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Brandenburg Samstag, 14 August 2021 von [wp]

Vakuum - Grundlagen, Erzeugung und Anwendungsgebiete

Vakuum - Grundlagen, Erzeugung und Anwendungsgebiete

Bereits vor vielen Jahren stellten sich Physiker und andere Naturwissenschaftler Fragen über den leeren Raum. Man könnte sogar meinen, dass dies eines der ältesten naturwissenschaftlichen Themen ist. Das Vakuum stellt hierbei einen luft- oder gasgefüllten Raum dar mit einem Druck der unter dem üblichen atmosphärischen Luftdruck von ca. 1 bar liegt. Erzeugt wird ein Vakuum in der Regel mithilfe einer sogenannten Vakuumpumpe. Im folgenden Beitrag wird die Begrifflichkeit zum Vakuum näher aufgeschlüsselt sowie die Erzeugung eines Vakuums erläutert.

Was Vakuum bedeutet

Im Prinzip lässt sich Vakuum in der technischen Praxis als die Abwesenheit von Materie erklären. Das bedeutet, dass im Vakuum keine Flüssigkeiten oder festes Material vorhanden ist. In der Regel lässt sich allerdings eine verschwindend geringe Gasmenge im Vakuum vorfinden, was einen extrem niedrigen Gasdruck innerhalb des Vakuums zur Folge hat. Ein absolut leerer Raum würde auch als vollständiges Vakuum bezeichnet werden, was allerdings in dieser Form im bekannten Universum noch nicht vorgefunden wurde bzw. mit der heute bekannten technischen Vakuumtechnologie nicht erzeugt werden kann.

Selbst der Weltraum, wie er nach dem aktuellen wissenschaftlichen Stand bekannt ist, ist zu einer geringen Menge mit einem dünnen Wasserstoffgas gefüllt. Dies ändert allerdings nichts an der Tatsache, dass dort ein enorm geringer Druck vorzufinden ist. Im Allgemeinen wird je nach vorherrschendem Druck im Vakuum, in absteigender Reihenfolge, unterschieden zwischen:

  • Grobvakuum
  • Feinvakuum
  • Hochvakuum
  • Ultrahochvakuum

 Ein vollständiges Vakuum mit einem Druck von 0 bar und absolut keinen Molekülen wird in diesem Kontext als ideales Vakuum bezeichnet. Dies ist allerdings wie zu Anfang erläutert lediglich ein theoretischer Zustand. Zur Messung dieser Drücke kommen sogenannte Vakuummeter zum Einsatz. Auch hier ist das Messen eines idealen Vakuums nicht technisch möglich. Demaco als etablierter Hersteller und Dienstleister bietet hierbei eine Vielzahl an Produkten und Dienstleistungen zu den verschiedenen Anwendungszwecken der Vakuumtechnologie an.

Die Erzeugung von Vakuum

Zur Erzeugung eines Vakuums kommt eine große Anzahl an Produkten aus der Vakuumtechnologie zum Einsatz. Insbesondere werden hierfür Vakuumpumpen unterschiedlicher Bauarten verwendet. Eine gängige Variante ist hier beispielsweise die Wasserstrahlpumpe. Diese ist so aufgebaut, dass vom Raum, in dem ein Vakuum erzeugt werden soll, ein Kanal zu einem durchströmenden Wasserstrahl führt. Durch den Wasserstrahl wird anschließend die Luft aus dem Raum mitgezogen und so ein Unterdruck im Gefäß erzeugt. Mithilfe dieser Wasserstrahlpumpe kann ein Grobvakuum erzeugt werden.

Um ein Hochvakuum oder ein Ultrahochvakuum zu erzeugen, werden andere Pumpentypen benötigt. Man geht so vor, dass zunächst mit einer oder mehreren mechanischen Vakuumpumpen (beispielsweise Drehschieberpumpe, Membranpumpe oder Scrollpumpe) ein erster Vordruck erzeugt wird. Anschließend kann mittels Ventilen zwischen Hohlraum und mechanischer Vakuumpumpe eine Turbomolekularpumpe eingesetzt werden, die anschließend ein Hochvakuum im Gefäß über mehrere Stunden erzeugen kann. Der erzeugte Unterdruck ist allerdings nicht unbegrenzt erweiterbar, da er durch adsorbiertes Wasser an den Flächen limitiert ist.

Die Erzeugung des Vakuums kann allerdings beschleunigt werden, indem die Kammer durch eine direkte Heizung der Kammerwände auf eine Temperatur gebracht wird, welche über dem Siedepunkt von Wasser liegt. Typisch für diesen Zweck sind Temperaturen zwischen 130°C und 200°C.

Anwendungsgebiete von technischem Vakuum

Das technische Vakuum, welches mithilfe von Vakuumpumpen erzeugt werden kann, findet zum großen Teil Anwendung in der Forschung und Wissenschaft. Allerdings existieren auch zahlreiche praktische Anwendungsgebiete, wie in der Elektronenmikroskopie sowie bei der Erschmelzung von metallischen Werkstoffen. Insbesondere bei der Wärmebehandlung von Metallen ist ein Vakuum von Vorteil, da das Oxidieren mit Sauerstoff in diesem Fall nahezu vollständig verhindert wird.

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