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| Erläuterung einiger häufiger verwendeten Abkürzungen | XXIX | |
| Glossar | XXXI | |
| 1 | Die Geschichte der Vakuumphysik und Vakuumtechnik | 1 |
| Literatur ........................................... | ||
| 2 | Anwendungen und Aufgaben der Vakuumtechnik | 19 |
| Literatur | 27 | |
| 3 | Gasgesetze und kinetische Gastheorie | 29 |
| 3.1 | Beschreibung des Gaszustandes | 29 |
| 3.1.1 | Zustandsgrößen | 29 |
| 3.1.2 | Mengengrößen | 33 |
| 3.1.3 | Zustandsgieichung des idealen Gases | 35 |
| 3.1.4 | Gemisch verschiedener Gase | 37 |
| 3.2 | Kinetische Gastheorie | 39 |
| 3.2.1 | Modell vor Stellung | 39 |
| 3.2.2 | Wanddruck als Folge von Teilchenstößen | 39 |
| 3.2.3 | Geschwindigkeitsverteilung von Maxwell und Boltzmann | 41 |
| 3.2.4 | Flächenstoßrate und Effusion | 44 |
| 3.2.5 | Größe der Gasteilchen, freie Weglänge | 46 |
| 3.3 | Transporteigenschaften von Gasen | 50 |
| 3.3.1 | Druckabhängigkeit | 50 |
| 3.3.2 | Transport von Reibungskräften in Gasen und Viskosität | 51 |
| 3.3.3 | Wärmetransport in Gasen und Wärmeleitfähigkeit | 55 |
| 3.3.4 | Diffusion | 63 |
| 3.4 | Reale Gase | 65 |
| 3.4.1 | Zustandsgieichungen | 65 |
| 3.4.2 | Eigenschaften der Gasteilchen und Verhalten des Gases | 70 |
| 3.5 | Dämpfe | 75 |
| 3.5.1 | Sättigungsdampfdruck | 75 |
| 3.5.2 | Verdampfungsrate | 79 |
| Literatur | 82 | |
| Strömung von Gasen | 83 | |
| 4.1 | Strömungsarten, Begriffsdefinitionen | 83 |
| 4.1.1 | Charakterisierung von Strömungen, Knudsenzahl, Reynoldszahl | 83 |
| 4.1.2 | Gasstrom, Saugleistung, Saugvermögen | 87 |
| 4.1.3 | Strömungswiderstand, Strömungsleitwert | 91 |
| 4.1.4 | Effektives Saugvermögen einer Vakuumpumpe | 93 |
| 4.2 | Reibungsfreie viskose Strömung, Gasdynamik | 94 |
| 4.2.1 | Erhaltungssätze | 94 |
| 4.2.2 | Allmähliche Querschnittsänderung: isentrope Zustandsänderung | 96 |
| 4.2.3 | Kritische Strömung | 99 |
| 4.2.4 | Verblockung bei kleinem Auslassdruck | 101 |
| 4.2.5 | Kontraktion bei Einströmung in Blende und Rohr | 103 |
| 4.2.6 | Beispiele zur Düsenströmung | 103 |
| 4.2.7 | Gerader und schräger Verdichtungsstoß | 108 |
| 4.2.8 | Lavaldüse, Ausströmung bei Gegendruck | 110 |
| 4.2.9 | Strömung um eine Ecke (Prandtl-Meyer) | 113 |
| 4.3 | Reibungsbehaftete viskose Leitungsströmung | 116 |
| 4.3.1 | Laminare und turbulente Strömung durch eine Leitung | 116 |
| 4.3.2 | Leitungsströmung von Luft | 121 |
| 4.3.3 | Lufteinströmung in einen Kessel, Beispiele | 122 |
| 4.3.4 | Rohr in der Ansaugleitung einer Pumpe, Beispiele | 129 |
| 4.3.5 | Strömung durch Leitungen mit nicht-kreisförmigem Querschnitt | 132 |
| 4.3.6 | Gasartabhängigkeit der Strömung | 134 |
| 4.4 | Molekulare Strömung im Hoch-und Ultrahochvakuum | 135 |
| 4.4.1 | Strömungsform, Begriffe, Durchlaufwahrscheinlichkeit | 135 |
| 4.4.2 | Molekulare Strömung durch Blende | 139 |
| 4.4.3 Molekulare Strömung durch Leitung | ||
| gleichbleibenden Querschnitts | 141 | |
| 4.4.4 | Molekulare Strömung durch Kreisrohr | 144 |
| 4.4.5 | Molekulare Strömung durch Leitungen einfachen Querschnitts | 145 |
| 4.4.6 | Rohrbogen und Rohrknie | 147 |
| 4.4.7 | Hintereinanderschaltung von Rohr und Blende | 150 |
| 4.4.8 | Hintereinanderschaltung von Bauelementen | 151 |
| 4.4.9 | Molekularströmung durch konisches Kreisrohr (Trichter) | 154 |
| 4.4.10 | Bauelement in der Ansaugleitung einer Pumpe | 155 |
| 4.5 | Strömung im gesamten Druckbereich | 156 |
| 4.5.1 | Kennzeichnung der Strömung | 156 |
| 4.5.2 | Strömung durch dünne Kreisblende | 156 |
| 4.5.3 | Strömung durch langes Kreisrohr | 159 |
| 4.6 | Strömung bei Temperaturdifferenz, thermische Effusion, Transpiration | 164 |
| 4.7 | Messung von Strömungsleitwerten | 168 |
| 4.7.1 | Notwendigkeit der Messung | 168 |
| 4.7.2 | Messung des charakteristischen Leitwerts (Eigenleitwert) | 168 |
| 4.7.3 | Berechnung des reduzierten Leitwerts (Einbauleitwert) | 169 |
| 4.7.4 | Messung des reduzierten Leitwerts | 170 |
| Literatur .............................................. | ||
| 5 Analytische und numerische Berechnungen | ||
| von stationären Flüssen verdünnter Gase | 173 | |
| 5.1 | Grundkonzept | 173 |
| 5.1.1 | Die Parameter Knudsenzahl und Gasverdünnung | 173 |
| 5.1.2 | Makroskopische Größen | 174 |
| 5.1.3 | Lunktion der GeschwindigkeitsVerteilung | 174 |
| 5.1.4 | Globales Gleichgewicht | 176 |
| 5.1.5 | Lokales Gleichgewicht | 176 |
| 5.1.6 | Kinetische Boltzmanngleichung | 177 |
| 5.1.7 | Transportkoeffizienten | 179 |
| 5.1.8 Modellgleichungen............................Igl | ||
| 5.1.9 | Wechselwirkung zwischen Gas und Oberfläche | 182 |
| 5.2 | Berechnungsmethoden von Gasströmen | 185 |
| 5.2.1 | Allgemeine Bemerkungen | 185 |
| 5.2.2 | Die deterministische Methode | 185 |
| 5.2.3 | Wahrscheinlichkeitsmethoden | 187 |
| 5.3 | Geschwindigkeitsschlupf und Temperatursprung | 189 |
| 5.3.1 | Viskoser Schlupfkoeffizient | 189 |
| 5.3.2 | Der Koeffizient des thermischen Schlupfs | 190 |
| 5.3.3 | Der Koeffizient für den Temperatursprung | 192 |
| 5.4 | Impuls-und Wärmetransport durch verdünnte Gase | 193 |
| 5.4.1 | Ebene Couette-Strömung | 193 |
| 5.4.2 | Zylindrische Couette-Strömung | 196 |
| 5.4.3 | Wärmetransport zwischen zwei Platten | 200 |
| 5.4.4 | Wärmestrom zwischen zwei koaxialen Zylindern | 202 |
| 5.5 | Gasströme durch lange Rohre | 206 |
| 5.5.1 | Begriffe | 206 |
| 5.5.2 | Molekularer Strömungsbereich | 207 |
| 5.5.3 | Schlupfströmung | 208 |
| 5.5.4 | Strömung im Übergangsgebiet | 210 |
| 5.5.5 | Strömung bei beliebigen Druck-und Temperaturdifferenzen | 215 |
| 5.5.6 | Variable Querschnitte | 220 |
| 5.5.7 | Thermomolekulares Druckverhältnis | 221 |
| 5.6 | Durchfluss durch Blenden | 224 |
| 5.7 | Modellierung einer Holweckpumpe | 226 |
| Literatur | 228 | |
| 6 | Sorption und Diffusion | 233 |
| 6.1 | Sorptionsphänomene und deren Bedeutung - Begriffe und Terminologie | 233 |
| 6.2 | Adsorptions-und Desorptionskinetik | 239 |
| 6.2.1 | Adsorptionsrate | 239 |
| 6.2.2 | Desorptionsrate | 239 |
| 6.2.3 | Hobsons Modell einer Auspumpkurve | 243 |
| 6.2.4 | Mono-Schicht-Adsorptionsisothermen | 245 |
| 6.2.5 Mehr schicht-Adsorption | ||
| und Brunauer-Emmett-Teller-(BET-)lsotherme | 248 | |
| 6.2.6 | Mono-Zeit | 250 |
| 6.2.7 | Absorption, Diffusion und Ausgasung | 251 |
| 6.3 | Permeation | 256 |
| Literatur | 259 | |
| 7 | Verdrängerpumpen | 261 |
| 7.1 | Einleitung und Übersicht | 261 |
| 7.2 | Oszillationsverdrängerpumpen | 264 |
| 7.2.1 | Kolbenpumpen | 265 |
| 7.2.2 | Membranpumpen | 266 |
| 7.2.2.1 | Aufbau und Funktionsweise | 267 |
| 7.2.2.2 | Saug vermögen und Enddruck | 268 |
| 7.2.2.3 | Gasballast | 270 |
| 7.2.2.4 | Antriebskonzepte | 270 |
| 7.2.2.5 | Enddruck | 271 |
| 7.2.2.6 Gasartabhängigkeit des Saugvermögens | ||
| und des Enddrucks | 271 | |
| 7.2.2.7 | Drehzahlabhängigkeit des Enddrucks | 271 |
| 7.2.2.8 | Konstruktionsprinzipien | 273 |
| 7.2.2.9 | Anwendung von Membranpumpen im Chemielabor | 274 |
| 7.2.2.10 Membranpumpen als Vorpumpen | ||
| für Turbomolekularpumpen | 275 | |
| 7.2.2.11 Membranpumpen in Kombination | ||
| mit anderen Vakuumpumpen | 278 | |
| 7.3 | Einwellige Rotationsverdrängerpumpen | 279 |
| 7.3.1 | Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen | 279 |
| 7.3.1.1 | Aufbau und Funktionsweise | 280 |
| 7.3.1.2 | Betriebseigenschaften und Auslegung | 281 |
| 7.3.1.3 | Bauarten | 284 |
| 7.3.1.4 | Pumpstände mit Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen | 287 |
| 7.3.1.5 | Hinweise für den wirtschaftlichen Betrieb | 288 |
| 7.3.2 | Drehschieberpumpen | 291 |
| 7.3.2.1 | Wirkungsweise und Aufbau | 292 |
| 7.3.2.2 | Trocken laufende Drehschieberpumpen | 293 |
| 7.3.2.3 | Ölgeschmierte Drehschieberpumpen | 294 |
| 7.3.2.4 | Frischöl geschmierte Drehschieberpumpe | 296 |
| 7.3.2.5 | Betriebsverhalten und Hinweise | 297 |
| 7.3.2.6 | Kennlinien, Kenndaten | 300 |
| 7.3.3 | Sperrschieberpumpen | 301 |
| 7.3.3.1 | Wirkungsweise und technischer Aufbau | 301 |
| 7.3.3.2 | Vergleich zwischen Dreh-und Sperrschieberpumpen | 305 |
| 7.3.4 | Trochoidenpumpen | 305 |
| 7.3.5 | Scroll-Pumpen | 307 |
| 7.3.5.1 | Das Verdichtungsprinzip | 307 |
| 7.3.5.2 | Aufbau | 308 |
| 7.3.5.3 | Anwendungen und Vorteile | 309 |
| 7.4 | Zweiwellige Rotationsverdrängerpumpen | 310 |
| 7.4.1 | Schraubenpumpen | 310 |
| 7.4.1.1 | Wirkungsweise und technischer Aufbau | 311 |
| 7.4.1.2 | Wärmeverhalten und technische Hinweise | 317 |
| 7.4.2 | Drehzahnpumpen | 319 |
| 7.4.2.1 | Verdichtungsprinzip | 320 |
| 7.4.2.2 | Vergleich mit Wälzkolbenpumpen | 323 |
| 7.4.2.3 Mehrstufige Drehzahnpumpen | ||
| und Pumpkombinationen | 324 | |
| 7.4.2.4 | Drehzahlregelung | 325 |
| 7.4.2.5 | Anwendungsgebiete | 325 |
| 7.4.3 | Wälzkolbenpumpen (Roots-Pumpen) | 326 |
| 7.4.3.1 | Wirkungsweise | 326 |
| 7.4.3.2 | Technischer Aufbau | 327 |
| 7.4.3.3 | Theoretische Grundlagen | 329 |
| 7.4.3.4 | Der effektive Gasstrom | 329 |
| 7.4.3.5 | Kompressionsverhältnis Kq bei Nulldurchsatz | 329 |
| 7.4.3.6 Effektives Kompressionsverhältnis | ||
| und volumetrischer Wirkungsgrad | 331 | |
| 7.4.3.7 Abstufung des Saugvermögens | ||
| Vorpumpe/Wälzkolbenpumpe | 332 | |
| 7.4.3.8 | Saugvermögen und Enddruck | 336 |
| 7.4.3.9 | Installation und Betriebshinweise | 338 |
| 7.5 | Spezifische Eigenschaften ölgedichteter Verdrängerpumpen | 338 |
| 7.5.1 | Saugvermögen und erreichbarer Enddruck | 338 |
| 7.5.1.1 | Saugvermögen und Endpartialdruck | 338 |
| 7.5.1.2 | Enddruck und Ölauswahl | 339 |
| 7.5.2 | Ölrückströmung | 343 |
| 7.6 | Grundlagen Verdrängerpumpen | 344 |
| 7.6.1 | Abpumpen von Dämpfen und Gasballast | 344 |
| 7.6.2 | Leistungsbedarf | 348 |
| 7.6.2.1 | Isotherme Kompression | 349 |
| 7.6.2.2 | Adiabatische Kompression | 350 |
| 7.6.2.3 | Polytrope Kompression | 350 |
| 7.6.2.4 | Kompressionsleistung | 351 |
| 7.7 | Betriebs- und Sicherheitshinweise | 352 |
| 7.7.1 | Aufstellung | 352 |
| 7.7.2 | An-und Abstellen, Saugstutzenventile | 353 |
| 7.7.3 | Auswahl der Pumpen und Arbeitshinweise | 354 |
| 7.7.4 | Sicherheitstechnische Hinweise | 355 |
| 7.8 | Spezifisches Zubehör für Verdrängerpumpen | 357 |
| 7.8.1 | Sorptionsfallen | 357 |
| 7.8.2 | Sicherheitsventile | 358 |
| 7.8.3 | Ölfilter und Ölreinigung | 360 |
| 7.8.4 | Auspuff-Filter (Ölnebelabscheider) | 361 |
| 7.8.5 | Staubfilter | 362 |
| Literatur | 364 | |
| Kondensatoren | 369 | |
| 8.1 | Kondensationsvorgänge im Vakuum | 369 |
| 8.1.1 | Grundlagen | 369 |
| 8.1.2 | Kondensation reiner Dämpfe | 371 |
| 8.1.3 | Kondensation von Gas-Dampf-Gemischen | 375 |
| 8.1.4 | Kühlmittel | 378 |
| 8.2 | Bauarten von Kondensatoren | 379 |
| 8.2.1 | Oberflächenkondensatoren für Flüssigkeitskondensation | 379 |
| 8.2.2 | Mischkondensatoren | 381 |
| 8.2.3 | Kondensataustrag | 383 |
| 8.2.4 | Oberflächenkondensatoren für Feststoffkondensation | 384 |
| 8.3 | Integration von Kondensatoren in Vakuumsysteme | 385 |
| 8.3.1 | Kondensatoren in Kombination mit Vakuumpumpen | 385 |
| 8.3.2 | Regelung | 388 |
| 8.4 | Berechnungsbeispiele | 389 |
| Literatur | 392 | |
| 9 | Treibmittelpumpen | 393 |
| 9.1 | Einleitung, Übersicht | 393 |
| 9.2 | Flüssigkeitsstrahlpumpen | 395 |
| 9.3 | Dampfstrahl-Vakuumpumpen | 397 |
| 9.3.1 | Aufbau und Wirkungsweise | 398 |
| 9.3.2 | Leistungsdaten, Betriebsverhalten und Regelung | 399 |
| 9.3.3 | Mehrstufige Dampf strahl-Vakuumpumpen | 403 |
| 9.3.4 | Organische Dämpfe als Treibmedium | 406 |
| 9.4 | Diffusionspumpen | 407 |
| 9.4.1 | Aufbau und Arbeitsweise | 407 |
| 9.4.2 | Treibmittel | 412 |
| 9.4.3 | Dampfsperren (Baffles) und Fallen | 413 |
| 9.4.4 | Fraktionieren, Entgasen | 414 |
| 9.4.5 | Betriebshinweise | 416 |
| 9.4.6 | Saugvermögen, Vorvakuumbeständigkeit, Hybridpumpen | 416 |
| 9.4.7 Berechnung der Funktionsgrößen von Diffusions- und | ||
| Dampfstrahlpumpen anhand eines einfachen Pumpenmodells | 419 | |
| 9.5 | Vergleich Diffusionspumpen - Dampfstrahlpumpen | 427 |
| Literatur | 429 | |
| 10 | Molekular-und Turbomolekularpumpen | 431 |
| 10.1 | Einleitung | 431 |
| 10.2 | Molekularpumpen | 434 |
| 10.2.1 | Gaedepumpstufe | 434 |
| 10.2.2 | Holweckstufe | 438 |
| 10.2.3 | Siegbahnstufe | 439 |
| 10.3 | Physikalische Grundlagen der Turbomolekularpumpstufen | 440 |
| 10.3.1 | Pumpmechanismus | 440 |
| 10.3.2 | Saugvermögen und Kompressionsverhältnis | 441 |
| 10.3.3 | Statistische und Gaedesche Betrachtung des Pumpeffekts | 442 |
| 10.3.4 | Wärmehaushalt | 446 |
| 10.4 | Technik von Turbomolekularpumpen | 449 |
| 10.4.1 | Aufbau und Wirkungsweise | 449 |
| 10.4.2 | Turbomolekularpumpenrotoren | 450 |
| 10.4.2.1 | Rotorgestaltung | 450 |
| 10.4.2.2 | Rotormaterialien und mechanische Anforderungen | 452 |
| 10.4.3 | Sicherheitsanforderungen | 452 |
| 10.4.4 | Lagerung von Turbomolekularpumpenrotoren | 453 |
| 10.4.4.1 | Welle mit zwei Kugellagern | 454 |
| 10.4.4.2 | Welle mit Permanentmagnetlager und Kugellager | 455 |
| 10.4.4.3 | Magnetlagerung | 455 |
| 10.4.5 | Antriebe und Bedienung | 457 |
| 10.4.6 | Heizung und Kühlung | 458 |
| 10.4.7 | Sonderausführungen | 458 |
| 10.5 | Leistungsdaten von Turbomolekularpumpen | 460 |
| 10.5.1 | Saug vermögen | 460 |
| 10.5.2 | Kompressionsverhältnis, Enddruck und Basisdruck | 461 |
| 10.5.3 | Auspumpzeiten von Behältern | 463 |
| 10.5.4 | Pumpen hoher Gaslasten | 464 |
| 10.6 | Betrieb und Wartung von Turbomolekularpumpen | 466 |
| 10.6.1 | Wahl der Vorpumpe | 466 |
| 10.6.2 | Allgemeine Hinweise | 466 |
| 10.6.3 | Einschalten | 466 |
| 10.6.4 | Erreichen des Basisdruckes | 466 |
| 10.6.5 | Betrieb in Magnetfeldern | 467 |
| 10.6.6 | Belüften | 467 |
| 10.6.7 | Wartung | 467 |
| 10.7 | Anwendungen | 468 |
| Literatur | 470 | |
| 11 | Sorptionspumpen | 473 |
| 11.1 | Einleitung | 473 |
| 11.2 | Adsorptionspumpen | 475 |
| 11.2.1 | Wirkungsweise | 475 |
| 11.2.2 | Aufbau | 477 |
| 11.2.3 | End vakuum und Saug vermögen | 478 |
| 11.2.3.1 | Enddruck mit einer Adsorptionspumpe | 478 |
| 11.2.3.2 | Enddruck mit zwei oder mehr Adsorptionspumpen | 480 |
| 11.2.4 | Arbeits-und Betriebshinweise | 481 |
| 11.3 | Getter | 483 |
| 11.3.1 | Wirkungsweise und Getterarten | 483 |
| 11.3.2 | NEG-Pumpen | 484 |
| 11.3.2.1 | Grundlagen der Volumengetter/NEG | 484 |
| 11.3.2.2 | Aufbau von NEG-Pumpen | 489 |
| 11.3.2.3 | Saugvermögen und Getterkapazität | 490 |
| 11.3.2.4 | Anwendung von NEG-Pumpen | 492 |
| 11.3.2.5 | Sicherheits-und Betriebshinweise | 492 |
| 11.3.3 | Verdampferpumpen | 494 |
| 11.3.3.1 | Materialien der Verdampfer | 494 |
| 11.3.3.2 | Saugvermögen | 495 |
| 11.3.3.3 | Getterkapazität | 498 |
| 11.3.3.4 | Aufbau der Verdampfergetterpumpen | 499 |
| 11.4 | Ionenzerstäuberpumpen | 504 |
| 11.4.1 | Wirkungsweise | 504 |
| 11.4.2 | Technischer Aufbau (Diodentyp) | 509 |
| 11.4.3 | Saugvermögen | 509 |
| 11.4.4 | Die differentielle Diodenpumpe | 512 |
| 11.4.5 | Die Triodenpumpe | 513 |
| 11.4.6 | Lineare Zerstäuberpumpen (Distributed ion pump) | 516 |
| 11.4.7 | Restgasspektrum | 516 |
| 11.4.8 | Arbeitstechnik | 517 |
| 11.5 | Die Orbitronpumpe | 519 |
| Literatur | 520 | |
| 12 | Kryotechnik und Kryopumpen | 523 |
| 12.1 | Einleitung | 523 |
| 12.2 | Kühl verfahren | 524 |
| 12.2.1 | Gaskälteverfahren | 525 |
| 12.2.1.1 | Stirling-Verfahren | 527 |
| 12.2.1.2 | Gifford-McMahon-Verfahren | 528 |
| 12.2.1.3 | Pulsrohr-Verfahren | 530 |
| 12.2.2 | Kryostate mit flüssigen Kältemitteln | 532 |
| 12.2.3 | Messung tiefer Temperaturen | 533 |
| 12.3 | Arbeitsprinzipien von Kryopumpen | 533 |
| 12.3.1 | Gaskondensation | 536 |
| 12.3.2 | Kryosorption | 539 |
| 12.3.2.1 | Feste Adsorptionsmittel | 541 |
| 12.3.2.2 | Kryotrapping | 544 |
| 12.4 | Auslegung von Kryopumpen | 544 |
| 12.4.1 | Kryotechnisch konstruktive Merkmale | 544 |
| 12.4.1.1 | Strahlung | 546 |
| 12.4.1.2 | Wärmeleitung | 549 |
| 12.4.2 | Vakuumtechnisch konstruktive Merkmale | 552 |
| 12.4.3 | Konstruktionsprinzipien | 554 |
| 12.4.3.1 | Bad-Kryopumpen | 555 |
| 12.4.3.2 | Refrigerator-Kryopumpen | 555 |
| 12.5 | Kenngrößen einer Kryopumpe | 561 |
| 12.5.1 | Startdruck | 561 |
| 12.5.2 | Enddruck | 562 |
| 12.5.3 | Saugvermögen | 563 |
| 12.5.4 | Standzeit | 564 |
| 12.5.5 | Kapazität (maximale Gasaufnahme) | 565 |
| 12.5.6 | Cross-over-Wert | 565 |
| 12.5.7 | Maximal zulässiger pV-Durchfluß | 566 |
| 12.5.8 | Beständigkeit gegen thermische Strahlung | 566 |
| 12.5.9 | Regeneration | 567 |
| 12.5.10 | Leistungsvergleich | 569 |
| 12.6 | Anwendungsbeispiele | 570 |
| 12.6.1 | Kryopumpen mit Zwangskühlung durch superkritisches Helium | 570 |
| 12.6.2 | Kombinierte Refrigerator/Flüssig-Kryopumpen | 572 |
| 12.6.3 | Kryopumpen mit zwangsgeführter Flüssigkühlung | 573 |
| 12.6.4 | Kryopumpen in Großforschungsanwendungen | 575 |
| 12.6.5 | Kryopumpen in industriellen Anlagen | 575 |
| 12.6.6 | Entwicklungstendenzen für die Kryopumpe | 575 |
| Literatur | 576 | |
| Vakuummessgeräte für Totaldruck | 579 | |
| 13.1 | Einleitung | 579 |
| 13.2 | Mechanische Vakuummeter | 581 |
| 13.2.1 | Prinzip und Einteilung | 581 |
| 13.2.2 | Plattenfedervakuummeter | 582 |
| 13.2.3 | Kapselfedervakuummeter (Messbereich lkPa-100kPa) | 582 |
| 13.2.4 | Röhrenfedervakuummeter (Messbereich lkPa-100kPa) | 583 |
| 13.2.4.1 | Quarz-Bourdon-Vakuummeter | 584 |
| 13.2.5 | Membranvakuummeter | 585 |
| 13.2.5.1 Membranvakuummeter mit mechanischer Anzeige | ||
| (Messbereich 0,1 kPa-100kPa) | 585 | |
| 13.2.5.2 | Membranvakuummeter mit elektrischem Umformer | 586 |
| 13.2.5.3 Membranvakuummeter nach dem piezo-resistiven | ||
| Prinzip | 587 | |
| 13.2.5.4 | Piezo-elektrische Vakuummeter | 589 |
| 13.2.5.5 | Resonanz-Membranvakuummeter | 589 |
| 13.2.5.6 | Kapazitätsvakuummeter | 591 |
| 13.2.5.7 | Thermische Transpiration | 594 |
| 13.2.6 | Druckschalter und Druckregler | 596 |
| 13.3 | Gasreibungsvakuummeter (Spinning Rotor Gauge) | 598 |
| 13.3.1 | Messanordnung und Messprinzip | 599 |
| 13.3.2 | Bremsung durch Gasreibung | 600 |
| 13.3.3 | Durchführung der Messung | 605 |
| 13.3.4 | Erweiterung des Messbereichs zu höheren Drücken | 606 |
| 13.3.5 | Messunsicherheit | 607 |
| 13.4 | Direkte elektrische Druckmessumformer | 608 |
| 13.5 | Wärmeleitungsvakuummeter | 608 |
| 13.5.1 | Prinzip | 608 |
| 13.5.2 | Wärmeleitungsvakuummeter mit konstanter Drahttemperatur | 612 |
| 13.5.3 | Wärmeleitungsvakuummeter mit konstanter Heizung | 616 |
| 13.5.4 | Thermoelementvakuummeter (Thermocouple) | 617 |
| 13.5.5 | Thermistoren | 618 |
| 13.5.6 | Hinweise zur Verwendung von Wärmeleitungsvakuummetern | 618 |
| 13.6 | Gasflussmessgeräte | 620 |
| 13.7 | Ionisationsvakuummeter | 623 |
| 13.7.1 | Prinzip und Einteilung | 623 |
| 13.7.2 | Geschichtliche Entwicklung der Ionisationsvakuummeter | 624 |
| 13.7.3 | Ionisationsvakuummeter mit Emissionskathode | 626 |
| 13.7.3.1 | Messprinzip | 626 |
| 13.7.3.2 Aufbau der Emissionskathoden- | ||
| Ionisationsvakuummeter | 629 | |
| 13.7.3.3 | Konzentrische Triode | 629 |
| 13.7.3.4 | Feinvakuum-Ionisationsvakuummeter | 630 |
| 13.7.3.5 | lonisationsvakuummeter nach Bayard und Alpert | 632 |
| 13.7.3.6 | Extraktor-Ionisationsvakuummeter | 636 |
| 13.7.3.7 | Andere Glühkathoden-Ionisationsvakuummeter | 639 |
| 13.7.3.8 Betriebshinweise für Emissionskathoden- | ||
| Ionisationsvakuummeter | 640 | |
| 13.7.4 Ionisationsvakuummeter | ||
| mit gekreuzten elektromagnetischen Feldern | 641 | |
| 13.7.4.1 | Penning-Vakuummeter | 641 |
| 13.7.4.2 | Magnetron und invertiertes Magnetron | 646 |
| 13.7.5 Vergleichende Betrachtung zwischen den beiden Arten | ||
| von Ionisationsvakuummetern | 648 | |
| 13.7.6 | Allgemeine Hinweise | 650 |
| 13.8 | Kombinationsmessgeräte | 654 |
| Literatur | 655 | |
| 14 | Partialdruckmessgeräte und Leckdetektoren | 661 |
| 14.1 | Einleitung | 661 |
| 14.2 | Partialdruckmessgeräte (Massenspektrometer) | 662 |
| 14.2.1 | Ionenquellen | 667 |
| 14.2.1.1 | Offene Ionenquelle OIS | 668 |
| 14.2.1.2 | Geschlossene Ionenquellen | 670 |
| 14.2.1.3 | Crossbeam-Ionenquelle | 671 |
| 14.2.2 | Heizfaden-Materialien | 672 |
| 14.2.3 | Ionenquellenbedingte Artefakte im Massenspektrum | 673 |
| 14.2.4 | Massen-Analysatoren | 675 |
| 14.2.4.1 | Quadrupol-Massenanalysator | 675 |
| 14.2.4.2 | Miniaturisierte Quadrupol-Massenspektrometer | 679 |
| 14.2.4.3 | Magnetische Sektorfeld Massenspektrometer | 681 |
| 14.2.5 | Ionendetektoren | 685 |
| 14.2.5.1 | Faraday-Detektor | 685 |
| 14.2.5.2 | Sekundärelektronen-Vervielfacher | 685 |
| 14.2.5.3 | SEV mit diskreten Dynoden | 687 |
| 14.2.5.4 | SEV mit kontinuierlicher Dynode | 689 |
| 14.2.5.5 | Microchannel Plate Detektor | 689 |
| 14.2.6 | Steuersoftware für Massenspektrometer | 691 |
| 14.2.6.1 Analoger Scan, Ionenstrom in Abhängigkeit | ||
| von der Masse | 691 | |
| 14.2.6.2 | Messung ausgewählter Massenzahlen | 692 |
| 14.2.6.3 | Lecksuch-Modus | 692 |
| 14.2.7 | Weitere Einsatzmöglichkeiten von Massenspektrometern | 693 |
| 14.3 | Partialdruckmessung mit optischen Methoden | 693 |
| 14.4 | Leckdetektoren | 696 |
| 14.4.1 | Grundprinzipien und geschichtliche Entwicklung | 696 |
| 14.4.2 | Heliumleckdetektoren | 696 |
| 14.4.2.1 Anforderungen und Grundfunktion | ||
| bei der Vakuumlecksuche | 696 | |
| 14.4.2.2 | Heliumsektorfeldmassenspektrometer | 697 |
| 14.4.2.3 | Einlassdruck von Heliumleckdetektoren | 699 |
| 14.4.2.4 | Zeitverhalten von Heliumleckdetektoren | 700 |
| 14.4.2.5 | Arbeitsprinzipien von Heliumleckdetektoren | 700 |
| 14.4.2.6 | Schnüffeleinrichtungen für Heliumleckdetektoren | 706 |
| 14.4.2.7 Anwendungsfelder der massenspektrometrischen | ||
| Heliumleckdetektoren | 706 | |
| 14.4.3 | Kältemittelleckdetektoren | 707 |
| 14.4.3.1 | Aufbau und Funktion | 707 |
| 14.4.3.2 | Anwendungsfelder | 708 |
| 14.4.4 | Prüflecks | 709 |
| 14.4.4.1 | Permeationslecks | 709 |
| 14.4.4.2 | Leitwertlecks | 709 |
| 14.4.4.3 | Praktische Ausführungen von Prüflecks | 710 |
| 14.4.5 | Messeigenschaften und Kalibrierung von Leckdetektoren | 711 |
| 14.4.5.1 Leckdetektoren als Prüfmittel im Sinne | ||
| der DIN/ISO 9001 | 711 | |
| 14.4.5.2 | Unsicherheit der Kalibrierung | 711 |
| 14.4.6 | Leckdetektoren mit anderen Sensorprinzipien | 712 |
| 14.4.6.1 | Heliumschnüffler mit Quarzglasmembrane | 712 |
| 14.4.6.2 | Halogenleckdetektoren mit Alkali-Ionen-Sensor | 713 |
| 14.4.6.3 | Halogenleckdetektoren mit Infrarot-Sensor | 714 |
| Literatur | 714 | |
| 15 | Kalibrierungen und Normen | 719 |
| 15.1 | Einleitung | 719 |
| 15.2 | Kalibrierung von Vakuummessgeräten | 722 |
| 15.2.1 | Primärnormale | 722 |
| 15.2.1.1 | Flüssigkeitsmanometer | 724 |
| 15.2.1.2 | Kompressionsmanometer nach McLeod | 727 |
| 15.2.1.3 | Drehkolbenmanometer und Druckwaagen | 729 |
| 15.2.1.4 | Statisches Expansionsverfahren | 732 |
| 15.2.1.5 | Kontinuierliches Expansions verfahren | 738 |
| 15.2.1.6 | Sonstige Primärnormale | 746 |
| 15.2.2 | Das Vergleichsmessverfahren | 746 |
| 15.2.3 | Kapazitäts Vakuummeter | 748 |
| 15.2.4 | Gasreibung s vakuummeter | 752 |
| 15.2.5 | Ionisationsvakuummeter | 755 |
| 15.3 | Kalibrierungen von Partialdruckmessgeräten | 757 |
| 15.4 | Kalibrierungen von Testlecks | 760 |
| 15.5 | Normen für die Bestimmung von Kenngrößen von Vakuumpumpen | 763 |
| Literatur | 767 | |
| 16 | Werkstoffe | 773 |
| 16.1 | Anforderungen und Überblick über die Werkstoffe | 773 |
| 16.2 | Werkstoffe der Vakuumtechnik | 775 |
| 16.2.1 | Metalle | 775 |
| 16.2.1.1 | Die wichtigsten Metalle und Metalllegierungen | 776 |
| 16.2.2 | Technische Gläser | 780 |
| 16.2.2.1 | Allgemeines | 780 |
| 16.2.2.2 | Eigenschaften der wichtigsten Gläser | 783 |
| 16.2.3 | Keramische Werkstoffe | 785 |
| 16.2.3.1 | Allgemeines | 785 |
| 16.2.3.2 Eigenschaften der wichtigsten keramischen | ||
| Werkstoffe | 785 | |
| 16.2.3.3 | Keramik in der Vakuumtechnik | 786 |
| 16.2.3.4 | Verbindungstechnologien für Keramiken mit Metallen | 787 |
| 16.2.3.5 | Zeolithe | 787 |
| XXIII | ||
| 16.2.4 | Kunststoffe | 787 |
| 16.2.4.1 | Allgemeines | 787 |
| 16.2.4.2 | Eigenschaften der wichtigsten Kunststoffe | 787 |
| 16.2.5 | Vakuumfette | 789 |
| 16.2.6 | Öle | 790 |
| 16.2.7 | Kühlmittel | 790 |
| 16.3 | Gasdurchlässigkeit und Gasabgabe von Werkstoffen | 791 |
| 16.3.1 | Allgemeines | 791 |
| 16.3.2 | Gasdurchlässigkeit | 791 |
| 16.3.2.1 | Gasdurchlässigkeit von Metallen | 793 |
| 16.3.2.2 | Gasdurchlässigkeit von Gläsern und Keramiken | 793 |
| 16.3.2.3 | Gasdurchlässigkeit von Kunststoffen | 794 |
| 16.3.3 | Gasabgabe | 796 |
| 16.3.3.1 | Allgemeines | 796 |
| 16.3.3.2 | Sättigungsdampfdruck | 796 |
| 16.3.3.3 Desorption von der Oberfläche, Gasdiffusion | ||
| aus dem Materialinnern und Richtwerte | ||
| für die Gasabgabe | 798 | |
| 16.3.3.4 | Diffusion aus dem Inneren | 799 |
| 16.3.3.5 | Richtwerte für die Gesamtgasabgaberate | 803 |
| Literatur | 803 | |
| 17 | Bauelemente der Vakuumtechnik und ihre Verbindungen | 805 |
| 17.1 | Einleitung | 805 |
| 17.2 | Vakuumgerechtes Konstruieren und Fügen | 806 |
| 17.2.1 | Auslegung | 806 |
| 17.2.2 Dimensionierung von Vakuumbehältern | ||
| und Berechnungsbeispiele | 808 | |
| 17.2.3 | Doppel wandige B ehälter | 811 |
| 17.2.4 | Besonderheiten der Konstruktion von Vakuumbauteilen | 811 |
| 17.2.5 | Schweißverbindungen | 812 |
| 17.2.6 | Lötverbindungen | 814 |
| 17.2.7 | Klebeverbindungen | 816 |
| 17.2.8 | Sonstige Fügetechniken | 816 |
| 17.3 Optimierung des Ausgasverhaltens durch Oberflächenbehandlung | ||
| und Reinigung | 819 | |
| 17.3.1 | Methoden der Oberflächenbehandlung und ihre Wirkungsweise | 819 |
| 17.3.2 | Reinigungsverfahren für Vakuumbauteile | 821 |
| 17.3.3 | Partikelarme Vakuumbauteile | 824 |
| 17.4 | Verbindungsstandards und ihre Funktionsprinzipien | 824 |
| 17.4.1 | KF-und ISO-Verbindungen | 825 |
| 17.4.2 | CF Verbindungen | 827 |
| 17.4.3 | Spannketten für UHV-Verbindungen | 828 |
| 17.4.4 | Dichtungen | 828 |
| 17.5 | Bauelemente der Vakuumtechnik | 835 |
| 17.5.1 Mechanische, elektrische und optische Durchführungen; | ||
| Gas- und Flüssigkeitsdurchführungen | 835 | |
| 17.5.1.1 | Mechanische Durchführungen | 835 |
| 17.5.1.2 | Durchführungen für Drehbewegungen | 835 |
| 17.5.1.3 | Manipulatoren | 837 |
| 17.5.1.4 | Elektrische Durchführungen | 838 |
| 17.5.1.5 | Optische Durchführungen | 839 |
| 17.5.1.6 | Durchführungen für Flüssigkeiten und Gase | 841 |
| 17.5.2 | Flexible Verbindungselemente | 841 |
| 17.5.2.1 | Spiralverstärkte Schläuche aus PVC | 841 |
| 17.5.2.2 | Metallbälge und-Schläuche | 842 |
| 17.5.3 | Sichtfenster | 844 |
| 17.5.4 | Absperrorgane (Ventile) | 846 |
| Literatur | 852 | |
| 18 | Vakuumsysteme | 855 |
| 18.1 | Elektronische Anbindung von Vakuumsystemen | 855 |
| 18.1.1 Überwachung durch Prozesssensoren | ||
| und automatisierte Datenauswertung | 855 | |
| 18.1.1.1 | Anforderungen und Anwendungen | 855 |
| 18.1.2 | Integrationslösungen | 858 |
| 18.1.2.1 | ASCII-Protokolle | 858 |
| 18.1.2.2 | Standardisierte Bussysteme | 858 |
| 18.1.2.3 | Sensor-Integration nach SECS-und HSMS-Standard | 859 |
| 18.1.2.4 | Prozessdatenanalyse | 861 |
| 18.2 | Berechnung von Vakuumsystemen | 864 |
| 18.2.1 | Analytische und numerische Berechnung | 864 |
| 18.2.2 | Berechnung mit Netzwerken | 865 |
| 18.2.3 | End-und Arbeitsdruck in Vakuumsystemen | 867 |
| 18.2.3.1 | Enddruck | 867 |
| 18.2.3.2 | Arbeitsdruck | 868 |
| 18.3 | Druckregelung | 872 |
| 18.4 | Arbeitstechnik im Grobvakuum | 873 |
| 18.4.1 | Überblick | 873 |
| 18.4.2 | Aufbau einer Grobvakuumanlage oder -apparatur | 875 |
| 18.4.3 | Pumpen, Art und Saugvermögen | 875 |
| 18.4.4 | Pumpstände für Grobvakuum | 877 |
| 18.4.5 | Druckmessung im Grob Vakuum | 878 |
| 18.4.6 | Druck und Auspumpzeit im Grobvakuum | 878 |
| 18.4.7 | Belüften | 883 |
| 18.5 | Arbeitstechnik im Feinvakuum | 885 |
| 18.5.1 | Überblick | 885 |
| 18.5.2 | Aufbau einer Feinvakuum-Apparatur | 885 |
| 18.5.3 | Pumpen: Art und Saug vermögen | 885 |
| 18.5.4 | Druckmessung | 886 |
| 18.5.5 | Auspumpzeit und Enddruck | 886 |
| 18.5.6 | Belüften | 892 |
| 18.5.7 | Feinvakuumpumpstände | 892 |
| 18.6 | Arbeitstechnik im Hochvakuum | 895 |
| 18.6.1 | Pumpen: Art und Saug vermögen | 895 |
| 18.6.2 | Reinigung der Vakuummeter | 895 |
| 18.6.3 | Hochvakuumpumpstände | 897 |
| 18.6.3.1 | Hochvakuumpumpstand mit Diffusionspumpe | 897 |
| 18.6.3.2 | Hochvakuumpumpstand mit Turbomolekularpumpe | 904 |
| 18.6.3.3 | Der vollautomatische Hochvakuumpumpstand | 906 |
| 18.6.4 | Auspumpzeit und Belüften | 908 |
| 18.7 | Arbeitstechnik im Ultrahochvakuum | 910 |
| 18.7.1 | Überblick | 910 |
| 18.7.2 | UHV-Pumpen: Betriebshinweise | 911 |
| 18.7.2.1 | Adsorptionspumpen | 911 |
| 18.7.2.2 | Ionenzerstäuberpumpen | 911 |
| 18.7.2.3 | Titanverdampferpumpen | 912 |
| 18.7.2.4 | Turbomolekularpumpen | 913 |
| 18.7.2.5 | Kryopumpen | 913 |
| 18.7.2.6 | Volumengetter-(NEG-)Pumpen | 914 |
| 18.7.3 | Druckmessung | 914 |
| 18.7.4 | Auspumpzeit, Enddruck und Evakuierungstechnik | 914 |
| 18.7.5 | Belüften | 915 |
| 18.7.6 | Ultrahochvakuum-Systeme | 915 |
| 18.7.7 | Ultrah och vakuum- (UH V-) B auelemente | 916 |
| 18.7.8 | Ultrahochvakuum- (UH V-) Pump stände | 916 |
| 18.7.8.1 | Ultrahochvakuum-(UHV-)Großanlagen | 920 |
| Literatur | 921 | |
| 19 | Lecksuchtechniken | 923 |
| 19.1 | Überblick | 923 |
| 19.1.1 | Vakuumlecksuche | 924 |
| 19.1.2 | Überdrucklecksuche | 924 |
| 19.1.3 | Prüfgasverteilung vor einem Leck in der Atmosphäre | 925 |
| 19.1.4 | Messergebnisse mit der Schnüffelmethode | 926 |
| XXVII | ||
| 19.1.5 | Prüfgase | 927 |
| 19.1.5.1 | Helium | 928 |
| 19.1.5.2 | Andere Edelgase als Helium | 928 |
| 19.1.5.3 | Wasserstoff H2 | 928 |
| 19.1.5.4 | Methan CH4 | 928 |
| 19.1.5.5 | Kohlendioxid C02 | 928 |
| 19.1.5.6 | Schwefelhexailuorid SF6 | 929 |
| 19.2 | Eigenschaften von Lecks | 929 |
| 19.2.1 | Leckrate, Einheiten | 929 |
| 19.2.2 | Leckarten | 930 |
| 19.2.3 | Eigenschaften von Porenlecks | 931 |
| 19.2.3.1 | Permeationslecks | 933 |
| 19.2.3.2 | Virtuelle Lecks in Vakuumkammern | 934 |
| 19.2.3.3 | Flüssigkeitslecks | 934 |
| 19.3 | Überblick über die Lecksuchverfahren (siehe auch DIN EN 1779) | 935 |
| 19.3.1 | Allgemeine Hinweise zur Dichtheitsprüfung | 935 |
| 19.3.2 | Verfahren ohne Prüfgas (Druckprüfungen) | 937 |
| 19.3.2.1 | Allgemeines | 937 |
| 19.3.2.2 | Druckabfallmessung | 938 |
| 19.3.2.3 | Druckanstiegsmessung | 938 |
| 19.3.2.4 | Sonstige Verfahren | 939 |
| 19.3.3 | Prüfgas verfahren ohne Helium | 940 |
| 19.3.3.1 | Allgemeines | 940 |
| 19.3.3.2 | Vakuumlecksuche mit Prüfgasen außer Helium | 940 |
| 19.3.3.3 | Überdrucklecksuche mit Prüfgasen außer Helium | 942 |
| 19.4 | Lecksuchverfahren mit Heliumleckdetektoren | 943 |
| 19.4.1 | Eigenschaften des Heliumleckdetektors | 943 |
| 19.4.2 | Prüfung von Komponenten | 944 |
| 19.4.2.1 | Prüfablauf, integrale Prüfung | 944 |
| 19.4.2.2 | Vorgehen zur Lecklokalisierung | 945 |
| 19.4.3 | Prüfung von Vakuumanlagen | 947 |
| 19.4.3.1 | Allgemeines zum Teilstromverfahren | 948 |
| 19.4.3.2 | Anschlusspunkte des Lecksuchers an der Anlage | 949 |
| 19.4.3.3 | Nachweisempfindlichkeit und Ansprechzeit | 951 |
| 19.4.4 | Überdruck-(Schnüffel-)Lecksuche mit dem Heliumleckdetektor | 953 |
| 19.4.4.1 | Integrales Verfahren (total oder partiell) | 953 |
| 19.4.4.2 | Lecklokalisierung mit dem Schnüffler | 954 |
| 19.5 | Lecksuchverfahren mit anderen Prüfgasen | 955 |
| 19.5.1 | Allgemeines | 955 |
| 19.5.2 | Schnüffellecksuche an Kälte-/Klimaanlagen | 955 |
| XXVIII | ||
| 19.6 | Industrielle Dichtheitsprüfung von Bauteilen in der Serienfertigung | 956 |
| 19.6.1 | Allgemeines | 956 |
| 19.6.2 | Industrielle Prüfung von Serienbauteilen | 956 |
| 19.6.2.1 Hüllenverfahren für Vakuumkomponenten | ||
| (Methode Al in DIN EN 1779) | 956 | |
| 19.6.2.2 Vakuumkammerverfahren für Überdruckbauteile | ||
| (Methode B6 in DIN EN 1779) | 957 | |
| 19.6.3 Prüfung von hermetisch verschlossenen Komponenten durch | ||
| Drucklagerung („Bombing", Methode B5 in DIN EN 1779) | 959 | |
| 19.6.4 Prüfung von Lebensmittelverpackungen | ||
| in der Folienprüfkammer | 960 | |
| Literatur | 961 | |
| 20 | Anhang | 963 |
| 20.1 | Tabellen | 964 |
| 20.2 | Diagramme | 1010 |
| 20.3 | Größen und Einheiten | 1031 |
| 20.3.1 | Physikalische Größe | 1031 |
| 20.3.2 | Größengleichung. Kohärente Einheiten | 1032 |
| 20.3.3 | Zugeschnittene Größengleichung | 1032 |
| 20.3.4 | Zahlenwertgleichung | 1033 |
| Produktmatrix | 1035 | |
| Bezugsquellenverzeichnis | 1037 | |
| Sachverzeichnis | 1041 | |
