Eine Vorpumpe ist eine spezielle Art von Vakuumpumpe, die in Kombination mit einer Hochvakuumpumpe, wie z. B. einer Turbomolekular-Vakuumpumpe, betrieben wird. Sie reduziert den Druck in einem System, sodass die Hochvakuumpumpe betrieben werden kann, und kann als „Starthilfe“ für die Hauptpumpe angesehen werden.
Die Vorpumpe ist die erste Stufe in einem Vakuumsystem. Sie ist dafür verantwortlich, das System und die Vakuumkammer von Atmosphärendruck auf ein Niveau zu evakuieren, das niedrig genug ist, um einen effektiven Betrieb der Hochvakuumpumpe zu ermöglichen.
Es ist wichtig, dass die Vorpumpe über ein ausreichend hohes Saugvermögen verfügt, um den Anforderungen der Hochvakuumpumpe gerecht zu werden. Typische Vorvakuumpumpen sind beispielsweise Drehschieber-, Membran- und Scroll-Vakuumpumpen. Optional können Vakuum-Booster in das Vorvakuumsystem integriert werden, wenn ein höheres Saugvermögen erforderlich ist.
Warum benötigen Turbopumpen eine Vorpumpe?
Turbomolekular-Vakuumpumpen gehören zur Kategorie der kinetischen Vakuumpumpen, die Gasmoleküle mittels Impulsübertragung vom Einlass bis zum Auspuff bewegen. Dabei handelt es sich um Hochleistungspumpen, die extrem niedrige Drücke, d. h. Hoch- oder sogar Ultrahochvakuum, erzeugen können. Um ein Zurückströmen der geförderten Gase vom Auspuff der Turbopumpe zur Vakuumkammer zu vermeiden, ist eine Vorpumpe erforderlich, um die Moleküle durch die Vorvakuumleitung auszustoßen.
Die Vorpumpe und die Turbopumpe werden in der Regel gleichzeitig gestartet und evakuieren gemeinsam das Vakuumsystem. Wenn die Turbopumpe direkt an der Vakuumkammer angeschlossen ist (siehe Abbildung), evakuiert die Vorpumpe das System durch die Turbopumpe.
Sobald ein bestimmtes Vorvakuumlevel erreicht ist, arbeitet die Turbopumpe mit voller Drehzahl und erzeugt Hoch- bis Ultrahochvakuum. Selbst dann läuft die Vorpumpe weiter und saugt die von der Hochvakuumpumpe geförderten Gasmoleküle ab. Dadurch wird sichergestellt, dass die Turbopumpe ihren Betriebsdruck aufrechterhalten kann und nicht überhitzt.
Die Vorpumpe erfüllt mehrere wichtige Aufgaben zugleich:
- Sie leitet Gasmoleküle aus der Turbopumpe ab.
- Sie reduziert den Druck auf ein Niveau, bei dem die Turbopumpe reibungslos arbeiten kann.
- Sie verhindert, dass während des Starts und Betriebs Öldämpfe oder andere rückströmende Gase aus der Vorvakuumleitung ins Vakuumsystem gelangen.
- Sie schützt die Turbopumpe vor Überhitzung und möglichen Schäden durch übermäßige Gaslasten, indem sie während der Prozesszyklen das richtige Vakuumniveau sicherstellt.
Je nach Bauart der Turbopumpe und den vielen verschiedenen Anwendungen werden ölgeschmierte Drehschieber-Vakuumpumpen oder trockene Scroll- bzw. Membran-Vakuumpumpen als Vorvakuumpumpen eingesetzt. Sie können Drücke unter 0,1 hPa (mbar) erreichen und schaffen so die idealen Bedingungen für den Betrieb von Turbopumpen bei voller Leistung. Die ideale Pumpenkombination hängt vom Design des Systems und den Anforderungen der Anwendung ab. Hierfür müssen verschiedene Parameter wie Gaslast, Systemvolumen und die gewünschten Druckniveaus berücksichtigt werden.