f70 vakuum und mechanik christina schwarz martin-i. trappe

F70F70 Vakuum und Mechanik Vakuum und Mechanik

Christina SchwarzChristina Schwarz

Martin-I. TrappeMartin-I. Trappe

Entwicklung der VakuumtechnikEntwicklung der Vakuumtechnik

DruckbereicheDruckbereicheDruckbereichDruckbereich

[mbar][mbar]

Mittlere freie Mittlere freie Weglänge Weglänge

[m][m]

StrömungStrömung

GrobvakuumGrobvakuum 1000 bis 1000 bis

11

1010-7-7-10-10-4-4 viskosviskos

FeinvakuumFeinvakuum 1 bis 101 bis 10-3-3 1010-4 -4 - 0.1- 0.1 KnudsenKnudsen

HochvakuumHochvakuum 1010-3-3 bis 10 bis 10-6-6 0.1-1000.1-100 molekularmolekular

UltravakuumUltravakuum 1010-6-6 bis 10 bis 10-9-9 1000- 101000- 1055 molekularmolekular

Ultrahoch-Ultrahoch-vakuumvakuum

<10<10-9-9 >10>1066 molekularmolekular

51 1.013 1013 1.013 10 760atm bar mbar Pa Torr

Freie WeglängeFreie Weglänge

mittlere Strecke zwischen zwei mittlere Strecke zwischen zwei ZusammenstößenZusammenstößen

Faustformel für Luft: Faustformel für Luft:

Beispiel: Beispiel:

mbarmp 51065,6

n1:

cmmbar 710 3

StrömungenStrömungen

viskose Strömung: 2·r·p ≥ 0.5 mbar·cmviskose Strömung: 2·r·p ≥ 0.5 mbar·cm

[→ Hagen-Poiseuille][→ Hagen-Poiseuille]

Molekularströmung: 2·r·p ≤ 0.01 Molekularströmung: 2·r·p ≤ 0.01 mbar·cmmbar·cm

Knudsen Strömung: dazwischenKnudsen Strömung: dazwischen

d

d

d

SaugvermögenSaugvermögen

Definition: Definition: (gemessen beim Druck an (gemessen beim Druck an der Saugseite)der Saugseite)dt

dVS a

SaugleistungSaugleistung

Definition: Definition:

Zur Auswahl einer Vorpumpe für eine HochvakuumpumpeZur Auswahl einer Vorpumpe für eine Hochvakuumpumpe ist GGW-Zustandist GGW-Zustand

t

kTN

t

VppSQ aaa

ap

Beispiel zur SaugleistungBeispiel zur Saugleistung

Unterschied zwischen und :Unterschied zwischen und :

Pumpe 1 (arbeitet bei Pumpe 1 (arbeitet bei ): ):

Pumpe 2 (arbeitet beiPumpe 2 (arbeitet bei ): ):

mbar310

s

lS 1000

mbar1s

lS 1

mbars

lQ 1

skT

mbarsl

t

N 1105,2

114

S Q

Widerstand eines RohresWiderstand eines Rohres

Definition: Definition: (Ohmsches Gesetz)(Ohmsches Gesetz)

Leitwert:Leitwert:

Kirchhoff‘sche Regeln: analog E-LehreKirchhoff‘sche Regeln: analog E-Lehre

L proportional zu L proportional zu OO( )( )

[[→ möglichst dicke Leitungen verwenden→ möglichst dicke Leitungen verwenden]]

W

pQ

WL

1

2r

PumpenPumpen

VerdrängerpumpenVerdrängerpumpen

TreibmittelpumpenTreibmittelpumpen

MolekularpumpenMolekularpumpen

SorptionspumpenSorptionspumpen

KryopumpenKryopumpen

DrehschieberpumpeDrehschieberpumpe

PumpenPumpen






TMPTMP

PumpenPumpen






MessgeräteMessgeräte

Flüssigkeits-VakuummeterFlüssigkeits-Vakuummeter

mechanische Vakuummetermechanische Vakuummeter

Wärmeleitungs-VakuummeterWärmeleitungs-Vakuummeter

Ionisations-VakuummeterIonisations-Vakuummeter

Röhrenfeder-VakuummeterRöhrenfeder-Vakuummeter

MessgeräteMessgeräte

Flüssigkeits-VakuummeterFlüssigkeits-Vakuummeter

mechanische Vakuummetermechanische Vakuummeter

Wärmeleitungs-VakuummeterWärmeleitungs-Vakuummeter

Ionisations-VakuummeterIonisations-Vakuummeter

Glühkathoden-VakuummeterGlühkathoden-Vakuummeter

KathodeAnode

Beschleunigungsspannung

Kollektor

Ionenstrom

Kriterien für VakuumapparaturenKriterien für Vakuumapparaturen

Dampfdruck [Öl, Kleber]Dampfdruck [Öl, Kleber] Schmelzpunkt [kein Messing]Schmelzpunkt [kein Messing] eingeschlossene Gase [Schweißstellen]eingeschlossene Gase [Schweißstellen] kompakte Versuchsaufbautenkompakte Versuchsaufbauten

[wenige Schläuche, dicke Leitungen, [wenige Schläuche, dicke Leitungen, Pumpen direkt an der Vakuumkammer]Pumpen direkt an der Vakuumkammer]

VersuchsdurchführungVersuchsdurchführung


Drehschieber- und TurbomolekularpumpeDrehschieber- und Turbomolekularpumpe

Saugvermögen der TurbomolekularpumpeSaugvermögen der Turbomolekularpumpe

Leitwert von Rohr und BlendeLeitwert von Rohr und Blende

LecksucheLecksuche


Enddruck:Enddruck: mm

mbarp

13,033,1

105,05 2

TMP mit VorpumpeTMP mit Vorpumpe

Druck im Rezipienten:Druck im Rezipienten:

Druck im Rezipienten nach 20 h:Druck im Rezipienten nach 20 h:

mbarpabends51021,010,2

m

mbarpmittags

0,26,19

1034,040,3 6

Saugvermögen der TMPSaugvermögen der TMP

Saugvermögen hängt vom Druck im Rezipienten ab.Saugvermögen hängt vom Druck im Rezipienten ab.

Schaubild Saugvermögen (Druck)Schaubild Saugvermögen (Druck)

s

lS

s

lS

theo

ex

56

5,15,40

Leitwert von Rohr und BlendeLeitwert von Rohr und Blende

Schaubild Leitwerte (Druck)Schaubild Leitwerte (Druck)

s

lL

s

lL

s

lL

theoBR

theoB

theoR

05,057,0

11,081,0

05,089,1

,

,

,

s

lL

LLL

BR

exRexBBR

28,067,0

111

,,

s

lL

s

lL

s

lL

exBR

exB

exR

2,08,0

25,01

5,02

,

,

,

LecksucheLecksuche

bedeutender Teil der Vakuumtechnikbedeutender Teil der Vakuumtechnik Lecktypen: Lecktypen:

Echte Lecks (Risse, Löcher)Echte Lecks (Risse, Löcher) Pseudolecks (Desorption von Gasen)Pseudolecks (Desorption von Gasen)

Leckrate Leckrate Beispiel Fahrradschlauch:Beispiel Fahrradschlauch:

Bei einer Leckrate von Bei einer Leckrate von

→ → 317 Jahre für Druckabfall von 1 bar317 Jahre für Druckabfall von 1 barsmbarl 710

Gegenstrom-LecksucheGegenstrom-Lecksuche

Helium-Lecksucher: massensensitives Glühkathoden-Vakuummeter

Anwendungen der VakuumtechnikAnwendungen der Vakuumtechnik

LebensmittelindustrieLebensmittelindustrie FernsehröhreFernsehröhre BeschichtungenBeschichtungen

[Optik, Halbleitertechnik][Optik, Halbleitertechnik]z.B. Aufdampfen, Sputternz.B. Aufdampfen, Sputtern

FusionsforschungFusionsforschung TeilchenbeschleunigerTeilchenbeschleuniger

mbar710

mbar810

mbar73 1010

mbar310

mbar910

SputternSputtern

Vielen Dank!

TMP

Rezipient

Flansch

Ventil

Kombi-Vakuummeter

Pirani-Vakuummeter

Röhrenfeder-Vakuummeter

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