Wutz Handbuch Vakuumtechnik: Theorie und Praxis
Gespeichert in:
| Format: | Buch |
|---|---|
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Braunschweig [u.a.]
Vieweg
2006
|
| Ausgabe: | 9., überarb. und erw. Aufl. |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XXVI, 854 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 383480133X |
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Inhaltsverzeichnis
Vorwort zur 9. Auflage.
V
Vorwort zur 8. Auflage.
VII
Kapitel, Beiträge und Mitarbeiter.
IX
1 Die Geschichte der Vakuumphysik und Vakuumtechnik . 1
1.1 Literatur. 14
2 Anwendungen und Aufgaben der Vakuumtechnik . 15
2.1 Literatur . 22
3 Gasgesetze und kinetische Gastheorie. 23
3.1 Beschreibung des Gaszustandes . 23
3.1.1 Zustandsgrößen . 23
3.1.2 Mengengrößen. 26
3.1.3 Zustandsgieichung des idealen Gases. 28
3.1.4 Gemisch verschiedener Gase. 30
3.2 Kinetische Gastheorie. 31
3.2.1 Modellvorstellung . 31
3.2.2 Wanddruck als Folge von Teilchenstößen. 32
3.2.3 Geschwindigkeitsverteilung von Maxwell und Boltzmann. 33
3.2.4 Flächenstoßrate und
Effusion
. 36
3.2.5 Größe der Gasteilchen, freie Weglänge. 37
3.3 Transporteigenschaften von Gasen. 41
3.3.1 Drackabhängigkeit . 41
3.3.2 Innere Reibung in Gasen: Viskosität. 42
3.3.3 Wärmetransport: Wärmeleitfähigkeit. 46
3.3.4 Diffusion. 53
3.4 Reale Gase . 55
3.4.1 Zustandsgieichungen. 55
3.5 Dämpfe . 59
3.5.1 Sättigungsdampfdruck. 59
3.5.2 Verdampfungsrate . 62
3.6 Literatur . 64
4 Strömung von Gasen . 65
4.1 Strömungsarten, Begriffsdefimtionen. 65
4.1.1 Charakterisierung von Strömungen, Knudsenzahl, Reynoldszahl. 65
4.1.2 Gasstrom, Saugleistung, Saugvermögen . 68
4.1.3 Strömungswiderstand, Strömungsleitwert. 72
4.1.4 Effektives Saugvermögen einer Vakuumpumpe. 73
4.2 Reibungsfreie viskose Strömung, Gasdynamik . 74
4.2.1 Erhaltungssätze. 74
4.2.2 Allmähliche Querschnittsänderung: isentrope Zustandsänderung. 76
4.2.3 Kritische Strömung. 79
4.2.4 Verblockung bei kleinem Auslassdruck . 81
4.2.5 Kontraktion bei Einströmung in Blende und Rohr. 82
4.2.6 Beispiele zur Düsenströmung. 83
4.2.7 Gerader und schräger Verdichtungsstoß. 86
4.2.8 Lavaldüse, Ausströmung bei Gegendruck. 89
4.2.9 Strömung um eine Ecke (Prandtl-Meyer). 91
4.3 Reibungsbehaftete viskose Leitungsströmung. 94
4.3.1 Laminare und turbulente Strömung durch eine Leitung. 94
4.3.2 Leitungsströmung von Luft . 97
4.3.3 Lufteinströmung in einen Kessel, Beispiele . 100
4.3.4 Rohr in der Ansaugleitung einer Pumpe, Beispiele. 103
4.3.5 Strömung durch Leitungen mit nicht-kreisförmigem Querschnitt. 106
4.3.6 Gasartabhängigkeit der Strömung . 108
4.4 Molekulare Strömung im Hoch- und Ultrahochvakuum. 109
4.4.1 Strömungsform, Begriffe, Durchlaufwahrscheinlichkeit. 109
4.4.2 Molekulare Strömung durch Blende. 113
4.4.3 Molekulare Strömung durch Leitung gleichbleibenden Querschnitts . 114
4.4.4 Molekulare Strömung durch Kreisrohr. 116
4.4.5 Molekulare Strömung durch Leitungen einfachen Querschnitts . 118
4.4.6 Rohrbogen und Rohrknie. 121
4.4.7 Hintereinanderschaltung von Rohr und Blende. 122
4.4.8 Hintereinanderschaltung von Bauelementen . 123
4.4.9 Molekularströmung durch konisches Kreisrohr (Trichter). 125
4.4.10 Bauelement in der Ansaugleitung einer Pumpe. 126
4.5 Strömung im gesamten Drackbereich. 128
4.5.1 Kennzeichnung der Strömung . 128
4.5.2 Strömung durch dünne Kreisblende . 128
4.5.3 Strömung durch langes Kreisrohr. 130
4.6 Strömung bei Temperaturdifferenz, thermische
Effusion,
Transpiration. 135
4.7 Messung von Strömungsleitwerten. 138
4.7.1 Notwendigkeit der Messung. 138
4.7.2 Messung des charakteristischen Leitwerts (Eigenleitwert). 138
4.7.3 Berechnung des reduzierten Leitwerts (Einbauleitwert). 140
4.7.4 Messung des reduzierten Leitwerts . 140
4.8 Literatur . 142
5 Sorption und Diffusion . 143
5.1 Sorptionsphänomene und deren Bedeutung - Begriffe und Terminologie . 143
5.2
Adsorptions-
und Desorptionskinetik . 148
5.2.1 Adsorptionsrate. 148
5.2.2 Desorptionsrate. 149
5.2.3 Hobsons Modell einer Auspumpkurve. 150
5.2.4 Mono-Schicht-Adsorptionsisotnermen. 153
5.2.5 Mehrschicht-Adsorption und Brunauer-Emmett-Teller-
(BET-)lsotherme. 156
5.2.6 Mono-Zeit. 157
5.3 Absorption, Diffusion und Ausgasung. 158
5.4
Permeation
. 163
5.5 Literatur . 166
6 Verdrängerpumpen . 167
6.1 Einleitung und Übersicht . 167
6.2 Oszillationsverdrängerpumpen . 169
6.2.1 Kolbenpumpen . 169
6.2.2 Membranpumpen. 171
6.2.2.1 Aufbau und Funktionsweise . 171
6.2.2.2 Saugvermögen und Enddruck. 172
6.2.2.3 Gasballast . 174
6.2.2.4 Antriebskonzepte. 174
6.2.2.5 Enddruck . 175
6.2.2.6 Gasartabhängigkeit des Saugvermögens und des Enddrucks 176
6.2.2.7 Drehzahlabhängigkeit des Enddracks. 176
6.2.2.8 Konstraktionsprinzipien . 177
6.2.2.9 Anwendung von Membranpumpen im Chemielabor. 179
6.2.2.10 Membranpumpen als Vorpumpen für
Turbomolekularpumpen . 179
6.2.2.11 Membranpumpen in Kombination mit anderen
Vakuumpumpen . 182
6.3 Einwellige Rotationsverdrängerpumpen. 183
6.3.1 Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen. 183
6.3.1.1 Aufbau und Funktionsweise . 184
6.3.1.2 Betriebseigenschaften und Auslegung. 185
6.3.1.3 Bauarten. 188
6.3.1.4 Pumpstände mit Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen. 191
6.3.1.5 Hinweise für den wirtschaftlichen Betrieb . 193
6.3.2 Drehschieberpumpen. 195
6.3.2.1 Wirkungsweise und Aufbau . 195
6.3.2.2 Trocken laufende Drehschieberpumpen. 196
6.3.2.3 Ölgeschmierte Drehschieberpumpen. 197
6.3.2.4 Frischöl geschmierte Drehschieberpumpe. 199
6.3.2.5 Betriebsverhalten und Hinweise. 200
6.3.2.6 Kennlinien, Kenndaten . 202
6.3.3 Sperrschieberpumpen . 203
6.3.3.1 Wirkungsweise und technischer Aufbau . 203
6.3.3.2 Vergleich zwischen Dreh- und Sperrschieberpumpen. 207
6.3.4 Trochoidenpumpen. 207
6.3.5 Scroll-Pumpen. 209
6.3.5.1 Das Verdichtungsprinzip . 209
6.3.5.2 Aufbau. 210
6.3.5.3 Anwendungen und Vorteile. 211
6.4 Zweiwellige Rotationsverdrängerpumpen . 211
6.4.1 Schraubenpumpen . 211
6.4.1.1 Wirkungsweise und technischer Aufbau . 212
6.4.1.2 Wärmeverhalten und technische Hinweise. 218
6.4.2 Drehzahnpumpen. 220
6.4.2.1 Verdichtungsprinzip . 220
6.4.2.2 Vergleich mit Wälzkolbenpumpen . 223
6.4.2.3 Mehrstufige Drehzahnpumpen und Pumpkombinationen . 225
6.4.2
A
Drehzahlregelung. 225
6.4.2.5 Anwendungsgebiete. 226
6.4.3 Wälzkolbenpumpen (Roots-Pumpen). 226
6.4.3.1 Wirkungsweise . 226
6.4.3.2 Technischer Aufbau. 227
6.4.3.3 Theoretische Grundlagen. 229
6.4.3.4 Der effektive Gasstrom. 229
6.4.3.5 Kompressionsverhältnis
Ko
bei Nulldurchsatz. 230
6.4.3.6 Effektives Kompressionsverhältnis und volumetrischer
Wirkungsgrad [51]. 231
6.4.3.7 Abstufung des Saugvermögens
Vorpumpe/Wälzkolbenpumpe. 232
6.4.3.8 Saugvermögen und Enddruck. 236
6.4.3.9 Installation und Betriebshinweise. 238
6.5 Spezifische Eigenschaften ölgedichteter Verdrängerpumpen. 239
6.5.1 Saugvermögen und erreichbarer Enddrack. 239
6.5.1.1 Saugvermögen und Endpartialdruck. 239
6.5.1.2 Enddrack und Ölauswahl. 240
6.5.2 Ölräckströmung. 243
6.6 Grundlagen Verdrängerpumpen. 244
6.6.1 Abpumpen von Dämpfen — Gasballast. 244
6.6.2 Leistungsbedarf. 248
6.6.2.1 Isotherme Kompression. 249
6.6.2.2 Adiabatische Kompression . 249
6.6.2.3 Polytrope Kompression . 250
6.6.2.4 Kompressionsleistung. 250
6.7 Betriebs- und Sicherheitshinweise. 252
6.7.1 Aufstellung. 252
6.7.2 An- und Abstellen, Saugstutzenventile. 252
6.7.3 Auswahl der Pumpen und Arbeitshinweise. 253
6.7.4 Sicherheitstechnische Hinweise. 254
6.8 Spezifisches Zubehör für Verdrängerpumpen. 256
6.8.1 Sorptionsfallen. 256
6.8.2 Sicherheitsventile . 257
6.8.3 Ölfilter und Ölreinigung. 258
6.8.4 Auspuff-Filter (Ölnebelabscheider). 259
6.8.5 Staubfilter. 260
6.9 Literatur . 261
7 Kondensatoren . 265
7.1 Kondensationsvorgänge im Vakuum. 265
7.1.1 Grundlagen . 265
7.1.2 Kondensation reiner Dämpfe. 267
7.1.3 Kondensation von Gas-Dampf Gemischen . 269
7.1.4 Kühlmittel. 272
7.2 Bauarten von Kondensatoren. 273
7.2.1 Oberflächenkondensatoren für Flüssigkeitskondensation . 273
7.2.2 Mischkondensatoren. 276
7.2.3 Kondensataustrag . 277
7.2.4 Oberflächenkondensatoren für Feststoffkondensation . 278
7.3 Integration von Kondensatoren in Vakuumsysteme . 279
7.3.1 Kondensatoren in Kombination mit Vakuumpumpen. 279
7.3.2 Regelung. 282
7.4 Berechnungsbeispiele . 282
7.5 Literatur . 284
8 Treibmittelpumpen. 285
8.1 Einleitung, Übersicht . 285
8.2 Flüssigkeitsstrahlpumpen. 286
8.3 Dampfstrahl-Vakuumpumpen. 288
8.3.1 Aufbau und Wirkungsweise . 289
8.3.2 Leistungsdaten, Betriebsverhalten und Regelung. 290
8.3.3 Mehrstufige Dampfstrahl-Vakuumpumpen. 294
8.3.4 Organische Dämpfe als Treibmedium. 296
8.4 Diffusionspumpen. 297
8.4.1 Aufbau und Arbeitsweise . 297
8.4.2 Treibmittel. 301
8.4.3 Dampfsperren
(Baffles)
und Fallen. 302
8.4.4 Fraktionieren, Entgasen. 303
8.4.5 Betriebshinweise . 305
8.4.6 Saugvermögen, Vorvakuumbeständigkeit, Hybridpumpen. 305
8.4.7 Berechnung der Funktionsgrößen von Diffusions- und
Dampfstrahlpumpen anhand eines einfachen Pumpenmodells. 308
8.5 Vergleich Diffusionspumpen — Dampfstrahlpumpen . 315
8.6 Literatur . 318
9 Molekular- und Turbomolekularpumpen . 319
9.1 Einleitung. 319
9.2 Molekularpumpen. 321
9.2.1 Gaedepumpstufe. 321
9.2.2 Holweckstufe. 325
9.2.3 Siegbahnstufe . 325
9.3 Physikalische Grundlagen der Turbomolekularpumpstufen. 326
9.3.1 Pumpmechanismus. 326
9.3.2 Saugvermögen und Kompressionsverhältnis. 327
9.3.3 Statistische und Gaedesche Betrachtung des Pumpeffekts. 328
9.3.4 Wärmehaushalt. 331
9.4 Turbomolekularpumpen. 334
9.4.1 Aufbau. 334
9.4.2 Wirkungsweise . 335
9.4.3 Rotormaterialien und mechanische Anforderungen . 336
9.4.4 Heizung und Kühlung. 337
9.4.5 Sonderausführungen. 337
9.4.6 Sicherheitsanforderungen . 339
9.4.7 Lagerung von Turbomolekularpumpenrotoren. 340
9.4.7.1 Welle mit zwei Kugellagern . 340
9.4.7.2 Welle mit Permanentmagnetlager und Kugellager. 341
9.4.7.3 Magnetlagerang. 341
9.4.8 Antriebe und Bedienung. 343
9.4.9 Leistungsdaten. 344
9.4.9.1 Saugvermögen . 344
9.4.9.2 Kompressionsverhältnis, Enddrack und Basisdruck. 345
9.4.9.3 Auspumpzeiten von Behältern. 346
9.4.9.4 Pumpen hoher Gaslasten. 347
9.4.10 Betrieb und Wartung . 349
9.4.10.1 Wahl der Vorpumpe . 349
9.4.10.2 Allgemeine Hinweise. 349
9.4.10.3 Einschalten. 349
9.4.10.4 Erreichen des Basisdruckes . 349
9.4.10.5 Betrieb in Magnetfeldern. 350
9.4.10.6 Belüften . 350
9.4.10.7 Wartung. 350
9.4.11 Anwendungen. 351
9.5 Literatur . 354
10 Sorptionspumpen. 355
10.1 Einleitung. 355
10.2 Adsorptionspumpen. 356
10.2.1 Wirkungsweise . 356
10.2.2 Aufbau. 358
10.2.3 Endvakuum und Saugvermögen. 359
10.2.3.1 Enddrack mit einer Adsorptionspumpe. 359
10.2.3.2 Enddruck mit zwei oder mehr Adsorptionspumpen . 361
10.2.4 Verbesserung des Endvakuums durch Vorevakuieren oder Füllen
mit einem Fremdgas . 362
10.2.5 Betriebs- und Arbeitshinweise. 362
10.3
Getter
. 363
10.3.1 Wirkungsweise und Getterarten . 363
10.3.2 NEG-Pumpen . 365
10.3.2.1 Grandlagen der Volumengetter/NEG. 365
10.3.2.2 Aufbau von NEG-Pumpen. 369
10.3.2.3 Saugvermögen und Getterkapazität. 370
Inhaltsverzeichnis XVII
10.3.2.4 Anwendung von NEG-Pumpen. 371
10.3.2.5 Sicherheits-und Betriebshinweise. 372
10.3.3 Verdampferpumpen. 373
10.3.3.1 Materialien der Verdampfer . 373
10.3.3.2 Saugvermögen . 374
10.3.3.3 Getterkapazität. 376
10.3.3.4 Aufbau der Verdampfergetterpumpen. 377
10.4 Ionenzerstäuberpumpen. 382
10.4.1 Wirkungsweise. 382
10.4.2 Technischer Aufbau (Diodentyp) . 385
10.4.3 Saugvermögen. 386
10.4.4 Die
différentielle
Diodenpumpe. 389
10.4.5 Die Triodenpumpe. 389
10.4.6 Lineare Zerstäuberpumpen
(Distributed ion pump)
. 392
10.4.7 Restgasspektrum. 392
10.4.8 Arbeitstechnik . 393
10.5 Die Orbitronpumpe. 394
10.6 Literatur . 395
11 Kryotechnik und Kryopumpen . 397
11.1 Einleitung. 397
11.2 Kühlverfahren. 398
11.2.1 Begriffe und Hauptsätze der Thermodynamik . 398
11.2.2 Spezielle Kühlprozesse. 400
11.2.2.1 Joule-Thomson-Entspannung; Linde-Verfahren . 400
11.2.2.2 Expansionsmaschinen. 403
11.2.2.3 Claude-Verfahren . 404
11.2.2.4 Stirling-Verfahren. 404
11.2.2.5 Gifford-McMahon-Verfahren. 405
11.2.2.6 Allgemeine Kriterien für Kälteanlagen. 406
11.3 Kryostatentechnik. 409
11.3.1 Kryostate . 409
11.3.2 Vakuumisolierte Leitungen [17]. 412
11.3.3 Nachfüllvorrichtungen. 413
11.3.4 Kältemittelverluste . 417
11.4 Kryopumpen . 421
11.4.1 Die Bindung von Gasen an Kaltflächen . 421
11.4.1.1 Gaskondensation. 422
11.4.1.2 Kryotrapping und Kryosorption . 422
11.4.2 Kenngrößen einer Kryopumpe . 425
11.4.2.1 Startdrack pst. 425
11.4.2.2 Enddruck pend. 426
11.4.2.3 Saugvermögen. 427
11.4.2.4 Standzeit JB . 428
11.4.2.5 Kapazität (maximale Gasaufhahme). 429
1L4.2.6 Wärmeübertragung auf die Kaltfläche. 429
11.4.2.7 Wärmeleitfähigkeit der Kondensate. 430
11.4.2.8 Wachstumsgeschwindigkeit der Kondensatschicht . 431
11.4.2.9
„Cross-oveť'-Wert
. 432
11.4.2.10 Maximal zulässiger¿-F-Durchfluß. 432
11.4.3 Konstruktionsprinzipien . 433
11.4.3.1 Bad-Kryopumpen . 433
11.4.3.2 Verdampfer-Kryopumpen. 433
11.4.3.3 Kryopumpen mit Kältemaschine
(Reftigerator
-Кгуоршпреп)
. 436
11.4.3.4 Anwendungsbeispiele. 439
11.4.3.5 Kryopumpen in der Kernfusionstechnik. 439
11.4.3.6 Kryopumpen in der Raumfahrttechnik . 440
11.4.3.7 Kryopumpen in Teilchenbeschleunigern. 441
11.4.3.8 Kryopumpen in industriellen Anlagen. 441
11.4.3.9 Kryopumpen für UHV-Anlagen. 441
11.4.4 Entwicklungstendenzen für die Kryopumpe. 443
11.5 Literatur . 444
12 Vakuummessgeräte für Totaldruck . 446
12.1 Einleitung. 446
12.2 Mechanische Vakuummeter. 447
12.2.1 Prinzip und Einteilung. 447
12.2.2 Plattenfedervakuummeter. 448
12.2.3 Kapselfedervakuummeter (Messbereich 1
kPa
. 100
kPa) .
449
12.2.4 Röhrenfedervakuummeter (Messbereich 1
kPa
. 100
kPa).
450
12.2.4.1 Quarz-Bourdon-Vakuummeter. 450
12.2.5 Membranvakuummeter. 451
12.2.5.1 Membranvakuummeter mit mechanischer Anzeige
(Messbereich 0,1
kPa
. 100
kPa).
452
12.2.5.2 Membranvakuummeter mit elektrischem Umformer . 453
12.2.5.3 Membranvakuummeter nach dem piezo-resistiven Prinzip . 454
12.2.5.4 Piezo-elektrische Vakuummeter. 455
12.2.5.5 Resonanz-Membranvakuummeter. 456
12.2.5.6 Kapazitätsvakuummeter . 457
12.2.5.7 Thermische Transpiration. 459
12.2.6 Druckschalter und Druckregler. 461
12.3 Gasreibungsvakuummeter
(Spinning Rotor Gauge)
. 463
12.3.1 Messanordnung und Messprinzip. 464
12.3.2 Bremsung durch Gasreibung . 465
12.3.3 Durchführung der Messung. 469
12.3.4 Erweiterung des Messbereichs zu höheren Drücken . 470
12.3.5 Messunsicherheit. 471
12.4 Direkte elektrische Drackmessumformer . 472
12.5 Wärmeleitungsvakuummeter. 472
12.5.1 Prinzip . 472
12.5.2 Wärmeleitungsvakuummeter mit konstanter Drahttemperatur. 476
12.5.3 Wärmeleitongsvakuummeter mit konstanter Heizung. 479
12.5.4 Thermoelementvakuummeter
(Thermocouple)
. 481
12.5.5 Thermistoren . 481
12.5.6 Hinweise zur Verwendung von Wärmeleitungsvakuummetern . 482
12.6 Gasflussmessgeräte. 482
12.7 Ionisationsvakuummeter. 485
12.7.1 Prinzip und Einteilung. 485
12.7.2 Geschichtliche Entwicklung der Ionisationsvakuummeter. 485
12.7.3 Ionisationsvakuummeter mit Emissionskathode . 488
12.7.3.1 Messprinzip . 488
12.7.3.2 Aufbau der Emissionskathoden-Ionisationsvakuummeter . 492
12.7.3.3 Konzentrische Triode . 492
12.7.3.4 Feinvakuum-Ionisationsvakuummeter . 493
12.7.3.5 Ionisationsvakuummeter nach
Bayard
und Alpert. 494
12.7.3.6 Extraktor-Ionisationsvakuummeter . 498
12.7.3.7 Andere Glühkathoden-Ionisationsvakuummeter. 502
12.7.3.8 Betriebshinweise für Emissionskathoden-
Ionisationsvakuummeter . 502
12.7.4 Ionisationsvakuummeter mit gekreuzten
elektromagnetischen Feldern. 504
12.7.4.1 Penning-Vakuummeter. 504
12.7.4.2 Magnetron und invertiertes Magnetron . 508
12.7.5 Vergleichende Betrachtung zwischen den beiden Arten
von Ionisationsvakuummetern. 510
12.7.6 Allgemeine Hinweise . 512
12.8 Literatur . 516
13 Partialdruckmessgeräte und Leckdetektoren . 519
13.1 Einleitung. 519
13.2 Partialdruckmessgeräte (Massenspektrometer). 519
13.2.1 Ionenquellen. 524
13.2.1.1 Offene Ionenquelle
OIS
. 525
13.2.1.2 Geschlossene Ionenquellen. 526
13.2.1.3 Crossbeam-Ionenquelle . 527
13.2.2 Heizfaden-Materialien. 528
13.2.3 Ionenquellenbedingte Artefakte im Massenspektrum. 529
13.2.4 Massen-Analysatoren . 531
13.2.4.1 Quadrapol-Massenanalysator . 531
13.2.4.2 Miniaturisierte Quadrupol-Massenspektrometer. 535
13.2.4.3 Magnetische Sektorfeld Massenspektrometer. 537
13.2.5 Ionendetektoren. 540
13.2.5.1 Faraday-Detektor. 540
13.2.5.2 Sekundärelektronen-Vervielfacher. 541
13.2.5.3 SEV mit diskreten Dynoden. 542
13.2.5.4 SEV mit kontinuierlicher Dynode . 544
13.2.5.5
MicroChannel Plate
Detektor. 544
13.2.6 Steuersoftware für Massenspektrometer . 546
13.2.6.1 Analoger Scan, Ionenstrom in Abhängigkeit
von der Masse. 546
13.2.6.2 Messung ausgewählter Massenzahlen . 546
13.2.6.3 Lecksuch-Modus . 547
13.2.7 Weitere Einsatzmöglichkeiten von Massenspektrometern . 547
13.3 Partialdruckmessung mit optischen Methoden . 548
13.4 Leckdetektoren. 550
13.4.1 Grundprinzipien und geschichtliche Entwicklung. 550
13.4.2 Heliumleckdetektoren. 551
13.4.2.1 Anforderungen und
Grundfunktion
bei
der Vakuumlecksuche. 551
13.4.2.2 Heliumsektorfeldmassenspektrometer. 552
13.4.2.3 Einlassdrack von Heliumleckdetektoren . 553
13.4.2.4 Zeitverhalten von Heliumleckdetektoren. 554
13.4.2.5 Arbeitsprinzipien von Heliumleckdetektoren. 555
13.4.2.6 Schnüffeleinrichtungen
ŕur
Heliumleckdetektoren. 559
13.4.2.7 Anwendungsfelder der massenspektrometrischen
Heliumleckdetektoren. 560
13.4.3 Kältemittelleckdetektoren. 561
13.4.3.1 Aufbau und Funktion. 561
13.4.3.2 Anwendungsfelder. 562
13.4.4 Prüflecks. 562
13.4.4.1 Permeationslecks . 562
13.4.4.2 Leitwertlecks . 563
13.4.4.3 Praktische Ausführungen von Prüflecks. 563
13.4.4.4 Kalibrierung von Prüflecks. 564
13.4.5 Messeigenschaften und Kalibrierung von Leckdetektoren. 564
13.4.5.1 Leckdetektoren als Prüfmittel im Sinne der DIN/ISO 9001 . 564
13.4.5.2 Unsicherheit der Kalibrierung . 564
13.4.6 Leckdetektoren mit anderen Sensorprinzipien. 565
13.4.6.1 Heliumschnüffler mit Quarzglasmembrane. 565
13.4.6.2 Halogenleckdetektoren mit Alkali-Ionen-Sensor. 566
13.4.6.3 Halogenleckdetektoren mit Infrarot-Sensor. 566
13.5 Literatur . 567
14 Kalibrierungen und Normen. 569
14.1 Einleitung. 569
14.2 Kalibrierung von Vakuummessgeräten. 571
14.2.1 Primärnormale. 571
14.2.1.1 Flüssigkeitsmanometer . 573
14.2.1.2 Kompressionsmanometer nach McLeod. 575
14.2.1.3 Drehkolbenmanometer und Druckwaagen . 578
14.2.1.4 Statisches Expansionsverfahren. 580
14.2.1.5 Kontinuierliches Expansionsverfahren. 586
14.2.1.6 Sonstige Primämormale. 593
14.2.2 Das Vergleichsmessverfahren . 593
14.2.3 Kapazitätsvakuummeter. 595
14.2.4 Gasreibungsvakuummeter . 598
14.2.5 lonisationsvakuummeter. 601
14.3 Kalibrierungen von Partialdrackmessgeräten . 603
14.4 Kalibrierungen von Testlecks . 605
14.5 Normen für die Bestimmung von Kenngrößen von Vakuumpumpen . 608
14.6 Literatur. 611
15 Werkstoffe. 614
15.1 Anforderungen und Überblick über die Werkstoffe . 614
15.2 Werkstoffe der Vakuumtechnik. 615
15.2.1 Metalle. 615
15.2.1.1 Die wichtigsten Metalle und Metalllegierungen. 616
15.2.2 Technische Gläser . 620
15.2.2.1 Allgemeines. 620
15.2.2.2 Eigenschaften der wichtigsten Gläser. 622
15.2.3 Keramische Werkstoffe. 624
15.2.3.1 Allgemeines. 624
15.2.3.2 Eigenschaften der wichtigsten keramischen Werkstoffe . 625
15.2.3.3 Keramik in der Vakuumtechnik. 626
15.2.3.4 Verbindungstechnologien für Keramiken mit Metallen . 626
15.2.3.5 Zeolithe. 626
15.2.4 Kunststoffe . 626
15.2.4.1 Allgemeines. 626
15.2.4.2 Eigenschaften der wichtigsten Kunststoffe. 626
15.2.5 Vakuumfette. 628
15.2.6 Öle. 629
15.2.7 Kühlmittel. 629
15.3 Gasdurchlässigkeit und Gasabgabe von Werkstoffen. 629
15.3.1 Allgemeines. 629
15.3.2 Gasdurchlässigkeit. 630
15.3.2.1 Gasdurchlässigkeit von Metallen. 630
15.3.2.2 Gasdurchlässigkeit von Gläsern und Keramiken. 631
15.3.2.3 Gasdurchlässigkeit von Kunststoffen [4]. 632
15.3.3 Gasabgabe . 634
15.3.3.1 Allgemeines. 634
15.3.3.2 Sättigungsdampfdruck (siehe auch Abschnitt 3.5.1) . 634
15.3.3.3 Desorption von der Oberfläche, Gasdiffusion aus
dem Materialinnern und Richtwerte für
die Gasabgabe [6], [5], [13]. 636
15.3.3.4 Diffusion aus dem Inneren . 636
15.3.3.5 Richtwerte für die Gesamtgasabgaberate [6,13]. 640
15.4 Literatur. 640
16 Bauelemente der Vakuumtechnik und ihre Verbindungen . 641
16.1 Einleitung. 641
16.2 Nichtlösbare Verbindungen. 641
16.2.1 Schweißverbindungen [2], [3], [4] . 642
16.2.1.1 Das WIG-iWolfram-Inert-Gas^Schweißen. 642
16.2.1.2 Das Mikroplasma-, das Elektronenstrahl-Schweißen
und das Reib-Schweißen. 643
16.2.2 Lötverbindungen. 643
16.2.3 Verschmelzungen [9]. 645
16.2.4 Verbindungen mit Metallisierung [9] . 647
16.2.5 Verbindungen durch Kleben [10] . 647
16.3 Lösbare Verbindungen. 648
16.3.1 Dichtungen und Dichtflächen. 648
16.3.2 Kraftbedarf. 649
16.3.3 Schliffe . 649
16.3.4 Flanschverbindungen. 650
16.3.4.1 Swagelok-und Swagelok-VCR-Verbindungen. 650
16.3.4.2 Kleinflanschbauteile und Dichtungen
nach
DIN
28403 [11], [12] . 652
16.3.4.3 ISO-K Bauteile und Dichtungen nach
DIN
28404 . 652
16.3.4.4 CF-Bauteile und Dichtungen . 653
16.3.4.5 COF-Bauteile. 654
16.3.4.6 Sonderflansche und Sonderdichtungen. 654
16.3.4.7 Vakuumbauteile und -kammern. 655
16.3.4.8 Steckverbindungen . 656
16.4 Vakuumbehälter. 657
16.4.1 Auslegung. 657
16.4.1.1 Dimensionierung von Vakuumbehältern und
Berechnungsbeispiele . 657
16.4.2 Doppelwandige Behälter . 660
16.5 Flexible Verbindungselemente . 660
16.6 Durchführungen. 662
16.6.1 Durchführungen für Bewegung und für mechanische Energie. 662
16.6.1.1 Durchführungen für Linearbewegungen. 663
16.6.1.2 Durchführungen für Drehbewegungen. 663
16.6.1.3 Manipulatoren. 664
16.6.2 Stromdurchfuhrungen. 665
16.6.2.1 Durchführungen aus Kunststoff. 665
16.6.2.2 Durchführungen aus Keramik. 666
16.6.3 Durchführungen für Flüssigkeiten und Gase. 667
16.6.3.1 Sichtfenster. 668
16.6.4 Schmieren im Vakuum. 670
16.7 Absperrorgane (Ventile) . 670
16.7.1 Allgemeines. 670
16.7.1.1 Aufbau, Auslegung und Anforderungen. 670
16.7.1.2 Einteilung (Benennung). 671
16.7.1.3 Betätigungsarten. 671
16.7.1.4 Abdichtung der Ventile und Werkstoffe. 672
16.7.2 Eckventile. 673
16.7.3 Durchgangsventile. 675
16.7.4 Schieberventile. 676
16.7.5 Gaseinlassventile. 677
16.8 Vakuumgerechte Fertigung und Oberflächenbehandlung. 678
16.8.1 Bearbeitungsverfahren. 678
16.8.2 Oberflächenbehandlung. 678
16.8.3 Reinigung (Vorreinigung und In-situ). 680
16.8.3.1 Reinigung von Edelstahlen. 680
16.8.3.2 Reinigen von technischen Gläsern. 681
16.8.3.3 Reinigen von Keramik. 681
16.8.3.4 Vakuumglühen . 681
16.8.3.5 Ausheizen . 682
16.8.3.6 In-situ-Reinigung
duch
Glimmentladung und
chemisch aktivem Gas. 683
16.9 Literatur . 683
17 Arbeitsmethoden mit Vakuumsystemen. 684
17.1 Elektronische Anbindung von Vakuumsystem. 684
17.1.1 Überwachung durch Prozesssensoren und automatisierte
Datenauswertung. 684
17.1.1.1 Anforderungen und Anwendungen. 684
17.1.2 Integrationslösungen . 686
17.1.2.1 Integration mit Windows Winsock. 687
17.1.2.2 ASCII-Protokolle. 687
17.1.2.3 Standardisierte Bussysteme . 688
17.1.2.4 Sensor-Integration nach
SECS-
und HSMS-Standard. 688
17.1.3 Prozessdatenanalyse . 690
17.2 Allgemeine Hinweise zum
End-
und Arbeitsdruck . 692
17.2.1 Enddruck
/»end
bzw. Betriebsenddruck pB,endemer Vakuumpumpe . 693
17.2.2 Enddrack einer Vakuumapparatur oder-anlagernd,
A
. 693
17.2.3 Arbeitsdruck. 694
17.2.4 Arbeitsdruck, bedingt durch den Prozessgasstrom. 694
17.2.5 Arbeitsdruck, bedingt durch verdampfende Substanzen . 695
17.2.6 Arbeitsdruck, bedingt durch Ausgasung (vgl. Kapitel 5 und
Abschnitt 15.3). 697
17.2.7 Arbeitsdruck, bedingt durch den Permeationsgasstrom
(Abschnitt 15.3.2). 698
17.2.8 Arbeitsdruck, bedingt durch den Leckgasstrom. 699
17.3 Arbeitstechnik im Grobvakuum (101
kPa
. 100
Pa) .
699
17.3.1 Oberblick. 699
17.3.2 Aufbau einer Grobvakuumanlage oder
-apparatur
. 700
17.3.3 Pumpen, Art und Saugvermögen. 701
17.3.4 Pumpstände für Grobvakuum. 702
17.3.5 Drackmessung im Grobvakuum. 704
17.3.6 Auspumpzeit im Grobvakuum . 704
17.3.7 Belüften. 708
17.4 Arbeitstechnik im Feinvakuum. 710
17.4.1 Überblick. 710
17.4.2 Aufbau einer Feinvakuum-Apparatur. 711
17.4.3 Pumpen: Art und Saugvermögen. 711
17.4.4 Drackmessung. 712
17.4.5 Auspumpzeit und Enddruck . 712
17.4.6 Belüften . 716
17.4.7 Feinvakuumpumpstände. 716
17.5 Arbeitstechnik im Hochvakuum . 720
17.5.1 Pumpen: Art und Saugvermögen. 720
17.5.2 Behandlung der Vakuummeter (Reinigung). 721
17.5.3 Hochvakuumpumpstände . 721
17.5.3.1 Hochvakuumpumpstand mit Diffusionspumpe
(siehe auch Abschnitt 8.4.6) . 722
17.5.3.2 Hochvakuumpumpstand mit Turbomolekularpumpe . 728
17.5.3.3 Der vollautomatische Hochvakuumpumpstand . 731
17.5.4 Auspumpzeit und Belüften. 732
17.6 Arbeitstechnik im Ultrahochvakuum. 733
17.6.1 Überblick. 733
17.6.2 Aufbau einer UHV-Apparatur. 734
17.6.3 UHV-Pumpen: Betriebshinweise. 735
17.6.3.1 Adsorptionspumpen. 735
17.6.3.2 Ionenzerstäuberpumpen. 736
17.6.3.3 Titanverdampferpumpen. 737
17.6.3.4 Turbomolekularpumpen . 737
17.6.3.5 Kryopumpen. 738
17.6.3.6
Volumengetter-(NEG-)Pumpen
. 738
П.
6.4 Drackmessung. 738
17.6.5 Auspumpzeit, Enddrack und Evakuierungstechnik. 738
17.6.6 Belüften . 739
17.6.7 Ultrahochvakuum-Systeme . 739
17.6.8 Ultrahochvakuum-iUHV^Bauelemente. 740
17.6.9 Ultrahochvakuum-flJHV^Pumpstände. 740
17.6.9.1 Ultrahochvakuum-iUHV^Großanlagen. 743
17.7 Literatur . 745
18 Lecksuchtechniken. 746
18.1 Oberblick . 746
18.1.1 Vakuumlecksuche. 746
18.1.2 Überdrucklecksuche . 747
18.1.3 Prüfgasverteilung vor einem Leck in der Atmosphäre . 747
18.1.4 Messergebnisse mit der Schnüffelmethode . 748
18.1.5 Prüfgase. 749
18.1.5.1 Helium. 750
18.1.5.2 Andere Edelgase als Helium. 750
18.1.5.3 Wasserstoff H2 . 750
18.1.5.4 Methan CH4 . 750
18.1.5.5 Kohlendioxid CO2. 750
18.1.5.6 Schwefelhexafluorid SF6. 750
18.2 Eigenschaften von Lecks . 751
18.2.1 Leckrate, Einheiten. 751
18.2.2 Leckarten. 752
18.2.2.1 Eigenschaften von Porenlecks. 752
18.2.2.2 Permeationslecks . 754
18.2.2.3 Virtuelle Lecks in Vakuumkammern. 755
18.2.2.4 Flüssigkeitslecks. 755
18.3 Überblick über die Lecksuchverfahren (siehe auch
DIN EN
1779) . 756
18.3.1 Allgemeine Hinweise zur Dichtheitsprürang . 756
18.3.2 Verfahren ohne Prüfgas (Drackprüfungen). 758
18.3.2.1 Allgemeines. 758
18.3.2.2 Druckabfallmessung. 758
18.3.2.3 Druckanstiegsmessung . 758
18.3.2.4 Sonstige Verfahren. 760
18.3.3 Prüfgasverfahren ohne Helium. 760
18.3.3.1 Allgemeines. 760
18.3.3.2 Vakuumlecksuche mit Prüfgasen außer Helium. 761
18.3.3.3 Überdrucklecksuche mit Prüfgasen außer Helium . 762
18.4 Lecksuchverfahren mit Heliumleckdetektoren. 763
18.4.1 Eigenschaften des Heliumleckdetektors. 763
18.4.2 Prüfung von Komponenten. 763
18.4.2.1 Prüfablauf, integrale Prüfung . 764
18.4.2.2 Vorgehen zur Lecklokalisierang. 765
18.4.3 Prüfung von Vakuumanlagen. 767
18.4.3.1 Allgemeines zum Teilstromverfahren . 767
18.4.3.2 Anschlusspunkte des Lecksuchers an der Anlage . 768
18.4.3.3 Nachweisempfindlichkeit und Ansprechzeit . 771
18.4.4
Überdrack-(Schnüffel-)Lecksuche
mit dem Heliumleckdetektor. 773
18.4.4.1 Integrales Verfahren (total oder partiell) . 773
18.4.4.2 Lecklokalisierung mit dem Schnüffler . 774
18.5 Lecksuchverfahren mit anderen Prüfgasen. 774
18.5.1 Allgemeines. 774
18.5.2 Schnüffellecksuche an Kälte-TKlimaanlagen. 774
18.6 Industrielle Dichtheitsprüfung von Bauteilen in der Serienfertigung . 775
18.6.1 Allgemeines. 775
18.6.2 Industrielle Prüfung von Serienbauteilen . 775
18.6.2.1 Hüllenverfahren für Vakuumkomponenten
(Methode
Al in DIN
EN
1779). 776
18.6.2.2 Vakuumkammerverfahren für Überdrackbauteile
(Methode B6 in
DIN EN
1779) . 776
18.6.3 Pröfimg von hermetisch verschlossenen Komponenten durch
Drucklagerang
(„Bombing",
Methode B5 in
DIN EN 1
779). 778
18.6.4 Prüfung von Lebensmittelverpackungen in der Folienprüfkammer. 779
18.7 Literatur. 780
19 Anhang. 781
19.A Tabellen. 781
19.B Diagramme. 810
19.C Erläuterung einiger häufiger verwendeter Abkürzungen. 826
19.D Größen und Einheiten . 827
19.
E
Glossar. 829
Sachwortregister. 835
Bezugsquellenverzeichnis . 850 |
| adam_txt |
Inhaltsverzeichnis
Vorwort zur 9. Auflage.
V
Vorwort zur 8. Auflage.
VII
Kapitel, Beiträge und Mitarbeiter.
IX
1 Die Geschichte der Vakuumphysik und Vakuumtechnik . 1
1.1 Literatur. 14
2 Anwendungen und Aufgaben der Vakuumtechnik . 15
2.1 Literatur . 22
3 Gasgesetze und kinetische Gastheorie. 23
3.1 Beschreibung des Gaszustandes . 23
3.1.1 Zustandsgrößen . 23
3.1.2 Mengengrößen. 26
3.1.3 Zustandsgieichung des idealen Gases. 28
3.1.4 Gemisch verschiedener Gase. 30
3.2 Kinetische Gastheorie. 31
3.2.1 Modellvorstellung . 31
3.2.2 Wanddruck als Folge von Teilchenstößen. 32
3.2.3 Geschwindigkeitsverteilung von Maxwell und Boltzmann. 33
3.2.4 Flächenstoßrate und
Effusion
. 36
3.2.5 Größe der Gasteilchen, freie Weglänge. 37
3.3 Transporteigenschaften von Gasen. 41
3.3.1 Drackabhängigkeit . 41
3.3.2 Innere Reibung in Gasen: Viskosität. 42
3.3.3 Wärmetransport: Wärmeleitfähigkeit. 46
3.3.4 Diffusion. 53
3.4 Reale Gase . 55
3.4.1 Zustandsgieichungen. 55
3.5 Dämpfe . 59
3.5.1 Sättigungsdampfdruck. 59
3.5.2 Verdampfungsrate . 62
3.6 Literatur . 64
4 Strömung von Gasen . 65
4.1 Strömungsarten, Begriffsdefimtionen. 65
4.1.1 Charakterisierung von Strömungen, Knudsenzahl, Reynoldszahl. 65
4.1.2 Gasstrom, Saugleistung, Saugvermögen . 68
4.1.3 Strömungswiderstand, Strömungsleitwert. 72
4.1.4 Effektives Saugvermögen einer Vakuumpumpe. 73
4.2 Reibungsfreie viskose Strömung, Gasdynamik . 74
4.2.1 Erhaltungssätze. 74
4.2.2 Allmähliche Querschnittsänderung: isentrope Zustandsänderung. 76
4.2.3 Kritische Strömung. 79
4.2.4 Verblockung bei kleinem Auslassdruck . 81
4.2.5 Kontraktion bei Einströmung in Blende und Rohr. 82
4.2.6 Beispiele zur Düsenströmung. 83
4.2.7 Gerader und schräger Verdichtungsstoß. 86
4.2.8 Lavaldüse, Ausströmung bei Gegendruck. 89
4.2.9 Strömung um eine Ecke (Prandtl-Meyer). 91
4.3 Reibungsbehaftete viskose Leitungsströmung. 94
4.3.1 Laminare und turbulente Strömung durch eine Leitung. 94
4.3.2 Leitungsströmung von Luft . 97
4.3.3 Lufteinströmung in einen Kessel, Beispiele . 100
4.3.4 Rohr in der Ansaugleitung einer Pumpe, Beispiele. 103
4.3.5 Strömung durch Leitungen mit nicht-kreisförmigem Querschnitt. 106
4.3.6 Gasartabhängigkeit der Strömung . 108
4.4 Molekulare Strömung im Hoch- und Ultrahochvakuum. 109
4.4.1 Strömungsform, Begriffe, Durchlaufwahrscheinlichkeit. 109
4.4.2 Molekulare Strömung durch Blende. 113
4.4.3 Molekulare Strömung durch Leitung gleichbleibenden Querschnitts . 114
4.4.4 Molekulare Strömung durch Kreisrohr. 116
4.4.5 Molekulare Strömung durch Leitungen einfachen Querschnitts . 118
4.4.6 Rohrbogen und Rohrknie. 121
4.4.7 Hintereinanderschaltung von Rohr und Blende. 122
4.4.8 Hintereinanderschaltung von Bauelementen . 123
4.4.9 Molekularströmung durch konisches Kreisrohr (Trichter). 125
4.4.10 Bauelement in der Ansaugleitung einer Pumpe. 126
4.5 Strömung im gesamten Drackbereich. 128
4.5.1 Kennzeichnung der Strömung . 128
4.5.2 Strömung durch dünne Kreisblende . 128
4.5.3 Strömung durch langes Kreisrohr. 130
4.6 Strömung bei Temperaturdifferenz, thermische
Effusion,
Transpiration. 135
4.7 Messung von Strömungsleitwerten. 138
4.7.1 Notwendigkeit der Messung. 138
4.7.2 Messung des charakteristischen Leitwerts (Eigenleitwert). 138
4.7.3 Berechnung des reduzierten Leitwerts (Einbauleitwert). 140
4.7.4 Messung des reduzierten Leitwerts . 140
4.8 Literatur . 142
5 Sorption und Diffusion . 143
5.1 Sorptionsphänomene und deren Bedeutung - Begriffe und Terminologie . 143
5.2
Adsorptions-
und Desorptionskinetik . 148
5.2.1 Adsorptionsrate. 148
5.2.2 Desorptionsrate. 149
5.2.3 Hobsons Modell einer Auspumpkurve. 150
5.2.4 Mono-Schicht-Adsorptionsisotnermen. 153
5.2.5 Mehrschicht-Adsorption und Brunauer-Emmett-Teller-
(BET-)lsotherme. 156
5.2.6 Mono-Zeit. 157
5.3 Absorption, Diffusion und Ausgasung. 158
5.4
Permeation
. 163
5.5 Literatur . 166
6 Verdrängerpumpen . 167
6.1 Einleitung und Übersicht . 167
6.2 Oszillationsverdrängerpumpen . 169
6.2.1 Kolbenpumpen . 169
6.2.2 Membranpumpen. 171
6.2.2.1 Aufbau und Funktionsweise . 171
6.2.2.2 Saugvermögen und Enddruck. 172
6.2.2.3 Gasballast . 174
6.2.2.4 Antriebskonzepte. 174
6.2.2.5 Enddruck . 175
6.2.2.6 Gasartabhängigkeit des Saugvermögens und des Enddrucks 176
6.2.2.7 Drehzahlabhängigkeit des Enddracks. 176
6.2.2.8 Konstraktionsprinzipien . 177
6.2.2.9 Anwendung von Membranpumpen im Chemielabor. 179
6.2.2.10 Membranpumpen als Vorpumpen für
Turbomolekularpumpen . 179
6.2.2.11 Membranpumpen in Kombination mit anderen
Vakuumpumpen . 182
6.3 Einwellige Rotationsverdrängerpumpen. 183
6.3.1 Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen. 183
6.3.1.1 Aufbau und Funktionsweise . 184
6.3.1.2 Betriebseigenschaften und Auslegung. 185
6.3.1.3 Bauarten. 188
6.3.1.4 Pumpstände mit Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen. 191
6.3.1.5 Hinweise für den wirtschaftlichen Betrieb . 193
6.3.2 Drehschieberpumpen. 195
6.3.2.1 Wirkungsweise und Aufbau . 195
6.3.2.2 Trocken laufende Drehschieberpumpen. 196
6.3.2.3 Ölgeschmierte Drehschieberpumpen. 197
6.3.2.4 Frischöl geschmierte Drehschieberpumpe. 199
6.3.2.5 Betriebsverhalten und Hinweise. 200
6.3.2.6 Kennlinien, Kenndaten . 202
6.3.3 Sperrschieberpumpen . 203
6.3.3.1 Wirkungsweise und technischer Aufbau . 203
6.3.3.2 Vergleich zwischen Dreh- und Sperrschieberpumpen. 207
6.3.4 Trochoidenpumpen. 207
6.3.5 Scroll-Pumpen. 209
6.3.5.1 Das Verdichtungsprinzip . 209
6.3.5.2 Aufbau. 210
6.3.5.3 Anwendungen und Vorteile. 211
6.4 Zweiwellige Rotationsverdrängerpumpen . 211
6.4.1 Schraubenpumpen . 211
6.4.1.1 Wirkungsweise und technischer Aufbau . 212
6.4.1.2 Wärmeverhalten und technische Hinweise. 218
6.4.2 Drehzahnpumpen. 220
6.4.2.1 Verdichtungsprinzip . 220
6.4.2.2 Vergleich mit Wälzkolbenpumpen . 223
6.4.2.3 Mehrstufige Drehzahnpumpen und Pumpkombinationen . 225
6.4.2
A
Drehzahlregelung. 225
6.4.2.5 Anwendungsgebiete. 226
6.4.3 Wälzkolbenpumpen (Roots-Pumpen). 226
6.4.3.1 Wirkungsweise . 226
6.4.3.2 Technischer Aufbau. 227
6.4.3.3 Theoretische Grundlagen. 229
6.4.3.4 Der effektive Gasstrom. 229
6.4.3.5 Kompressionsverhältnis
Ko
bei Nulldurchsatz. 230
6.4.3.6 Effektives Kompressionsverhältnis und volumetrischer
Wirkungsgrad [51]. 231
6.4.3.7 Abstufung des Saugvermögens
Vorpumpe/Wälzkolbenpumpe. 232
6.4.3.8 Saugvermögen und Enddruck. 236
6.4.3.9 Installation und Betriebshinweise. 238
6.5 Spezifische Eigenschaften ölgedichteter Verdrängerpumpen. 239
6.5.1 Saugvermögen und erreichbarer Enddrack. 239
6.5.1.1 Saugvermögen und Endpartialdruck. 239
6.5.1.2 Enddrack und Ölauswahl. 240
6.5.2 Ölräckströmung. 243
6.6 Grundlagen Verdrängerpumpen. 244
6.6.1 Abpumpen von Dämpfen — Gasballast. 244
6.6.2 Leistungsbedarf. 248
6.6.2.1 Isotherme Kompression. 249
6.6.2.2 Adiabatische Kompression . 249
6.6.2.3 Polytrope Kompression . 250
6.6.2.4 Kompressionsleistung. 250
6.7 Betriebs- und Sicherheitshinweise. 252
6.7.1 Aufstellung. 252
6.7.2 An- und Abstellen, Saugstutzenventile. 252
6.7.3 Auswahl der Pumpen und Arbeitshinweise. 253
6.7.4 Sicherheitstechnische Hinweise. 254
6.8 Spezifisches Zubehör für Verdrängerpumpen. 256
6.8.1 Sorptionsfallen. 256
6.8.2 Sicherheitsventile . 257
6.8.3 Ölfilter und Ölreinigung. 258
6.8.4 Auspuff-Filter (Ölnebelabscheider). 259
6.8.5 Staubfilter. 260
6.9 Literatur . 261
7 Kondensatoren . 265
7.1 Kondensationsvorgänge im Vakuum. 265
7.1.1 Grundlagen . 265
7.1.2 Kondensation reiner Dämpfe. 267
7.1.3 Kondensation von Gas-Dampf Gemischen . 269
7.1.4 Kühlmittel. 272
7.2 Bauarten von Kondensatoren. 273
7.2.1 Oberflächenkondensatoren für Flüssigkeitskondensation . 273
7.2.2 Mischkondensatoren. 276
7.2.3 Kondensataustrag . 277
7.2.4 Oberflächenkondensatoren für Feststoffkondensation . 278
7.3 Integration von Kondensatoren in Vakuumsysteme . 279
7.3.1 Kondensatoren in Kombination mit Vakuumpumpen. 279
7.3.2 Regelung. 282
7.4 Berechnungsbeispiele . 282
7.5 Literatur . 284
8 Treibmittelpumpen. 285
8.1 Einleitung, Übersicht . 285
8.2 Flüssigkeitsstrahlpumpen. 286
8.3 Dampfstrahl-Vakuumpumpen. 288
8.3.1 Aufbau und Wirkungsweise . 289
8.3.2 Leistungsdaten, Betriebsverhalten und Regelung. 290
8.3.3 Mehrstufige Dampfstrahl-Vakuumpumpen. 294
8.3.4 Organische Dämpfe als Treibmedium. 296
8.4 Diffusionspumpen. 297
8.4.1 Aufbau und Arbeitsweise . 297
8.4.2 Treibmittel. 301
8.4.3 Dampfsperren
(Baffles)
und Fallen. 302
8.4.4 Fraktionieren, Entgasen. 303
8.4.5 Betriebshinweise . 305
8.4.6 Saugvermögen, Vorvakuumbeständigkeit, Hybridpumpen. 305
8.4.7 Berechnung der Funktionsgrößen von Diffusions- und
Dampfstrahlpumpen anhand eines einfachen Pumpenmodells. 308
8.5 Vergleich Diffusionspumpen — Dampfstrahlpumpen . 315
8.6 Literatur . 318
9 Molekular- und Turbomolekularpumpen . 319
9.1 Einleitung. 319
9.2 Molekularpumpen. 321
9.2.1 Gaedepumpstufe. 321
9.2.2 Holweckstufe. 325
9.2.3 Siegbahnstufe . 325
9.3 Physikalische Grundlagen der Turbomolekularpumpstufen. 326
9.3.1 Pumpmechanismus. 326
9.3.2 Saugvermögen und Kompressionsverhältnis. 327
9.3.3 Statistische und Gaedesche Betrachtung des Pumpeffekts. 328
9.3.4 Wärmehaushalt. 331
9.4 Turbomolekularpumpen. 334
9.4.1 Aufbau. 334
9.4.2 Wirkungsweise . 335
9.4.3 Rotormaterialien und mechanische Anforderungen . 336
9.4.4 Heizung und Kühlung. 337
9.4.5 Sonderausführungen. 337
9.4.6 Sicherheitsanforderungen . 339
9.4.7 Lagerung von Turbomolekularpumpenrotoren. 340
9.4.7.1 Welle mit zwei Kugellagern . 340
9.4.7.2 Welle mit Permanentmagnetlager und Kugellager. 341
9.4.7.3 Magnetlagerang. 341
9.4.8 Antriebe und Bedienung. 343
9.4.9 Leistungsdaten. 344
9.4.9.1 Saugvermögen . 344
9.4.9.2 Kompressionsverhältnis, Enddrack und Basisdruck. 345
9.4.9.3 Auspumpzeiten von Behältern. 346
9.4.9.4 Pumpen hoher Gaslasten. 347
9.4.10 Betrieb und Wartung . 349
9.4.10.1 Wahl der Vorpumpe . 349
9.4.10.2 Allgemeine Hinweise. 349
9.4.10.3 Einschalten. 349
9.4.10.4 Erreichen des Basisdruckes . 349
9.4.10.5 Betrieb in Magnetfeldern. 350
9.4.10.6 Belüften . 350
9.4.10.7 Wartung. 350
9.4.11 Anwendungen. 351
9.5 Literatur . 354
10 Sorptionspumpen. 355
10.1 Einleitung. 355
10.2 Adsorptionspumpen. 356
10.2.1 Wirkungsweise . 356
10.2.2 Aufbau. 358
10.2.3 Endvakuum und Saugvermögen. 359
10.2.3.1 Enddrack mit einer Adsorptionspumpe. 359
10.2.3.2 Enddruck mit zwei oder mehr Adsorptionspumpen . 361
10.2.4 Verbesserung des Endvakuums durch Vorevakuieren oder Füllen
mit einem Fremdgas . 362
10.2.5 Betriebs- und Arbeitshinweise. 362
10.3
Getter
. 363
10.3.1 Wirkungsweise und Getterarten . 363
10.3.2 NEG-Pumpen . 365
10.3.2.1 Grandlagen der Volumengetter/NEG. 365
10.3.2.2 Aufbau von NEG-Pumpen. 369
10.3.2.3 Saugvermögen und Getterkapazität. 370
Inhaltsverzeichnis XVII
10.3.2.4 Anwendung von NEG-Pumpen. 371
10.3.2.5 Sicherheits-und Betriebshinweise. 372
10.3.3 Verdampferpumpen. 373
10.3.3.1 Materialien der Verdampfer . 373
10.3.3.2 Saugvermögen . 374
10.3.3.3 Getterkapazität. 376
10.3.3.4 Aufbau der Verdampfergetterpumpen. 377
10.4 Ionenzerstäuberpumpen. 382
10.4.1 Wirkungsweise. 382
10.4.2 Technischer Aufbau (Diodentyp) . 385
10.4.3 Saugvermögen. 386
10.4.4 Die
différentielle
Diodenpumpe. 389
10.4.5 Die Triodenpumpe. 389
10.4.6 Lineare Zerstäuberpumpen
(Distributed ion pump)
. 392
10.4.7 Restgasspektrum. 392
10.4.8 Arbeitstechnik . 393
10.5 Die Orbitronpumpe. 394
10.6 Literatur . 395
11 Kryotechnik und Kryopumpen . 397
11.1 Einleitung. 397
11.2 Kühlverfahren. 398
11.2.1 Begriffe und Hauptsätze der Thermodynamik . 398
11.2.2 Spezielle Kühlprozesse. 400
11.2.2.1 Joule-Thomson-Entspannung; Linde-Verfahren . 400
11.2.2.2 Expansionsmaschinen. 403
11.2.2.3 Claude-Verfahren . 404
11.2.2.4 Stirling-Verfahren. 404
11.2.2.5 Gifford-McMahon-Verfahren. 405
11.2.2.6 Allgemeine Kriterien für Kälteanlagen. 406
11.3 Kryostatentechnik. 409
11.3.1 Kryostate . 409
11.3.2 Vakuumisolierte Leitungen [17]. 412
11.3.3 Nachfüllvorrichtungen. 413
11.3.4 Kältemittelverluste . 417
11.4 Kryopumpen . 421
11.4.1 Die Bindung von Gasen an Kaltflächen . 421
11.4.1.1 Gaskondensation. 422
11.4.1.2 Kryotrapping und Kryosorption . 422
11.4.2 Kenngrößen einer Kryopumpe . 425
11.4.2.1 Startdrack pst. 425
11.4.2.2 Enddruck pend. 426
11.4.2.3 Saugvermögen. 427
11.4.2.4 Standzeit JB . 428
11.4.2.5 Kapazität (maximale Gasaufhahme). 429
1L4.2.6 Wärmeübertragung auf die Kaltfläche. 429
11.4.2.7 Wärmeleitfähigkeit der Kondensate. 430
11.4.2.8 Wachstumsgeschwindigkeit der Kondensatschicht . 431
11.4.2.9
„Cross-oveť'-Wert
. 432
11.4.2.10 Maximal zulässiger¿-F-Durchfluß. 432
11.4.3 Konstruktionsprinzipien . 433
11.4.3.1 Bad-Kryopumpen . 433
11.4.3.2 Verdampfer-Kryopumpen. 433
11.4.3.3 Kryopumpen mit Kältemaschine
(Reftigerator
-Кгуоршпреп)
. 436
11.4.3.4 Anwendungsbeispiele. 439
11.4.3.5 Kryopumpen in der Kernfusionstechnik. 439
11.4.3.6 Kryopumpen in der Raumfahrttechnik . 440
11.4.3.7 Kryopumpen in Teilchenbeschleunigern. 441
11.4.3.8 Kryopumpen in industriellen Anlagen. 441
11.4.3.9 Kryopumpen für UHV-Anlagen. 441
11.4.4 Entwicklungstendenzen für die Kryopumpe. 443
11.5 Literatur . 444
12 Vakuummessgeräte für Totaldruck . 446
12.1 Einleitung. 446
12.2 Mechanische Vakuummeter. 447
12.2.1 Prinzip und Einteilung. 447
12.2.2 Plattenfedervakuummeter. 448
12.2.3 Kapselfedervakuummeter (Messbereich 1
kPa
. 100
kPa) .
449
12.2.4 Röhrenfedervakuummeter (Messbereich 1
kPa
. 100
kPa).
450
12.2.4.1 Quarz-Bourdon-Vakuummeter. 450
12.2.5 Membranvakuummeter. 451
12.2.5.1 Membranvakuummeter mit mechanischer Anzeige
(Messbereich 0,1
kPa
. 100
kPa).
452
12.2.5.2 Membranvakuummeter mit elektrischem Umformer . 453
12.2.5.3 Membranvakuummeter nach dem piezo-resistiven Prinzip . 454
12.2.5.4 Piezo-elektrische Vakuummeter. 455
12.2.5.5 Resonanz-Membranvakuummeter. 456
12.2.5.6 Kapazitätsvakuummeter . 457
12.2.5.7 Thermische Transpiration. 459
12.2.6 Druckschalter und Druckregler. 461
12.3 Gasreibungsvakuummeter
(Spinning Rotor Gauge)
. 463
12.3.1 Messanordnung und Messprinzip. 464
12.3.2 Bremsung durch Gasreibung . 465
12.3.3 Durchführung der Messung. 469
12.3.4 Erweiterung des Messbereichs zu höheren Drücken . 470
12.3.5 Messunsicherheit. 471
12.4 Direkte elektrische Drackmessumformer . 472
12.5 Wärmeleitungsvakuummeter. 472
12.5.1 Prinzip . 472
12.5.2 Wärmeleitungsvakuummeter mit konstanter Drahttemperatur. 476
12.5.3 Wärmeleitongsvakuummeter mit konstanter Heizung. 479
12.5.4 Thermoelementvakuummeter
(Thermocouple)
. 481
12.5.5 Thermistoren . 481
12.5.6 Hinweise zur Verwendung von Wärmeleitungsvakuummetern . 482
12.6 Gasflussmessgeräte. 482
12.7 Ionisationsvakuummeter. 485
12.7.1 Prinzip und Einteilung. 485
12.7.2 Geschichtliche Entwicklung der Ionisationsvakuummeter. 485
12.7.3 Ionisationsvakuummeter mit Emissionskathode . 488
12.7.3.1 Messprinzip . 488
12.7.3.2 Aufbau der Emissionskathoden-Ionisationsvakuummeter . 492
12.7.3.3 Konzentrische Triode . 492
12.7.3.4 Feinvakuum-Ionisationsvakuummeter . 493
12.7.3.5 Ionisationsvakuummeter nach
Bayard
und Alpert. 494
12.7.3.6 Extraktor-Ionisationsvakuummeter . 498
12.7.3.7 Andere Glühkathoden-Ionisationsvakuummeter. 502
12.7.3.8 Betriebshinweise für Emissionskathoden-
Ionisationsvakuummeter . 502
12.7.4 Ionisationsvakuummeter mit gekreuzten
elektromagnetischen Feldern. 504
12.7.4.1 Penning-Vakuummeter. 504
12.7.4.2 Magnetron und invertiertes Magnetron . 508
12.7.5 Vergleichende Betrachtung zwischen den beiden Arten
von Ionisationsvakuummetern. 510
12.7.6 Allgemeine Hinweise . 512
12.8 Literatur . 516
13 Partialdruckmessgeräte und Leckdetektoren . 519
13.1 Einleitung. 519
13.2 Partialdruckmessgeräte (Massenspektrometer). 519
13.2.1 Ionenquellen. 524
13.2.1.1 Offene Ionenquelle
OIS
. 525
13.2.1.2 Geschlossene Ionenquellen. 526
13.2.1.3 Crossbeam-Ionenquelle . 527
13.2.2 Heizfaden-Materialien. 528
13.2.3 Ionenquellenbedingte Artefakte im Massenspektrum. 529
13.2.4 Massen-Analysatoren . 531
13.2.4.1 Quadrapol-Massenanalysator . 531
13.2.4.2 Miniaturisierte Quadrupol-Massenspektrometer. 535
13.2.4.3 Magnetische Sektorfeld Massenspektrometer. 537
13.2.5 Ionendetektoren. 540
13.2.5.1 Faraday-Detektor. 540
13.2.5.2 Sekundärelektronen-Vervielfacher. 541
13.2.5.3 SEV mit diskreten Dynoden. 542
13.2.5.4 SEV mit kontinuierlicher Dynode . 544
13.2.5.5
MicroChannel Plate
Detektor. 544
13.2.6 Steuersoftware für Massenspektrometer . 546
13.2.6.1 Analoger Scan, Ionenstrom in Abhängigkeit
von der Masse. 546
13.2.6.2 Messung ausgewählter Massenzahlen . 546
13.2.6.3 Lecksuch-Modus . 547
13.2.7 Weitere Einsatzmöglichkeiten von Massenspektrometern . 547
13.3 Partialdruckmessung mit optischen Methoden . 548
13.4 Leckdetektoren. 550
13.4.1 Grundprinzipien und geschichtliche Entwicklung. 550
13.4.2 Heliumleckdetektoren. 551
13.4.2.1 Anforderungen und
Grundfunktion
bei
der Vakuumlecksuche. 551
13.4.2.2 Heliumsektorfeldmassenspektrometer. 552
13.4.2.3 Einlassdrack von Heliumleckdetektoren . 553
13.4.2.4 Zeitverhalten von Heliumleckdetektoren. 554
13.4.2.5 Arbeitsprinzipien von Heliumleckdetektoren. 555
13.4.2.6 Schnüffeleinrichtungen
ŕur
Heliumleckdetektoren. 559
13.4.2.7 Anwendungsfelder der massenspektrometrischen
Heliumleckdetektoren. 560
13.4.3 Kältemittelleckdetektoren. 561
13.4.3.1 Aufbau und Funktion. 561
13.4.3.2 Anwendungsfelder. 562
13.4.4 Prüflecks. 562
13.4.4.1 Permeationslecks . 562
13.4.4.2 Leitwertlecks . 563
13.4.4.3 Praktische Ausführungen von Prüflecks. 563
13.4.4.4 Kalibrierung von Prüflecks. 564
13.4.5 Messeigenschaften und Kalibrierung von Leckdetektoren. 564
13.4.5.1 Leckdetektoren als Prüfmittel im Sinne der DIN/ISO 9001 . 564
13.4.5.2 Unsicherheit der Kalibrierung . 564
13.4.6 Leckdetektoren mit anderen Sensorprinzipien. 565
13.4.6.1 Heliumschnüffler mit Quarzglasmembrane. 565
13.4.6.2 Halogenleckdetektoren mit Alkali-Ionen-Sensor. 566
13.4.6.3 Halogenleckdetektoren mit Infrarot-Sensor. 566
13.5 Literatur . 567
14 Kalibrierungen und Normen. 569
14.1 Einleitung. 569
14.2 Kalibrierung von Vakuummessgeräten. 571
14.2.1 Primärnormale. 571
14.2.1.1 Flüssigkeitsmanometer . 573
14.2.1.2 Kompressionsmanometer nach McLeod. 575
14.2.1.3 Drehkolbenmanometer und Druckwaagen . 578
14.2.1.4 Statisches Expansionsverfahren. 580
14.2.1.5 Kontinuierliches Expansionsverfahren. 586
14.2.1.6 Sonstige Primämormale. 593
14.2.2 Das Vergleichsmessverfahren . 593
14.2.3 Kapazitätsvakuummeter. 595
14.2.4 Gasreibungsvakuummeter . 598
14.2.5 lonisationsvakuummeter. 601
14.3 Kalibrierungen von Partialdrackmessgeräten . 603
14.4 Kalibrierungen von Testlecks . 605
14.5 Normen für die Bestimmung von Kenngrößen von Vakuumpumpen . 608
14.6 Literatur. 611
15 Werkstoffe. 614
15.1 Anforderungen und Überblick über die Werkstoffe . 614
15.2 Werkstoffe der Vakuumtechnik. 615
15.2.1 Metalle. 615
15.2.1.1 Die wichtigsten Metalle und Metalllegierungen. 616
15.2.2 Technische Gläser . 620
15.2.2.1 Allgemeines. 620
15.2.2.2 Eigenschaften der wichtigsten Gläser. 622
15.2.3 Keramische Werkstoffe. 624
15.2.3.1 Allgemeines. 624
15.2.3.2 Eigenschaften der wichtigsten keramischen Werkstoffe . 625
15.2.3.3 Keramik in der Vakuumtechnik. 626
15.2.3.4 Verbindungstechnologien für Keramiken mit Metallen . 626
15.2.3.5 Zeolithe. 626
15.2.4 Kunststoffe . 626
15.2.4.1 Allgemeines. 626
15.2.4.2 Eigenschaften der wichtigsten Kunststoffe. 626
15.2.5 Vakuumfette. 628
15.2.6 Öle. 629
15.2.7 Kühlmittel. 629
15.3 Gasdurchlässigkeit und Gasabgabe von Werkstoffen. 629
15.3.1 Allgemeines. 629
15.3.2 Gasdurchlässigkeit. 630
15.3.2.1 Gasdurchlässigkeit von Metallen. 630
15.3.2.2 Gasdurchlässigkeit von Gläsern und Keramiken. 631
15.3.2.3 Gasdurchlässigkeit von Kunststoffen [4]. 632
15.3.3 Gasabgabe . 634
15.3.3.1 Allgemeines. 634
15.3.3.2 Sättigungsdampfdruck (siehe auch Abschnitt 3.5.1) . 634
15.3.3.3 Desorption von der Oberfläche, Gasdiffusion aus
dem Materialinnern und Richtwerte für
die Gasabgabe [6], [5], [13]. 636
15.3.3.4 Diffusion aus dem Inneren . 636
15.3.3.5 Richtwerte für die Gesamtgasabgaberate [6,13]. 640
15.4 Literatur. 640
16 Bauelemente der Vakuumtechnik und ihre Verbindungen . 641
16.1 Einleitung. 641
16.2 Nichtlösbare Verbindungen. 641
16.2.1 Schweißverbindungen [2], [3], [4] . 642
16.2.1.1 Das WIG-iWolfram-Inert-Gas^Schweißen. 642
16.2.1.2 Das Mikroplasma-, das Elektronenstrahl-Schweißen
und das Reib-Schweißen. 643
16.2.2 Lötverbindungen. 643
16.2.3 Verschmelzungen [9]. 645
16.2.4 Verbindungen mit Metallisierung [9] . 647
16.2.5 Verbindungen durch Kleben [10] . 647
16.3 Lösbare Verbindungen. 648
16.3.1 Dichtungen und Dichtflächen. 648
16.3.2 Kraftbedarf. 649
16.3.3 Schliffe . 649
16.3.4 Flanschverbindungen. 650
16.3.4.1 Swagelok-und Swagelok-VCR-Verbindungen. 650
16.3.4.2 Kleinflanschbauteile und Dichtungen
nach
DIN
28403 [11], [12] . 652
16.3.4.3 ISO-K Bauteile und Dichtungen nach
DIN
28404 . 652
16.3.4.4 CF-Bauteile und Dichtungen . 653
16.3.4.5 COF-Bauteile. 654
16.3.4.6 Sonderflansche und Sonderdichtungen. 654
16.3.4.7 Vakuumbauteile und -kammern. 655
16.3.4.8 Steckverbindungen . 656
16.4 Vakuumbehälter. 657
16.4.1 Auslegung. 657
16.4.1.1 Dimensionierung von Vakuumbehältern und
Berechnungsbeispiele . 657
16.4.2 Doppelwandige Behälter . 660
16.5 Flexible Verbindungselemente . 660
16.6 Durchführungen. 662
16.6.1 Durchführungen für Bewegung und für mechanische Energie. 662
16.6.1.1 Durchführungen für Linearbewegungen. 663
16.6.1.2 Durchführungen für Drehbewegungen. 663
16.6.1.3 Manipulatoren. 664
16.6.2 Stromdurchfuhrungen. 665
16.6.2.1 Durchführungen aus Kunststoff. 665
16.6.2.2 Durchführungen aus Keramik. 666
16.6.3 Durchführungen für Flüssigkeiten und Gase. 667
16.6.3.1 Sichtfenster. 668
16.6.4 Schmieren im Vakuum. 670
16.7 Absperrorgane (Ventile) . 670
16.7.1 Allgemeines. 670
16.7.1.1 Aufbau, Auslegung und Anforderungen. 670
16.7.1.2 Einteilung (Benennung). 671
16.7.1.3 Betätigungsarten. 671
16.7.1.4 Abdichtung der Ventile und Werkstoffe. 672
16.7.2 Eckventile. 673
16.7.3 Durchgangsventile. 675
16.7.4 Schieberventile. 676
16.7.5 Gaseinlassventile. 677
16.8 Vakuumgerechte Fertigung und Oberflächenbehandlung. 678
16.8.1 Bearbeitungsverfahren. 678
16.8.2 Oberflächenbehandlung. 678
16.8.3 Reinigung (Vorreinigung und In-situ). 680
16.8.3.1 Reinigung von Edelstahlen. 680
16.8.3.2 Reinigen von technischen Gläsern. 681
16.8.3.3 Reinigen von Keramik. 681
16.8.3.4 Vakuumglühen . 681
16.8.3.5 Ausheizen . 682
16.8.3.6 In-situ-Reinigung
duch
Glimmentladung und
chemisch aktivem Gas. 683
16.9 Literatur . 683
17 Arbeitsmethoden mit Vakuumsystemen. 684
17.1 Elektronische Anbindung von Vakuumsystem. 684
17.1.1 Überwachung durch Prozesssensoren und automatisierte
Datenauswertung. 684
17.1.1.1 Anforderungen und Anwendungen. 684
17.1.2 Integrationslösungen . 686
17.1.2.1 Integration mit Windows Winsock. 687
17.1.2.2 ASCII-Protokolle. 687
17.1.2.3 Standardisierte Bussysteme . 688
17.1.2.4 Sensor-Integration nach
SECS-
und HSMS-Standard. 688
17.1.3 Prozessdatenanalyse . 690
17.2 Allgemeine Hinweise zum
End-
und Arbeitsdruck . 692
17.2.1 Enddruck
/»end
bzw. Betriebsenddruck pB,endemer Vakuumpumpe . 693
17.2.2 Enddrack einer Vakuumapparatur oder-anlagernd,
A
. 693
17.2.3 Arbeitsdruck. 694
17.2.4 Arbeitsdruck, bedingt durch den Prozessgasstrom. 694
17.2.5 Arbeitsdruck, bedingt durch verdampfende Substanzen . 695
17.2.6 Arbeitsdruck, bedingt durch Ausgasung (vgl. Kapitel 5 und
Abschnitt 15.3). 697
17.2.7 Arbeitsdruck, bedingt durch den Permeationsgasstrom
(Abschnitt 15.3.2). 698
17.2.8 Arbeitsdruck, bedingt durch den Leckgasstrom. 699
17.3 Arbeitstechnik im Grobvakuum (101
kPa
. 100
Pa) .
699
17.3.1 Oberblick. 699
17.3.2 Aufbau einer Grobvakuumanlage oder
-apparatur
. 700
17.3.3 Pumpen, Art und Saugvermögen. 701
17.3.4 Pumpstände für Grobvakuum. 702
17.3.5 Drackmessung im Grobvakuum. 704
17.3.6 Auspumpzeit im Grobvakuum . 704
17.3.7 Belüften. 708
17.4 Arbeitstechnik im Feinvakuum. 710
17.4.1 Überblick. 710
17.4.2 Aufbau einer Feinvakuum-Apparatur. 711
17.4.3 Pumpen: Art und Saugvermögen. 711
17.4.4 Drackmessung. 712
17.4.5 Auspumpzeit und Enddruck . 712
17.4.6 Belüften . 716
17.4.7 Feinvakuumpumpstände. 716
17.5 Arbeitstechnik im Hochvakuum . 720
17.5.1 Pumpen: Art und Saugvermögen. 720
17.5.2 Behandlung der Vakuummeter (Reinigung). 721
17.5.3 Hochvakuumpumpstände . 721
17.5.3.1 Hochvakuumpumpstand mit Diffusionspumpe
(siehe auch Abschnitt 8.4.6) . 722
17.5.3.2 Hochvakuumpumpstand mit Turbomolekularpumpe . 728
17.5.3.3 Der vollautomatische Hochvakuumpumpstand . 731
17.5.4 Auspumpzeit und Belüften. 732
17.6 Arbeitstechnik im Ultrahochvakuum. 733
17.6.1 Überblick. 733
17.6.2 Aufbau einer UHV-Apparatur. 734
17.6.3 UHV-Pumpen: Betriebshinweise. 735
17.6.3.1 Adsorptionspumpen. 735
17.6.3.2 Ionenzerstäuberpumpen. 736
17.6.3.3 Titanverdampferpumpen. 737
17.6.3.4 Turbomolekularpumpen . 737
17.6.3.5 Kryopumpen. 738
17.6.3.6
Volumengetter-(NEG-)Pumpen
. 738
П.
6.4 Drackmessung. 738
17.6.5 Auspumpzeit, Enddrack und Evakuierungstechnik. 738
17.6.6 Belüften . 739
17.6.7 Ultrahochvakuum-Systeme . 739
17.6.8 Ultrahochvakuum-iUHV^Bauelemente. 740
17.6.9 Ultrahochvakuum-flJHV^Pumpstände. 740
17.6.9.1 Ultrahochvakuum-iUHV^Großanlagen. 743
17.7 Literatur . 745
18 Lecksuchtechniken. 746
18.1 Oberblick . 746
18.1.1 Vakuumlecksuche. 746
18.1.2 Überdrucklecksuche . 747
18.1.3 Prüfgasverteilung vor einem Leck in der Atmosphäre . 747
18.1.4 Messergebnisse mit der Schnüffelmethode . 748
18.1.5 Prüfgase. 749
18.1.5.1 Helium. 750
18.1.5.2 Andere Edelgase als Helium. 750
18.1.5.3 Wasserstoff H2 . 750
18.1.5.4 Methan CH4 . 750
18.1.5.5 Kohlendioxid CO2. 750
18.1.5.6 Schwefelhexafluorid SF6. 750
18.2 Eigenschaften von Lecks . 751
18.2.1 Leckrate, Einheiten. 751
18.2.2 Leckarten. 752
18.2.2.1 Eigenschaften von Porenlecks. 752
18.2.2.2 Permeationslecks . 754
18.2.2.3 Virtuelle Lecks in Vakuumkammern. 755
18.2.2.4 Flüssigkeitslecks. 755
18.3 Überblick über die Lecksuchverfahren (siehe auch
DIN EN
1779) . 756
18.3.1 Allgemeine Hinweise zur Dichtheitsprürang . 756
18.3.2 Verfahren ohne Prüfgas (Drackprüfungen). 758
18.3.2.1 Allgemeines. 758
18.3.2.2 Druckabfallmessung. 758
18.3.2.3 Druckanstiegsmessung . 758
18.3.2.4 Sonstige Verfahren. 760
18.3.3 Prüfgasverfahren ohne Helium. 760
18.3.3.1 Allgemeines. 760
18.3.3.2 Vakuumlecksuche mit Prüfgasen außer Helium. 761
18.3.3.3 Überdrucklecksuche mit Prüfgasen außer Helium . 762
18.4 Lecksuchverfahren mit Heliumleckdetektoren. 763
18.4.1 Eigenschaften des Heliumleckdetektors. 763
18.4.2 Prüfung von Komponenten. 763
18.4.2.1 Prüfablauf, integrale Prüfung . 764
18.4.2.2 Vorgehen zur Lecklokalisierang. 765
18.4.3 Prüfung von Vakuumanlagen. 767
18.4.3.1 Allgemeines zum Teilstromverfahren . 767
18.4.3.2 Anschlusspunkte des Lecksuchers an der Anlage . 768
18.4.3.3 Nachweisempfindlichkeit und Ansprechzeit . 771
18.4.4
Überdrack-(Schnüffel-)Lecksuche
mit dem Heliumleckdetektor. 773
18.4.4.1 Integrales Verfahren (total oder partiell) . 773
18.4.4.2 Lecklokalisierung mit dem Schnüffler . 774
18.5 Lecksuchverfahren mit anderen Prüfgasen. 774
18.5.1 Allgemeines. 774
18.5.2 Schnüffellecksuche an Kälte-TKlimaanlagen. 774
18.6 Industrielle Dichtheitsprüfung von Bauteilen in der Serienfertigung . 775
18.6.1 Allgemeines. 775
18.6.2 Industrielle Prüfung von Serienbauteilen . 775
18.6.2.1 Hüllenverfahren für Vakuumkomponenten
(Methode
Al in DIN
EN
1779). 776
18.6.2.2 Vakuumkammerverfahren für Überdrackbauteile
(Methode B6 in
DIN EN
1779) . 776
18.6.3 Pröfimg von hermetisch verschlossenen Komponenten durch
Drucklagerang
(„Bombing",
Methode B5 in
DIN EN 1
779). 778
18.6.4 Prüfung von Lebensmittelverpackungen in der Folienprüfkammer. 779
18.7 Literatur. 780
19 Anhang. 781
19.A Tabellen. 781
19.B Diagramme. 810
19.C Erläuterung einiger häufiger verwendeter Abkürzungen. 826
19.D Größen und Einheiten . 827
19.
E
Glossar. 829
Sachwortregister. 835
Bezugsquellenverzeichnis . 850 |
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