Erzeugung von Ultrahochvakuum

Die erfolgreiche Erzeugung von Ultrahochvakuum (UHV) beginnt mit einem fundierten Verständnis der Vakuumphysik – einschließlich Vakuumniveau, Druckdynamik und Gasverhalten. Entdecken Sie unsere Experten-Videoserie mit Schritt-für-Schritt-Anleitungen zum Design von UHV-Systemen, zur Vorbereitung der Kammer und zur Auswahl der passenden Pumpe.

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Ein Standard-Ultrahochvakuum-Pumpstand (UHV) beginnt mit einer trockenen Vorpumpe (zweite Stufe), um den Druck auf etwa 10−³ hPa (mbar) zu senken. Eine Hoch- oder Ultrahochvakuumpumpe (erste Stufe), wie z. B. eine Turbomolekular-Vakuumpumpe, übernimmt dann das Erreichen des endgültigen Betriebsdrucks.

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Die Materialauswahl beeinflusst alles von der Vakuumintegrität bis zur Langzeitstabilität. Es geht nicht nur um geringe Ausgasraten – mehrere Faktoren spielen eine Rolle:

Austenitischer Edelstahl bleibt aufgrund seiner Beständigkeit und seines Verhalten beim Ausheizen der Standard für UHV-Systeme.

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Vakuumsysteme werden in der Regel nach den Druckbereichen eingeordnet, die sie erreichen. Jeder Druckbereich hat spezifische technische Anforderungen und bedient unterschiedliche Anwendungen:

Für industrielle Prozesse ist Hochvakuum oft ausreichend. Im Gegensatz dazu erfordern UHV und EHV spezielle Werkstoffe, Dichtungstechnik und hochentwickelte Pumpsysteme.

Der Enddruck von Turbomolekular-Vakuumpumpen (TMP) liegt im unteren UHV-Bereich und in optimierten Konfigurationen sogar im EHV-Bereich. Für höhere EHV-Bedingungen sind zusätzliche Technologien erforderlich, etwa Ionenpumpen (IP), Titansublimationspumpen (TSP) und nicht-verdampfbare Getterpumpen (NEG).

Zu den wichtigsten Schritten bei der Auslegung eines UHV-Systems gehört es, den angestrebten Betriebsdruck (pₒ) und die dafür erforderlichen Bedingungen umfassend zu verstehen.

Er legt fest:

Auslegungen ohne klar definierten Ziel-Betriebsdruck resultieren oft in Systemen, die entweder überdimensioniert und teuer sind – oder instabil mit unzureichender Leistung. Auch das Verdichtungsverhältnis (K₀) der Turbomolekular-Vakuumpumpe spielt eine entscheidende Rolle – insbesondere bei Wasserstoff und anderen leichten Gasen. Basierend auf der Gaede-Formel beschreibt dieses Verhältnis die Fähigkeit der Vakuumpumpe, den Gasdruck in einer Stufe zu reduzieren. Je niedriger der Solldruck, desto höher das benötigte Verdichtungsverhältnis.

Weitere Details finden Sie in unserem Fachbuch zur Vakuumtechnologie.

Der Betriebsdruck und das Verdichtungsverhältnis bilden gemeinsam die zentralen Auslegungsparameter für die zuverlässige Erzeugung von Ultrahochvakuum (UHV).

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Im Bereich der Molekularströmung wird der Leitwert des Systems – also die Durchlässigkeit der Vakuumleitungen für Gasmoleküle – zum entscheidenden Faktor. Lange oder schmale Leitungen führen zu einer deutlichen Verminderung des effektiven Saugvermögens. Eine optimierte Systemgeometrie stellt sicher, dass Vakuumpumpen ihr volles Potenzial ausschöpfen.

Seit 1955 setzt Pfeiffer Maßstäbe in der Turbomolekulartechnologie – mit präziser Ingenieurskunst, Innovationskraft und jahrzehntelanger Erfahrung. Unsere Turbomolekular-Vakuumpumpen, einschließlich der lasergewuchteten HiPace Baureihe, sind weltweit für ihre lange Standzeit, ihr niedriges Vibrationsniveau und ihre gleichbleibende Leistung selbst in anspruchsvollen UHV- und EHV-Anwendungen bekannt.

Mit unserem Fachwissen stellen wir sicher, dass Sie die richtige Turbopumpe für Ihren Prozess erhalten – ganz gleich, ob Sie mit leichten Gasen wie Wasserstoff arbeiten oder eine kompakte Lösung zur Integration in Analysegeräte benötigen.

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Das Erzeugen von UHV erfordert größte Sorgfalt – von der Auslegung bis zur Montage und Inbetriebnahme eines Systems. Häufige Probleme, die das Erreichen von Ultrahochvakuum verhindern, sind:

Maßnahmen zur Problemvermeidung


Gut geplante UHV-Systeme – unterstützt durch zuverlässige Bauteile und fachkundige Anleitung – gewährleisten Langzeitstabilität und wiederholbare Ergebnisse.