhandenen Spek trenbibliothek und Spektren Subtraktion ist m glich 8 8 Partialdruckregelung Manche Prozesse z B reaktive Sputter prozesse erfordern m glichst konstante Auftreffraten der reagierenden Gasmo lek le auf dem Schichtuntergrund Die Auftreffrate ist die im Abschnitt 1 6 1 besprochene Fl chensto rate die unmittel bar dem Partialdruck proportional ist Der einfachste Versuch den Partialdruck einer Gaskomponente konstant zu halten ist die Durchflu regelung mittels Flow Controller hat aber den Nachteil da der Regler nicht erkennen kann ob wann und wo sich der Gasverbrauch bzw die Gaszusammenset zung im Rezipienten ndert Die weitaus bessere und effektivere M glichkeit ist die Partialdruckregelung durch ein Massen spektrometer ber Gaseinla ventile Dabei werden den signifikanten Peaks der in Frage kommenden Gasen Kan len im Massen spektrometer zugeordnet Die analogen Ausgangssignale dieser Kan le werden von entsprechenden Reglern mit Sollwerten ver glichen u
389. gleistung Null Das Kompressions verh ltnis k kann nicht direkt gemessen werden sondern wird durch Extrapolation von Daten ermittelt die bei kleinen Durch s tzen gemessen werden Da aber schon die Permeation durch Elastomer Dichtun gen einen kleinen Gasdurchsatz in diesem Sinne darstellt werden solche Messungen immer an metallisch gedichteten Pumpen gemacht 9 71 2 K Kompression ku Kompressionsverh ltnis g Geometriefaktor ber cksichtigt u den Anstellwinkel der Schaufeln M Molekulargewicht u Geschwindigkeit der Schaufeln pro portional der Rotordrehzahl 2 Stufenzahl Besonders bei Ultra Hochvakuum Anwen dungen ist das Kompressionsverh ltnis f r Wasserstoff k H von gro er Bedeutung da es einen Anhaltspunkt gibt welcher Enddruck erreicht werden kann W hrend das Saugverm gen der Turbo Molekularpumpen von den ersten Rotor und Statorstufen bestimmt wird Ansaug stufen sind die darauf folgenden Stufen f r die Kompression des Gases verant wortlich Hier gilt es das von den Ansaug stufen gef rderte Gas besonders wir kungsvoll zu verdichten Enddruck Peng mbar Nach PNEUROP Standard DIN 28400 ist der Enddruck als der Druck definiert der im Rezipienten 48 Stunden nach dem Aus heizen erreicht wird Er h ngt im wesentli chen von der verwendeten Vorvakuum pumpe und der Dichtung f r den Einla flansch ab Betriebsenddruck Der Betriebsenddruc
390. glich eine Kompression zwischen W lzkolbenpumpe und Sperrschieber pumpe erfolgt gilt auch hier die Bedingung Pp lt 0 46 p Die Forderung ist g ltig im gesamten Arbeitsbereich der Pumpenkombination also bei Totaldr cken zwischen 10 2 und 40 mbar bzw 1013 mbar bei W lz kolbenpumpen mit Umwegleitung Gebiet Hauptkondensator W lzkol benpumpe mit Umwegleitung Zwischen kondensator Gasballastpumpe Diese Kombination ist nur wirtschaftlich wenn gro e Wasserdampfmengen im Dauerbetrieb bei Ansaugdr cken oberhalb von etwa 40 mbar abzupumpen sind Der Hauptkondensator ist nach den anfallen den Dampfmengen dimensioniert Der Zwischenkondensator mu den Dampf partialdruck unter 60 mbar senken Des halb darf die Gasballastpumpe nur so gro sein da der Luftpartialdruck hinter dem Zwischenkondensator einen bestimmten Wert nicht unterschreitet Ist z B der To taldruck hinter der W lzkolbenpumpe der ja gleich dem Totaldruck hinter dem Zwi schenkondensator ist 133 mbar so mu die Gasballastpumpe die von der W lz pumpe gef rderte Luftmenge wenigstens bei einem Luftpartialdruck von 73 mbar absaugen da sie sonst mehr Wasser dampf absaugen m te als sie vertragen kann Dies ist eine fundamentale Voraus 89 Pumpen Auswahl Dimensionierung Baer Wasserdampfpartialdruck pp mbar
391. gro werden Au erdem w rde sich die Maschine durch die in diesem Fall ung nstige thermodynamische Pro Abb 2 37 F rdermechanismus einer Schraubenvakuumpumpe Mechanische Vakuumpumpen 1 T4 0 8 0 84 5 0 64 amp 0 647 a E 0 4 0 44 0 2 0 2 0 0 0 02 04 06 0 8 1 V V max a V Kammervolumen Abb 2 38 p V Diagramm von Schraubenvakuumpumpen e 7 0 02 04 06 0 8 1 V V max b 1 0 84 5 0 64 D 0 44 0 24 0 0 2 0 4 06 0 8 1 VIN max Pex Ausla druck Abb 2 39 Rotorpaar der DuraDry ze f hrung unzul ssig erw rmen Die Spalth hen liegen im kalten Zustand zwi schen 0 1 und 0 3 mm W hrend des Betriebes k nnen sie auch Werte unter 0 1 mm annehmen Den gr ten Anteil an der Spalth hen nderung hat die W rmedehnung der Bau teile Um die Bauteiltemperaturen zu be grenzen wird das Sch pfraumgeh use meistens mit Wasser gek hlt Mitunter werden auch die Rotoren selbst gek hlt Beispielsweise durch l das durch die Ro torwellen gepumpt wird und gleichzeitig die Lager und Zahnr der des Synchroni Abb 2 40 Rotorpaar mit progressivem Steigungsprofil sationsgetriebes der Pumpe schmiert siehe Abb 2 47d und 2 47e Eine weitere wichtige M glichkeit niedri ge Temperaturen in der Vakuumpumpe zu erreichen ist die innere Verdic
392. h selnd aus Metall und Oxydschichten be stehen aber die Metallschichten nicht durch Sauerstoff verunreinigt werden d r fen m ssen die einzelnen Proze stationen sowohl untereinander als auch von den Transferstationen vakuumtechnisch ge trennt werden Das Einsetzen von Ventilen zur Trennung der Proze kammern ist ung nstig weil daraus viel gr ere Anla genabmessungen resultieren Um auch die h ufigen und unerw nschten Anfahr und Abbremsvorg nge zu vermeiden erfolgt die vakuumtechnische Trennung der Pro ze kammern durch sogenannte Schlitz schleusen das sind st ndig offene Schlit ze und eine Zwischenkammer mit eigener Vakuumpumpe Abb 11 9 Die Leitwerte der Schlitzschleusen und damit der Schlit ze werden so klein wie technisch m glich gemacht so da die Glasscheiben gerade noch durch transportiert werden k nnen Das Saugverm gen der Pumpe an der Zwi schenkammer wird so gro wie m glich gemacht Damit ergibt sich in der Zwi schenkammer ein sehr viel niedrigerer Druck als in den Proze kammern so da der Gasflu von einer Proze kammer ber die Zwischenkammer in die benachbarte Proze kammer stark reduziert ist F r be sonders hohe Anforderungen kann es not wendig sein mehrere Zwischenkammern zwischen zwei Proze kammern zu setzen Als Hochvakuumpumpen werden fast aus schlie lich Turbo Molekularpumpen ein gesetzt da nur mit diesen die f r die Sput terprozesse notwendigen hohen Gasfl s
393. h use Evakuieranschlu f r En Getrieberaum Auspuffventil Bypassventil Einla ventil Entlastungsventil Abb 2 69b Innenansicht und Gasflu diagramm der EcoDry M 30 55 Mechanische Vakuumpumpen Trockene Vorvakuum Stufe 1 Stufe d Ventilfeder Einla schlitz Entlastungs ventil Reines Vakuum Einla schlitz gedichtetes Lager Trockene Dichtung i Trockenes Kurbel wellengeh use Gedichtete Lager EEE NENUSCEN gef llt mit PFPE Fett Abb 2 70 Dichtungssystem zum Sch pfraum der EcoDry M ses Vakuum ist trocken da alle Lager mit kohlenwasserstoffreien Fetten geschmiert sind und zum Kurbelwellengeh use abge dichtet sind Abb 2 70 Dieses Dich tungssystem erm glicht ein schmiermit telfreies Vakuum Eine dreistufige Kolbenpumpe oben beschriebener Bauart erreicht einen End druck von einigen 10 2 mbar je nach Netz frequenz Die Saugverm genskurven f r 15 und 30 m h Pumpen sowie Vergleich f r die EcoDry M 20 2stufige Ausf hrung der M 15 sind in Abb 2 71 dargestellt Durch die Stufung der Volumina und die Funktionsweise der Ventile liegt die Leistungsaufnahme der Ecodry auf einem 30 Ze ee em 2 i q D CNN EE e 254 Sab SE Ba a _ u 5 20
394. h den Pr fan schlu in den Leckdetektor gelangen Durch unsachgem e Installation oder unge schickte Handhabung des Pr fgases kann Pr fgas durch den Auspuff das Bel ftungs oder das Gasballastventil in das Innere des Detektors gelangen dort den Heliumpegel im l und in Elastomerdichtungen erh hen und dadurch im Massenspektrometer ein Untergrundsignal hervorrufen das deutlich ber der Nachweisgrenze liegt Bei richtiger Installation des Ger tes siehe Abb 9 7 sind Gasballastventil und Bel ftungsventil mit Frischluft verbunden und die Auspuff leitung lfilter soll zumindest aus dem Raum wo die Lecksuche stattfindet her ausgef hrt sein Ein erh hter Pr fgas Helium Unter grund kann durch ffnen des Gasballast ventiles und Einleiten von pr fgasfreiem Gas heliumfreiem Gas Frischluft wieder abgesenkt werden Das gel ste Helium wird gewisserma en herausgesp lt Da die Wirkung immer nur den augenblicklich in der Pumpenk rper befindlichen Teil des les betrifft mu der Sp lvorgang so lange fortgesetzt werden bis alles Ol aus dem lkasten der Pumpe mehrmals um gew lzt wurde Diese Zeitspanne betr gt etwa 20 30 Minuten Um dem Benutzer das laufende Beobach ten des Untergrundes abzunehmen und die Bedienung der Ger te zu vereinfachen wurde in die Bedienungsautomatik aller von LEYBOLD gelieferten Leckdetektoren Ab schnitt 9 5 2 5 die sogenannte gleitende Nullpunktunterdr ckung integrier
395. h der Einsatz eines D mpfungsk rpers der die vorhandenen Schwingungen auf ein Minimum reduziert Bei magnetisch ge lagerten Pumpen gen gt aufgrund der ge ringen Eigenvibration in den meisten F l len eine starre Ankopplung an die Vaku umapparatur Auspumpkurven Wie bereits erw hnt richtet sich das an einem Rezipienten zu installierende Saug verm gen nach den frei werdenden Gas str men den Desorptions und Permea tionsgasstr men sowie der geforderten Pumpzeit Sind diese Gasstr me bekannt so l t sich das ben tigte Saugverm gen in der Regel entsprechend Abb 3 10 mit hinreichender Genauigkeit bestimmen F r die praktische Anwendung ist es n tz lich f r verschiedene Beh ltergr en ex perimentelle Auspumpkurven zu haben Damit ist es unter Ber cksichtigung der entsprechenden speziellen Gegebenheiten leichter m glich R ckschl sse auf die Auspumpzeiten bei anderen Rezipienten zu ziehen F r eine bessere bersicht sind die dargestellten Auspumpkurven nach den Einsatzgebieten der TURBOVAC Pumpen drei Hauptgruppen untergliedert Gro e Rezipienten gt 100 Druckbereich gt 10 mbar Selbst mit kleinen Turbo Molekularpumpen lassen sich gr ere Beh lter sehr schnell auf 10 4 bis 10 5 mbar evakuieren In Abb 3 12 sind Auspumpkurven f r einen 100 Rezipienten aus Normalstahl der nicht aus geheizt wurde dargestellt TURBOVAG Pumpe und Vorpumpe wurden jeweils gleichzeitig gestartet
396. h mit dem im No mogramm ermittelten Faktor o multipliziert werden 0 1 100 100 480 10 0 20 q 8 60 Jg I J 6 40 _ 0 30 Pa da 0 40 20 d 0 50 PEN 10 0 60 0 3 ER X 5000 m 10 O il _ I 10 ee OH 0 70 0 4 8 6 _ A lt _ 6 14 0 80 _ x 1000 0 6 Ehe E D E z y _ E L E 500 4 IQ 5 0 8 es x g 5 0 90 J 2 S 0 92 H gt I 1 65 P m m Les ba 0 94 gt D E 2 a 100 L 2 3 06 fb 24 096 D 0 6 0 4 50 iia L Baal Le Bag 0 z o 04 0 98 5 5 2 J gt d 5 0 2 0 99 0 2 10 5 e KEN 1 115 Kai Ds 01 0 08 D 18 2 4 0 08 0 06 5 5 A 0 06 0 04 2 y seen 0 04 1 5 Sa 0 02 2 8 0 02 7g 21 10 0 01 0 01 Verfahren Man ermittelt bei vorgegebenem Rohrab Beispiel Eine 1 m lange Rohrleitung mit einem Innen durchmesser von 5 cm besitzt im Gebiet der Moleku larstr mung einen unkorregierten Leitwert L von etwa 17 Eis wie sich aus der entsprechenden Verbindungs geraden der I Skala mit der
397. hau feln auftreten da durch die Wechselwir kung der Wirbelstr me mit dem Magnet feld Drehmomente an den Schaufeln angreifen TURBOVAC Pumpen k nnen im Bereich eines Magnetteldes betrieben wer den wenn die magnetische Induktion ge wisse Grenzwerte nicht berschreitet Unter bestimmten Voraussetzungen sind sie auch in h heren Magnetfeldern ein setzbar wie die Versuche von BIEGER et al ber die Verwendbarkeit von TURBOVAC 72 Pumpen bei einem Fusionsexperiment einer Gro forschungsanlage zeigen Strahlenbest ndige Ausf hrung F r den Einsatz in strahlenbelasteten Zonen wird h ufig eine Strahlenbelastbarkeit bis zu einer Dosis von 103 rad verlangt TURBOVAC Pumpen sind durch Umr sten auf strahlenbest ndige Materialien f r solche Anwendungen geeignet und werden z B am Teilchenbeschleuniger beim GERN in gro er Zahl eingesetzt UF best ndige Ausf hrung Turbomole kular Pumpen k nnen bei gewissen kon struktiven nderungen zum Evakuieren von Uranhexafluorid eingesetzt werden Das aggressive UF Gas wird bei Verfahren zur Anreicherung des leichten Uranisotops U235 wie z B Gasdiffusions Gaszentrifu gen und Trennd senverfahren verwendet Aggressive Proze gase Um die Pumpen vor dem Angriff von aggressiven Proze gasen beispielsweise in Halbleiterpro zessen zu sch tzen werden Rootoren mit keramischen Beschichtungen eingesetzt Zur Vermeidung von Kondensat in den Pumpen werden sie zus tzl
398. heiten 185 Umrechnung von Saugverm genseinheiten 185 Umwegleitung W lzkolbenpumpen 51 Undichtheit 144 U Rohr Vakuummeter 112 V Vakuumbereiche Druckbereiche 16 86 87 169 186 206 207 Vakuumbeschichtungstechnik 169 Vakuumbeschichtungsverfahren 171 Vakuummessung Vakuummeter 108 ff Vakuummeterkonstante 117 Vakuummeter mit gasartabh ngiger Anzeige 113 gasartunabh ngiger Anzeige 109 234 Vakuumtechnik Beginn der 9 Vakuumpumpen bersicht 22 Vakuumregelung 125 Vakuumsteuerung 124 Vakuumtechnik bei LEYBOLD 11 Vakuumtechnische Zeitkonstante 93 158 Van der Waals Gleichung 15 Ventile 106 Venturid se 63 Verblockung Kritische Druckdifferenz 17 Verdampfer Kryopumpen 79 Verdampferpumpen 75 76 Verdr ngerpumpen 22 Verringerung der Adsorptionskapazit t 33 76 181 Verschlu ventile 107 Verschmutzung von Vakuumbeh ltern 176 Verschmutzung von Vakuummeter Me systemen 182 VISCOVAC Vakuummeter 114 Viskose Str mung 16 Vitilan Viton 105 189 Volumen 13 Volumendurchflu Volumenstrom 13 Volumensto rate 15 Volumetrischer Wirkungsgrad Rootspumpen 49 Voreinla k hlung bei Rootspumpen 51 Vorpumpe Wahl der 96 ff Vorvakuumbest ndigkeit 61 W W lzkolbenpumpen 47 W rmeleitungsvakuummeter geregelt ungeregelt 114 115 Wasserdampfkapazit t 29 Wasserdampfstrahlpumpen 65 Wasserdampfvertr glichkeit 29 Wasserringpumpen 23 Wasserstrahlpumpen 60 Wegl nge mittlere freie 14 20 184 199 Weltm
399. hen einer konstanten Temperatur werden von diesen Sensoren etwa 45 Minuten Anw rmzeit ben tigt Von beiden Typen stehen je nach Werkstoff der Membran zwei Ausf hrungen zur Verf gung 1 Sensoren mit keramischer Membran Aluminiumoxyd 2 Sensoren mit metallischer Membran Inconel Abb 7 7 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines kapazitiven Sensors mit keramischer Membrane Eine Gegen berstellung der Werkstoff eigenschaften zeigt deutliche Vorteile f r die Sensoren mit keramischer Membra nen weil beim Aluminiumoxid gegen ber dem metallischen Werkstoff der Temperaturausdehnungskoeffizient um den Faktor 2 kleiner ist die W rme ab leitung um den Faktor 2 besser ist die Oberfl che mikroskopisch ebener ist gegen ber der gewalzten Metallober fl che die Keramikmembran eine ebene Platte ist die Metallmembran wird bei der Fertigung ber einen Ring gespannt und ist daher an den R ndern nicht wirklich eben 1 Z B bei einem 1 mbar Sensor die Mem bran 100 Um und damit etwa vier mal so dick ist so da kleine Ablagerungen Verschmutzungen geringere Fehler verursachen und sto f rmiges Bel ften nicht so schnell zu bleibenden Sch den f hrt In jedem Fall empfiehlt sich sto f rmiges Bel ften der empfindlichen Sensoren durch Schutzventile zu verhindern die bei 112 einer definierten berschreitung der obe ren Me bereichsgrenze den Sensor vom Rezipienten abtrennen so
400. hes hat Die Summe der Teildr cke aller Gas arten ergibt den Totaldruck Die Gasarten unterscheiden sich im wesentlichen durch ihre molare Masse Die Analyse soll daher in erster Linie die Gasanteile innerhalb eines Systems qualitativ bez glich der mo laren Masse und quantitativ bez glich der mengenm igen Anteile der einzelnen den verschiedenen Massenzahlen zuzuschrei benden Gasarten erfassen Die gebr uchlichen Partialdruck Me ger te bestehen aus dem eigentlichen Me system Sensor und dem zu dessen Be trieb erforderlichen Bedienungsger t Der Sensor enth lt die Ionenquelle das Trenn system und den lonenf nger Die Trennung von lonen unterschiedlicher Masse und 130 Ladung erfolgt h ufig durch Ausnutzung von Resonanzerscheinungen der lonen in elektrischen und magnetischen Feldern Die Bedienungsger te waren am Anfang recht unhandlich und boten unz hlige Ma nipulationsm glichkeiten die oft nur von Physikern gehandhabt und genutzt werden konnten Mit der Einf hrung der PC s wur den die Anforderungen an die Bedie nungsger te immer gr er Zun chst wur den sie mit Rechner Schnittstellen ausge stattet sp ter versuchte man einen PC mit einer zus tzlichen Me karte f r den Betrieb des Sensors auszur sten Die heutigen Sensoren sind Transmitter die mit einer unmittelbar atmosph renseitig angebrach ten elektrischen Versorgungseinheit aus ger stet sind von der die Kommunikation ber die
401. hlenwert Bemerkung alphabetisch Zeichen und Einheit Atomare Masseneinheit m 1 6605 10 27 kg Avogadro Konstante 6 0225 1023 mol Teilchenanzahl je Mol fr her Loschmidt sche Zahl Boltzmann Konstante k 1 3805 10723 J K 13 805 10 3 dee Elektronenruhmasse m 9 1091 1031 kg Elementarladung e 1 6021 10 19 A s Molare Gaskonstante R 8 314 J mol K mbar 83 14 mol K R N k Molares Normvolumen 22 414 m3 kmol DIN 1343 fr her Molvolumen eines idealen Gases 22 414 mol bei 0 und 1013 mbar Normfallbeschleunigung On 9 8066 m s Planck Konstante h 6 6256 10 J Stefan Boltzmann Konstante o 5 669 10 Bo auch Strahlungszahl Strahlungskonstante Spezifische Elektronenladung 5 1 7588 10 a e Vakuum Lichtgeschwindigkeit 2 9979 108 m s71 Normdichte eines Gases On kg m Dichte bei 9 0 C und p 1013 mbar Normdruck D 101 325 Pa 1013 mbar DIN 1343 Nov 75 Normtemperatur Th T 273 15 K 0 DIN 1343 Nov 75 Tabelle 13 5 Wichtige Zahlenwerte Ma einheit 4 51 h 5 1 cuft min 18 51 1 3 6 1000 2 12 1m3 h 0 2778 1 277 8 0 589 1 s71 10 3 3 6 10 1 2 1 103 1 min 0 4719 1 699 471 95 1 Tabelle 13 6 Saugverm genseinheiten und ihre Umrechnung Frigen F 12 M 120 92 g Luft M 28 96 g mot LU EE mbar Cie h 20 h 0
402. hlung Staubfilter und Ausla schalld mpfer zur Verf gung Alle f r den Anschlu und die Wartung der Pumpe notwendigen Stellen sind von einer Seite zug nglich wodurch hohe Flexibilit t bei der r umlichen Installation der Pumpe gegeben ist s Abb 2 42 und 2 43 Die Wartung beschr nkt sich bei den meisten Applikationen auf eine regelm ige Kon trolle der Pumpe Sichtkontrolle lstand und den j hrlichen Wechsel von Getriebe l und lfilter Die Vakuumpumpe ScrewLine SP630 erh ht also die Verf gbarkeit einer Anlage im Vergleich mit lgedichteten Vor pumpen bei denen mitunter mehrere l wechsel pro Jahr n tig sind Nicht zuletzt dieser Vorteil macht die ScrewLine SP630 zu einer interessanten trockenverdichten den Alternative f r gro e Dreh und Sperr schieberpumpen in industriellen Applika tionen Die Schraubenvakuumpumpe ent 43 Mechanische Vakuumpumpen Motorleistung kW SP 630 SV630 SV630m GB 0 01 0 1 1 Abb 2 45 Antriebsleistung von ScrewLine SP630 und SOGEVAC SV 630 wickelt sich dank ihres einfachen Aufbaus und ihrer gezielten Weiterentwicklung 10 100 1000 Ansaugdruck mbar mehr und mehr zu einer Standardl sung f r viele Bereiche der Vakuumtechnik Abb 2 46 ScrewLine SP630 mit Rootsgebl se WAU 2001 44 2 2 2 2 Schraubenpumpen f r die Halbleite
403. hnell auf Druck nderungen reagieren Die an der Br cke anliegende Spannung ist ein Ma f r den Druck Die Me spannung wird elektronisch so korrigiert da sich eine ann hernd logarithmische Skala ber den ganzen Me bereich ergibt Geregelte W rmeleitungs Vakuummeter haben einen Anzeigebereich von 10 4 bis 1013 mbar Durch die sehr kleine Einstellzeit eignen sie sich besonders zur Steuerung und f r Druck berwachungsaufgaben siehe Ab schnitt 7 6 Die Me genauigkeit ist in den verschiedenen Druckbereichen unter schiedlich Der maximale Fehler betr gt bezogen auf den Vollausschlag des Ge r tes etwa 1 bis 2 Das entspricht im empfindlichsten Anzeigebereich also zwischen 10 2 und 1 mbar etwa 10 der Druckanzeige bevorzugter Einsatzbereich Au erhalb dieses Bereiches ist die Me un sicherheit deutlich gr er Wahrer Druck mbar Angezeigter Druck mbar pa Abb 7 11 Korrekturkurven von THERMOVAC Me ger ten f r verschiedene Gase bezogen auf Stickstoff quvalent Anzeige 115 Druckmessung Wie bei allen gasartabh ngigen Vakuum metern gelten auch bei W rmeleitungs Va kuummetern die Skalenangaben der An zei
404. hnik 19 1970 215 221 H Hamacher Experimentelle Untersuchungen an Nach k hlern von Rootspumpen Vakuumtechnik 23 1974 129 135 M Rannow lgedichtete Vakuumpumpen in der Chemie Chemie Technik Heft 7 1978 39 41 Berges et al TRIVAC B ein neues Vakuumpumpen Konzept f r universelle Anwendungen Vakuumtechnik 31 1982 168 171 H Lang Vakuumpumpen in der chemischen Indu strie W lzkolbenpumpen Vakuumtechnik 1980 72 82 F Weber Vakuumpumpen in chemischen Indu strie lgedichtete Rotationsvakuum pumpen Vakuumtechnik 1980 98 104 D Bartels Vakuumpumpen Industrie Fl ssigkeitsring Vakuumpumpen A Vakuumtechnik 1980 131 140 in der chemischen R W Adam und C Dahmlos Fl ssigkeitsring Vakuumpumpen Vakuumtechnik 1980 141 148 U Seegebrecht F rderung trockener Luft und von ges ttig tem Luft Wasserdampfgemisch mit Fl s sigkeitsring Vakuumpumpen Vakuumtechnik 1980 246 252 P Bachmann und H P Berger Sicherheitsaspekte beim Einsatz von lge dichteten Drehschiebervakuumpumpen in CVD Anwendungen Vakuumtechnik 1987 41 47 U Fussel Trockenlaufende Vakuumpumpen in der chemischen Industrie Vakuum in der Praxis 1994 85 88 L Ripper Explosionsschutz Ma nahmen an Vaku umpumpen mit zahlreichen Literaturan gaben Vakuum in der Praxis 1994 91 100 K P M ller Trockenlaufende Drehschiebervakuum pumpen in einer Vielzweck Produktions
405. hnol 8 622 1971 L Wimmer S Hertl J Hemetsberger and E Benes New method of measuring vibration am plitudes of quartz crystals Rev Sci Instruments 55 4 608 1984 J Cumpson and Seah Meas Sci Technol 1 548 1990 J G Miller and D I Bolef Sensitivity Enhancement by the use of Acoustic Resonators in cw Ultrasonic Spectroscopy J Appl Phys 39 4589 1968 227 Literaturverzeichnis J G Miller and D 1 Bolef Acoustic Wave Analysis of the Operation of Quartz Crystal Film Thickness Monitors J Appl Phys 39 5815 1968 C Lu and Lewis Investigation of Film thickness determina tion by oscillating quartz resonators with large mass load J Appl Phys 43 4385 1972 Lu Mass determination with piezoelectric quartz crystal resonators J Vac Sci Technol Vol 12 1 581 582 1975 A Wajid U S Patent Application No 505 668 March 30 1990 Hurd U S Patent Application No 443 387 May 26 1992 E Benes Improved Qartz Crystal Microbalance Technique J Appl Phys 56 3 608 626 1984 J Wilson Vibration modes of AT cut convex quartz resonators J Phys d 7 2449 1974 F Tiersten and R Smythe An analysis of contowced crystal resona tors operating in overtones of coupled thickness shear and thickness twist J Acoustic Soc Am 65 6 1455 1979 R E Bennett C Rutkoeski and L A Taylor Proceedings of the Thirteenth
406. ht geeignet Nicht geeignet Geeignet Technische Daten Viskosit t bei 40 C mm s 90 94 94 47 bei 100 C mm s 10 9 13 5 Flammpunkt C gt 255 250 265 Entf llt 3 Dampfdruck bei 20 C mbar lt 1 105 7 105 5 105 3 107 bei 100 lt 3 103 1 5 103 8 5 104 6 104 Dichte bei 15 g m 0 88 1 0 96 0 92 1 89 1 Pourpoint C lt 9 42 35 40 Mittleres Molekulargewicht g mol 550 530 Keine Angabe 2500 Bitte beachten Sie da die genannten Technischen Daten typische Kenndaten sind Geringe Schwankungen sind chargenbedingt Die hier genannten Technischen Daten stellen keine Zusicherung von Eigenschaften dar 1 bei 20 C 2 Die Schmierstoff Best ndigkeit ist stark abh ngig von der H he des Acrylnitril Gehalts im NBR 3 Achtung Bei thermischer Zersetzung gt 290 C werden toxische und korrosive Gase freigesetzt Beim Umgang mit PFPE ist offenes Feuer fernzuhalten Im Arbeitsbereich darf nicht geraucht werden 1 Eingetragenes Warenzeichen der Anderol BV Tabelle 13 16d l Empfehlungen f r W ltkolbenpumpen RUVAC zu verschiedenen Einsatzgebieten 195 Tabellen Formeln Diagramme Technische Daten Mineral le DIFFELEN Silikon le leicht normal ultra DC 704 DC 705 Dampfdruck bei 20 C mbar 2 10 2 10 4 1071 3 108 4 10 10 Molekulargewicht g mol 500 530 600 485 545 Flammpunkt KE gt 240 gt 258 gt 270 221 243 Dyn Viskosit t bei 25 C mPas 115 185 220 47 190 Kin Viskosit
407. htet um schwer kondensierbare Gase durch Kryosorption pumpen zu k nnen siehe 4 2 4 In einigen F llen werden Kryopumpen auch lediglich einstufig ausgebildet Recht verbreitet ist dabei die Benutzung von Fl s sigstickstoff zum K hlen einer 77 K Kalt fl che zur Kondensation von Wasserdampf oder ld mpfen In j ngerer Zeit haben aber auch hier Produkte Anwendung ge funden die von Refrigeratoren gek hlt werden einstufiger Gifford McMahon Kaltkopf Stirling K hler Joule Thomson Entspannung eines Gasgemischs Direkt im Rezipienten angebrachte Kryo pumpen Kaltfl chen sei es Fl ssigstick stoff gek hlt Meissnerfalle oder Maschi nen gek hlt z B PolyCold werden vor dem Bel ften warmgefahren um die enorme Kondensatbildung und W rmebe lastung bei Atmosph rendruck zu vermei den Auf diese Weise werden sie im Pro ze takt regeneriert Solche Kaltfl chen spielen unter anderem in der Halbleiter Proze technik eine Rolle In Kombination mit Turbomolekularpumpen wird eine deutliche Vergr erung des Wasserdampf saugverm gens erreicht Hochvakuumflansch Pumpen Geh use Vorvakuumflansch Sicherheitsventil f r Gasab fuhrleitung Strahlungsschutzschild Baffle 12 Kaltkopfmotor mit Geh use 8 Pumpfl chen 9 Erste Stufe des Kaltkopfes 50 80 10 Manometer f r Wasserstoff Dampfdruck Thermometer 11 Helium Gasanschl sse Pone Zweite Stufe des Kaltkopfes und elektris
408. htung Bei einer Vorvakuumpumpe wird ein gro er Teil der Verdichtungsarbeit erst beim Aus schieben gegen den Austrittsdruck also in den letzten Stufen geleistet Deshalb wird das Gasvolumen bei Maschinen mit inne rer Verdichtung bereits bei m glichst nied rigen Dr cken deutlich verringert Dadurch sinkt der Leistungsbedarf der Pumpe und es mu weniger W rme abgef hrt werden wie man aus Abb 2 38 sieht Abb 2 38 zeigt das p V Diagramm von Schraubenpumpen a ohne innere Ver dichtung b mit innerer Verdichtung gegen die Sch pfraumstirnseite und c durch Verkleinerung des Kammervolu mens entlang des Rotors Die im p V Dia gramm eingeschlossene Fl che ist jeweils proportional zur technischen Arbeit Wy die f r ein Arbeitsspiel verrichtet werden mu und damit auch zur Leistungsauf nahme der Pumpe Eine relativ einfache M glichkeit eine in nere Verdichtung zu realisieren ist die Ver dichtung gegen die zum Teil geschlossene auspuffseitige Stirnseite des Sch pfrau mes In dieser Stirnseite befindet sich nur noch ein Fenster zum Auspuff Dieses wiederum stellt die Verbindung zur letzten Kammer erst her wenn diese bereits deut lich verkleinert ist Der Vorteil dieser Kon struktion ist da Rotoren mit konstanter Profilgeometrie verwendet werden k nnen die sich relativ einfach fertigen lassen Lei der ist dabei die innere Verdichtung nur schwach ausgepr gt weil sie erst bei re lativ hohen Dr ck
409. hungen eine Absch tzung des effek tiven Z Wertes zu gewinnen F F cz Ezol 10 6 vluz A oder 7 4 Fe Ha Hier sind F und F die Frequenzen des un bedampften bzw bedampften Quarzes im 100 Modus der Grundschwingung We gen der Mehrdeutigkeit der ben tzten ma thematischen Funktionen ist der auf diese Weise errechnete Z Wert nicht immer eine positiv definierte Gr e Das hat kaum ir gendwelche Konsequenzen weil M auf an dere Weise durch die Absch tzung von Z und die Messung der Frequenzverschie bung bestimmt wird Daher werden Dicke und Rate der Beschichtung nacheinander aus dem bekannten M berechnet Man mu sich der Grenzen dieser Technik bewu t sein Da die Absch tzung von Z von Frequenzverschiebungen zweier Modi abh ngt wird jede geringf gige Verschie bung aufgrund gro er mechanischer oder thermischer Spannungen zu Fehlern f h ren Es ist unn tig zu erw hnen da unter 166 10 7 solchen Umst nden auch die Z Match Technik zu hnlichen Fehlern f hrt Trotz dem ist die automatische Z Wert Bestim mung der Z Match Technik etwas sicherer gegen das Auftreten von Fehlern weil die Amplitudenverteilung des 102 Modus ber die aktive Kristallfl che asymmetrisch und die des 100 Modus symmetrisch ist Nach unseren Erfahrungen haben schicht bedingte Spannungen den ung nstigsten Einflu auf den Kristall Dieser Effekt ist bei der Anwesenheit von Gas besonders aus gepr gt
410. i Adsorptionspum pen bei denen die Sorption von Gasen lediglich durch temperaturabh ngige Adsorptionsvorg nge erfolgt und Getter pumpen bei denen Sorption und Einbau von Gasen im wesentlichen unter Bildung chemischer Verbindungen erfolgt Unter gettern versteht man die Bindung von Gasen an reinen also nicht mit Oxid oder Karbidschichten bedeckten meist metalli schen Oberfl chen Solche Oberfl chen schichten bilden sich immer w hrend der Herstellung dem Einbau in ein Vakuum system oder w hrend der Bel ftung des Systems Die meist metallischen reinsten Getteroberfl chen werden entweder direkt im Vakuum durch Verdampfen Verdamp ferpumpen oder durch Kathodenzerst u bung sputtern Zerst uberpumpen st ndig neu hergestellt oder die passi vierende Oberfl chenschicht des Getters Metalles wird durch Ausheizen im Vakuum entfernt so da der reine Feststoff freigelegt wird Dieser Schritt wird Aktivie rung genannt NEG Pumpen NEG Non Evaporable Getter Keine der im folgenden beschriebenen Sorptionspumpen wird zur Zeit von Leybold produziert 4 1 1 Adsorptionspumpen Adsorptionspumpen s Abb 4 1 arbeiten nach dem Prinzip der physikalischen Ad sorption von Gasen an der Oberfl che von Molekularsieben oder anderen Adsorpi onsmitteln z B von aktiviertem Als Adsorptionsmittel wird h ufig Zeolith 13X verwendet Dieses Alkali Alumino Silikat besitzt eine im Verh ltnis zur Masse des Material
411. ialien ist sehr gro Neben Metall und Legierungsschichten k nnen Schichten aus vielen chemischen Verbindungen hergestellt werden Dabei k nnen sandwichartige Schichtfolgen aus unterschiedlichen Materialien in einer An lage aufgebracht werden Ein entschei dender Vorteil der Vakuumbeschich tungsverfahren gegen ber anderen Be schichtungsmethoden besteht darin da allein durch die Wahl des speziellen Ver fahrens und der Verfahrensparameter f r ein gegebenes Material bestimmte ge w nschte Schichteigenschaften wie Gef gestruktur H rte elektrische Leitf higkeit oder Brechungsindex eingestellt werden k nnen 11 2 Beschichtungsquellen Bei allen Vakuumbeschichtungsverfahren erfolgt der Schichtaufbau aus der Gas phase Der abzuscheidende Dampf kann dabei durch die physikalischen Prozesse des Verdampfens und Zerst ubens oder durch chemische Reaktionen bereitgestellt werden Man unterscheidet daher zwi schen physikalischer und chemischer Dampfabscheidung e physical vapor deposition PVD e chemical vapor deposition CVD 11 2 1 Thermische Verdampfer Schiffchen etc Zum Verdampfen wird das Material so hoch erhitzt da sich ein ausreichend hoher Dampfdruck bildet und die ge w nschte Verdampfungs bzw Kondensa tionsrate einstellt Die einfachsten Ver dampfungsquellen bestehen aus Draht wendeln oder Schiffchen aus Blech oder Gl hen von Metallen Entgasen von Metallschmelzen Elektronenstrahlschmelz
412. ibe EX PTI TE 1 Stufe 2 Stufe ffnen und Schlie en der Ventile F rderweg und F rdermechanismus in vier aufeinanderfolgenden Phasen einer Pleuelumdrehung a d Abb 2 64 Schematische Darstellung des Aufbaues einer Membran pumpenstufe Abb 2 65 Veranschaulichung der Funktionsweise einer zweistufigen Membranpumpe 53 Mechanische Vakuumpumpen Abb 2 66 4 EcoDry 15 oben und 30 liegend unten Motore mit integriertem Freguenzwandler Verdichtungsverh ltnis erzielen als das Verh ltnis von maximalen Arbeitsraum zu sch dlichem Raum Der Enddruck ein stufiger Membranvakuumpumpen liegt je nach Ausf hrung bei etwa 80 mbar bei zweistufigen Ausf hrungen werden bis zu 3 mbar erreicht z B DIVAC 4 8 VT Mehr stufige Ausf hrungen bis zu vier Kom pressionstufen sind noch wirtschaftlich realisierbar und erreichen Enddr cke bis etwa 0 5 mbar Die Enddr cke von Mem branpumpen f r Chemieanwendungen lie gen bei gleicher Ausf hrung wie oben beschrieben etwas h her z B bei der zwei stufugen DIVAC 2 2 L bei etwa 8 mbar Membranpumpen mit so niedrigem End druck eignen sich als Vorpumpen f r Turbo Molekularpumpen mit baulich inte grierter Schraubenstufe Compound oder Wide Range Turbo Mol
413. ibt W hrend also die Form der Turbine das in nere Saugverm gen festlegt wird das nach au en wirksame effektive Saugver m gen am Ansaugflansch durch den Str mungswiderstand im Kanal zwischen An saugflansch und Turbine bestimmt Ein weiterer Faktor der das Saugverm gen be einflu t ist die Drehfrequenz der Turbine Maximaler Durchsatz Maximale Saug leistung mbar s F r ein bestimmtes Gas h ngt der maxi male Durchsatz ab von a von der Rotor Stator Konstruktion b von der thermischen Belastungsgrenze der Pumpe Bei steigendem Einla druck der Turbo Molekularpumpe geht die Differenz zwi schen Einla druck und Vorvakuumdruck ebenso die Kompression letztlich gegen Null Beim maximalen Einla druck Pmax gilt folgendes e Kompression der Turbo Molekular pumpe bei Pmax 0 eQ Pmax S Pma Bei steigendem Einla druck erh ht sich die Leistungsaufnahme des Motors und damit die Pumpentemperatur Maximaler Einla druck Pmax und maximaler Durchsatz Qmax h ngen von der maximal zul ssigen Tem peratur innerhalb der Pumpe ab s H Pmax Pmax S Pmax 68 Kompression K und Kompressions Verh ltnis Unter Kompression versteht man das Verh ltnis des Vorvakuumdruckes p zum Ansaugdruck wobei der Partialdruck dieser Gasart mindestens 90 des Vor vakuumdruckes betragen mu Das Kom pressionsverh ltnis k ist die Kompression bei Sau
414. ich mit Heiz einrichtungen versehen Au erdem werden die Rotoren sehr aufwendig durch fr sen hergestellt und nicht auf die einfachere Methode des Schr nkens der Rotor fl gel Auf diese Weise werden Risse am Fu punkt der Rotorfl gel vermieden Nicht zuletzt wird bei diesen Anwendungen selbstverst ndliich Sp lgas eingesetzt gepurged 3 2 6 Messungen an Turbo Molekularmumpen Die Restgaszusammensetzung eines Vakuums bestimmt dessen Qualit t Wenn kohlenwasserstoffreies Vakuum in einem Rezipienten erzeugt werden soll m ssen die Rezipientenw nde bei gleichzeitigem Ausheizen der TURBOVAC auf 120 C auf Temperaturen von etwa 350 bis 400 C ausgeheizt werden Elastomerdichtungen wie VITON O Ringe die ebenfalls geringe Mengen an Kohlenwasserstoffen abgeben sollen deshalb f r die Erzeugung v llig kohlenwasserstoffreier Vakua nicht einge setzt werden Als Dichtungen verwendet man vorteilhaft Kupfer oder Aluminium dichtungen Abb 3 18 Restgasspektrum ber einer TURBOVAG 450 Totaldruck Piot 8 10 mbar 2 18 28 44 Abb 3 19 Restgaspektrum ber einer TURBOVAC 650 Massen gr er 44 sind nicht nachweisbar Die f r viele Anwendungsf lle sch dlichen Gase wie hochmolekulare Kohlenwasser stoffe Sauerstoff Kohlendioxid Wasser dampf und Methan sind berhaupt nicht oder nur in vernachl ssigbaren Spuren vorhanden Bei einem Totaldruck von 1 10
415. ichtheitspr fung 1994 1518 Zerst rungsfreie Pr fung Kenngr enbestimmung v massenspektrometrischen Leckdetektoren 6 98 1593 Zerst rungsfreie Pr fung Blasenpr fverfahren 11 99 217 Vakuumtechnische Normen A Europ ische Nationale Vereinbarungen EN DIN EN GEN Entw rfe DIN EN Titel Ausgabe 13184 Zerst rungsfreie Pr fung Dichtheitspr fung Druck nderungsverfahren Deutsche Fassung pr EN 13184 1998 7 98 13185 Zerst rungsfreie Pr fung Dichtheitspr fung Pr fgasverfahren Deutsche Fassung pr EN 13185 1998 7 98 13192 Zerst rungsfreie Pr fung Dichtheitspr fung Kalibrieren von Referenzlecks f r Gase Deutsche Fassung pr EN 13192 1998 7 98 13625 Zerst rungsfreie Pr fung Dichtheitspr fung Anleitung zur Auswahl von Dichtheitspr fger ten 10 99 25436 Integrale Leckpr fung des Sicherheitsbeh lters mit der Absolutdruckmethode Sicherheitstechnische Anforderungen 7 80 60068 2 17 Umweltpr fungen Teil2 Pr fung Q Dichtheit 5 95 B Internationale Vereinbarungen ISO EN ISO ISO Titel Ausgabe 1000 SI units and recommendations for the use of their multiples and of certain other units 11 92 1607 1 Positive displacement vacuum pumps Measurement of performance characteristics 12 93 Part 1 Measurement of volume rate of flow pumping speed 1607 2 Positive displacement vacuum pumps Measurement of
416. ie Me kabel Verbindungskabel zwischen Sensor und Vakuummeter Betriebsger t sind durchweg 2 m lang Sollen etwa beim Einbau in Schalttafeln l ngere Me kabel verwendet werden so ist zu untersuchen ob dadurch die Druckanzeige verf lscht werden kann Angaben ber die Verwen dungsm glichkeiten von Kabel berl n gen k nnen bei unserer Technischen Be ratung eingeholt werden 183 Tabellen Formeln Diagramme 13 Tabellen Formeln Nomogramme Diagramme Bildzeichen Einheit m 2 mbar bar Torr 1N m 1 Pa 1 1 10 2 1 105 7 5 1053 1 mbar 100 1 1 10 3 0 75 1 1 105 1 103 1 750 1 Torr 1 3 133 1 33 1 33 10 3 1 1 Das Torr ist in die Tabelle nur deshalb aufgenommen worden um den bergang von dieser allgewohnten Einheit auf die gesetzlichen Ein heiten N m mbar und bar zu erleichtern In Zukunft d rfen die Druckeinheiten Torr mm WasserS ule mm WS mm Quecksilbers u le mm Hg Vakuum technische Atmosph re at physikalische Atmosph re atm Atmosph re absolut ata Atmosph re berdruck at Atmosph re Unterdruck atu nicht mehr verwendet werden In diesem Zusammenhang sei auf DIN 1314 verwiesen 2 Die Einheit Newton durch Quadratmeter N wird auch mit Pascal Pa bezeichnet 1 N m 1 Pa Newton pro Quadratmeter oder Pascal ist die SI Einheit des Druckes von Fluiden 3 1 Torr mbar Torr 1 mbar Abk Gas cm mbar
417. ie der Proportio nalit tsfaktor zwischen Gaskonstante R und Boltzmann Konstante k 1 4 Aus den vorstehenden Gleichungen 1 1 bis 1 4 folgt unmittelbar der Zusammen hang zwischen dem Druck p und der Gas dichte p eines idealen Gases 1 5 In der Praxis wird h ufig ein bestimmtes abgeschlossenes Volumen V betrachtet in dem sich das Gas unter einem bestimmten Druck p befindet Ist m die Masse des Gases die sich in dem Volumen befindet so ist DV 1 Aus Gleichung 1 5 folgt damit unmittelbar die Allgemeine Zustandsgleichung f r idea le Gase P V zy R T v R T Hier ist der Quotient m M die Anzahl der im Volumen V befindlichen Mole v 17 F r m M 1 also f r 1 Mol gilt die ein fachere Form p V R T 1 7 Das folgende Zahlenbeispiel m ge unter Benutzung der Zahlenwerte in Abschnitt 13 Tabelle 4 den Zusammenhang zwischen Masse des Gases und Druck bei Gasen mit unterschiedlicher molarer Masse veran schaulichen In einem 10 Liter Volumen sei bei 20 C a 10 Helium b 10 Stickstoff enthalten Bei Verwendung der Gleichung 1 7 ergibt sich dann mit V 10 m 10 83 14 mbar mok T 293 K 20 C im Falle a mit M 4 g mol einatomi ges Gas _1 9 83 14 mbar mol 1 K 1 293 K _ 10 K 4 g mol 609 mbar im Falle b mit M 28 g mol zweiato miges Gas 10 K 28 g mol 87 mbar H
418. iegel keine nennenswerte De sorption des Kondensats erfolgt Pumpen seitig ist eine Prallplatte aus Kupfer ange bracht durch deren tiefe Temperatur der gr te Teil des kondensierten Treibmittels fl ssig bleibt und in die Pumpe zur cktrop fen kann Da die heute zum Betrieb von Diffusionspumpen verwendeten le bereits bei Zimmertemperatur einen sehr niedrigen Dampfdruck haben z B DIFFELEN leicht 2 10 8 mbar DC 705 4 10 10 mbar lie e sich unter der angegebenen Voraussetzung mit einer mit fl ssigem Stickstoff gek hlten Dampfsperre oder K hlfalle ein nahezu l freies Vakuum erzielen In der Praxis aller dings l t sich eine vollst ndige Unter E SS T I 2 A ch Kriechbarriere Dichtung Tragring LN K hlfalle Rezipient 1 Diffusionspumpe mit D senhutdampfsperre kontaktgek hlt 2 Schalen oder Raster dampfsperre Nona Abb 3 6 Anordnung von Dampfsperre Kriechbarriere und K hlfalle ber einer Diffusionspumpe schematisch dr ckung der lr ckstr mung nie errei chen Es gelangen n mlich immer einige Treibmittelmolek le durch Zusammenst e untereinander in den Rezipienten ohne je eine der gek hlten Fl chen der Dampfsper re oder K hlfalle getroffen zu haben Au er dem gibt es immer einige wenige leicht fl chtige Bestandteile des Treibmittels die selbst an sehr tiefgek hlten Fl chen nicht kondensiert werden k nnen Temperatur und auf den Oberfl chen d
419. ieraus ergibt sich paradox erscheinend da eine bestimmte Masse eines leichten Gases einen h heren Druck aus bt als die gleiche Masse eines schwereren Gases Be r cksichtigt man jedoch da bei gleicher Gasdichte siehe Gleichung 1 2 mehr Teil chen eines leichten Gases gro es n klei nes m vorhanden sind als beim schweren Gas kleines n gro es m so wird das Er gebnis verst ndlich weil f r die H he des Druckes bei gleicher Temperatur siehe Gleichung 1 1 nur die Teilchenanzahldich te ma gebend ist Hauptaufgabe der Vakuumtechnik ist die Teilchenanzahldichte n in einem vorgege benen Volumen V zu verringern Bei kon stanter Temperatur kommt dies immer einer Erniedrigung des Gasdruckes p gleich Es mu an dieser Stelle aber ausdr cklich dar auf hingewiesen werden da sich eine Druckerniedrigung unter Beibehaltung des Volumens nicht nur durch eine Verringe rung der Teilchenanzahldichten n sondern gem Gleichung 1 5 auch durch Ernied rigung der Temperatur T bei gleichbleiben der Gasdichte erreichen l t Dieser wichti ge Sachverhalt mu immer dann ber ck sichtigt werden wenn im Volumen V nicht berall die gleiche Temperatur herrscht In der Vakuumtechnik werden die folgen den wichtigen Begriffe h ufig benutzt Volumen V Mit Volumen wird a der rein geometrische meist vorgege bene ausrechenbare Rauminhalt eines Va kuumbeh lters oder einer ganzen Vakuum anla
420. ierter Weise Man kann leicht kontrollie ren ob D mpfe mit nicht vernachl ssigba rem Dampfdruck vorhanden sind Dies geschieht indem man bei gleichbleibendem Druck unter Anwendung der linearen Skala verschiedene H hen h in der Me kapillare einstellt und danach p gem Gleichung 7 1b berechnet Dabei mu sich wenn keine D mpfe vorhanden sind oder nur solche deren Dampfdruck bei Zimmertemperatur vernachl ssigbar gering ist wie z B Hg f r jedes h der gleiche Wert p ergeben Die Druckanzeige der Kompressions Vakuummeter l t sich aus den geometri schen Abmessungen berechnen Sie wur den daher fr her von amtlichen Kalibrier stellen als Drucknormale ben tzt siehe Gleichung 7 5 1a 7 3 Vakuummeter mit gasartab h ngiger Druckanzeige Diese Art von Vakuummetern mi t den Druck nicht direkt als fl chenbezogene Kraft sondern indirekt ber andere physi kalische Gr en die der Teilchenanzahl dichte und damit dem Druck proportional sind Zu den Vakuummetern mit gasartab mbar Torr Torr 1 _101 Obere Grenze f mbar en 10 7 lem _ 10 3 d E wert N H u Obere f r i JN er o N BR 10 10 NS Obere Grenze f oL 10 NS e d Wee D DELE E 5 hmax 100mm d ad Grenze f 10 C KC 5 5 4 1 d Fi S ei L N oa wt WE a N 3 f 5 p a N pa 10 5 N E Untere Grenze 2 _ f r a 2 Untere Grenze f
421. iffusionspumpen Die durch Lufteinbr che verursachte Oxi dation des hei en Quecksilbers ist im Hin blick auf das Betriebsverhalten der Pumpe gegen ber dem Quecksilberverlust in die Vorpumpenleitung hinein vernachl ssig bar Ausf hrung eines Treibmittelwechsels Das Innenteil wird aus der Pumpe heraus gezogen und das verschmutzte Treibmit tel ausgegossen dann werden Innenteil und Pumpenk rper mit r ckstandsfreiem Waschbenzin gereinigt Innenteil und Pum penk rper von Quecksilber Pumpen soll ten zuvor mit einem sauberen Pinsel D senbohrungen mit einer Flaschenb rste gereinigt werden Man achte darauf da alle D sen ffnungen gut gereinigt sind Von Vorteil ist es in einem Trockenofen L sungsmittelreste abzudampfen Dann wird das Innenteil wieder eingesetzt und das frische Treibmittel durch den Vorva kuumstutzen eingef llt Es ist darauf zu achten da die obere D senhaube nicht mit Treibmittel benetzt wird Nicht zuviel Treibmittel einf llen 12 3 4 2 Betriebsfehler bei Diffusions und Dampfstrahlpumpen M gliche Fehlerquellen bei Nichterrei chen des gew nschten Enddruckes e K hlwassertemperatur ist zu hoch Wasserdurchlauf ist ungen gend Der K hlwasserflu soll stets durch einen Wasserstr mungsw chter berpr ft werden um die Pumpe vor Schaden zu sch tzen Abhilfe Austrittstemperatur des K hlwassers messen sie sollte 30 C nicht berschreiten K hlwasserdurch flu vergr ern
422. igkeit von 50 bei einer Temperatur von 20 C angegeben Vakuumtechnisch ist bei der Zusammensetzung der Luft beson ders zu beachten a Der je nach Feuchtigkeitsgehalt in der Luft enthaltene Wasserdampf der bei einem Auspumpen einer Vakuumanlage eine besondere Rolle spielt siehe Abschnitt 2 1 2 4 b Der erhebliche Anteil des Edelgases Argon der in Zusammenhang mit Aus pumpvorg ngen durch Sorptions pumpen zu beachten ist siehe Abschnitt 4 1 c Trotz des geringen Gehaltes von nur etwa 5 ppm parts per million Helium in der Luft macht sich dieses Edelgas besonders bei solchen Ultrahoch vakuum Anlagen bemerkbar die mit Viton gedichtet sind oder aus Glas bzw Quarz bestehen Helium vermag durch diese Stoffe in me barer Menge zu diffundieren Mit der H he ber der Erdoberfl che nimmt der Druck der atmosph rischen Luft ab siehe Abschnitt 13 Abb 3 In etwa 100 km H he besteht Hochvakuum ober halb 400 km Ultrahochvakuum Auch die Zusammensetzung der Luft ndert sich mit der Entfernung von der Erdoberfl che siehe Abschnitt 13 Abb 4 1 4 Ma systeme Das Millibar ist weder im SI System noch im cgs System eine koh rente Einheit aber die Faktoren zur Umrechnung in diese bei den Systeme sind einfache Zehnerpoten zen SI System 1 Pa 10 mbar cgs System 1 dyn cm 1ubar 10 mbar Die drei Systeme cgs SI mks und Technisches Ma system Die Basiseinheiten sind in Tabelle 1 1 durch Fettdr
423. igt Unter saube ren Bedingungen k nnen unsere Pum pen jahrelang ohne besondere Wartung laufen Wenn die Pumpe jedoch l nge re Zeit mit verschmutztem l gelaufen ist so k nnen die Lager und die Schie ber mechanische Besch digungen auf weisen Dies ist immer dann anzuneh men wenn die Pumpe trotz lwechsel nicht mehr den katalogm igen End druck erreicht In diesem Fall sollte die Pumpe zur Reparatur gegeben oder unser Kundendienst in Anspruch ge nommen werden c Das Me instrument ist verunreinigt siehe Abschnitt 12 4 2 M gliche Fehlerquellen wenn sich die Pumpe nicht mehr dreht e Elektrische Versorgung der Pumpe berpr fen e Die Pumpe hat l nger mit verschmutz tem verharztem Ol stillgestanden e Die Pumpe ist k lter als 10 C Das l ist steif Pumpe erw rmen e Es liegt ein mechanischer Fehler vor Setzen Sie sich bitte mit unserem Kun dendienst in Verbindung laustritt aus der Welle Tritt l aus der Welle aus so mu der Sim merring im Antriebslager nachgesehen und eventuell erneuert werden Die Kon struktion der Pumpen erm glicht ein leich tes Auswechseln des Simmerringes ge m der mitgelieferten Betriebsanleitung 12 3 2 W lzkolbenpumpen Rootspumpen 12 3 2 1 Allgemeine Betriebshinweise Aufstellung und Inbetrieb nahme Die W lzkolbenpumpen m ssen exakt waagerecht stehen Beim Befestigen der Pumpe ist darauf zu achten da die Pumpe nicht verspannt wird Au
424. il verschlossen Au en herrscht Atmosph rendruck innen Vakuum Bei pl tzlichem ffnen des Schiebers werden alle die Luftmolek le die sich in einem Zylinder mit 1 cm Durch messer und 330 m H he befinden mit Schallgeschwindigkeit 330 m s in 1 s turbolenter Str mung in das Loch fallen Die je Sekunde einstr mende Menge ist 1013 mbar mal Zylindervolumen siehe Abb 9 1 Es ergibt sich f r den Loch durchmesser von 1 cm eine Luft von 2 6 10 mbar s L t man bei sonst gleichbleibenden Voraussetzungen statt Luft Helium mit der Schallgeschwindigkeit 970 m s in das Loch str men so ergibt sich analog Q Helium von 7 7 10 mbar s also ein deutlich gr erer pV Leckgasstrom Diese f r Helium h here empfindlichkeit wird in der Lecksuch pr fpraxis genutzt und hat zur Entwicklung und Serienfertigung hochempfindlicher Helium Lecksuchger te gef hrt siehe 9 5 2 In der Abb 9 1 ist der Zusammenhang Leckrate Lochgr e f r Luft mit dem N he rungswert Q Luft von 10 4 mbar s f r das 1 cm Loch angegeben Die Ta belle zeigt da bei einer Verkleinerung des Massenspektrometer Absch tzung von Lecks lt gt Lochgr en 1013 mbar Lochdurchmesser d 1 cm Gasgeschwindigkeit Schallgeschwindigkeit 3307 Volumen Sekunde 3301 7 4 Menge Sekunde Durchmesser cm 102 m 1 0 cm 103 m 1 0 mm 104 0 1 mm 10 m 0 01 10 1 0 um 107
425. in E mit der Zeitskala Im Beispiel 2 ist zu ermitteln welches Saugverm gen die Pumpe haben mu wenn der Beh lter Volumen ca 3 m3 mit der Oberfl che 16 m mit der schwachen Gasabgabe 8 10 5 1 2 in der Zeit von 10 min von 10 mbar auf 10 3 mbar zu evakuieren ist Es zeigt sich da man es in diesem Fall mit einer Pumpe schafft die ein Nennsaugverm gen von 150 1 1 hat Tabellen Formeln Diagramme 1000 100 Quecksilber 10 1 antovac 5 3 hnlich Ultralen 4 101 S Aziepon 201 102 E ZS 10 DC 704 Diffelen ultra 5 E 10 a 105 10 107 Diffelen f leicht een normal 10 1010 200 180 150 100 50 50 200 100 Temperatur Tva a 100 a 200 250 Temperatur C Abb 13 11 Abb 13 12 S ttigungsdampfdruck verschiedener Stoffe S ttigungsdampfdruck von Treibmitteln f r l und Quecksilber Treibmittelpumpen 4000 4000 Ir 3500 t 3500 i
426. in dieses Verh ltnis ist auf der mitgelieferten Skala aufgetragen Bei den Kompressions Vakuummetern mit qua dratischer Skala m ssen das Gesamtvolu men und der Kapillardurchmesser d be kannt sein Heute wird manchmal ein verk rztes McLeod Kompressions Vakuummeter nach Kammerer zur Messung des Par tial Enddruckes von mechanisch ver dichtenden Pumpen verwendet Durch die hohe Kompression werden die konden sierbaren Gasanteile D mpfe als Fl ssig keit ausgeschieden das Volumen der glei chen Masse ist dann etwa um den Faktor 105 kleiner und kann bei der Messung ver nachl ssigt werden so da nur der Druck der permanent gasf rmigen Anteile ge messen wird daher auch der Ausdruck Permanentgase Me prinzip der Kompressions Vakuum meter Wenn h der Niveauunterschied des Queck silbers zwischen der Me und der Ver gleichskapillare in mm gemessen ist dann gilt nach dem Boyle Mariotte Gesetz p V p h V V 7 1 p h 7 18 p gemessen in mm Quecksilbers ule Torr Ist V lt lt V so gilt ne 7 1 Dh 7 10 V und V m ssen bekannt sein h wird ab gelesen lineare Skala An diesen Beziehungen ndert sich nichts wenn der Niveauunterschied an einer in mbar geteilten Skala abgelesen wird Man erh lt dann p in mbar h inmm h 7 10 Wird beim Messen das Quecksilberniveau in der Me kapillare immer so eingestellt da das Hg Niveau in der Vergleichskapil
427. ine nachweisbaren Lecks oder Leckrate Null bilden keine annehmbaren Spezifikationen f r Abnahmetests Jeder erfahrene Ingenieur wei da eine gut ausgearbeitete Abnahmespezifikation eine definierte Leckrate siehe 9 2 unter vor gegebenen Bedingungen erfordert Welche Leckrate noch oder gerade nicht mehr to leriert werden kann wird jedenfalls durch die Anwendung selbst bestimmt 9 1 Leckarten Nach der Art der auftretenden Material oder F gefehler werden folgende Lecks unterschieden Lecks in l sbaren Verbindungen Flansche Schliffe Deckel Lecks in nicht l sbaren Verbindungen L t Schwei n hte Klebestellen e Porenlecks insbesondere nach mecha nischer Verformung Biegen oder thermischer Bearbeitung von polykri stallinen Werkstoffen Gu teile e Kalt Warmlecks reversibel ffnen sich bei extremer Temperaturbeanspruchung vor allem an L tstellen e Scheinbare virtuelle Lecks Gasmen gen werden auch durch Verdampfen von Fl ssigkeiten aus inneren Hohl r umen in Gu teilen Sackl chern und Spalten frei Indirekte Lecks undichte Versorgungs leitungen in Vakuumanlagen oder Ofen Wasser Druckluft Sole 144 Schachtellecks das Leck ist am Ende mehrerer in Reihe geschalteter R ume z B Leck im lgef llten Bereich des l kastens einer Drehschieberpumpe e Ventil Lecks in einer Druckrichtung undicht in der anderen dicht sehr sel ten Wohl
428. inem Zusammensto mit Gasmolek len positive lonen zu bilden Diese lonen geben ihre Ladung an einer Me elektrode lonenf nger Kollektor des Me systems wieder ab Der so erzeugte lonenstrom genauer der zur Neutralisie rung dieser lonen n tige Elektronenstrom in der Zuleitung der Me elektrode ist ein Ma f r den Druck denn die lonenaus beute ist proportional der Teilchenanzahl dichte und damit dem Druck Die Bildung der lonen erfolgt entweder in einer Entladung bei hoher elektrischer Feld st rke sogenannte Kaltkathoden Ent 116 ladung oder Penning Entladung siehe 7 3 3 1 oder durch Sto mit Elektronen die von einer Gl hkathode emittiert werden siehe 7 3 3 2 Bei sonst gleichbleibenden Bedingungen h ngt die und damit der lonenstrom von der Gasart ab da sich manche Gase leichter ionisieren lassen als andere Wie alle Vakuummeter mit gasart abh ngiger Anzeige werden auch lonisa tions Vakuummeter mit Stickstoff als Re ferenzgas kalibriert Stickstoff quivalent druck siehe 7 3 Um den wahren Druck f r andere Gase als Stickstoff zu erhalten mu der abgelesene Druck mit dem f r das betreffende Gas in Tabelle 7 3 angegebe nen Korrekturfaktor multipliziert werden Die in Tabelle 7 3 angegebenen Faktoren werden als druckunabh ngig angenom men sind aber etwas von der Geometrie des Elektrodensystems abh ngig Sie sind daher als Mittelwerte f r verschiedene Ausf hrungen v
429. infach aufgebauten und robusten ALL ex gibt es weder eine Be grenzung der abzupumpenden Dampfmen genstr me noch eine Einschr nkung des Druckbereiches bei Dauerbetrieb Die Al Lex kann im gesamten Druckbereich von 5 bis 1000 mbar ohne Einschr nkun gen eingesetzt werden Aufbau der ALL ex Pumpe Ein Schema des zweistufigen Aufbaues der ALL ex zeigt Abb 2 31 Die beiden senk recht angeordneten Stufen werden von oben nach unten durchstr mt um die Aus f rderung von gebildeten Kondensaten und von Sp lfl ssigkeiten zu erleichtern bzw berhaupt zu erm glichen Das Pumpenge h use ist wassergek hlt und erm glicht die K hlung der ersten Pumpenstufe Eine gedichtete Verbindung zwischen Gasraum und K hlkanal gibt es nicht so da das Eindringen von K hlwasser in den Sch pf raum ausgeschlossen ist Die drucksto feste Ausf hrung des gesamten Aggregates unterstreicht das Sicherheitskonzept im Hinblick auf den inneren Explosionsschutz dem auch durch die direkte K hlung mit Kaltgas besonderes Augenmerk geschenkt wurde siehe auch Funktionsprinzip Eine Besonderheit der ALL ex besteht darin da die beiden Wellen ausschlie lich im Ge triebe gelagert sind Auf der Sch pfraum seite sind die Wellen frei fliegende Lage rung Dieser einfache Aufbau erm glicht es dem Anwender sowohl die Demontage als auch die Reinigung beim Service des Trockenl ufers ohne Spezialwerkzeug in kurzer Zeit selbst durchzuf hren
430. intretendes Gas auf Raumtemperatur dh 300 K 14 7 11 8 Auf den Ansaugflansch der Kryopumpe bezogenes gemessenes Saugverm gen in s cm 14 6 7 1 Verh ltnis theoretisches gemessenes Saugverm gen 99 Stickstoff 60 Abb 4 11 Kaltfl chen Temperatur und Lage bestimmen die Wirksamkeit in der Kryopumpe Kieselgel Tonerdegel und Molekularsieb haben jedoch eine por se Struktur mit sehr gro en spezifischen Oberfl chen von etwa 106 m2 kg Kryotrapping nennt man den Einbau eines tiefsiedenden schwer pumpbaren Gases z B Wasserstoff in eine Matrix eines h hersiedenden und leichter pumpbaren Gases wie beispielsweise Ar CH oder CO Bei gleicher Temperatur hat das Mischkon densat einen um Zehnerpotenzen niedrige ren S ttigungsdampfdruck als das reine Kondensat des tiefersiedenden Gases Dieser Mechanismus kann durch Einleiten eines leicht kondensierbaren Majorit ts gases gezielt auf ein schwer pumpbares Gas angewendet werden In den meisten Kryopumpen ist es jedoch nur ein nicht separat erkennbarer Nebeneffekt beim Pumpen von Gasgemischen Der haupts chliche Bindemechanismus in Kryopumpen ist die Kryokondensation d h das Aufwachsen einer eisartigen Schicht Die W rmeleitf higkeit der kon densierten festen Gase ist sehr stark von der Struktur und damit von der Entstehung des Kondensates abh ngig Es sind Schwankungen der W rmeleitung um eini ge Zehner Potenzen m glich Mit
431. ird das zu trocknende Gut in der Regel be heizt Bei entsprechendem Wasserdampf anfall steigt der Ansaugdruck ber die beiden Schaltpunkte hinaus an Dadurch schlie t zun chst das Ventil V2 und das Ventil V1 ffnet Durch einstr mende Luft oder Schutzgas ber das Ventil V1 wird der Druck in der Referenzkammer so lange erh ht und damit der Durchsatz am DRI H Bi gt MR Membranregler Vakuumpumpe M Me und Schaltger t DS Drucksensor Pumpventil 2 Gaseinla ventil DR Drossel RK Referenzkammer PK Proze kammer SV Internes Referenzdruck Stellventil Abb 7 32 Steuerung von Vakuumtrocknungsprozessen durch Rege lung des Ansaugdruckes der Vakuumpumpe entsprechend deren Wasserdampfvertr glichkeit Membranregler gedrosselt bis der An saugdruck der Vakuumpumpe wieder un ter den eingestellten Maximalschaltpunkt abgesunken ist Danach schlie t das Ventil In Abh ngigkeit von der anfallenden Dampfmenge wird der Durchsatz des Druckmessung Membranreglers durch Erh hen bzw Er niedrigen des Referenzdruckes jeweils so eingestellt da der maximal zul ssige Wasserdampfpartialdruck am Saugstutzen der Vakuumpumpe nie berschritten wird Sobald der Druck in der Proze kammer gegen Ende des Trocknungsprozesses unter den eingestellten Minimalschaltpunkt absinkt ffnet das Ventil V2 und bleibt offen Damit steht wieder der ungedros selte Querschnitt des Membranregler
432. ischenblende lonenbahnen f r M gt 4 lonenbahnen f r M 4 10 Magnetfeld normal zur Zeichnung 11 Suppressor 12 Abschirmung des lonenf ngers 13 lonenf nger 14 Flansch f r lonenf nger mit Vorverst rker Abb 9 13 Aufbau des 180 Sektorfeld Massenspektrometers Je nach der Art wie das zu untersuchen de Gas vom Pr fling dem Massenspektro meter zugef hrt wird unterscheidet man zwei Bauarten von Helium Leckdetekto ren 9 5 2 6 Hauptstrom und Gegenstrom Leckdetektor Abb 9 14 zeigt die Vakuumschemata der beiden Leckdetektortypen In beiden F l len wird das Massenspektrometer von dem Hochvakuumpumpsystem bestehend aus Turbo Molekularpumpe und Dreh schieberpumpe evakuiert Links das Sche ma eines Haupstrom Leckdetektors Die Zuf hrung des zu untersuchenden Gases zum Spektrometer erfolgt ber eine K hl falle Sie stellt eigentlich eine Kryopumpe dar in der alle D mpfe und andere Verun reinigungen kondensieren Fr her war die K hlfalle auch ein wirksamer Schutz gegen die ld mpfe der damals verwendeten Dif fusionspumpen Das Hilfs Vorpump 156 system dient zum Vorevakuieren der zu pr fenden Teile bzw der Verbindungs leitung zwischen Leckdetektor und der zu pr fenden Anlage Nach Erreichen des relativ niedrigen Einla druckes Pump zeit wird f r die Messung das Ventil zwi schen Hilfspumpsystem und K hlfalle ge ffnet Das in die Gleichung 9 4b einge hende ist das S
433. ise f r den Enddruck unter Au erachtlassen der Gasabgabe der inneren Oberfl chen en 9 2 pP Son Q Leckrate S am Rezipienten wirksames Saugverm gen Wenn 5 hinreichend gro gemacht wird l t sich also unabh ngig von der Gr e der Leckrate Q immer ein vorgegebener Enddruck Pena erreichen Einer beliebigen Vergr erung von Se stehen in der Praxis allerdings wirtschaftliche und auch kon struktionsm ige berlegungen z B Platzbedarf entgegen Wenn man in einer Apparatur nicht zu dem gew nschten Enddruck kommt sind hier f r meistens zwei Ursachen zu nennen Das Vorhandensein von Undichtheiten und oder die Gasabgabe von Beh lter w nden und Dichtungsmitteln Zur Unterscheidung zwischen beiden Ur sachen kann eine Partialdruckanalyse mit einem Massenspektrometer oder die Druckanstiegsmethode angewendet wer den Da mit der Druckanstiegsmethode grunds tzlich nur das Vorhandensein eines Lecks nachweisbar ist aber seine Lage in der Apparatur weiter unbekannt bleibt empfiehlt sich der Einsatz eines Helium Leckdetektors mit dem die Lecks im all gemeinen auch wesentlich schneller loka lisiert werden k nnen Um einen berblick ber den Zusammen hang zwischen geometrischer Lochgr e und zugeh riger Leckrate zu erhalten kann man von folgender groben Absch tzung ausgehen Ein kreisrundes Loch in einer Rezipientenwand mit Durchmesser 1 cm sei mit einem Schiebervent
434. it Gau G 1 G 10 Vs m 10 T Tesla 3 15 Magnetischer Flu Bisherige Einheit Maxwell M 1 M 10 8 Wb Weber 3 16 Masse Siehe auch DIN 1315 und Anmerkung 3 6 3 17 Normvolumen DIN 1343 ist zu beachten Es wird die Bezeichnung m NTP oder m Ta vorgeschlagen wobei der Klam merausdruck nicht zu dem Einheitenzei chen m geh rt sondern als ein Hinweis darauf zu verstehen ist da es sich um das Volumen eines Gases im Normzustand Ta 273 K 1013 mbar handelt Die fr her blich gewesenen Bezeichnun gen und Schreibweisen wie Nm3 f r Norm kubikmeter NE f r Normliter u s w sind nicht mehr zul ssig 213 Gesetzliche Einheiten 3 18 Partialdruck Der Index 1 soll darauf hindeuten da es sich um den Teildruck des i ten Gases handelt das in einer Gasmischung enthalten ist 3 19 Gasdurchl ssigkeit Der Permeationskoeffizient ist definiert als der Gasstrom 5 1 Volumenstrom py der bei gegebener Druckdifferenz bar durch eine feste Probe gegebener Fl che und Dicke m hindurchgeht Die Gasdurchl ssigkeit ist nach DIN 53 380 und DIN 7740 Blatt 1 Beiblatt gekennzeich net durch das auf 0 C und 760 Torr umge rechnete Volumen eines Gases das w hrend eines Tages 24 Stunden bei einer bestimm ten Temperatur und einem bestimmten Druck gef lle durch 1 m des zu pr fenden Erzeug nisses hindurchgeht 3 20 pV Durchflu pV W
435. it eingehalten wird Die gr ere Me unsicherheit verur sacht dann mehr Rauschen in der Regel schleife dem nur durch l ngere Zeitkon Stanten entgegen gewirkt werden kann Das wiederum macht die Korrekturen durch die Regelabweichung langsam so da es rela tiv lange Abweichungen von der er w nschten Rate gibt F r einfache Schich ten mag das unwichtig sein aber bei kriti schen Schichten wie bei optischen Filtern oder langsam wachsenden sehr d nnen Einkristallschichten kann es unverzeihliche Fehler verursachen In vielen F llen gehen die gew nschten Eigenschaften solcher Schichten verloren wenn die Ratenabwei chungen mehr als ein oder zwei Prozent be tragen Schlie lich bestimmen Frequenz und Stabilit t des Referenzoszillators die Pr zision der Messung 10 5 Die Z Match Technik Miller und Bolef 1968 haben das System Schwingquarz und Beschichtung als einen eindimensionalen zusammenh ngenden akustischen Resonator behandelt Daraus haben Lu und Lewis 1972 die verein fachte Z Match Gleichung entwickelt Gleichzeitige Fortschritte in der Elektronik vor allem der Mikroprozessor machten es m glich die Z Match Gleichung in real time zu l sen Die meisten heute verkauften Beschichtungsproze Steuer ger te verwenden diese anspruchsvolle Gleichung welche die akustischen Eigen schaften des Systems Schwingquarz Schicht ber cksichtigt N d T F ia Bun arctg tg E 10 4 mit 7 _ Va
436. itee 112 Vakuumtechnik b von dem Europ ischen Komitee der Hersteller von Verdichtern Vakuum pumpen und Druckluftwerkzeugen PNEUROP insbesondere von dem PNEUROP Unterausschu C5 Vaku umtechnik c von dem Europ ischen Komitee f r Normung CEN insbesondere von dem Technischen Komitee TC 138 Zer st rungsfreie Pr fung und dem Tech nischen Komitee TC 318 Die von den internationalen Organisationen a bis c unter deutscher Beteiligung auch von Leybold erstellten Dokumente sind inhaltlich von DIN weitgehendst bernom men worden was beispielsweise in Be zeichnungen wie DIN ISO oder DIN EN zum Ausdruck kommt In der nachstehenden Tabelle 15 1 sind die wichtigsten zu beachtenden Normen zu sammengestellt Verwendete Abk rzungen E Entwurf CD Comittee Draft Unverbindliche Vorlage 15 1 In der Vakuumtechnik besonders zu beachtende nationale und internationale Normen und Empfehlungen A Nationale Vereinbarungen Teil 1 DIN DIN Titel Ausgabe 1301 Einheiten Teil 1 Einheitennamen Einheitenzeichen 1993 Teil 2 Allgemein angewendete Teile und Vielfache 2 78 Teil Umrechnungen f r nicht mehr anzuwendende Einheiten 10 97 1304 Allgemeine Formelzeichen Teil 1 Allgemeine Formelzeichen 3 94 Teil 2 Formelzeichen f r Meterologie und Geophysik 9 89 Teil Formelzeichen f r elektrische Energieversorgung 3 89 Teil 5 Formelzeichen f r Str
437. iven Substanz A 5 1 Si 3 1 2 Allgemeine Gaskonstante s Nr 73 3 Arbeit W J J kJ kWh Ws 4 Atomare Masseneinheit m kg kg ug s Tabelle 13 5 5 Avogadro Konstante Na mol mot 6 Beschleunigung a m s2 s2 s2 7 Boltzmann Konstante k J Ki j K mbar K s Tabelle 13 5 8 Celsius Temperatur D sprich Teta C 3 2 9 Dampfdruck Pa N m Pa mbar bar 3 3 Pa Pascal 10 Dauer Zeit t s min h s Tab 14 4 4 11 Dichte Gasdichte p sprich Ro kg m kg m g cm 3 6 12 Dielektrizit tskonstante e sprich Epsilon F m Ae 1 mi F Farad 13 Diffusionskoeffizient D 2 5 1 m s 1 cm2 5 1 14 Drehimpuls L N s m N s m 15 Drehmoment M N m 16 Drehzahl Drehfrequenz n f 5 1 5 1 min 17 Druck in Fluiden N m bar mbar 3 3 Pa Pascal 18 Druck als mechanische Spannung p gt N mm 3 4 19 Durchmesser d m cm mm 20 Dynamische Viskosit t n sprich Eta s mPa s 3 5 21 Effektivdruck Pe N m Pa mbar 3 3 siehe auch Nr 126 22 Elektrische Feldst rke E V m V m 23 Elektrische Kapazit t F F uF pF F Farad 24 Elektrische Leitf higkeit o sprich Sigma S m S m 25 Elektrischer Leitwert G S 5 S Siemens 26 Elektrische Spannung U V V mV kV 27 Elektrische Stromdichte S m2 m2 om 28 Elektrische Stromst rke 1 uA 29 Elektrischer Widerstand R Q sprich Ohm Q KQ MQ 30 Elektrizit tsmeng
438. k der in einer Anlage erzielt wird wird im wesentlichen bestimmt durch die Leistungsdaten der Vakuum pumpe Saugverm gen und Kompression sowie die Gasabgabe des Rezipienten Diese h ngt von Gr e und Reinheit der einzelnen Bauteile der Anlage ab Die Gas abgabe enth lt die Desorption von Rezipi entenw nden sowie die Leck und Per meationsgasrate durch Rezipientenw nde und Dichtelemente Durch die Funktion der Turbo Molekularpumpe wird der Enddruck von den Partialdr cken der verschiedenen Gase auf der Vorvakuumseite und die Kom pression f r die einzelnen Gase beeinflu t Der Endpartialdruck eines Gases i ber einer Turbo Molekularpumpe l t sich nach der Beziehung berechnen Du mit Du Hochvakuumpartialdruck f r die Gas komponente i P Vorvakuumpartialdruck f r die Gas komponente i K Kompression f r die Gaskomponente i Der Endtotaldruck ergibt sich als Summe der einzelnen Partialdr cke F r die praktische Anwendung ist der er reichbare Betriebsenddruck in einer Anla ge von Interesse Der Betriebsenddruck in einem Rezipienten ist von einer Vielzahl von verschiedenen u eren Bedingungen abh ngig In guter N herung l t sich f r den Hochvakuumbereich folgende Bezie hung anwenden Sort Leg D Po exp t Ps Po pey Pg m F mit Betriebsdruck der Anlage Po Druck im Rezipient bei Beginn des Evakuierungsvorganges meist Atmosph ren
439. k hlzeit von Kryopum pen ist die Zeitspanne von Inbetrieb nahme bis zum Einsetzen der Pumpwir kung Bei Refrigerator Kryopumpen wird als Abk hlzeit die Zeit angegeben die f r die Abk hlung der zweiten Kaltkopf Stufe von 293 K auf 20 K erforderlich ist Crossover Wert Der Grossover Wert ist eine Kenngr e der eingek hlten Refrige rator Kryopumpe Er ist von Bedeutung wenn die Pumpe ber ein HV UHV Ventil an die Vakuumkammer angeschlossen ist Der Crossover Wert ist die auf T 293 K bezo gene Gasmenge welche die Vakuumkam mer zum Zeitpunkt des ffnens des Ventils maximal enthalten darf damit die Tempe ratur der Pumpfl chen durch den kurzzeitig erh hten Gasanfall beim ffnen des Ventils nicht ber 20 K ansteigt denn dies k nnte ein Wiederverdampfen bereits gepumpter Gase hervorrufen Der Crossover Wert wird meist als pV Wert in mbar angegeben K Enddruck Enddruck mbar Enddruck mbar nach Gleichung 4 3 N 2 5 10 95 p 3 28 10 14 unme bar klein 4 2 8 66 4 33 10 9 unme bar klein 20 3 87 P 3 87 10 3 3 87 10 11 Tabelle 4 1 Enddr cke bei einer Wandtemperatur von 300 K Aus dem Crossover Wert und dem Kam mervolumen V ergibt sich der Crossover Druck p auf den die Vakuumkammer vor evakuiert werden mu bevor das Ventil zur Pumpe ge ffnet wird Als Richtwert gilt p lt 2 0 20K mbar 42 c Volumen der Vakuumkammer Q 20K Nett
440. k definitionsgem als Kraft die auf eine Fl che wirkt messen den sogenannten direkten oder absoluten Vakuummetern Diese Kraft welche die Teilchen bei ihren St en auf die Wand aus ben ist nach der kineti schen Gastheorie nur von der Zahl der Gasteilchen pro Volumeneinheit Teil chenanzahldichte n und ihrer Tempe ratur abh ngig nicht jedoch von ihrer molaren Masse Die Anzeige ist gasart unabh ngig Hierher geh ren Fl ig keits Vakuummeter und mechanische 2 Ger ten mit indirekter Druckmessung Bei diesen wird der Druck als Funktion einer druckabh ngigen genauer dich teabh ngigen Eigenschaft W rmeleit f higkeit lonisierungswahrscheinlich keit elektrische Leitf higkeit des Gases ermittelt Diese Eigenschaften sind au er vom Druck auch von der mola ren Masse der Gase abh ngig Die Anzeige ist gasartabh ngig Die Skalen dieser Druckme ger te beziehen sich stets auf Luft oder Stickstoff als Me gas F r andere Gase oder D mpfe m ssen meist auf Luft oder Stickstoff bezogene Korrekturfaktoren angegeben werden siehe Tabelle 7 3 Daraus folgt da zum genau en Druckmessen mit indirekt messenden Vakuummetern welche die Teilchenanzahl dichte durch Zufuhr elektrischer Energie be stimmen indirekte Druckmessung die Kenntnis der Gaszusammensetzung wich tig ist In der Praxis ist die Gaszusammen setzung meist nur in grober N herung be kannt Vielfach ge
441. k et al Leistungsdaten von Torbomolekularpum pen des Typs TURBOVAG mit senkrecht angeordnetem Axialkompressor Vakuumtechnik 24 1975 78 85 W Becker Eine gegen berstellende Betrachtung von Diffusionspumpen und Molekularpumpen Ergebnisse europ ischer Ultrahochvaku umforschung Leybold Heraeus GmbH u Co 1968 Eigenverlag 41 48 R Frank E Usselmann Kohlenwasserstoffreier Betrieb mit Turbo Molekularpumpen des Typs TURBOVAC Vakuumtechnik 25 1976 48 51 R Frank E Usselmann Magnetgelagerte Turbo Molekularpumpen des Typs TURBOVAC Vakuum Technik 25 1976 141 145 W Bieger K H Dippel F Richter E Usselmann Zur Einwirkung magnetischer Felder auf Turbomolekularpumpen Vakuum Technik 28 1979 34 40 H H Henning und G Knorr Neue luftgek hlte lageunabh ngige Turbo Molekularpumpen f r Industrie und For schung Vakuum Technik 30 1981 98 101 W Becker Eine neue Molekularpumpe Vakuum Technik 7 1958 149 152 H H Henning und Caspar W lzlagerungen in Turbo Molekularpumpen Vakuum Technik 1982 109 113 E Kellner et al Einsatz von Turbo Molekularpumpen bei Auspumpvorg ngen im Grob und Fein vakuumbereich Vakuum Technik 1983 136 139 J Henning 30 Jahre Turbo Molekularpumpe Vakuum Technik 1988 134 141 P Duval et al Die Spiromolekularpumpe Vakuum Technik 1988 142 148 G Reich Berechnung und Messung der Abh ngig keit des Saugverm gens von Turbo Mole kularpu
442. k und etwa 10 mbar m g lich Im Hoch und Ultrahochvakuum Bereich dagegen beeinflu t die Gasabgabe der Beh lterw nde den Druck in entscheiden der Weise Die Einstellung bestimmter Trigger 1 EIN Trigger 1 AUS LEVEL TRIGGER Trigger 2 EIN SE Trigger 2 AUS Trigger 1 EIN Trigger 1 AUS INTERVALL LEV 1 TRIGGER Trigger 2 EIN Trigger 2 AUS Eingestellter Wert pi Standard Ki Standard Hysterase t Eingestelltes Intervall P Niedrigar Druck Hoher Druck LEV2 Hysterese Eingestellter Abb 7 27 Schaltfunktion der Level Trigger und Intervall Trigger Abb 7 28 LEYBOLD A Serie Ger te mit Level und Intervall Triggern 127 Druckmessung Referenz kammer Membran Me anschlu f r Referenzkammer Referenzdruck _ Einstellventil Pumpanschlu Proze kammer Anschlu Me anschlu f r Proze druck Regelkammer Reglersitz Abb 7 29 Prinzip des Membranreglers Druckwerte ist im Hoch und Ultrahochva kuum daher nur m glich wenn die Gas abgabe von den W nden gegen ber den durch die Druckregelger te gesteuerten Gasmengen zu vernachl ssigen ist Rege lungen in diesem Bereich werden daher meist als Gaseinla regelung mit einem elektischen PID Regler ausgef hrt Als Stellglieder werden piezoelektrische oder servomotorgesteuerte Dosierventile ein geset
443. kdiagramm des PID Reglers bung erster Ordnung und einer Totzeit Die Dynamik der Me einrichtung und der Re gelelemente in unserem Fall die Verdamp fer und die Stromversorgung sind impli zit im Proze block enthalten R s repr sentiert den Raten Sollwert Der R ckf h rungsmechanismus ist die entstandene Abweichung zwischen gemessener Nie derschlagsrate C s und dem Raten Soll wert R s Der Schl ssel zur Nutzung jedes Regel systems ist die richtigen Werte f r K und auszuw hlen Die optimale Re gelung ist ein etwas subjektiver Begriff was durch das Vorhandensein verschiede ner mathematischer Definitionen deutlich wird blicherweise wird das kleinste Fehler quadrat ISE Integal Square Error als Ma f r die G te des Regelung verwendet ISE fe t dt 10 10 Darin ist e der Fehler die Abweichung e Raten Sollwert minus gemessene Rate ISE ist relativ unempfindlich auf kleine Ab weichungen aber gro e Abweichungen tragen stark zum Wert des Integrals bei Das Ergebnis sind kleine berschwinger aber lange Abklingzeiten weil kleine sp t auftretende Abweichungen wenig zum In tegral beitragen Auch das Integral des Absolutwertes der Abweichung IAE Integral Absolute Error wurde als Ma f r die Regelg te vorge schlagen IAE fiet dt 10 11 Dieses ist empfindlicher f r kleine Abwei chungen aber weniger empfindlich f r gro e Abweichungen als ISE Graham und Lan
444. keit Gruppen HSC HSD Phenyl Vinyl Methyl Polysiloxan PVMQ VMQ Silikonkautschuk 60 C bis 200 C geringe Heliumdichtheit Polytetrafluor thylen PTFE Teflon flie t ev glasfaserverst kt Tabelle 6 3a Dichtungen nichtmetallisch Metallische Dichtungen Metall Chemisches Symbol Metall maximale Ausheiztemperatur Besonderheit Aluminium Al Aluminium 200 C Kupfer Cu Kupfer 450 C OFHG Kupfer Indium In Indium Kryotechnik Tabelle 6 3b Dichtungen metallisch 105 Flansche und Ventile zeigersinn nicht ber Kreuz in mehre ren Durchg ngen schrittweise festzu drehen bis das vorgeschriebene Dreh moment erreicht ist Aluminium kann als metallische Dichtung bei allen Flanschsystemen in Edelstahl ausf hrung mit Ausnahme der GF Flan sche bei erh hten Dichtheitsanforderun gen verwendet werden ist aber nur bis etwa 200 C ausheizbar Kupfer als OFHC Kupfer ist das Standarddichtmaterial in der Ultrahochvakuumtechnik und in h heren Druckbereichen bei erh hten Dichtheits anforderungen GF Flaschsystem Kupfer gedichtete GF Flansche sind bis 450 C ausheizbar Fr her war Golddraht die be vorzugte UHV Dichtung wird aber heute kaum mehr eingesetzt Indium ist ein be sonders weiches Metall und wird vor allem f r Dichtungen in der Kryotechnik ver wendet Die Tabelle 6 3 gibt ber Besonderheiten wie Best ndigkeit gegen bestimmte Medien und Temperatura
445. kels nach unten zeigend Tabellen Formeln Diagramme Kelvin Celsius Reaumur Fahrenheit Rankine Siedepunkt H O 373 100 80 212 672 K rpertemperatur 37 C 310 37 30 99 559 Raumtemperatur 293 20 16 68 527 Eispunkt H O 273 0 0 32 492 NaCl H 0 50 50 255 18 14 0 460 Eispunkt Hg 34 39 31 39 422 CO Trockeneis 195 78 63 109 352 Siedepunkt LN 77 196 157 321 170 Absoluter Nullpunkt 0 273 219 460 0 Umrechnung in K C R F R Kelvin Celsius Reaumur Fahrenheit Rankine K 4 9 9 Kelvin 1 K 273 5 K 273 5 K 273 32 5 K 1 8K C 4 9 o 9 Celsius BEA 1 e D st 27 C 5 2 52 9 o 5 50 S ien 1 R 273 R 1 Ch R 32 EH F Bag Fahrenheit al F 32 273 9 F 32 g F 32 1 F 460 R De 5 45 ep Rankine ol 9 R 273 SE H 213 R 460 1 J Tabelle 13 18 Temperaturvergleichs und Umrechnungstabelle auf ganze Grad gerundet 10 10 10 142 102 1021 10 10 10 2 a 5 1015 105 Luft D 5 10 A w 10 2 10 v 5 10 10
446. konstante des Verst rkers t etwa die Bedingung t 10 gelten Bei moder nen Ger ten wie dem TRANSPECTOR 2 wird die freie Auswahl von Scanzeit und Verst rkerzeitkonstante durch die Mikro prozessorsteuerung auf sinnvolle Paarun gen beschr nkt 8 4 Gaseinla und Druckanpassung 8 4 1 Dosierventil Die einfachste Anpassung eines klassi schen Massenspektometers an Dr cke ber 1 10 mbar ist durch ein Dosierventil m glich Sie hat aber den Nachteil da es wegen der nicht eindeutig definierten Str mungsverh ltnisse zu einer Verf lschung der urspr nglichen Gaszusammensetzung kommen kann 8 4 2 Druckwandler Um auch ein Gasgemisch bei h herem To taldruck als 1 10 mbar untersuchen zu k nnen m ssen entmischungsfrei arbei tende Druckwandler eingesetzt werden Die Arbeitsweise eines derartigen Druckwand lers wird an Hand der Abb 8 7 erkl rt a Proze druck lt 1 mbar einstufiger Druckwandler Aus dem Rezipienten wird Gas in molekularer Str mung ber eine Blende mit dem Leitwert L in die Sen sorkammer mit eigenem Hochvakuum system eingelassen Die Molekularstr mung verursacht eine Entmischung ist aber vom Druck unabh ngig siehe Abschnitt 1 9 Die bei L entstehende Ent mischung wird durch eine zweite Blende mit molekularen Str mung zwischen Sen sorkammer und Turbo Molekularpumpe kompensiert 133 Massenspektrometer Entmischungsfreies Gaseinla system
447. konvektion nahe zu druckunabh ngig siehe Abb 7 10 Kommt aber bei einigen mbar die mittlere freie Wegl nge des Gases in die Gr en ordnung des Drahtdurchmessers geht diese Art der W rmeabfuhr mehr und mehr und zwar dichte und damit druck abh ngig zur ck Unterhalb 10 3 mbar liegt die mittlere freie Wegl nge eines Gases bereits in der Gr e des Radius r der Me r hre Der Me draht in der Me zelle bildet den Zweig einer Wheatstone schen Br cke Bei den fr her blichen ungeregelten W rmeleitungs Vakuum metern THERMOTRON wurde der Me draht mit konstantem Strom geheizt Mit zunehmendem Gasdruck nimmt die Tem peratur des Me drahtes infolge der h he ren W rmeableitung durch das Gas ab so da die Br cke nicht mehr abgeglichen bleibt sondern verstimmt wird Der Br ckenstrom dient als Ma f r den Gas druck der auf einer Me skala angezeigt wird Auch bei den heute fast ausschlie lich gebauten geregelten W rmeleitungs Vakuummetern ist der Me draht ein Zweig einer Wheatstoneschen Br cke Bei LEYBOLD sind sie als THERMOVAC Serie bekannt Die an dieser Br cke liegende Heizspannung wird so geregelt da der Widerstand und damit die Temperatur des Me drahtes unabh ngig von der W rme abgabe konstant bleibt Das bedeutet da die Br cke immer abgeglichen ist Diese Regelung hat eine Zeitkonstante von we nigen Millisekunden so da die Ger te im Gegensatz zu den ungeregelten sehr sc
448. krate quantitativ aus dem zeitlichen Druckanstieg gem Glei chung 9 3 bestimmen _ Ap V Q A 9 3 Beispiel In einer Vakuumapparatur steigt nach dem Absperren des Rezipienten von 20 Inhalt von der Pumpe der Druck in 300 s von 1 10 4 mbar auf 1 10 3 mbar Die Undichtheit Leckrate ist dann gem Gleichung 9 2 11073 1 10 4 20 Sr 300 _ 9 107 5 20 e vn mbar EE Die Leckrate als Massenstrom Am At ergibt sich aus Gleichung 5 1 mit Q 6 105 mbar s T 20 C und der molaren Masse f r Luft M 29 g mol zu mol mol 710 859 E 83 14mbar 2 93 10 K S 00 64 5 108 og 0 Wird der Beh lter beispielsweise mit einer Turbo Molekularpumpe TURBOVAC 50 evakuiert 5 50 s die ber ein Ab sperrventil an den Beh lter angesetzt ist so hat man mit einem effektiven Saugver m gen am Beh lter von etwa S 30 s zu rechnen Damit ergibt sich ein Enddruck von p Au 6 10 mbar e s ena Bu 30 2 5 2 1076 mbar Nat rlich kann man diesen Enddruck falls er unbefriedigend ist durch Verwendung einer gr eren Pumpe z B TURBOVAC 151 verbessern und damit gleichzeitig die Auspumpzeit zum Erreichen des End druckes verk rzen Heute erfolgen Dichtheitspr fungen an Vakuumanlagen aber meist mit Helium Leckdetektoren nach der Vakuum Metho de Spr htechnik siehe 9 7 1 Die Appa ratur wird evakuiert und von au en mit einem Pr fgas bespr ht in diesem
449. ktrometer aus drei physika Iech wichtigen Funktionsgruppen lonen quelle Trennsystem und lonenf nger Der Weg von der lonenquelle durch das Trenn system zum lonenf nger soll von den lonen m glichst ohne Zusammenst e mit Gas molek len zur ckgelegt werden Dieser Weg betr gt bei allen Spektrometertypen etwa 15 cm und erfordert daher eine mittlere freie Wegl nge von mindestens 60 cm was einem Druck von etwa 1 10 mbar ent spricht d h ein Masssenspektrometer ar beitet nur im Vakuum Das Evakuieren des Spektrometers erfordert wegen des Min destvakuums von 1 10 4 mbar ein Hoch vakuumsystem In modernen Leckdetekto ren werden daf r Turbo Molekularpumpen Lecksuche und geeignete Vorvakuumpumpen einge setzt Zu den einzelnen Baugruppen geh ren dann noch die n tigen elektrischen und elektronischen Versorgungssysteme und eine Software die ber einen Mikropro zessor einen m glichst automatischen Bedienungsablauf mit allen Einstell und Kalibrierroutinen sowie einer Me wertan zeige erlaubt 9 5 2 1 Die Funktionsweise eines Leck detektors mit MS Die Grundfunktion eines Leckdetektors und der Unterschied Leckdetektor Massen spektrometer soll Hand von Abb 9 6 er l utert werden Die Skizze zeigt die meist verbreitetste Anordnung einer Lecksuche nach der Helium Spr hmethode siehe 9 7 1 an einem Vakuumbauteil Wenn beim Sp len Helium durch ein Leck in das Bau teil eindringt wird es durch das I
450. l 205 S ttigungsdampfdr cke Metalle 205 S ttigungsdampfdr cke nicht metallische Dichtungen 206 S ttigungsdampfdr cke Treibmittel 190 196 205 Saugleistung 13 Saugstutzenventil 23 Saugverm gen 13 Saugverm genseinheiten und ihre Umrechnung 185 Schalen Dampfsperre 64 Schichtdickenmessung 161 Schichtdickenregelung 166 Schiffehen thermische Verdampfer 169 Schn ffelpr fleck Leckdetektoren 154 Schn ffeltechnik 159 Sch pfraum 22 Schraubenvakuumpumpen 40 Schwingkolbenpumpe Linearantrieb 58 Schwingquarzkristalle Form der 162 Schwingquarz Schichtdickenmessung 161 ScrewLine Schraubenvakuumpumpe 42 Scrollpumpe 47 SI Basiseinheiten 11 214 Sicherung berwachung und Steuerung von Anlagen 124 Silikonkautschuk Dichtungen 105 189 Silikon le 704 DC 705 63 196 Software f r Quadrupol Massenspektrometer 142 SOGEVAC Pumpen 23 25 Sorptionspumpen 75 181 Spaltgedichtete Pumpen 20 Sperrgasbetrieb 70 Sperrschieberpumpen 25 Spezifikation Leckdetektoren 158 Spezifikationsbereich von 108 123 Spezifischer Rauminhalt von Wasserdampf 187 208 Spinning Rotor Gauge 114 Spr htechnik 159 Sp lgas 37 Sputtern Kathodenzerst ubung 170 SRG spinning rotor gauge VISCOVAC 114 Startdruck 69 85 Statische Expansionsmethode 122 Staubabscheider Staubfilter 32 Streufeld von IZ Pumpen 78 Stickstoff quivalent 108 116 Sto rate 14 Str mungsarten 20 Str mungsleitwert
451. l der Phasenumkehrungen in der Wellenbewegung entlang der drei Kristal lachsen Die oben erw hnten Arbeiten von Wilson und von Tiersten und Smythe ber pr fen die Eigenschaften der Modi indem sie den Einflu des Radius des Schnittes auf die Lage der Anharmonischen in Bezug Fundamentalschwingung untersuchen Wenn eine Seite des Quarzes mit Material beschichtet wird wird das Spektrum der Resonanzen zu niederen Frequenzen ver schoben Es wurde beobachtet da die drei oben erw hnten Modi eine etwas unter schiedliche Massenempfindlichkeit haben 165 Schichtdickenmessung Regelung und daher auch etwas andere Frequenz verschiebungen erfahren Und dieser Un terschied wird benutzt um den Z Wert des Materials zu bestimmen Wenn man die Gleichungen f r die einzelnen Modi ben tzt und Frequenzen f r den 100 und den 102 Modus beobachtet kann man das Verh ltnis der zwei elastischen Konstanten und Ges berechnen Diese beiden ela stischen Konstanten beziehen sich auf die Scherbewegung Das wichtige Element in Wajids Theorie ist die folgende Gleichung _ Cs5 Cos beschionte ___ 55 Cgg unbeschichtet 1 M Z 10 5 mit Fl chenmassen Dichteverh ltnis Verh ltnis von Schichtmasse zu Quarzmasse pro Fl cheneinheit 2 Z Wert Es ist ein gl cklicher Zufall da das Pro dukt M Z auch in der Lu Lewis Gleichung Gleichung 10 4 vorkommt Sie kann dazu benutzt werden um aus den folgenden Gleic
452. larpumpe T 550 M gebaut Eine nennenswerte Pumpwirkung wird aber erst erreicht wenn die Umfangsge schwindigkeit am Au enrand der Rotor bl tter in die Gr enordnung der mittleren thermischen Geschwindigkeit c der zu pumpenden Gasmolek le kommt Die kinetische Gastheorie liefert f r die For mel 1 17 8 R T n M in der die Gasartabh ngigkeit ber die molare Masse M enthalten ist Im cgs System ergibt sich mit R 83 14 106 ubar cm3 mol K und T 293 15 K 20 C folgende Tabelle Gas molare Mittlere thermische Masse M Geschwindigkeit m s H 2 1761 He 4 1245 H 0 18 587 Ne 20 557 co 28 471 N 28 471 Luft 28 96 463 0 32 440 Ar 40 394 CO 44 375 CCIF F11 134 78 215 Tabelle 3 1 T in Abh ngigkeit von der molaren Masse M Zum Erf llen der Bedingung Umfangsge schwindigkeit des Rotors von gleicher Gr enordnung wie sind f r Turbo Molekularpumpen hohe Rotordrehzahlen erforderlich bei der sich die Schaufel enden mit berschall Geschwindigkeit bewegen Im Falle der Turbo Molekular pumpen von LEYBOLD variieren die Rotor drehzahlen von ca 36 000 Umdrehungen pro Minute bei gr eren Rotordurch messern TURBOVAC 1000 ca 20 cm bis 72 000 Umdrehungen pro Minute bei den kleineren Rotordurchmessern TURBOVAC 50 ca 6 cm Solch hohe Drehzahlen wer fen nat rlich die Frage nach einem zuver l ssigen Lagerkonzept auf Von Leybold
453. leichen Betrages der magnetischen Induktion B in Gau 1 Gau 1 10 4 Tesla F r Luft Stickstoff Kohlendioxyd und Wasserdampf ist das Saugverm gen prak tisch gleich Bezogen auf das Saugverm gen f r Luft betr gt das Saugverm gen der lonen Zerst uberpumpen f r andere Gase etwa Wasserstoff Methan andere leichte Kohlenwasserstoffe 150 bis 200 100 80 bis 120 Sauerstoff 80 Argon 30 Helium 28 Die Triodenpumpen zeichnen sich im gensatz zu den Diodenpumpen durch hohe Edelgasstabilit t aus Argon wird noch bei 1 105 mbar Einla druck stabil abgepumpt Die Pumpen k nnen ohne Schwierigkeiten bei Dr cken ber 1 10 mbar gestartet und bei Lufteinla auch auf Dauer bei 5 10 mbar betrieben werden Eine neu artige Konstruktion der Elektrodensysteme gestattet die Lebensdauer der Kathoden um 50 zu verl ngern Beeinflussung von Prozessen im Vaku umbeh lter durch magnetische Streufel der und Streuionen aus der IZ Pumpe Die f r den Pumpproze erforderliche hohe Magnetfeldst rke f hrt zwangsl ufig zu magnetischen Streufeldern in der Um 78 gebung der Magnete Falls hierdurch Pro zesse im Vakuumbeh lter st rend beein flu t werden sollte die betreffende IZ Pumpe mit einer Abschirmvorrichtung ver sehen werden Form und Art solcher Vorrichtungen k nnen so optimal gew hlt werden da die Prozesse im Vakuum beh lter nicht mehr gest rt werden als durch das ohnehin vorhandene
454. lektronen durch das Me tallatom und deren Aufnahme durch das Oxidationsmittel korrosive Gase Einem korrosionsbereiten Metallatom mu daher ein aktionsbereites Teilchen des Oxida tionsmittels gegen berstehen Hiermit wird der Korrosionsschutz der l gedichteten Pumpen verst ndlich denn die Konzentration des Oxidationsmittels im l ist vernachl ssigbar gering und damit die M glichkeit des Metalls Elektronen ab zugegeben Weiterhin wird damit deutlich da der Einsatz von sogenannten nicht rostenden St hlen nicht sinnvoll ist denn f r die Passivierung dieser St hle ist eine Oxidation notwendig um das sogenannte Passivgebiet der St hle zu erreichen Die kritische Passivierungsstromdichte tritt im allgemeinen bei lgedichteten Pumpen nicht auf a S uren Grunds tzlich sind unsere Pumpen zum Abpumpen von S uren geeignet In be sonderen F llen k nnen sich Probleme mit dem l und mit saug und oder auspuff seitig angeschlossenen Zusatzeinrichtun gen ergeben Zur L sung solcher Proble me steht Ihnen unsere Beratung in K ln zur Verf gung b Anhydride CO Kohlenmonoxid ist ein starkes Re duktionsmittel Beim Abpumpen von CO darf daher keine Luft f r den Gasballast verwendet werden sondern allenfalls Inertgas z B Ar oder N Auch SO SO und H S sollten mit Inertgas Gasballast abgepumpt werden Bei diesen drei Anhy driden ist au erdem ein Korrosions schutz l zu verwenden Das Abpumpen
455. lem Schrauben vakuumpumpen Hubkolbenpumpen oder Klauenpumpen eingesetzt Wenn auf den Einsatz von Drehschieberpumpen nicht verzichtet werden kann k nnen aus dem Saugstutzen r ckdiffundierende ld mpfe durch eine Adsorptionsfalle Abschnitt 2 1 2 8 oder durch Einlassen von Sperr gas vgl Abschnitt 1 10 zur ckgehalten werden b Feinvakuum Bereich 1 bis 10 mbar Auch in diesem Bereich werden vorteilhaf ter Weise Schraubenvakuumpumpen oder Hubkolbenpumpen eingesetzt Bei Anfall von gr eren Gasmengen bei tiefem Druck werden sie mit Rootspumpen kombiniert Absolut lfreie Vakua lassen sich im Fein vakuumgebiet mit Adsorptionspumpen herstellen Sie haben aber heute praktisch nur noch historische Bedeutung Da die Pumpwirkung dieser Pumpen f r leichte Edelgase nur gering ist k nnen zuvor mit Luft gef llte Rezipienten durch sie nur auf etwa 10 2 mbar evakuiert werden Dr cke von 10 3 mbar oder noch niedrigere Dr cke k nnen nur dann mit Adsorptions pumpen erzeugt werden wenn weder Neon noch Helium im abzupumpenden Gasgemisch vorhanden sind In einem sol chen Fall kann es zweckm ig sein die Luft im Rezipienten vor dem Pumpproze durch Stickstoff zu verdr ngen und diesen dann abzupumpen c Hoch und Ultrahochvakuum Bereich lt 10 3 mbar Sofern in diesen Druckbereichen laufend Gase anfallen und abgepumpt werden m ssen sollte man Turbo Molekular pumpen oder Kryopumpen verwenden Sollen in abgesch
456. leres l wieder zur ck in den lsumpf wo der Kreislauf wieder beginnt Mechanische Vakuumpumpen dl Dry ll zu o a a g Wi t Evacuation Enabled Press ENTER Lo close Abb 2 48 Handsteuerung Ein ausgekl geltes lverteilungssystem be sorgt das K hlen der Rotoren die Einhal tung einer optimale Pumpentemperatur und auch die Schmierung der Lager zum Erreichen einer maximalen Lagerstandzeit Zus tzlich wird die K hlung von Pumpen k rper und Motor durch ein Wasserk h lungssystem sichergestellt Ein mikropro zessorgesteuerter Schaltkreis kontrolliert die Pumpentemperatur Um die Pumpen parameter anzuzeigen ist die DuraDry mit den n tigen Sensoren und der Elektronik ausger stet um sie in das WaferSafer Pumpenkommunikationsnetz von Leybold zu integrieren Dieses Interface kann nach den neuesten Kommunikationsprotokollen mit allen Proze gruppen kommunizieren Abb 2 48 zeigt das Handsteuerungsteil f r die lokale Kontrolle und das Auslesen von Parametern Au erdem ist es mit den bli chen Schnittstellen f r Proze gruppen aus ger stet und kann vom Benutzer leicht ad aptiert werden Abb 2 49 zeigt den Aufbau einer DuraDry 605 mit offenen Seitenw n den Abb 2 49 DuraDry 605 WS 501 45 Mechanische Vakuumpumpen Saugverm gen m h Ansaugdruck mbar 1205 tzen 1205 CVD 605 tzen 605 CVD 105 tzen 105 CV
457. leuse mit Zentrierring und Verschu ventil Photo 107 Druckmessung 1 Das Messen niedriger Drucke Druckuberwachung Drucksteuerung und Druckregelung Der heute der Messung zug ngliche Druckbereich des Vakuums erstreckt sich von 1013 mbar bis 10 12 mbar also ber 15 Zehnerpotenzen Diese enorme Dyna mik wird in der Analogiebetrachtung von Vakuumdruckmessung und L ngenmes sung besonders deutlich die in Tabelle 7 1 dargestellt ist Analogiebetrachtung Erfassung durch Absolutdruck L nge Erfahrungswelt des Menschen CS Im einfache Me mittel gt 1 mbar gt 1 mechanische 3 Me mittel gt 1058 mbar gt 1 um indirekte S 1 100 Verfahren SCH Atom extreme indirekte Se 0 18 Verfahren a Elektronen o Tabelle 7 1 Zur Messung in diesem weiten Druck bereich dienen Me ger te die als Vakuum meter bezeichnet werden Da es aus physikalischen Gr nden unm glich ist ein Vakuummeter zu bauen mit dem man im gesamten Vakuumbereich quantitativ messen kann stehen zur berdeckung des Gesamtbereiches eine Reihe von Vakuum metern zur Verf gung von denen jedes einen charakteristischen Me bereich besitzt der sich meist ber einige Zehner potenzen erstreckt siehe Abb 13 16a Um den einzelnen Vakuummetertypen m glichst gro e Me bereiche zuordnen zu k nnen wird in Kauf genommen da die Me unsicherheit an den oberen und unte ren Bereichsgrenzen OG und UG sehr stark
458. lgemeinen wurde der mindestens be n tigte VV Druck sowohl f r Diffusions pumpen als auch f r klassische Turbo Molekularpumpen als feste Gr e bei etwa 1 101 mbar angegeben Abb 5 9a zeigt die Saugverm genskurve und Abb 5 9b die Kompressionskurven der TW 250 S f r Stickstoff Die Kompres sion manch mal auch als Kompressionsverh ltnis bezeichnet ist das Verh ltnis zwischen Partialdruck einer Gaskomponente am Flansch zu dem am HV Flansch Die maxi male Kompression k finden wir bei der Saugleistung Null Weil aber die Saug leistung Null wegen der Desorption von den W nden der Permeation durch Dich tungen und wegen Lecks nicht wirklich realisierbar ist bleibt k ein rein theoreti scher Wert Im Diagramm ist k die Ein h llende der bei verschiedenen Gas durchs tzen gemessenen Kurven in Abb 5 9b rot gestrichelt dargestellt F r tie fere Dr cke unterhalb von 1 10 1 mbar wird sie f r den Gasdurchsatz Saug leistung Null extrapoliert Vielfach wird auch heute noch nur mit Kur ven f r Saugverm gen und Kompression argumentiert F r klassische Turbo Mole kularpumpen sind die Saugverm gen 99 Pumpen Auswahl Dimensionierung 5 von tiefen Ansaugdr cken kommend bis etwa 10 3 mbar konstant und sinken etwa im Bereich von 10 3 mbar bis 101 mbar auf Null ab Die Form der abfallenden Kurve ist vom angeschlossenen VV System abh ngig Im rechten Diagramm ist k die rot gezeichnete Ku
459. lgende Anordnung Zwischen zwei parallelen Kathodenplatten befinden sich dicht ge packt zylinderf rmige Anoden aus Edel stahl deren Achsen rechtwinklig zu den Kathoden ausgerichtet sind s Abb 4 3 Die Kathoden haben ein negatives Poten tial von einigen kV gegen ber der Anode Die ganze Elektrodenanordnung befindet sich in einem homogenen Magnetfeld das durch einen au en am Pumpengeh use angebrachten Permanentmagneten er zeugt wird Die magnetische Flu dichte 0 1 T betr gt 1 Tesla 109 Gau Die durch die Hochspannung erzeugte Gas entladung enth lt Elektronen und lonen Die Elektronen legen unter dem Einflu des Magnetfeldes lange Spiralbahnen s Abb 4 3 zur ck ehe sie auf dem Anoden zylinder der entsprechenden Zelle gelan gen Der lange Elektronenweg bedingt eine hohe lonenausbeute die auch bei sehr ge ringen Gasdichten Dr cken ausreicht um eine selbst ndige Gasentladung auf recht zu erhalten Eine Zufuhr von Elek tronen aus einer Gl hkathode ist nicht erforderlich Die Ionen werden wegen ihrer gro en Masse von dem Magnetfeld der oben angegebenen Gr e auf ihrer Bahn praktisch nicht beeinflu t Sie fliegen auf kurzem Weg zur Kathode die sie bom bardieren Bei den Diodenpumpen mit der Elektro denkonfiguration nach Abb 4 4 werden die Getterschichten an den Anodenoberfl chen und zwischen den Zerst ubungsbereichen auf der Kathode gebildet Die Implantation der lonen erfolgt in den
460. li chen 9 5 2 Leckdetektoren mit Massenspektrometern MS Der massenspektrometrische Nachweis von Pr fgas ist bei weitem die empfind lichste und am weitesten verbreitetste in der Industrie angewendete Lecksuchme thode Die hierf r entwickelten massen spektrometrischen Lecksuchger te erm g lichen die quantitative Messung von Leck raten in einem ber viele Zehner Potenzen gehenden Bereich siehe Abschnitt 9 2 wobei die untere Grenze 10 12 mbar Zi betr gt und damit sogar den Nachweis der nat rlichen Gasdurchl ssigkeit Per meation von Feststoffen erm glicht wenn Helium als Pr fgas verwendet wird Grunds tzlich k nnen eigentlich alle Gase massenspektrometrisch nachgewiesen werden Unter allen M glichkeiten hat sich aber die Verwendung von Helium als Pr f gas als besonders praktisch erwiesen Helium ist im Massenspektrometer ein deutig nachweisbar chemisch inert nicht explosiv nicht gesundheitsgef hrlich in der normalen Luft nur mit 5 ppm vor handen und recht preiswert In handels blichen massenspektrometrischen Heli umlecksuchger ten werden zwei Arten von Massenspektrometern verwendet a Das Quadrupol Massenspektrometer allerdings seltener wegen des aufwen digeren Aufbaues vor allem der elek trischen Versorgung des Sensors oder b Das 180 Sektorfeld Massenspektro meter berwiegend wegen des relativ einfachen Aufbaues Unabh ngig vom Funktionsprinzip bestehen alle Massenspe
461. ll Triggern kann au erdem die Gr e der Hysterese und die Art der Soll wertvorgabe gew hlt werden n mlich ent weder feste Einstellung im Ger t oder Vor gabe durch eine externe Spannung z B von 0 10 Volt So kann beispielsweise mit dem LEYBOLD MEMBRANOVAG der A Serie unmittelbar eine Dreipunktrege lung ohne Hilfsrelais aufgebaut werden Abb 7 28 zeigt verschiedene Ger te der neuen LEYBOLD A Serie die obwohl sie nach verschiedenen Me verfahren arbei ten alle ein einheitliches Aussehen zei gen Stetige Druckregelung Wir haben hier zwischen Elektrischen Reglern z B PID Regler mit einem Pro portionalventil als Stellglied und mecha nischen Membranreglern zu unterschei den Bei Regelung mit elektrischen Reg lern ist die Abstimmung von Regler und Stellglied piezoelektrisches Gaseinla ven til Einla ventil mit Motorantrieb Drossel klappe Drosselventil wegen der sehr unterschiedlichen Randbedingungen Vo lumen des Rezipienten effektives Saug verm gen am Rezipienten Druck Regel bereich schwierig Solche Regelkreise nei gen bei Proze St rungen leicht zum Schwingen Allgemein g ltige Richtwerte lassen sich kaum angeben Viele Regelprobleme lassen sich besser mit einem Membranregler l sen Die Funktion des Membranreglers siehe Abb 7 29 l t sich einfach aus der eines Membran Vakuummeters ableiten Durch eine gummielastische Membran wird ein stumpfes Rohrende verschlossen f r Re ferenzdruck
462. llastpumpen W lzkolbenpumpen Dampfstrahlpumpen je nachdem bei welchem Totaldruck sich der Proze abspielt Es mu hierbei nochmals darauf hingewie sen werden da die Wasserdampfvertr g lichkeit zweistufiger Gasballastpumpen h u gt 1013 mbar 102 9 0 ba D P 4 5 5 40 SP 2 2 VW Q ba 0 G 2 S A 10 8 6 4 D 1 1 10 7 2 4 6 8 10 1 2 8 10 Luftpartialdruck mbar Abb 5 3 Einsatzgebiete von Gasballastpumpen und Kondensatoren beim Absaugen von Wasserdampf 0 G ohne Gasballast fig niedriger ist als die entsprechender ein stufiger Pumpen Abpumpen von Wasserdampf mit W lz kolbenpumpen W lzkolbenpumpen sind normalerweise im Dauerbetrieb bei Dr cken ber 40 mbar nicht so wirtschaftlich wie Gasballastpum pen Bei sehr gro en Pumps tzen die mit ganz speziellen Abstufungsverh ltnissen arbeiten und mit Umwegleitungen aus ger stet sind ist die spezifische Energie aufnahme allerdings g nstiger Werden W lzkolbenpumpen zum Absaugen von D mpfen eingesetzt so kann man hnlich wie bei Gasballastpumpen ein Diagramm angeben das alle m glichen F lle enth lt siehe Abb 5 4 Gebiet A W lzkolbenpumpe mit einstufi ger Sperrschieberpumpe ohne Gasballast Da ledi
463. llen Grenz werte dar In der Praxis ist n mlich die Bedingung des nahezu ungest rten Gleich gewichtes kleine Kaltfl chen gegen ber gro en Beh lterw nden h ufig nicht ge geben weil zur Erzielung kurzer Pumpzei ten und eines guten Endvakuums gro e Kaltfl chen vorhanden sein m ssen Ab weichungen ergeben sich auch wenn die Kaltfl che mit einem gek hlten Baffle um geben ist an dem die Geschwindigkeit der durchtretenden Gasteilchen durch Abk h lung bereits reduziert wird Standzeit Betriebsdauer t s Die Be triebsdauer einer Kryopumpe f r ein be stimmtes Gas wird festgelegt durch die Be ziehung ke C 0 mi Co Kapazit t der Kryopumpe f r das Gas G 0 Saugleistung der Kryopumpe f r das Gas zum Zeitpunkt t Sofern der zeitliche konstante Mittelwert der Saugleistung Q bekannt ist ergibt sich f r t zz 4 6 06 Po Ge Nach Ablauf der Betriebsdauer tp die Kryopumpe bez glich der Gasart G regeneriert werden Startdruck p Eine Kryopumpe kann im Prinzip auch bei Atmosph rendruck im Va kuumbeh lter gestartet werden Dies ist je doch aus mehreren Gr nden unzweck m ig Solange die mittlere freie Wegl nge der Gasteilchen kleiner ist als die Abmes sungen des Rezipienten gt 10 8 mbar ist die W rmeleitung durch das Gas so gro da sich eine unzul ssig gro e W rmezu fuhr zur Kaltfl che ergibt Dar ber hinaus w rde sich bereits beim Start auf
464. lossenen Systemen bei denen durch die sich darin abspielenden Prozesse keine gr eren Gasmengen frei werden ber l ngere Zeit hinweg m g lichst niedrige Dr cke aufrechterhalten werden so sind hierzu lonen Zerst uber pumpen besonderes geeignet Insbeson dere magnetgelagerte Turbo Molekular pumpen garantieren v llig kohlenwasser stoffreie Vakua Beim Stillstand dieser Pumpen und Verwendung lgedichteter Vorvakuumpumpen k nnen jedoch l d mpfe von der Vorvakuumseite durch die Pumpe hindurch in den Rezipienten ge langen Durch geeignete Ma nahmen z B Fluten des Rezipienten mit Argon kann eine Verschmutzung der Beh lterw nde w hrend des Stillstandes der Pumpe verhindert werden Liegt beim Einsatz von Turbo Molekularpumpen das Haupt gewicht auf kohlenwasserstoffreiem Vakuum dann sollten Hybrid Turbo Molekularpumpen mit Membranpumpen oder klassische Turbo Molekularpumpen mit spaltgedichteten also lfreien Vor vakuumpumpen eingesetzt werden 5 1 5 Ultrahochvakuum Arbeitstechnik Die Grenze zwischen dem Hochvakuum und Ultrahochvakuumbereich l t sich hin sichtlich der Arbeitstechnik nicht exakt festlegen Praktisch kommt eine Abgren zung der beiden Gebiete nur zustande weil sich Dr cke im Hochvakuum Bereich noch mit den in der Vakuumtechnik allgemein verwendeten Pumpen Ventilen Dichtun gen und sonstigen Bauteilen beherrschen lassen w hrend zum Erreichen von Dr cken im Ultrahochvakuum Bereich
465. lso im Bereich der Knudsen und der la minaren Str mung haben Ventile etwa den gleichen Leitwert wie Rohrleitungen ent sprechender Nennweiten und axialen L n gen F r Eckventile mu bei der Leitwert Berechnung ein Kniest ck ber cksichtigt werden Bei Staubfiltern die oft zum Schutze von Gasballast und W lzkolbenpumpen ver wendet werden ist katalogm ig die Dros selung in bei verschiedenen Dr cken aufgef hrt Andere Bauelemente nament lich die Abscheider und Kondensatoren sind so konstruiert da sie das Saug verm gen nicht nennenswert drosseln Als Faustregel zur Dimensionierung von Vakuumleitungen gilt Die Leitungen m s sen m glichst kurz und weit sein Sie m ssen wenigstens den gleichen Quer schnitt haben wie der Saugstutzen der Pumpe Ist es wegen besonderer Umst n de nicht m glich die Saugleitung k rzer zu machen so empfiehlt es sich wo immer dies aus konstruktiven und wirtschaftlichen Gr nden m glich ist eine kleine W lzkol benpumpe in die Saugleitung einzuschal ten Diese wirkt dann wie eine F rderpum pe die den Leitungswiderstand herabsetzt 1 8 3 Nomographische Bestimmung von Leitwerten Die Leitwerte von Rohrleitungen und ff nungen f r Luft und andere Gase lassen sich auf nomographischem Wege ermit teln Es ist nicht nur die Ermittlung des Leit wertes einer Rohrleitung bei vorgegebenen Werten f r Durchmesser L nge und Druck m glich sondern auch die Dimensionie
466. lso insgesamt nur um den Faktor 10 erh ht 8 9 Wartung Lebensdauer Kathode Sensor Abgleich Reinigung von lonenquelle und Stabsystem Die Lebensdauer der Kathode h ngt stark von der Art der Belastung ab Die Erfahrung lehrt da als Ma f r die Belastung das Produkt aus Betriebszeit mal Betriebsdruck dienen kann Besonders ung nstig auf die Lebenszeit der Kathoden wirken sich hoher Betriebsdruck Bereich 10 10 3 mbar und besondere chemische Einfl sse z B K ltemittel aus Ein Kathodenwechsel ist dank des einfachen Aufbaues des Sensors leicht m glich es empfiehlt sich aber bei dieser Gelegenheit eventuell die ganze lonenquelle zu wechseln bzw zu reinigen Massenspektrometer Abb 8 17 Teilbeitr ge zur Gesamtzeitkonstante LINE MODE PROG EMIS ON e SENS 13 TIME LIN 1003 LINE MODE ES 2 MASS 34 35 36 37 38 39 LINE MODE PROG EMIS ON ESIN MI C v24 SENS 13 TIME LIN 1 02 d 1 42 E es LINE MODE PROG EMIS ON CSINGLEJ 5 SENS 12 TIME LIN C 1003 MASS 34 35 3 3 Abb 8 18 Verbesserung des Signal Rausch Verh ltnisses durch Druckerh hung oder Integrationzeitverl ngerung Der Sensor Abgleich der Massenachse oft irrt mlich Kalibrierung genannt erfolgt heute auf sehr bequeme Art ber die Soft ware TranspectorWare und kann direkt auf dem Bildschirm beobachtet werden Selbstverst ndlich wird dabei nicht nur die
467. lt in beson derem Ma e f r alle Druckmessungen im Ultrahochvakuumbereich lt 10 7 mbar Will man eine Aussage ber einen von einem Vakuummeter angezeigten Druck machen so hat man in erster Linie darauf zu achten an welcher Stelle und in wel cher Weise das Me system angeschlos sen ist In allen Druckgebieten in denen laminare Str mungen vorherrschend sind 1013 gt p gt 10 1 mbar hat man das beim Auspumpen sich einstellende Druck gef lle zu beachten Unmittelbar vor der Pumpe vom Rezipienten aus gesehen stellt sich ein niedrigerer Druck ein als im Beh lter Selbst Bauteile hohen Leitwertes k nnen ein solches Druckgef lle bewirken Schlie lich darf der Leitwert der Verbin dungsleitung zwischen Vakuumsystem und Me system nicht zu klein sein weil diese sonst im Druckgebiet laminarer Str mung zu langsam leergepumpt wird so da ein zu hoher Druck angezeigt wird Im Hoch und Ultrahochvakuum liegen die Verh ltnisse komplizierter Hier kann den jeweiligen Einbauverh ltnissen entspre chend durch Gasabgabe der Me r hren w nde oder bei ungen gendem Ausheizen des Me systems ein zu hoher Druck oder auch bei sehr gut ausgeheizter Me r hre ein zu niedriger Druck angezeigt werden Im Gebiet des Hoch und Ultra Druckmessung hochvakuums kann der Druckausgleich zwischen Vakuumsystem und Me r hre sehr lange dauern Wenn m glich wird man sogenannte Einbaume systeme ver wenden Diese werde
468. lte Nutzung der zweistu figen Membranpumpe des Vakuumsys tems f r das Quadrupol MS und zus tzlich nur die erste Stufe dieser Pumpe zur F r derung des Schn ffelgasstromes Das Ger t l t sich einfach an der Bedieneinheit von Helium auf verschiedene K ltemittel umschalten die zum Teil frei w hlbar sind Nat rlich mu das Ger t f r jede dieser Masse extra kalibriert werden Die einge stellten Werte bleiben jedoch erhalten so da man nach erfolgter Kalibrierung f r alle Gase f r jedes Gas ist ein eigenes Pr fleck erforderlich unmittelbar von ei nem Gas auf ein anderes umschalten kann 9 5 2 5 Helium Leckdetektoren mit 180 Sektorfeld MS L 200 UL 200 dry UL 500 dry Diese Ger te sind die bei weitem empfind lichsten und auch sichersten Lecksuch ger te Unter sicher wird hier verstan den da es keine Methode gibt mit der man mit gr erer Sicherheit und besserer Stabilit t Undichtheiten finden und quan titativ messen kann Aus diesem Grunde sind diese Helium Leckdetektoren selbst wenn der Anschaffungspreis relativ hoch ist oft wesentlich wirtschaftlicher weil f r den eigentlichen Lecksuchvorgang erheb lich weniger Zeit gebraucht wird Ein Helium Leckdetektor besteht grunds tz lich aus zwei Baugruppen bei tragbaren Ger ten und meist drei Baugruppen bei Standger ten und zwar aus 1 dem Massenspektrometer 2 dem Hochvakuumpumpsystem und 3 bei Standger ten dem Hilfs Vorpump
469. lter eingebaute Kaltfl che die im Vergleich zur Beh lteroberfl che klein ist Bei hinreichend tiefen Temperaturen ist f r alle Gase a 1 Sie zeigt da f r gt gt der Klammerausdruck gegen 1 geht so da beim Arbeiten mit hoher Ubers ttigung also P gt gt Peng gt P gilt 4 4 Gasbindende Vakuumpumpen M EI EI Ts Tripelpunkt Zeichen Substanz Molare bei 293 K bei 80 K Siedepunkt Schmelzpunkt Masse Gastemp Gastemp 1013 mbar g mol ls cm 216 cm mbar H Wasserstoff 2 016 43 88 22 93 20 27 13 80 70 4 He Helium 4 003 31 14 16 27 4 222 2 173 50 52 CH Methan 4 003 15 56 8 13 111 67 90 67 116 7 H 0 Wasser 18 015 14 68 373 15 273 16 6 09 Ne Neon 20 183 13 87 7 25 27 102 24 559 433 0 co Kohlenmonoxid 28 000 11 77 6 15 81 67 68 09 153 7 N Stickstoff 28 013 11 77 6 15 77 348 63 148 126 1 Luft 28 96 11 58 6 05 80 5 58 5 0 Sauerstoff 31 999 11 01 5 76 90 188 54 361 1 52 Argon 9 86 5 15 87 26 687 5 Tabelle 4 2 siehe Text zu Saugverm gen Sy Sn Ak Sa 4 5 Mit RTe ae le Sa 755 CES 365 M s cm Te Gastemperatur in K molare Masse In der Tabelle 4 2 ist nach Gleichung 4 5 das fl chenbezogene Saugverm gen S in s cm f r einige Gase f r zwei ver schiedene Gastemperaturen K ange geben Die Tabellenwerte ste
470. m gen 105 m3 h bei 60 Hz Enddruck lt 5 103 Torr DuraDry 605 WS 501 Saugverm gen 420 m3 h bei 50 Hz Enddruck lt 6 10 4 Torr Saugverm gen 500 m3 h bei 60 Hz Enddruck lt 5 10 4 Torr DuraDry 1205 WS1001 Saugverm gen 750 m3 h bei 50 Hz Enddruck lt 6 10 Torr Saugverm gen 900 m3 h bei 60 Hz Enddruck lt 5 10 4 Torr Das Diagramm in Abb 2 50 zeigt die Saug verm genskurven der DuraDry Familie einschlie lich der Schleusenanwendung ohne Sp lgas welche im Prinzip die glei chen sind wie f r die tzanwendung der DuraDry 105 Die Pumpe wird von einem 3 Phasen Induktionsmotor mit 5 7 7 9 5 KW ent sprechend der DuraDry 105 605 1205 angetrieben Das Diagramm in Abb 2 51 zeigt die typische Leistungsaufnahme der verschiedenen DuraDry Modelle Als letztes soll der Aluminium tzproze als Beispiel f r einen gut bekannten Proze betrachtet weder Wir haben folgende Proze gase AL Cl BCI HCI und N und die Nebenprodukte AL Cl BCI BOCI und HCI Die chemischen Reaktionen sind 2 3 Cl g 1 0 und BCl g O g BOCI g Cl g M gliche Probleme werden sein Kondensation von Al Cl Bildung von HCI eine korrosive S ure Das Endprodukt Cl Gas auch korro siv k nnte mit dem Pumpenk rper reagieren Empfehlungen f r diesen Proze sind Temperatur auf 85 C einstellen Stickstoffsp lung mit ungef hr 13 sIm Auspuffheizung auf 110 C Es
471. machen entsteht ein merklicher Luftstau vor den Kondensationsfl chen Der Kondensator kann dann seine volle Lei stung nicht erreichen Siehe hierzu auch die Ausf hrungen in Absatz 5 1 2 ber das gleichzeitige Abpumpen von Gasen und D mpfen b Der Wasserdampfdruck am Kondensa tor Ausgang d h also an der Saugseite der Gasballastpumpe sollte sofern nicht die im Abschnitt 5 1 2 n her beschriebene Per manent Gasmenge gleichzeitig abgepumpt wird nicht h her sein als die katalogm ig angegebene Wasserdampfvertr glichkeit der betreffenden Gasballastpumpe Ist was sich in der Praxis nicht immer vermeiden l t am Kondensator Ausgang ein h herer Wasserdampfpartialdruck zu erwarten so baut man zweckm igerweise zwischen Kondensator Ausgang und Saugstutzen der Gasballastpumpe eine Drosselstelle ein Der Leitwert dieser Drosselstelle sollte ver 1 Kondensatoreingang 2 Kondensatorausgang 3 siehe Text Abb 2 16 Kondensator mit nachgeschalteter Gasballastpumpe 1 zum Abpumpen gro er Wasserdampfmengen im Grob vakuum Bereich Ill einstellbare Drosselstelle Mechanische Vakuumpumpen nderlich und so bemessen sein siehe Abschnitt 1 8 da bei voller Drosselung der Druck im Ansaugstutzen der Gasballast pumpe nicht h her werden kann als die Wasserdampfvertr glichkeit Auch die Ver wendung anderer K hlmittel oder eine Er niedrigung der K hlwassertemperatur ver mag in vielen F llen den Wasserda
472. mbar mu die vollst ndige Knudsen Gleichung 1 26 verwendet werden Leit werte gerader Rohre blicher Nennweiten sind in den Diagrammen der Abb 13 5 Laminarstr mung sowie der Abb 13 6 Molekularstr mung in Abschnitt 13 angegeben Weitere Nomogramme zur Leitwertbestimmung siehe ebenfalls Ab schnitt 13 Abb 13 8 und 13 9 b Leitwerte L einer ffnung A A in cm F r den Fall des Str mungskontinuums vis kose Str mung gelten f r Luft und 20 C mit p p siehe auch Abb 1 7 nach Prandtl folgende Formeln f r gt 0 528 Loa A Lt 76 6 Ann 1 5 02 125 5 1 29 f r 0 528 und f r 0 03 Lux 20 A 1 29b A 100 Luft 20 80 ER E 9 2 krit 60 Ke l 40 20 1 Sisk l EA Bi 4 SE gt o 10 2 0 4 1 0 0 1 0 3 0 5 Druckverh ltnis Abb 1 8 F chenbezogene Leitwerte L as und L no sowie fl chen bezogene Saugverm gen S jsx und 1 einer ffnung A in Abh ngigkeit vom Druckverh ltnis p p f r Luft von 20 C 0 528 ist f r Luft das kritische Druck verh ltnis H krit F r 8 lt 0 528 ist die Str mung verblockt der Gasstrom also konstant F r den Fall der Molekularstr mung Hochvakuum gilt ebenfalls f r Luft Lao 11 6
473. mbar s Nach der obigen Definition ist es ohne weiteres verst ndlich da die Gr e einer Gasstr mung durch Lecks also durch unerw nschte Leitungselemente auch in mbar s angegeben wird Eine Leckrate wird oft unter der Bedingung gemessen oder angegeben da auf der einen Seite des Lecks Atmosph rendruck und auf der anderen Vakuum p lt imbar herrscht Falls unter genau diesen Bedingungen He lium z B als Pr fgas durch das Leck str mt spricht man von Helium Standard Bedingungen 14 Gasabgabe mbar Unter der Gasabgabe versteht man die Ab gabe von Gasen und D mpfen von den W nden eines Vakuumbeh lters oder an deren Bauteilen in das Innere einer Vaku umanlage Auch diese Gasmenge wird durch das Produkt V charakterisiert wobei V das Volumen des Beh lters ist in das die Gase abgegeben werden und p besser Ap die Druckerh hung die durch die abgegebenen Gase in diesem Volumen hervorgerufen wird Gasabgaberate 5 1 Die Gasabgaberate ist die zeitbezogene Gasabgabe angegeben in mbar s Gasabgaberate mbar s cm fl chenbezogen F r die Absch tzung der abzupumpenden Gasmenge ist die Kenntnis der Gr e der inneren Oberfl che deren Material und Oberfl chenbeschaffenheit ihrer fl chen bezogenen Gasabgaberate und deren zeit licher Verlauf wichtig Mittlere freie Wegl nge X cm und Sto rate z 5 1 Die Vorstellung da ein Gas aus einer gro B
474. mbar bei Betrieb ohne Gasballast abnimmt Die ses grunds tzliche Verhalten ist f r Pum 10 10 Druck mbar 10 10 d 002746 8 10121416 Dimensionsloser Faktor Abb 5 5 Abh ngigkeit des dimensionslosen Faktors o zur Berech nung der Auspumpzeit t gem Gleichung 5 6 Die gestri chelte Linie gilt f r einstufige Pumpen deren Saug verm gen unter 10 mbar geringer wird pen verschiedener Gr en und Typen un terschiedlich darf aber zur Bestimmung der Pumpengr e in Abh ngigkeit von der Auspumpzeit nicht au er acht gelassen werden Es mu au erdem ausdr cklich darauf hingewiesen werden da die Glei chungen 5 3 bis 5 6 sowie die Abb 5 5 nur dann g ltig sind wenn der mit der ver wendeten Pumpe erreichte Enddruck min destens eine Zehnerpotenz niedriger ist als der gew nschte Arbeitsdruck Beispiel Ein Rezipient mit 500 Inhalt soll in 10 min auf 1 mbar leergepumpt werden Welches effektive Saugverm gen wird ben tigt 500 0 5 m3 10 min 1 6 h Nach Gleichung 5 4 0 5 1013 Seti 775 id log SCH 3 2 3 3 01 20 8 F r das oben aufgef hrte Beispiel liest man in Abb 5 5 auf der Geraden f r den Wert 7 ab auf der gestrichelten Linie hingegen 8 Das ergibt nach Gleichung 5 5 Sort 52 6 7 21 bzw 8 24 unter Ber cksichtigung d
475. mbar gen gen die Ventile in ihrer Normalaus f hrung d h Dichtungen und Geh use material sind aus Werkstoffen bei denen die Permeation und die Gasabgabe der Oberfl che noch keine entscheidende Bedeutung f r den Arbeitsproze besitzen Werden Dr cke bis zu 10 9 mbar verlangt sind meist Ausheizprozesse bis zu 200 C notwendig Diese Temperaturen verlangen sowohl w rmebest ndige Dichtungen Vitilan als auch Materialien mit geringer Gasabgabe hoher Festigkeit und guter Oberfl che F r diese Zwecke werden Ventile in Edelstahlausf hrung eingesetzt Flanschverbindungen k nnen dar ber hinaus mit Aluminiumdichtungen aus ger stet werden wobei die bei Elastomer Dichtungen unvermeidlichen Permea tionsraten entfallen Im UHV Bereich haben diese Fragen besondere Bedeutung weshalb vorwiegend metallische Dichtun gen eingesetzt werden m ssen Die an der Oberfl che der Werkstoffe haftenden Gasmolek le gewinnen bei Dr cken unter 3 Druckfeder 4 Magnetspule 1 Geh use 2 Ventilteller Abb 6 6 Vakuum Eckventil mit elektropneumatischem Antrieb Abb 6 7 Vakuum Eckventil mit elektromagnetischem Antrieb 10 9 mbar sehr gro en Einflu sie k nnen in vertretbaren Zeitr umen nur durch gleichzeitiges Ausheizen abgepumpt wer den Ausheiztemperaturen bis zu 450 C die in der UHV Technik angewendet werden m ssen stellen besondere Anfor derungen an die Dichtwerkstoffe und die gesamte Dichtungsgeometrie
476. mehr zul ssig 1 1rd kg 100 3 6 Gewicht Hier ist DIN 1305 zu beachten Das Wort Gewicht soll wegen seiner bisherigen Mehrdeutigkeit nur noch als Benennung einer Gr e von der Art einer Masse im Sinne eines W geergebnisses zur Angabe von Warenmengen verwendet werden Die Bezeichnungen spezifisches Gewicht und Wichte sollen nicht mehr verwendet werden Daf r soll Dichte gesagt werden 3 7 Gewichtskraft Siehe DIN 1305 Die bisherigen Einheiten Pond p und Kilopond kp sowie weitere dezimale Vielfache von p werden nicht mehr verwendet 1kp 9 81N 3 8 lonendosis Bisher verwendete Einheit war das R nt gen R 1 R 2 58 10 G kg 3 9 Kinematische Viskosit t Bisher verwendete Einheit Stokes St 1St 1 cm 5 1 1 cSt 1 mm s 3 10 Kraft Die CGS Einheit Dyn dyn f r die Kraft entf llt 1 10 5 N 3 11 L nge Wellenl nge Die Einheit ngstr m z B f r Wellen l nge soll in Zukunft entfallen 1 10 cm 0 1nm 3 12 Leckrate In DIN 40 046 Blatt 102 Entw Ausgabe August 1973 wird f r die Leckrate die Ein heit mbar dm3 s mbar 5 1 ver wendet Es sei bemerkt da die der Einheit 1 mbar s bei 20 C entsprechende Leckrate praktisch gleich der Leckrate 1 cm3 s NTP ist S auch 3 17 3 13 Magnetische Feldst rke Bisherige Einheit Oersted 1 Oe 79 577 mi 3 14 Magnetische Flu dichte Bisherige Einhe
477. mit der ohne Gasballast arbeitenden Vor pumpe E 250 wie oben kombiniert ist und zwar so da die W lzkolbenpumpe erst dann eingeschaltet wird wenn der Druck im Beh lter auf 10 mbar abgefallen ist Da die Saugverm genscharakteristik der Kombination WA 1001 E 250 im Gegensatz zur Charakteristik der Pumpe 250 keineswegs mehr ber den gr 103 101 3 400 e 10 2 N SEI elek Pend A 250 1071 ct b Pend WA 1000 E 250 10 2 Pend 10 0 10 15 Zeit min Abb 5 10 Auspumpzeit t eines 5 Beh lters mit einer Sperr schieberpumpe E 250 mit einem Nennsaugverm gen von 250 mb mit a und ohne Gasballast b sowie der W lz kolben Sperrschieber Pumpenkombination WA1001 E250 f r einen Einschaltdruck der WA 1001 von 10 mbar c Pumpen Auswahl Dimensionierung ten Teil des Druckbereichs horizontal ver l uft siehe zum Vergleich den analogen Verlauf der Charakteristik der Kombina tion WA 2001 E 250 in Abb 2 57 mu man als N herung ber bestimmte Druck bereiche Mittelwerte f r 5 einf hren F r die Kombination WA 1001 250 sind dies folgende Sr 800 m h f r den Druckbereich von 10 mbar bis 1 mbar Sr 900 m3 h f r den Druckbereich von 1 mbar bis 5 10 2 mbar 5 500 m3 h f r den Druckbereich
478. mit einem sehr kleinem Saugverm gen von S 10 2 s Auch hier werden die in der Entladung erzeug ten lonen auf die Kathode hin beschleu nigt wo sie teilweise festgehalten werden zum Teil aber auch eine Zerst ubung des Kathodenmaterials hervorrufen Das zer st ubte Kathodenmaterial wiederum bildet eine getternde Oberfl che auf den W nden der Me r hre Trotz dieser Nachteile die eine relativ hohe Ungenauigkeit der Druck anzeige bis zu etwa 50 verursachen hat das Kaltkathoden lonisations Vaku ummeter drei besonders hervorstechende Vorteile Erstens ist es das preiswerteste aller Hoch vakuum Me ger te Zweitens ist das Me system unempfindlich gegen Luftein br che und Ersch tterungen und drittens ist das Ger t sehr einfach zu bedienen 7 3 3 2 lonisations Vakuummeter mit Gl hkathode Darunter versteht man im blichen Sprachgebrauch Me systeme die aus lonenf nger Ua 50V 200V i lonenstrom Elektronenstrom Abb 7 13 Schematischer Aufbau und Potentialverlauf in einem lonisations Vakuummeter mit Gl hkathode Druckmessung Angezeigter Druck mbar 107 1077 Tats chlicher Druck mbar I Druckanzeige ohne R ntgeneffekt Druckgrenze Il Durch R ntgeneffekt vorget uschte unter lll Summe von I und I Abb 7 14 Durch den R ntgeneffekt bei einer normalen lonis
479. mpe ScrewLine SP630 und der Drehschieber pumpe SOGEVAC SV 630 mit und ohne Gasballast bei 50 Hz Die f llige Saug verm genskurve der ScrewLine SP630 er m glicht den uneingeschr nkten Ersatz von Drehschieberpumpen der gleichen Saugverm gensklasse Durch den sehr niedrigen Enddruck und das hohe Saug verm gen bei niedrigen Dr cken kann beim Einsatz einer ScrewLine SP630 in ei nigen Applikationen sogar auf die bislang notwendigen Rootspumpen verzichtet werden Vorteilhaft wirkt sich im Vergleich zur Drehschieberpumpe au erdem aus da die Schraubenpumpe aufgrund der h heren Oberfl chentemperaturen im Sch pfraum in vielen Applikationen ohne Gasballast betrieben werden kann Abb 2 45 zeigt den Vergleich der Lei stungsaufnahmen der Schraubenvakuum pumpe ScrewLine SP630 und der Dreh schieberpumpe SOGEVAC SV 630 bei 50Hz Die Leistungsaufnahmen der Dreh schieberpumpe und der ScrewLine SP630 weisen nur geringe Unterschiede auf Hier f r ist die hohe innere Verdichtung in der SP630 verantwortlich vgl Abb 2 40 Abb 2 36 zeigt die ScrewLine SP630 mit Verkleidung und direkt angeflanschter Rootspumpe Diese Pumpkombination er m glicht eine sehr kompakte und kosten g nstige L sung f r hohe Saugverm gen bis weit in den Feinvakuumbereich Dabei liegt der Schallpegel der Schraubenpumpe unter dem von Drehschieberpumpen F r die Anpassung der Pumpe an die Kunden anforderungen steht weiteres Zubeh r wie Wasserk
480. mpen von Wasserdampf vermeiden insbesondere in Verbindung mit korrosiven Medien Der Einsatz eines lfilters wird dringend empfohlen Elastomervertr glichkeit FPM Viton Geeignet Geeignet NBR Perbunan 3 Bedingt geeignet Geeignet EPDM Nicht geeignet Geeignet Technische Daten Viskosit t bei 40 C mm s 90 47 bei 100 C mm s 10 5 Flammpunkt C gt 255 Entf llt 3 Dampfdruck bei 20 C mbar lt 1 105 3 107 bei 100 C mbar lt 3 103 6 104 Dichte bei 15 C 0 0 881 1 891 Pourpoint C lt 9 40 Mittleres Molekulargewicht g mol 550 2500 Bitte beachten Sie da die genannten Technischen Daten typische Kenndaten sind Geringe Schwankungen sind chargenbedingt Die hier genannten Technischen Daten stellen keine Zusicherung von Eigenschaften dar 1 bei 20 C 2 Die Schmierstoff Best ndigkeit ist stark abh ngig von der H he des Acrylnitril Gehalts im NBR 3 Achtung Bei thermischer Zersetzung gt 290 C werden toxische und korrosive Gase freigesetzt Beim Umgang mit PFPE ist offenes Feuer fernzuhalten Im Arbeitsbereich darf nicht geraucht werden Tabelle 13 16c l Empfehlungen f r Sperrschieberpumpen E und DK zu verschiedenen Einsatzgebieten 194 Tabellen Formeln Diagramme Anwendungsdaten Spezial l N62 ANDEROL 555 2 ANDEROL 2100 HTCL NG 1 14 Dn Paraffinbasisches Mineral l Diester l Polylester Perfluorierter Polyether PFPE Kernfraktion
481. mpen von der Gasart Vakuum Technik 1989 3 8 J Henning Die Entwicklung der Turbo Molekular pumpe Vakuum in der Praxis 1991 28 30 D Urban Moderne Bildr hrenfertigung mit Turbo Molekularpumpen Vakuum in der Praxis 1991 196 198 Ganschow et al Zuverl ssigkeit von Turbo Molekular pumpen Vakuum in der Praxis 1993 90 96 M H Hablanian Konstruktion und Eigenschaften von turbi nenartigen Hochvakuumpumpen Vakuum in der Praxis 1994 20 26 J H Fremerey und H P Kabelitz Turbo Molekularpumpe mit einer neuarti gen Magnetlagerung Vakuum Technik 1989 18 22 H P Kabelitz and J K Fremerey Turbomolecular vacuum pumps with a new magnetic bearing concept Vacuum 38 1988 673 676 16 2 3 Treibmittelpumpen W Gaede Die Diffusion der Gase durch Quecksilber dampf bei niederen Dr cken und die Diffusionspumpe Annalen der Physik 46 1915 357 392 W Gaede Die Oldiffusionspumpe Z techn Physik 13 1932 210 212 R Jaeckel H G N ller und H Kutscher Die physikalischen Vorg nge in Diffusions und Dampfstrahlpumpen Vakuum Technik 3 1954 1 15 W B chler und H G N ller Fraktionierung und Entgasung in l Diffu sionspumpen Z angew Physik einschl Nukleonik 9 1957 612 616 H G N ller Weshalb sind systematische Fehler bei Saugverm gensmessungen besonders gro f r Hochvakuumpumpen gro er Leistung Vakuum Technik 12 1963 291 293 W B chler und H J Forth Die wi
482. mperature and pressure 1 atm 0 C 83 14 mbar mol K 1 NTP h 1 atm h t 1 Ncm3 h 1 std cch SI System koh rent 1 m3 5 1 10 mbar 5 1 R 8 314 mol K 71 M in kg mol 1 cm3 NTP 1 1 sccs 60 cm NTP min 60 60 60 1 1lusee 1 u s 1 1 micron 103 Torr 1 lusec 10 3 Torr s 1 sccm 103 sIpm 10 3 mim 60 sccs 1 atm 3 min 1 cfm NTP F12 20 C Frigen F12 1 5 1 NTP 1 atm s t 1 scc 5 1 1 sccss 1 m8 s 1 m s anglo amerik 103 Pa s 120 92 g molt 1 micron liter per second 0 0013 std cc per second 1 user 1 micron cubic foot per minute 1 u ft3 min 1 u cuft min 1u cfm 1 standard per second 96 600 micron cubic fee per hour ju 571 127 u 3 h 0 0013 std per second 1 lusec NTP normal temperature and pressure 1 atm nd 0 C Achtung Anglo amerikanische Einheiten werden uneinheitlich abgek rzt Beispiel Standard cubic centimeter per minute std cem std Tabelle 13 7a Umrechnung von Durchflu Q Einheiten Leckraten Einheiten 1 mbar s cm3 s Torr s mis oz yr Ib yr atm ft3 min u s u
483. mpf Druck unter den erforderlichen Wert zu senken Zur rechnerischen Behandlung der Kom bination Kondensator Gasballastpumpe ge n gt es vorauszusetzen da im Kondensa tor selbst kein Druckverlust auftritt da also der Totaldruck am Kondensator Ein gang De gleich ist dem Totaldruck am Kondensator Ausgang Piot2 2 5 Der Totaldruck setzt sich zusammen aus den Partialdruck Anteilen der Luft p und des Wasserdampfes pp Dr Dn Poz 2 5a Da infolge der Wirksamkeit des Kondensa tors der Dampfdruck am Ausgang des Kondensators stets kleiner sein mu als am Eingang mu zur Erf llung von Gleichung 2 5 der Luftpartialdruck am Ausgang gr er sein als am Eingang D siehe Abb 2 18 auch wenn keine Drosselstelle vorhanden ist Der h here Luftpartialdruck p am Kon densator Ausgang wird durch einen Luft stau erzeugt der so lange am Ausgang vor handen ist bis sich ein station res Str mungsgleichgewicht einstellt Von diesem 20 Kondensationsleistung 1 20 30 40 50 60 70180 90 100 Torr kee age Se h 10 20 30 40 3 de To 80 90 100 120 mbar Ansaugdruck mbar und Torr Abb 2 17 Kondensationsleistung des Kondensators Kondensations fl che 1m in Abh ngigkeit vom Ansaugdruck pp des Wasserdampfes Kurve a K hlwassertemperatur 12 C Kurve b Temperatur 2
484. n 7 4 3 Kombinations Transmitter ITR90 Zur Vereinfachung der Kontrolle von Pro zessen gibt es eine Kombination von einem Bayard Alpert lonisationssensors mit ei nem miniaturisierten Piranisensor als Transmitter mit nur einem Flanschan schlu Hier besteht die Hauptaufgabe des Piraniteiles darin die Kathode des lonisa tionsteiles automatisch ein und auszu schalten und vor pl tzlichen Luftein br chen zu sch tzen Bei Verwendung eines Anzeigeger tes z B IT23 werden zwar Me werte des ITR90 bis Atmos ph rendruck dargestellt aber f r den Pi ranibereich von 10 3 bis 1000 mbar gibt es keine Me unsicherheitsspezifikation da der Piranisensor hier nur eine Schalt und Schutzfunktion erf llen soll 7 4 4 Einflu der Ausleseger te von Transmittern auf die Me unsicherheit Die Signal bertragung vom Sensor zum Anzeigeger t kann grunds tzlich entweder digital oder analog erfolgen so da zwi schen diesen beiden F llen zu unterschei den ist Die linearisierten Kennlinien von stark unlinearen Sensoren besonders von thermoelektrischen Sensoren t uschen besonders in den Problemzonen kleine Me unsicherheiten vor Abb 7 17 zeigt den Vergleich einer analogen Skala mit einer digitalen Anzeige eines THERMOVAC Sensors Im konkreten Fall wird mit der di gitalen Angabe 2 19 10 1 mbar eine hohe Aufl sung angegeben die hier im bevor zugten Einsatzbereich richtig ist aber in der Randbereichen zwischen 100 u
485. n ist mit also das Produkt aus Drehzahl n und inne rem R ckf rdervolumen Ve Der volumetrische Wirkungsgrad einer W lzkolbenpumpe ist gegeben durch Uu e 2 11 Unter Verwendung der Beziehungen 2 6 2 7 2 8 und 2 9 ergibt sich 1 Ze 1 Pa Du 2 12 Bezeichnet man die Kompression mit k so wird E 2 12 Die maximale Kompression ergibt sich siehe PNEUROP und DIN 28 426 Teil 2 bei Nullf rderung sie wird mit k bezeich net Mechanische Vakuumpumpen Maximale Kompression ko 10 66102 10 Emma SEHE EHI SHE Free FH er ER Het HH HN er Vorvakuumdruck py mbar I NH 10 10 10 Abb 2 56 Maximale Kompression k der W lzkolbenpumpe RUVAC WA 2001 in Abh ngigkeit vom Vorvakuumdruck 2 13 ist eine f r die W lzkolbenpumpe cha rakteristische Gr e die gew hnlich in Abh ngigkeit vom Vorvakuumdruck py an gegeben wird siehe Bild 2 56 k h ngt auch in geringem Ma e von der Gasart ab F r den Wirkungsgrad der W lzkolben pumpe ergibt sich die generell g ltige Be ziehung n 1 2 14 0 In der Regel wird eine W lzkolbenpumpe zusammen mit einer vorgeschalteten Grob vakuumpumpe mit dem Nenn Saugver m gen Sy betrieben Die Kontinuit tsglei chung liefert die Beziehung Sn Pa 2 15 Sy Py Sert Daraus ergibt sich f r
486. n gt es aber zu wissen ob in dem Gasgemisch dessen Druck ge messen werden soll vorwiegend leichte oder schwere Molek le vorhanden sind z B Wasserstoff bzw Treibdampf molek le bevorzugter Einsatzbereich relative Me unsicherheit 10 10 10 relative Me unsicherheit lt 5 UG Druck mbar OG 10 10 10 1 Abb 7 1 Me unsicherheitsverteilung ber den Me bereich VISCOVAC Beispiel Wird mit einem lonisations Vakuummeter der Druck eines Gases ge messen das im wesentlichen aus Treib mittelmolek len besteht so ist die f r Luft oder N geltende Druckanzeige gem Tabelle 7 3 etwa um den Faktor 10 zu hoch Die Messung von Dr cken im Grob vakuum Bereich l t sich durch Vakuum meter mit direkter Druckmessung relativ genau durchf hren Die Messung niedri gerer Dr cke dagegen ist fast immer mit einer Reihe prinzipieller Fehler behaftet welche die Me genauigkeit von vornher ein begrenzen so da sie in keiner Weise mit der sonst in der Me technik blichen Me genauigkeit verglichen werden kann Schon um im Fein und Hochvakuum Bereich eine Druckmessung mit einer Me unsicherheit kleiner als 50 durchzu f hren ist eine erh hte Sorgfalt des Expe rimentators notwendig Druckmessungen die bis auf wenige Prozent genau sein sollen erfordern einen gro en Aufwand und im allgemeinen die Anwendung spe zieller Me instrumente Dies gi
487. n produziert gemessen F r ein beliebiges Gas gilt anlog dazu TF Seas f Paas NFeas m D s Egas Peas und Des Dsg und die Messung von N bei Masse 28 NFuaas erfolgt wird E Enz DIN NF m7 1 Me Egas Peas 8 4 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Wasserstoff Sauerstoff e 23 Kohlendioxid Argon Stickstoff Wasser Neon Kohlenmonoxid Auswertungsprobleme Beispielsweise kann der Peak bei Masse 16 von Sauerstoff Fragmenten aus O H 0 CO und CO stammen der Peak bei Masse 28 von Beitr gen aus N oder und kann auch Fragment von CO sein der Peak bei Masse 20 kann von einfach ionisiertem Ne und zweifach ionisiertem Ar stammen Abb 8 15 Modellspektrum 139 Massenspektrometer Fast alle Gase bilden bei der lonisation Bruchst cke Ks Me KI Pass m2 KZ 2 mi Egas Peas m2 F r eine quantitative Auswertung mu man entweder die Teil lonenstr me von den Peaks der entsprechenden Bruchst cke addieren oder man mi t bei bekanntem Bruchst ckfaktor den lonenstrom eines Peaks und berechnet daraus den Gesamt ionenstrom entweder l gas Ep NF m K BF m m In der Praxis wird meist mit Bruchst ck faktoren gearbeitet Der Partialdruck eines Gases wird dann
488. n und mit kleinen bis unme baren Totzeiten hat der PID Regler oft Schwierigkeiten mit dem Rauschen des Beschichtungsprozesses Strahlablenkung schnelle thermische Kurzschl sse zwi schen Schmelze und Verdampfer etc In diesen F llen wird erfolgreich ein Regel algorithmus vom Integral R cksetzungstyp verwendet Dieser Regler integriert immer die Abweichung und dr ckt das System in Richtung Abweichung Null Diese Technik arbeitet bei kleinen oder ganz verschwin denden Totzeiten gut aber wenn sie bei merklicher Phasenverschiebung oder Tot zeit angewendet wird neigt der Regler zu Schwingungen weil er das Reglersignal berkompensiert bevor das System eine Chance hat zu antworten Auto Control Tune erkennt die Eigenschaften dieser schnellen Systeme w hrend der Messung einer Sprungantwort und ben tzt die In formation um die Regelverst rkung f r einen nicht PID Regelalgorithmus zu be rechnen 10 10 INFICON Ger tevarianten Die angebotenen Ger teausf hrungen un terscheiden sich sowohl in der Hardware als auch in der Software Ausstattung Das einfachste Ger t XTM 2 ist ein reines Me bzw Anzeigeger t das keine Aufdampf quelle steuern kann Die Gruppe 2 und kann auch Aufdampfquellen und bis zu drei verschie dene Schichten eines Prozesses steuern nicht zu verwechseln mit neun verschie denen Schichtprogrammen In den Ger ten XTM 2 XTC 2 und XTC C sind die Funktionen AutoZero und AutoTune
489. n Abschirmwirkung und Reduk tion des Saugverm gens finden 11 3 4 Glasbeschichtung Beschichtetes Glas spielt eine wichtige Rolle in einer Reihe von Anwendungen Fensterscheiben in gem igten und kalten Klimazonen werden mit w rmereflektie renden Schichtsystemen versehen um die Heizkosten zu senken in L ndern mit hoher Sonneneinstrahlung verwendet man Sonnenschutzschichten welche die Kli matisierungskosten reduzieren beschich tete Autoscheiben verringern das Aufhei zen des Innenraumes und Spiegel finden sowohl in der M bel als auch in der Au tomobilindustrie Verwendung Die meisten dieser Beschichtungen erfolgen in gro en Vakuum In line Anlagen Ein typisches An lagenschema zeigt Abb 11 8 Die einzel nen Glasscheiben werden bei Atmos ph rendruck in eine Einschleuskammer eingefahren Nachdem das Einschleusven til geschlossen ist wird die Kammer mit einem Vorpumpstand evakuiert Sobald der Druck hinreichend niedrig ist kann das Ventil zu der evakuierten Transferkammer ge ffnet werden Die Glasscheibe f hrt in die Transferkammer und von hier aus mit konstanter Geschwindigkeit in die Proze kammern wo die Beschichtung mit Hilfe von Sputterkathoden erfolgt Auf der Aus schleusseite der Anlage gibt es analog zur Einschleusseite eine Transferkammer in der die Scheibe geparkt wird bis sie durch die Ausschleuskammer ausgeschleust werden kann 173 Beschichtungsverfahren Da die meisten Schichtsysteme abwec
490. n Drosselung die anfallenden Permanentgase noch abzupumpen Wichtiger Hinweis Wird im Laufe des Pro zesses der S ttigungsdampfdruck des Kon densates im Kondensator abh ngig von der K hlwassertemperatur unterschritten so mu der Kondensator ausgeblockt oder zumindest die Kondensat Sammelvorlage abgesperrt werden Geschieht dies nicht so pumpt die Gasballastpumpe den zuvor im Kondensator kondensierten Dampf hier aus wieder ab 2 1 2 8 Zubeh r zu lgedichteten Rotations Verdr ngerpumpen W hrend eines Vakuumprozesses k nnen in einem Vakuum Beh lter Substanzen an fallen die f r Rotationspumpen sch dlich sind Wasserdampfabscheidung Bei nassen Vakuumprozessen f llt Wasser dampf an Das kann dazu f hren da sich Wasser in der Ansaugleitung niederschl gt W rde dieses Kondensat aber in den Saug stutzen der Pumpe gelangen so kann dies zu einer Verunreinigung des Pumpen ls f hren Die Pumpeigenschaften lgedichte ter Pumpen k nnen auf diese Weise erheb lich beeintr chtigt werden Andererseits kann auch der durch das Auspuffventil der Pumpe ausgesto ene Wasserdampf in der Auspuffleitung kondensieren Das Konden sat kann sofern die Auspuffleitung nicht so angeordnet ist da anfallende Kondensate nach au en ablaufen k nnen auch von hier durch das Auspuffventil in das Pumpen innere gelangen Bei Anfall von Wasser dampf aber auch bei Anfall anderer D mp fe wird daher die Anbringung von Ab sch
491. n Fall eine mit LN fl ssigem Stickstoff gef ll te K hlfalle wird die Pumpfl che durch direkten Kontakt mit einem verfl ssigten Gas gek hlt An einer LN gek hlten Fl che 77 k nnen H O und CO konden siert werden Mit einer auf 10 K gek hl ten Fl che k nnen alle Gase au er He Ne und H durch Kondensation gepumpt werden An einer mit fl ssigem Helium 4 2 K gek hlten Fl che k nnen alle Gase au er He kondensiert werden Bei Verdampfer Kryopumpen ist die Kalt fl che als W rmetauscher ausgebildet Aus einem externen Vorratsgef wird mit Hilfe einer F rderpumpe Vorvakuumpumpe fl ssiges Helium in ausreichender Menge in den Verdampfer gef rdert um die gew nschte Temperatur der Kaltfl che zu erreichen Das fl ssige Helium verdampft im W r metauscher und bewirkt dadurch die K h lung Kaltfl che Das anfallende Abgas He wird in einem zweiten W rmetauscher zur K hlung eines Baffles und eines Strah lungsschildes der die Kaltfl che vor der Strahlung der Umgebung sch tzt ausge nutzt Das von der F rderpumpe ausge sto ene kalte Helium Abgas wird einer 1 Kompressoreinheit 2 Flexible Druckleitungen Kryopumpe mit Kaltkopf 4 Baffle und 5 Pumpfl chen Abb 4 7 Gesamtumfang einer Refrigerator Kryopumpe Helium R ckgewinnungsanlage zugef hrt Durch Regeln des Helium Stromes kann die Temperatur der Kaltfl chen ver ndert werden Heute werd
492. n Pumpend se noch kein gerichteter Dampfstrahl aus sondern einige Sekunden lang breitet sich der ldampf nach allen Seiten aus und die lr ckstr mung ist stark Wenn eine l Diffusionspumpe in kurzen Abst nden an und abgeschaltet wird ist die lr ck str mung der Diffusionspumpe h her 3 1 5 Wasserstrahl und Wasserdampfstrahlpumpen Zu den Treibmittelpumpen geh ren nicht nur solche Pumpen die als Treibmittel schnell str menden Dampf benutzen Auch Fl ssigkeitsstrahlpumpen geh ren hierzu Die einfachsten und billigsten Vakuum pumpen sind die Wasserstrahlpumpen Wie bei einer Dampfstrahlpumpe siehe Abb 3 7 wird der Fl ssigkeitsstrahl zuerst in einer Treibd se entspannt und dann im Mischraum mit dem angesaugten Gas durch Turbulenz vermischt Schlie lich wird die Bewegung des Wasser Gas Gemisches in einer Staud se verlangsamt Der Endtotaldruck in einem Beh lter der von einer Wasserstrahlpumpe ausgepumpt wird ist durch den Dampfdruck des Was sers bestimmt und betr gt beispielsweise bei einer Wassertemperatur von 15 C etwa 17 mbar Wasserdampfstrahlsauger erlauben we sentlich h here Saugverm gen und niedri gere Enddr cke zu erzielen Den Schnitt durch eine Stufe zeigt schematisch die Abb 3 7 Die Bezeichnungen entsprechen denen der Abb 3 4 In der Praxis werden meist mehrere Saugstufen hintereinander ge schaltet F r Laboratoriumsarbeiten eignen sich zweistufige Kombinationen bestehend a
493. n Saugstutzen zu sch tzen Daher sollten die Pumpen nur mit dem mitgelieferten Splitterschutz be trieben werden Au erdem sind harte St e auf die laufende Pumpe und pl tzli che Lage nderungen zu vermeiden Dar ber hinaus ist vor allem bei den gro en Typen mit langen Rotorfl geln ein Bel ften der drehenden Pumpe auf At mosph rendruck nur unter Beachtung der Vorschriften der Gebrauchsanweisung durchzuf hren Unter gewissen Voraus setzungen ist auch der Betrieb von Turbo Molekularpumpen unter au ergew hnli chen Bedingungen m glich So darf z B die Turbo Molekularpumpe im Bereich von Magnetfeldern ungesch tzt zum Einsatz kommen wenn die magneti sche Induktion an der Manteloberfl che der Pumpe nicht gr er als B 3 103T bei radialem Eintritt und B 15 10 3 T bei axialem Eintritt ist In einer strahlenbelasteten Umgebung sind bei Dosisleistungen von 104 105 rad se rienm ige Turbo Molekularpumpen ohne Gefahr einsetzbar Treten h here Dosislei stungen auf so k nnen gewisse Werk stoffe in der Pumpe modifiziert werden um den erh hten Belastungen standzuhal ten Die elektronischen Frequenzwandler sind in solchen F llen au erhalb der strah lenbelasteten Zonen aufzustellen da die in ihnen verwendeten Halbleiter nur eine Strahlendosis von ca 103 rad vertragen Eine weitere M glichkeit bietet der Einsatz von motorischen Frequenzwandlern die bis 108 rad strahlenbest ndig sind F r den Betrie
494. n Vakuummetern 207 Arbeitsbereiche von Vakuumpumpen 206 Arbeitsdruck 12 Astrotorus Dampfsperre 64 Atmosph re 10 Atmosph rendruck 12 Atmosph rische Luft Zusammensetzung 186 Atomphysikalische Einheiten 214 Ausheizen 92 102 182 Ausleseger te f r Transmitter 120 Auspuffilter 32 Auspumpzeiten 70 71 93 101 Auspumpzeiten Ermittlung aus Nomogrammen 100 201 204 Auswechseln des Molekularsiebes 181 Auswertung von Spektren 137 Auto Control Tune 168 Auto Z Match Technik 165 Avogadro Gesetz von 15 Avogadro Konstante Loschmidtsche Zahl 16 185 230 B Bad Kryopumpen 79 Baffle 60 64 Bandbeschichtung 171 Bayard Alpert Me system 119 Bedeckungszeit 14 16 92 Beginn der Vakuumtechnik 9 Begriffe Definitionen Lecksuche 146 Beschichtungsme ger te 161 168 Beschichtungsquellen 169 Beschichtungsregelger te 161 168 Betriebshinweise f r Adsorptionspumpen 181 Betriebshinweise f r Diffusions Dampfstrahlpumpen 181 Betriebshinweise f r Dreh und Sperrschieberpumpen 176 Betriebshinweise f r lonen zerst uberpumpen 182 Betriebshinweise f r Titan Verdampferpumpen 182 Betriebshinweise f r Turbo Molekularpumpen 180 Betriebshinweise f r Vakuumapparaturen 176 Betriebshinweise f r Vakuummeter Einbau Verschmutzung 182 Betriebshinweise f r W lzkolben Roots Pumpen 179 Bevorzugter Einsatzbereich von 108 Bildzeichen Piktogramme der Vakuumtechnik 197 198 Bindung von Ga
495. n diese Kombination zwi schen den aufgef hrten Grenzen also zwi schen 10 2 und 4 mbar immer verwenden 5 1 3 Trocknungsprozesse Oft bewegt sich ein Vakuumproze durch mehrere der hier angef hrten Gebiete hin durch Bei der chargenweisen Trocknung kann der Proze beispielsweise siehe Abb 5 4 im Gebiet A beginnen Evaku ierung des leeren Kessels und sich dann schrittweise durch B und D bewegen Dann w re der Proze ablauf wie folgt A Evakuieren des Kessels durch Gas ballastpumpe und W lzkolbenpumpe mit Umwegleitung B Zuschalten der beiden Kondensatoren wegen des steigenden Dampfdruckes durch Beheizen des Trocknungsgutes F r die Auswahl des Pumpsatzes sind der h chste auftretende Dampfpartialdruck und der kleinste Luftpartialdruck auf der Saugseite ma gebend C berbr cken des Hauptkondensators Er kann jetzt nichts mehr n tzen sondern w rde nur bei weiter sinkendem Dampf druck von dem Pumpsatz wieder leerge pumpt werden D berbr cken des Zwischenkondensators W lzkolbenpumpe und Gasballastpumpe k nnen nun allein weiterpumpen Bei Kurz zeit Trocknungen ist die Abtrennung des mit kondensiertem Wasser gef llten Kon densators besonders wichtig da die Gas ballastpumpe st ndig den zuvor bereits kondensierten Wasserdampf beim S tti gungsdampfdruck des Wassers aus dem Kondensator abpumpen w rde Bei l nger dauernden Trocknungsprozes sen gen gt es die Kondensatsammelvor lage im Kon
496. n neutralen Gasteilchen abgelenkt wurden oder weil ihre Anfangsenergie zu weit von der Soll energie abweicht Diese lonen werden durch den Suppressor 11 aussortiert so da zum lonenf nger 13 nur lonen der Masse 4 Helium gelangen k nnen Die Elektronenenergie der lonenquelle betr gt 80 eV Sie ist damit so niedrig da h her ionisierte Teilchen mit der spezifischen Masse 4 wie z B mehrfach ionisierter Kohlenstoff oder vierfach ionisierter Sau erstoff nicht entstehen k nnen Die lo nenquellen der Massenspektrometer sind einfach robust und leicht auswechselbar Sie werden w hrend der Betriebes st ndig geheizt und sind deshalb verschmut zungsunempfindlich Die zwei umschalt baren Iridium Kathoden sind mit Yttriu moxid beschichtet und haben eine hohe Lebensdauer Diese Kathoden sind gegen Lufteinbruch weitgehend unempfindlich d h sie brennen zufolge einer sehr schnell wirkenden Schutzabschaltung auch bei einem Lufteinbruch nicht durch Wohl aber tritt bei Gl hkathoden wie bei allen aus gegl hten Metallen mit wachsender Brenndauer auch eine zunehmende Ver spr dung auf die bei Ersch tterungen zum Zersplittern der Kathode f hren kann Spr dbruch 155 Lecksuche SEET Ionenquellenflansch Extraktor Kathode 2 Kathoden Ir Yt 0 Anode Abschirmung der lonenquelle mit Austritts blende Totaldruckelektrode gt Zw
497. n ohne Verbindungs leitung und ohne umgebenden Glaskolben direkt in das Vakuumsystem eingef hrt und mit dem Basisflansch daran befestigt Die Beeinflussung der Druckmessung durch den Me vorgang selbst mu stets besonders beachtet werden So k nnen in lonisations Vakuummetern die mit hei Der Kathode arbeiten Gasteilchen insbe sondere die der h heren Kohlenwasser stoffe thermisch zersetzt werden Dadurch ndert sich die Gaszusammensetzung Derartige Effekte spielen vor allem bei der Druckmessung im Ultrahochvakuum eine Rolle Das gleiche gilt f r die in lonisa tions Vakuummetern insbesonders in Penning Vakuummetern auftretende Gas aufzehrung die gr enordnungsm ig 10 2 bis 10 1 s betr gt Auch Verschmut zung des Me systems elektrische und magnetische Fremdfelder Isolationsfehler und unzul ssig hohe Umgebungstempera turen verf lschen die Druckmessung Wie sich diese grunds tzlich vermeidbaren Fehler auswirken und welche Abhilfen er forderlich sind ist bei der Besprechung der einzelnen Me systeme angegeben und im Abschnitt 12 4 noch einmal zusammenge fa t Auswahl der Druckme ger te Bei der Auswahl des geeigneten Me instrumentes f r eine Druckmessung ist nicht nur der gew nschte Druckbereich entscheidend Auch die Betriebsbedingun gen bei denen das Ger t arbeiten soll spielen eine gro e Rolle Soll unter schwie rigen Betriebsbedingungen gemessen werden d h besteht eine erh hte Ver
498. n sich sehr hohe Temperaturen des zu verdampfenden Materials und damit sehr hohe Abdampfraten erreichen So k nnen neben Metallen und Legierungen auch hochschmelzende Verbindungen wie Qxide verdampft werden ber die Lei stung des Elektronenstrahls kann man die Abdampfrate einfach und nahezu tr g heitslos steuern 11 2 3 Kathodenzerst ubung Sputtern Bei der Kathodenzerst ubung engl sput tern wird ein Festk rper das Target mit energiereichen lonen aus einer Gasentla dung beschossen Abb 11 3 Durch Im puls bertrag werden aus dem Target Ato me herausgeschlagen die auf dem ge gen berliegenden Substrat kondensieren Die abgest ubten Teilchen haben wesent lich h here Energien als beim Verdampfen Daher sind die Kondensations und Schicht wachstumsbedingungen bei beiden Ver fahren sehr unterschiedlich Gesputterte Schichten weisen in der Regel h here Haft festigkeit und kompakteren Schichtaufbau auf als aufgedampfte Schichten Sputter kathoden werden in vielen unterschiedli chen geometrischen Konfigurationen und 170 Haarnadelf rmiger Verdampfer aus verdrilltem Wolframdraht N Spiralf rmiger Verdampfer aus verdrilltem Wolframdraht Es Muldenf rmiger Verdampfer Muldenf rmiger Verdampfer mit keramischem berzug Verdampfer aus elektrisch leitf higer Keramik Kastenf rmiger Verdampfer U Seege w 7 Verdampfer mit Keramikeinsatz Korbf rmiger Verdam
499. n um mehrere Gr en ordnungen kleiner als die druckunabh n gige Kapazit t f r jene Gase die durch Kryokondensation gepumpt werden Bei der Kryokondensation kann eine bis zu einige cm dicke Kondensatschicht auf der Kaltfl che aufwachsen wodurch sich der freie Raum und somit der Leitwert inner halb der Kryopumpe verringert Da zudem Kondensate eine schlechte W rmeleitung haben ist die Oberfl chentemperatur dicker Kondensatschichten um einige K h her als diejenige der metallischen Kalt fl che selbst wodurch sich sukzessive ein h herer Oberfl chendampfdruck ergibt Beide Effekte f hren letztlich zu einer Reduktion des Saugverm gens und zum Erreichen einer Kapazit tsgrenze K lteleistung Q W Die K lteleistung einer K ltequelle bei einer Temperatur T gibt an welche externe thermische Bela stung die K ltequelle auf diese Temperatur erw rmt Bei Refrigeratoren ist man ber eingekommen f r einstufige Kaltk pfe die K lteleistung bei 80 K und f r zweistufige die K lteleistung der ersten Stufe bei 80 K und der zweiten Stufe bei 20 K bei gleich zeitiger thermischen Belastung beider Stu fen anzugeben Die thermische Belastung wird bei der Messung der K lteleistung durch elektrische Heizungen erzeugt Die K lteleistung eines Kaltkopfes hat ihren h chsten Wert bei Raumtemperatur ihren niedrigsten Null bei Endtemperatur Netto K lteleistung 0 W Bei Refrigera tor Kryopumpen ist die bei den blichen
500. n umfa t in einzelne kleinere Bereiche zu unterteilen die man im all gemeinen wie folgt begrenzt Grobvakuum GV 1000 1 mbar Feinvakuum FV 1 1053 mbar Hochvakuum HV 103 107 mbar Ultrahochvakuum UHV 107 10 14 mbar Dieser Einteilung haftet nat rlich eine ge wisse Willk r an So bezeichnet vor allem der Chemiker das ihn interessierende Ge biet zwischen 100 und 1 mbar h ufig als Zwischenvakuum und manch ein Techniker spricht im gesamten Vakuumbereich nicht von Vakuum sondern von Unterdruck Die oben aufgef hrten Druckbereiche lassen sich aber recht gut durch Betrachtung gas kinetischer Zusammenh nge und nach Art der Gasst mungen unterscheiden Auch die Arbeitstechnik in den verschiedenen Be reichen ist unterschiedlich 16 Im Gebiet der viskosen Str mung ist die Vorzugsrichtung der Geschwindigkeit aller Gasmolek le gleich der makroskopischen Str mungsrichtung des Gases Eine der artige Ausrichtung wird dadurch erzwun gen da die Gasteilchen dicht gepackt sind und untereinander weit h ufiger zusam mensto en als mit den Begrenzungsw n den der Apparatur Die makroskopische Ge schwindigkeit des Gases ist eine Gruppen geschwindigkeit und ist nicht identisch mit der Thermischen Geschwindigkeit der Gasmolek le Im Gebiet der Molekularstr mung berwie gen dagegen St e der Teilchen auf die W nde Durch Reflexion aber auch durch Desorption nach einer gewissen Verweil zeit au
501. n wahr scheinlichsten Fehler und Herstellerspezi fikation Intervall f r den maximalen Feh ler 7 6 Druck berwachung Druck steuerung und regelung in Vakuumbeh ltern 7 6 1 Grunds tzliches zur Druck berwachung und steuerung Bei allen Vakuumprozessen mu der Druck in der Anlage laufend kontrolliert und so fern erforderlich auch geregelt werden Die moderne Betriebskontrolle verlangt dar ber hinaus da alle f r die Uberwa chung einer Anlage wichtigen Me werte in oft weit entfernte Zentralen Kontroll und Schaltwarten bertragen und in bersicht licher Weise zusammengefa t werden Dabei werden h ufig Druckver nderungen in ihrem zeitlichen Verlauf von Schreibern aufgezeichnet und registriert Dem zufol ge werden an die Vakuummeter zus tzli che Forderungen gestellt a kontinuierliche Me wertanzeige m g lichst analog und digital b bersichtliche und bequeme Ablesbar keit des Me wertes c Schreiberausgang zum Anschlu eines Schreibers oder von Steuer oder Re gelger ten d eingebaute Gomputerschnittstelle z B RS 232 0 e M glichkeit Schaltvorg nge durch ein gebaute Trigger Punkte auszul sen Diese Forderungen werden mit Ausnahme der Feder Pr zisionsmembran und Fl s sigkeits Vakuummeter im allgemeinen von allen Vakuummetern erf llt die eine elek trische Me wertanzeige haben Die Netz ger te sind hierzu mit Schreiberausg ngen ausger stet die je nach Druckan
502. nd 1000 mbar und ebenso bei Dr cken unter 1 10 2 mbar nicht erreichbar ist Dar ber hinaus t uscht die quasi analoge Balken darstellung gleiche Aufl sung in allen Druckdekaden vor 7 4 4 1 Digitale bertragung Die Umwandlung des analogen Me wer tes in ein digitales Signal erfolgt schon im Transmitter Bei der nachfolgenden ber tragung zum Anzeigeger t wird der Me wert selbst nicht beeinflu t mu aber darauf achten da das Anzeigeger t die Zahl der bertragenen Stellen auch an zeigen kann 7 4 4 2 Analoge bertragung Hier erfolgt die Umwandlung des analogen Me signales erst im Anzeigeger t Bei 0 mbar 10 10 1 0 10 1 102 248 2 6 H 10 4 2 4 61002 2 4 6 _ E l OU I MBAR im wu Abb 7 17 Analoge und Digitale Anzeige ung nstigen Kombinationen k nnen dabei die Spezifikationen des Sensors nicht aus genutzt erreicht werden Das analoge Me signal von 0 bis 10 Volt des Transmit ters wird im Analog Digital Wandler des Anzeigeger tes in ein digitales Signal um gewandelt und dieses angezeigt Je nach Qualit t des eingebauten AD Wandlers wird die H he des Analogsignals durch eine unterschiedliche Anzahl von Stufen dargestellt So stehen f r das volle 10 Volt Signal bei 10bit Wandler 210 1024 Stufen und damit pro Stufe ca 10 mV 18bit Wandler 218 262144 Stufen und damit pro Stufe ca 0 04 mV zur Verf gung
503. nd aus der Differenz von Sollwert und Istwert f r jeden Kanal das richtige Stellsignal f r das Gaseinla ventil dieses Kanals abgeleitet Die Gasentnahme f r die Messung der Fl chensto rate Partialdruck mu natur gem an einer repr sentativen Stelle des Rezipienten erfolgen Bei der Beurteilung der Zeitkonstante eines derartigen Regel kreises ist es wichtig alle Zeitbeitr ge zu ber cksichtigen nicht nur die der elektri schen Signalausbreitung und der Verar beitung im Massenspektrometer sondern auch die vakuumtechnischen Zeitkonstan ten und St mungsgeschwindigkeiten wie in Abb 8 17 dargestellt Oft verursachen Druckwandler oder ung nstig installierte Gaseinla leitungen vom Regelventil in den Rezipienten besonders gro e Beitr ge zur Gesamtzeitkonstante Im allgemeinen ist es besser ein g nstiges Signal Rausch Verh ltnis durch ein gro es Signal also durch eine gro e Einla blende einzustel len als durch lange Integrationszeiten auf den einzelnen Kan len In Abb 8 18 sind die Auswirkungen von Druckerh hung und Integrationszeitverl ngerung auf die Sig nalerkennbarkeit gegen bergestellt Bei den Teilbildern a b und c wurde in dieser Reihenfolge nur die Integrationszeit von 0 1 auf 1 0 bzw 10 Sekunden also insge samt um den Faktor 100 vergr ert Hin gegen wurde in der Teilbildfolge a d e f bei gleichbleibender Integrationszeit der Totaldruck in 3 Schritten von 7 2 10 mbar auf 7 2 10 mbar a
504. ndere Gase mit kondensierbaren Dampf anteilen k nnen ohne weiteres gef rdert werden Konstruktionsbedingt sind Fl ssig keitsringpumpen unempfindlich gegen Ver unreinigungen des F rderstromes Die er reichbaren Ansaugdr cke liegen zwischen Atmosph rendruck und Dampfdruck der verwendeten Betriebsfl ssigkeit F r Was ser von 15 C ist ein Betriebsdruck von etwa 33 mbar erreichbar Eine typische An wendung von Wasserringvakuumpumpen ist die Turbinenentl ftung von Dampfturbi nen in Kraftwerken Fl ssigkeitsringvaku umpumpen Abb 2 1 sind Rotations Ver dr ngerpumpen die zur F rderung des ab zusaugenden Gases eine Betriebsfl ssigkeit f r den w hrend des Betriebes rotierenden Fl ssigkeitsring ben tigen Das in ein zy lindrisches Geh use eingebaute Schaufel Laufrad ist exzentrisch im Geh use ange ordnet Im abgeschalteten Zustand ist die Pumpe etwa zur H lfte mit Betriebsfl ssig or 3 Geh use 1 Rot 5 Fl ssigkeitsring 2 Rot 6 Flexibler Ausla kanal Abb 2 1 Fl ssigkeitsringvakuumpumpe schematisch Siemens orwelle 4 Ansaugkanal keit gef llt Axial sind die durch die Schau feln gebildeten Zellen des Laufrades durch steuerscheiben begrenzt und abgedich tet Diese Steuerscheiben sind mit Saug und Druckschlitzen versehen die zu den entsprechenden Pumpstutzen f hren Nach dem Einschalten rotiert das exzentrisch im Geh use angeordnete Laufrad dabei bildet sich ein mitlauf
505. ndgleichung gegeben 1 1 1 Sa S L L ist der gesamte Str mungsleitwert des Rohrsystems der sich aus den Einzelwer ten der verschiedenen in Serie liegenden Bauteile Ventile Dampfsperren Abschei der usw zusammensetzt 1 24 1 1 25 Gleichung 1 24 sagt da nur im Falle L also Str mungswiderstand W S Bue Zur Berechnung der Leitwerte L f r Rohrleitungen stehen dem Vakuum techniker eine Reihe brauchbarer Glei chungen zur Verf gung die Leitwerte von Ventilen K hlfallen Abscheidern und Dampfsperren m ssen in der Regel durch Versuche bestimmt werden Generell ist zu beachten da der Leitwert eines vakuumtechnischen Bauteiles keines wegs einen konstanten druckunabh ngi gen Wert hat sondern sehr stark von der Art der Str mung Str mungskontinuum Molekularstr mung siehe unten und damit vom Druck abh ngt Bei der Verwen dung von Leitwertzahlen in vakuumtech nischen Berechnungen ist daher stets dar auf zu achten da in einem bestimmten 17 Vakuumphysik Druckgebiet nur die dort g ltigen Leitwer te verwendet werden 1 8 1 Leitwerte von Rohrleitungen und Offnungen Leitwerte h ngen au er vom Druck und der Art des str menden Gases auch noch von der Querschnittsform der Leitung z B kreisf rmiger Querschnitt elliptischer Quer schnitt von deren L nge sowie davon ab ob die Rohrleitung gestreckt ist oder Kr m mu
506. ndichtheit 2 Gasabgabe der Beh lterw nde 3 Undichtheit und Gasabgabe Abb 9 5 Druckanstieg in einem Beh lter nach Abschalten der Pumpe 148 w hrend welcher der Druck um einen be stimmten Betrag etwa eine Zehnerpotenz steigt Das Ventil wird wieder ge ffnet und einige Zeit gepumpt worauf dieses Ver fahren wiederholt wird Bleibt die Zeit f r den Druckanstieg konstant so ist ein Leck vorhanden vorausgesetzt da die Warte zeit zwischen den einzelnen Druckan stiegsversuchen hinreichend lang war Welche Wartezeit angemessen ist h ngt von der Art und Gr e der Apparatur ab Wird der Druckanstieg geringer so ist die ser wahrscheinlich auf die Gasabgabe in nerer Oberfl chen zur ckzuf hren Aus dem Verlauf der Druckanstiegskurve kann man versuchen zwischen Undichtheiten und Verschmutzung zu unterscheiden Im linearen Ma stab aufgetragen mu die Druckanstiegskurve beim Vorhandensein von Lecks linear bleiben auch f r hohe Dr cke wird der Druckanstieg durch Gas abgabe der W nde hervorgerufen Ver schmutzung so wird der Druckanstieg allm hlich kleiner und strebt einem Grenz wert zu Meist treten beide F lle gleichzei tig auf so da eine Trennung der beiden Ursachen oft schwierig wenn nicht gar un m glich wird Diese Verh ltnisse sind in Abb 9 5 schematisch dargestellt Hat man sich berzeugt da der Druckanstieg le diglich auf ein echtes Leck zur ckzuf hren ist so l t sich die Lec
507. ndimensionierung bei Trocknungsprozessen Grunds tzlich sind hier zu unterscheiden Kurzzeittrocknungen und Trocknungspro zesse die mehrere Stunden sogar Tage in Anspruch nehmen k nnen Unabh ngig von der Trocknungsdauer nehmen alle Trocknungsprozesse etwa den in Abschnitt 5 1 3 aufgef hrten Verlauf An Hand eines Anwendungsbeispiels der Salztrocknung Kurzzeittrocknung sei ein bereits in der Praxis vielfach erprobter Trocknungsproze beschrieben Salztrocknen 400 kg feink rniges Salz mit einem Was sergehalt von etwa 8 Gew soll in m g lichst kurzer Zeit etwa 1 Stunde soweit getrocknet werden da der Wassergehalt geringer ist als 1 Gew Der zu erwarten de Wassergehalt betr gt also etwa 28 kg Das Salz wird im Rezipienten w hrend des Trocknungsprozesses st ndig durchge mischt und auf etwa 80 C erhitzt Das Va kuumschema ist in Abb 5 6 wiedergege ben W hrend des ersten Viertels der Trock nungszeit f llt bereits mehr als die H lfte der Wasserdampfmenge an Dabei ist der Kondensator die eigentliche Haupt pumpe Infolge der hohen Wasserdampf temperatur und des zu Beginn des Trock nens sehr hohen Wasserdampfdruckes wird die Kondensationsleistung eines Kondensators erheblich erh ht Aus Abb 5 6 ist zu entnehmen da zwei parallel ge schaltete Kondensatoren von je 1 m2 Kondensationsfl che bei einem Ansaug druck von 100 mbar in 15 Minuten zu sammen etwa 15 Wasser kondensieren k n
508. ne zweite Methode der Ankopplung an gr ere Anlagen die beispielsweise bei der Turbinenentl ftung von Kraftwerksblocks erfolgreich eingesetzt wird ist die An kopplung am Auspuff In den atmos ph renseitigen Auspuff der Anlage wird ein Schn ffelger t eingebracht Man er schn ffelt dann sozusagen die Zunahme der Konzentration von Helium im Auspuff Ohne dichte Ankopplung an den Auspuff ist die Nachweisgrenze dieser Anwendung auf 5 ppm den nat rlichen Heliumgehalt der Luft begrenzt In Kraftwerken ist es ausreichend die Schn ffelspitze etwa unter 45 schr g von oben in die blicherweise senkrecht nach oben f hrende Auspufflei tung der Wasserring Pumpe zu halten 9 5 2 9 Zeitkonstante Die Zeitkonstante eines Vakuumsystemes ist gegeben durch T Sett 9 8 Zeitkonstante Volumen des Beh lters Sert effektiv am Beh lter wirkendes Saugverm gen Abb 9 16 zeigt den Signalverlauf nach An spr hen eines Lecks in einem Pr fling der mit einem Leckdetektor verbunden ist f r drei verschiedene Anordnungen 1 Mitte Der Pr fling mit Volumen V ist direkt mit dem Leckdetektor LD effek tives Saugverm gen S verbunden 158 2 Links Zus tzlich zu 1 ist eine Teilstrom pumpe mit gleichem effektiven Saugver m gen S S den Pr fling ange schlossen 3 Rechts Wie 1 jedoch wird S auf 0 5 S gedrosselt Die drei entsprechenden Kurven sind dar unter dargestellt Kurve 1
509. nem Kondensator dem ein geringf giger Druckabfall stattfindet 2 Du 1 Die gestrichelten Linien gelten f r einen idealen Kondensator Piot 1 Po Partialdruck des Wasserdampfes p Partialdruck der Luft 31 Mechanische Vakuumpumpen nach den Gleichungen in Abschnitt 5 1 2 errechnet werden b neben der gro en Pumpe zum Grob evakuieren wird eine Haltepumpe mit klei nem Saugverm gen aufgestellt die ent sprechend der auftretenden minimalen Luftmenge dimensioniert ist Diese Halte pumpe hat lediglich den Zweck w hrend des Prozesses den optimalen Betriebs druck aufrechtzuerhalten c die notwendige Luftmenge wird durch ein Dosierventil in die Saugleitung der Pumpe eingelassen Diese zus tzliche Luft menge wirkt wie ein vergr erter Gasbal last der die Wasserdampfvertr glichkeit der Pumpe heraufsetzt Diese Ma nahme hat aber in den meisten F llen zur Folge da die Leistung des Kondensators verringert wird Au erdem bedeutet die zus tzlich ein gelassene Luftmenge f r die Gasballast pumpe einen zus tzlichen Energieaufwand und einen erh hten lverbrauch siehe hierzu Abschnitt 12 3 1 1 Da der Wir kungsgrad des Kondensators bei zu gro Bem Luftpartialdruck im Kondensator verschlechtert wird sollte der Lufteinla nicht vor sondern wenn berhaupt nur hinter dem Kondensator erfolgen Ist die Anlaufzeit eines Prozesses kurz gegen den Proze ablauf so wird man den technisch einfachst
510. nen W hrend dieses Proze beginns mu allerdings gew hrleistet sein da der Wasserdampfdruck im Ansaugstutzen der Drehschieberpumpe 50 mbar nicht ber steigt siehe hierzu Abschnitte 2 1 2 4 bis 2 1 2 7 Da die Vorpumpe hierbei nur den kleinen Teil der unkondensierbaren Gase abzupumpen hat gen gt hier eine einstu fige Drehschieberpumpe SOGEVAC SV 65 Mit zunehmender Proze dauer sinkt der Wasserdampfanfall und damit der Was serdampfdruck in den Kondensatoren 4 Drosselventil 5 Drehschieberpumpe mit Abscheider 1 Rezipient mit Salzf llung 2 RUVAC WA 501 3 2 Kondensatoren mit je 1 m Kondensationsfl che Abb 5 6 Vakuumschema zur Salztrocknung Pumpenkombination W lzkolbenpumpe Kondensator Drehschieberpumpe mit Ventilen zur stufenweisen Schaltung des Pumpprozesses siehe Text Nach Absinken des Wasserdampfdruckes im Rezipienten auf unter 27 mbar wird die W lzkolbenpumpe z B eine WA 501 eingeschaltet Dadurch wird der Wasserdampf schneller aus dem Rezipi enten gepumpt der Druck in den Kon densatoren steigt und ihre Konden sationsleistung wird wieder gr er Bei Erreichen des S ttigungsdampfdruckes des Wasserdampfes in den Kondensa toren werden diese durch Ventile abge trennt Im Rezipienten herrscht jetzt nur noch ein Wasserdampfdruck von etwa 4 mbar Jetzt pumpt nur noch die W lz kolbenpumpe mit der Gasballastpumpe als Vorpumpe bis sich Wasserdampf druck von etwa 0 65 mb
511. nen auf ihrem Weg zur Kathode auf eine schraubenf rmige Bahn gezwungen Die hierbei durch Sto erzeugten positiven und negativen Ladungstr ger wandern zu den entsprechenden Elektroden und bilden den druckabh ngigen Entladungsstrom der auf einer Me skala angezeigt wird Die An zeige in mbar ist von der Gasart abh ngig Die obere Grenze des Me bereiches ist da durch gegeben da bei Dr cken oberhalb von einigen 10 2 mbar die Penning Entla dung in eine mit intensivem Leuchten ver bundene Glimmentladung bergeht deren Stromst rke bei konstant gehaltener SI Kaes Lk ISSS T Keel EE Ga E fz Ni UN N y M SS 2 ee N SIISISIISISISIISS SIIIIIIIIIISIIIS Kleinflansch DN 25 KF DN 40 KF Geh use Anodenring mit Z ndstift Keramikscheibe Stromdurchf hrung Anschlu buchse Anodenstift Kathodenblech gt Abb 7 12 Schnittzeichnung der PENNINGVAC Me r hre PR 35 Spannung vom Druck nur in geringem Ma e abh ngt und daher me technisch nicht ausnutzbar ist In allen Penning Me r hren ist die Gasaufzehrung ver glichen mit lonisations Vakuummetern die mit hei er Kathode arbeiten erheblich Eine Penning Me r hre pumpt Gase nach einem hnlich Prinzip wie eine lonen Zer st uberpumpe
512. ner kleineren Elektronenenergie zu anderen Bruchst ckverteilungen kom men z B Das Isotop Argon s auf Masse 18 ist bei einer Elektronenenergie lt 43 5 eV nicht nachweisbar und kann daher bei den technisch so wichtigen Sputterpro zessen mit Argon als Arbeitsgas die An zeige von H O auf Masse 18 nicht verf l schen 8 4 4 AGM Aggresiv Gas Monitor In vielen F llen ist das zu untersuchende Proze gas so aggresiv da die Kathode nur kurze Zeit berleben w rde Der AGM nutzt die Eigenschaft der laminaren Str mung da es keine wie immer geartete R ckstr mung gibt Von der Arbeitsgas zufuhr des Prozesses wird ber ein sepa rates AGM Ventil gesteuert ein Teil als Sp lgas vor den Druckwandler zum TRANSPECTOR 2 eingespeist und verur sacht eine Str mung in Richtung Rezi pient Dadurch kann nur bei geschlos senem AGM Ventil Proze gas zum TRANS PECTOR 2 gelangen bei ge ffneten Ventil sieht der TRANSPECTOR 2 reines Sp lgas Abb 8 9 zeigt das AGM Prinzip 8 5 Massenspektrometrische Kenngr en Spezifikationen Ein Partialdruck Me ger t wird im we sentlichen durch folgende Eigenschaften charakterisiert DIN 28 410 8 5 1 Linienbreite Aufl sung Die Linienbreite ist ein Ma f r die Unter scheidbarkeit zweier benachbarter Linien gleicher H he Meist ist die Aufl sung an gegeben Sie ist definiert als R M AM und ist f r Quadrupolspektrometer ber den ganzen Massenberei
513. nerw nschte Ne beneffekte zu erzeugen Au erdem reduziert das Konturieren die St rke der Resonanz von unerw nschten Anharmonischen Da durch wird die M glichkeit des Resonators diese Schwingungen aufrecht zu erhalten stark eingeschr nkt Die Benutzung einer Haftschicht hat die Haftung der Quarzelektrode verbessert Auch die bei steigendem Filmstress Span nungen auftretenden durch kleinste Risse in der Schicht sogenannte micro tears verursachten Ratenspr nge rate spikes wurden vermindert An diesen Mikro Ris sen bleibt Schichtmaterial ohne Haftung und kann deshalb nicht mehr mitschwin gen Diese freien Areale werden nicht er fa t und demzufolge wird eine falsche Dicke angezeigt Abb 10 4 zeigt das Frequenzverhalten eines entsprechend Abb 10 3 geformten Schichtdickenmessung Regelung Quarzkristalles Die Ordinate repr sentiert die Gr e Amplitude der Schwingung oder auch den Strom der durch den Kri stall flie t in Abh ngigkeit von der Fre quenz auf der Abszisse blicherweise wird f r die Schichtdicken messung ein AT Schnitt gew hlt weil man durch die Wahl des Schnittwinkels errei chen kann da seine Frequenz bei Raum temperatur einen sehr kleinen Temperatur koeffizienten hat Da man Frequenzverschiebungen zufolge e Beschichtung Frequenzverkleinerung negativer Einflu e Temperatur nderung negativer oder positiver Einflu e Temperaturgradienten auf dem Kri
514. ngen aufweist Daher kommt es da zur Ber cksichtigung der praktisch vorkom menden gebr uchlichen F lle verschiede ne Gleichungen erforderlich sind von denen jede nur f r einen bestimmten Bereich an wendbar ist Dies ist bei Berechnungen stets zu beachten a Leitwert f r eine gerade nicht zu kurze Rohrleitung der L nge I mit Kreisquer schnitt vom Durchmesser d f r das Druck gebiet der Laminar Knudsen und Mole kularstr mung g ltig f r Luft von 20 C Knudsen Gleichung d4 _ d8 1 192 d p L 135 12 1 l 1 237 d p 1 26 _ p 7 d Rohr Innendurchmesser in cm Rohrl nge 1 gt 10 d Druck am Rohranfang in Str mungs richtung in mbar Druck am Rohrende in Str mungs richtung in mbar Schreibt man 1 26 in der Form d 3 L 12 1 f d B 1 262 mit AECH 1 203 d P 2 78 10 d p 1 237 4 1 27 so kann man aus dem Verlauf der Funktion f d p die beiden wichtigen Grenzf lle ab leiten Abb 1 7 Str mung eines Gases durch eine ffnung A bei hohen Dr cken viskose Str mung Grenzfall der laminaren Str mung d p gt 6 107 mbar d L 135 P 1 28a Grenzfall der Molekularstr mung 4 lt 10 2 mbar cm di L 121 18 1 280 Im Gebiet der Molekularstr mung ist der Leitwert unabh ngig vom Druck Im bergangsgebiet 10 2 lt d p lt 6 10 1
515. ngungen ab h ngt Unter sauberen Bedingungen z B Vorpumpen zu Diffusionspumpen an Teil chenbeschleunigern k nnen Rotations vakuumpumpen jahrelang ohne lwechsel laufen Unter extrem unsauberen Bedin gungen z B bei Impr gnierung kann es n tig sein das l t glich zu wechseln Ein lwechsel ist dann vorzunehmen wenn das urspr nglich helle l durch Altern dun kelbraun bis schwarz geworden ist oder tr b weil Fl ssigkeit z B Wasser in die Pumpe gelangt ist Ein lwechsel ist auch erforderlich wenn bei Verwendung von Korrisionsschutz l durch Flockenbildung angezeigt wird da das Korrosions schutzmittel verbraucht ist Ausf hrung eines lwechsels Der lwechsel soll immer bei ausgeschal teter aber betriebswarmer Pumpe vorge nommen werden wobei die bei jeder Pumpe angebrachte labla ffnung bzw leinf ll ffnung zu benutzen ist Bei star ker Verschmutzung der Pumpe sollte eine Reinigung vorgenommen werden Hierzu ist die entsprechende Betriebsanleitung zu ber cksichtigen 12 3 1 2 Wahl des Pumpen ls beim Ab pumpen aggressiver D mpfe Sind korrodierende D mpfe z B D mpfe von S uren abzupumpen so sollte ein Korrosionsschutz l PROTELEN an Stelle des normalen Pumpen ls N 62 verwen det werden Solche D mpfe reagieren mit dem basischen Korrosionsschutz des ls Durch die fortlaufend erfolgenden neutra lisierenden Reaktionen wird der Korrosi onsschutz je nach Menge und S ureg
516. nicht verf gbar und auch die Messung mit meh reren Sensoren gleichzeitig sowie die Steuerung von zwei Aufdampfquellen gleichzeitig kann nicht durchgef hrt wer den Das 16 5 aber bietet allen heute verf gba ren Komfort Messung mit bis zu acht Sen soren mit AutoZero und AutoTune aber auch die M glichkeit der gleichzeitigen Steuerung von zwei Verdampferquellen Dar ber hinaus bietet es 24 Material Pro gramme aus denen 250 Schichten in 50 Prozessen programmiert werden k nnen Zur Vereinfachung der Bedienung und Ver meidung von Fehlern verf gt das Ger t auch ber ein Diskettenlaufwerk Selbst verst ndlich k nnen hier alle Arten von Quarzhaltern angeschlossen werden Die Dickenaufl sung liegt bei 1 die Raten aufl sung f r Raten zwischen 0 und 99 9 As bei 0 1 und f r Raten zwischen 100 und 999 s bei 1 s Als besonderen Leckerbissen bietet das IC 5 als Option eine Mikrowaagen Karte mit einem hoch stabilen Referenzquarz Dieser Oszillator ist 50 mal stabiler als der Standard Oszil lator Langzeitstabilit t und Genauigkeit sind dann 2 ppm ber den ganzen Tempe raturbereich Diese Option ist besonders f r Beschichtungen von mit Material nie derer Dichte und geringen Beschichtungs raten Das ist zum Beispiel f r Weltraum kontaminations und Sorptions Studien wichtig 11 Anwendungen der Vakuumtechnik f r Beschichtungsverfahren 11 1 Vakuumbeschichtungs technik Die Vakuumtechnik hat in den l
517. nn den Elek tronenstrom so wird die Desorption von lonen zun chst zunehmen weil mehr Elek tronen auf die Oberfl che auftreffen Das f hrt schlie lich zu einer Verarmung der Oberfl che an adsorbierten Gasteilchen Die Anzeige wird wieder sinken und er reicht dann im allgemeinen Werte die zum Teil betr chtlich unter der Druckanzeige lie gen k nnen die bei einem kleinem Elek tronenstrom beobachtet worden ist F r die Praxis hat dieser Effekt zur Folge da man sich vergewissern mu ob die Druck anzeige durch einen Desorptionsstrom beeinflu t worden ist Das geschieht am einfachsten in dem da man den Elektro nenstrom vor bergehend um den Faktor 10 oder 100 ndert Dabei ist der genaue re Druckwert derjenige der bei den gr e ren Elektronenstr men gefunden wird Neben dem konventionellen sogenannten normalen lonisations Vakuummetersystem dessen Elektrodenaufbau etwa dem einer gew hnlichen Triode gleicht gibt es verschiedene lonisations Vakuummeter systeme Bayard Alpert System Bayard Alpert System mit Modulator Extraktor System die je nach Bauart die beiden oben beschriebenen Effekte mehr oder weniger unterdr cken und deshalb bevorzugt f r Me zwecke im Hoch und Ultrahochvaku umbereich eingesetzt werden Als Stan dardsystem f r diesen Bereich ist heute das Bayard Alpert System blich a Das normale lonisations Vakuummeter Als Me r hre wird eine Triode konven tioneller Bauart siehe Abb
518. nn nur kurzzeitig betrieben zu werden Der maximal zul s sige Vorvakuumdruck darf hierbei auf kei nen Fall berschritten werden Die Gr e des Puffervolumens richtet sich nach dem abzupumpenden Gesamtgas strom Ist dieser sehr gering dann rech net man mit einem halben Liter Puffer Vo lumen pro Minute zul ssiger Pumpzeit auf das gegen die Vorpumpe abgesperrte Puf fervolumen 5 2 4 1 Bestimmung der Vorvakuum pumpe mit Hilfe von Saugver m gens und Saugleistungs kurven Zur Bestimmung der geeigneten Vor pumpe wird vielfach auch ein graphisches Verfahren verwendet man geht dabei nach Gleichung 5 11 von der Saugleistungs charakteristik der Pumpen aus Diese er gibt sich wie folgt Man leitet aus der bekannten Saugverm genscharakteristik f r die Diffusions 97 Pumpen Auswahl Dimensionierung pumpe im Beispiel der 6000 s Pumpe Kurve S in Abb 5 7a die Saugleistungs charakteristik und damit den Massen strom dadurch ab da man die Saugver m genswerte S mit den entsprechenden Werten f r den Ansaugdruck p multipli ziert und das Ergebnis Q der Multiplikati on als Funktion der gleichen p Werte auf tr gt Dies ergibt Kurve Q in Abb 5 7b Unter der Annahme da der Ansaug druck der Diffusionspumpe nicht h her als 10 2 mbar wird ergibt sich aus Kurve Q eine maximale Saugleistung von 9 5 mbar s Die Vorpumpe mu nun so gew hlt werden da sie diese Gasmenge bei einem Druck bew ltigen kann
519. nnere des Leckdetektors bis zum Auspuff gepumpt wo es den Detektor wieder verl t Dicht heit des Detektors vorausgesetzt bleibt un abh ngig von Querschitt und Leitungsf h rung die pro Zeiteinheit durch jeden Rohr querschnitt an beliebiger Stelle flie ende Gasmenge konstant F r den Eintritt in den Pumpstutzen der Vakuumpumpe gilt 0 5 9 4 F r alle anderen Stellen gilt unter Ber ck sichtigung der Leitungsverluste A P So 9 42 Die Gleichung gilt f r alle Gase die durch die Rohrleitung gepumpt werden also auch f r Helium Uu Phe Sett 9 40 In diesem Fall ist die Gasmenge pro Zeit einheit die gesuchte Leckrate jedoch darf nicht der Totaldruck angewendet werden sondern nur der Helium Anteil oder Heli umpartialdruck Dieses Signal liefert das auf die Masse 4 Helium eingestellte Mas senspektrometer F r jede Baureihe von Leckdetektoren ist der Wert von 5 eine Konstante so da durch einen zessor das aus dem Massenspektrometer kommende Signal noch mit einer kon stanten Zahl zu multiplizieren ist und das Ergebnis unmittelbar als Leckrate zur An zeige gelangt 151 Lecksuche Testgas _ z B Kl L L m IT Pr fling Testanschlu L MS Leckdetektor _ Da He Auspuff Abb 9 6 Grunds tzliche Funktion des Leckdetektors 9 5 2 2 Nachweisgrenze Untergrund Gasspeicherun
520. nschl ssen N 4 6 G Perbunan Viton EPDM 2 LA Deckel f r Pr fling 5 atm E Zu _O Ring Pr fling was 4 Vakuum Anschlu NW 40 f r Leckdetektor UL 500 3 Neopren 2 Silikonkautschuk 1 9 10 2 4 68 g 8 7 6 5 4 10 10 10 10 10 10 10 Permeation mbar 2 si Abb 6 5 Permeation durch verschiedene Dichtungen O Ringe tungsmaterial sehr willkommen aber leider flie t es schon bei geringer Druck belastung In Sonderf llen werden glas faserverst rkte Teflonwerkstoffe verwen det Der Einbau von Elastomerdichtungen sollte m glichst ohne zumindest aber unter u erst sparsamer Anwendung von Vakuumfetten erfolgen Tabelle 13 16f Abschnitt 13 gibt eine bersicht ber die Eigenschaften von Vakuumfetten und Olen 6 1 2 2 Metallische Dichtungen Bei Verwendung von metallischen Dich tungen mu besonderes Augenmerk auf das gleichm ige Anziehen der Schrauben gelegt werden Dazu ist es empfehlenswert die Schrauben der Reihe nach z B im Uhr Nicht metallische Dichtungen Chemische Bezeichnung Kurzbezeichnung nach ISO 1629 Beispiel f r Handelsnamen Temperaturbereich Besonderheit Acrylnitril Butadien Kautschuk NBR Perbunan 30 C bis 80 C hohe Heliumdichtheit Chlorbutadien Kautschuk CR Neopren 40 C bis 100 C Flour Kautschuk FPM Viton Vitilan 25 C bis 150 C Bremsfl ssigkeit thylen Propylen Dien Kautschuk EPDM 40 C bis 100 C Hydraulikfl ssig
521. nspumpen verwendet Der luftgek hlte K hleinsatz be steht hierbei aus einer Kupferplatte mit Kupferstegen zur Geh usewand Die Tem peratur der Prallplatte bleibt dadurch w hrend des Betriebes der Diffusionspum pe nahezu auf Raumtemperatur Kohlenwasserstoffreies Vakuum Werden an mit l Diffusionspumpen er zeugte Vakua extreme Anforderungen be z glich l Dampffreiheit gestellt so sollte man K hlfallen verwenden die mit fl ssi gem Stickstoff also bei einer Temperatur von 196 C betrieben werden Bei Verwendung tiefgek hlter Dampfsper ren oder K hlfallen sollte stets eine D sen hutdampfsperre mit verwendet werden An ihr wird der gr te Teil des r ckstr men den les bereits kondensiert so da der zwangsl ufig durch die feste Kondensation des Treibmitteldampfes an der tiefgek hl ten Fl che entstehende Treibmittelverlust minimal bleibt Bei l ngerem Dauerbetrieb ist es allerdings ratsam an Stelle der D senhutdampfsperre eine wasserge k hlte Schalen oder Rasterdampfsperre zwischen Diffusionspumpe und Tiefk hl Dampfsperre bzw K hlfalle einzubauen siehe Abb 3 6 Diese K hlfallen sind immer dann einzusetzen wenn auch ohne Verwendung einer Nachf llvorrichtung f r fl ssigen Stickstoff eine K hlfalle l ngere Zeit betrieben werden soll Der Tempe raturanstieg am K hlmittelbeh lter einer Kugelk hlfalle ist w hrend der relativ lan gen Standzeit so gering da bei fallendem Fl ssigkeitssp
522. nt 12 Hochvakuum Me ger t 13 Endkontakte 14 W lzkolbenpumpe 15 Diffusionspumpe 16 elektropneumatisches Ventil 17 Bel ftungsventil Vorpumpe Vorvakuumw chter elektropneumatisches Ventil Druckluftanschlu Druckw chter Thermow chter K hlwasserkontrolle elektropneumatisches Ventil Schreiber gt Abb 7 22 Schema eines Hochvakuumpumpstandes mit wahlweisem Betrieb einer W lzkolben oder einer Diffusionspumpe den am besten an Hand eines Beispiels verdeutlicht Abb 7 22 zeigt das Schema eines Hochvakuum Pumpstandes F r die Evakuierung eines Rezipienten 11 stehen wahlweise eine W lzkolben 14 oder eine Diffusionspumpe 15 zur Verf gung die beide gegen eine Vorpumpe 1 arbeiten Im Bereich des Feinvakuums wird die W lzkolben und im Hochvakuum die Dif fusionspumpe eingesetzt Die Ventile 3 8 16 sind elektropneumatisch betrie ben Die einzelnen Elemente werden von einem Schaltpult aus durch Druckknopf schalter bet tigt Der Pumpstand soll ge gen folgende St rungen gesichert werden a Stromausfall b Absinken des Druckes im Druckluftnetz c Ausfall des K hlwassers der Diffusi onspumpe d Fehler an der Diffusionspumpenheizung e Ausfall der Vorpumpe f Druckanstieg ber einen h chstzul ssi gen Wert im Rezipienten g Druckanstieg ber einen H chstwert des Vorvakuums Vorvakuumbest n digkeit der Diffusionspumpe Die gegen derar
523. ntakt entsteht bei Ber hrung von dem auf der Membrane 8 befestigten Schaltpl ttchen 4 mit dem festen Schaltstift 5 7 2 2 5 Kapazitive Vakuummeter auch CDG s von Capacitance Diaphragm Gauges Die Auslenkung einer Membran kann auch als Dehnung oder als Kapazit ts nde rung elektrisch gemessen werden Fr her wurden vier Dehnungsme streifen in einer Br ckenschaltung auf eine Metallmembran aufgebracht die bei Auslenkung der Membran also bei Zugbelastung ihren Widerstand ndern Solche Ger te sind bei LEYBOLD unter dem Namen MEMBRA NOVAC bekannt geworden Sp ter ver wendete man Silizium Membranen die vier solche Dehnungswiderst nde direkt in ihrer Oberfl che enthalten Die elektri sche Anordnung war wieder eine Br cken schaltung wobei an zwei gegen ber liegenden Eckpunkten ein konstanter Strom eingespeist wird und an den beiden anderen Eckpunkten ein druckproportio nales lineares Spannungssignal abgegrif fen wird Abb 7 5 zeigt das Prinzip so einer Anordnung Solche Ger te mit der Bezeichnung PIEZOVAG sind noch vielfach im Einsatz Heute wird die Auslenkung der Membran als Kapazit ts nderung eines Plattenkondensators gemessen Die eine Elektrode des Kondensators steht fest die andere wird durch die Membran gebildet Bei Auslenkung der Membran wird der Abstand zwischen den Elektroden und damit die Kapazit t des Kondensators ver ndert Abb 7 6 zeigt das Prinzip dieser Anordnung Man u
524. nterscheidet Sensoren mit metallischen und solche mit keramischen Membranen Kapazit ts vakuummeter werden von Atmosph ren druck bis 1 10 5 mbar eingesetzt Um bei so kleinen Dr cken noch eine ausreichen de Durchbiegung der Membranen zu er reichen werden f r die verschiedenen Druckbereiche unterschiedlich steife dicke Membranen verwendet Mit den Sensoren k nnen jeweils vier Spezifikati onsbereich bzw drei bervorzugter Ein satzbereich Zehnerpotenzen des Druckes erfa t werden wobei wie in Tabelle 7 2 gezeigt immer die Dekade mit dem gr ten Druckwert namensgebend ist Sensor Spezifikationsbereich Bevorzugter Einsatzbereich 1000 mbar 1013 bis 107 1013 bis 1 100 100 bis 102 100 bis 107 10 10 bis 10 3 10 bis 10 2 1 1 bis 10 4 1 bis 103 0 1 10 bis 105 10 1 bis 104 Tabelle 7 2 Einsatzbereiche kapazitiver Sensoren 111 Druckmessung Wenn die zu messenden Dr cke diese Bereichsgrenzen berschreiten empfiehlt es sich ein Mehrkanalger t mit zwei oder drei Sensoren eventuell mit automatischer Kanalumschaltung einzusetzen Das Kapa zit tsvakuummeter stellt somit praktisch das einzige gasartunabh ngige Absolut druckme ger t f r Dr cke unter 1 mbar dar Es gibt einfache und thermostati sierte Sensoren Bei den letzteren wird die Sensortemperatur bei etwa 45 C ther mostatisiert um den Einflu von Raum temperaturschwankungen m glichst klein zu halten Zum Erreic
525. ntmagne ten in der Schwebe gehalten Zus tzlich wird er in der Axialrichtung durch gere gelte Elektromagnete gehalten TURBOVAC 340 MAG 400 MAG 1000 2 F nf Achsen magnetisch aktiv gelagert Die Rotorposition wird in allen f nf Frei heitsgraden aktiv von Elektromagneten geregelt TURBOVAC MAG 1500 MAG 2000 Die heute gebauten Reihen sind TURBOVAG Hybridlager fettgeschmiert TURBOVAC MAG Magnetlager Jede der beiden Baureihen enth lt sowohl klassische Turbo Molekularpumpen als Kinetische Vakuumpumpen TURBOVAC TW 70H TURBOVAC 50 Abb 3 8 Schnittbilder Wide Range Turbo Molekularpumpe links und Klassische Turbo Molekularpumpe rechts auch Wide Range Turbo Molekularpum pen auch Compound oder Hybrid Turbo Molekularpumpen genannt Die Wide Range Turbo Molekularpumpen stellen eine Weiterentwicklung der Turbo Molekularpumpen dar Dabei handelt es sich eigentlich um zwei Pumpen auf einer gemeinsamen Welle in einem Geh use Die Hochvakuumstufe f r den molekularen Str mungsbereich ist eine klassische Turbo Molekularpumpe die zweite Pum pe f r den viskosen Str mungsbereich eine molecular drag oder Reibungspum pe Je nach Art des Verdichterprinzipes in der Molekular Drag Stufe unterscheidet man zwischen integrierter Holweckstufe Schraubenverdichter oder integrierter Siegbahnstufe Spiralverdichter Der not wendige Vorvakuumdruck betr gt dann ei nige mbar so
526. ntweichen die meist leicht fl chtigen Verunreinigungen Die Entga sung wird durch die sorgf ltig abgestimm te Temperaturverteilung in der Pumpe er reicht Das kondensierte Treibmittel das als d nner Film die gek hlte Wand herun terflie t wird unterhalb der unteren Diffu sionsstufe auf eine Temperatur von etwa 130 C gebracht wobei die leichtfl chtigen Bestandteile abdampfen und von der Vor pumpe abgesaugt werden Das in den Sie deraum zur ckflie ende und dort wieder verdampfende Treibmittel besteht also nur noch aus schwer fl chtigen Bestandteilen des Pumpen les Saugverm gen Die Gr e des spezifischen Saugverm gens S einer Diffusionspumpe d h des Saugverm gens pro Fl cheneinheit der tats chlichen Ansaugfl che h ngt von vie len Parametern ab z B von der Lage und den Abmessungen der Hochvakuumstufe von der Geschwindigkeit des Treibmittel dampfes und der mittleren Molek l Geschwindigkeit des abzupumpenden Gases siehe Formel 1 17 in Abschnitt 1 6 1 Mit Hilfe der kinetischen Gastheorie berechnet sich das theoretisch maximal er reichbare fl chenbezogene Saugverm gen f r bei Zimmertemperatur abzupumpende Luft zu Smax 11 6 2 5 1 Dies ist der fl chenbezogene Leitwert des als Blen de auffa baren Ansaugquerschnittes der Pumpe siehe Formel 1 30 in Abschnitt 1 8 1 Ganz allgemein haben Diffusions pumpen f r leichtere Gase ein h heres Saugverm gen als f r schwerere Gase Zur
527. nwendungsberei che der in der Vakuumtechnik zum Einsatz kommenden Dichtungswerkstoffe Aus kunft 6 2 Auswahl geeigneter Ventile Die Vakuumtechnik stellt h chste Anspr che an Funktion und Betriebs sicherheit der Ventile die oft an einer Anlage in gro er Zahl ben tigt werden Diese Anspr che sind nur dann zu erf llen wenn f r jeden Anwendungsfall das hin sichtlich seiner Bauweise Bet tigungsart und Gr e richtige Absperrorgan ein gesetzt wird Daneben sind f r den Aufbau und die Arbeitsweise von Vakuumanlagen aber auch vakuuumtechnische Funktions werte wie Leitwerte und Dichtheit der Ventile von gro er Bedeutung Um eine m glichst geringe Drosselung des Saugverm gens der Pumpe durch die Ven tile zu erreichen sind diese so konstruiert da ihr Leitwert bei maximaler ffnung im Grob und Feinvakuumbereich der gleiche ist wie bei entsprechenden Rohrbauteilen im Falle eines Eckventils also gleich dem Leitwert eines Rohrbogens gleicher Nenn weite und gleichen Eckma es Der Leitwert der Ventile bei Molekularstr mung d h also im Hoch und Ultrahochvakuum Bereich ist ebenfalls so hoch da keine 106 nennenswerte Drosselung auftritt Diese Leitwerte sind im LEYBOLD VAKUUM Katalog Teile 14 und C15 angegeben Den hohen Dichtheitsforderungen ent sprechend werden hochwertige Vakuum ventile so konstruiert da bei der Bet ti gung keine Verschleppung von Gas molek len die auf der Oberfl che
528. o mol mol mo NTP 1 mol NTP kg g m2 N mm kg m kg m2 g cm N m mbar m3 NTP cm NTP m Pa mbar s S MS us m cm2 s m bar s mbar J s J s 571 mbar Zei N m mbar m cm mm um C m C m As m3 sr sr N m Pa mbar N m Pa mbar m Pa mbar N m Pa mbar 571 mbar 5 1 m e m3 hi Zei N m2 N m2 N mm kg As J kg K mbar kg K kg kg kg Nr der Anmerkung Hinweis in Abschnitt 14 3 3 19 3 6 3 7 3 8 3 9 3 10 3 11 3 12 3 13 3 14 3 15 3 16 3 17 3 18 3 19 3 20 3 20 3 21 3 22 3 4 3 23 Tabelle 13 5 Tag s Tab 14 4 4 s Nr 73 u Nr 103 siehe auch Nr 139 H Henry K C N Newton T Tesla Wb Weber s Nr 63 ppm parts per million s Tabelle 13 5 s Tabelle 13 5 s Tabelle 13 5 s Tabelle 13 5 sr Steradiant reine Zahl reine Zahl reine Zahl reine Zahl s Nr 132 s Nr 18 s Tabelle 13 5 211 Gesetzliche Einheiten 138 139 140 141 142 143 144 146 Gr e Spezifischer elektrischer Widerstand Spezifisches Volumen Spezifische W rmekapazit t Stefan Boltzmann Konstante Stoffmenge Stoffmengendurchflu Stoffmengenkonzentration Sto rate Leitwert Str mungswert Str mungswiderstand Teilchenanzahl Teilchenan
529. o en Raum ein Dies l sst sich f r sau bere Anwendungen durch den Einsatz eines elektromagnetischen Antriebs vermeiden Bei diesem Prinzip wird der Kolben als Schwingkolben mit hnlichen konstrukti ven Merkmalen Beschichtung Ventile etc wie bei den gr eren Kolbenpumpen ausgef hrt Zur Minimierung des u eren Schwingver haltens erh lt die Pumpe zwei Stufen mit entgegengesetzt schwingenden Kolben Jeder Kolben wirkt beidseitig so da ins gesamt vier Verdichtungskammern zur Ver f gung stehen Ein Permanentmagnet in der Mitte des Doppelschwingkolbens wird durch zwei feststehende Permanentma gnete in den beiden Kammern in eine Mit telstellung gedr ckt Der oszillierende An trieb erfolgt durch das Magnetfeld von zwei feststehenden Auslenkspulen in den beiden Kammern Siehe Abb 2 78 2 5 Antriebsoptionen f r mecha nische Pumpen bei 1 Phasen Netzen Weltmotor f r alle 1 Phasen Spannungen Neben den genannten 3 Phasen und 1 Phasen Motoren ist f r einen weltweiten Einsatz am 1 Phasen Netz ein sogenann ter Weltmotor verf gbar Abb 2 79 und 2 80 Dieser Motor kann f r alle Vakuum pumpen mit 1 Phasen Motoren eingesetzt werden Der Antrieb besteht aus einem Dreh strommotor mit integriertem Frequenz wandler Der Frequenzwandler hat die Auf gabe aus einer variablen 1 Phasen Span nung zwischen 90 und 264 V am Eingang eine konstante 3 Phasen Spannung am 1 Stufe 2 Stufe Gasausla
530. o K lteleistung in Watt die an der zweiten Stufe des Kaltkopfes bei 20 K zur Verf gung steht Enddruck Pena F r den Fall der Kryokon densation siehe Abschnitt 4 2 4 ergibt sich der Enddruck zu Pend VJ ist der S ttigungsdampfdruck des oder der zu pumpenden Gase bei der Tempera tur der Kaltfl che und Te die Gastem peratur Wandtemperatur in der Umge bung der Pumpfl che Beispiel Mit Hilfe der Dampfdruckkurven in Abb 13 15 von Abschnitt 13 f r H und N ergeben sich die in Tabelle 4 1 zusammengestellten Enddruckwerte mit 300 K Die Tabelle 4 1 zeigt da f r Wasserstoff bei Temperaturen von T lt 3 K bei einer Gastemperatur von T 300 K wenn also die Kaltfl che der W rmestrahlung der Wand ausgesetzt ist hinreichend niedrige Enddr cke erreichbar sind Die theoreti schen Enddr cke stellen sich jedoch in der Praxis wegen verschiedener St rfaktoren wie Desorption von der Wand und Lecka ge nicht ein Kapazit t C mbar Die Kapazit t einer Kryopumpe f r ein bestimmtes Gas ist die jenige Gasmenge pV Wert bei T 293 die von den Pumpfl chen gebunden wer 4 3 den kann bevor das Saugverm gen der Pumpe f r diese Gasart G auf unter 50 Prozent seines Anfangswertes abf llt Die Kapazit t f r Gase die durch Kryo sorption gepumpt werden wird durch die Menge und Beschaffenheit des Sorptions mittels bestimmt sie ist druckabh ngig und im allgemeine
531. och sauberem Adsorptionsmittel ge ffnet so da diese Pumpe den Rezi pienten eine Druckstufe weiter leer pumpt Dieses Verfahren kann solange fortgesetzt werden bis der Enddruck durch Hinzu schalten weiterer Adsorptionspumpen nicht mehr verbessert wird 4 1 2 Verdampferpumpen Verdampferpumpen sind Sorptionspum pen bei denen ein Getterstoff durch Ver dampfen auf eine gek hlte Fl che fein ver teilt aufgebracht wird An der Oberfl che einer solchen Getterschicht gehen Gasteil chen mit der Gettersubstanz stabile Ver bindungen ein die einen unme bar nied rigen Dampfdruck haben Die aktive Get terschicht wird durch nachfolgende Ver dampfung des Gettervorrates st ndig er neuert Allgemein verwendet man als Get tersubstanz bei Verdampferpumpen Titan das von einem stromerhitzten Draht aus einer Speziallegierung mit hohem Titan gehalt verdampft Obwohl die optimale Sorptionskapazit t etwa ein Stickstoffa tom je verdampftes Titanatom in der Pra xis kaum erreicht werden kann haben Titanverdampferpumpen ein au erordent lich hohes Saugverm gen f r aktive Gase die deshalb besonders bei Anfahrprozes sen oder bei pl tzlichem Anfall gr erer Gasmengen rasch abgepumpt werden k nnen Speziell als Zusatzpumpe zu lo nenzerst uberpumpen und Turbo Mole kularpumpen ist ihr Einsatz in vielen F l len vorteilhaft hnlich wie die Booster bei Treibmittelpumpen siehe Abschnitt 3 1 2 4 1 3 lonen Zerst uberp
532. oder Mineral le Ihre Oberfl chenspannung soll te 75 dyn cm 1 dyn 10 5 N nicht ber schreiten 9 4 5 Blasen Spr hpr fung In vielen F llen lassen sich berdruck f hrende Beh lter oder Gasleitungen auch Gasversorgungsleitungen f r Vakuuman lagen besonders gut auf Dichtheit pr fen indem sie mit einer Seifenl sung bepinselt oder angespr ht werden Entsprechende Lecksuchsprays sind im Handel erh ltlich Austretendes Gas bildet an den Leckstel len Seifenblasen Auch hier ist das Er kennen kleiner Lecks zeitraubend und stark von der Aufmerksamkeit des Pr fers ab h ngig Einen Sonderfall bilden die Was serstoffgas K hlversorgungssysteme von Kraftwerksgeneratoren Diese werden zwar manchmal noch auf diese Art gepr ft sie k nnen aber besser und viel empfindlicher durch Abschn ffeln des an Leckstellen austretenden Wasserstoffes mit einem auf justierten He Leckdetektor durch Ab schn ffeln gepr ft werden siehe 9 7 2 9 4 6 Blasen Vakuumboxpr fung In Abwandlung der obigen Spr htechnik bei der das austretende Gas die Blasen ver ursacht kann auf die zu untersuchende Oberfl che nach Bespr hen mit Seifenl sung eine sogenannte Vakuumbox mit Dichtung wie eine Taucherbrille ange bracht werden Diese Box wird durch eine Vakuumpumpe evakuiert An Leckstellen Lecksuche wird nun von au en eindringende Luft innen in der Box Blasen verursachen die durch das Glasfenster der Box
533. ogit Bereich f r exakte Messung 1078 107 10 Abb 8 12 Qualitativer Linearit tsverlauf Regelung autom Abschaltung 5 10 105 10 10 Massenspektrometer 12 Ar gebildete lonen cm mbar 1 0 100 200 Elektronenenergie eV Schwellenergie 15 7 eV f r UA Arm 43 5 eV 300 400 500 Ar 85 0 eV Ar 200 eV Abb 8 13 Zahl der verschiedenen Ar lonen in Abh ngigkeit von der Elektronenenergie 8 6 Auswertung von Spektren 8 6 1 lonisierung und grund s tzliche Probleme der Gasanalyse Der durch stetige nderung der an den Elektroden des Trennsystems angelegten Spannungen scanning sich ergebende Zusammenhang zwischen lonenstrom i und der dem m e Verh ltnis proportiona len Massenzahl M M 8 2 relative molare Masse n Anzahl der Elementarladungen e entsteht das sogenannte Massenspektrum als i Das Spektrum zeigt also die Peaks i als Ordinate ber der Massenzahl M als Abszisse Eine der Schwierigkeiten bei der Interpretation eines derartigen Mas senspektrums besteht darin da ein und dieselbe Masse gem Gleichung 8 2 zu verschiedenen lonenarten geh ren kann Typische Beispiele unter vielen anderen sind F r die Ionen CH4 und 05 ist die Massenzahl 16 f r 5 und G
534. om linken Rotor freigegebenen Stellung b und das Gas ausgef rdert wird Unmittelbar nach Kompressionsbeginn Stellung a erfolgt gleichzeitig das ffnen des Ansaugschlitzes 5 und Gas str mt erneut in den sich bildenden Ansaugraum 3 ein Stellung b Einstr men und Aus sto en des Gases erfolgt in zwei Halb perioden Jeder Rotor dreht sich w hrend eines voll st ndigen Arbeitszykluses zweimal Zwi schen den Pumpstufen befinden sich Zwi schenscheiben mit berstr mkan len die von der Auspuffseite der oberen Stufe zur Ansaugseite der n chsten Pumpstufe ge f hrt werden so da alle Eingangs bzw Ausgangsseiten senkrecht bereinander an geordnet sind Abb 2 21 W hrend in einer W lzkolbenpumpe das einstr mende Gas mit konstantem Volumen durch die Pumpe gef rdert wird und die Verdichtung erst in der Vorvakuumleitung erfolgt vgl Ab schnitt 2 3 verdichtet die Klauenpumpe bereits innerhalb der Arbeitskammer und zwar so lange bis ein Rotor den Auspuff schlitz freigibt Die Abb 2 24 zeigt die durchschnittlichen Druckverh ltnisse in den einzelnen Pumpstufen einer DRYVAGC bei einem Ansaugdruck von 1 mbar Um den sehr verschiedenen Anforderungen der An wender gerecht zu werden baut Leybold zwei unterschiedliche Klauenpumpenreihen die sich wesentlich in der Art des Verdich tungsvorganges unterscheiden 1 Rotoren 2 Verdichtungsraum 3 Ansaugraum 4 Auspuffschlitz 5 Ansaugschlitz 6 Zwischenstuf
535. ombing Test dient zur Pr fung der Dichtheit solcher Bauteile die bereits her metisch verschlossen sind und einen gas gef llten inneren Hohlraum aufweisen Die zu pr fenden Teile z B Transistoren IC Geh use Schutzgasrelais Reed Kontakte Schwingquarze Laserdioden u a werden in ein Druckgef gegeben das mit Heli um gef llt wird Bei relativ hohem Pr f gasdruck 5 bis 10 bar und einer Stand zeit von einigen Stunden wird im Innern von undichten Pr flingen eine Pr fgasan reicherung mit Helium erreicht Dieser Vor gang ist das eigentliche Bombing Zur Dichtheitspr fung werden die Pr flinge nach dem Bombing in eine Vakuum kammer gebracht und wie beim Vakuum H llentest beschrieben auf ihre Gesamt leckrate gepr ft Pr flinge mit Groblecks verlieren allerdings beim Evakuieren der Vakuumkammer auf den erforderlichen Pr fdruck bereits ihre Pr fgaskonzentrati on so da sie bei der eigentlichen Dicht heitspr fung mit dem Leckdetektor nicht als undicht erkannt werden Der Dichtheits pr fung in der Vakuumkammer mu des halb eine andere Pr fung zur Erfassung sehr gro er Lecks vorausgehen 9 8 Industrielle Dichtheitspr fung Die industrielle Dichtheitspr fung mit Heli um als Pr fgas ist vor allem dadurch ge kennzeichnet da die Dichtheitspr fein richtungen voll in den Fertigungsflu ein gegliedert sind Konzeption und Aufbau derartiger Pr feinrichtungen richten sich natur
536. ompr 2 ompr Abb 2 22 Verdichtung einer Klauenpumpe mit innerer Verdichtung 1 Kompr 3 I M Abb 2 23 Verdichtung einer Klauenpumpe ohne innere Verdichtung Verdichtung 35 Mechanische Vakuumpumpen Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 EIN 150 mbar Stufe 3 1000 mbar Abb 2 24 Druckverh ltnisse in den Pumpstufen 1 bis 4 Geh use Absaugung E Ansaug leitung 1 K hlwasser leitung Abb 2 26a Funktionsschema der DRYVAC B 1 Ansaugstutzen 2 Bedienungspult Betriebselektronik 3 Hauptschalter Abb 2 25 DRYVAC Pumpe Wellendichtring praktisch hermetisch ab getrennt Die Lager in der oberen Endschei be sind PFPE fettgeschmiert Zum Schutz der Lager und Wellendichtringe vor ag gressiven Stoffen ist eine Sperrgaseinrich tung vorgesehen Eine regulierbare Was serk hlung erm glicht die Proze f hrung beim Durchfluten der Pumpe ber die Ge h usetemperatur in weiten Grenzen zu be einflussen Der 4 stufige Aufbau steht in mehreren Saugverm gens und Ausr stungsabstufungen von 25 50 und 100 m3 h als DRYVAC Reihe zur Verf gung Sl t a als Basisversion f r nicht aggressive saubere Prozesse werden angeboten DRYVAC 25 B 50 B und 100 B Abb 2 26a b als Version f r Halbleiterprozesse DRYVAC 25 P 50 P und 100 P Abb 2 26b c
537. on Gasadsorbaten auf die Eigen schaften eines Gl hkatoden lonisations vakuummeters mit axialer Emission nach Chen und Suen Vakuum in der Praxis 7 1995 145 149 16 6 Druck berwachung steuerung regelung K G M ller Betriebs berwachung Steuerung und Automatisierung von Vakuumanlagen Chemie Ingenieur Technik 35 1963 73 77 G Kienel Elektrische Schaltger te der Vakuumtech nik Elektro Technik 50 1968 5 6 A Bolz H Dohmen und H J Schubert Proze druckregelung in der Vakuumtech nik Leybold Firmendruckschrift 179 54 01 H Dohmen Vakuumdruckmessung und Regelung in der chemischen Verfahrenstechnik Vakuum in der Praxis 6 1994 113 115 N P chheim Druckregelung in Vakuumsystemen Vakuum in Forschung und Praxis 7 1995 39 46 R Heinen und W Schwarz Druckregelung bei Vakuumprozessen durch umrichtergespeiste Rootspumpen Vakuum Technik 35 1986 231 236 16 7 Massenspektrometrische Gasanalyse bei niederen Dr cken H Hoch Total und Partialdruckmessungen bei Dr cken zwischen 2 10 10 und 2 10 2 Torr Vakuum Technik 16 1967 8 13 H Junge Partialdruckmessung und Partialdruck me ger te G I T Mai 1967 389 394 und Juni 1967 533 538 A Kluge Ein neues Quadrupolmassenspektrometer mit massenunabh ngiger Empfindlichkeit Vakuum Technik 23 1974 168 171 S Burzynski Microprocessor controlled quadrupole mass spectrometer Vacuum 32 1982 163 168 W Gro e Bley Qu
538. on lonisations Vakuum metern siehe Abb 7 16 anzusehen Bei Anwesenheit Korrekturfaktor von vorwiegend bezogen auf N Gasart Stickstoff 1 He 6 9 Ne 4 35 Ar 0 83 Kr 0 59 0 33 Hg 0 303 H 2 4 co 0 92 CO 0 69 CH 0 8 h here Kohlenwasserstoffe 0 1 0 4 Tabelle 7 3 Korrekturfaktoren 7 3 3 1 lonisations Vakuummeter mit kalter Kathode Penning Vakuummeter lonisations Vakuummeter die mit kalter Entladung arbeiten nennt man Kaltkatho den oder Penning Vakuummeter Der Ent ladungsvorgang in einer Me r hre ist im Prinzip der gleiche wie im System einer lonen Zerst uberpumpe siehe Abschnitt 4 1 3 Allen Ausf hrungsformen der Kalt kathoden lonisations Vakuummeter ist ge meinsam da diese lediglich zwei nicht beheizte Elektroden Kathode und Anode enthalten zwischen denen mittels einer Gleichspannung Gr enordnung 2 kV eine sogenannte kalte Entladung gez ndet und aufrecht erhalten wird die auch noch bei sehr niedrigen Dr cken station r brennt Dies wird dadurch erreicht da mit Hilfe eines Magnetfeldes der Weg der Elek tronen so lang gemacht wird da ihre Sto rate mit Gasmolek len hinreichend gro wird um die zur Aufrechterhaltung der Entladung erforderliche Anzahl von La dungstr gern zu bilden Das Magnetfeld ist so angeordnet da die magnetischen Kraftlinien den elektrischen Kraftlinien berlagert sind Dadurch werden die Elek tro
539. onders oxidationsbest ndiges Treibmittel verwendet werden mu und Silikon le st rend wirken w rden b Quecksilber Quecksilber ist als Treibmittel gut geeig net da es sich als chemisches Element beim Verdampfen weder zersetzen noch bei Lufteinbr chen stark oxidieren kann Da es bei Zimmertemperatur einen recht hohen Dampfdruck von 10 3 mbar hat sind zum Erreichen niedriger Endtotaldr cke K hlfallen mit fl ssigem Stickstoff not wendig Mit ihrer Hilfe kann man auch mit Quecksilber Diffusionspumpen Endtotald r cke von 10 10 mbar erreichen Wegen der schon erw hnten Giftigkeit und der Um weltbelastung wird Quecksilber heute kaum noch als Treibmittel verwendet Dampfdruckkurven von Treibmitteln sind in Abb 13 12 Technische Daten in Tabelle 13 16e Abschnitt 13 zu finden 3 1 4 Treibmittelr ckstr mung und ihre Unterdr ckung Dampfsperren Baffle Die R ckstr mung von Treibmittelmo lek len entsteht dadurch da aus dem Dampfstrom der obersten D se einer Diffusionspumpe Treibmittelmolek le nicht nur in der Str mungsrichtung zur gek hl ten Pumpenwand fliegen sondern durch St e untereinander R ckw rtskomponen ten erhalten und dadurch in die Richtung zum Rezipienten hin str men k nnen Bei den DIP Pumpen betr gt die lr ck str mung wenige je cm Ansaugfl che in der Minute Um diese R ckstr mung m glichst vollst ndig zu verhindern m ssen gleichzeitig verschie dene Ma
540. oon 100 100 Gas gebildeten lonen 1 gas ist proportional 33 1 10 dem Emissionsstrom I der spezifischen 0 3 lonisation 9 einem Geometriefaktor f Kohlendioxid 13 l der den lonisationsweg in der Ionenquelle 100 m 5 11 5 representiert und dem Partialdruck De e Diese Zahl der produzierten lonen wird per 34 Definition der Empfindlichkeit E a mal Kohlenmonoxid 2 0 dem Partialdruck gleich gesetzt Da nur ein kleiner Bruchteil 1 der gebil deten lonen durch die Blenden des Trenn systems zum lonenf nger gelangt mu die Zahl der gebildeten lonen noch mit einem Faktor f r die ionenoptische Transmission Transmissionsfaktor TF und wenn der Sauerstoff Nachweis mit einem Sekund relektronen vervielfacher SEV erfolgt mit einen Nach Stickstoff 29 0 7 0 8 0 9 1 weisfaktor multipliziert werden um die 28 86 3 100 92 6 100 Zahl der vom lonenf nger gemessenen 14 12 8 15 6 5 12 lonen zu berechnen TF h ngt nur von der Wasserdampf 19 14 23 Masse m der gemessenen ab Ungef hr 18 60 100 74 1 100 gilt 28 m NF h ngt von der Masse KR 5 der gemessenen lonen und von den che 2 Er Ce T S mischen Eigenschaften des Gases ab 1 15 5 20 44 6 Tabelle 8 4 F r Stickstoff gilt daher Bruchst ckverteilung f r einige Gase bei 75 eV und 102 eV l Syz f Du Fwa NFwaen Jace 8 3 Ke kd lone
541. opplungsset f r EcoDry M menge wird sinnvollerweise in die letzte zur Atmosph re verdichtenden Kom pressionsstufe eingespeist Hier tritt wegen des hohen Druckes typischerweise die Kondensation von D mpfen auf Die oben gezeigte Gleichverteilung der Tem peraturen verhindert bei Betrieb mit Gas ballast innerhalb der Anwendungsgrenzen zuverl ssig lokal auftretendes Kondensat Als Besonderheit ist in dem Gasballast ventil ein R ckschlagventil eingebaut wel ches sicher verhindert da unter Umst n den bei berkompression im Pumpenin nenraum gef hrliche Prozessgase aus der Pumpe an die Umgebung gelangen k n Abb 2 770 Als sinnvolle Erg nzung zu dem manuell einschaltbaren Gasballastventil kann an die Pumpe optional ein elektromagnetisch betriebenes Gasballastventil angebracht werden s Abb 2 77a welches z B ber eine vorhandene Anlagensteuerung gezielt geschaltet werden kann Hierdurch lassen sich neben Luft auch trockene inerte Gase in den Pumpeninnenraum einschleusen Geringe Anteile von Partikeln im Ansaug volumenstrom k nnen mit Hilfe dieses Gasstromes ebenfalls leichter pneuma tisch durch die Vakuumpumpe gef rdert werden Gef hrliche Gase werden soweit verd nnt da unkritische Betriebszust n de f r die Pumpe sichergestellt werden k nnen Da das Ventil gezielt angesteuert werden kann ist es m glich da in unter schiedlichen Betriebszust nden der Anlage ein stetiger Gasfluss
542. or Gauge Der Gasdruck wird aus der relativen Abnahme der Drehzahl f Ab bremsung aus folgender Gleichung abge leitet d 10 po VA Gasdruck r Radius der Kugel p Dichte des Kugelmaterials mittlere Geschwindigkeit der Gas teilchen gasartabh ngig Reibungskoeffizient der Kugel gasartunabh ngig nahezu 1 Solange man sich mit einer Me unsicher heit von 3 begn gt was in den meisten praktischen F llen durchaus ausreichend ist kann man o 1 setzen so da die Empfindlichkeit des Reibungs Vakuum meters mit rotierender Stahlkugel lediglich durch die fundamental bestimmbare phy sikalische Gr e der Kugel n mlich durch das Produkt Radius x Dichte r p siehe Gleichung 7 2 gegeben ist Eine einmal kalibrierte Kugel ist als Transferstan dard also als Bezugsger t zum Kali brieren anderer Vakuummeter durch Ver gleich geeignet und durch eine hohe Stabilisierungsspulen vier Antriebsspulen Libelle Anschlu flansch Kugel Me rohr einseitig geschlos sen in den Anschlu flansch 7 eingeschwei t soon w Permanentmagnete Abb 7 9 Schnitt durch den Me kopf des Reibungs Vakuummeters VISCOVAC VM 212 Langzeitstabilit t ausgezeichnet Messun gen mit dem VISCOVAG sind aber durch aus nicht auf die Messung des Druckes beschr nkt Auch andere Gr en der kine tischen Gastheorie wie mittlere freie Weg l nge
543. otor Leistungsaufnahme 1 Phasen Weltmotor 90 264 V aus 1200 12 pm Stromverbrauch 1 Phasen Motor z Stromverbrauch 1 Phasen Weltmotor 90 V 264 V 2 g 1000 amp 10 2 LP KSC 800 2 z 1272 S 5 600 rr 25 6 5 2 2 3 Se Eee 200 2 0 0 0 01 0 1 1 10 100 1000 Einla druck mbar Abb 2 82 Leistungsaufnahme einer EcoDry M 30 mit Einphasenmotor Weltmotor Die Pumpe kann immer mit der max Vakuumperformance betrieben werden sowohl in 50 Hz als auch in 60 Hz Netzen Wird das volle Saugverm gen zum Er reichen des Enddruckes oder des Ar beitsdruckes nicht mehr ben tigt z B nach Evakuieren eines Rezipienten kann die Drehzahl bis 750 mm redu ziert werden Stand by Betrieb Mit Strom Temperatur und Drehzahl werden alle wesentlichen Gr en ber wacht Serienm ige Schnittstellen z B Ana log Eingang erm glichen Fern berwa chung und Fernsteuerung des Antriebs Das Kolbenprinzip mit seinen dichten Spal ten wirkt sich sehr vorteilhaft aus wenn die Drehzahl abgesenkt wird Selbst bei deutlicher Drehzahlreduzierung bleibt der Enddruck im 10 mbar Bereich Betreibt man die Pumpe mit Weltmotor oberhalb des erlaubten Dauereinla druckes reduziert sich automatisch die Drehzahl so da auch oberhalb des Be triebslimits mit 1 Phasen Mo
544. otor f r alle 1 Phasen Netze 58 Werkstoffe 104 105 Wiederbedeckungszeit Bedeckungszeit 14 92 A XTC XTM 168 Z Zahlenwerte physikalischer Konstanten 185 Zeitkonstante vakuumtechnische 93 158 Zeolith 33 75 Zerst uberpumpen 75 Z Match Technik 163 Zubeh r zu Rotations verdr ngerpumpen 32 Zusammensetzung der Atmosph re 186 Zustandsgleichung Allgemeine Gasgleichung 12 15 www oerlikon com Zentrale Deutschland Oerlikon Leybold Vacuum GmbH Bonner Strasse 498 D 50968 K ln T 49 0 221 347 0 F 49 0 221 347 1250 sales vacuum oerlikon com
545. pen 4 Wasserstrahlpumpen K hlung von Treibmittelpumpen Die W rme die zur Verdampfung des Treib mittels den Pumpen dauernd zugef hrt wird mu durch eine wirksame K hlung wieder abgef hrt werden Die zum Ab pumpen der Gase und D mpfe ben tigte Energie ist dagegen minimal Die Au en w nde der Diffusionspumpen werden meist mit Wasser gek hlt Bei l Diffusions pumpen k nnen kleinere Pumpen auch mit einem Luftstrom gek hlt werden da bei l Diffusionspumpen eine niedrige Wand temperatur nicht so entscheidend f r den Wirkungsgrad der Pumpe ist wie dies bei Quecksilber Diffusionspumpen der Fall war Ol Diffusionspumpen k nnen gut Wand temperaturen von 30 C vertragen dage gen m ssen die W nde der Quecksilber Diffusionspumpen auf 15 C gek hlt wer den Um die Pumpe vor Sch den bei K hlwasserausfall zu bewahren sollten entweder die K hlwasserschlangen mit Thermoschutzschalter versehen sein oder ein Wasserstr mungsw chter in den K hl wasserkreislauf eingebaut werden Hier durch wird vermieden da das Treibmittel bei unzul ssig hoher Erw rmung der Pumpw nde dort wieder verdampft 3 1 1 l Diffusionspumpen Die Diffusionspumpen bestehen im we sentlichen siehe Abb 3 1 aus einem Pum penk rper 3 mit gek hlter Wand 4 und einem drei oder vierstufigen D sen system A D Das als Treibmittel dien ende l befindet sich im Siedegef 2 und wird hier durch elektrische Heizung 1
546. performance characteristics 11 89 Part 2 Measurement of ultimate pressure 1608 1 Vapour vacuum pumps Part 1 Measurement of volume rate of flow 12 93 1608 2 Vapour vacuum pumps Part 2 Measurement of critical backing pressure 12 89 1609 Vacuum technology Flange dimensions 3 86 DIN ISO 2533 Standard Atmosphere Normatmosph re 12 79 2861 1 Quick release couplings Dimensions 8 74 Part 1 Clamped Type 2861 2 Quick release couplings Dimensions 8 80 Part 2 Screwed type 3529 1 Vacuum Technology Vocabulary 12 81 Part 1 General Terms 3529 2 Vacuum Technology Vocabulary 12 81 Part 2 Vacuum Pumps and related terms 3529 3 Vacuum Technology Vocabulary 12 81 Part 3 Vacuum gauges 3556 1 Measurement of performance characteristics 1992 Part 1 Sputter ion pumps E 3669 Vacuum Technology Bakable flanges dimensions 2 86 Part 1 Clamped Type EN ISO 4080 Gummi und Kunststoffschl uche und Schlauchleitungen Bestimmung der Gasdurchl ssigkeit 2 95 5167 1 Measurement of fluid flow by means of orifice plates nozzles etc 12 91 218 Vakuumtechnische Normen B Internationale Vereinbarungen ISO EN ISO 9803 Pipeline Fittings Mounting Dimensions E 2 93 DIN ISO Forderungen an die Qualit tssicherung f r Me mittel 8 92 10012 Teil 1 Best tigungssystem f r Me mittel ISO 12807 Safe Transport of Radioactive materials Leakage testing on packages 9 96 Intern
547. pf p 0 sondern eine Mischung aus Permanentgas und Wasserdampf ab gepumpt wird p 0 In diesem Fall ist nat rlich gr er als Pwo Die Kataloganga ben zur Wasserdampfvertr glichkeit Pwo der verschiedenen Pumpentypen stellen daher eine untere und damit sichere Gren ze dar Gem Gleichung 2 3 wurde eine Vergr Berung des Gasballastes zu einer erh h ten Wasserdampfvertr glichkeit Pwo f h ren Praktisch ist jedoch einer Vergr e rung von B insbesondere bei einstufigen Gasballastpumpen dadurch eine Grenze gesetzt da sich das bei offenem Gasbal lastventil erzielbare Endvakuum mit zuneh mendem Gasballast B verschlechtert Analoges gilt auch bei Betrachtung der all gemeinen Gleichung 2 2 f r die Dampfver tr glichkeit pp Beim Beginn eines Aus pumpvorganges sollten Gasballastpumpen stets mit ge ffnetem Gasballastventil lau fen An den W nden eines Beh lters befin mbar Pumpentemperatur C Abb 2 15 Partialdruck von Wasserdampf der bei Betrieb einer Pumpe mit Gasballast ohne Kondensation in der Pumpe abgepumpt werden kann als Funktion der Pumpen temperatur bei verschiedenen Luftpartialdr cken p als Parameter Die unterste Kurve entspricht der Wasserdampf vertr glichkeit Dyo der Pumpe 30 det sich fast immer eine d nne Wasser haut die erst allm hlich abdampft
548. pfer Abb 11 2 Verschiedene thermische Verdampfer 1 Substrate 2 zerst ubte Atome 3 Anode 4 Elektronen 5 Target 6 Kathode 7 Magnet Feldlinien 8 Argon lonen 9 Substrat Abb 11 3 Funktionschema einer Hochleistungs Kathodenzerst ubungsanordnung elektrischen Beschaltungen eingesetzt Allen gemeinsam ist die gegen ber Ver dampferquellen gro fl chige Ausdehnung der Teilchenquelle so da gro e Substra te mit hoher Schichtgleichm igkeit be schichtet werden k nnen Als Beschich tungsmaterialien sind neben Metallen und Legierungen beliebiger Zusammensetzung auch Oxide einsetzbar 11 2 4 Chemische Dampfab scheidung CVD Im Gegensatz zu den bisher behandelten PVD Verfahren bei denen die abzuschei dende Substanz fest oder fl ssig vorliegt wird bei chemischer Dampfabscheidung das Material bereits in einer dampff rmi gen Verbindung in die Vakuumanlage ein gelassen Zum Abscheiden des Materials mu die Verbindung thermisch d h durch entsprechende hohe Temperaturen oder mit Hilfe eines Plasmas angeregt werden Dabei laufen im allgemeinen eine gro e Zahl chemischer Reaktionen ab die man nutzt um die Zusammensetzung und Ei genschaften der entstehenden Schichten gezielt zu beeinflussen So kann man z B aus dampff rmigen Silizium Wasserstoff Verbindungen weiche Si H Polymer schichten harte Siliziumschichten oder durch Zugabe von Sauerstoff Quarz schichten hers
549. ph re verdichten verdichten W lzkolben oder Rootspumpen 47 2 4 Trockenlaufende Oszillations verdr nger Vakuumpumpen 53 2 4 1 Membranpumpen 53 2 4 2 Hubkolbenpumpen 54 2 4 2 1 Pumpen mit Kurbelwellenantrieb EcoDry L EcoDryM 55 2 4 2 2 Kolbenpumpen mit Linearantrieb f r kleine Saugverm gen 58 2 5 Antriebsoptionen f r mechanische Pumpen bei 1 Phasen Netzen Weltmotor f r alle f r 1 Phasen Spannungen 58 3 Kinetische Vakuumpumpen 60 3 1 Treibmittelpumpen 60 3 1 1 l Diffusionspumpen 60 3 1 2 l Dampfstrahlpumpen 62 3 1 3 Treibmittel 63 3 1 4 Treibmittelr ckstr mung und ihre Unterdr ckung Dampfsperren Baffle 64 3 1 5 Wasserstrahl und Wasserdampf strahlpumpen 65 3 2 Turbo Molekularpumpen 66 3 2 1 berblick 66 3 2 2 Funktionsprinzip 67 3 2 3 Kenngr en 68 3 2 4 Installation und Betriebs hinweise 69 3 2 5 Besondere Anforderungen 71 3 2 6 Messungen an Turbo Molekular PUMPEN unse 72 4 1 4 1 1 4 1 2 4 1 3 4 2 4 2 1 4 2 2 4 2 3 4 2 4 5 2 1 1 5 2 1 2 5 2 1 3 5 2 4 5 2 4 1 Gasbindende Vakuumpumpen 75 Sorptionspumpen 75 Adsorptionspumpen 75 Verdampferpumpen 76 lonen Zerst uberpumpen IZ PumpeN e sita 76 Massiv
550. po tentials Bedingt durch die Maschinen dynamik ist je nach Baugr e eine Dreh zahl von bis zu 120 Hz m glich In erster N herung entwickelt sich das Saugverm gen etwa proportional zur Drehzahl Damit steht beispielsweise f r eine WS 251 bei 120 Hz etwa das Saugverm gen der WS 501 bereit vgl Abb 2 61 Erh ht man auf diese Art die Leistungsdichte so mu mit steigender Drehzahl die maximale Druck differenz zur ckgenommen werden Es gilt AP max Stheor Konstant 2 23 52 Das hei t bei doppelter Drehzahl halbiert sich der maximale Druckdifferenz Mit dem Frequenzwandlerbetrieb k nnen noch zus tzlich folgende Vorteile genutzt werden 1 Strombegrenzung Bei Erreichen einer Maximallast reduziert sich automatisch die Drehzahl und ein bestimmter Strom bzw eine bestimmte Leistung wird nicht berschritten Hiermit kann auf eine Um wegleitung wie z B in einer WSU oder einen Druckschalter verzichtet werden wie der Vergleich der zwei Kurven in Abb 2 62 zeigt Kennlinienbetrieb Da die Drehzahl etwa proportional dem Saugverm gen ist kann durch berwachung von Leistung und Drehzahl z B ein konstanter Diffe renzdruckbetrieb gefahren werden berwachung Strom und Temperatur im Wandler als Indikatoren f r eine berlast werden automatisch ber wacht Schnittstellen Zur Ansteuerung oder Uberwachung sind an jedem Frequen zwandler Schnittstellen vorhanden Durch die technische Weiteren
551. pr fung mit gasart abh ngigen Vakuummetern Die Gasartabh ngigkeit der Druckanzeige von Vakuummetern siehe Abschnitt 7 3 kann auch in gewissem Umfang zur Leck suche herangezogen werden So k nnen vermutete Leckstellen beispielsweise mit Alkohol bepinselt oder bespr ht werden Durch ein Leck in die Apparatur einstr mender Alkoholdampf dessen W rmeleit verm gen und lonisierbarkeit sich von den Eigenschaften der Luft stark unterscheidet wird die Druckanzeige mehr oder weniger ver ndern Das Vorhandensein genauerer und einfach zu bedienender Helium Leck detektoren hat allerdings die eben ge nannte Methode praktisch bedeutungslos gemacht 9 4 4 Blasen Tauchpr fung Bubble Test Der Pr fling wird mit berdruck in ein Fl ssigkeitsbad getaucht Aufsteigende Gasbl schen bubbles zeigen die Un dichtheit an Die Leckfindung ist stark von der Aufmerksamkeit der pr fenden Person abh ngig und verleitet zur Erh hung der Empfindlichkeit zur Anwendung immer h herer berdr cke wobei manchmal die hierf r geltenden Sicherheitsbestimmun gen unbeobachtet bleiben Die Methode ist bei geringen Leckraten sehr zeitraubend wie die Tabelle 9 3 zeigt Sie bezieht sich auf die Dichtheitspr fung von mit K lte mittel R134a betriebenen K lteanlagen bei diesen wird die Leckrate in Gramm K lte mittelverlust pro Jahr angegeben g a Als Pr ffl ssigkeit nimmt man Wasser even tuell erhitzt mit oder ohne Netzmittel
552. pression der magnetgelagerten Pumpe f r Wasserstoff macht sich hier deutlich bemerkbar Das Verh ltnis der Peaks der Masse 2 zum Peak der Masse 28 ist wesentlich kleiner als bei den kugelgelagerten Turbo Mole kularpumpen Messung der Kenngr en Abb 3 20 zeigt den Versuchsaufbau zur Bestimmung der Kenngr en von Turbo Molekularpumpen Die Turbo Molekular pumpe wird je nach Anforderung metal Iech bzw elastomergedicht wenn m g lich 24 Stunden ausgeheizt und dann 48 Stunden hindurch auf Enddruck gepumpt Danach wird ein diskreter konstanter pV Durchflu eingestellt Bei vorgegebenem Q wird das Saugverm gen der VV Pumpe bei gro en Werten beginnend schritt weise verkleinert und die sich dabei ein stellenden Werte von Du und pyy gemes sen Die Ver nderung des Saugverm gens erfolgt entweder durch eine mechanische Drossel Schieberventil und oder durch definierten Gaseinla auf der V V Seite In diesem Fall wird das Saugverm gen der VV Pumpe auf die beiden Gasquellen Quy und Qw aufgeteilt In beiden F llen werden an der VV Pumpe unterschiedliche Saug verm gen eingestellt Das Ergebnis ist eine Kurve die die Ver nderung des HV Druckes bei ansteigendem VV Druck bei konstantem beschreibt Durch Varia tion des Parameters Q erh lt man eine Kurvenschar wie sie im Diagramm 1 der Abb 3 21 f r die Turbo Molekulerpumpe TW 70H dargestellt ist 1 0E 04 1 0E 03 1 0 02 Gas Durchsatz
553. pum pen im Siederaum 1 mbar betragen k n nen Damit der Dampf ausstr men kann mu der Vorvakuumdruck in der Pumpe hinreichend niedrig sein Um dies zu ge w hrleisten ben tigen derartige Pumpen entsprechende meist mechanische Vorva kuumpumpen In den Rezipienten kann der Dampfstrahl nicht gelangen da er nach dem Austritt aus der D se an den gek hl ten Au enw nden der Pumpe kondensiert wird Wolfgang Gaede hat als erster erkannt da Gase von verh ltnism ig niedrigem Druck mit Hilfe eines Dampfstrahles von wesent lich h herem Druck abgepumpt werden k nnen da sich also die Gasmolek le aus einem Gebiet niedrigen Totaldruckes in ein Gebiet hohen Totaldruckes bewegen Die ser paradox erscheinende Tatbestand kommt dadurch zustande da der Dampf strahl zun chst v llig gasfrei ist so da die Gase aus einem Gebiet h heren Gasparti aldruckes dem Rezipienten in ein Gebiet 60 niedrigeren Gaspartialdruckes den Dampf strahl diffundieren Diese Grundvorstel lungen Gaedes hat Irving Langmuir 1915 zur Konstruktion der ersten Diffusions pumpe im heutigen Sinne benutzt Die er sten Diffusionspumpen waren Quecksil berdiffusionspumpen aus Glas sp ter aus Metall In den 60er Jahren wurde Queck silber als Treibmittel fast vollst ndig durch l verdr ngt Um m glichst hohe Dampf geschwindigkeiten zu erreichen lie er den Dampfstrahl aus einer D se mit ber schallgeschwindigkeit ausstr men Der
554. r Beispiel Mit einer Drehschieberpumpe der ein l nebelfilter nachgeschaltet ist werde ein Ge misch aus Wasserdampf und Luft abge pumpt Der Berechnung nach Gleichung 2 1 werden folgende Zahlenwerte zugrunde gelegt Pumpentemperatur 70 C AP Auspuff 1 bar AP auspuffilter 0 35 bar also 1 35 bar Tabelle 13 13 oder Abb 2 14 ergibt f r t 70 C f r Wasserdampf pps 312 mbar Gem Geichung 2 1 Doll _ 312 _ Pa H 0 p EC 5 Der Druck des Wasserdampfanteils darf max 23 des Druckes des abgesaugten Wasserdampf Luftgemisches betragen F r alle D mpfe die w hrend des Pump vorganges das l ohne nennenswerte direkte Reaktion z B L sung im l und ohne Sch digung von l oder Pumpe z B chemischer Angriff der Dichtungen Zer setzung des ls durchstr men und die erst in der durch die Kompression er zwungenen kondensierten Phase l oder Pumpenteile angreifen l t sich das Gas ballastprinzip so anwenden Besonders ein fach ist die zu Hilfenahme von Dampf druckkurven In Abb 2 14 sind die Dampf druckkurven von drei Substanzen ange geben und am Beispiel von Wasser die wichtigen Werte markiert Der S ttigungs dampfdruck von Wasser bei Betriebstem peratur der Pumpe hier von 75 C betr gt 385 5 mbar Soll dieser Wert bei einer Kompression um den Faktor 10 nicht ber schritten werden so darf der Partialdruck des abzusaugenden Wasserdampfes h ch stens ein Zehntel d
555. r en 11 68 Betriebsbedingungen 28411 Vakuumtechnik Abnahmeregeln f r Massenspektrometer Lecksuchger te Begriffe 3 76 28416 Vakuumtechnik Kalibrieren von Vakuummetern im Bereich von 10 3 bis 10 7 mbar 3 76 Allgemeines Verfahren Druckerniedrigung durch best ndige Str mung 28417 Vakuumtechnik Messen des pV Durchflusses nach dem volumetrischen Verfahren 3 76 216 Vakuumtechnische Normen A Nationale Vereinbarungen Teil 1 DIN Fortsetzung DIN Titel Ausgabe 28418 Vakuumtechnik Standardverfahren zum Kalibrieren von Vakuummetern durch direkten Vergleich mit einem Bezugsger t Teil 1 Allgemeine Grundlagen 5 76 Teil 2 lonisations Vakuummeter 9 78 Teil W rmeleitungsvakuummeter 8 80 28426 Vakuumtechnik Abnahmeregeln f r Drehkolbenvakuumpumpen Teil 1 Sperr und Drehschiebervakuumpumpen im Grob und Feinvakuumbereich 8 83 Teil 2 W lzkolbenvakuumpumpen im Feinvakuumbereich 3 76 28427 Vakuumtechnik Abnahmeregeln f r Diffusionspumpen und Dampfstrahlvakuumpumpen 2 83 f r Treibmitteldampfdr cke kleiner 1 mbar 28428 Vakuumtechnik Abnahmeregeln f r Turbo Molekularpumpen 11 78 28429 Vakuumtechnik Abnahmeregeln f r Ionengetterpumpen 8 85 28430 Vakuumtechnik Me regeln f r Dampfstrahlvakuumpumpen und Dampfstrahlkompressoren 11 84 Treibmittel Wasserdampf 28431 Abnahmeregeln f r Fl ssigkeitsringvakuumpumpen 1 87 284
556. r 220 C polymerisiert das Silikonfett unter Gasabgabe Es ist in einem weiten Temperaturbereich von 40 C bis 180 und in Anwendungen von Normaldruck bis 10 8 mbar verwendbar DIFFELEN normal wird zur Schmierung und Abdichtung von Drehdurchf hrungen eingesetzt Diehtungsmittel Verwendungszweck Dampfdruck bei 20 C mbar Tropfpunkt C Max Arbeitstemperatur C Dichtungsfett Ramsay Fett z h Fetten von Schliffen und H hnen 104 gt 56 30 bis zu Dr cken von 10 2 mbar Ramsay Fett weich Fetten von Schliffen und H hnen 104 gt 56 30 bis zu Dr cken von 10 2 mbar Gleitlen Schmierung von R hrwellen 104 gt 50 30 KPG R hrer LITHELEN Fetten von Schliffen und H hnen bei niedrigem Druck und 1010 gt 210 150 bei hoher Arbeitstemperatur Silikon Hochvakuum Fett Fetten von Schliffen und H hnen bei niedrigem Druck und Keine Angaben 1 180 bei hoher Arbeitstemperatur DYNAFAT Schmierung von Dichtringen Keine Angaben 148 110 le DIFFELEN normal Drehdurchf hrungen 2 10 Keine Angaben 120 1 ber 200 C Polymerisation 2 5x50g9 Tabelle 13 16f Technische Daten f r Dichtungsfette und le 196 Tabellen Formeln Diagramme Radialvakuumpumpe I Abscheider mit W rmeaustausch z B gek hlt d Absperrorgan allgemein Axialvakuumpumpe Gasfilter allgemein Absperrventil
557. r Alkohole Buthylalkohol u a ist das Gasballast Ventil zu ffnen oder andere Schutzma nahmen gegen Kondensation zu ergreifen Betriebshinweise f r Apparaturen 0 L sungsmittel Azeton Ohne Schwierigkeit abzupumpen Betriebstemperatur abwarten Benzol Vorsicht D mpfe leicht brennbar Verschlechtert durch Aufl sen des Pum pen ls den Enddruck Luft Benzol Gemi sche sind explosiv und brennbar Ohne Gasballast arbeiten Eventuell Inertgas als Gasballast Tetrachlorkohlenstoff und Trichlor Gut abzupumpen nicht entz ndbar und nicht explosiv allerdings auch ll send und so ebenfalls Enddruck verschlechternd Be triebstemperatur abwarten Beim Abpum pen von Tetra und anderen nicht brennba ren L sungsmitteln Gasballastventil ge ff net halten Pumpen l N 62 Toluol ber Tiefk hlbaffle abpumpen Ohne Gasballast abpumpen Inertgas als Gasballast verwenden keine Luft 12 3 1 4 Betriebsfehler bei Gasballast pumpen M gliche Fehler quellen bei Nichterreichen des geforderten Enddruckes a Das Pumpen l ist insbesondere durch gel ste D mpfe verschmutzt Farbe und Beschaffenheit pr fen Abhilfe Pumpe l ngere Zeit bei abgesperrtem Rezipienten und ge ffnetem Gasbal lastventil laufen lassen In F llen star ker Verschmutzung ist ein lwechsel zu empfehlen Mit verschmutztem l soll die Pumpe nicht l ngere Zeit stehen bleiben b Die gleitenden Teile der Pumpe sind ab gen tzt oder besch d
558. r An lage mu in der Lage sein trotz dieser hohen Gaslasten die notwendigen Dr cke zuverl ssig zu erreichen Im gezeigten Bei spiel wird die Anlage mit einer Kombinati on aus Vor und W lzkolbenpumpe vor evakuiert Eine Diffusionspumpe bildet zusammen mit einer Kaltfl che das Hoch vakuumpumpsystem Die Kaltfl che pumpt einen Gro teil des Wasserdampfs und der fl chtigen Substanzen die von den Kunst stoffteilen abgegeben werden w hrend die Diffusionspumpe im wesentlichen die nicht kondensierbaren Gase sowie das f r den Sputterproze ben tigte Edelgas pumpt Ein v llig anderes Anlagenkonzept f r die gleichen Proze schritte ist in Abb 11 5 dargestellt Die Anlage besteht aus vier va kuumtechnisch voneinander getrennten Stationen die von einer sich um die senk rechte Achse drehenden Trommel mit vier Substratkammern und den in den Vakuum kessel eingebauten Proze stationen gebil det werden Bei der Rotation bewegt sich eine Substratkammer von der Be und Ent ladestation ber die Vorbehandlungs Me talisier und Schutzbeschichtungsstation wieder zur Be und Entladeposition Da jede Station ihr eigenes Pumpsystem be sitzt k nnen alle vier Prozesse gleichzei tig mit voneinander v llig unabh ngig ein stellbaren Proze parametern betrieben werden Das Vakuumsystem der Anlage besteht aus Turbo Molekularpumpen mit Vorpumps tzen aus W lzkolben und Drehschieberpumpen 11 3 2 Bandbeschichtung Metallisierte
559. r der Vergleich der Druckanzeige ein und desselben Vakuum meters kein Kompressions Vakuumme ter mit und ohne vorgeschalteter K hlfal le Das F llen der K hlfalle mit fl ssigem Stickstoff senkt bei verschmutzten Beh l tern den Druck schlagartig um eine Zeh nerpotenz oder mehr da die D mpfe in der Falle ausfrieren Beseitigung der Verschmutzung bei Glas apparaturen Haben die Verunreinigungen einen hohen Dampfdruck so lassen sie sich relativ schnell abpumpen Gelingt das nicht so mu die Apparatur gereinigt werden Ver schmutzte Glasteile werden zun chst mit Chromschwefels ure oder falls dies er forderlich ist mit verd nnter Flu s ure 1 30 gereinigt Anschlie end werden sie mit destilliettem Wasser nachgesp lt Wenn diese Mittel nicht zum Erfolg f hren kann noch ein organisches L sungsmittel versucht werden Danach m ssen die Glas teile wieder mit Methylalkohol und destil liertem Wasser nachgesp rt werden kei nen verg llten Alkohol verwenden Beseitigung der Verschmutzung bei Me tallapparaturen Metallteile weisen meist Spuren von Ver schmutzung durch Fette oder le auf Las sen sich diese nicht schnell durch Ab pumpen entfernen so m ssen sie mit einem organischen L sungsmittel gerei nigt werden verg llter Alkohol ist in jedem Fall ungeeignet Gr te Sauberkeit erzielt man mit Dampfb dern wie sie in der In dustrie blich sind Will man zu tiefen Dr cken lt 10 7 mbar vors
560. r die verschiedenen HV Pumpen vorliegenden Saugleistungs diagrammen die geeignetste Turbo Mole kularpumpe f r die notwendige Saug leistung bei dem ben tigten HV Druck aus gew hlt Anschlie end wird f r diese HV Pumpe mit Hilfe ihres Saugleistungsdia grammes in dem nicht nur ihre eigene Saugleistungskurve sondern auch die Saugleistungskurven in frage kommender VV Pumpen f r verschiedene Ansaug dr cke eingetragen sind die g nstigste VV Pumpe bestimmt Durch einfaches Ein zeichnen der ben tigten Werte f r HV Druck und Gasdurchsatz Saugleistung in das Diagramm wird die gew nschte Kom bination mit einer VV Pumpe unmittelbar abgelesen Dies soll an einem Beispiel an Hand von Abb 5 8 erl utert werden Die Kennlinie der TW 250 S zeigt f r eine gew nsch te Saugleistung Durchsatz den erreich baren Ansaugdruck Im rot gezeichne ten Beispiel kann die Saugleistung von 3 mbar s nur mehr bei einem Ansaug druck von 3 10 mbar aufrecht erhalten werden Die rot gestrichelte Grenzlinie f r die Vorvakuum bergabe markiert den ma ximal m glichen bergabebereich f r Vor vakuumpumpen Nur wenn die Sauglei stungskennlinie einer Vorvakuumpumpe oder VV Pumpenkombination die rote mbar s Linie links von der gestri chelten Grenzlinie f r die Vorvakuum bergabe schneidet darf diese Pumpe als 1 00E 02 EcoDryL Gas Stickstoff bergabedruck 1 00E 01
561. raturen Feuchtigkeit aus der Luft auf Keinesfalls sollte man Wasserdampf durch eine mit Korrosionsschutz l gef llte Pumpe ab pumpen da die Schmiereigenschaften und der Korrosionsschutz des ls dadurch be eintr chtigt werden Durch die Wasserauf nahme des ls k nnen au erdem in sol chen Pumpen nicht mehr die gleichen End dr cke erreicht werden wie sie mit sauberem Korrosionssch tz l oder mit normalem Pumpen l N 62 erreicht wer den Unter normalen Betriebsbedingungen sollten lgef llte Pumpen nicht mit einem Korrosionsschutz l betrieben werden Zum Absaugen von Luft Wasserdampf und nicht korrodierenden organischen D mpfen ist das l N 62 vorzuziehen so lange daf r gesorgt ist da die D mpfe nicht in der Pumpe kondensieren k nnen 12 3 1 3 Ma nahmen beim Abpumpen verschiedener chemischer Substanzen Dieser Absatz kann keine ersch pfende Behandlung der vielf ltigen Anwendungs m glichkeiten lgedichteter Vakuumpum pen in der Chemie geben f r spezielle Fragen stehen unsere langj hrigen Erfah rungen mit schwierigsten chemischen Ap plikationen zur Verf gung Drei Teilaspek te sollen jedoch kurz behandelt werden Das Abpumpen explosionsf higer Gasge mische kondensierbarer D mpfe und kor rosiver D mpfe und Gase Explosionsschutz Bei der Planung und Auslegung von Vaku umsystemen sind die einschl gigen Si cherheits und Umweltschutzbestimmun gen zu beachten Der Betreiber mu die im
562. rbo Molekularpumpe f r schwere Massen ein sehr gro es Kompressionsverm gen gro Bes Saugverm gen hat k nnen im Ge gensatz zum leichten Pr fgas Helium M 4 schwere Molek le das MS prak tisch nicht erreichen Die Turbo Molekular pumpe ist so ein optimaler Schutz f r das MS und macht eine LN K hlfalle berfl s sig was wohl der gr te Vorteil f r den Be nutzer ist Historisch sind Gegenstromleck detektoren erst sp ter entwickelt worden Das h ngt auch mit der ber lange Zeit nicht ausreichenden Stabilit t des Saugverm gens der verwendeten Drehschieberpum pen zusammen Standger te beider LD Typen haben eine eingebaute Hilfspume bei tragbaren LD mu sie aus Gewichtsgr n den n tigenfalls au en dazugestellt werden 9 5 2 7 Teilstrombetrieb Wenn die Gr e des Rezipienten oder des Lecks es unm glich machen oder zu lange Zeit erfordern um den Pr fling auf den n tigen Einla druck zu evakuieren m s sen zus tzliche Pumpen zu Hilfe genom men werden Der He Leckdetektor wird dann im sogenannten Teilstromverfahren betrieben Das bedeutet da meist der gr ere Teil des aus dem Beh lter abge pumpten Gases durch ein zus tzliches ge eignet dimensioniertes Pumpsystem ab gepumpt wird so da nur mehr der klei nere Rest des Gasstromes in den He Leckdetektor gelangt siehe Abb 9 15 Die Aufteilung des Gasstromes erfolgt nach den am Verzweigungspunkt herr schenden Saugverm gen Es gilt
563. rch R ntgeneffekte und lonen desorption fast vollkommen ausgeschlos sen ohne da ein Modulator ben tigt wird Das Extraktor System mi t Dr cke zwi schen 10 und 10 12 mbar Ein weiterer Vorteil ist da das Me system als Ein baume system mit einem Durchmesser von nur 35 mm gebaut und damit auch in kleine Apparaturen eingebaut werden kann 7 4 Transmitter 7 4 1 Allgemeine Eigenschaften von Transmittern als Vakuummeter Der Trend bei neuen Vakuummetern geht eindeutig zur Verwendung von Transmit tern Transmitter sind Signalwandler mit genormten Ausgangsgr en Spannung 0 10 Volt oder Strom 4 20 mA und ein heitlicher Versorgung 24 Volt Gleichspan nung in der Vakuumtechnik ist der Span nungsausgang h ufiger zu finden Trans 119 Druckmessung Klassische und Transmitter Vakuummeter Me prinzip klassisch Betriebsger t Transmitter bertragung Ausleseger t Kapazit t CAPACITRON DM 21 22 CTR analog CENTER ONE Pirani THERMOVAC TM 21 22 23 TTR analog DISPLAY ONE IT23 lonisation IONIVAC IM 520 ITR digital CENTER ONE 23 Penning PENNINGVAC PM 31 PTR analog CENTER ONE 1723 Tabelle 7 4 Eigenschaften von LEYBOLD VAKUUM Transmittern mitter sind metallische Me r hren die in einem kleinen Geh use huckepack einen mikroelektronischen Signalwandler tragen und meistens keine eigene Ablesem g lichkeit haben Der Me bereich eines Transmitters wird falls n tig lineari
564. rd diese Membran fest gegen die Wand 1 gedr ckt Mit zunehmender Evakuierung wird die Differenz zwischen dem zu mes senden Druck p und dem Vergleichsdruck geringer Die Membran biegt sich erst nur schwach dann aber unterhalb von Basisplatte Hebelsystem Anschlu flansch Membran Bezugsdruck Abquetschende 7 Spiegelscheibe 8 Plexiglasscheibe 9 Zeiger 10 Glasglocke 11 Halteplatte 12 Geh use Abb 7 3a Schnittzeichnung des Membran Vakuummeters DIAVAC DV 1000 110 100 mbar immer st rker durch Auch beim DIAVAC wird die Membran Durchbiegung auf einen Zeiger 9 bertragen Dabei ist besonders der Me bereich zwischen 1 und 20 mbar stark gedehnt und daher der Druck recht genau auf etwa 0 3 mbar erfa bar siehe Abb 7 3b Die Ersch t terungsempfindlichkeit dieses Ger tes ist etwas gr er als beim Kapselfeder Vakuummeter 7 2 2 3 Pr zisions Membran Vakuummeter Eine wesentlich h here Me genauigkeit als Kapselfeder Vakuummeter und DIAVAC haben Pr zisions Membran Vakuummeter Diese hneln in ihrem Aufbau dem Kap selfeder Vakuummeter Die Skala ist line ar Die Pr zisionsausf hrung ist so weit getrieben wie es der heutige Stand der Technik zul t Man erh lt so Ger te die z bei 20 mbar Vollausschlag die Mes sung von 10 1 mbar gestatten Entspre chend der gr eren Pr zision ist auch die Ersch tterungsempfindlichkeit gr er Kapselfeder
565. rd wenn also kleine Rezi pienten in kurzen Taktzeiten auf etwa 10 4 mbar gepumpt werden sollen oder wenn bei gro en Rezipienten dieser Druck wartungsfrei ber Wochen aufrechterhal ten werden soll so sind die bereits er w hnten zweistufigen W lzkolbenpumpen mit zweistufigen Rotationsverdr nger pumpen als Vorpumpen die geeigneten Kombinationen Eine solche Kombination arbeitet zwar nicht so wirtschaftlich wie die entsprechende Treibmittelpumpe kann aber daf r viel l nger wartungsfrei betrie ben werden c Hochvakuum Bereich 10 3 bis 10 7 mbar Der Druckbereich unterhalb 10 3 mbar ist f r den Einsatz von Diffusionspumpen sowie von lonen Zerst uber und Turbo Molekularpumpen typisch Schwankt der Arbeitsbereich w hrend eines Prozesses so m ssen gegebenenfalls verschiedene Pumpsysteme an dem Rezipienten ange bracht werden Es gibt auch spezielle Diffusionspumpen welche die typischen Eigenschaften einer Diffusionspumpe niedriger Enddruck hohes Saugverm gen 88 im Hochvakuum Bereich mit den hervor stechenden Eigenschaften einer Dampf strahlpumpe hohe Saugleistung im Fein vakuum Bereich hohe Vorvakuumbest n digkeit verbinden Liegt der Arbeitsbereich zwischen 10 2 und 10 mbar so sind der artige Diffusionspumpen besonders zu empfehlen d Ultrahochvakuum Bereich lt 10 7 mbar Zur Erzeugung von Dr cken im Ultra hochvakuum Bereich werden in Kombina tionen mit entsprechenden Vorpumpen Diffusion
566. reichten Temperaturen haben Lager und trockene Kolbendichtungen im zugelassenen Last bereich bei sauberen Anwendungen eine hohe Lebensdauer Anwendungen Das Kolbenprinzip stellt im Vergleich zu an deren trockenlaufenden Pumpprinzipien wie z B 2 Wellen Maschinen eine einfa che und kosteng nstige Alternative dar An wendungen liegen vorzugsweise im sau beren Bereich wie Vorpumpe f r Turbomolekular und Compound Pumpen kleine Load Lock und Transfer kammern Elektronenmikroskope Massenspektro meter Forschungsanwendungen usw 659 207 C Abb 2 73 Temperaturverteilung EcoDry M im Zyklusbetrieb Mechanische Vakuumpumpen ME M 8 H de M 2 ak f 344 m 4 545 mM I 510 mm max EcoDry M 15 mit 1 Phasen Weltmotor TRIVAC D 16 mit 1 Phasen Weltmotor und Zubeh r AK AF 16 Abb 2 74 Gr envergleich einer EcoDry M 15 Drehstromausf hrung mit einer Drehschieberpumpe inklusive Zubeh r gleichen Saugverm gens 90 EC 5 E Grenze des 5 D Dauerbetriebes S Se 5 5 gt 40 0 1 1 10 100 1000 Einla druck mbar Abb 2 76 Temperatur der Zylinderbohrung als Funktion des Einlassdrucks Bei einem Vergleich der vakuumtechni schen Eig
567. ren 31 32 Druck 11 Druck Steuerung Regelung berwachung 124 Druckabh ngigkeit der mittleren freien Wegl nge A 184 199 Druck nderungspr fung Druckabfall Druckanstieg 148 Druckbereiche der Vakuumtechnik 16 86 87 169 186 206 207 Druckeinheiten 10 11 184 Drucklagerung Bombing Test 160 Druckmessung direkte indirekte 108 Druckmessung gasartabh ngige 113 Druckmessung gasartunabh ngige 109 Druck Messung berwachung Steuerung Regelung 108 124 Druckregelung in Grob und Feinvakuumanlagen 125 Druckregelung in Hoch und Ultrahochvakuumanlagen 127 Druckregelung stetige unstetige 125 126 Druckschalter 110 Druckumlaufschmierung 23 Druckwandler 133 DRYVAC Pumpen 35 ff D Tek 151 DURADRY 44 ff Durchbruchspannung Paschen Kurve f r Luft 208 D senhut Dampfsperre 64 Dynamische kontinuierliche Expansionsmethode 121 122 L 55 ff Ecotec II 154 Edelgasstabilit t von IZ Pumpen 77 78 Effektives Saugverm gen 33 151 Eichen 121 Einbaume system 109 182 Einflu von elektrischen magnetischen Feldern 72 183 Einheiten Formelzeichen 11 184 185 210 214 Elastomerdichtungen 105 189 Elektrische Durchbruchspannung Paschenkurve 208 Elektronensto verdampfer Elektronenkanonen 170 Empfindlichkeit von Quadrupol Sensoren 135 Empfindlichkeit von Vakuummetern 117 Enddruck 12 Entgasung des Treibmittels 61 Entmischung 20 EPDM Dichtungen 105 189 Evakuieren im G
568. rheblich sind gr tenteils eingespart werden Zus tzlich wirkt sich die Vermei dung von kontaminiertem l nat rlich po sitiv auf die Umwelt aus Damit Schraubenvakuumpumpen als Alternative akzeptiert werden d rfen sie f r den Anwender keine wesentlichen Nachteile gegen ber den etablierten lge dichteten Maschinen haben Als besonde re Anforderungen ergeben sich daraus Niedrige Erstinvestition Hohe Robustheit Lange Wartungsintervalle Dauerbetrieb in allen Druckbereichen m glich Geringe Leistungsaufnahme 1 Luft und wassergek hlte Varianten verf gbar Niedriger Schallpegel Angepasstes Zubeh rprogramm Industrielle Schraubenvakuumpumpen wie die ScrewLine SP630 sind auf diese An forderungen hin optimiert und erm gli chen es den Anwendern die Lebens zykluskosten gegen ber lgedichteten Systemen deutlich zu reduzieren Die Abb 2 42 zeigt den Aufbau der ScrewLine SP630 die nach diesen Gesichtspunkten entwickelt wurde Die Maschine weist zwei fliegend gelager te Schraubenrotoren auf die von sehr kr f tig dimensionierten Wellen und Lagern ge f hrt werden Die beiden Wellendichtun gen sind durch eine Kombination von Mechanische Vakuumpumpen Abb 2 43 W rmetauscher Standard Luftk hlung leicht zug nglich einfach zu reinigen 700 600 SP 630 GB Z 500 E 5 400 SV 630
569. richtet sich nach den Arbeitsbedingungen und den Anfor derungen an den Enddruck Bei hohen Dr cken ber 1 10 6 mbar wird durch h ufiges Verdampfen dem Getterschirm mehr W rme zugef hrt Deshalb ist eine Fl ssig Stickstoffk hlung g nstiger Bei niedrigen Dr cken kann eine Wasserk h lung ausreichend sein Vor dem Bel ften ist der Getterschirm m glichst auf Raum temperatur zu erw rmen sonst sammelt sich Luftfeuchtigkeit an der Oberfl che 182 12 3 7 lonen Zerst uberpumpen Ionen Zerst uberpumpen arbeiten mit Hochspannung Einbau und Anschlu sol len nur unter Verantwortung eines Fach mannes vorgenommen werden Die Ge brauchsanweisung ist zu beachten Die Lebensdauer der lonen Zerst uber pumpen h ngt linear vom Betriebsdruck der Pumpe ab F r Pumpen von LEYBOLD gilt p T 45 103 mbar h p Betriebsdruck T Lebensdauer Das hei t f r einen Betriebsdruck von 10 3 mbar ist die Lebensdauer 45 Stunden 10 5 mbar ist die Lebensdauer 45 000 Stunden 10 9 mbar ist die Lebensdauer 45 000 000 Stunden Wird eine Triodenpumpe f r l ngere Zeit nicht gebraucht kann sie entweder bei niedrigem Druck praktisch ohne einen Ein flu auf die Lebensdauer st ndig weiter laufen oder sie wird bel ftet ausgebaut und staubdicht abgedeckt Das Start verhalten der IZ Pumpen Trioden von LEYBOLD ist so gut da auch nach l n gerer Aufbewahrungszeit bei erneuter In betriebnahme keine Probleme entstehen Bei Ein
570. rid Brom Bromwasserstoff Bromwasserstoffs ure Butadien Butan Butylacetat Butylglykol Butylalkohol Butylaldehyd Chlor trocken Chlor na Chlorwasser Chlorbrommethan Chlorierte L sungsmittel Chlorbenzol Chloressigs ure Chlormethyl Chloroform Trichlormethan Citrus le Cyclohexan Cyclohexanon Cyclohexylamin Dekalin Desmodur T Desmophen 2000 Di thyl ther Di thylamin Di thylenglykol Di thylsebazat Dibenzyl ther Tabelle 13 15 Chemische Best ndigkeit gebr uchlicher gummielastischer Diehtungswerkstoffe Ixx x xooo oxxo gt lt gt lt NBR 1 olooo o o ooxo ooooo Silikonkautschuk ooo gt lt gt lt x Se gt lt Tabellen Formeln Diagramme Se gt lt lt Se x gt lt lt Se x Se gt lt lt Se x lt gt lt lt Se x gt lt lt x gt lt lt Se lt gt lt lt Se x lt lt gt lt gt lt lt l oooo oxxo gt lt oooo ooxo 1 x x oO Medium Dibutylphthalat Dichlor thylen Dichlor than Dichlorbenzol Dichlorbutylen Diesel l Diisopropylke
571. ringer etwa 10 Wie der Pumpenstammbaum in Abb 1 11 zeigt geh ren zu den lgedichteten Ver dr ngerpumpen unter anderem Drehschie ber und Sperrschieberpumpen in ein und zweistufigen Ausf hrungen sowie einstufi ge Trochoidenpumpen Kreiskolbenpum pen die heute allerdings nur noch histo rische Bedeutung haben Diese Pumpen sind alle mit einer Gasballasteinrichtung ausger stet die erstmals von Gaede 1935 angegeben wurde n here Beschrei bung siehe 2 1 2 4 Die Gasballasteinrich tung erm glicht innerhalb angegebener technischer Grenzen das Abpumpen von D mpfen insbesondere von Wasser dampf ohne da sie beim Kompressions vorgang in der Pumpe kondensieren 2 1 2 1 Drehschieberpumpen TRIVAC SOGEVAC Drehschieberpumpen siehe Abb 2 2 und 2 3 bestehen aus einem zylindrischen Ge h use Pumpenring 1 in dem sich ein exzentrisch gelagerter geschlitzter Rotor 2 in Richtung des Pfeiles dreht Der Rotor enth lt meist durch Fliehkraft aber auch durch Federn auseinander gedr ckte Schieber 16 die an der Geh usewand entlang gleiten und dabei die an der Saug ffnung 4 eingedrungene Luft vor sich herschieben um sie schlie lich durch das l berlagerte Auspuffventil 12 aus der Pumpe auszusto en Die historisch ltere A Pumpen reihe Abb 2 2 von LEYBOLD hat drei radia le um 120 versetzt angeordnete Schieber daher der Name TRIVAC Die heute ge baute B P
572. rlorengeht und eine scheinbar nicht unterschreitbare Druckgrenze vorget uscht wird siehe Abb Der R ntgeneffekt siehe Abb 7 15 Die von der Kathode emittierten und auf die Anode treffenden Elektronen l sen dort Photonen weiche R ntgenstrahlen aus Diese Photonen wiederum l sen ihrerseits beim Auftreffen auf Oberfl chen Photo elektronen aus Die am lonenf nger aus gel sten Photoelektronen auch Sekun d relektroden genannt flie en zur Anode d h der lonenf nger emittiert einen Elek tronenstrom der in gleicher Weise ange zeigt wird wie ein zum lonenf nger flie en der positiver Dieser Photo es S S S S e S S S amp S S S Ma N K Kathode A Anode I Abb 7 15 Zur Erkl rung des R ntgeneffektes in einer normalen lonisations Vakuummeterr hre Die von der Kathode K emittierten Elektronen e prallen auf die Anode A und l sen dort eine weiche R ntgen strahlung Photonen aus Diese trifft zum Teil auf den lonenf nger I und l st dort Photoelektronen aus ez 118 strom t uscht einen Druck vor Wir wollen diesen Effekt den positiven R ntgeneffekt nennen Er ist von der Anodenspannung und von der Gr e der Oberfl che des lo nenf ngers abh ngig Es gibt aber unter gewissen Vorausset zungen auch einen negativen R ntgen effekt Pho
573. rob Fein Hochvakuumbereich 92 ff Evakuieren von Gasen und D mpfen 95 Expansion statische dynamische kontinuierliche 122 Explosionsklassen von Fluiden 188 Extraktor lonisations Vakuummeter 119 F Fast Regeneration partielles Regenerieren 84 Fehlerursachen bei Nichterreichen des Enddruckes 176 Feinvakuumadsorptionsfallen 33 Festflansche 102 Federvakuummeter 109 Finger print 138 Fl chensto rate 14 Flansche und ihre Abdichtung 102 ff Fl ssigkeitsgedichtete Rotations verdr ngerpumpen 23 Fl ssigkeitsringvakuumpumpen 23 Stichwortverzeichnis Fl ssigkeitsvakuummeter 112 Formelzeichen und Einheiten alphabetische Liste 210 212 Frequenzwandler f r Rootspumpen 52 Turbo Molekularpumpen 69 Weltmotor 58 Fundamentale Druckme methoden 122 G Gaede Wolfgang 11 27 60 66 Gr en Formeln Einheiten und Definitionen 11 16 Gasabgabe von Werkstoffen 186 Gasabgabe Gasabgaberate fl chenbezogene 14 92 Gasanalyse 130 140 141 Gasartabh ngige Anzeige Vakuummeter mit 113 Gasartunabh ngige Anzeige Vakuummeter mit 109 Gasaufzehrung von Vakuummeterr hren 109 117 Gasballast 27 152 Gasbindende Vakuumpumpen 75 ff Gasdichte 12 Gasentladung 76 116 Gasgesetze 15 Gaskinetische Formeln 184 Gaskinetisches Diagramm 199 Gaskonstante allgemeine 12 15 16 185 Gasmenge pV Wert 13 Gasschleusen 107 Gasspeicherung im Drehschieber pumpen l 152 Gaszusammensetzung bei Entfernung von der Erde 200 Gay L
574. rperphysik f r das Studium d nner Schichten oder f r die Elektronenr hrentechnik beraus bedeut sam geworden Ultrahochvakuum Appara turen oder Anlagen unterscheiden sich von Hochvakuumapparaturen dadurch da a sie extrem gasdicht sind Verwendung von Metalldichtungen b die Gasabgabe der inneren Oberfl chen des Vakuumbeh lters und der daran an geschlossenen Bauteile z B Verbin dungsleitungen Ventile Dichtungen extrem niedrig gemacht werden kann lfreie Pumpsysteme eingesetzt werden oder zumindest geeignete Mittel K hl fallen Dampfsperren vorgesehen sind die verhindern da Gase oder D mpfe oder deren Reaktionsprodukte von den zur Evakuierung verwendeten Pumpen in den Vakuumbeh lter gelangen keine R ckstr mung Um diese Bedingungen erf llen zu k nnen m ssen die f r UHV Apparaturen verwen deten Einzelbauteile ausheizbar und auf 92 extreme Dichtheit gepr ft sein Als Bau material werden Edelst hle bevorzugt Aber auch Zusammenbau Inbetriebnahme und Betrieb einer UHV Apparatur erfordern besondere Sorgfalt Sauberkeit und vor allem Zeit Der Zusammenbau mu sach gem erfolgen d h die einzelnen Bau teile d rfen nicht im geringsten besch digt werden z B durch Kratzer an feinstge arbeiteten Dichtungsfl chen Grunds tz lich ist zu sagen da jede neu zusam mengesetzte UHV Apparatur vor der Inbe triebnahme mit einem Helium Leckdetek tor auf Dichtheit gepr ft
575. rproduktion DuraDry Seit einigen Jahren werden in der Halblei terindustrie erfolgreich Schraubenpumpen eingesetzt Die Leybold Produkte f r diese Anwendung bilden die DuraDry Familie Darin ist die DuraDry 105 die Basis Schraubenpumpe Die Duradry s 605 und 1205 sind mit Rootspumpen WS 501 bzw WS 1001 ausger stete DuraDry s 105 Abb 2 48 zeigt eine DuraDry 105 Die DuraDry hat ein neues innovatives De sign Sie ist eine einstufige zweiflutige Doppelschraubenpumpe aus Graugu Wegen der konstanten Profilgeometrie der Rotoren entsteht die innere Verdichtung der DuraDry erst im allerletzten Kammer volumen bevor das Gas in den Auspuff entlassen wird und nicht w hrend des Ga stransport l ngs der Schrauben Ein Ro torpaar der DuraDry 105 ist in Abb 2 38 dargestellt In der Halbleiterproduktion sind die wich tigsten Anforderungen an die Pumpen Kurze Gaswege mit wenig Umlenkungen innerhalb der Pumpe und einstellbare Sp lgasanschl sse um die Partikelabla gerungen zu minimieren Einstellbare Temperaturen aller mit Pro zessgas in Ber hrung kommender Teile Pumpe und Auspuff zur Vermeidung von Kondensation Keine axialen Kr fte und exzellente K hlungs und Dichtungsmechanismen an den Lagern zur Verl ngerung der Lebensdauer Einige durch das ganz besondere Design der DuraDry entstandene Vorteile beim Be trieb der DuraDry werden in der folgen den Reihe von Skizzen a e in Abb 4 47 n h
576. rpumpen 76 182 J Justieren von Leckdetektoren 153 Justieren und Kalibrieren von Vakuummetern 121 K Kalibrieren von Leckdetektoren 153 von Vakuummetern 121 123 Kaltfl chen Bindung an 81 Kaltkathoden lonisations Vakuummeter 116 Kaltkopf 79 231 Stichwortverzeichnis Kammerer Kompessions Vakuummeter 113 Kapazitive Vakuummeter 111 Kapselfedervakuummeter 109 110 Kathodenzerst ubung Sputtern 170 Keramiklager Hybridlager 66 Kinetische Gastheorie 15 Kinetische Vakuumpumpen 60 ff Klammerflansch 102 Klauenpumpen 34 ff Kleinflansch 102 Kleinste nachweisbare Konzentration 136 Kleinster nachweisbarer Partialdruck 136 Kleinstes nachweisbares Partial druckverh ltnis 136 Knudsenstr mung 17 Kohlenwasserstofffreies Vakuum 20 34 59 64 65 ff Kombinationstransmitter 120 Kompression 68 Kompressionsvakuummeter 112 Kondensatoren 30 88 ff Kontinuierliche Expansion fr her Dynamische Expansion 122 Kontinuumsstr mung 16 Kontinuumstheorie 15 Korrekturkurven f r THERMOVAG Ger te 115 Korrosionschutz 178 Kriechbarriere 65 Kritische Druckdifferenz Verblockung 17 Kryokondensation 81 Kryopumpen 78 ff Kryosorption 81 Kryotrapping 82 Krypton 85 Pr fung 149 Kugeltiefk hlfallen 64 K hlfallen 64 L Laminare Str mung 16 20 Lavald se 62 Leckarten 144 Leckdetektoren mit 180 Sektorfeld MS 155 Leckdetektoren mit Massenspektrometern 151 Leckdetektoren mit Quadrupol MS 154 Leckdetektoren Arbeitsw
577. rstoff 0 1 0 lonisationsweges und von der Energie der Chloroform CHCI 48 n Pentan C5H7 6 0 sto enden Elektronen Schwellenergie f r Chlormethan CH 3 1 Phenol 6 2 bestimmte lonenarten abh ngig Tabellen Cyclohexen CH 6 4 Phosphin PH 2 6 werte beziehen sich immer auf eine be Deuterium D 0 35 Propan GE 37 Diehlordiourmethan 2 7 Silberperchlorat wonn 36 se von Ger ten unterschiedlicher Hersteller _Pichlormethan CH CH 7 8 Zinnjodid 204 6 7 nur schwer miteinander verglichen werden Dinitrobenzol Gell ANDA 7 8 Schwefeldioxid 50 2 1 Oft wird durch eine kritische Diskussion Ethan Ze E EE SFs 23 des Spektrums der wahrscheinliche Ethanol C2H50H 3 6 Toluol C H CH 6 8 Partialdruck Anteil einer der betreffenden Ethylenoxid 0 2 5 Trinitrobenzol CHAAND 9 0 Massen abgesch tzt So wird das Vorhan Helium He 0 14 Wasserdampf H 0 11 0 densein von Luft im Rezipienten was auf GI ep Xenon 30 a and Desen amp des Anteils von N mit Masse 28 nachge 83 wiesen wird Ist dagegen kein Sauerstoff 138 Relative lonisierungswahrscheinlichkeiten RIW gegen ber Stickstoff Elektronenenergie 102 eV Massenspektrometer 8 6 2 Partialdruckmessung Elektronenenergie 75 eV PGA 100 102 eV Transpector S Das gr ter Peak 100 gr ter Peak 100 Die Zahl der in der Ionenquelle aus einem T
578. rve Die schwarzen Kompressionskurven sind f r diskrete Saugleistungen in mbar s gemessene Kurven Zwar konnte auch bisher das Saugverm gen mit dem Ansaugdruck multipliziert werden um die Saugleistungskurve zu be rechnen und die VV Pumpe bei dem h ch sten zul ssigen VV Druck f r die ber gabe zu dimensionieren Unklar blieb aber welche kleinste preiswerteste VV Pumpe bei vorgegebener Saugleistung und noch konstant bleibenden HV Ansaugdruck ein gesetzt werden kann Dies gilt im beson derem Ma e f r die modernen sogenann ten Compound Turbo Molekularpumpen mit einem im gleichen Geh use zus tzlich eingebauten Verdichter f r den viskosen Str mungsbereich z B Holweckstufe oder Siegbahnstufe Diese Pumpen k n nen n mlich mit wesentlich h heren ber gabedr cken an das VV System betrieben werden als das bisher mit den klassischen Turbomolekularpumpen m glich war Die Erstellung der neuen Saugleistungs diagramme erfordert keinen gr eren me technischen Aufwand Sie sind aber besonders bersichtlich und erleichtern die praktische Arbeit bei der Dimensionie rung von Pumps tzen sehr und machen diesen Vorgang auch f r Kunden trans parent Die Anforderungen des Kunden sind fast immer bei einem bestimmten Ansaugdruck einen vorgegebenen Gas durchsatz zu realisieren Genau diese Werte k nnen in das Saugleistungs diagramm eingetragen und die ben tigten Pumpen unmittelbar festgelegt werden 5 2 5
579. s Quecksilber Vakuummeter 112 U Rohr Vakuummeter 112 Kompressions Vakuummeter nach McLeod 112 Vakuummeter mit gasartab h ngiger Druckanzeige 113 Reibungs Vakuummeter VISCOVAC 114 7 3 2 7 3 3 7 3 3 1 7 3 3 2 7 4 7 4 1 7 4 4 1 7 4 4 2 7 5 7 5 2 1 7 5 2 2 7 6 8 1 8 2 8 3 8 3 1 8 3 1 1 8 3 1 2 W rmeleitungs Vakuummeter 114 lonisations Vakuummeter 116 lonisations Vakuummeter mit kalter Kathode Penning Vakuummeter 116 lonisations Vakuummeter mit Gl hkathode 117 Transmitter 119 Allgemeine Eigenschaften von Transmittern 119 Einzel Transmitter 120 Kombinationstransmitter TR 90 un 120 Einflu der Ausleseger te von Transmittern auf die Me unsicherheit 120 Digitale bertragung 120 Analoge bertragung 120 Justieren Eichen und Kali brieren DKD PTB Nationale Standards 121 Beispiele f r fundamentale Druckme methoden als Standard verfahren zum Kalibrieren von Vakuummetern 122 Spezifikation Me unsicherheit Angaben im Kalibrierschein 123 Herstellerspezifikation eines Vakuumeters me technische 123 Kalibrierung 123 Druck berwachung steuerung und regelung in Vakuum beh ltern 124 Grunds tzliches zur Druck
580. s lonenzerst uber Verdamp ferpumpen sowie Turbo Molekular und Kryopumpen verwendet Welche dieser Pumpentypen f r den betreffenden Ultra hochvakuumproze optimal geeignet ist h ngt von den unterschiedlichen Rand bedingungen ab siehe hierzu auch Abschnitte 5 1 4 und 5 1 5 5 1 2 Abpumpen von Gasen und D mpfen Nasse Prozesse Beim Abpumpen von D mpfen tritt neben die oben genannten zwei Bestimmungs gr en Arbeitsdruck und Saugleistung der Pumpen noch ein dritter bestimmen der Faktor hinzu n mlich der unter Um st nden im Verlaufe des Prozesses stark ver nderliche Dampfpartialdruck Er be stimmt ma geblich die einzusetzende Pumpenanordnung Deshalb sind hier neben den Rotationsverdr ngerpumpen die im Abschnitt 2 1 2 7 beschriebenen Kondensatoren von gro er Bedeutung Diese haben ein besonders hohes Saug verm gen beim Abpumpen von D mpfen Im n chsten Abschnitt wird auf das Ab pumpen von Wasserdampf h ufigster Fall eingegangen Die berlegungen k n nen sinngem auf andere nicht aggres sive D mpfe bertragen werden Abpumpen von Wasserdampf Wasserdampf wird h ufig mit Pumpen abgesaugt die selbst mit Wasser oder Wasserdampf betrieben werden z B mit Wasserringpumpen oder Wasserdampf strahlsaugern Dies ist oft nicht rationell da die Wirtschaftlichkeit von Wasser dampfstrahlsaugern bei niedrigen Dr cken meistens viel schlechter ist als die der Rotationspumpen Wenn bei einem
581. s temperatur von ca 120 C erw rmt wer 9 Pumpen Auswahl Dimensionierung den soll m ssen im Mittel ca 20 kW zu gef hrt werden Der mittlere Dampfanfall pro Stunde betr gt 12 kg Ein Kondensa tor der eine Leistung von 15 kg h hat d rfte also zur Wasserkondensation aus reichen Ist das Papier vor dem Evakuieren etwa durch Umlufttrocknung gut vor geheizt mu man in der ersten Trock nungsstunde mit dem doppelten Dampf anfall rechnen 3 Haupttrocknen Im zweiten Abschnitt soll der Druck in wei teren 5 Stunden von 20 auf etwa 5 3 mbar gesenkt werden und 75 der Restfeuch tigkeit d h 19 der Gesamtfeuchtigkeit oder 15 kg entzogen werden Die Pumpe mu also nach den Gleichungen 5 9 und 5 10 ein Saugverm gen haben von V Ap t p Nach Gleichung 1 7 entsprechen 15 kg Wasserdampf bei 15 C einer Wasser dampfmenge von m R T _ 15 83 14 288 _ M 18 20000 mbar m Sort V Ap folglich ist 750m Damit w re die W lzkolbenpumpe RUVAC WA 1001 die geeignete Pumpe Die noch zul ssige Restfeuchtigkeit des Produktes bestimmt den zu erreichenden Enddruck Die Relation zwischen Enddruck und Rest feuchtigkeit ist f r jedes Produkt eindeutig bestimmt jedoch von Produkt zu Produkt verschieden in unserem Hause liegen dar ber langj hrige Erfahrungen vor Nehmen wir an es sei eine 0 1 ige Restfeuchtig keit gefordert und der hierf r notwendige Endtotaldruck sei 6 10 2
582. s 10 3 mbar 10 3 bis 1 mbar 1 bis ca 103 mbar lt 10 5 105 bis 10 Pa 10 bis 102 Pa 102 bis 105 Pa Hubkolbenvakuumpumpe Membranvakuumpumpe Fl ssigkeitsringvakuumpumpe Drehschiebervakuumpumpe Vielzellenvakuumpumpe Kreiskolbenvakuumpumpe Sperrschiebervakuumpumpe W lzkolbenvakuumpumpe Turbovakuumpumpe Gasringvakuumpumpe Turbo Molekularpumpe Fl ssigkeitsstrahlvakuumpumpe Dampfstrahlvakuumpumpe Diffusionspumpe Diffusionsejektorpumpe Adsorptionspumpe Sublimationspumpe lonenzerst uberpumpe Kryopumpe 10 40718 4107 40771 1019 10 10 107 108 10 104 10 102 101 109 101 102 10 Druck mbar e Arbeitsbereich bei Sonderausf hrung oder bei besonderen Betriebsdaten normaler Arbeitsbereich Abb 13 16 Gebr uchliche Arbeitsbereiche von Vakuumpumpen 206 Tabellen Formeln Diagramme Ultrahochvakuum lt 10 mbar lt 105 Pa Hochvakuum 107 bis 10 3 mbar 10 5 bis 10 Feinvakuum 10 3 bis 1 mbar 10 1 bis 102 Pa Grobvakuum 1 bis ca 103 mbar 102 bis ca 105 Pa Druckwaage Federelastisches Vakuummeter Bourdon Vakuummeter Membran Vakuummeter Kapazit ts Vakuummeter U
583. s Problem der Gasspeicherung im l zwar nicht auf den noch werden hnliche Sp ltechniken ein gesetzt 9 5 2 3 Kalibrieren von Leckdetektoren Pr flecks Unter Kalibrierung eines Leckdetektors ver steht man das Abgleichen der Anzeige eines Leckdetektors bei Anschlu eines Pr flecks fr her Testlecks mit dessen Wert laut Etikett oder Kalibrierschein Voraussetzung daf r ist die korrekte Ein stellung der lonenbahnen im Spektrome ter die Justierung engl tuning Oft wird nicht so genau unterschieden und beide Vorg nge zusammen Kalibrierung genannt Beim eigentlichen Kalibrieren wird die Ge rade die den zahlenm ig richtigen linea ren Zusammenhang zwischen Gasdurch flu pro Zeiteinheit und Leckrate darstellt durch zwei Punkte bestimmt den Null punkt keine Anzeige ohne Emission und den mit Pr fleck angezeigten Wert richti ge Anzeige bei bekanntem Leck Bei Vakuumbetrieb Spr htechnik siehe 9 7 1 hat man zwischen zwei Arten von Kalibrierungen zu unterscheiden Mit in ternem oder mit externem Pr fleck Mit einem in den Leckdetektor eingebauten Pr fleck kann nur das Ger t selbst kali briert werden w hrend mit einem exter nen Pr fleck das Ger t selbst aber auch eine komplette Anordnung beispielsweise eine Teilstromanordnung mit einbezogen Lecksuche werden kann Interne Pr flecks sind fest eingebaut und k nnen nicht verloren gehen Alle von LEYBOLD zur Zeit vertrie benen Leckde
584. s Torr und ihre Umrechnung Tab 13 2 Umrechnung von Druckeinheiten Mittlere freie Wegl nge Tab 13 3 Tab 13 4 Zusammenstellung wichtiger gaskinetischer Formeln Wichtige Zahlenwerte Saugverm genseinheiten und ihre Umrechnung Tab 13 7a Umrechnung von Durchflu Q Einheiten Leckraten Tab 13 5 Tab 13 6 Einheiten Tab 13 7b Umrechnung von Durchflu Q Einheiten Leckraten Einheiten Titan Verdampferpumpen Die gesetzlichen Druckenheiten 181 181 181 181 181 181 182 182 182 182 182 Inhaltsverzeichnis Tab 13 8 Zusammensetzung der atmosph rischen Luft 186 Tab 13 9 Druckbereiche der Vakuumtechnik und ihre Charakterisierung 186 Tab 13 10 Gasabgabe von Werkstoffen 186 Tab 13 11 Nennweiten und Innendurch messer lichte Weiten von Rohren und ffnungen mit Kreisquerschnitt nach PNEUROP 186 Tab13 12 Die wichtigsten Daten Kennzahlen f r gebr uch liche L sungsmittel 186 Tab 13 13 S ttigungsdampfdruck und Dampfdichte von Wasser 187 Tab 13 14 Explosionsklassen von Fluide 188 Tab 13 15 Chemische Best ndigkeit ge br uchlicher gummielastischer Dichtungswerkstoffe 189 Tab 13 16a l Empfehlungen f r TRIVAC Pumpen zu verschiedenen Einsatzgebieten 190 Tab 13 16b l Empfehlungen f r SOGEVAC Pumpen zu verschiedenen Einsatzgebieten 192 Tab 13 16c
585. s au erordentlich gro e Ober fl che von etwa 1000 m pro Gramm Fest k rpersubstanz Dementsprechend ist die Gasaufnahmef higkeit betr chtlich Der Porendurchmesser des Zeolith 13X betr gt etwa 13 Er liegt damit in der Gr enordnung von Wasserdampf ldampf und gr eren Gasmolek len ca 10 7 cm Nimmt man als mittleren Molek ldurchmesser die H lfte dieses Wertes also 5 10 8 cm an so sind auf einer mit einer Mono Teilchenschicht be legten Oberfl che von 1 m etwa 5 1018 Molek le adsorbiert Das entspricht f r Stickstoffmolek le mit der relativen mo laren Masse 28 etwa 2 10 g bzw 0 20 mbar siehe hierzu Abschnitt 1 6 1 Eine 1000 m gro e Adsorptions fl che vermag also eine monomolekulare Schicht mit mehr als 133 mbar zu binden Wasserstoff und leichte Edelgase wie Helium und Neon haben bez glich der Porengr e 13 bei Zeolith 13X einen relativ kleinen Teilchendurchmesser und werden deshalb nur sehr schlecht adsor biert Die Adsorption von Gasen an Oberfl chen ist nicht nur von der Temperatur sondern vor allem auch vom Druck ber der Adsorptionsfl che abh ngig Die Abh n gigkeit ist den in Abb 4 2 aufgef hrten Ad sorptionsisothermen f r einige Gase zu entnehmen In der Praxis werden Adsorp tionspumpen ber ein Ventil an den zu eva 1 Ansaugstutzen 2 Entgasungsstutzen Haltestreben 4 5 W rmeleitbleche 6 Adsorptionsmittel
586. s erheblich bemerkbar Das Nomogramm in Abb 13 10 Abschnitt 13 l t entsprechende Bestim mungen der Auspumpzeit im Feinvakuum gebiet zu Beispiele F r viele Anwendungsf lle ist es zweck m ig den jeweils erreichbaren Druck in Abh ngigkeit von der Auspumpzeit auf zutragen Dies ist mit Hilfe des Nomo grammes in Abb 13 7 Abschnitt 13 leicht m glich Als erstes Beispiel soll die Auspump kurve also der Zusammenhang zwischen Druck p und Pumpzeit t im Nomogramm als Penge bezeichnet und der erreichbare Enddruck f r den Fall hergeleitet werden da ein 5 m3 Beh lter mittels einer einstu figen Sperrschieberpumpe E 250 evakuiert wird Diese Pumpe hat ein Saugverm gen von Ba 250 m h und einen Enddruck Pena 10 1 mbar mit Gasballast und Pena p 3 10 mbar ohne Gasballastbe trieb Die Zeitkonstante VIS nach Gleichung 5 6 ist in beiden F llen gleich und betr gt gem Nomogramm 13 7 705 Leiter 3 F r alle Dr cke Penge gt Pena p r gibt die Verbindungslinie vom 70 s Punkt auf Leiter 3 mit dem Penge Pena p Punkt auf der rechten Skala der Leiter 5 den ent sprechenden t Wert Dieses graphische Verfahren f hrt zu den Kurven a und b in Abb 5 10 Es ist etwas m hsamer die Auspump kurve Penas Im Falle einer Pumpen kombination zu bestimmen Dies soll im zweiten Beispiel gezeigt werden Der 5 m3 Beh lter wird mittels der W lz kolbenpumpe WA 1001 evakuiert die
587. s f r eine rasche Endtrocknung zur Verf gung Gleichzeitig kann ber den Drucksensor DS der Verlauf der Endtrocknung kontrol liert werden 2 Druckregelung durch Membranregler mit externer automatischer Referenz druckeinstellung F r automatische Vakuumprozesse mit ge regeltem Proze druck ist es oft erforder lich das auch die Voreinstellung des ge w nschten Solldruckes automatisch ab l uft und berwacht wird Bei Verwendung eines Membranreglers ist dies durch Aus r stung der Referenzkammer mit einem Me und Schaltger t und einem Steuer ventilblock an der Referenzkammer m g lich Das Prinzip dieser Anordnung ist in Abb 7 33 dargestellt Funktionsweise Ausgehend vom Atmos ph rendruck wird bei Start des Prozesses zun chst das Gaseinla ventil V1 ge schlossen Das Pumpventil V2 ffnet Die Proze kammer wird nun solange evaku iert bis dort und in der Referenzkammer des Membranreglers der am Me und Schaltger t vorgew hlte Solldruck erreicht ist Bei unterschreiten der eingestellten Schaltschwelle schlie t das Pumpventil V2 Damit ist der erreichte Druckwert als Referenzdruck in der Referenzkammer RK des Membranreglers MR eingesperrt Nun wird der Proze druck ber den Mem branregler MR automatisch entsprechend dem eingestellten Referenzdruck konstant gehalten Sollte der Referenzdruck im Pro ze verlauf durch eine Undichtheit anstei gen so wird dies automatisch ber das Me und Steu
588. s waren bei derartigen Messungen zahlreiche Vor sichtsma regeln zu beachten da sonst keine Aussage ber die Me genauigkeit m glich war Die Druckmessung erfolgt da durch da eine Gasmenge die zun chst ein gro es Volumen einnimmt durch Heben eines Quecksilberspiegels auf ein kleineres Volumen zusammengedr ckt wird Der auf diese Weise erh hte Druck kann nach Art des U Rohr Manometers gemessen und aus ihm der urspr ngliche Druck berechnet werden siehe nachste hende Gleichungen Nach der Art der Skaleneinteilung unter scheidet man zwei Formen von Kompres sions Vakuummetern Solche mit linearer Skala siehe Abb 7 8 und solche mit quadratischer Skala siehe Abb 7 8b Bei den Kompressions Vakuummetern nach McLeod mit linearer Skala mu f r jede elektrischer Anschlu DESS rr E ANSNI Kunststohgehause ee Keram kgehause KeramiKkmieMDrat ie KeramikLuuenpidlie 3 xq FladrnadCI IWE Duy Eaels ahlbe sis Abb 7 7 Prinzipieller Aufbau eines kapazitiven Sensors mit Al O Membrane Steigh he des Quecksilbers in der Me ka pillare das Verh ltnis des verbleibenden Restvolumens V zum Gesamtvolumen V bekannt se
589. sche Vakuumpumpen 1700 1500 WA 2001 IE 250 1500 E 1000 1000 N N S y 2 WA 1000 I DK100 gt a 500 500 OO Tr E 250 100 DK 100 2 4 6 gt 10 10 10 1 0 101 10 Ansaugdruck p mbar e Abb 2 57 Saugverm genskurven verschiedener Pumpenkombinationen und der dabei verwendeten Vorpumpen Mit Hilfe der obigen Beziehungen l t sich die Saugverm genskurve einer vorgege benen Kombination von W lzkolbenpumpe und Vorpumpe berechnen Dazu m ssen bekannt sein a das theoretische Saugverm gen der W lzkolbenpumpe b die max Kompression in Abh ngigkeit vom Vorvakuumdruck c die Saugverm genskurve der Vorpumpe Sy Py Der Berechnungsgang geht aus der Tabelle 2 3 f r die Kombination W lz kolbenpumpe RUVAC WA 2001 E 250 einstufige Sperrschieberpumpe ohne Gasballast betrieben hervor Dabei wurde f r S der Ansatz gemacht Du 2 050 2 5 2000 m h Das oben skizzierte Verfahren ist auch auf Anordnungen anwendbar die aus einer Ro tationspumpe als Vorpumpe und z B meh reren in Reihe geschalteten W lzkolben pumpen bestehen Man bestimmt einem Iterationsverfahren entsprechend zun chst die Saugcharakteristik der Vorpumpe plus erster W lzkolbenpumpe und betrachtet dann diese Kombination als Vorpumpe f r die z
590. schen 18 und 72 Belastbarkeit einer W lzkolbenpumpe Die Leistungsaufnahme der Pumpe bedingt ihre Erw rmung berschreitet diese ein bestimmtes Ma das durch die maximal zul ssige Druckdifferenz p gegeben ist so besteht die Gefahr da die Kolben infolge ihrer thermischen Ausdehnung im Geh use festlaufen Die maximal zul ssige Druckdifferenz Pmax wird durch folgende Faktoren beeinflu t Vorvakuum bzw Ver dichtungsdruck p Saugverm gen der Vor pumpe S Drehzahl der W lzkolbenpumpe n Abstufungsfaktor k und Adiabatenexpo nent des gef rderten Gases Bei Zunah me von p und S erh ht sich bei Zunah me von n und reduziert sich Pmax Die maximale Differenz zwischen Vorvakuum und Ansaugdruck darf daher bei Dauerbetrieb einen bestimmten Wert nicht berschreiten der von der Pumpentype ab h ngt Solche Werte liegen zwischen 130 und 50 mbar Kurzzeitig jedoch kann die f r den Dauerbetrieb zul ssige maximale Mechanische Vakuumpumpen Abb 2 58 Querschnitt durch eine W lzkolbenpumpe mit Umwegleitung WAU 2001 SOGEVAC SV 1200 Abb 2 59 Schema W lzkolbenpumpe mit integrierter Umweg leitung und Vorpumpe Druckdifferenz berschritten werden In Sonderkonstruktionen die z B mit Gask h lung arbeiten sind auch im Dauerbetrieb hohe Druckdifferenzen zul ssig Bauarten von W lzkolbenpumpen Antriebe Als Antrieb werden standardm
591. sches Mineral l Medizinisches Wei l Medizinisches Wei l Ester l mit Additiven zur mit Additiven zur mit Additiven mit Additiven Verbesserung der Verbesserung der nach FDA und USDA H1 nach FDA und USDA H1 Oxidationsstabilit t und Oxidationsstabilit t und des Verschlei verhaltens des Verschlei verhaltens Beispiele f r Standard l Standard l Lebensmittelsektor Lebensmittelsektor Einsatz bei erh hten nach USDA H1 f r nach USDA H1 Temperaturen Anwendungsgebiete und Prozessmedien Bei Anfall von Luft chemisch inerten Permanentgasen z B Edelgase Wasserdampf L semitteld mpfe bei Laborpumpen die mit K hlfallen betrieben werden Bei Anfall von Luft chemisch inerten Permanentgasen z B Edelgase Wasserdampf L semitteld mpfe bei Laborpumpen die mit K hlfallen betrieben werden zuf lligen Kontakt mit Lebensmitteln zugelassen f r zuf lligen Kontakt mit Lebensmitteln zugelassen Start der Pumpe zwischen 0 und 12 C Anmerkungen Unsere Katalog Enddruck Angaben f r die Pumpen Unsere Katalog Enddruck Angaben f r die Pumpen Keine anorganischen S uren z B HCI H SO und Basen SV 16 bis SV 65 SV 100 bis SV 1200 z B NaOH abpumpen beziehen sich auf den beziehen sich auf den Betrieb mit GS 32 Betrieb mit GS 77 Elastomervertr glichkeit FPM Viton Geeignet Geeignet Geeignet Geeignet Geeignet NBR Perbunan 3 Geeignet
592. sen spektrometer werden von LEYBOLD f r die Erfassung von h heren Massen als Heli um gebaut Von Sonderf llen abgesehen handelt es sich dabei um K ltemittel oder Lampenf llgase Diese Ger te dienen also vielfach zur Pr fung der Dichtheit von K l teaggregaten insbesondere solche von K hlschr nken und Klimager ten Abb 8 2 in Abschnitt 8 zeigt das Funk tionsschema eines Quadrupol Massen spektrometers Von den vier St ben des Trennsystems haben je zwei gegen berlie gende gleiches Potential und regen die in der Mitte durchfliegenden lonen zu Trans versalschwingungen an Nur wenn die Am plitude dieser Schwingungen kleiner als der Stababstand bleibt kann das entsprechen de lon das Stabsystem passieren und letzt lich den lonenf nger erreichen wo es ent laden und dadurch gez hlt wird Der da durch in der Leitung entstehende Elektro nenstrom bildet das eigentliche Me signal Die anderen lonen treffen auf einen der St be und werden dort entladen Abb 9 12 zeigt das Vakuumschema eines Ecotec 11 Man erkennt das zweifache Gas einla system den Hauptstrom Einla f r K ltemittel ber Flu teiler 1 und den Gegenstrom Einla f r Helium in die Turbo Molekularpumpe ber Flu teiler 2 da bei hohen Massen das Gegenstrom prinzip nicht angewendet werden kann Auf diese Weise kann mit dem Ger t sowohl nach K ltemitteln als auch nach Helium ge schn ffelt werden Eine weitere Besonder heit ist die doppe
593. sen an Kaltfl chen 81 Blasen Spr h Tauch Vakuumpr fung Lecksuche 149 Boltzmann Konstante 12 15 185 Bombing Test Drucklagerung 160 Booster Pumpe 62 63 Boyle Mariotte Gesetz von 15 Bruchst ckverteilung 138 Bubble Test 149 CDG Capacitance Diaphragm Gauge 111 CF Flansch Conflat Flansch 102 Charles Gesetz von 15 Chemische Best ndigkeit von Dichtungswerkstoffen 105 189 Chemische Dampfabscheidung CVD 171 CIS closed ion source geschlossene lonenquelle 134 Clausius Glapeyron sche Gleichung 15 Compound Turbo Molekularpumpen 67 Conflat Flansch GF Flansch 102 Cracking pattern 138 Crossover Wert 83 Crystal Six 161 CVD chemical vapor deposition 171 D Dalton Gesetz von 15 Dampfdruck 12 28 60 187 205 206 209 Dampfsperren 60 64 Dampfstrahlpumpen 62 Das Torr und Umrechnung 10 184 Datenspeicherbeschichtung 174 DC 704 DC 705 Silikon le 63 196 DIAVAG Membranvakuummeter 110 Dichtheitspr fung 144 ff Dichtheitspr fung Farbeindring pr fung chemische Reaktionen 150 Dichtheitspr fung mit gasart abh ngigen Vakuummetern 149 Dichtungen 105 189 DIFFELEN leicht normal ultra 63 196 Differenzdruckschmierung 23 25 Diffusionspumpen 60 ff Digitale bertragung 120 Dimensionierung von Anlagen 92 ff Diodenpumpen 77 DIP Pumpen Diffusionspumpen 62 DIVAC Pumpen 53 DKD Deutscher Kalibrierdienst 121 Drehschieberpumpen 23 Drosselung des Saugverm gens bei Einsatz von Kondensato
594. sen sich niedrigere Arbeits und End dr cke erzielen als mit entsprechenden ein stufigen Pumpen Der Grund liegt darin da bei einstufigen Pumpen das Ol zwangsl u fig mit der u eren Atmosph re in Ber h rung kommt von dort Gas aufnimmt das Konstanter minimaler Abstand a ber die ganze Ankeranlage b Abb 2 4 Ankeranlage bei Drehschieberpumpen w hrend des lumlaufs wenn auch nur teil weise vakuumseitig entweicht und somit den erreichbaren Enddruck begrenzt In den von LEYBOLD gefertigten zweistufigen l berlagerten Verdr ngerpumpen wird der vakuumseitigen Stufe Stufe 1 in Abb 2 5 bereits vorentgastes Ol zugef hrt Der End druck liegt nun nahezu im Hochvakuum die niedrigsten Arbeitsdr cke liegen an der Grenze Feinvakuum Hochvakuum Anmer kung Die sogenannte Hochvakuumstufe Stufe 1 mit nur ganz wenig Ol oder ber haupt lfrei laufen zu lassen kann in der Praxis trotz des sehr niedrigen Enddruckes zu erheblichen Schwierigkeiten f hren und beeintr chtigt die Pumpen erheblich Abb 2 6 zeigt einen Schnitt durch eine zweistu fige Drehschieberpumpe D 8 Abb 2 7 die Darstellung einer einstufigen SOGEVAC SV 300 mit drei tangential an geordneten Schiebern Abb 2 6 Schnitt durch eine zweistufige Drehschieberpumpe TRIVAC D 8 Mechanische Vakuumpumpen TRIVAG A TRIVAC TRIVAC BCS TRIVAC E SOGEVA
595. siert im genannten Spannungs bzw Strombe reich des Ger tes linear an normierten Schnittstellen z B RS 232 in digitaler Form zur Verf gung gestellt In gro en Va kuumanlagen kann die Spannungsversor gung des Transmitters auch durch die an lageneigene Steuerspannung erfolgen Der gemessene Druck wird dann meist in einem Proze flu diagramm dargestellt Um die Ger te auch f r Standardanwen dungen einsetzen zu k nnen gibt es be sondere Anzeige oder Betriebsger te die meist drei Aufgaben haben Stromversorgung des Transmitters Darstellung des Me ergebnisses Durchschleifen der digitalen Werte zur Weiterverarbeitung Zum Auslesen von mehreren Transmittern vom gleichen Rechner werden zus tzlich zu den Einzelschnittstellen andere Schnitt stellen z B RS 485 C eingesetzt Diese werden nach einem bestimmten Protokoll eines Bussytems wie Profibus oder DeviceNet vom Rechner abgefragt Dazu werden den einzelnen Transmittern im Bussystem Adressen zugeordnet und die Me werte der einzelnen Adressen in einer bestimmten Reihenfolge nach einem festgelegten Protokoll abgefragt In einem solchen Bussystem k nnen auch Trans mitter f r ganz unterschiedliche Me gr en kombiniert werden wenn sie nur dem selben Bussystem angeh ren 120 7 4 2 Einzel Transmitter Vakuummeter Die Tabelle 7 4 gibt eine bersicht der f r die verschiedenen Me prinzipien zur Ver f gung stehenden Ger tefamilie
596. smethode bestim men Das System wird m glichst gut eva kuiert und anschlie end werden Pumpe und Rezipient durch ein Ventil getrennt Nun wird die Zeit gemessen innerhalb welcher der Druck im Rezipienten Volu men V um einen bestimmten Betrag z B um eine Zehnerpotenz ansteigt Die auf die Zeit bezogene anfallende Gasmenge Q be rechnet sich dann aus _ Ap V 5 9 gemessener Druckanstieg Diese Gasmenge Q setzt sich zusammen aus der Summe aller Gasabgaben und aller eventuell vorhandenen Undichtheiten Ob es sich um Gasabgaben oder um Undicht heiten handelt l t sich grunds tzlich fol genderma en feststellen Die durch Gasabgabe anfallende Gasmen ge mu mit der Zeit kleiner werden die durch Undichtheiten eindringende Gas menge bleibt dagegen zeitlich konstant Experimentell l t sich diese Trennung nicht immer leicht durchf hren da es oft lange dauert bis sich bei reiner Gasab gabe die gemessene Druck Zeit Kurve einem konstanten oder fast konstanten Endwert n hert so da der Anfang dieser Kurve ber l ngere Zeiten geradlinig ver l uft und so eine Undichtheit vorget uscht wird siehe auch Abschnitt 9 Lecks und Lecksuche Wenn man die Gasabgabe Q und den End druck Peng Kennt den man erreichen will dann ist es leicht daraus das notwendige effektive Saugverm gen der Pumpe zu er mitteln Q DA a Pend 5 10 Beispiel Ein Rezipient mit 500 Inhalt
597. spektrometern 5 151 Die Funktionsweise eines Leckdetektors mitMS 151 Nachweisgrenze Untergrund Gasspeicherung im l Gas ballast gleitende Nullpunkt unterdr ckung 152 Kalibrieren von Leckdetektoren Pr flecks 153 Leckdetektoren mit Quadrupol MS Ecotec 11 154 Helium Leckdetektoren mit 180 Sektorfeld MS L 200 UL 200 dry UL 500 dry 155 Hauptstrom und Gegenstrom Leckdetektor 156 Teilstrombetrieb 157 Anschlu an Vakuumanlagen 157 Zeitkonstante 158 Grenzwerte Spezifikationen des Leckdetektors 158 Lecksuchtechniken mit Helium Leckdetektoren 159 Spr htechnik Lokale Dichtheitspr fung 159 Schn ffeltechnik Lokale Dichtheitspr fung nach der berdruckmethode 159 H llentests Integrale Dichtheitspr fung 159 H llentest mit Helium berdruck im Pr fling 160 H llentest mit Konzentrations messung und anschlie ender Leckratenberechnung 160 Direkte Messung der Leckrate mit dem LD massive H lle 160 H llentest mit Pr fling unter Vakuum 160 H lle Plastikzelt 160 Massive H lle 160 Bombing Test Drucklagerung 160 Industrielle Dichtheitspr fung 160 Beschichtungsme und Regelger te mit Schwingquarzen 161 Einf hrung 161 Grundla
598. ssionspumpen z hlen die restlichen zwei Gruppen zu den Kondensa tions und Getterpumpen 1 Pumpen die durch periodisch sich ver gr ernde und verkleinernde Sch pf r ume arbeiten Drehschieberpumpen 5 und Sperrschieberpumpen Hubkolben pumen Membranpumpen Scrollpum pen und fr her auch Trochoidenpum pen 2 Pumpen die bei gleichbleibendem derdruck auf die Hochdruckseite trans portieren W lzkolbenpumpen Schrau benpumpen und Turbo Molekular pumpen Pumpen deren Pumpwirkung im we sentlichen durch Diffusion von Gasen in einen gasfreien Dampfstrahl hoher Geschwindigkeit zustande kommt Treibmittelpumpen Pumpen die D mpfe durch Konden sieren abpumpen Kondensatoren ferner Pumpen die sogenannte Permanentgase durch Kondensation bei sehr tiefen Temperaturen abpumpen Kryopumpen Pumpen die durch Adsorption oder Absorption Gase an weitgehend gas freien Oberfl chen binden oder in ihnen einlagern Sorptionspumpen Eine bersicht ber diese Gruppen gibt das Schema Stammbaum der Vakuumpum Sch pfraum Gasmengen von der Nie pen in der Abb 1 11 Vakuumpumpe Funktionsprinzip 1 Gastransfer 1 Gasbindende Vakuumpumpe vakuumpumpe Verdr nger Kinetische vakuumpumpe Vakuumpumpe Rotations Oszillations Mechanische Treibmittel verdr nger verdr nger Kinetische vakuumpumpe lonentransferpumpe vakuumpumpe vakuumpumpe Vaku
599. stall positiv oder negativ e durch die Beschichtung verursachte Spannungen nicht unterscheiden kann ist es wichtig den Temperatureinflu zu minimieren Nur so kann man kleine Massenunterschiede messen 10 4 Die Periodenmessung Obwohl die nach Gleichung 10 2 arbeiten den Ger te sehr n tzlich waren erkannte man bald da f r die gew nschte Genau igkeit ihr Anwendungsbereich typischer Weise auf AF lt 0 02 begrenzt war Schon bei einer relativen Frequenz nde rung F F lt 2 traten auch bei der Schichtdickenmessung Fehler von etwa 2 auf so da die f r die Beschichtung nutzbare Lebensdauer eines 6 MHz Mo nitorkristalles bei 120 kHz lag Im Jahre 1961 erkannte Behrndt folgen den Zusammenhang M 8 10 _ M Ta Fi mit 103 Te 1 F Schwingungsperiode beschichtet T U F Schwingungsperiode unbeschichtet Das war der Beginn der Periodenmessung Die Periodenmessung Messung der Schwingungsdauern war das Ergebnis der Einf hrung von digitaler Zeitmessung und der Entdeckung der Proportionalit t von Kristalldicke D und Schwingungsdauer Die notwendige Pr zision der Dicken bestimmung erlaubt eine Anwendung von Gleichung 10 3 immerhin bis etwa AF lt 0 05 Praktisch wird bei der Periodenmessung ein zweiter Kristalloszillator als Referenz oszillator ben tzt der nicht beschichtet wird und blicherweise mit einer viel h he ren Frequenz schwingt
600. stellt Folgende Angaben sollten die Spezifikatio nen elektrischer Vakuummeter enthalten Einzel oder Summenangabe der Ein flu gr en f r die max Me abwei chung Den formelm igen oder bereichsab h ngigen Zusammenhang zwischen Eingangsgr e Druck und Ausgangs gr e Anzeige Schreiberspannung Spannung Strom bei Transmittern Computerschnittstelle f r die ganze Me kette Sensor Kabel Betriebs ger t Leider ist dieser Zusammenhang besonders bei lteren Ger ten oft nicht angegeben Aufl sung der Anzeige Display falls zu treffend bereichsabh ngig Die Anzahl der bertragenen Nachkom mastellen bei Computerschnittstellen RS 232 RS 485 C Feldbus Profi bus DeviceNet 7 5 2 2 Kalibrierung Als Ergebnis der Kalibrierung werden im Kalibrierschein neben vielen Formlit ten im tabellarischen Teil der wahre Druck Kali brierdruck dem angezeigten Druck Me wert gegen bergestellt Die Abweichung dieser Werte kann danach zur Korrektion von Me werten genutzt werden Bei der Kalibrierung werden nicht exakte vorgege bene Druckwerte sondern nur unge f hre Werte durch Druckerh hung ange fahren Die Zahl der eingestellten Werte pro Dekade ist normalerweise vier bei logarithmischer Skala 1 2 5 10 und sechs bei linearer Skala 1 2 4 6 8 10 Kalibrierscheine von DKD Kalibrierstellen enthalten auch eine Angabe der errechne ten Me unsicherheiten Der Begriff
601. t Beispiels weise um zu verhindern da an Glimm oder Hochspannungselektroden bei ge ff netem Rezipienten Hochspannung anliegt oder da bei Bel ften mit trockenem Gas Argon Stickstoff aus Gasflaschen nach Erreichen von Atmosph rendruck und ffnen des Rezipienten weiter Gas in die Umgebung ausstr mt Die zweite Gruppe wird f r Schaltfunktio nen bei einem bestimmten einstellbaren Druck eingesetzt z B um ein Rootsgebl se nach erreichen es zul ssigen Einschalt druckes zu starten Wegen der n tigen Einstellung Justierung des Schaltdruckes im Grobvakuumbereich m ssen diese Ger te deutlich aufwendiger Kontakt 1 Masse Stift verdeckt Abb 7 4 Druckschalter PS 115 Druckmessung en A EH Abb 7 5 Piezoelektrischer Sensor Prinzip 1 Abb 7 6 Kapazitiver Sensor Prinzip aufgebaut werden Abb 7 4 zeigt am Bei spiel des PS 115 eine Ausf hrungsform Durch ffnen des Einstellventiles 1 kann eine Verbindung zwischen Me raum 7 und Referenzraum 6 hergestellt werden Dann wird der gew nschte Schaltdruck mit einem anderen Vakuummeter gemes sen eingestellt und danach das Einstell ventil geschlossen und damit der Refe renzdruck gewisserma en im Referenz raum eingeschlossen Die genaue Justierung erfolgt durch nderung der Membranvorspannung ber die Stell schraube 3 und die Feder 2 Der elek trische Schaltko
602. t Dabei wird der nach dem Schlie en des Ein la ventiles gemessene Untergrund gespei chert und nach dem Wieder ffnen des Ven tils automatisch von der kommenden Mes sung abgezogen Erst bei einer relativ hohen Schwelle erscheint auf der Anzei Warnung fine 10 prec 10 10 10 1 Ger teuntergrund lt 2 1010 Leck 2 10 Anzeige 2 10 1 10 1 10 10 unterdr ckt 2 10 2 10 3 10 2 10 Abb 9 8 Beispiel f r Nullpunktunterdr ckung getafel Display eine Warnung vor dem zu gro en Untergrund Abb 9 8 soll den Vor gang bei der Nullpunktunterdr ckung ver anschaulichen Bild links Das Signal ist deutlich gr er als der Untergrund Bild mitte Der Untergrund ist sehr stark ange stiegen das Signal ist kaum zu erkennen Bild rechts Der Untergrund wurde elek trisch unterdr ckt das Signal ist wieder deutlich zu erkennen Unabh ngig von dieser gleitenden Null punktunterdr ckung bieten alle Leckdetek toren die M glichkeit der manuellen Null punktverschiebung Dabei wird die augen blickliche Anzeige des Leckdetektors auf Null gesetzt so da nur ein Anwachsen der Leckrate ab diesem Zeitpunkt angezeigt wird Das dient nur der leichteren Beurtei lung einer Anzeige kann aber ihre Genau igkeit nat rlich nicht beeinflussen Moderne Leckdetektoren haben immer fter lfreie Vakuumsysteme sogenannte trockene Leckdetektoren UL 200 dry UL 500 dry Dort tritt da
603. t x lt x lt x x lt x x lt x lt x lt x x lt x lt x lt x lt gt Se gt lt lt Se gt lt gt lt x Se x Se gt lt lt Se gt lt lt Se gt lt Se gt lt lt Se x lt Se gt lt lt xx xx oxoxoo Medium Methan Methyl thylketon Methylalkohol Methanol Methylenchlorid Methylisobutylketon Methylmethacrylat Methylacrylat Methylsalicylat Monobrombenzol Naphtalin Nitrobenzol Ols ure Ozon Palm lfetts ure Palmitins ure Paraffin Paraffin l Pentachlordiphenyl Pentan Perchlor thylen Petroleum Phenol Phenyl thyl ther Phosphortrichlorid Phthals ureanhydrid Piperidin Polyglykol Propylenoxyd Propan gasf rmig Propylalkoho Pyridin Pydraul F 9 Pydraul AC Pydraul A 150 Pydraul A 200 Quecksilber Salicyls ure Sauerstoff Schwefel Schwefeldioxyd Schwefelkohlenstoff Schwefeltrioxyd trocken Schwefelwasserstoff Skydrol 500 Skydrol 7000 Stearins ure Styrol Teer l Terpentin Terpentin l rein Tetrachlor thylen Tetrachlorkohlenstoff Tetrahydrofuran Tetralin Toluol Trafo l Tri thanolamin Tributoxy thylphosphat Tributylphosphat Trichlor than Trichlor thylen Trichlor thylphosphat 20 Trichlor thylphosphat 80 Trichloressigs ure 60 TrikresyIphosphat Vinylacetat Vinylacetat Essigs ure 3 2 Vinylchlorid fl ssig Wasser 50
604. t bei 20 C bestehen unter Verwendung der Zahlenwerte aus Tabelle 3 im Abschnitt 13 folgende quivalente Beziehungen f r die in der Vakuumtechnik haupts chlich auftretenden St mungsarten Grobvakuum Viskose Str mung d 10 1 A lt 10 lt gt p d gt 6 0 10 1 mbar cm Feinvakuum Knudsen Str mung d BE a 100 2 6 10 1 gt gt 1 3 10 2 mbar cm Hoch und Ultahochvakuum Molekularstr mung d gt lt 1 3 10 2 mbar cm Vakuumphysik 1 8 Berechnung von Str mungsleitwerten Das zum Evakuieren eines Beh lters oder zum Durchf hren eines Prozesses in einer Vakuumanlage erforderliche effektive Saug verm gen stimmt nur dann mit dem kata logm ig angegebenen Saugverm gen der verwendeten Pumpe oder des Pumpenag gregates berein wenn die Pumpe direkt mit dem Beh lter oder der Anlage verbun den ist Dies ist praktisch nur sehr selten m glich Fast immer ist die Zwischenschal tung eines Rohrleitungssystems erforder lich das Ventile Abscheider K hlfallen usw enth lt Dieses stellt einen Str mungswiderstand dar der zur Folge hat da das effektive Saugverm gen 5 stets kleiner ist als das Saugverm gen S der Pumpe oder der Pumpenkombination Um also am Beh lter ein bestimmtes effektives Saugverm gen zu gew hrleisten mu man das Saugverm gen der Pumpe entspre chend h her w hlen Der Zusammenhang zwischen S und Bo ist durch folgende va kuumtechnische Gru
605. t in Pumpzeit t 18 5 1 15 20 18 5 1 35 DR das Nomogramm ein und kommt durch Peng p In Lei 25 min rechnen Die Zeitkonstante findet man Gerade V 2000 Se ter zum Ausdruck Ist der Pumpendruck Peng p 55 s7 auf zu 37 s auf Verbindet man diesen klein gegen den Druck Dous den man am Ende des Punkt auf 3 mit R 3300 auf dann liest man 2 I 290 Auspumpvorganges zu erreichen w nscht so ent s 4 8 min ab Setzt man f r die Umschaltzeit noch t 1 min spricht das einem konstanten Saugverm gen bzw in Rechnung so ergibt sich die Auspumpzeit t 1 1 Su w hrend des ganzen Pumpprozesses 7 7 min 1 min 4 8 min 13 5 min Abb 13 7 Nomogramm zur Ermittlung der Auspumpzeit t eines Beh lters im Grobvakuumbereich 201 Tabellen Formeln Diagramme 0 1 0 2 0 3 0 4 0 6 E 0 8 D 1 Bad 222 Be 2 3 4 6 8 10 Beispiel Welchen Durchmesser d mu eine 1 5 m lange Rohrleitung haben damit sie im Gebiet der Mole kularstr mung einen Leitwert von etwa L 1000 sec hat Man verbindet die Punkte I 1 5 m und L 1000 Eiser miteinander und verl ngert die Gerade bis zum Schnittpunkt mit der Skala f r den Durchmesser d Man erh lt d 24 cm Der Eingangsleitwert des Rohres der vom Verh ltnis 2 1 abh ngt und bei kurzen Rohren nicht vernachl ssigt werden darf wird durch einen Korrek 0 07 0 10 Ed
606. te Reglertype ist der PID Regler Dabei steht P f r proportiona le I f r integrale und D f r differentielle Regelfunktion Im folgenden werden eini ge Eigenschaften dieses Reglers n her be sprochen Auskunft ber das Systemver halten bekommt man durch eine Sprung antwort auf eine Regelst rung bei be stimmten Reglereinstellungen Diese Ant wort wird registriert und dann werden dar aus verbesserte Regelparameter f r einen neuerlichen Test abgesch tzt Das wird so lange fortgef hrt bis ein zufriedenstellen des Ergebnis vorliegt Am Ende ist der Regler optimiert so da seine Parameter genau zur Charakteristik der Verdampfer quelle passen Es ist ziemlich langwierig und frustrierend einen Regler auf eine Verdampfungs quelle einzustellen die mehrere Minuten zur Stabilisierung braucht und es kann Stunden dauern bis man zufriedenstellen de Ergebnisse erzielt Oft passen die f r eine bestimmte Rate ausgew hlten Para meter dann nicht zu einer ver nderten Rate Also sollte sich ein Regler idealer weise selbst einstellen und die neuen Regler in Beschichtungsme ger ten von INFICON tun dies auch Am Anfang des Aufbaues und Anschlusses mi t das Ger t auf Veranlassung des Bedieners die Cha rakteristik der Verdampfungsquelle Dabei wird entweder f r langsame Quellen ein PID Regler oder f r schnelle Quellen ohne nennenswerte Totzeit ein anderes Regler modell zugrunde gelegt In der Literatur werden drei verschi
607. tektoren sind mit einer auto matischen Kalibrierroutine ausgestattet Schn ffelger te oder anordnungen m s sen in der Regel mit besonderen externen Pr flecks kalibriert werden bei denen si chergestellt ist da einerseits das gesam te aus dem Pr fleck stammende Pr fgas in die Schn ffelspitze gelangt und anderer seits der Gasdurchflu der Schn ffelein richtung durch das Kalibrieren nicht be hindert wird siehe Abb 9 9 Bei Mes sungen mit der Schn ffeltechnik siehe 9 7 2 mu auch der Abstand der Schn f felspitze von der Pr flingsoberfl che und die Abtastgeschwindigkeit ber cksichtigt bzw mit kalibriert werden Im Sonder fall von Konzentrationsmessungen mit Helium kann eine Kalibrierung mit dem weltweit konstanten Heliumgehalt der Luft 5 ppm erfolgen Pr flecks alte Bezeichnung Testlecks bestehen normalerweise aus einem Gas vorrat einer Drosselstelle mit definier tem Leitwert und einem Ventil Der Aufbau richtet sich nach der angestrebten Leckra te Abb 9 10 zeigt verschiedene Pr flecks Als Drosselstellen sind bei Leckraten 10 10 lt 0 lt 10 7 Permeationsstrecken blich zwischen 10 8 und 10 Kapillaren und f r sehr gro e Leckraten im Bereich von 10 bis 1000 2 5 nur mehr Rohrst cke oder Blenden mit genau defi niertem Leitwert Abmessungen Pr fleckkapillare Kalibrieranschlu Pr fleck Abb 9 9 Kalibrieranschlu von Schn ffelpr flecks 153 L
608. tellen 11 3 Vakuumbeschichtungs verfahren Anlagentypen 11 3 1 Teilebeschichtung Vakuumverfahren ersetzen bei Formteilen zu nehmend herk mmliche Beschichtungs verfahren wie z B die Galvanik So werden mit Vakuumverfahren u a Automobil reflektoren verspiegelt Kunststoffartikel der M bel Schmuck Uhren und Elek tronikindustrie metallisiert und optische Effekte auf Artikeln der Schmuckindustrie erzeugt Einen Vakuum Anlagentyp in dem gro e Chargen von Formteilen gleichzeitig be schichtet werden k nnen zeigt Abb 11 4 Die zu beschichtenden Substrate befinden sich auf einem K fig der sich an der Be schichtungsquelle in diesem Beispiel eine Sputterkathode vorbeidreht Beschichtungsverfahren Vor Beginn der eigentlichen Beschichtung werden bei einigen Anwendungen die Sub strate durch eine Glimmbehandlung gerei nigt und die Oberfl che aktiviert Dies er h ht die Haftfestigkeit und die Reprodu zierbarkeit der Schichteigenschaften Nach dem Sputtern kann eine Korrosions schutzschicht aufgebracht werden Dazu wird ein gasf rmiges Monomer in die An lage eingelassen und eine Hochfrequenz Plasmaentladung gez ndet Das Monomer wird im Plasma aktiviert und schl gt sich als Polymerschicht auf den Substraten nie der Bei diesem Anlagentyp k nnen sich auf dem K fig Kunststoff Substrate mit einer Oberfl che von einigen 10 m und entsprechend hohen Desorptionsgasstr men befinden Das Vakuumsystem de
609. ten und durch die ganze Pumpe eine sogenann te pneumatische F rderung aufrecht zu er halten Durch die Art der Gasf hrung inner halb der Pumpe vom Saugstutzen ber die jeweiligen vier Pumpstufen mit den dazu geh rigen vier Zwischenstufen bis zum Auspuff kann der Einflu des Sp lgases auf den Enddruck auf ein Minimum reduziert werden Testergebnisse Abb 2 29 zeigen da der Einflu von Sp lgas in der vierten Stufe auf den Enddruck erwartungsgem am geringsten ist da sich zwischen dieser und der Saugseite die drei anderen Pump stufen befinden Doch auch eine Sp lgas zugabe ber die zweite und dritte Stufe ist von vergleichsweise geringem Einflu auf den Enddruck wie man auch aus dem Ver gleich der Saugverm genskurven in Abb 2 30 entnehmen kann Abschlie end kann man sagen da bei den meisten GVD Pro zessen mit der Bildung von Partikeln ge rechnet werden mu Setzt man trockenlau fende Vakuumpumpen nach dem Klauen pumpenprinzip ein ist zur Verh tung von Festk rperabscheidungen innerhalb der Pumpe die dosierte Sp lgaszugabe ber die einzelnen Zwischenscheiben die Methode der Wahl Bei Anwendung dieser Methode resultieren mehrere Effekte e Die Sp lgaszugabe verd nnt das ge pumpte Stoffgemisch partikelbildende Reaktionen laufen nicht ab oder werden zumindest verz gert Enddruck mbar 0 10000 20000 Sp lgasstrom mbar s 30000 40000 50000 Abb 2
610. ten kann in diesem Zusammenhang nicht eingegangen wer den N heres entnehmen Sie bitte der Fachliteratur K 200 2 3 log 200 9 Pumpen Auswahl Dimensionierung 5 2 2 Evakuieren eines Beh lters bei Anfall von Gasen und D mpfen Die in den beiden vorangegangenen Ab s tzen aufgestellten Betrachtungen ber die Auspumpzeiten werden erheblich ver ndert wenn w hrend des Evakuierungs prozesses D mpfe und Gase anfallen Ins besondere bei Ausheizprozessen wenn also die Oberfl chen des Rezipienten von Verunreinigungen ges ubert werden k n nen gr ere Dampfmengen anfallen Die dadurch auftretenden notwendigen Aus pumpzeiten h ngen von den verschieden sten Parametern ab Je h her die Rezi pientenw nde erhitzt werden desto gr er ist die Gas und Dampfdesorption von den W nden Je heftiger aber durch diese Tem peraturerh hung die Gase und D mpfe von den W nden entweichen desto schneller k nnen sie aus dem Rezipienten entfernt werden Die H he der f r derartige Ausheizprozes se zul ssigen Temperaturen wird aller dings wesentlich durch das Material im Vakuumbeh lter bestimmt Genaue Aus pumpzeiten lassen sich nur dann rechne risch ermitteln wenn die Menge der an fallenden und abzupumpenden D mpfe bekannt ist Da dies jedoch au er bei Trocknungsprozessen gew hnlich nicht der Fall ist soll auf eine quantitative Behandlung dieser Frage in diesem Rah men verzichtet werden 5 2 3 Pumpe
611. throp haben das Integral ber die Zeit multipliziert mit dem abso luten Fehler ITAE Integral Time Absoltute Error als Ma f r die Regelg te einge f hrt lr em 0 10 12 Das ITAE ist empfindlich auf Anfangs und gewisserma en unvermeidliche Abwei chungen Durch ITAE definierte optimale Regelantworten zeigen folglich kurze Ant wortzeiten und gr ere berschwinger 167 Schichtdickenmessung Regelung als bei den beiden anderen Kriterien Es hat sich aber gezeigt da f r die Beurteilung der Regelung von Beschichtungsprozes sen ITAE besonders n tzlich ist Auto Control Tune von INFIGON basiert auf Messungen der Systemantwort mit offener Schleife Ausgehend von einer Stufen n derung des Regelsignals wird die Charak teristik der Systemantwort berechnet Ihre experimentelle Bestimmung erfolgt durch zwei Arten von Kurven bereinstimmung in zwei Punkten Das erfolgt entweder schnell mit einer willk rlichen Rate oder genauer mit einer Rate in der N he des gew nsch ten Sollwertes Da die Proze antwort von der Position Stelle des Systems in un serem Falle der Schichtwachstumsrate ab h ngt wird sie am besten in der N he des gew nschten Arbeitspunktes gemessen Die so gemessenen Proze informationen Porze verst rkung K Zeitkonstante und Totzeit L werden verwendet um die am besten passenden PID Regelparameter zu generieren Die besten Ergebnisse bei der Beurteilung von Beschicht
612. tige St rungen zu ergrei fenden Ma nahmen sollen in der gleichen Reihenfolge besprochen werden a Ma nahmen bei Stromausfall Alle Ven tile werden geschlossen dadurch wird das Bel ften des Kessels verhindert und die Diffusionspumpe vor Schaden ge sch tzt b Sicherung bei Absinken des Druckes im Druckluftnetz Die Druckluft wird von einem Druckw chter 5 berwacht Bei Absinken unter einen vorgegebenen Druck kann zun chst ein Signal gege ben oder die Ventile k nnen automa tisch geschlossen werden Hierf r ist es notwendig da ein gen gend gro es Vorratsvolumen der Druckluft vorhan den ist in Abb 7 22 nicht gezeichnet das f r die einmalige Bet tigung s mt licher Ventile ausreicht c Ma nahmen bei Ausfall des K hlwas sers der Diffusionspumpe Das K hl wasser wird von einem Durchflu oder Temperaturw chter berwacht 6 und 7 Bei zu geringem K hlwasserabflu wird die Heizung der Diffusionspumpe abgeschaltet und ein Signal gegeben das Ventil 8 schlie t d Sicherung bei Fehlern an der Heizung der Diffusionspumpe Eine Unterbre chung der Diffusionspumpenheizung kann von einem Relais berwacht wer den Beim Ansteigen der Temperatur ber einen h chstzul ssigen Wert spricht ein Temperaturw chter 6 an In beiden F llen schlie t das Ventil 8 und ein Signal wird gegeben e Sicherung bei Ausfall der Vorpumpe V orpumpen mit Keilriemenantrieb m s sen einen Fliehkraftschalter ha
613. to en so m s sen die Metallteile nach der Reinigung bei Temperaturen bis zu 200 ausgeheizt werden Grob verunreinigte Metallteile m ssen zun chst durch Abspanen oder Sandstrahlen gereinigt werden Diese Me thoden haben aber den Nachteil da die behandelte Oberfl che durch Aufrauhen vergr ert wird und sich eventuell aktive Zentren bilden k nnen die leicht Dampf molek le adsorbieren Eine zus tzliche Reinigung im Dampfbad siehe oben empfiehlt sich Manchmal kann auch elek trolytisches Beizen der Oberfl che von Vorteil sein Bei Hochvakuum Bauteilen mu darauf geachtet werden da das Bei zen nicht in eine tzung bergeht welche die Oberfl che stark vergr ern w rde F r Grob und Feinvakuumzwecke ist ein Po lieren sandgestrahlter Fl chen nicht not wendig da die Oberfl che in diesen Druck bereichen nur eine untergeordnete Rolle spielt 12 3 Allgemeine Betriebshin weise f r Sind bei der Fehlersuche keine Fehler im Rezipienten und an den Me r hren zu fin den oder arbeitet die Apparatur auch nach Beseitigung der Fehler nicht zufriedenstel lend so sollte man zun chst die pumpen seitigen Flanschdichtungen und eventuell das Absperrventil pr fen Flanschdichtun gen sind bekanntlich die Stellen an denen durch leichte Kratzer und geringf gig er scheinende mechanische Besch digungen am leichtesten Undichtheiten auftreten k nnen Ist auch hierbei kein Fehler fest
614. ton Dimethyl ther Dimethylanilin Dimethylformamid BMF Dioctylphthalat Dioxan Diphenyl Diphenyloxyd Edenol 888 Eisessigbromwasserstoff Erdgas Erd l Essigs ure thylester Essigester Essigs ureanhydrid Essigs ure techn Essigs ure 20 Essigs ure 50 Essigs ure 80 Essigs ure konzentriert Eisessig Essigs ured mpfe Fettalkohol Fetts uren Fichten l Fischtran Fluorbenzol Flu s ure kalt 5 Flu s ure kalt konzentriert Formaldehyd Formalin 55 Frigen 11 Frigen 12 Frigen 22 Frigen 113 Furan Furfurol Gas l Generatorgas Glykol Glyzerin Grubengas Halowax l Heiz l Erd lbasis Heiz l Stein Braunkohlenbasis Heptan Hexaldehyd Hexan Hochofengas Holz l Hydraulikfl ssigkeiten Hydraulik le DIN 51524 Phosphors ureester HFD Polyglykol Wasser Isobutylakohol Isopropylacetat Isopropyl ther Isopropylalkohol Isopropylchlorid Karbolineum Karbols ure Phenol Kerosin Kohlendioxyd trocken Kohlendioxyd na Kokosfetts ure Koksofengas Kresol Lachgas Leuchtgas Luft rein Luft lhaltig Maleinhydrid 2 gt a oo xxox GECKEN ze Se Se OO x O Se ze oo o xx Io xx 1 o gt lt Se 1 xxo oIxxo O Xx x oooo oo ooxoo oO zz lo Silikonkautschuk gt lt x gt lt xolo x gt l
615. tonen die auf die das Me sy stem umgebende Wand treffen l sen dort Photoelektronen aus die ebenfalls in Rich tung zur Anode fliegen und da die Anode gitterf rmig ist auch in den Raum inner halb der Anode Befindet sich nun die um gebende Wand auf demselben Potential wie der lonenf nger z B auf Erdpotenti al so kann ein Teil dieser an der Wand aus gel sten Elektronen den lonenf nger er reichen Das hat zur Folge da ein Elek tronenstrom zum lonenf nger flie t d h es flie t ein negativer Strom der einen po sitiven Strom kompensieren kann Dieser negative R ntgeneffekt h ngt von dem Potential ab auf dem sich die u ere Wand des Systems befindet Der lonendesorptionseffekt Adsorbierte Gase k nnen durch Elektro nensto von einer Oberfl che als Ionen de sorbiert werden F r ein lonisations Vaku ummetersystem bedeutet das Wenn auf der Anode eine Schicht adsorbierter Gase vorhanden ist so werden diese Gase durch die auftreffenden Elektronen zum Teil als lonen desorbiert Die Ionen gelangen zum lonenf nger und f hren zu einer Druckan zeige die zun chst unabh ngig vom Druck ist aber mit Erh hung des Elektronen Stromes zunimmt Stellt man einen so klei nen Elektronenstrom ein da die Anzahl der auf die Oberfl che treffenden Elektro nen klein gegen die Anzahl der adsorbier ten Gasteilchen ist so wird jedes Elektron die M glichkeit haben positive Ionen zu desorbieren Erh ht man da
616. toren noch ein reduziertes Saugverm gen zur Verf gung steht siehe Abb 2 81 Abb 2 82 zeigt als weiteren Vorteil bei Be trieb einer EcoDry M 30 mit Weltmotor die deutlich reduzierte Leistungsaufnahme im Vergleich zum Betrieb mit einem 1 Phasen Motor 59 Kinetische Vakuumpumpen d Kinetische Vakuumpumpen 3 1 Treibmittelpumpen Grunds tzlich sind hier zu unterteilen Strahlpumpen wie Wasserstrahlpumpen 17 mbar lt p lt 1013 mbar und Dampf strahlpumpen 1053 mbar lt p lt 10 mbar sowie Diffusionspumpen lt 10 3 mbar Strahlpumpen werden vorwiegend zum Er zeugen von Feinvakuum Diffusionspum pen zum Erzeugen von Hoch aber auch von Ultrahochvakuum verwendet Beide Pumpenarten arbeiten mit einem schnell str menden dampff rmigen oder fl ssigen Treibmittel Wasserstrahl sowie Wasser dampf l oder Quecksilberdampf Die Wirkungsweise aller Treibmittelpumpen ist im Grunde hnlich Die abzusaugenden Gasteilchen gelangen aus dem Rezipienten in den Treibmittel Strahl der nach Durch tritt durch eine D se expandiert Die Teil chen des Treibmittelstrahles bertragen durch St e Impulse in Pumprichtung auf die Gasteilchen Dadurch wird das abzu pumpende Gas in einen Raum mit h he rem Druck transportiert In den Treibmittelpumpen stellen sich w hrend des Betriebes entsprechend der Treibmittelart und Temperatur sowie der D senausf hrung entsprechende Dampf dr cke ein die z B bei ldiffusions
617. treffen die lonen auf den lonenf nger Detektor Faraday Cup der auch als Sekund r Elektronen Vervielfa cher SEV ausgebildet sein kann Die geometrischen Abmessungen des Sen sors bzw des Trennsystems sind etwa 15 cm Um zu erreichen da die lonen von der lonenquelle unbehindert bis zum lonen f nger fliegen k nnen mu die mittlere freie Wegl nge im Sensor deutlich gr er als 15 cm sein F r Luft und Stickstoff ist etwa 6 103 mbar cm Dem ent spricht bei 1 10 mbar eine mittlere freie Wegl nge von A 60 cm Dieser Druck gilt allgemein als Mindest Vakuum f r Massenspektrometer Die Notabschal tung der Kathode bei zu hohem Druck ist fast immer auf etwa 5 10 mbar einge stellt Der Wunsch Quadrupolspektrometer auch bei h heren Dr cken ohne besonde re Druckwandler zu betreiben hat bei INFIGON zur Entwicklung des 2 Sen sors gef hrt XPR steht f r extended pres sure range Um den f r Sputterprozesse so wichtigen Bereich bis etwa 2 10 2 mbar direkt messen zu k nnen wurde das Stab system von 12 cm auf eine L nge von 2 cm verkleinert Damit lonen die zum Erzielen einer sauberen Massentrennung n tige An zahl von ca 100 Transversalschwingungen ausf hren k nnen mu te auch die Hoch frequenz des XPR Sensors von rund 2 MHz auf etwa den 6 fachen Wert n mlich auf 13 MHz angehoben werden Trotz der Ver kleinerung des Stabsystems gibt es bei so hohen Dr cken noch immer eine dur
618. twicking wurden Frequenzwandler immer kleiner daher werden sie heute in zunehmendem Ma e direkt am Drehstrommotor inte griert Der Vorteil dieser Anordnung sind der kompakte Aufbau keine zus tzlichen Verbindungsleitungen zwischen Motor und Frequenzwandler und die Reduzierung der Aufwendungen zur elektromagnetischen Vertr glichkeit Ein Beispiel f r eine solche Anordnung mit einer WS 2001 ist in Abb 2 63 dargestellt Empfohlene le f r den Betrieb von Rootspumpen Eine Empfehlung f r die Verwendung be stimmter von Leybold erprobter le ist f r alle Rotationverdr ngerpumpen in Ab schnitt 2 1 2 9 zusammengestellt Techni sche Daten und Anwendungsdaten finden man in Tabelle 16d Abschnitt 13 Saugverm gen gegen Einla druck DRYVAC 100 B 50 Hz mit RUVAC WS 501 PFPE 60 Hz DRYVAC 100 50 Hz mit RUVAC WS 251 PFPE 120 Hz E E gt gt N WS 501 PFPE 60 Hz WS 251 PFPE 120 Hz Lastbegrenzung 0 0001 0 001 0 01 0 1 1 10 100 1000 Einla druck mbar Abb 2 62 Saugverm gensvergleich von WS 501 60Hz mit Druckschalter 80 mbar und WS 251 mit Frequenzwandler 120 Hz und zur Lastbegrenzung Mechanische Vakuumpumpen Abb 2 63 RUVAC WS 2001 FC mit integriertem Frequenzwandler 7 5 kW 2 4 Trockenverdichtende Oszillationsverdr n
619. tzen Abb 3 5 Schema einer Oldampfstrahl Booster Pumpe Der so beschleunigte Treibmitteldampf strahl durchstr mt jetzt den Mischraum 3 der mit dem zu evakuierenden Rezipi enten 4 verbunden ist Aus dem Rezipi enten kommende Gasteilchen werden hier vom Dampfstrahl mitgerissen Das Ge misch Treibmitteldampf Gas tritt nun in die als Venturi D se ausgebildete Staud se 2 ein Hier wird das Dampf Gas Gemisch bei gleichzeitiger Abnahme der Strahlge schwindigkeit auf den Vorvakuumdruck komprimiert An den gek hlten Pumpen w nden wird der Treibmitteldampf dann kondensiert w hrend das mitgef hrte Gas von der Vorvakuumpumpe abgesaugt wird l Dampfstrahlpumpen eignen sich zum Absaugen gr erer Gas oder Dampfmen gen im Druckbereich zwischen 1 mbar und 10 3 mbar Die h here Dampfstrahldichte in den D sen bewirkt da die Diffusion des abzupumpenden Gases in den Dampfstrahl viel langsamer vor sich geht als bei Diffu sionspumpen so da nur seine u ersten Schichten mit Gas durchsetzt sind Au er dem ist die Fl che in die eine Diffusion er folgt durch die besondere Konstruktion der D sen viel kleiner Das spezifische Saug verm gen der Dampfstrahlpumpen ist ge ringer als das der Diffusionspumpen Da das abgesaugte Gas in der Umgebung des Strahles unter dem wesentlich h heren An saugdruck den Verlauf der Stromlinien ent scheidend beeinflu t ergeben sich nur f r einen bestimmten Ansaugdruck
620. uch ben tzt werden um an dere Schwingungsmodi zu identifizieren wie zum Beispiel die Anharmonischen oder die Quasiharmonischen Das Ger t hat nicht nur die Vorrichtung um fortlaufend der Grundschwingung zu folgen sondern es kann auch eingesetzt werden um zwi schen zwei oder mehr Modi hin und her zu springen Diese Abfrage von verschiede nen Modi kann f r zwei Modi mit 10 Hz an dem selben Kristall geschehen 10 8 Auto Z Match Technik Der einzige Pferdefu bei Benutzung von Gleichung 10 4 ist da die akustische Im pedanz bekannt sein mu Es gibt eine Reihe von F llen wo wegen unvollst ndi ger oder beschr nkter Kenntnis der Mate rialkonstanten des Beschichtungsmateri als ein Kompromi mit der Genauigkeit ge macht werden mu 1 Oft weichen die Z Werte des massiven Materials von denen einer Beschichtung ab D nne Schichten sind besonders in einer Sputter Umgebung sehr empfind lich gegen ber den Proze parametern Demzufolge sind die vorhandenen Wer te f r massives Material nicht aus reichend 2 F r viele exotische Stoffe einschlie lich der Legierungen ist der Z Wert nicht be kannt und auch nicht leicht zu bestim men 3 Immer wieder ist es notwendig eine genaue Schichtdickenmessung bei Viel fachschichten mit demselben Kristall sensor zu machen Das gilt insbeson dere f r optische Vielfach und Halblei terschichten mit hohen Temperatur koeffizienten T Aber der wirksame Z Wert der Mis
621. uck Restgasdruck Resttotaldruck Restdruck Reynoldszahl S ttigungsdampfdruck Saugleistung Saugverm gen Spannung mech Spezifische Elektronenladung Spezifische Gaskonstante Spezifische lonenladung Formel zeichen EN gt 0 sprich Kappa mi R v m G h S J A p L K C 5 Crv 9 lt v sprich N Ek F a sprich Alpha sprich Phi 2 ame mtg i sprich Ro i ei e EE 3 060 gt lt 3 x i 5 m o sprich Sigma Pn sprich Ro en Pn Va pi T P h r p sprich Ro Q sprich Omega 0 5 9 T sprich Ro Sigma Tau R e m Sl Bevorzugte gesetzliche Einheit Einheiten 522 572 m2 cm m 1 m Sl cm ei Hz Hz kHz MHz m3 NTP cm3 NTP m bar 5 1 m 5 1 mm 5 1 km h kg kg g mg N N kN m m cm mm m cm Ga ko ki Es N s N s H H mH J mo 1 J 1 J kg Ki J ki Ki J Ki Ji Ki 2 1 mm 71 cm e N KN mN m m cm mm m m K N m st mbar cm wm W W kW mW mi A mi T T Wb V s V s T T kg kg g mg kg 8 kg 5 1 kg e hi g 5 1 kg kg ho ppm kg m3 kg m g m g cm 3 kg m2 kg m2 m m cm mol ko mol kg J mbar kg kg mot g mol mol m
622. uck hervorgehoben Bei der Umrech nung zwischen dem cgs System und dem SI Ma system treten nur glatte Zehnerpo tenzen auf Bei Umrechnung zwischen einem dieser beiden Systeme und dem Techni schen Ma system tritt neben einer Zehnerpotenz immer auch die Erdbeschleunigung g 9 80665 m s als Faktor auf Beachte da die Einheiten f r Masse im SI System und f r Kraft im Technischen Ma system offiziell gleich hei en n mlich kg Hier wurde zur klaren Unterscheidung zwischen kg Masse und kg Gewicht ausnahmsweise die alte heute nicht mehr zul ssige Bezeichnung kp statt kg f r kg Gewicht gew hlt System L nge Masse Zeit Beschl Kraft Arbeit Druck Bemerkung cgs g s cm s g cm s erg dyn cm ubar dyn cm 102 103 1 102 105 107 10 106 SI mkgs m kg m s2 Newton Joule Pascal bar 105 Pa 1N kg m s J N m Pa N m mbar 102 Pa kg m s kg m s 1 1 9 81 1 1 1 9 81 1 9 81 1 9 81 1 9 81 Technisch m TME s m s kp kp m kp m mm WS 104 Kp m at kps m kp cm at at kp cm Tabelle 1 1 Die drei Ma systme cgs SI und Technisches Ma system Eine Umrechnungs Tabelle f r verschiede ne Druckeinheiten steht in Tabelle 13 2 des im Abschnittes Tabellen Formeln Diagramme am Ende des Buches 1 5 Vakuumtechnik bei Oerlikon Leybold Vacuum Die Firma Leybold die im Jahre 2000 ihr 150 j hriges Bestehen feierte war von
623. uck vor dem Einla ventil und L Leitwert des Ventils ist Die Pumpan ordnung besteht aus einer genau ausge messenen ffnung mit dem Leitwert L in einer m glichst d nnen Wand Blenden leitwert und einer Pumpe mit einem Saug verm gen 5 Be Ca 2 1462 Sp und damit L L Becher 1 7 10 Die Methode hat den Vorteil da nach der Einstellung eines Gleichgewichtszustandes die Sorptionseffekte keine Rolle mehr spie len und man daher mit diesem Verfahren in sehr niedrige Druckbereiche vordringen kann 7 5 2 Spezifikationen Me unsicher heit Angaben im Kalibrierschein 7 5 2 1 Herstellerspezifikationen eines Vakuummeters me technische Diese geben unter anderem an innerhalb welcher Grenzen der im Me ger t ange zeigte Wert vom wahren Wert abweichen darf Wenn dies bei neuen Ger ten nicht Druckmessung erf llt ist spricht man von einem Garan tiefall Die bei einer Kalibrierung festge stellten und im Kalibrierschein dokumen tierten Me abweichungen Me fehler k nnen und sollten bei nachfolgenden Messungen mit dem Ger t als Korrektur gr e dienen Die Me abweichung kann verschiedene Ursachen wie Fertigungstoleranzen Tem peratureinfl sse Langzeitdrift Linearit ts abweichungen u a haben Die Spezifika tionen bez glich der Me abweichungen werden vom Hersteller meist durch linea re Addition der einzelnen Einflu gr en zum maximalen m glichen Me fehler er
624. uktionen gef hrt die mehr der einen oder der anderen Forde rung Rechnung tragen Eine D senhut Dampfsperre ist so kon struiert da sie im Pumpenk rper unmit telbar ber der hochvakuumseitigen D se montiert werden kann Dabei steht sie ber Metall hoher W rmeleitf higkeit in gutem W rmekontakt mit der gek hlten Pumpen wand so da sie sich praktisch auf K hl wassertemperatur oder bei luftgek hlten Diffusionspumpen auf Raumtemperatur befindet Bei den DIP Pumpen ist die D senhutdampfsperre wassergek hlt und fest in den Pumpenk rper eingebaut Das effektive Saugverm gen einer Diffusions pumpe wird bei Einbau einer D senhut dampfsperre um etwa 10 die lr ck str mung aber um etwa 90 95 reduziert Schalen Dampfsperren bestehen aus kon zentrisch angeordneten Schalen und einer zentralen Prallplatte Bei entsprechender K hlung durch Wasser oder bei Anschlu geeigneter K ltemaschinen durch K lte mittel k nnen hiermit nahezu v llig l dampffreie erzeugt werden Das ef fektive Saugverm gen der Diffusionspum pe bleibt dabei zumindest zu 50 erhalten obwohl Schalendampfsperren optisch dicht sind Derartige Schalendampfsperren wur den bei LEYBOLD mit K hleins tzen aus Kupfer als sogenannte Astrotorus Dampf sperren entwickelt Die Geh use der erst genannten Type sind vollst ndig aus Edel stahl gefertigt Platten Dampfsperrren werden bei klei neren luftgek hlten l Diffusio
625. ul ssigen Feh lergrenzen hinaus ver ndert werden kann Diese untere Grenze liegt erfahrungsgem bei ca 5 10 mbar Die Methode hei t sta tische Expansionsmethode weil Druck und Volumen ruhender Gasmengen die ent scheidenden Gr en sind c Kontinuierliche Expansionsmethode siehe Abb 7 20 Diese Methode war fr her unter dem etwas ungl cklichen Namen Dynamische Ex pansionsmethode bekannt Bei diesem Verfahren wird der Kalibrierdruck p da durch hergestellt da man Gas mit einer konstanten Durchflu leistung Q in einen Vakuumbeh lter einstr men l t w hrend gleichzeitig durch eine Pumpvorrichtung mit konstantem Saugverm gen S Gas aus dem Beh lter abgepumpt wird Im Gleich gewicht gilt gem Gleichung 1 10a 0 5 7 8 0 wird entweder durch die vom Vorrats gef in dem ein konstanter Druck herrscht in das Kalibriergef abstr mende Gas menge bestimmt oder durch die durch einen bekannten Leitwert mit gemessenem Druck in das Kalibriergef einstr mende Gasmenge Der Druck vor dem Einla ven til mu so hoch sein da man ihn mit einem absoluten Me ger t ermitteln kann Die Einla ffnungen des Ventils enge Ka pillare Sinterk rper m ssen so eng sein da die Bedingung d lt lt X erf llt ist also eine Molekularstr mung und damit ein konstanter Leitwert des Eingangsventils vorliegt siehe Abschnitt 1 5 Die Gas menge ist dann durch p L bestimmt wobei Dr
626. ulator gelangt Es gilt also 2 7 5 mit a lt Der Anteil des R ntgeneffektes ist in bei den F llen gleich Nach Bildung der Differenz von 7 4 und 7 5 ergibt sich f r den Gasdruck p der Ausdruck 7 6 a l t sich bei einem h heren Druck etwa bei 10 6 mbar bei dem der R ntgeneffekt und damit p vernachl ssigbar ist experi mentell sofort bestimmen indem man die zu den beiden Modulatorpotentialen ge h rigen Dr cke abliest und deren Verh lt nis bildet Dieses Modulationsverfahren hat weiterhin den Vorteil da damit auch der lonendesorptionseffekt erfa t wird Es erlaubt mit verh ltnism ig geringem Aufwand Druckmessungen bis in den 10 11 mbar Bereich Das Extraktor lonisations Vakuummeter Die Druckmessung beeinflussende st rende Effekte k nnen auch durch ein ionenoptisches System wie es erstmals von Redhead angegeben wurde weit gehend eliminiert werden Bei diesem Extraktor System Abb 7 16e werden die lonen aus dem Anodenzylinder auf einen sehr d nnen und kurzen lonenf nger fokussiert Der lonenf nger befindet sich in einem Raum dessen R ckwand von einer kalottenf rmigen Elektrode gebildet ist die sich auf Anodenpotential befindet so da sie von lonen die aus dem Gas raum stammen nicht erreicht werden kann Durch die Geometrie des Systems sowie durch die Potentiale der einzelnen Elektroden werden die st renden Einfl s se du
627. umpe erreicht Abb 2 58 und 2 59 Die Verwendung eines berst mventils im By pass zur W lzkolbenpumpe erweist sich als bessere und betriebssicherere L sung Das gewichts und federbelastete Ventil wird auf die maximal zul ssige Druckdifferenz der jeweiligen Pumpe eingestellt So wird si chergestellt da die W lzkolbenpumpe nicht berlastet wird und in jedem Druck gebiet betrieben werden kann In der Pra xis bedeutet das da die W lzkolbenpum pe ab Atmosph rendruck zusammen mit der Vorpumpe eingeschaltet werden kann Im Proze bewirken Druckanstiege keine St rungen des Kombinationsbetriebes durch das Abschalten der W lzkolben pumpe Voreinla k hlung Abb 2 60 Bei voreinla gek hlten W lzkolbenpumpen entspricht der Verdichtungsvorgang im we sentlichen dem Arbeitsprinzip der norma len W lzkolbenpumpen Die Zul ssigkeit h herer Druckdifferenzen erfordert eine gr ere installierte Leistung die bei gege bener Drehzahl dem Druckunterschied zwi schen Saug und Druckstutzen direkt pro portional ist und sich aus der theoretischen Verdichtungsarbeit und verschiedenen Ver lustleistungen zusammensetzt Der Ver dichtungsvorgang schlie t normalerweise nach ffnen des Sch pfraumes gegen den Druckstutzen den F rdervorgang ab In die I 1 Saugstutzen 2 Druckstutzen 3 Gask hler 4 K hlgasstrom Abb 2 60 Funktionsschema der W lzkolbenpumpe mit Voreinla k hlung 51 Mechanische V
628. umpe verwendet werden Letztere hat einen Einschalt links Mitte Minuten bzw rechts unten Stunde Bestimmung von Man legt durch V 2000 Leiter druck 20 mbar das Saugverm gen Sy max nd 5 60 m h 16 7 5 1 Leiter 2 Gerade und 200 1 55 s71 sowie Peng p 4 10 3 mbar Man wi Leiter Rechts iest am Schnittpunkt dieser Geraden mit Leiter Wertt also von 1000 mbar bis 20 mbar mit der Speri Druck De in Millibar ENDE der Auspumpzeit 120 s 2 min ab man beachte da die Unsicherheit dieses schieberpumpe arbeiten und von 20 mbar bis Don 10 Weu ge SC NN der Auspumpzeit der GC erfahrens etwa 10 s betr gt die relative Unsicherheit 2 mbar die W lzkolbenpumpe zuschalten wobei die Sperr ee ke em ech 1013 Goy nn so etwa 10 ist schieberpumpe als Vorpumpe wirkt F r den ersten Pumpschri al Del JEWUNSCHIE DICK 131 UM den End findet man aus dem Nomogramm wie in Beispiel 1 Gerad druck der Pumpe Peng p zu vermindern mit dem Dif 2 Bestimmung vo t Der Enddruck der Rotationspumpe sei durch 2000 S 16 7 2 5 1 die Zeitkonstante 12 ferenzwert ist in die Leiter einzugehen Falls Ein 402 str mung Apv vorhanden ist in die Leiter mit dem nach Angabe des Herstellers 3 10 mbar die Appa lt l
629. umpen IZ Pumpen Die Pumpwirkung der lonenzerst uber pumpen wird von Sorptionsvorg ngen er zeugt die durch ionisierte Gasteilchen in einer Penninggasentladung Kaltkathoden Entladung ausgel st werden Durch Paral lelschaltung von vielen einzelnen Penning zellen erreicht die lonenzerst uberpumpe ein hinreichend hohes Saugverm gen f r die einzelnen Gase Funktion der lonen Zerst uberpumpe Die lonen treffen auf die Kathode der Ga sentladungsanordnung auf und zerst uben das Kathodenmaterial Titan Die dadurch an anderen Stellen entstehenden Titan Niederschl ge wirken als Getterfilm und binden die reaktionsf higen Gasteilchen z B Stickstoff Sauerstoff Wasserstoff lt amp Bewegungsrichtung der ionisierten Gasteilchen e Bewegungsrichtung des zerst ubten Titans Spiralbahn der Elektronen Penning Zellen Abb 4 3 Zur Wirkungsweise der lonen Zerst uberpumpe Gasbindende Vakuumpumpen Die Energie der ionisierten Gasteilchen reicht aber nicht nur aus um das Katho denmaterial zu zerst uben sondern auch um die auftreffenden lonen tief in das Kathodenmaterial einzudringen zu lassen Ionenimplantation Dieser Sorptionsvor gang pumpt Ionen aller Art insbeson dere aber auch lonen von Gasen die mit der durch Zerst uben gebildeten Titan schicht chemisch nicht reagieren also vor allem Edelgase Zur Erzeugung der lonen dient fo
630. umpenreihe Abb 2 3 hat nur zwei um 180 versetzte Schieber In beiden F llen werden die Schieber ohne Fe dern nur durch Fliehkraft nach au en ge dr ckt was bei niedrigen Umgebungstem peraturen eventuell d nnfl ssigeres er fordert Die A Reihe hat eine Diffe renzdruckschmierung die B Reihe eine Druckumlaufschmierung mit Zahnrad lpumpe Die TRIVAC B Reihe zeichnet sich zus tzlich durch ein besonders zuverl ssi ges Saugstutzenventil durch Ansaug und Auspuffstutzen mit horizontalem oder ver tikalem Abgang und eine bedienerfreundli cher Anordnung von lschauglas und Gas ballastventilbet tigung an der gleichen Seite des lkastens aus Mit dem TRIVAC BCS System hat sie zus tzlich eine sehr umfang reiche Zubeh rpalette die vor allem f r an spruchsvolle Applikationen konzipiert wurde Der lvorrat der Drehschieberpum pe aber auch der anderen l berlagerten Verdr ngerpumpen dient der Schmierung und Abdichtung aber auch zum Ausf llen sch dlicher R ume und Spalte sowie zum Abf hren der Kompressionsw rme also zur K hlung Das l dichtet zwischen Rotor auch Anker genannt und Pumpenring 23 Mechanische Vakuumpumpen DE S i A H N N d EI LES 1 Pumpengeh use 9 Auspuffstutzen 2 Rotor Nebenlufteintritt f r 1 Ansaugstutzen 8 Blende Anschlu f r Inert lstandsglas Ger uschd mpfung Schmutzf nger Gasballast 4 Ansaugkanal
631. umpsystem bel ften Das akuumsystem wird nach Wiedereinsetzen der Stromversorgung erst dann frei gegeben wenn ein gewisser Mindestdruck erreicht ist ca 200 mbar Beim Auftreten von aggressiven Gasen oder D mpfen in Verfahrensabl ufen wer den im allgemeinen Ventile in Edelstahl ausf hrung mit Vitilandichtungen einge setzt F r die Kernverfahrenstechnik sind Flansche und Ventile Ventile mit speziellen Elastomer oder Metalldichtwerkstoffen entwickelt worden ber ihre Anwendungsbereiche und Ausf hrungsformen unterrichten wir Sie auf Anfrage 6 3 Gasschleusen und Verschu ventile In vielen F llen ist es w nschenswert evakuierte oder mit Gas gef llte Beh lter nicht nur dicht verschlie en zu k nnen sondern auch die M glichkeit zu haben den Druck das Vakuum in diesen Be h ltern zu einem sp teren Zeitpunkt zu berpr fen und eventuell nachzuevaku ieren bzw die Gasf llung zu erg nzen oder auswechseln zu k nnen Dies kann besonders einfach durch ein Verschlu ventil von LEYBOLD erreicht werden das ber eine zugeh rige Gasschleuse bet tigt wird Der Klein flanschanschlu des evakuierten oder gas gef llten Beh lters wird durch ein kleines Verschlu st ck welche das eigentliche Ventil bildet innerhalb des Rohransatzes hermetisch verschlossen Die zur Bet ti gung erforderliche Gasschleuse wird nach der Evakuierung oder Gasf llung vom Kleinflansch abgenommen Somit gen gt eine Gasschleus
632. umpumpe EE Joe gde Gasring Treibmittelstrahl gedichtete gedichtete Vakuumpumpe Vakuumpumpe vakuumpumpe vakuumpumpe Fl ssigkeitsring Trocken vakuumpumpe Drehschieber vakuumpumpe Vielzellen vakuumpumpe Kreiskolben vakuumpumpe Sperrschieber vakuumpumpe Trockenlaufende Vakuumpumpe W lzkolben vakuumpumpe Klauenvakuumpumpe Schraubenpumpe Scrollpumpe Abb 1 11 Stammbaum der Vakuumpumpen verdichtende Turbo vakuumpumpe Membran vakuumpumpe Axial vakuumpumpe Hubkolben vakuumpumpe Radial vakuumpumpe Fl ssigkeitsstrahl vakuumpumpe Gasstrahl vakuumpumpe Dampfstrahl vakuumpumpe Adsorptionspumpe Massivgetterpumpe Sublimations Verdampfer pumpe lonengetterpumpe Molekular vakuumpumpe Diffusionspumpe Turbo Molekularpumpe Diffusions ejektorpumpe Selbstreinigende Diffusionspumpe Fraktionierende Diffusionspumpe 22 Mechanische Vakuumpumpen 2 Mechanische Vakuumpumpen 2 1 Fl ssigkeitsgedichtete Rotations Verdr nger pumpen 2 1 1 Fl ssigkeitsring vakuumpumpen Aufgrund des Pumpprinzips und des ein fachen Aufbaus eignen sich Fl ssigkeits ring Vakuumpumpen besonders zum F r dern von Gasen und D mpfen die auch ge ringe Mengen von Fl ssigkeiten enthalten k nnen Wasserdampf ges ttigte Luft oder a
633. und in das Niederdruckreservoir Damit ist der Kreislauf beendet Abb 4 8 Phasen der K lteerzeugung mit einem einstufigen Kaltkopf nach dem Gifford MacMahon Proze rator ist ein W rmespeicher mit gro er Austauschfl che und Kapazit t der die Funktion des W rmetauschers im Kreislauf bernimmt In Abb 4 8 sind die vier Pha sen der K lteerzeugung in einem einstufi gen Refrigerator Kaltkopf nach dem Gifford McMahon Prinzip skizziert Bei der Hubfrequenz f ist dann die K lte leistung des Refrigerators W Vz max V3 min g Pr Pu 1 41 80 Der zweistufige Kaltkopf Die von LEYBOLD serienm ig hergestell ten Refrigerator Kryopumpen verwenden einen zweistufigen Kaltkopf der nach dem Gifford McMahon Prinzip arbeitet siehe Abb 4 8 Bei zwei hintereinander ge schalteten Stufen wird in der ersten Stufe des Kaltkopfes die Temperatur des Heli ums auf etwa 30 K und danach in der zwei ten Stufe weiter auf 10 K gesenkt Die er zielbaren niedrigen Temperaturen h ngen unter anderem von der Art des Regenera tors ab blicherweise wird in der ersten Stufe als Regenerator Kupferbronze und in der zweiten Stufe Blei verwendet F r Spezialanwendungen wie etwa f r Kryostate bei sehr tiefen Temperaturen T lt 10 stehen andere Stoffe als Rege neratoren zur Verf gung Abb 4 9 zeigt schematisch den Aufbau eines zweistu figen Kaltkopfes Durch einen Steuer mechanismus mit einem motorgetriebe nen
634. und ist gerade noch gut zu erkennen Abb 8 8 Offene lonenquelle links und geschlossene lonenquelle rechts Arbeitsgas f r Proze Ar Sto raum 100 r Kathodenraum Ausla blenden er AGM Schutzgas Ventil bg S 10 5 E 2 Proze z B 50mbar 103 105 H 15 7 5 gt Blende 103 Pumpe M 1 Abb 8 9 Abb 8 10 Prinzip des Aggressiv Gas Monitors AGM 8 5 2 Massenbereich Der Massenbereich ist durch die Massen zahlen der leichtesten und der schwersten einfach geladenen lonen gekennzeichnet die mit dem Ger t nachgewiesen werden k nnen 8 5 3 Empfindlichkeit Die Empfindlichkeit E ist der Quotient aus gemessenem lonenstrom und zugeh ri gem Partialdruck und wird meist f r Argon oder Stickstoff angegeben it k 8 1 Linienbreite 15 Tal Typische Werte sind _44n 4_ A Faraday E 1 10 mbar A 7 110 2 SEV 110 mba 135 Massenspektrometer PROG LEI C LINE MODE SENS 13 TIME LIN Abb 8 11 Nachweis von Argons 8 5 4 Kleinster nachweisbarer Partialdruck Der kleinste nachweisbare Partialdruck ist als Verh ltnis von Rauschamplitude zu Empfindlichkeit definiert mbar E Pmin A Rauschamplitude Beispiel aus Abb 8 11 A H m K 4 Empfindlichkeit E 1 10 mbar Rauschamplitude A i 4 10714 A
635. und zu betreiben d h e Sorgf ltige Montage der gereinigten Bauteile Verwendung von Edelstahlbauteilen und Metalldichtungen Kupfer bzw Alumi nium Sorgf ltiges Entgasen der gesamten Apparatur einschlie lich der Me syste me und der Turbo Molekularpumpe Dabei mu die Ausheiztemperatur des Rezipienten immer ber der Ausheiz temperatur der Turbo Molekularpumpe liegen damit die Kondensation der freiwerdenden Gase im Rezipienten ver mieden wird Um das Verhalten der von Turbo Moleku larpumpen in diesem Druckbereich zu un tersuchen wurde eine TURBOVAC 450 in CF Version wahlweise mit einem 20 oder 5 Rezipienten verbunden Beide Rezi pienten waren ganzmetallgedichtet und mit einem Extraktor Einbaume system IE 50 ausger stet Die Rezipienten konnten bei Bedarf auf 200 300 C ausgeheizt wer den In Abb 3 16 sind verschiedene Aus pumpkurven beider Rezipienten aufge tragen Die ausgezogenen Kurven gelten f r den 20 Rezipienten die gestrichel ten Kurven f r den 5 Rezipienten Man erkennt da die Rezipientenoberfl che stark die Auspumpzeit und den Betriebs druck beeinflu t wenn die Rezipienten nicht ausgeheizt werden t 0 Bei einer Ausheizdauer von t 3 h und 6 h verlau fen die Auspumpkurven beider Rezipien ten bis ca 10 mbar parallel Der er reichbare Enddruck des 20 Rezipienten liegt etwa um den Faktor 2 h her als der des 5 Rezipienten Ferner erkennt man da die Ver
636. undlagen der Vakuumtechnik Vorwort Grundlagen der Vakuumtechnik berarbeitet und zusammengestellt von Dr Walter Umrath unter Mitwirkung von Dr Rudolf Bahnen Dr Thomas Dreifert Dr Hans Ulrich Haefner Rainer H lzer Dr Frank Kadi Elke Mossolff Herbert Litterscheid Ruth Rey Hans Rottl nder Willi Scheer Frank Sch nborn Dr Gerhard Vo Grundlagen der Vakuumtechnik 11 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 6 2 1 1 6 2 2 1 7 1 7 2 1 7 3 1 8 1 8 2 1 8 3 1 9 2 1 2 1 1 2 1 2 2 1 2 1 2 1 2 2 2 1 2 3 2 1 2 4 2 1 2 5 2 1 2 6 2 1 2 7 2 1 2 8 Vakuumtechnik 9 Beginn der Vakuumtechnik 9 Normalbedingungen 10 Die atmosph rische Luft 10 Ma systeme 10 Vakuumtechnik bei Oerlikon Leybold Vacuum 11 Gr en deren Formelzeichen Einheiten und Definitionen 11 Vakuumtechnische Grundbegriffe 11 Die Gasgesetze und Modell vorstellungen 15 Kontinuumstheorie 15 Kinetische Gastheorie 15 Die Druckbereiche der Vakuum technik und ihre Charak terisierung 16 Viskose oder Kontinuums Str MUNG 16 Molekularstr mung 17 Knudsenstr mung 17 Berechnung von Str mungs leitwerten 17 Leitwerte von Rohrleitungen und ffnungen 18 Leitwerte anderer Bauelemente 19 Nomographische Bestimmung von Leitwerten
637. ung gt Drehdurchf hrung geschraubt SR Eckhahn Kleinflanschverbindung dl Elektrische lu Leitungsdurchf hrung Absperrschieber Klammerflanschverbindung Messung und Me ger te Absperrklappe Rohrschraubverbindung R ckschlagklappe Kugelschliffverbindung Vakuum zur Kennzeich nung von Vakuum Absperrorgan Muffenverbindung Vakuummessung mit Sicherheitsfunktion Vakuum Me zelle Antriebe f r Absperrorgane Kegelschliffverbindung Vakuumme ger t Betriebs u Anzeigeger t f r Me zelle Antrieb von Hand Kreuzung zweier Leitungen mit Verbindungsstelle Vakuumme ger t regi strierend schreibend Dosierventil Kreuzung Vakuumme ger t mit Ana zweier Leitungen log Me wertanzeiger ohne Verbindungsstelle Antrieb Abzweigstelle Vakuumme ger t mit Digi durch Elektromagnet HH HH tal Me wertanzeiger Fluidantrieb hydraulisch oder pneumatisch Zusammenfassung von Leitungen EINES lt Durchflu messung Antrieb durch Elektromotor Bewegliche Leitung z B Kompensator Verbindungsschlauch X X gewichtsbet tigt Schiebedurchf hrung mit Flansch Tabelle 13 17 Bildzeichen f r die Vakuumtechnik Auszug aus DIN 28401 Fortsetzung 198 Diese Bildzeichen d rfen nur in der hier dargestellten Lage verwendet werden Spitze des Win
638. ungsregelger ten erzielt man mit ITAE Es gibt berschwingungen aber die Reaktion ist schnell und die Ab klingzeit kurz F r alle eben besprochenen Integral Beurteilungskriterien wurden Reg lereinstellungsbedingungen erarbeitet um die mit ihnen verbundenen Abweichungen zu minimieren Sowohl bei manueller Ein gabe als auch bei experimenteller Bestim mung der Proze antwortkoeffizienten k n nen die idealen PID Koeffizienten f r die ITAE Beurteilung leicht aus den Gleichun gen 10 13 10 14 und 10 15 berechnet werden 0 947 13610 10 13 H DEE 0738 119 L 1 1 L 0 995 0381 T D 10 14 10 15 F r langsame Systeme wird die Zeit spanne zwischen den erzwungenen nde rungen der Steuerspannung verl ngert um ein Aufh ngen des Reglers zu ver meiden Aufh ngen das schnelle An wachsen des Regelsignals ohne da das 168 System die M glichkeit hat auf das ver nderte Signal zu antworten Dadurch wird eine Antwort auf die vorhergegange ne Anderung der Reglereinstellung m g lich und au erdem k nnen kr ftige Reg lereinstellungen gemacht werden Ein wei terer Vorteil ist die gr ere Unempfindlichkeit gegen Proze rauschen weil die f r die Regelung ben tzten Daten nicht nur von einer sondern von mehreren Messungen stammen und so die massenintegrierende Natur des Quarz Kristalles genutzt wird Bei Prozessen mit kurzen Reaktionszeiten kurzen Zeitkonstante
639. us einer Dampfstrahlstufe und einer Was serstrahl vor stufe die aus Glas bestehen kann Die Wasserstrahlvorstufe erm glicht das Arbeiten ohne andere Vorvakuumpum pen Mit Hilfe eines auf berdruck befindli chen Treibdampfstromes kann der Rezipi ent durch den Dampfstrahlsauger auf einen Enddruck von etwa 3 mbar evakuiert wer den Das Kondensat des Wasserdampfes 4 Mischraum 5 Rezipientenanschlu 1 Wasserdampfeinla 2 Treibd se 3 Staud se Abb 3 7 Schema eines Dampfstrahlsaugers 65 Kinetische Vakuumpumpen wird durch eine Abla vorrichtung abgeleitet Die Wasserstrahlvorstufe dieser Pumpe wird zur Erh hung ihrer Leistungsf higkeit mit Wasser gek hlt Wasserdampfstrahl sauger eignen sich besonders f r Arbeiten in Laboratorien und dann wenn hochag gressive D mpfe abgepumpt werden sollen Insbesondere ist der Wasserdampfstrahl sauger zum Auspumpen von Laboratori ums Destillationsapparaten und hnlichen Anlagen zu empfehlen die bei einem Druck von wenigen Mlillibar arbeiten sollen dann also wenn der mit einer einfachen Was serstrahlpumpe erreichbare Druck nicht ausreicht andererseits aber die Verwen dung von Rotationspumpen zu aufwendig ist Wasserstrahlpumpen und Wasserdampf strahlsauger werden in Laboratorien trotz der geringeren Investitionskosten wegen den mit Wasser als Treibmittel verbun denen Umweltproblemen mehr und mehr von Membranpumpen verdr ngt Das Was
640. ussac Gesetz von 15 Gebr uchliche L sungsmittel 186 Gegenstromleckdetektor 156 Geschlossene lonenquelle CIS closed ion source 134 Gesetzliche Druckeinheiten 11 184 Getterpumpen 75 Glasbeschichten 173 Gleitende Nullpunktunterdr ckung 152 Gl hkathoden lonisations Vakuummeter 117 Guericke Otto von 9 H Halogen Leckdetektoren 151 Halogen Dioden Prinzip Halogen Leckdetektoren 151 Hauptstrom Leckdetektor 156 Helium Standard Leckrate 146 Helium Leckdetektoren 180 Sektorfeldspektrometer 155 Heliumspr heinrichtung 159 Herstellerspezifikationen Vakuummeter 123 Hochdruck lonisationsvakuummeter bis 1 mbar 118 Hochfrequenzvakuumpr fer 149 HO Faktor Diffusionspumpen 61 Horror Vacii 9 Hubkolbenpumpen 54 ff H llentest 159 H llentest Konzentrationsmessung 160 Hybridlager Keramiklager 66 Hybrid Turbo Molekularpumpen 67 1 5 168 Ideales Gasgesetz 12 15 Industrielle Dichtheitspr fung 160 INFIGON Schwingquarzger te 168 Infrarot Prinzip Halogen Leckdetektoren 151 Innere R ckstr mung Rootspumpen 48 Innere Verdichtung bei Klauenpumpen 35 Innere Verdichtung bei Schraubenvakuumpumpen 41 Integrale Leckrate 147 159 lonendesorptionseffekt 118 Ionenquelle Quadrupol MS offene 131 geschlossene CIS 134 lonenquelle Heliumleckdetektoren 155 lonenzerst uberpumpen IZ Pumpen 76 182 lonisationsvakuummeter 116 lonisierung spezifische Gasanalyse 137 Isotope 137 IZ Pumpen lonenzerst ube
641. uum GE A metersystem f r h here 1 0v Drucke bis 1 mbar E eg E k 50V J c Bayard Alpert 1 1 lonisations Vakuum LC metersystem A pee K Be 105V 45V J d ET A Gr Bayard Alpert 45V HH 105V lonisations Vakuum H metersystem mit 14 Extraktor lonisations Vakuummetersystem A CG 305V 1 lonenf nger A Anode Sch Abschirmung K Kathode M Modulator R Reflektor Abb 7 16 Schematische Darstellung des Elektrodenaufbaues verschiedener lonisations Vakuummeter Me systeme vom Druck zu erreichen ist in den Ano denkreis ein hochohmiger Widerstand von einigen MQ eingebaut c Das Bayard Alpert lonisations Vakuummeter das heute bliche Standardme system Um Linearit t zwischen Gasdruck und lo nenstrom ber einen m glichst gro en Druckbereich zu gew hrleisten mu der R ntgeneffekt soweit wie m glich unter dr ckt werden Dies geschieht in der Elek trodenanordnung nach Bayard Alpert da durch da die Gl hkathode au erhalb der Anode liegt und der lonenf nger als d nner Draht die Achse des Elektrodensystems bil det siehe Abb 7 16c Der R ntgeneffekt wird durch die Verkleinerung der Ober fl che des lonenf ngers um zwei bis drei Zehnerpotenzen verringert Bei der Mes Druckmessung sung von Dr cken im Ultrahochvakuum Bereich beeinflussen die Oberfl chen der Me r hren und ihrer Anschlu leitungen an den Re
642. vision der Saugleistung Q durch den Druckwert Phv min ergeben sich die Saugverm gens werte f r diskrete Gasdurchflu werte Abb 3 21 Diagramm 3 S min 4 Die Saugleistung Das wichtigste ab geleitete Kenngr e ist die Saugleistung 74 Gasdurchsatz throughput siehe Abb 3 21 Diagramm 4 Q pPhv Wenn die Saugleistung ber dem Ansaug druck dargestellt wird siehe Diagramm 4 sieht man da die Kurve zun chst mit stei gendem Druck etwas flacher wird um dann pl tzlich steil abzufallen Das ist Grenz linie f r Vorvakuum bergabe oder fore vacuum limit line Die horizontale Verbin dung der beiden Kurven ste f r einen be stimmten Gasdurchsatz ergibt wieder die zugeh rige Kompression Werden in das selbe Diagramm auch die Saugleistungen von infrage kommenden Vorvakuumpum pen eingetragen so ergibt sich ein soge nanntes Operationsdiagramm Aus die sem kann man f r vorw hlbare Saug leistungen Gasdurchs tze die am besten geeignete Vorvakuumpumpe ausw hlen Dieses Verfahren ist in Abschnitt 5 2 4 2 genau beschrieben Abb 3 22 zeigt im selben Operationsdia gramm eine klassische Turbo Molekular pumpe T 1600 und eine Wide Range Turbo Molekularpumpe TW 1600 In dieser Darstellung kann man die unter schiedlichen Einsatzm glichkeiten der beiden Bauformen besonders deutlich er kennen So w re beispielsweise die Kom bination T 1600 mit einer DRYVAC
643. von CO Kohlendioxid ist ohne beson dere Ma nahmen durchf hrbar c Basische L sungen Zum Abpumpen basischer L sungen ist normales Pumpen l N 62 zu verwenden Natron und Kalilauge sollte nicht in kon zentrierter Form abgepumpt werden Am moniak l t sich bei geschlossenem Gas ballast gut abpumpen Organisch basische Medien wie Methylamin und Dimethylamin sind ebenfalls gut abzupumpen allerdings bei ge ffnetem Gasballastventil d Elementgase Das Abpumpen von Stickstoff und von Edelgasen bedarf keiner besonderen Ma nahme Beim Abpumpen von Wasserstoff mu die Gefahr des Entstehens eines explosiven Gemisches beachtet werden Bei Wasser stoff darf keinesfalls das Gasballastventil ge ffnet werden Die Motoren der Pumpen sollten explosionsgesch tzt sein Sauerstoff Besondere Vorsicht ist beim Abpumpen von reinem Sauerstoff gebo ten Hierf r m ssen Spezialpumpen le verwendet werden die wir Ihnen nach Be ratung durch uns mit einem Abnahme zeugnis des Bundesamtes f r Materialpr fung liefern k nnen e Paraffine Die niedrigen Paraffine z B Methan Bu tan lassen sich bei geschlossenem Gas ballastventil oder mit Inertgas als Gasbal last und oder bei erh hter Pumpentem peratur gut f rdern Achtung erh hte Explosionsgefahr f Alkohole Nach Erreichen der Betriebstemperatur kann Methyl und thylalkohol ohne Gas ballast abgepumpt werden Pumpen l N 62 Zum Abpumpen h here
644. wach sender Kondensatdicke nimmt der W r 82 mewiderstand und damit die Oberfl chen temperatur zu und folglich das Saugver m gen ab Als Nennsaugverm gen wird der Maximalwert der frisch regenerierten Pumpe angegeben Die Bindung der ver schiedenen Gase in der Kryopumpe erfolgt in drei Schritten Zun chst trifft das Ge misch aus Gasen und D mpfen auf das Baffle dessen Temperatur bei etwa 80 K liegt Hier werden vor allem H O und CO kondensiert Die brigen Gase durchdrin gen das Baffle und sto en auf die Au en seite der 10 K kalten Kondesationsfl che der zweiten Stufe Dort werden Gase wie N O oder Ar kondensieren brig bleiben nur H He und Ne Diese k nnen k nnen auf den Kondensationsfl chen nicht ge pumpt werden und gelangen nach einigen St en mit dem Strahlenschutz auf die In nenseite dieser Fl chen Erst an diesen mit einem Adsorbat Aktivkohle belegten Fl chen werden H He oder Ne durch Kryo sorption gebunden Deshalb werden f r die Betrachtung der Kryopumpe die Gase in drei Gruppen eingeteilt je nach dem bei welcher der in der Kryopumpe anstehen den Temperaturen ihr S ttigungsdampf druck unter 10 9 mbar f llt 1 Gruppe p lt 10 9 mbar bei T 77 K LN HO CO 2 Gruppe lt 10 mbar bei T 20 O Ar 3 Gruppe lt 10 9 mbar bei T lt 4 2 K H He Ne 4 2 5 Saugverm gen und Lage der Kaltfl chen Unter Ber cksichtigung sowohl der Lage der jew
645. weite W lzkolbenpumpe usw Man mu nat rlich von allen Pumpen die in der betrachteten Anordnung vorkommen deren theoretisches Saugverm gen und die Kompression bei Nullf rderung als Funk 50 tion des Vorvakuumdruckes kennen Wie bereits gesagt h ngt es vom Vakuumver fahren ab welche Abstufung am geeignet sten ist Es kann auch durchaus vorteilhaft sein wenn Vorpumpe und W lzkolben pumpe im Grobvakuumbereich das gleiche Saugverm gen haben Leistungsbedarf einer W lzkolbenpumpe Die Verdichtung in einer W lzkolbenpum pe erfolgt als u ere Verdichtung und ist modellm ig als isochore Verdichtung zu verstehen Erfahrungsgem gilt f r die Kompressionsleistung in guter N herung die Beziehung Nkompression Sin Pa 2 1 9 Zur Bestimmung der Gesamtleistung 500 Wellenleistung der Pumpe kommen noch mechanische Verlustleistungen N z B in den Lagerdichtungen hinzu N EN 220 ges 7 NKompression Die in N zusammengefa ten Verlustlei stungen sind wie die Erfahrung zeigt etwa proportional S also N Const Sy 2 21 Abh ngig vom Pumpentyp und Ausf hrung liegt der Wert der Konstanten zwischen 0 5 und 2 Wh m3 Die Gesamtleistung betr gt daher Nges Sin Py Pa Const Die entsprechende zur Berechnung n tzli che Zahlenwertgleichung lautet Nges Sin Py Pa Const 3 1072 Watt 2 22 mit p pain mbar Sy in m3 h und Const zwi
646. wendung findet weil bei diesem Schnitt im Bereich zwischen 0 und 50 C eine sehr geringe Temperatur abh ngigkeit der Frequenz auftritt siehe Abb 10 1 Dementsprechend mu ver sucht werden diesen Temperaturbereich w hrend der Beschichtung nicht zu ber schreiten Wasserk hlung des Quarzhal ters Da es trotz ausgefeilter Technik noch immer das Problem der Quarzkapazit t gibt das ist die maximal m gliche Beschichtungs N 1 N rel Frequenz nderung ppm Temperatur C Abb 10 1 Temperaturabh ngigkeit der Eigenfrequenz beim AT Schnitt dicke des Quarzes bei der er noch sicher schwingt existieren eine Reihe von Ans t zen diese Kapazit t zu vergr ern 1 Die Verwendung von mehreren Kristallen hintereinander in einem Mehrfachquarz halter mit automatischem Wechsel und Datenfortschreibung bei drohendem Ausfall eines Quarzes CrystalSix 2 Die RateWatcher Funktion bei der der Quarz alternierend f r kurze Zeit dem Beschichtungsstrahl ausgesetzt wird bis alle Messungen und die Regelung erfolgt sind und dann f r eine l ngere Zeitspanne durch einen Shutter abge deckt bleibt Der Auswahl des richtigen Quarzhalters spielt also bei allen Messungen mit Schwingquarzen eine wichtige Rolle F r unterschiedliche Anwendungen sind ver schiedene Quarzhalter Ausf hrungen zu empfehlen Mit oder ohne Shutter f r UHV aushei
647. werden zwei Konzepte angeboten Keramiklagertechnik In Keramikkugellagern laufen Keramik kugeln in Stahlk figen Die Lager sind mit Fett lebensdauergeschmiert Durch den Einsatz ungleicher Materialpaarung in die sen sogenannten Hybridlagern wird eine Kaltverschwei ung vermieden die fr her bei Verwendung von reinen Stahlkugel lagern schon durch einen kurzzeitigen Abri des d nnen Schmierfilmes zwischen Kugeln und Lagerring bzw K fig durch die materialgleiche Werkstoffpaarung in den Kontaktzonen zu einer Mikrokaltver schwei ung f hrte und dadurch die Lager standzeit stark reduzierte Magnetlagertechnik Das eleganteste Lagerkonzept ist die Mag netlagerung Die Firma Leybold hat schon 1975 mit den legend ren Serien 550 M und 560 M magnetgelagerte Turbo Molekular pumpen geliefert Damals handelte es sich um eine rein aktive Magnetlagerung Elektromagnete Erst Fortschritte im Bereich der Elektronik und die Verwen dung von Permanentmagneten passive Magnetlagerung nach dem System KFA J lich erm glichten eine wirklich weite Verbreitung des magnetischen Lagerkon zeptes Der Rotor wird dabei w hrend des Betriebes v llig ber hrungsfrei von magnetischen Kr ften stabil gehalten F r den Auslauf sind sogenannte Fang oder Notlauflager integriert Leybold setzt heute zwei Konstruktionsprinzipien f r die magnetische Rotorlagerung ein 1 Eine Achse magnetisch aktiv gelagert Der Rotor wird von Permane
648. wie sie in der Brillenop tik eingesetzt werden d rfen aber nicht ber 80 C erw rmt werden Um auch hier dichte stabile Schichtsysteme zu erhalten werden w hrend der Beschichtung die Substrate mit aus einer lonen quelle beschossen Durch das bardement wird in der aufwachsenden Schicht gezielt soviel Energie eingebracht so da sich die aufgedampften Teilchen auf den energetisch g nstigsten Gitterpl tzen anordnen ohne da die Substrattempera tur unzul ssig hohe Werte erreicht Gleich zeitig kann dem Argon Sauerstoff beige mischt werden Die so entstehenden Sau erstoffionen sind sehr reaktiv und stellen sicher da in die aufwachsende Schicht in gew nschter Weise Sauerstoff eingebaut wird Das Vakuumsystem einer solchen Auf dampfanlage besteht in der Regel aus einem Vorpumpstand mit Vorpumpe und W lzkolbenpumpe sowie einem Hochva kuum Pumpensystem Hier werden je nach Anforderungen Diffusionspumpen Kryopumpen oder Turbo Molekularpum pen eingesetzt meist in Verbindung mit gro en maschinengek hlten Kaltfl chen Die Pumpen m ssen so angebracht und durch Abschirmungen gesch tzt werden da kein Aufdampfmaterial in die Pumpen gelangen kann und da die in der Anlage eventuell angebrachten Heizer die Pumpen thermisch nicht berlasten Da Abschir mungen grunds tzlich das effektive Saug verm gen reduzieren mu der Anlagen hersteller einen geeigneten Kompromi zwische
649. xid Neon und Argon die Problematik bei Spektren Auswertung 102 10 10 10 10 10 Elektronenenergie eV Abb 8 14 Spezifische lonisierung S durch Elektronen der Energie E f r verschiedene Gase Wahrscheinlichkeiten RIW gegen ber Gasart Symbol RIW Gasart Symbol RIW Stickstoff angegeben Tabelle 8 3 Aceton CH C0 3 6 Chlorwasserstoff HCI 1 6 4 Zu guter Letzt werden die Gasmolek le Luft 1 0 Fluorwasserstoff HF 14 bei der lonisation oft in Bruchst cke zer Ammoniak NH 13 lodwasserstotf HJ 3 1 schlagen ar EN SLENENGEN Bruchst ck Argon Ar 1 2 Schwefelwasserstoff H S 2 2 verteilungen sind sogenannte charakteri stische Spektren finger print cracking Do Che 39 Jod pattern Achtung In Tabellen sind die ein Benzoes ure CeHsCOOH 55 Krypton Kr 17 zelnen Bruchst cke normiert angegeben Brom Br 3 8 Lithium Li 1 9 entweder auf den h chsten Peak in Butan Cl 4 9 Methan CH 1 6 bzw des h chsten Peaks oder nor Kohlendioxid CO 1 4 Methanol CH OH 1 8 miert auf die Summe aller Peaks siehe schwefelkohlenstoft CS 4 8 Neon Ne 0 23 Beispiele in Tabelle 8 4 Kohlenmonoxid co 1 05 Stickstoff N 1 0 Sowohl die Art der entstehenden Bruch Tetrachlorkohlenstoff 6 0 Stickoxid NO 1 2 St cke als auch die M glichkeit der Mehr GL 7 0 Stickstoffdioxid N 0 1 7 fachionisation sind von der Geometrie un terschiedliche lonenzahl je nach L nge des y_Chlorethan 4 0 Saue
650. y 5 4 45 Ausgangsspektrum ohne Argon ne mi m Bibliotheksspektrum Neon 5 25 Ausgangspektrum nach Abzug von Krypton Argon und Neon A Ausgangs bereich Vermutung Gruppen 1 Krypton 2 Krypton Vermutung 3 Argon 4 Argon Vermutung 5 Neon Abb 8 16 Subtrahieren von Bibliotheksspektren 141 Massenspektrometer m glich wenn alle Verursacher bekannt sind Bei vielen Anwendungen in der Va kuumtechnik handelt es sich aber um Mi schungen von wenigen einfachen oft be kannten Gasen mit Massenzahlen kleiner 50 Ausnahmen k nnen Proze gase bil den Liegt jedoch der komplizierte allge meine Fall vor da ein Spektrum mit einer Vielzahl von berlagerungen in einer v l lig unbekannten Mischung vieler Gaskom ponenten gemessen wurde dann mu der quantitativen Analyse eine qualitative Ana lyse vorausgehen Der auftretende Schwie rigkeitsgrad h ngt von der Zahl der ber lagerungen ab einzelne wenige viele Im Falle von einzelnen berlagerungen kann oft eine gegenseitige Verrechnung der lonenstr me bei Messung ein und der selben Gasart auf mehreren Massenzahlen schon zum Ziel f hren Bei einer gr eren Zahl von berlagerun gen und insgesamt begrenzter Zahl von Gasen hilft oft eine tabellarische Auswer tung mit Korrekturfaktoren gegen ber dem Spektrum eines Kalibriergases bekannter Zusammensetzung Im allgem
651. ystem passieren k nnen mu der Bedingung gen gen m e 14 438 12 12 Hochfrequenzamplitude Auadrupolradius Hochfrequenz Als Folge dieser linearen Abh ngigkeit erh lt man ein Massenspektrum mit linearer Massenskala durch gleichzeiti ge und proportionale nderung von U und V Bereich III Kein Durchla f r M wegen Sperrverhaltens des yz Stabpaares 8 3 1 3 Das Nachweissystem Detektor Nach Austritt aus dem Trennsystem treffen die lonen auf den lonenf nger oder Detek tor der im einfachsten Fall wie ein Fara day scher K fig ausgebildet sein kann Faraday Cup Jedenfalls werden auf den Detektor treffenden lonen durch Elektro nen aus dem lonenf nger neutralisiert Als eigentliches Me signal wird der entspre chende elektrisch verst rkte Strom als lonenstrom angezeigt F r gr ere Emp findlichkeit kann statt des Faraday Cups ein Sekund r Elektronen Vervielfacher SEV eingesetzt werden Als SEV s werden Channeltrons oder Chan nelplates eingesetzt SEV s sind fast tr g heitslose Verst rker mit einer Anfangsver st rkung von etwa 10 die zwar in der Zeit des ersten Gebrauches etwas abf llt aber dann lange Zeit nahezu konstant bleibt Abb 8 6 zeigt links die prinzipielle Anord nung eines Faraday lonenf ngers und rechts den Querschnitt durch ein Channel tron F r die Aufzeichnung von Spektren sollte f r die Scanzeit je Massenlinie t und die Zeit
652. zahldichte volumenbezogen Teilchendurchflu rate zeitbezogen Teilchendurchflu dichte Teilchenmasse Teilchenstrom Teilchenstromdichte Temperatur Temperaturdifferenz Temperaturleitf higkeit Totaldruck berdruck Umgebungsdruck Vakuum Lichtgeschwindigkeit Verdampfungsw rme Viskosit t dynamische Volumen Volumendurchflu Volumenstrom Volumenkonzentration Volumensto rate W rmemenge W rmekapazit t W rmeleitf higkeit W rme bergangskoeffizient Wegl nge Wellenl nge Winkel ebener Winkelbeschleunigung Winkelgeschwindigkeit Wirkungsgrad Zeit Zeitspanne Formel zeichen p sprich Ro v sprich Sigma v sprich N 9 AT An D Pe Pap Ly n sprich Eta q sprich Sigma i 2 lt 0 A sprich Lambda o sprich Alpha A sprich Lambda y rad sprich Alpha Beta Gamma a sprich Alpha w sprich Omega n sprich Eta t t At Sl Einheit Om m3 kg J kg Ki W m2 K4 mol mol 5 1 mol m gA m 1 5 m m gi m 1 kg gA m 1 K K mi 1 N mz m m2 m 8 1 d Pa s rad 1 Bevorzugte gesetzliche Einheiten Q cm mm m ki g J kg K J g7 KA W m2 mol kmol mol ei mol m 3 mol H 5 1 mi 5 1 2 571 s m3 s
653. zbar Doppel oder Sechsfach Quarzhalter sowie besondere Ausf hrun gen f r Sputter Anwendungen Neben die sen wichtigen eher mechanischen Din gen sollen im folgenden die Me und Regeltechnischen Fortschritte und Ger te eigenschaften besprochen werden 10 2 Grundlagen der Schicht dickenmessung mit Schwingquarzen Das Schwingquarz Schichtdickenme ger t n tzt die piezoelektrische Empfindlichkeit eines Schwingquarzes Monitor Kristalles auf zugef hrte Masse aus Diese Eigen schaft wird benutzt um bei einer Vakuum beschichtung die Beschichtungsrate und die Enddicke zu kontrollieren Bei bestimmten diskreten Frequenzen der angelegten Spannung tritt eine sehr schar fe elektromechanische Resonanz auf Wird die Oberfl che des in Resonanz schwin genden Quarzkristalles mit Masse belegt so verkleinert sich diese Resonanzfre quenz Diese Frequenzverschiebung ist sehr reproduzierbar und wird heute f r ver schiedene Schwingungs Modi des Quarzes genau verstanden Diese heuristisch leicht verst ndliche Erscheinung ist heute ein un verzichtbares Me und Proze leit Werk zeug mit dem leicht eine Beschichtungs Zunahme von weniger als einer Atomlage nachgewiesen werden kann In den sp ten 50er Jahren fanden Sauer brey und Lostis da die Frequenzver schiebung bei einer Beschichtung des Quarzkristalles mit der Massen nderung durch das Beschichtungsmaterial wie folgt zusammenh ngt NM A zm A wait 101
654. zeige auf der Me wertskala kontinuierliche Span nungen zwischen 0 und 10 V liefern so da die Druckwerte mit Hilfe eines Schrei bers zeitlich registriert werden k nnen Wird an den Schreiberausgang des Me ger tes ein Druckschaltger t angeschlos sen so k nnen bei ber oder Unter schreiten vorgegebener Sollwerte Schalt 124 vorg nge ausgel st werden Die Sollwerte oder Schaltschwellenwerte zum Ausl sen von Schaltvorg ngen direkt in den Me ger ten werden Trigger Werte genannt Neben Vakuummetern gibt es Mem bran Druckschalter die ohne Anzeige ei nes Me wertes bei Erreichen eines be stimmten Druckes ber einen Kontaktver st rker einen Schaltvorgang ausl sen Auch durch solche Schaltvorg nge k nnen dann beispielsweise Ventile gesteuert wer den 7 6 2 Automatische Sicherung berwachung und Steuerung von Vakuumanlagen Die Sicherung einer Vakuumanlage gegen St rungen ist von gr ter Bedeutung Bei einem Ausfall k nnen unter Umst nden sehr hohe materielle Werte auf dem Spiel stehen sei es durch Verlust der gesamten Anlage oder wichtiger Teile davon durch Verlust der Charge des zu bearbeitenden Materials oder durch weiteren Produk tionsausfall Eine ausreichende Betriebs kontrolle und Sicherung vor allem gr ter Produktionsanlagen sollte daher durchge f hrt werden Die einzelnen bei dieser Auf gabe zu ber cksichtigenden Faktoren wer 10 Hochvakuumw chter 11 Rezipie
655. zipienten die Druckmessung Auf die verschiedenen Adsorptions Desorptions Dissoziations und Str mungseffekte kann in diesem Zusammenhang nicht eingegan gen werden Bei Verwendung der Bayard Alpert Systeme als Einbaume systeme die sich direkt im Rezipienten befinden werden Fehlmessungen auf Grund der genannten Effekte weitgehend vermieden d Das Bayard Alpert lonisations Vakuummeter mit Modulator Eine Druckmessung bei der Fehler durch den R ntgen und den lonendesorptions effekt quantitativ ber cksichtigt werden k nnen bietet das Bayard Alpert System mit Modulator Abb 7 16d das von Redhead eingef hrt wurde In diesem System befindet sich neben dem lonen f nger innerhalb der Anode noch ein zwei ter d nner Draht der Modulator in der N he der Anode Liegt dieser auf Anoden potential so hat er auf die Messung keinen Einflu Legt man dagegen an den Modu lator das selbe Potential an wie an den lo nenf nger so flie t ein Teil des gebildeten lonenstromes auf den Modulator und der Strom der zum lonenf nger flie t wird kleiner Der angezeigte Druck p des loni sations Vakuummeters mit Modulator auf Anodenpotentlal setzt sich zusammen aus dem Anteil des Gasdruckes p und des R ntgeneffektes p Pa Pg P 7 4 Nach dem Umschalten des Modulators von Anodenpotential auf lonenf nger potential ist die modulierte Druck Anzeige geringer als die Anzeige p da ein Teil der lonen nunmehr auf den Mod
656. zt Zur Druckregelung unterhalb von 10 6 mbar sollten nur ausheizbare Ganz metall Gaseinla ventile verwendet wer den 7 6 5 Anwendungsbeispiele mit Membranreglern 1 Steuerung eines Trocknungs Destilla tionsprozesses unter Ber cksichtigung der maximalen Wasserdampfvertr g lichkeit der Drehschieberpumpe Abb 7 31 Dreifach Schaltung von Membranreglern Bei Trocknungsverfahren besteht sehr h u fig der Wunsch die Trocknung ausschlie lich mit Hilfe von Vakuumpumpen ohne Zwischenschaltung von Kondensatoren durchzuf hren In Hinblick auf die be grenzte Wasserdampfvertr glichkeit der Va kuumpumpen in der Regel ca 30 mbar h tte dies bei nicht gedrosseltem bzw nicht geregeltem Saugverm gen eine Kon densation der anfallenden D mpfe inner halb der Vakuumpumpe zur Folge Dies kann durch eine proze abh ngige Fern steuerung eines Membranreglers mit Zu satzsteuerventilen und ein Me und Schaltger t mit Drucksensor am Saug stutzen der Vakuumpumpe vermieden werden wenn durch automatische Kon trolle des Ansaugdruckes der Vakuum pumpe der Ansaugdruck durch Saugver m gensdrosselung der Pumpe an ihre Wasserdampfvertr glichkeit angepa t wird Abb 7 32 zeigt das Prinzip dieser Anord nung f t f r Pagr 300 mbar 3004 f t f r Pagr 200 mbar S 2004 f t f r Pagr 300 mbar 5 z 1 DT t f r Pagr 200 mbar P4 f t f r
657. zum Beispiel in Sputterprozessen oder reaktiven Aufdampf oder Sputterpro zessen Wenn der Z Wert f r massives Material bekannt ist ist es besser diesen zu verwenden als die automatische Be stimmung der Auto Z Ratio zu machen In F llen von Parallelbeschichtung und Schichtfolgen aber ist die automatische Z Bestimmung deutlich besser 10 9 Schichtdickenregelung Als letzter Punkt soll die Theorie der Re gelschleife f r Schichtdicken Me ger te zum Erzielen eines Schichtwachstums mit kontrollierter gleichbleibender Wachs tumsgeschwindigkeit behandelt werden Die me technischen Vorteile von Ger ten wie Geschwindigkeit Pr zision und Ver l lichkeit w ren unvollkommen genutzt wenn man diese Informationen nicht in eine verbesserte Proze kontrolle einbrin gen w rde F r einen Beschichtungspro ze hei t das die Beschichtungsrate soll so nahe und stabil wie m glich von einem Sollwert gehalten werden Der Zweck der Regelschleife ist es den Informationsflu des Me systems zu nutzen um die Lei stung f r eine spezielle Verdampfungs quelle in einer f r diese angepassten Weise zu regeln Bei richtiger Funktion bersetzt der Regler kleine Abweichungen des gere gelten Parameters der Rate vom Sollwert in Korrekturwerte des nachgeregelten Pa rameters Verdampferleistung Die F hig keit des Reglers schnell und genau zu messen verhindert da der Proze sich weit vom Sollwert entfernt Die meist verwende
658. zwischen den Rotorschaufeln und den Statorschaufeln der typischerweise einige Zehntelmillime ter betr gt Dementsprechend kollidieren die Molek le haupts chlich den Rotor schaufeln so da sich ein h chst effek tiver Pumpvorgang ergibt Im Bereich der laminaren Str mung d h bei Dr cken ber 10 1 mbar ergibt sich ein g nzlich anderer Sachverhalt Die Funk tionsweise des Rotors wird durch h ufige Kollisionen zwischen den Molek len be eintr chtigt Daher ist eine Turbo Moleku larpumpen nicht in der Lage Gase gegen Atmosph ren Druck zu pumpen Die klas sische Turbo Molekularstufe mu daher von einer ausreichend dimensionierten Vorvakuumpumpe und eventuell von ei ner Molekular Drag Stufe unterst tzt werden 67 Kinetische Vakuumpumpen 3 2 3 Kenngr en Saugverm gen S 5 1 Unter Saugverm gen versteht man den mittleren Volumendurchflu eines Gases pro Zeiteinheit durch den Ansaugflansch der Vakuumpumpe Im Hochvakuumbe reich wird das Saugverm gen blicher weise in s7 angegeben Das Saugver m gen f r ein bestimmtes Gas h ngt vom Durchmesser des Einla flansches der Rotor Stator Konstruktion der Turbine der Rotordrehzahl und dem Molekulargewicht des Gases ab Bei der Turbine bestimmen die ersten Stufen blicherweise 6 bis 10 Stufen das Saugverm gen Daher die Schaufeln der Ansaugstufe besonders lang ausgebildet damit sich eine gro e aktive Ringfl che an der ersten Rotorstufe erg

Mechanische Vakuumpumpen

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