Druck nach der Pumpzeit
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Auspumpkurve
Vakuumsystem
Gaslast zur Pumpzeit
Ergebnisse
Pumpleitungen
Pumpenauswahl
Pumpentypen, deren Arbeitsbereich den Zieldruck abdeckt (Tabellen in Kapitel 4). Der Arbeitsbereich endet 5- bis 10-mal über dem Enddruck.
Wandfestigkeit unter Atmosphärendruck
Schritt-für-Schritt-Berechnung
Bibliothek Ausgasung und Dichtungen
Typische Werte aus dem Buch (Bilder 10.1–10.3, Tabellen 10.1–10.2, Anhang D). Reale Raten hängen von Reinigung, Vorgeschichte und Pumpzeit ab; für kritische Systeme messen.
Andere Werkstoffe prüfen? Die Ausgasungsdatenbank der NASA enthält TML und CVCM (ASTM E595: 24 h bei 125 °C im Vakuum) für Tausende von Polymeren, Klebstoffen und Kabeln. Übliche Grenzwerte sind TML ≤ 1 % und CVCM ≤ 0,1 %. Dies sind prozentuale Masseverluste, keine Ausgasungsraten: Nutzen Sie sie zur Werkstoffauswahl und entnehmen Sie die Raten für den Rechner der Tabelle oben oder Messungen.
Gasbibliothek
Methode, Annahmen & Quellen
- Quelle. Formeln und Daten aus Vacuum Science and Technology (Suurmeijer, Mulder, Verhoeven): kinetische Gastheorie (Kap. 1), Gasströmung und Leitwert (Kap. 3), Pumpen und Pumpsysteme (Kap. 4), Dichtungen (Kap. 9), Werkstoffe, Ausgasung und Permeation (Kap. 10, Anhang D). Der Rechner reproduziert das Rechenbeispiel aus §3.17 sowie die Aufgaben 3-1, 3-2, 3-3, 4-5, 4-6, 4-8 und 4-17 (siehe die Tests im Repository).
- Leitwert. Molekularströmung: Blende (3.97), kurze Rohre mit dem Clausing-Faktor 4d/(4d + 3l) (3.109–3.110), lange Rohre (3.107), Rechteckkanäle (3.112–3.114), Ringspalte (3.105, 3.116) und Bögen als Zusatzlänge α·d (3.118). Viskose Strömung: Poiseuille (3.89, 3.91, 3.93). Übergang: das empirische f(d·p) aus (3.123), in d/λ geschrieben, damit es für jedes Gas gilt; Blenden werden zwischen molekularer und kritischer Strömung interpoliert (Annahme). Leitwerte skalieren mit √(T/M) (3.120).
- Gaslasten. Metalle: q = q₁ₕ·(1 h/t) mit 10⁻⁶, 10⁻⁵ oder 10⁻⁴ Pa·m³/(s·m²) nach 1 h (Bild 10.1, Tabelle 10.1); Polymere und Keramik nach Bild 10.2 (≈1/t^0,6–0,85); nach dem Ausheizen die Werte aus Anhang D. Permeation durch O-Ringe Q = P(T)·Δp·F·πD mit der Arrhenius-Anpassung an Bild 10.3 und einem Geometriefaktor F = 2, der das Viton-Beispiel aus §4.11.1 und Aufgabe 4-8 reproduziert. Ein doppelter O-Ring mit abgepumptem Zwischenraum sieht nur den Zwischenraumdruck (§9.2.1).
- Auspumpen. V·dp/dt = Q(t) − S_eff·(p − p_u), mit Exponentialschritten integriert (7.4, 7.7); das Saugvermögen sinkt wie S₀·(1 − p_u/p) (7.8), der Durchfluss ist durch kritische Strömung im engsten Querschnitt der Leitung begrenzt, eine optionale Wälzkolbenpumpe übernimmt unter ihrem Einschaltdruck und die Hochvakuumpumpe beim Umschaltdruck. Das 1/t-Gesetz wird über seinen Gültigkeitsbereich von einigen zehn Stunden hinaus mit Warnung extrapoliert.
- Pumpen. Enddrücke, Arbeitsbereiche und typisches Saugvermögen aus den Tabellen von Kapitel 4; der Arbeitsbereich endet 5- bis 10-mal über dem Enddruck. Vorpumpe: S_b ≥ Q_max/p_b,max (Aufgaben 4-3, 4-6).
- Wandfestigkeit (nicht im Buch). Zylinder: elastisches Beulen nach Windenburg–Trilling mit der Grenze für lange Zylinder 2E/(1−ν²)·(t/D)³; Kugeln: 0,25·E·(t/Rₒ)², eine untere Schranke, die mit dem Standard-Sicherheitsfaktor 4 dem elastischen zulässigen Druck nach ASME VIII-1 UG-28(d) entspricht; ebene Platten unter 1 atm: Formeln nach Roark für eingespannte oder frei aufgelagerte Rechteck- und Kreisplatten. Stutzen, Flansche, Schweißnähte und Versteifungen brauchen einen eigenen Nachweis nach dem geltenden Druckbehälter-Regelwerk.
- Nicht enthalten. Gasgemische und Partialdrücke, Saugvermögenskurven aus Datenblättern, Kompressionsverhältnis von Turbopumpen, Desorptionsspitzen beim Ausheizen, diffusionsbegrenzte Ausgasung, virtuelle Lecks, Leitwert komplexer Geometrien (ein Element mit festem Leitwert verwenden), thermische Transpiration.
- Prüfung gegen andere Quellen. Neben den Buchbeispielen vergleichen die Tests den Rechner mit Standardwerten aus Handbüchern für Luft bei 20 °C (Blende 11,6 L/s pro cm², langes Rohr 12,1·d³/l, Poiseuille 135·d⁴·p̄/l, kritische Blende ≈ 20 L/s pro cm²; d und l in cm, p̄ in mbar): alle stimmen auf 1 % überein. Das Zylinderbeulen stimmt auf 5 % mit der Formel nach von Mises aus EN 13445-3 überein. Bekannte Abweichung: Der Kurzrohrfaktor 4d/(4d + 3l) des Buches liegt bis zu etwa 11 % über den exakten Clausing-Werten; Leitwerte kurzer Rohre sind daher etwas optimistisch.