Öldiffusionspumpe

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Eine 6-Zoll-Öldiffusionspumpe an eine Vakuumkammer (oben) angeflanscht
Schematischer Aufbau einer Öldiffusionspumpe

Die Öldiffusionspumpe ist eine Hochvakuumpumpe, die nach dem Prinzip einer Strahlpumpe funktioniert. Sie hat keine beweglichen Teile und ist daher sehr zuverlässig und wartungsfreundlich. Sie ist eine Weiterentwicklung der von Wolfgang Gaede 1916 vorgestellten Diffusionspumpe mit Quecksilber als Treibmittel.

Arbeitsweise[Bearbeiten]

Hauptartikel: Strahlpumpe

Die Pumpe besteht aus einem zylindrischen wasser- oder luftgekühlten Pumpenkörper. Der Boden des Pumpenkörpers ist beheizt (meist elektrisch). Darüber liegt der Siederaum mit dem Treibmittel. Im Siederaum steht das Düsensystem, durch welches das erhitzte Treibmittel mit hohem Druck strömt. Es treten drei bis vier kegelförmige Dampfstrahlen (jeweils eine Pumpstufe) aus, welche an den kalten Wänden kondensieren.

Gasmoleküle, die in den Dampfstrahl gelangen, werden mitgerissen und so nach unten in einen Bereich höheren Druckes gefördert. Dort befindet sich als Ausgang aus der Diffusionspumpe der Vorvakuumstutzen. Durch das Heizen des Treibmittels treten die Moleküle wieder aus und werden von der Vorvakuumpumpe (z. B. Drehschieberpumpe) abgepumpt.

Die Gasmoleküle können zwar spontan aus dem Treibmittel austreten, jedoch ist es ihnen nicht möglich, in eine tiefere Druckstufe zu gelangen (d. h. zurück zum Rezipienten).

Öldiffusionspumpen benötigen einen Vorvakuumdruck von ca. 0,1 mbar; sie erreichen Enddrücke bis ca. 10-9 mbar, je nach Dampfdruck des Treibmittels.

Treibmittel[Bearbeiten]

Die Art des Treibmittels ist entscheidend. Normalerweise werden Mineralöle, die unter Hochvakuum von den Bestandteilen mit hohem Dampfdruck befreit wurden, eingesetzt. Solche Öle haben Dampfdrücke zwischen 5 · 10-7 und 2 · 10-8 mbar bei Zimmertemperatur und eine gute Oxidationsbeständigkeit. Bei höheren Ansprüchen an Dampfdruck (Endvakuum) oder Oxidationsbeständigkeit werden Silikonöle, bestimmte Ester oder Pentaphenylether (Dampfdruck: 10-10 mbar) eingesetzt.

Als Treibmittel wurde früher ausschließlich Quecksilber verwendet. Abgesehen davon, dass Quecksilberdampf giftig ist, hat Quecksilber bei Kühlwassertemperatur einen relativ hohen Dampfdruck (ca. 10-3 mbar). Man muss deshalb eine Kühlfalle zwischen Pumpe und Vakuumbehälter schalten, um den Dampfdruck auf hinreichend niedrige Werte zu reduzieren. Quecksilber-Diffusionspumpen werden nur noch in Sonderfällen benutzt, z. B., wenn in dem zu evakuierenden Behälter ohnehin schon Quecksilber vorhanden ist und deshalb keine Kühlfalle dazwischengeschaltet werden muss.

Ölrückströmung[Bearbeiten]

Öle sind in der Vakuumtechnik grundsätzlich sehr unbeliebt. Um eine Ölrückströmung in den Rezipienten zu verhindern, werden Düsenhutdampfsperren (Cold Cap) und/oder Schalendampfsperren (Baffle) zwischen Rezipient und Pumpe geschaltet. Dampfsperren bestehen aus gekühlten Prallplatten, die das direkte Durchfliegen von Ölmolekülen verhindern. Um den Temperaturunterschied zu erhöhen, wird zur Kühlung auch flüssiger Stickstoff (<77 K) verwendet.

Nachteile[Bearbeiten]

Erhebliche Nachteile dieses Pumpentyps sind lange Aufheiz- und Abkühlzeiten. Um diese im Chargenbetrieb (wenn Behälter wiederholt geöffnet und geschlossen wird) zu umgehen, wird mit einer Umgehungsleitung (Bypass) der Rezipient vorevakuiert, bevor die Öldiffusionspumpe zugeschaltet wird.

Anwendungen[Bearbeiten]

  • Hochvakuumpumpe für den Hochvakuumbereich (10-3 bis 10-9 mbar, mit Förderleistungen von 50\,\frac{l}{\mathrm s} bis 1{,}5\,\mathrm{Mio}\,\frac{l}{\mathrm s} bei 10-6 mbar)