Was ist ein Vakuum in der Wissenschaft? Definition und Beispiele

by Dirk Heine

Die Erdatmosphäre übt auf uns einen Druck aus, den sogenannten Atmosphärendruck, der auf verschiedene Arten gemessen werden kann. Auf Meereshöhe beträgt der Standarddruck 14,7 psia oder 29,92 Zoll Quecksilbersäule (Hg) oder 760 mm Quecksilbersäule (Torr). Da der Luftdruck variiert, werden die oben genannten Drücke auf Meereshöhe als Referenzpunkt verwendet.

Die Atmosphäre übt einen Druck von 14,7 Psia auf uns aus, aber es gibt auch einen Druck von 14,7 Psia in unserem Inneren, da es auf jede Aktion eine gleiche, aber entgegengesetzte Reaktion gibt. Daher empfinden wir den atmosphärischen Druck nicht als unangenehm. Anders ausgedrückt: Es gibt keinen Druckunterschied zwischen der Innenseite und der Außenseite unseres Körpers.

Um ein Beispiel für eine Vakuumanwendung wie CNC-Holzfräsen zu verwenden: Das Werkstück, d. h. die Holzplatte, liegt auf einem CNC-Frästisch, wobei der atmosphärische Druck von 14,7 psia nach unten und ein gleicher Druck von 14,7 psia nach oben drückt. Die Vakuumpumpe entfernt einen Teil des atmosphärischen Drucks unter dem Werkstück und reduziert so den vorhandenen Druck von 14,7 psia. Diese Verringerung des Drucks von unterhalb der Platte erzeugt einen Differenzdruck, wobei der größte Druck über der Platte liegt, diese nach unten drückt und das Werkstück an Ort und Stelle hält. Daher hält Vakuum (im Nachhinein) das Werkstück nicht an Ort und Stelle, sondern an Ort und Stelle Reduziert den Druck unter dem Werkstück und sorgt dafür, dass der atmosphärische Druck das Werkstück an Ort und Stelle hält.

Der Begriff „Vakuum“ wird verwendet, um den Druckbereich unterhalb des Atmosphärendrucks zu beschreiben. Vakuum ist ein negativer Überdruck, der sich normalerweise auf den vorhandenen Standard-Luftdruck bezieht, an dem das Gerät betrieben wird. Das bedeutet, dass Vakuum ein Differenzwert zwischen dem umgebenden Atmosphärendruck und dem Druck im evakuierten System ist. Bei Vakuumbedingungen sollte in jedem Fall die Frage gestellt werden, in welcher Höhe die Pumpe arbeiten wird, da der Luftdruck mit der Höhe über oder unter dem Meeresspiegel variiert.

In den USA ist der übliche Standard zur Messung des Grobvakuums Zoll Quecksilbersäule („Hg“), die auf zwei verschiedene Arten gemessen werden kann. Eine Methode ist die „Hg-Messung“ („HgV“), wobei die Skala bei 0“ Hg beginnt ( atmosphärischer Druck) und steigt bis zu 29,92″ Hg, was perfektem Drehdurchführung Vakuum entspricht. Die andere Möglichkeit besteht darin, in „Hg absolut“ („HgA“) zu messen, einem Messgerät mit umgekehrter Skala. In diesem Fall lautet die Skala auf dem Messgerät 29,92″ Hg bei atmosphärischem Druck und 0″ Hg wären ein perfektes Vakuum. Bitte beachten Sie, dass ein perfektes Vakuum auf der Erde nicht möglich ist, egal welche Vakuumpumpe verwendet wird.

Um die Beziehung zwischen „Hg Gauge“ und „Hg absolut“ zu veranschaulichen, können wir das folgende Beispiel verwenden: 26“ Hg Gauge auf Meereshöhe wären 29,92 – 26 = 3,92“ Hg absolut. Aufgrund der beiden unterschiedlichen Messarten sollte der Kunde gefragt werden, ob er „Messgerät“ oder „absolut“ meint. Es ist wichtig zu wissen, welcher Maßstab verwendet wird, da eine falsche Annahme einen großen Fehler bedeuten kann.

Wenn wir im höheren Vakuumbereich (niedriger absoluter Druck) arbeiten, ist es üblicher, in Torr zu messen. 1 Torr entspricht 1 mm Hg und ist immer ein absoluter Druck.

Es gibt 25,4 mm pro Zoll, was den Luftdruck als 29,92 x 25,4 = 760 Torr berechnet. Ein absoluter Manometerwert in Torr beträgt 760 Torr bei atmosphärischem Druck, was Nullvakuum entspricht, und würde bei perfektem Vakuum 0 Torr anzeigen.

Partielles Vakuum vs. perfektes Vakuum

In der realen Welt ist ein Vakuum teilweise oder unvollständig. Es bleiben immer ein paar Atome oder Moleküle übrig. Der Druck eines Teilvakuums ist niedriger als der Atmosphärendruck, aber nicht Null. Ein perfektes Vakuum ist ein theoretischer Raum, der völlig frei von Materie ist. Diese Art von Vakuum wird auch „Freiraum“ genannt.

Beispiele für ein Vakuum

Jeder Bereich mit einem Druck, der unter dem atmosphärischen Druck liegt, ist Vakuum. Hier sind Beispiele für ein Vakuum:

  • Das Innere einer Glühbirne ist ein Vakuum.
  • Der Weltraum ist ein nahezu perfektes Vakuum.
  • Die dünnen Atmosphären von Mond, Merkur und Mars sind ein Vakuum (zumindest im Vergleich zur Erde).
  • Durch das Ansaugen eines Staubsaugers entsteht ein Vakuum.
  • Der isolierende Bereich zwischen den Glaswänden einer Thermoskanne enthält ein Vakuum.
  • Die Thermosphäre der Erde ist ein Vakuum.
  • Der Tiefdruck eines starken Hurrikans ist ein Teilvakuum.

Einfache Möglichkeiten, ein Vakuum zu erzeugen

Die besten Staubsauger verwenden teure Pumpen, um Gase zu entfernen. Es ist jedoch ganz einfach, selbst einen Staubsauger herzustellen, indem man gängige Materialien verwendet:

  1. Befestigen Sie einen Saugnapf an einem Fenster. Ziehen Sie den Saugnapf zurück. Der Raum zwischen der Tasse und dem Glas ist ein Vakuum.
  2. Verschließen Sie das Ende einer leeren Spritze, um sie zu verschließen. Ziehen Sie den Kolben nach oben. Das Leervolumen innerhalb der Spritze ist ein Vakuum. Wenn sich in der Spritze etwas Wasser befindet, wird es durch den geringen Druck zum Kochen gebracht.
  3. Befestigen Sie den Schlauch des Staubsaugers an einem starren, ansonsten verschlossenen Behälter. Das Gerät saugt die Luft ab und hinterlässt ein unvollständiges Vakuum.
  4. Durch das Atmen entsteht ein Teilvakuum. Wenn sich Ihr Zwerchfell senkt, verringert sich durch die Volumenzunahme der Druck in den Lungenbläschen. Der Druckunterschied führt zum Einatmen.
  5. Wenn Sie Zugang zu einem Labor haben, nutzt ein Vakuumfilter den Wasserfluss, um Luft aus einem Kolben zu entfernen. Im Inneren des Kolbens herrscht ein Teilvakuum.

Warum ist der Weltraum ein Vakuum?

Die Schwerkraft ist der Grund dafür, dass im Weltraum ein nahezu perfektes Vakuum herrscht. Im Laufe der Zeit zieht die Schwerkraft Materieteilchen zusammen und bildet Gaswolken, Sterne und Planeten. Die Räume zwischen interstellaren Objekten bleiben nahezu leer. Außerdem dehnt sich das Universum aus. Auch ohne Schwerkraft vergrößert sich der Raum zwischen den Teilchen.

Warum ist der Weltraum ein Vakuum?

by Dirk Heine

Ein Vakuum ist ein leerer Ort, den der Raum nahezu erreicht.

Der Weltraum ist ein nahezu perfektes Vakuum voller kosmischer Hohlräume. Und kurz gesagt, die Schwerkraft ist schuld. Aber um das Vakuum unseres Universums wirklich zu verstehen, müssen wir uns einen Moment Zeit nehmen, um zu verstehen, was ein Vakuum wirklich ist – und was es nicht ist.

Was ist also ein Vakuum und warum ist der Weltraum kein echtes Vakuum?

Vergessen Sie zunächst den Staubsauger als Analogie zum Vakuum des Weltraums, sagte Jackie Faherty, leitende Wissenschaftlerin in der Abteilung für Astrophysik am American Museum of Natural History in New York City, gegenüber WordsSideKick.com. Die Haushaltsreinigungsmaschine füllt sich effektiv mit Schmutz und Staub, der aus Ihrem Teppich gesaugt wird. (Das heißt, der Staubsauger nutzt den Differenzdruck, um eine Saugwirkung zu erzeugen. „Sauger“ wäre möglicherweise ein besserer Name als „Staubsauger“). Aber das Vakuum des Weltraums ist das Gegenteil. Per Definition ist ein Vakuum frei von Materie. Der Weltraum ist fast ein absolutes Vakuum, nicht wegen der Sogwirkung, sondern weil er fast leer ist.

Diese Leere führt zu einem extrem niedrigen Druck. Und obwohl es unmöglich ist, die Leere des Weltraums auf der Erde nachzuahmen, können Wissenschaftler Umgebungen mit extrem niedrigem Druck erzeugen, die als Teilvakuum bezeichnet werden.

Selbst wenn man die Staubsauger-Analogie außer Acht lässt, „ist es fast fremd, das Konzept des Vakuums zu verstehen, weil es so im Widerspruch zu unserer Existenz steht“, sagte Faherty. Unsere Erfahrung als Menschen ist vollständig auf einen sehr dichten, überfüllten und dynamischen Teil des Universums beschränkt. Daher kann es für uns schwierig sein, das Nichts oder die Leere wirklich zu verstehen, sagte sie. Aber in Wirklichkeit ist das, was für uns auf der Erde normal ist, im Kontext des Universums, von dem der Großteil nahezu leer ist, tatsächlich selten.

Die Schwerkraft ist König

Im Durchschnitt wäre der Weltraum auch ohne die Schwerkraft immer noch ziemlich leer. „Es gibt einfach nicht viel Zeug im Verhältnis zum Volumen des Universums, in das man das Zeug steckt“, sagt der theoretische Astrophysiker Cameron Hummels vom Caltech. Die durchschnittliche Dichte des Universums beträgt laut NASA 5,9 Protonen (ein positiv geladenes subatomares Teilchen) pro Kubikmeter. Doch dann verstärkt die Schwerkraft die Leere in bestimmten Regionen des Universums, indem sie bewirkt, dass sich die Materie im Universum ansammelt.

Grundsätzlich werden zwei beliebige Objekte mit Masse voneinander angezogen. Das ist Schwerkraft. Anders ausgedrückt: „Materie ist gerne in der Nähe anderer Materie“, sagte Faherty. Im Weltraum zieht die Schwerkraft benachbarte Objekte näher zusammen. Zusammen nimmt ihre kollektive Masse zu, und mehr Masse bedeutet, dass sie eine stärkere Anziehungskraft erzeugen können, mit der sie noch mehr Materie in ihren kosmischen Klumpen ziehen können. Die Masse nimmt zu, dann die Anziehungskraft, dann die Masse. „Es ist ein außer Kontrolle geratener Effekt“, sagte Hummels.

Wenn diese Gravitations-Hotspots Materie in die Nähe ziehen, wird der Raum zwischen ihnen evakuiert, wodurch eine sogenannte kosmische Leere entsteht, sagte Hummels. Aber das Universum begann nicht so. Nach dem Urknall sei die Materie im Universum gleichmäßiger verteilt worden, „fast wie ein Nebel“, sagte er. Aber über Milliarden von Jahren hat die Schwerkraft diese Materie zu Asteroiden, Planeten, Sternen, Sonnensystemen und Galaxien zusammengetragen; und zwischen ihnen bleiben die Lücken des interplanetaren, interstellaren und intergalaktischen Raums.

Aber selbst das Vakuum des Weltraums ist nicht wirklich rein. Zwischen den Galaxien gibt es weniger als ein Atom pro Kubikmeter, was bedeutet, dass der intergalaktische Raum nicht völlig leer ist. Allerdings besteht es aus weit weniger Materie, als jedes Vakuum, das Menschen in einer Arbeit auf der Erde simulieren könnte.

Unterdessen „dehnt sich das Universum weiter aus“, sagte Faherty und versicherte, dass der Kosmos größtenteils leer bleiben werde. „Es klingt so einsam“, sagte sie.

Was ist eine Vakuumröhre?

by Dirk Heine

Im Allgemeinen bezieht sich Vakuum auf einen Raum, in dem geladene Teilchen wie Elektronen, Protonen, Neutronen und alle anderen Materien fehlen. Mit anderen Worten: Vakuum ist nichts anderes als der leere Raum.

Eine Vakuumröhre ist ein elektronisches Gerät, das den Elektronenfluss im Vakuum steuert. Es wird auch als Elektronenröhre oder Ventil bezeichnet. John Ambrose Fleming entwickelte 1904 die erste Vakuumröhre. Flemings Diode ermöglicht den Fluss von elektrischem Strom nur in eine Richtung (von der Kathode zur Anode) und blockiert den elektrischen Strom in einer anderen Richtung (von der Anode zur Kathode). Im Jahr 1906 erfand der amerikanische Elektroingenieur Lee De Forest die Audion-Vakuumröhre.

Die Erfindung der Vakuumröhren hat einen neuen Zweig der Technik namens Elektronik hervorgebracht. In der Anfangszeit wurden Vakuumröhren in Fernsehgeräten, Radios, Radargeräten, elektronischen Computern und Verstärkern verwendet. Nach der Entwicklung von Halbleiterbauelementen wurde jedoch der Einsatz von Vakuumröhren in elektronischen Geräten reduziert. Heutzutage werden die meisten elektronischen Geräte (Computer, Fernseher, Radar usw.), die aus Vakuumröhren bestehen, durch Halbleiterbauelemente wie Dioden, Transistoren und integrierte Schaltkreise ersetzt.

Vakuumröhren sind riesig und nehmen viel Platz ein. Der Aufbau und die Funktionsweise von Vakuumröhren sind jedoch leicht zu verstehen. Vakuumröhren werden aus Materialien wie Glas und Keramik hergestellt. Vakuumröhren basieren hauptsächlich auf dem thermionischen Emissionsprozess, um die freien Elektronen zu emittieren. Beim thermionischen Prozess wird Wärme zur Emission der freien Elektronen genutzt. Eine Vakuumröhre, die durch Wärmeeinwirkung freie Elektronen emittiert, wird als thermionisches Ventil oder thermionische Röhre bezeichnet.

Eine Vakuumröhre besteht aus einer Kathode (auch als Glühfaden bezeichnet), einer Anode (auch als Platte bezeichnet) und einer Elektrode (auch als Gitter bezeichnet). Die Kathode ist ein Elektronenemitter, der die freien Elektronen emittiert, während die Anode ein Elektronenkollektor ist, der die freien Elektronen sammelt.
Eine Vakuumröhre besteht aus einer Kathode (auch als Glühfaden bezeichnet), einer Anode (auch als Platte bezeichnet) und einer Elektrode (auch als Gitter bezeichnet).

Ein Gitter oder eine Elektrode steuert den elektrischen Strom oder den Elektronenfluss zwischen Anode und Kathode. Die von der Kathode emittierten freien Elektronen werden zur Anode oder Platte angezogen. Diese freien Elektronen transportieren den elektrischen Strom, während sie sich von der Kathode zur Anode bewegen.

Direkt beheizte und indirekt beheizte Kathode

In den Glühröhren wird die Kathode elektrisch auf eine gewünschte Temperatur erhitzt, um die freien Elektronen von der Metalloberfläche zu emittieren. Dies kann auf zwei Arten erfolgen: durch direktes Erhitzen der Kathode oder indirektes Erhitzen der Kathode.

Wenn die Wärme oder der elektrische Heizstrom direkt zur Kathode geleitet wird, die die freien Elektronen emittiert, spricht man von einer direkt beheizten Kathode oder einem direkt beheizten Emitter. Bei der direkt beheizten Kathode ist die Kathode selbst das Heizelement oder der Glühfaden. Daher ist die zur Emission der freien Elektronen von der Metalloberfläche erforderliche Wärme im Vergleich zur indirekt beheizten Kathode geringer.

Wenn die Wärme oder der elektrische Heizstrom indirekt an eine Kathode geleitet wird, die die freien Elektronen emittiert, spricht man von einer indirekt beheizten Kathode oder einem indirekt beheizten Emitter.

Bei der indirekt beheizten Kathode besteht keine elektrische Verbindung zwischen Kathode und Heizer. Daher ist die Kathode selbst kein Heizelement. Der elektrische Heizstrom wird durch die Heizung oder den Glühfaden geleitet und die Kathode wird indirekt erhitzt. Daher ist die Wärmemenge, die zur Emission der freien Elektronen von der Metalloberfläche erforderlich ist, höher als bei der direkt beheizten Kathode.

Was ist ein Vakuumschalter?

by Dirk Heine

Kurz gesagt bietet ein Vakuumschalter eine Schaltkontaktfunktion, wenn ein vorgegebener Vakuumgasdruckpegel erreicht wird. Dies kann dazu dienen, den Druck in einem System zu entlasten, oder es kann aktiviert werden, um den Druck zu erhöhen. Sie sind in der Hydraulik-, Pneumatik- und Prozessindustrie weit verbreitet und für den Betrieb unerlässlich.

So wie heute elektrische Signale zum Betrieb der meisten Motorkomponenten und verschiedener Zubehörteile verwendet werden, war Vakuum einst die am einfachsten steuerbare Energiequelle. Vakuum wurde verwendet, um alles zu betreiben, von Scheibenwaschpumpen und -motoren bis hin zu Choke-Abziehern, und in jedem dieser Fälle ist ein Schalter erforderlich. Ein Vakuumschalter kann mechanisch, durch einen elektrischen Impuls, eine Temperaturänderung oder auf verschiedene andere Weise betätigt werden.

Bei Fluid- und Flüssigkeitsverarbeitungssystemen dient ein Vakuumschalter dazu, einen Stromkreis auszulösen, falls das Vakuum beeinträchtigt wird. Immer wenn diese Schalter eine Veränderung des Vakuums erkennen, öffnen oder schließen sie einen Stromkreis. Dies ist nicht nur wichtig für die Funktionalität, sondern auch aus sicherheitstechnischer Sicht wichtig, um zu verhindern, dass sich zu viel Druck aufbaut.

Diese Schalter können an bestimmte Schwellenwerte angepasst werden, um sicherzustellen, dass sie für jeden Zweck geeignet sind. Unsere Vakuumschalter gibt es in zwei Grundformen: Einzelschalter und Doppelschalter.

Stangen und Würfe: Was ist der Unterschied?

Unsere einpoligen Vakuumschalter gibt es in zwei Varianten: Einzel- oder Doppelschalter. Beim Kauf eines Vakuumschalters für Ihre Anforderungen ist es wichtig, die Rolle der einzelnen Schalter zu verstehen.

Pole

Ein einpoliger Schalter hat nur einen Eingang und einen Ausgang, was bedeutet, dass er nur zwei Zustände hat – entweder ein oder aus. Bei der Verkabelung dieser Schalter ist es möglich, sie entweder als Schließer oder als Schließer zu konfigurieren.

Doppelpolige Vakuumschalter verfügen über zwei Anschlüsse zu zwei getrennten Stromkreisen. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um zwei Schalter in einem, die entweder versetzt oder gleichzeitig angeschlossen werden können.

Normale einpolige Schalter finden sich in Alltagsgegenständen wie Haushaltsgeräten, Lichtschaltern und Alarmanlagen. Ebenso werden gängige zweipolige Schalter beispielsweise für medizinische Anwendungen oder Licht- und Lüfterkombinationen verwendet.

Würfe

Während es bei Vakuumschaltern Doppel- und Einzelpole geben kann, gibt es auch Einzel- oder Doppelschalter. Ein Wurf gibt an, wie viele Positionen ein Schalter aktivieren kann.

Einschalter schließen einen Stromkreis in einer Position, während ein Doppelschalter einen Stromkreis in zwei Positionen schließen kann. Wechselschalter haben auch eine neutrale Position, in der keiner der Schaltkreise aktiviert ist.

Wo Vakuumschalter zu finden sind

Eine der häufigsten Branchen, in denen Sie einen Vakuumdruckschalter finden, ist die Hydraulik. Vakuum ist für die Hydraulik wichtig, daher ist die Regulierung des Druckaufbaus von entscheidender Bedeutung für die Aufrechterhaltung der Funktion hydraulischer Geräte.

Hydraulik wird typischerweise zum Bewegen von Teilen mechanischer Systeme verwendet, die schwere Gegenstände heben, schieben oder ziehen. Sie verwenden eine Pumpe, die Flüssigkeit ansaugt, wodurch am Einlass ein Vakuum entsteht. Wenn der Druck erhöht wird, wird Flüssigkeit in den Einlass gedrückt und bewegt die hydraulische Ausrüstung. Die Regulierung von Druck und Vakuum ist wichtig, um sicherzustellen, dass keine plötzlichen Druckschwankungen auftreten, die zum Zusammenbruch des gesamten Hydraulikarms oder -hebels führen könnten.

Sie können damit rechnen, Hydraulik in Automobilfabriken, Baumaschinen und Fahrgeschäften in Vergnügungsparks zu finden. Sie eignen sich auch für einfachere Dinge wie Bürostühle. Unabhängig davon, wo Hydraulikanlagen zum Einsatz kommen, müssen sie angesichts der Lasten, die sie normalerweise bewältigen müssen, mit dem richtigen Druck arbeiten.

Was ist Vakuumkühlung?

by Dirk Heine

Das Prinzip der Verdunstungskühlung

Verdunstungskühlung ist der Prozess der Abkühlung durch Verdampfen von Wasser, um Wärme abzuführen. Wasser verdunstet, wenn es seine latente Verdunstungswärme aufnimmt. Wasser nimmt Wärme auf, bis es seine latente Verdampfungswärme erhält, das heiße Medium verliert aber auch die gleiche Wärmemenge.

Das Verdunstungskühlsystem macht sich dies aktiv zunutze. Auch das Prinzip der Verdunstungskühlung kommt an überraschend bekannter Stelle zum Einsatz.

Einige Hochleistungsautomobile sind beispielsweise mit Wassereinspritzsystemen zur Verdunstungskühlung ausgestattet, um die Kühlleistung luftgekühlter Ladeluftkühler in Kombination mit Turboladern zu verbessern.

An heißen Sommertagen ist das Versprühen von Wasser im Freien auch eine Form der Verdunstungskühlung, bei der Verdunstungswärme genutzt wird, um die Temperatur von Straßenoberflächen und anderen Oberflächen zu senken.

Vakuum-Verdunstungskühlung

Wasser kann sogar bei Raumtemperatur unter Atmosphärendruck verdunsten. In diesem Fall verdampft die Wassermasse nur und kocht nicht. Wenn beispielsweise Wasser bei 40 °C [104 °F] kocht und verdampft, führt dies zur Übertragung großer Wärmemengen, die der latenten Verdampfungswärme entsprechen.

Bei atmosphärischem Druck siedet Wasser bei 100 °C [212 °F]. Wenn der Druck dann unter den atmosphärischen Druck gesenkt wird, sinkt auch der Siedepunkt unter 100 °C [212 °F]. Dies liegt daran, dass die Sättigungstemperatur unter 100 °C [212 °F] liegt. Die Einzelheiten werden in Vakuum-Dampfheizsysteme erläutert.

Bei der Vakuum-Dampfheizung wird Sattdampf bei 100 °C [212 °F] oder niedriger als Heizquelle verwendet, während bei der Vakuum-Dampfkühlung das Siedephänomen genutzt wird, das bei 100 °C [212 °F] oder niedriger auftritt.

Vakuum-Verdunstungskühlung in Produktionsanlagen

Technisch gesehen liegt der Sättigungsdruck von Dampf im Temperaturbereich der Vakuum-Verdunstungskühlung unter Vakuumbedingungen im Bereich von mehreren kPa, und es ist nicht so schwierig, den Druck auf dieses Niveau zu senken. Das Problem besteht darin, dass bei der Verdunstungskühlung umso mehr Dampf auf der Wärmeübertragungsfläche erzeugt wird, je stärker abgekühlt wird, was irgendwie gehandhabt werden muss.

In diesem Druckbereich ist das Dampfvolumen tausend- bis mehrere hundertmal größer als das Wasservolumen, sodass der Druck schnell ansteigt, wenn der erzeugte Dampf nicht abgeführt wird. Steigt der Druck, ist eine Verdunstungskühlung bei der gewünschten Temperatur nicht mehr möglich.

Aus diesem Grund kommt im Verdunstungskühlsystem eine leistungsstarke Vakuumpumpe zum Einsatz, die nicht nur durch Luftansaugung ein Vakuum erzeugen, sondern auch den bei der Verdunstungskühlung entstehenden Dampf abführen kann.

Vakuum-Verdunstungskühlungsanwendungen

Wie oben beschrieben, fördert die Verdunstungskühlung die Verdampfung von Wasser im Vakuumdruckbereich und erreicht auf der Kühlseite eine mit der Dampfheizung vergleichbare Wärmeübertragungsleistung. In der Industrie wird Verdunstungskühlung für folgende Zwecke eingesetzt.

01. Schnelle und gleichmäßige Abkühlung, um die Bildung von Verunreinigungen zu reduzieren
02. Steigerung der Produktionsausbeute durch Hochleistungskühlung, die exotherme Reaktionen unterdrückt.
03. Verkürzung der Prozesschargenzeiten durch schnellere Abkühlung

Darüber hinaus ist durch die Kombination der Verdunstungskühlungstechnologie mit der Vakuumdampfheizung ein schneller Wechsel zwischen Heizen und Kühlen möglich und eine hochpräzise Temperaturregelung möglich. Aufgrund ihrer hohen Reproduzierbarkeit und Kontrolle werden Vakuum-Verdunstungskühlsysteme häufig in den folgenden Situationen eingesetzt.

01. Wenn eine schnelle Temperaturregulierung von entscheidender Bedeutung ist, z. B. beim Eintropfen von Rohstoffen, bei exothermen oder endothermen Reaktionen, bei der Wärmeübertragung in Rührbehältern usw.
02. Wenn viele Betriebsmittel verwendet werden und es wünschenswert ist, die Temperaturschwankungen zwischen Produktionschargen zu eliminieren.
03. Wenn für die Pilotierung neuer Produkte oder für die tatsächliche Produktion eine schnelle Bestimmung der Prozessbedingungen erforderlich ist
04. Beim Testen mehrerer Produktionsbedingungen für die Entwicklung neuer Produkte

Wir hoffen, dass Ihnen diese Serie über Dampfregelung sowie Vakuumerwärmung und -kühlung gefallen hat. Eine wirksame Dampfsteuerung kann eine höhere Produktivität und kürzere Chargenzeiten ermöglichen und gleichzeitig den Energieaufwand und den Platzbedarf der Ausrüstung verringern.

Was ist eine Vakuumröhre und wie funktioniert sie?

by Dirk Heine

Sie könnten versucht sein, die gute alte Röhre als Relikt der Vergangenheit abzutun – denn wie können ein paar Metallstücke in einer verschönerten Glühbirne den Transistoren und integrierten Schaltkreisen von heute standhalten? Obwohl Röhren ihren Platz in der Unterhaltungselektronik verloren haben, bleiben sie immer noch unbedeutend, wenn viel Leistung bei sehr hohen Frequenzen (GHz-Bereich) benötigt wird, wie zum Beispiel bei Radio- und Fernsehübertragungen, Industrieheizungen, Mikrowellenherden und Satelliten Kommunikation, Teilchenbeschleuniger, Radar, elektromagnetische Waffen sowie einige Anwendungen, die niedrigere Leistungspegel und Frequenzen erfordern, wie Strahlungsmessgeräte, Röntgengeräte und audiophile Verstärker.

Vor 20 Jahren verwendeten die meisten Displays eine Vakuumbildröhre. Wussten Sie, dass möglicherweise auch in Ihrem Haus ein paar Schläuche lauern? Im Herzen Ihres Mikrowellenherds befindet sich, oder besser gesagt, in einer Fassung: eine Magnetronröhre. Seine Aufgabe besteht darin, leistungsstarke und hochfrequente HF-Signale zu erzeugen, die zum Erhitzen von allem verwendet werden, was Sie in den Ofen geben. Ein anderes Haushaltsgerät mit einer Röhre im Inneren ist der alte Röhrenfernseher, der jetzt höchstwahrscheinlich in einem Karton auf dem Dachboden steht, nachdem er durch einen neuen Flachbildfernseher ersetzt wurde. CRT steht für „Cathode-Ray Tube“ – diese Röhren werden zur Anzeige des empfangenen Videosignals verwendet. Sie sind im Vergleich zu LCD- oder LED-Displays recht schwer, groß und ineffizient, aber sie haben ihre Aufgabe erfüllt, bevor die anderen Technologien ins Spiel kamen. Es ist eine gute Idee, sich über sie zu informieren, da ein Großteil der modernen Welt immer noch auf sie angewiesen ist. Die meisten Fernsehsender verwenden Vakuumröhren als Leistungsausgabegerät, da sie bei hohen Frequenzen effizienter sind als Transistoren. Ohne Magnetron-Vakuumröhren gäbe es keine billigen Mikrowellenherde, da Halbleiteralternativen erst vor Kurzem erfunden wurden und nach wie vor teuer sind. Viele Schaltkreise wie Oszillatoren, Verstärker, Mischer usw. lassen sich anhand von Röhren einfacher erklären und sehen, wie sie funktionieren, da klassische Röhren, insbesondere Trioden, mit wenigen Bauteilen extrem einfach vorgespannt und deren Verstärkungsfaktor, Vorspannung usw. berechnet werden können.

Wie funktionieren Vakuumröhren?

Herkömmliche Vakuumröhren basieren auf einem Phänomen namens thermionische Emission, das auch als Edison-Effekt bekannt ist. Stellen Sie sich vor, es ist ein heißer Sommertag, Sie stehen in der Schlange in einem stickigen Raum, neben einer Wand mit einer Heizung an der ganzen Länge, einige andere Leute stehen ebenfalls in der Schlange und jemand schaltet die Heizung ein, die Leute beginnen, sich von dem Raum zu entfernen Heizung – dann öffnet jemand das Fenster und lässt eine kalte Brise herein, sodass alle dorthin abwandern. Wenn in einer Vakuumröhre thermionische Emission auftritt, ist die Wand mit der Heizung die Kathode, die durch einen Glühfaden erhitzt wird, die Menschen sind die Elektronen und das Fenster ist die Anode. In den meisten Vakuumröhren wird die zylindrische Kathode durch einen Glühfaden erhitzt (der sich nicht allzu sehr von dem einer Glühbirne unterscheidet), wodurch die Kathode negative Elektronen aussendet, die von einer positiv geladenen Anode angezogen werden, wodurch ein elektrischer Strom in die Anode fließt und aus der Kathode (denken Sie daran, dass der Strom in die entgegengesetzte Richtung fließt als die Elektronen).

Im Folgenden erklären wir die Entwicklung der Vakuumröhre: Diode, Triode, Tetrode und Pentode sowie einige spezielle Arten von Vakuumröhren wie Magnetron, CRT, Röntgenröhre usw

Am Anfang gab es Dioden

Dies wird in der einfachsten Vakuumröhre genutzt – der Diode, bestehend aus dem Glühfaden, der Kathode und der Anode. Durch den Glühfaden in der Mitte fließt elektrischer Strom, wodurch er sich erhitzt, zum Leuchten bringt und Wärmestrahlung abgibt – ähnlich einer Glühbirne. Der erhitzte Glühfaden erhitzt die umgebende zylindrische Kathode und gibt den Elektronen genügend Energie, um die Austrittsarbeit zu überwinden. Dadurch bildet sich um die erhitzte Kathode herum eine Elektronenwolke, die Raumladungszone genannt wird. Die positiv geladene Anode zieht Elektronen aus der Raumladungszone an und verursacht so einen elektrischen Stromfluss in der Röhre. Was würde jedoch passieren, wenn die Anode negativ wäre? Wie Sie aus dem Physikunterricht an der High School wissen, wie sich Ladungen abstoßen – die negative Anode stößt Elektronen ab und es fließt kein Strom –, geschieht dies alles im Vakuum, weil Luft den Elektronenfluss behindert. Auf diese Weise wird eine Diode zur Gleichrichtung von Wechselstrom verwendet.

Nichts geht über die gute alte Triode!

Im Jahr 1906 entdeckte ein amerikanischer Ingenieur namens Lee de Forest, dass durch das Hinzufügen eines Gitters, eines sogenannten Steuergitters, zwischen der Anode und der Kathode der Anodenstrom gesteuert werden kann. Der Aufbau der Triode ähnelt dem der Diode, wobei das Gitter aus sehr feinem Mobyldeniumdraht besteht. Die Steuerung erfolgt durch Vorspannen des Gitters mit einer Spannung – die Spannung ist im Vergleich zur Kathode normalerweise negativ. Je negativer die Spannung ist, desto geringer ist der Strom. Wenn das Gitter negativ ist, stößt es Elektronen ab und verringert so den Anodenstrom. Wenn es positiv ist, fließt mehr Anodenstrom, allerdings wird das Gitter dadurch zu einer winzigen Anode, wodurch sich ein Gitterstrom bildet, der die Röhre beschädigen könnte.

Trioden- und andere „Gitter“-Röhren werden normalerweise vorgespannt, indem ein Widerstand mit hohem Wert zwischen Gitter und Masse und ein Widerstand mit niedrigerem Wert zwischen Kathode und Masse geschaltet wird. Der durch die Röhre fließende Strom verursacht einen Spannungsabfall am Kathodenwiderstand, wodurch sich die Kathodenspannung gegenüber Erde erhöht. Das Gitter ist gegenüber der Kathode negativ, da die Kathode auf einem höheren Potenzial liegt als die Erde, mit der das Gitter verbunden ist.

Trioden und andere normale Röhren können als Schalter, Verstärker, Mischpulte und viele andere Verwendungsmöglichkeiten verwendet werden. Es kann Signale verstärken, indem es das Signal an das Gitter anlegt und es den Anodenstrom steuern lässt. Wenn zwischen der Anode und der Stromversorgung ein Widerstand hinzugefügt wird, kann das verstärkte Signal aus der Anodenspannung entnommen werden, da der Anodenwiderstand und die Röhre wirken Ähnlich einem Spannungsteiler, wobei der Triodenteil seinen Widerstand entsprechend der Spannung des Eingangssignals variiert.

Tetroden zur Rettung!

Frühe Trioden litten unter geringer Verstärkung und hohen parasitären Kapazitäten. In den 1920er Jahren wurde festgestellt, dass die Anbringung eines zweiten (Schirm-)Gitters zwischen dem ersten und der Anode die Verstärkung erhöhte und parasitäre Kapazitäten verringerte. Die neue Röhre erhielt den Namen Tetrode, was auf Griechisch „Vierwege“ (Ode, Suffix) bedeutet. . Die neue Tetrode war nicht perfekt, sie litt unter einem negativen Widerstand, der durch Sekundäremission verursacht wurde und parasitäre Schwingungen verursachen konnte. Sekundäremission trat auf, wenn die Spannung des zweiten Gitters höher als die Anodenspannung war, was zu einem Rückgang des Anodenstroms führte, wobei die Elektronen auf die Anode trafen und andere Elektronen herausschlugen und die Elektronen vom positiven Schirmgitter angezogen wurden, was zu einem zusätzlichen, möglicherweise schädlichen Anstieg führte Netzstrom.

Alles, was Sie über die vakuumunterstützte Lieferung wissen sollten

by Dirk Heine

Manchmal haben Frauen Probleme bei der Geburt und dem Transport des Babys durch den Geburtskanal, wodurch die Wehen gestoppt werden und es sogar zu Komplikationen kommt. In einer solchen Situation besteht Bedarf an zusätzlicher Hilfe, die häufig eine Vakuumabsaugung erfordert.

Wenn Sie nach Antworten zum Verfahren der Vakuumentbindung suchen, ist unser Geburtshelfer in Jacksonville, Florida, hier, um Ihnen Antworten zu geben.

Was ist vakuumunterstützte Entbindung?

Das als Vakuumgeburt oder Vakuumextraktionsgeburt bekannte Verfahren wird angewendet, wenn die Geburt ins Stocken gerät. Dies kann in der zweiten Phase der Wehen passieren und das Baby kommt nicht zur Welt, egal wie sehr Sie es drücken. Ein solcher Geburtsstillstand kann viele Stunden andauern und für die Mutter anstrengend sein. Es kann sogar zu Komplikationen kommen, und die Gesundheitsdienstleister gehen davon aus, dass es bei den Wehen keine Fortschritte gibt und dies wahrscheinlich auch nicht der Fall sein wird. Sie müssen Ihnen bei der Geburt behilflich sein.

Die vakuumgestützte Entbindung ist eine der gebräuchlichsten Methoden, um eine Frau während der Wehen zu unterstützen. Und damit dieser Eingriff möglich ist, muss der Kopf des Babys tief genug im Geburtskanal und in einer bestimmten Position liegen. Auf dem Kopf des Babys wird ein spezieller Saugnapf angebracht, der an eine Pumpe angeschlossen ist, die für Traktion sorgt und Sie beim Schieben unterstützt.

Die Vakuumentbindung wird verwendet, wenn die Entbindung mit einer Pinzette nicht funktioniert, und sie wird auch durchgeführt, um einen Kaiserschnitt zu vermeiden.
Wann kommt die Vakuumgeburt zum Einsatz?

Wie bereits erwähnt, wird diese Methode der assistierten Geburt eingesetzt, wenn die Geburt des Kindes im zweiten Stadium unterbrochen wird. Es kommt auch dann zum Einsatz, wenn die Mutter nicht mehr die Kraft zum Pressen hat oder aus gesundheitlichen Gründen dazu nicht in der Lage ist. Eine vakuumgestützte Geburt ist auch eine gute Option, wenn die Herzfrequenz des Babys abnormal ist. Dies kann passieren, wenn das Baby über einen längeren Zeitraum nicht genügend Sauerstoff erhält.

Wie sieht das Verfahren zur Vakuumabgabe aus?

Vor dem Eingriff werden Sie über die Vor- und Nachteile der Vakuumunterstützung aufgeklärt und um Ihr Einverständnis gebeten. Sofern Sie diese noch nicht erhalten haben, werden Ihnen Schmerzmittel zur Verfügung gestellt. Es besteht die Möglichkeit, dass ein Schnitt zwischen Anus und Geburtskanal vorgenommen werden muss, um die Öffnung des Geburtskanals zu vergrößern.

Das Ziel besteht darin, die Kraft Ihrer Kontraktionen durch die Nutzung des Vakuums zu erhöhen. Der Saugnapf wird sanft und an der idealen Stelle auf dem Kopf Ihres Babys platziert, ohne dass darunter befindliches Vaginalgewebe eingeklemmt wird. Eine mechanische oder elektrische Pumpe sorgt während Ihrer Wehen für Zugkraft.

Dem Lieferassistenten muss der Umgang mit dem Vakuum mit der entsprechenden Saugkraft beigebracht werden. Durch übermäßiges Saugen kann es zu Verletzungen der Kopfhaut des Babys kommen. Bei unzureichender Saugkraft kann sich der Saugnapf jedoch von der Kopfhaut des Babys lösen.

Sie verwenden den Vakuumsauger nicht mehr, wenn sich der Becher ständig vom Kopf des Babys löst oder wenn die Kopfhaut des Babys blaue Flecken aufweist. Aber wenn alles in Ordnung ist und Ihr Baby teilweise draußen ist, hilft Ihnen die Assistentin weiterhin dabei, den Rest des Babys mit ihren Händen zur Welt zu bringen.

Können wir irgendetwas tun, um eine Lieferung per Vakuumextraktion zu vermeiden?

Um eine vakuumgestützte Entbindung zu vermeiden, können einige Maßnahmen ergriffen werden. Allerdings sind sie manchmal erfolglos.

Sie können versuchen, die aktuelle Position zu ändern, um eine einfachere und schnellere Lieferung zu ermöglichen. Möglicherweise erhalten Sie auch Flüssigkeit über eine Vene oder Sauerstoff über eine Maske, um die Erschöpfung durch zu starkes Drücken zu lindern.

Manchmal können diese Dinge nicht helfen und eine Vakuumgeburt ist der einzige Weg.

Wann kann keine Vakuumextraktion durchgeführt werden?

Es kommt oft vor, dass bei der Entbindung eines Babys zusätzliche Unterstützung benötigt wird, eine Vakuumextraktion jedoch nicht möglich ist.

Eine Vakuumgeburt kann nicht durchgeführt werden, wenn:

  • Das Baby ist eine Frühgeburt
  • Es ist nicht richtig positioniert und nicht kopfüber
  • Es liegt nicht tief genug im Geburtskanal
  • Es passt nicht durch den Geburtskanal
  • Das Baby muss gedreht werden

Es gibt auch Zeiten, in denen dieses Verfahren durchgeführt wird, aber keine erfolgreichen Ergebnisse liefert. Dies kann passieren, wenn der Eingriff mindestens 20 Minuten lang erfolglos durchgeführt wird oder wenn Anzeichen einer Verletzung auf der Kopfhaut des Babys vorliegen. In beiden Fällen sollte der Vorgang sofort abgebrochen werden.

Die Vorteile der vakuumunterstützten Entbindung

Die Vakuumextraktion hat ihre Vorteile, wenn sie durchgeführt werden kann. Und der größte Vorteil ist, dass es schneller als eine Operation ist. Gesundheitsdienstleister können Ihr Baby schneller zur Welt bringen, wenn das Risiko von Komplikationen aufgrund von Sauerstoffmangel besteht.

Die Risiken der vakuumunterstützten Entbindung

Jeder Eingriff birgt Risiken, und das ist bei der Vakuumentbindung nicht anders. Die potenziellen Gefahren könnten sowohl die Mutter als auch das Baby betreffen.

Die Mutter kann unter Vaginalrissen und postpartalen Blutungen leiden und längere Zeit Schwierigkeiten beim Wasserlassen haben.

Beim Baby können einige kurzfristige Auswirkungen auftreten, wie z. B. ein Kopfhautödem, Blutergüsse oder eine Art Hämatom zwischen Kopfhaut und Schädel. Egal wie beängstigend diese Dinge klingen, sie werden in ein paar Wochen gelöst sein.

Allerdings können für das Baby einige schwerwiegende Komplikationen auftreten, wie z. B. ein Schädelbruch, eine intrakranielle Blutung und eine subgaleale Blutung. Glücklicherweise kommen diese Komplikationen selten vor und treten wahrscheinlich auch nicht auf, da die Ärzte, die diesen Eingriff durchführen, umfassend geschult und erfahren sind.

Vakuumanwendungen: endlose Einsatzmöglichkeiten für die Industrie

by Dirk Heine

Vakuumanwendungen nehmen heute kontinuierlich zu, da eine Vielzahl von Branchen erkennen, dass sie sich auf immer leistungsfähigere und effizientere Vakuumpumpen und -strukturen verlassen können.

Die ständige Weiterentwicklung der Vakuumtechnologie ist eine Reaktion auf die sich ständig weiterentwickelnde technische Forschung auf diesem Gebiet. Erfahren Sie in diesem kurzen Leitfaden mehr über diesen Fortschritt und die aktuellen Möglichkeiten in der Anwendung der Vakuumtechnologie.

So funktioniert Vakuumtechnologie

Ein Vakuumraum ist ein Raum, in dem ein niedrigerer Atmosphärendruck herrscht, um alle Gase aus seinem Inneren zu entfernen.

Da unterschiedliche Gase unterschiedliche Druckwerte aufweisen, bestimmen diese die Notwendigkeit, unterschiedliche Vakuumgrade zu erreichen, vom Standard- bis zum Ultrahochvakuum, bei dem die Druckwerte unter 10-7 mbar liegen.

Eine allgemeine Regel besagt jedoch, dass der erreichte Vakuumgrad umso höher ist, je niedriger der Atmosphärendruck im Vakuumraum ist.

Wie wir weiter unten im Artikel beschreiben, war die Vakuumtechnologie von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung bestimmter Sektoren und Industrien. Zwei gängige Gerätetypen in der Vakuumtechnik sind:

  • Vakuumisolierte Rohre: Die Vakuumtechnologie wurde für den sicheren und effizienten Transport von kryogenen Substanzen entwickelt und garantiert minimale Wärmeverluste. 
  • Vakuumisolierte Behälter: Vakuumtechnologie wird zur Erzeugung von Lagertanks für kryogene Substanzen eingesetzt. 
  • Vakuumpumpen: Diese Geräte sind für das Absaugen von Gasen oder Flüssigkeiten zuständig. Abhängig von der spezifischen Anwendung der Vakuumpumpe gibt es viele verschiedene Arten von Vakuumpumpen, darunter die fortschrittlichsten und in der Lage, Ultrahochvakuum zu erzeugen, wie unter anderem Turbomolekularpumpen und Kryopumpen.

Vakuumanwendungen für verschiedene Branchen

Nuklearindustrie und Teilchenforschung

Vakuumanwendungen in der Nuklearindustrie ermöglichen die Schaffung sicherer Umgebungen für den Umgang mit sensiblen Materialien.

Auch die Forschung rund um die Teilchenbeschleunigung am weltberühmten Hadron Collider setzt auf Vakuumtechnologie (Ultrahochvakuum).

Metallurgie

Auch die Herstellung von Metallen gehört heute zu den Hauptanwendungen des Vakuums. Daher wird es in einer Reihe von Prozessen verwendet:

01. Imprägnierung bietet eine zuverlässige Lösung für Porosität in Gussteilen
02. Sintern von Schneiden
03. Thermische Anwendungen
04. Erzielen einer höheren Dichte von Metallen durch deren Entgasung
05. Eliminierung von Partikeln, die Arbeitsräume gefährden können

Weltraumtechnologie

Vakuumanwendungen in der Weltraumforschung haben die Tür zu zwei wichtigen Fortschritten geöffnet: der Erkennung von Gravitationswellen im Zusammenhang mit explodierenden Sternen oder einer Reihe von Kollisionen und der Beobachtung von Schwarzen Löchern sowie deren Fotografie.

Der Einsatz der Vakuumtechnologie hat es den Forschern somit ermöglicht, Umgebungsgeräusche und Vibrationen zu eliminieren und so die oben genannten Prozesse zu erleichtern.

Das Vakuum hat auch die Möglichkeit geschaffen, die ersten Fotos von Schwarzen Löchern zu machen.

Hyperspeed-Züge

Auch die Forschung zur Entwicklung von Hochgeschwindigkeitszügen ist das Ergebnis von Vakuumanwendungen. Diese zukünftige Möglichkeit würde auf der Erzeugung des sogenannten „Hyperloops“ basieren: einem versiegelten Röhrenvakuum, das den Luftwiderstand verringert und eine Kapsel mit ultrahoher Geschwindigkeit befördern kann.

Nahrungsmittelindustrie

Vakuumanwendungen in der Lebensmittelindustrie haben die Entwicklung von Lebensmittelverpackungen erleichtert, die die Produktkonservierung und Haltbarkeit weiter vorantreiben.

Medizinischen Bereich

Auch die Medizin- und Pharmabranche profitiert in vielfältiger Weise vom Einsatz der Vakuumtechnik. Zu den spannendsten Vakuumanwendungen in diesem Bereich zählen unter anderem:

01. Anfertigung von Bildern nach Magnetresonanzverfahren (MRT), die auf die Beobachtung von Weichgewebe abzielen
02. Die Protonentherapie stellt eine Weiterentwicklung der Strahlentherapie dar und zielt auf präzise und weniger invasive Weise direkt auf Krebsgewebe ab. Diese Vakuumanwendung erfordert den Einsatz eines Zyklotrons, eines Hochgeschwindigkeitsbeschleunigers für Protonen.

Warum ist Vakuumtechnologie in verschiedenen Branchen wichtig?

by Dirk Heine

Die Vakuumtechnik ist eine wesentliche Schlüsseltechnologie, die die Produkte vieler Branchen überhaupt erst ermöglicht. Erst die Abwesenheit störender Stoffe und die Sauberkeit der Prozesse ermöglichen es, Produkte wie Mikrochips fehlerfrei herzustellen oder technische Prozesse ohne negative Einflüsse ablaufen zu lassen. Im luftleeren Raum können Störfaktoren vermieden und Reaktionen oft erst ermöglicht werden. So ist beispielsweise ein technisch erzeugtes Vakuum heute eine Schlüsseltechnologie, die eng mit Beschichtungsprozessen, beispielsweise in der Optik- oder Halbleiterindustrie, verbunden ist. Teilchenbeschleuniger arbeiten mit extrem niedrigen Drücken und müssen teilweise Strahlung standhalten. Weltraumprojekte erfordern die Erforschung und Erprobung von Komponenten unter simulierten Weltraumbedingungen mit extremen Einwirkungen. Empfindliche Messgeräte erfordern teilweise definierte Restgasumgebungen für zuverlässige Untersuchungen von Materialien und Oberflächen.
VACOM ist einer der führenden Hersteller von Vakuumtechnik mit einem breiten Portfolio. In Kombination mit der erzeugten Bauteilsauberkeit stehen Anwendern Produkte zur Verfügung, die den höchsten Ansprüchen vieler High-Tech-Branchen gerecht werden.

Entstehung in verschiedene Anwendungen

Das Aufkommen der Vakuumtechnologie in Form verschiedener Pumpentypen für den industriellen Einsatz brachte enorme Veränderungen bei Anwendungen, Verarbeitungsmethoden usw. mit sich.

Chemische Industrie und Vakuumtechnik

In der chemischen Industrie erweist sich diese Methode als anwendbar für die Durchführung zahlreicher Prozesse, einschließlich Kristallisation, Verdampfung, Destillation, Trocknung, Lösungsmittelrückgewinnung, Vinylchloridmonomer, Materialtransfer, Beschichtung, Chlorverdichtung usw. Diese Methode bleibt eine perfekte Lösung für den Wiederherstellungsprozess in den oben genannten Anwendungen.

Elektrische Energiewirtschaft

Zu den Funktionen der elektrischen Energie gehören die Entlüftung des Kondensators, die Entfernung geothermischer Gase, die Entschwefelung des Brenngases, die anfängliche Evakuierung des Kondensators usw. Dieses Prinzip wird im Hinblick auf die Gas- und Luftentfernung angewendet, wodurch große Raumvolumina usw. entstehen.

Medizinische Ausrüstung

Eine der wichtigsten Anwendungen dieser Pumpen in der medizinischen Industrie ist das Ausstoßen von Luft, und die medizinische Industrie nutzt dieses Prinzip zum Trocknen bei der Sterilisation. Einige der medizinischen Geräte, die von dieser Technologie profitieren, sind Beatmungsgeräte, Luftbetten, Sterilisatoren usw.

Metalle, Stahlentgasung

Durch die Entfernung der darin enthaltenen Gase werden Metalle in ihre reinste Form umgewandelt. Entgasung ist der Prozess, der mit der oben genannten Technologie funktioniert und das Metall extrahiert, um seine Reinheit zu bewahren.

Öl- und Gas- und Erdölraffinierung

Das Dampfmanagement ist einer der wichtigsten Prozesse in der Öl- und Gasindustrie, bei denen dieses System zur Dampfrückgewinnung eingesetzt wird. Bei der Erdölraffinierung werden diese Pumpen zur Verdichtung von Abgasen und zur Gasverstärkung eingesetzt.

Kunststoff und Textilien

Kunststoffverarbeitende Unternehmen erweisen sich in dieser Technologie als hilfreich bei der Steuerung der Extruder-Entgasung im Hinblick auf die Extraktion von Gasen und Dampfkomponenten. Es wird auch zum Trocknen von Feuchtigkeit und zum Absaugen von Arbeitswasser zwischen Form und Arbeitsmaterial verwendet.

Zur Destillation und Kristallisation in der Pharmaindustrie

Die Vakuumtechnologie hilft bei der Trennung flüssiger Komponenten im Destillationsprozess und bleibt eine der nützlichen Techniken zur Trennung von Fettsäuren, Vitaminen, Ölen, Insektiziden usw. Bei der Kristallisation hilft dieses System bei der Steuerung der Verdampfung und der Abkühlgeschwindigkeit.

Herstellung hochwertiger und stabiler Keramikprodukte

Die Qualität der Produktion von Keramikprodukten wie Ziegeln, Parzellen, Dachziegeln usw. bleibt stabil, wenn diese Produkte im Inneren frei von Luftkammern bleiben, da diese Luftkammern die Produkte leicht zerstören würden. Die Rolle dieser Ausrüstung wird als wichtig beim Aufbrechen dieser Luftkammern angesehen und sorgt für qualitativ hochwertigen und homogenen Ton.

Verschiedene Anwendungen im Druck

Druckanwendungen wie Siebdruck, Pudern auf Druckmaschinen, Buchbindemaschinen usw. erfordern die oben genannte Technologie in Bezug auf Gebläse, um Platz für individuelle Prozesse und viele weitere kostengünstige Anwendungen zu schaffen.

Hersteller von Industriepumpen

PPI Pumps produziert und exportiert zahlreiche Arten von Vakuumgeräten, darunter Flüssigkeitsring-, Zweistufen-, Einzelkegel-, Doppelflügel-Rootsgebläse usw. Wir produzieren diese Geräte auf der Grundlage kundenspezifischer Anforderungen in verschiedenen Branchen. Unsere Geräte basieren auf Industriestandards und bleiben für ein breites Einsatzspektrum in zahlreichen Branchen effektiv.

Abschluss

Vakuumpumpen gelten heute als die effektivsten Pumpen zur Verbesserung interner Prozesse in verschiedenen Branchen. Diese werden entsprechend den Gebrauchs- und Industriestandards konzipiert und geliefert.

Die Rolle der Vakuumtechnologie bei der Entwicklung der Elektromobilität

by Dirk Heine

Leybold unterstützt Hersteller bei der Entwicklung von Batterietechnologien

Die Vakuumtechnologie ist für die Qualität und Sicherheit verschiedener Produktionsschritte von Lithium-Ionen-Batterien relevant. Die Vakuumspezialisten von Leybold unterstützen seit vielen Jahren Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien bei ihren Prozessen und technologischen Herausforderungen und sind so maßgeblich an der Entwicklung der Elektromobilität beteiligt.

Entwicklungen mitgestalten

Elektromobilität ist der neueste Trend in einem sehr dynamischen Marktumfeld. „Aus Sicht der Vakuumtechnik beobachten wir diese Entwicklung seit vielen Jahren genau“, sagt Dr. Sina Weiss, Business Development Manager bei der Leybold GmbH. „Die Möglichkeit zu haben, aktuelle Entwicklungen und Forschung mitzugestalten, ist unglaublich spannend“, fügt sie hinzu.

Eine der Hauptaufgaben besteht ihrer Meinung nach darin, möglichst frühzeitig neue Vakuumanwendungen und Märkte aus neuen Technologien und Entwicklungen zu ermitteln. Die strategische Rolle der Vakuumtechnik besteht daher darin, diese Entwicklungen zu ermöglichen und voranzutreiben. Beispielsweise ist die Gestaltung der Vakuumumgebung ein Faktor, der Prozesse positiv beeinflussen kann. Während der Elektrolytbefüllung wird häufig Vakuum eingesetzt, um sicherzustellen, dass die Zelle gleichmäßig mit dem Elektrolyten gesättigt ist, und um dem Befüllvorgang Reinheit zu verleihen.

Lithium-Ionen-Batterien als Vakuumanwendung

Leybold untersuchte die Entwicklungen in diesem Bereich und identifizierte Möglichkeiten für die Vakuumanwendung im Herstellungsprozess von Lithium-Ionen-Batterien. Da zunächst nur wenige Informationen über den Herstellungsprozess von Lithium-Ionen-Komponenten vorlagen, hat sich das Unternehmen mit dem Verband Deutscher Maschinen und Anlagenbau (VDMA) und dem Lehrstuhl für Produktionstechnik von E-Mobilitätskomponenten der RWTH Aachen zusammengetan, um eine zu etablieren Herstellungsprozess. Neben Lithium-Ionen-Batterien konzentriert sich Leybold auch auf die Entwicklung von Brennstoffzellen. Anwendbare Vakuumverfahren sind bereits im Entstehen, darunter auch die Beschichtung der Bipolarplatten unter Vakuum. Hier gilt es, die technologischen Entwicklungen der nächsten Jahre zu beobachten und gegebenenfalls durch Kooperationen Unterstützung zu leisten.

Vakuumtechnik wird in verschiedenen Prozessschritten in der Elektrodenherstellung sowie in Forschung und Entwicklung eingesetzt. Dabei arbeitet Leybold eng mit Maschine und Anlage zusammen
Hersteller, die Batteriehersteller mit Produktionsanlagen beliefern. Darüber hinaus kooperiert Leybold mit Batterieherstellern sowie mit Institutionen, die Forschung zur Weiterentwicklung von Batterietechnologien betreiben.

Entwicklung nimmt in Europa zu

Der Großteil der Produktion findet weiterhin in Asien statt. Allerdings verlagert sich ein Großteil der Forschung und Entwicklung nach Europa, wodurch die EU (und insbesondere Deutschland) als Forschungs- und Produktionsstandort an Bedeutung gewinnt.

Vakuumtechnologie wird sowohl in der Batteriezellenproduktion als auch in Prozessen wie dem eingesetzt
Aufbringen aktiver Materialien auf Elektroden. „Generell ist Luft in vielen Produktionsumgebungen ein Störfaktor, da die Millionen von Partikeln und Gasmolekülen diesen Produktionsschritt negativ beeinflussen und ihn teilweise sogar unmöglich machen. Beim Mischen der Aufschlämmung müssen Partikel und Luftblasen vermieden werden.“ um ein qualitativ hochwertiges Produkt zu erzielen. Die meisten Mischer arbeiten daher unter Vakuum“, erklärt Dr. Sina Weiss.

Vakuum verbessert Prozesse

Auch während der Trocknungsphase ist Vakuum unerlässlich, um selbst kleinste Restmengen an Lösungsmitteln und Feuchtigkeit zu entfernen. Ohne Vakuum müsste der Trocknungsprozess bei viel höheren Temperaturen erfolgen und würde viel länger dauern. Dies würde sich negativ auf die Elektrodenqualität auswirken. Sobald Elektrolyte in nachfolgende Prozessschritte eingearbeitet werden, kommt dem Vakuum ein Sicherheitsaspekt zu, da viele der verwendeten Elektrolyte hochreaktiv und brennbar sind. Hier ist ein hochwertiges Vakuum unerlässlich. Einerseits sorgt es für Reinheit des Prozesses, sodass beim Befüllen und Entgasen des Elektrolyten keine Partikel oder Feuchtigkeit in die Zelle gelangen können. Andererseits sorgt es für eine reaktionsarme Umgebung ohne Sauerstoff oder Feuchtigkeit, mit denen der Elektrolyt reagieren könnte.

„Die größte Herausforderung liegt immer im zu pumpenden Gasgemisch. Grundsätzlich wird alles, was gepumpt und verarbeitet wird, auch von der Vakuumpumpe transportiert. Bei der Batterieproduktion betrifft dies die Lösungsmittel und Elektrolyte, die tendenziell giftig sind und die Pumpen beschädigen können.“ möglicherweise das Pumpenöl“, sagt Dr. Sina Weiss. „Aber auch sehr warme Umgebungstemperaturen und hohe Luftfeuchtigkeit sind generell Umstände, die uns vor Herausforderungen stellen“, fügt sie hinzu. Hier sind Batteriehersteller gefragt, die entweder für die richtige Kühlung der Pumpe sorgen oder Kondensatoren einsetzen.

Hochwertige Trocknungsergebnisse unter Vakuum

Verbesserungsmöglichkeiten bestehen in vielen Bereichen, da es noch keine etablierten Prozesse gibt, die sich als effizient erwiesen haben. Die Vakuumtrocknung beispielsweise ist ein kundenspezifischer Prozess aus Druck, Temperatur und Prozessgasen (z. B. Stickstoff). Um mithilfe der Vakuumtrocknung qualitativ hochwertige Trocknungsergebnisse zu erzielen, werden unter der Leitung des VDMA bereits branchenbezogene Forschungsprojekte durchgeführt.

Auch aus sicherheitstechnischer Sicht spielt die Lecksuche in der Produktion eine zentrale Rolle. Um eine lange Batterielebensdauer zu gewährleisten, muss die Zelle zu 100 % dicht sein. Eine gültige Dichtheitsprüfung kann nur über ein Vakuum-Lecksuchsystem durchgeführt werden. Selbst kleinste Lecks können mit Hilfe eines Helium-Lecksuchers oder Massenspektrometers aufgespürt werden. Andererseits verkürzen unentdeckte Undichtigkeiten die Lebensdauer der Batterie erheblich und/oder führen zum Austritt hochreaktiver Elektrolyte.

Einige Bestandteile von Lithium-Ionen-Batterien, die im Vakuum behandelt werden, sind giftig. Um die Umwelt und die Vakuumtechnik vor Schadstoffen zu schützen, muss die Vakuumpumpe diesen Gasen standhalten können. Darüber hinaus müssen die toxischen Stoffe im Prozess eingeschlossen und entsprechend sicher abgeführt werden.

Trockenpumpen sparen Zeit und Geld

Für diese giftigen Gase werden trockenlaufende Vakuumpumpen eingesetzt. Ölgedichtete Vakuumpumpen sind für diese Anwendungen in der Regel ungeeignet, da das Pumpenöl durch die Gase beschädigt oder verunreinigt werden könnte. Durch den Einsatz trocken verdichtender Pumpen sparen Batteriehersteller Zeit und Geld, da sie sonst häufig das Pumpenöl wechseln müssten. „Im Prozess der Elektrolytbefüllung und -entgasung kommen zunehmend ölgedichtete Vakuumpumpen zum Einsatz, die wir nun bei vielen unserer Kunden durch trockenlaufende Vakuumpumpen ersetzen“, fasst Dr. Sina Weiss zusammen.

Um eine ausreichende Prozesssicherheit beim Umgang mit toxischen Gasen zu gewährleisten, werden hermetisch dichte Pumpen eingesetzt, die den Austritt selbst kleinster Gasmengen verhindern. Dies ist insbesondere bei toxischen Elektrolyten ein wichtiger Faktor, bei dem auch der Arbeitsschutz eine wichtige Rolle spielt.

Schneller und zuverlässiger mit Vakuumtechnologie

Die Vakuumtechnik spielt somit eine wichtige Rolle bei der Trocknung, Elektrolytbefüllung und Entgasung. „Vakuum ist in allen drei Prozessschritten unerlässlich“, betont Dr. Sina Weiss. Aber auch vorgelagerte Prozessschritte wie das Mischen mit Vakuummischern, das Stapeln mit Vakuumgreifern und nachgelagerte Prozessschritte wie das Verpacken werden mit Vakuumtechnik schneller und sicherer abgewickelt.

Zukünftig kann der Einfluss einer reinen Vakuumumgebung und Spezifikationen noch besser ermittelt werden. Mit der Entwicklung individuell gekennzeichneter Elektrodenbleche, die mittels gelaserter QR-Codes über den gesamten Produktionsprozess verfolgt werden können, lässt sich der Einfluss einzelner Prozessparameter auf die Batteriequalität genau nachvollziehen.

Vakuum gewährleistet den sicheren Umgang mit giftigen Elektrolyten

Auch hinsichtlich der Sicherheit bei der Batterieproduktion und -nutzung spielt die Vakuumtechnik eine wichtige Rolle. Beispielsweise wird der sichere Umgang mit giftigen Elektrolyten auch in Zukunft nur unter Vakuumbedingungen möglich sein. Beim Fahren von Elektroautos vertrauen wir auf die Qualität der Batterie, die sich am besten im Vakuum testen und garantieren lässt. Man muss allerdings sagen, dass Prozesse unter Vakuum immer mehr Energie benötigen als solche unter Atmosphärendruck. Allerdings wurden hier in den letzten Jahren enorme Fortschritte in Richtung energieeffizienter Pumpen gemacht und heute setzen wir in der Batterieproduktion hocheffiziente Vakuumpumpen ein. „Damit können wir uns nun den Kernfragen widmen: Wie können wir durch effiziente Auslegung von Vakuumanlagen mehr Durchsatz, Sicherheit und Qualität in der Batterieproduktion erreichen? Und auch hier werden wir viele wichtige Fortschritte im Bereich machen.“ Vakuumtechnologie in den kommenden Jahren“, schließt Dr. Sina Weiss.