Kammerbilanz
Die Gleichung V·dp/dt = Q − S·p wird gelöst; Ausgasung, Leckage und Prozessgas beeinflussen Zeit und erreichbaren Druck.
Auslegung des Pumpsystems
Rechner zur Auslegung einer Vakuumpumpe
Vorläufige Auslegung des tatsächlichen Saugvermögens anhand von Kammerdaten, Prozesszeit, Gaslast, Leitwert und Katalogdaten.
Technisches Modell
Methode zur Pumpenauslegung wählen
Der einfache Modus schätzt die Last aus Kammermaterial und Dichtungen. Im erweiterten Modus können Mess- und Katalogdaten eingegeben werden.
Orange kennzeichnet eine Dichtung:—
Vorgeschlagener Systemtyp—
Verwendete Schätzwerte
Geschätzte innere Oberfläche— m²
Geschätzte Dichtungslänge— m
Gesamte Gaslast— mbar·l/s
Vor- / Grobvakuumpumpe
Minimales Nennsaugvermögen— m³/h
Leitwert am Ende der Stufe— l/s
Hochvakuumpumpe
Minimales Nennsaugvermögen— l/s
Leitwert am Ende der Stufe— l/s
Handelsübliche Modelle
Beispielpumpen, die das berechnete Minimum erfüllen
Die Liste wird nach Nennsaugvermögen, Enddruck und Reinheitsanforderungen gefiltert.
Vorpumpe
Hochvakuumpumpe
Dies sind Beispiele zur Vorbemessung, kein kommerzielles Angebot. Vor dem Kauf genaue Variante, S(p)-Kennlinie, Anschlüsse, zulässigen Vorvakuumdruck und aktuelle Verfügbarkeit prüfen.
- Die Verbindung begrenzt den Durchfluss unter das erforderliche Saugvermögen. Eine größere Pumpe allein genügt nicht; Durchmesser vergrößern, Weg verkürzen oder zweiten Anschluss vorsehen.
- Die Verbindungslänge ist kleiner als zehn Durchmesser. Der Rechner hat eine Eintrittsleitwert-Korrektur für kurze Stutzen angewendet; bei Ventilen, Bögen und komplexen Bauteilen sind Katalogleitwerte zu verwenden.
- Dies ist eine Vorbemessung anhand typischer Ausgasungswerte nach etwa einer Stunde Pumpzeit. Vor dem Kauf ist das Ergebnis mit der S(p)-Kennlinie der gewählten Pumpe zu vergleichen; im Hochvakuum sollte die Schätzung möglichst durch eine Druckanstiegsmessung ersetzt werden.
Empfohlene Architektur—
Gasbilanz
Ausgasungslast— mbar·l/s
Gesamte Gaslast— mbar·l/s
Gleichgewichtsdruck beim ausgelegten Saugvermögen— mbar
Empfohlener Enddruck der Pumpe— mbar
Vor- / Grobvakuumpumpe
Erforderliches effektives Saugvermögen an der Kammer— l/s
Leitwert am Ende der Stufe— l/s
Minimales Nennsaugvermögen— m³/h
Strömungsbereich am Ende der Stufe—
Hochvakuumpumpe
Erforderliches effektives Saugvermögen an der Kammer— l/s
Leitwert am Ende der Stufe— l/s
Minimales Nennsaugvermögen— l/s
Strömungsbereich am Ende der Stufe—
- Die Verbindungslänge ist kleiner als zehn Durchmesser. Der Rechner hat eine Eintrittsleitwert-Korrektur für kurze Stutzen angewendet; bei Ventilen, Bögen und komplexen Bauteilen sind Katalogleitwerte zu verwenden.
- Die Verbindung begrenzt den Durchfluss unter das erforderliche Saugvermögen. Eine größere Pumpe allein genügt nicht; Durchmesser vergrößern, Weg verkürzen oder zweiten Anschluss vorsehen.
- Für die Hochvakuumpumpe wurde kein maximaler Gasdurchsatz angegeben. Die Vorpumpe wurde nur anhand der Abpumpzeit geprüft; Qmax/pfore aus dem Handbuch der Hauptpumpe ist zusätzlich zu verifizieren.
- Im UHV-Bereich wird das Ergebnis vor allem durch reale Ausgasung, Permeation, Dichtungen und Ausheizverfahren bestimmt. Für die Auslegung sind gemessene Gaslasten zu verwenden.
- Das Ergebnis ist das minimale Saugvermögen auf der tatsächlichen S(p)-Kennlinie, nicht nur der Nennwert. Enddruck, maximalen Durchsatz, Gasverträglichkeit und zulässigen Vorvakuumdruck ebenfalls prüfen.
Berechnungsmethode
Von Prozessanforderungen zu Pumpendaten
Das Modell trennt den transienten Abpumpbedarf von der stationären Gaslast, die den Enddruck begrenzt.
Leitwert
Die vollständige Knudsen-Gleichung berücksichtigt die Druckabhängigkeit und unterscheidet laminare, Übergangs- und molekulare Strömung.
Zwei Pumpstufen
Unter 10⁻³ mbar werden Vor- und Hochvakuumstufe getrennt ausgelegt; die Vorpumpe kann zusätzlich anhand des maximalen Durchsatzes der Hauptpumpe geprüft werden.
Herstellerkennlinie
Der Nennwert wird mit dem tatsächlichen Saugvermögensanteil am Betriebspunkt korrigiert und kann so mit einer konkreten S(p)-Kennlinie verglichen werden.
Technische Grundlage
Quellen und Methoden der Vakuumtechnik-Hersteller
Das Modell basiert auf von Leybold, Edwards und Kurt J. Lesker veröffentlichten Zusammenhängen. Daten einer konkreten Pumpe sind stets im aktuellen Herstellerhandbuch zu bestätigen.
Pumpenauslegung in der Praxis
Häufige Fragen zur Vakuumpumpen-Auslegung
Das Rechenergebnis ist ein Ausgangspunkt für die Auswahl von Architektur und Katalogmodellen. Die endgültige Auslegung muss die reale Anlage und Herstellerkennlinien berücksichtigen.
Welche Daten werden zur Auslegung einer Vakuumpumpe benötigt?
Grundlegend sind Kammervolumen, Anfangs- und Zieldruck, geforderte Abpumpzeit sowie Durchmesser und Länge der Verbindung. Für ein genaueres Ergebnis werden außerdem Oberfläche, Ausgasungsrate, Leckrate und Prozesslast benötigt.
Warum ist das Nennsaugvermögen höher als das benötigte Saugvermögen an der Kammer?
Leitungen, Ventile, Bögen und Filter begrenzen den Leitwert, sodass an der Kammer nur ein Teil des Nennsaugvermögens verfügbar ist. Je enger oder länger die Verbindung, desto größer die Differenz.
Reicht das Ergebnis für den Kauf einer konkreten Pumpe?
Nein. Es handelt sich um eine Vorbemessung. Vor dem Kauf sind S(p)-Kennlinie, Enddruck, maximaler Gasdurchsatz, zulässiger Vorvakuumdruck, Anschlüsse, Prozessmedium und Materialverträglichkeit zu prüfen.
Wann wird ein zweistufiges Pumpsystem benötigt?
Für Hoch- und Ultrahochvakuum benötigt die Hauptpumpe, etwa eine Turbomolekularpumpe, eine Vorpumpe. Der Rechner trennt dann das Abpumpen ab Atmosphärendruck von der Hochvakuumstufe.