Grundlagen der Vakuumtechnik Kat.-Nr

Transkript

1 Grundlagen der Vakuumtechnik Kat.-Nr

2 1 Vakuumtechnik Beginn der Vakuumtechnik Normalbedingungen Die atmosphärische Luft Maßsysteme Vakuumtechnik bei Oerlikon Leybold Vacuum Größen, deren Formelzeichen, Einheiten und Definitionen Vakuumtechnische Grundbegriffe Die Gasgesetze und Modellvorstellungen Kontinuumstheorie Kinetische Gastheorie Die Druckbereiche der Vakuumtechnik und ihre Charakterisierung Viskose- oder Kontinuumsströmung Molekularströmung Knudsenströmung Berechnung von Strömungsleitwerten Leitwerte von Rohrleitungen und Öffnungen Leitwerte anderer Bauelemente Nomographische Bestimmung von Leitwerten Praktische Auswirkungen der unterschiedlichen Strömungsformen Kohlenwasserstoff freies Vakuum Übersicht über die verschiedenen Arten von Vakuumpumpen Mechanische Vakuumpumpen Flüssigkeitsgedichtete Rotations- Verdrängerpumpen Flüssigkeitsringvakuumpumpen Ölgedichtete Rotations- Verdrängerpumpen Drehschieberpumpen (TRIVAC A, TRIVAC B, TRIVAC E, SOGEVAC) Sperrschieberpumpen Trochoidenpumpen Der Gasballast Gleichzeitiges Abpumpen von Gasen und Dämpfent Wasserdampfverträglichkeit Kondensatoren Zubehör zu ölgedichteten Rotations-Verdrängerpumpen Öle für Rotationsverdränger- Vakuumpumpen Trockenlaufende Rotations- Verdrängerpumpen, die gegen Atmosphäre verdichten Klauenpumpen Klauenpumpen mit innerer Verdichtung für die Halbleiterindustrie ( DRYVAC -Reihe) Klauenpumpen ohne innere Verdichtung für die Chemie ( ALL ex ) Schraubenvakuumpumpen Schraubenvakuumpumpen für industrielle Anwendung Schraubenvakuumpumpen für die Halbleiterindustrie (DuraDry) Scroll-Pumpen Trockenlaufende Rotations- Verdrängerpumpen, die nicht gegen Atmosphäre verdichtenverdichten (Wälzkolben- oder Rootspumpen) Trockenlaufende Oszillationsverdränger-Vakuumpumpen Membranpumpen Hubkolbenpumpen Pumpen mit Kurbelwellenantrieb (EcoDry L, EcoDry M) Kolbenpumpen mit Linearantrieb für kleine Saugvermögen Antriebsoptionen für mechanische Pumpen bei 1-Phasen-Netzen (Weltmotor für alle für 1-Phasen- Spannungen) Kinetische Vakuumpumpen Treibmittelpumpen (Öl-)Diffusionspumpen (Öl-)Dampfstrahlpumpen Treibmittel Treibmittelrückströmung und ihre Unterdrückung (Dampfsperren, Baffle) Wasserstrahl- und Wasserdampf strahlpumpen Turbo-Molekularpumpen Überblick Funktionsprinzip Kenngrößen Installation und Betriebshinweise Besondere Anforderungen Messungen an Turbo-Molekularpumpen Gasbindende Vakuumpumpen Sorptionspumpen Adsorptionspumpen Verdampferpumpen Ionen-Zerstäuberpumpen (IZ-Pumpen) Massivgetterpumpen (NEG-Pumpen) Kryopumpen Arten von Kryopumpen Kaltkopf und dessen Arbeitsweise Die Refrigerator-Kryopumpe Bindung von Gasen an Kaltflächen Saugvermögen und Lage der Kaltflächen Kenngrößen einer Kryopumpe Die Auswahl des Pumpverfahrens und Dimensionierung der Pumpen Übersicht über die gebräuchlichsten Vakuumverfahren Abpumpen von Gasen (trockene Prozesse) Abpumpen von Gasen und Dämpfen (nasse Prozesse) Trocknungsprozesse Erzeugung ölfreier (kohlenwasserstoffreier) Vakua Ultrahochvakuum: Arbeitstechnik Dimensionierung der Vakuumanlage und Bestimmung der Pumpengröße Evakuieren eines Vakuumbehälters (ohne zusätzlichen Gas- oder Dampfanfall) Evakuieren eines Behälters im Grobvakuumbereich Evakuieren eines Behälters im Feinvakuumbereich Evakuieren eines Behälters im Hochvakuumbereich Evakuieren eines Behälters bei Anfall von Gasen und Dämpfen Pumpendimensionierung bei Trocknungsprozessen Wahl der geeigneten Vorpumpe Bestimmung der Vorvakuumpumpe mit Hilfe von Saugvermögens- und Saugleistungskurven

3 I Bestimmung der richtigen Kombination von Hoch- und Vorvakuumpumpen mit Operationsdiagrammen Ermittlung von Auspumpzeiten aus Nomogrammen Computergestützte Berechnungen von Oerlikon Leybold Vacuum Verbindungselemente Flansche und Ventile Flansche und ihre Abdichtungen Flanschsysteme Kleinflansche Klammerflansche Feste Flansche Feste Flansche Materialbezeichnungen für metallische Werkstoffe in der Vakuumtechnik Dichtungen Elastomerdichtungen Metallische Dichtungen Auswahl geeigneter Ventile Gasschleusen und Verschußventile Das Messen niedriger Drücke, Drucküberwachung, Drucksteuerung und Druckregelung Grundsätzliches zum Messen niedriger Drücke Vakuummeter mit gasartunabhängiger Druckanzeige Feder-Vakuummeter Membran-Vakuummeter Kapselfeder-Vakuummeter DIAVAC Membran- Vakuummeter Präzisions-Membran- Vakuummeter Druckschalter Kapazitive Vakuummeter (auch: CDG s von Capacitance Diaphragm Gauges) Flüssigkeits- (Quecksilber-) Vakuummeter U-Rohr-Vakuummeter Kompressions-Vakuummeter (nach McLeod) Vakuummeter mit gasartabhängiger Druckanzeige Reibungs-Vakuummeter (VISCOVAC) Wärmeleitungs-Vakuummeter Ionisations-Vakuummeter Ionisations-Vakuummeter mit kalter Kathode (Penning-Vakuummeter) Ionisations-Vakuummeter mit Glühkathode Transmitter Allgemeine Eigenschaften von Transmittern Einzel Transmitter (Vakuummeter) Kombinationstransmitter (ITR 90) Einfluß der Auslesegeräte von Transmittern auf die Meßunsicherheit Digitale Übertragung Analoge Übertragung Justieren, Eichen und Kalibrieren; DKD, PTB, Nationale Standards Beispiele für fundamentale Druckmeßmethoden als Standardverfahren zum Kalibrieren von Vakuummetern Spezifikation, Meßunsicherheit, Angaben im Kalibrierschein Herstellerspezifikation eines Vakuumeters (meßtechnische) Kalibrierung Drucküberwachung, -steuerung und -regelung in Vakuumbehältern Grundsätzliches zur Drucküberwachung und -steuerung Automatische Sicherung, Überwachung und Steuerung von Vakuumanlagen Druckregelung und -Steuerung in Grob- und Feinvakuumanlagen Druckregelung in Hoch- und Ultrahochvakuumanlagen Anwendungsbeispiele mit Membranreglern Massenspektrometrische Gasanalyse bei niedrigen Drücken Allgemeines Geschichtliches Das Quadrupol-Massenspektrometer (TRANSPECTOR) Aufbau des Sensors Die normale (offene) Ionenquelle Das Quadrupol-Trennsystem Das Nachweissystem (Detektor) Gaseinlaß und Druckanpassung Dosierventil Druckwandler Geschlossene Ionenquelle AGM (Aggressiv gas monitor) Massenspektrometrische Kenngrößen (Spezifikationen) Linienbreite (Auflösung) Massenbereich Empfindlichkeit Kleinster nachweisbarer Partialdruck Kleinstes nachweisbares Partialdruckverhältnis (Konzentration) Linearitätsbereich Angaben über Oberflächen und Ausheizbarkeit Auswertung von Spektren Ionisierung und grundsätzliche Probleme der Gasanalyse Partialdruckmessung Qualitative Gasanalyse Quantitative Gasanalyse TranspectorWare (Prozeßorientierte Software für Windows) Partialdruckregelung Wartung Lecks und Lecksuche Leckarten Leckrate, Leckgröße, Massenstrom Die Helium-Standard-Leckrate Umrechnungsformeln Begriffe und Definitionen Lecksuchmethoden ohne Lecksuchgerät Druckanstiegsprüfung Druckabfallprüfung Dichtheitsprüfung mit gasartabhängigen Vakuummetern Blasen-Tauchprüfung (Bubble-Test) Blasen-Sprühprüfung Blasen-Vakuumboxprüfung Krypton 85-Prüfung Hochfrequenzvakuumprüfung Prüfung mit chemischen Reaktionen und Farbeindringprüfung Leckdetektoren (LD) und ihre Arbeitsweisen Halogen-Leckdetektoren Halogen-Dioden Prinzip (HLD4000, D-Tek)

4 Infrarot Prinzip (HLD5000) Leckdetektoren mit Massenspektrometern (MS) Die Funktionsweise eines Leckdetektors mit MS Nachweisgrenze, Untergrund, Gasspeicherung im Öl (Gasballast), gleitende Nullpunktunterdrückung Kalibrieren von Leckdetektoren, Prüflecks Leckdetektoren mit Quadrupol-MS (Ecotec II) Helium-Leckdetektoren mit 180 -Sektorfeld-MS (L 200, UL 200 (dry), UL 500 (dry)) Hauptstrom- und Gegenstrom- Leckdetektor Teilstrombetrieb Anschluß an Vakuumanlagen Zeitkonstante Grenzwerte / Spezifikationen des Leckdetektors Lecksuchtechniken mit Helium-Leckdetektoren Sprühtechnik (Lokale Dichtheitsprüfung) Schnüffeltechnik (Lokale Dichtheitsprüfung nach der Überdruckmethode) Hüllentests (Integrale Dichtheitsprüfung) Hüllentest mit Helium- Überdruck im Prüfling a) Hüllentest mit Konzentrationsmessung und anschließender Leckratenberechnung b) Direkte Messung der Leckrate mit dem LD (massive Hülle) Hüllentest mit Prüfling unter Vakuum a) Hülle = Plastikzelt b) Massive Hülle Bombing -Test, Drucklagerung Industrielle Dichtheitsprüfung Beschichtungsmeßund Regelgeräte mit Schwingquarzen Einführung Grundlagen der Schichtdickenmessung mit Schwingquarzen Die Form der Schwingquarzkristalle Die Periodenmessung Die Z-Match Technik Der aktive Oszillator Der Mode-Lock Oszillator Auto-Z Match Technik Schichtdickenregelung INFICON Gerätevarianten Anwendungen der Vakuumtechnik für Beschichtungsverfahren Vakuumbeschichtungstechnik Beschichtungsquellen Thermische Verdampfer (Schiffchen etc.) Elektronenstrahlverdampfer (Elektronenkanonen) Kathodenzerstäubung (Sputtern) Chemische Dampfabscheidung (CVD) Vakuumbeschichtungsverfahren / Anlagentypen Teilebeschichtung Bandbeschichtung Optische Schichten Glasbeschichtung Anlagen für die Herstellung von Datenspeichern Betriebshinweise für Vakuum-Apparaturen Fehlerursachen bei Nicht-Erreichen oder zu spätem Erreichen des gewünschten Enddruckes Verschmutzung von Vakuumbehältern und ihre Beseitigung Allgemeine Hinweise für Vakuumpumpen Ölgedichtete Rotationsverdrängerpumpen (Drehschieberpumpen und Sperrschieberpumpen) Ölverbrauch, Ölverschmutzung, Ölwechsel Wahl des Pumpenöls beim Abpumpen aggressiver Dämpfe Maßnahmen beim Abpumpen verschiedener chemischer Substanzen Betriebsfehler bei Gasballastpumpen - Mögliche Fehlerquellen bei Nichterreichen des geforderten Enddruckes Wälzkolbenpumpen (Rootspumpen) Allgemeine Betriebshinweise, Aufstellung und Inbetriebnahme Ölwechsel, Wartungsarbeiten Hinweise bei Betriebsstörungen Turbo-Molekularpumpen Allgemeine Betriebshinweise Wartung Diffusions- und Dampfstrahlpumpen Treibmittelwechsel und Reinigen der Pumpe Betriebsfehler bei Diffusionsund Dampfstrahlpumpen Adsorptionspumpen Verringerung der Adsorptionskapazität Auswechseln des Molekularsiebes Titan-Verdampferpumpen Ionenzerstäuberpumpen Hinweise zum Arbeiten mit Vakuummetern Hinweise zum Einbau von Vakuummeter-Meßsystemen Verschmutzungen des Meßsystems und ihre Beseitigung Einfluß magnetischer und elektrischer Felder Verbindungen, Netzgeräte, Meßsysteme Tabellen, Formeln, Nomogramme, Diagramme, Bildzeichen Tabellen Tab 13.1 Die gesetzlichen Druckenheiten, sowie das Torr und ihre Umrechnung Tab 13.2 Umrechnung von Druckeinheiten Tab 13.3 Mittlere freie Weglänge l Tab 13.4 Zusammenstellung wichtiger gaskinetischer Formeln Tab 13.5 Wichtige Zahlenwerte Tab 13.6 Saugvermögenseinheiten und ihre Umrechnung Tab 13.7a Umrechnung von Durchfluß- (Q pv ) Einheiten (Leckraten- Einheiten) Tab 13.7b Umrechnung von Durchfluß- (Q pv ) Einheiten (Leckraten- Einheiten)

5 Tab 13.8 Zusammensetzung der atmosphärischen Luft Tab 13.9 Druckbereiche der Vakuumtechnik und ihre Charakterisierung Tab Gasabgabe von Werkstoffen 186 Tab Nennweiten und Innendurchmesser (lichte Weiten) von Rohren und Öffnungen mit Kreisquerschnitt (nach PNEUROP) Tab13.12 Die wichtigsten Daten (Kennzahlen) für gebräuchliche Lösungsmittel Tab Sättigungsdampfdruck und Dampfdichte von Wasser Tab Explosionsklassen von Fluiden Tab Chemische Beständigkeit ge bräuchlicher gummielastischer Dichtungswerkstoffe Tab 13.16a Öl-Empfehlungen für TRIVAC- Pumpen zu verschiedenen Einsatzgebieten Tab 13.16b Öl-Empfehlungen für SOGEVAC- Pumpen zu verschiedenen Einsatzgebieten Tab 13.16c Öl-Empfehlungen für Sperrschieber (E + DK)-Pumpen zu verschiedenen Einsatzgebieten Tab 13.16d Öl-Empfehlungen für Wälzkolben (Roots)-Pumpen zu verschiedenen Einsatzgebieten Tab 13.16e Daten von Treibmitteln für Öl-Diffusionspumpen Tab 13.16f Technische Daten für Dichtungsfette und Öle Tab Bildzeichen der Vakuumtechnik (Symbole). 197 Tab Temperaturvergleichs- und Umrechnungstabelle Abbildungen Abb Abhängigkeit der Mittleren freien Weglänge vom Druck für verschiedene Gase bei 20 C Abb Gaskinetisches Diagramm für Luft und 20 C Abb Abnahme des Luftdruckes und Änderung der Temperatur mit der Entfernung von der Erde Abb Änderung der Gaszusammenset zung der Atmosphäre mit der Entfernung von der Erde Abb Leitwerte von Rohren üblicher Nennweiten mit Kreisquerschnitt für Laminarströmung Abb.13.6 Leitwerte von Rohren üblicher Nennweiten mit Kreisquerschnitt für Molekularströmung Abb Nomogramm zur Ermittlung der Auspumpzeit t p eines Behälters im Grobvakuumgebiet Abb Nomogramm zur Ermittlung der Leitwerte von Rohren mit kreisförmigem Querschnitt für Luft bei 20 C im Gebiet der Molekularströmung Abb Nomogramm zur Ermittlung der Leitwerte von Rohrleitungen für Luft, bei 20 C im gesamten Druckgebiet Abb Ermittlung der Auspumpzeit im Feinvakuumgebiet unter Berücksichtigung der Gasabgabe von den Wänden Abb Sättigungsdampfdruck verschiedener Stoffe Abb Sättigungsdampfdruck von Treibmitteln für Öl- und Quecksilber-Treibmittelpumpen Abb Sättigungsdampfdruck Vakuum technisch wichtiger Metalle. 205 Abb Dampfdruck von nicht-metallischen Dichtungsmitteln Abb Sättigungsdampfdrücke verschiedener Kryotechnisch wichtiger Stoffe Abb Gebräuchliche Arbeitsbereiche von Vakuumpumpen Abb a Meßbereiche gebräuchlicher Vakuummeter nach DIN Abb Spezifischer Rauminhalt von Wasserdampf Abb Elektrische Durchbruchspannung für Luft (Paschenkurve) Abb Phasendiagramm von Wasser Die gesetzlichen Einheiten in der Vakuumtechnik Einführung Alphabetische Liste von Größen, Formelzeichen und Einheiten, die in der Vakuumtechnik und ihren Anwendungen häufig vorkommen Anmerkungen zur alphabetischen Liste des Abschnittes Tabellen SI Basiseinheiten Abgeleitete kohärente SI- Einheiten mit besonderen Namen und Einheitenzeichen (alphabetisch) Atomphysikalische Einheiten Abgeleitete, nicht kohärente SI- Einheiten mit besonderen Namen und Einheitenzeichen Vakuumtechnisch wichtige nationale und internationale Normen und Empfehlungen In der Vakuumtechnik besonders zu beachtende nationale und internationale Normen und Empfehlungen Literaturverzeichnis Übersichten, Definitionen und Historisches Vakuumpumpen Verdrängerpumpen; Kondensatoren Turbo-Molekularpumpen Treibmittelpumpen Sorptionspumpen Kryopumpen und Kryotechnik Ölrückströmung Ultrahochvakuumtechnik Leitwerte, Flansche, Ventile etc Messen niedriger Drücke Drucküberwachung, -steuerung, -regelung Massenspektrometrische Gasanalyse bei niedrigen. Drücken Lecks und Lecksuche Massenspektrometrische Lecksuche Lecksuche mit Halogenleckdetektoren Beschichtungsmeß- und Regelgeräte Werkstoffe und Wekstoffbearbeitungen Wörterbücher Stichwortverzeichnis