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Meilenstein Vakuumtechnik

Wenn das Nichts zum Schrittmacher für High-Tech wird

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Sauberes Ultrahochvakuum dank Turbopumpe

Noch bis in die 1970er sollte es dauern, bis Leybold die Turbomolekularpumpe ins Portfolio aufnahm. Das von Professor
Gaede entdeckte Prinzip der molekularen Strömung gilt auch bei dieser Pumpe, die 1956 von Willi Becker, Entwicklungsleiter beim Leybold-Wettbewerber Pfeiffer, erfunden wurde. Rotor- und Statorscheiben wechseln sich im Pumpengehäuse ab. Die Rotorscheiben wirken wie flache Schaufeln, die wie Ventilatorblätter leicht gekippt sind. Die fest mit dem zylinderförmigen Gehäuse verbundenen Statorscheiben sind spiegelverkehrt gekippt. Ein Vakuumflansch bildet die Verbindung zum Rezipienten. Bewegen sich die Rotorschaufeln mit der mittleren Geschwindigkeit der zu fördernden Gasteilchen, übertragen Sie einen Impuls auf diese und es kommt zu einem Molekularstrom in Rotationsrichtung – vorausgesetzt, das Vorvakuum war so hoch, dass die freie Weglänge der Gasteilchen in etwa der Abmessungen der aktiven Teile beträgt. Diese Molekularpumpe, die im Inneren einer Turbine ähnelte, lief stabiler als Gaedes Entwicklung. Und sie lieferte ein „sauberes Hochvakuum“, eines, das nicht durch Öl oder andere Partikel verunreinigt sein konnte.

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Turbomolekularpumpen, die über die Jahre immer leistungsfähiger, robuster und auch kleiner wurden, bildeten die Grundlage für den Fortschritt in der Elektronik und der Analytik. Je nach Ausführung erreichen sie Enddrücke bis zu
10-10 hPa.

Weitere Optimierungen wie wartungs- und verschleißfreie Magnetlager und die immer leichtere Bedienbarkeit (s. Interview ab S. 13) eröffneten der neuen Pumpenart seit Ende des 20. Jahrhunderts weitere Anwendungen.

Heute bietet Leybold diverse Ausführungen, darunter eine magnetisch gelagerte Variante mit integriertem Frequenzwandler und Netzteil, die Plug-and-Play möglich macht. Die magnetische Rotor-Lagerung reduziert Geräusche und Vibrationen und garantiert weitgehende Kohlenwasserstoff-Freiheit.

Die Applikation wird zum Entwicklungstreiber

Doch auch die anderen Pumpenprinzipien profitierten von Weiterentwicklungen. So kreierte das Leybold-Entwicklungsteam im Jahr 2001 trocken verdichtende Vorvakuumpumpen, die nach dem Schraubenprinzip arbeiten. Für den industriellen Bereich gibt es sie auch in explosionsgeschützter Ausführung. Die Anpassung der Ausstattung einer Pumpenart an die Anwendung kann wohl allgemein als wichtiger Treiber von Weiterentwicklungen in der ersten Dekade des 20. Jahrhunderts gelten. So gibt es Schraubenpumpen, die besonders für Kurztaktzyklen in Schleusen oder zum Evakuieren großer Rezipienten geeignet sind. Oder solche, die sich für das Fördern von Medien eignen, die in der Photovoltaik- und Flachbildschirm-Produktion typisch sind.

Auch wenn der 1945 gestorbene Gaede nicht mehr an der Perfektionierung der Vakuumtechnik, wie wir sie heute kennen, beteiligt war – seine Erfindungen, insbesondere die Diffusions- und die Molekularpumpe, waren die Grundlage.

Insbesondere in der Firma Leybold ist heute noch sein Erfindergeist gegenwärtig. Letztlich waren es aber vor allem die Anwendungen in der Vakuumtechnik, die durch seine Erkenntnisse möglich wurden und die heute Treiber für weitere Entwicklungen sind. Auch für 2017 plant Leybold wieder eine Innovation, deren Features sich an den Bedürfnissen der Kunden orientiert: eine trocken verdichtende mehrstufige Vorvakuumpumpe für den Analysenmarkt. Die Wälzkolbenpumpe arbeitet deutlich leiser als andere Pumpen in der Größenklasse 40 bis 60 m³/h; sie ist zudem kompakt und wartungsarm und verfügt über ein Gasballast-Ventil. Zusammen mit einer 2014 vorgestellten Turbomolekularpumpen-Familie und einem 2016 lancierten Hochvakuumturbopumpsystem wurde sie eigens für Anwendungen wie Massenspektrometrie und Elek­tronenmikroskopie entwickelt.

Die hohen Anforderungen aus dem Sektor Labor und Analytik werden sicherlich auch künftig den Innovationsprozess des Unternehmens vorantreiben.

* Dr. U. Reutner: Fachjournalistin Technik & Wissenschaft, 86916 Kaufering

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