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Unverzichtbar wie vielseitig: Vakuumtechnik in der Industrie

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Der Begriff Vakuum: Wer kennt ihn nicht? Heutzutage wird er nur allzu häufig verwendet. Besonders oft hören wir ihn allerdings in politischen oder wirtschaftlichen Zusammenhängen. Diese Metapher dürfte den meisten klar sein. Die Bedeutung, die das Vakuum für Industrie, Forschung und Entwicklung tatsächlich hat, ist hingegen weniger Menschen bewusst. Darauf werfen wir im Folgenden einen genaueren Blick – und stellen fest: Die Vakuumtechnik in der Industrie ist enorm fortgeschritten. Dementsprechend hat sie breite Einsatzgebiete eingenommen, die je nach individuellen Bedingungen sehr spezifische Anforderungen stellt.

Vakuumtechnik in der Industrie: Die Messlatte liegt hoch

Beginnen wir beim Begriff selbst: Nicht nur zwischen Unterdruck und Vakuum wird sehr genau unterschieden, sondern auch der Vakuum-Bereich untergliedert, und zwar in

  • Grobvakuum
  • Feinvakuum
  • Hochvakuum
  • Ultra-Hoch-Vakuum.

Die Vakuumtechnik in der Industrie zielt auf eine ideale Verarbeitung für optimale Ergebnisse ab. Die spezifischen Verfahren in Verarbeitungsprozessen setzen dafür häufig das Erzeugen von exakt bestimmten Bedingungen voraus. Damit stehen sie allerdings auch im Zusammenhang der Wirtschaftlichkeit. Die Energieeffizienz hierbei gewährleistet beispielsweise die Vakuumtechnik der Aerzener Maschinenfabrik unter anderem mithilfe von sogenannten Pumpständen: Die Vakua werden also in mehreren Stufen erzeugt.

Die Einsatzbereiche der Vakuumtechnik in der Industrie sind vielseitig

Als Außenstehende sind wir oft recht unbedarft, was die Vakuumtechnik der Industrie betrifft. Wie vielfältig ihre Einsatzbereiche letztlich sind, verdeutlicht die folgende Auswahl industrieller Anwendungen der Vakuumtechnik.*

  • Vakuummetallurgie: Glühen, Schmelzen, Gießen von Metallen, Elektronenstrahlschmelzen, Entgasen von Metallen und Stählen
  • Kristallherstellung: Zonenschmelzen (Silizium)
  • Elektronenstahlschweißen (beschleunigter Elektronenstrahl)
  • Physikalisches Aufdampfen: Architekturglasbeschichtung, Werkzeugbeschichtung und -härtung, Verschleißschutz, PET-Flaschenbeschichtung, optische Beschichtung (zum Beispiel für Brillen, Linsen, Spiegel), dekorative Beschichtung, Metallisierung von Kunststoffen und Folien, Magnetspeicher
  • Chemische Dampfabscheidung (kurz: CVD; Abscheidung meist dünner Schichten)
  • Medizin und Medizintechnik: Röntgengeräte, Gerätesterilisation, Wundheilung
  • Trocknung und Entgasung: Entgasen von Flüssigkeiten, Vergießen von Harzen und Lacken, Vergießen und Trocknen von Kunststoffen, Trocknen von Isolationsmaterialien
  • Recycling (beispielsweise von Quecksilber)
  • Chemische Industrie: Labortechnik, Prozesse
  • Lebensmittelverpackung
  • Elektrotechnik: Fernsehbildröhren, Computermonitore, Oszilloskope, Glüh-, Leuchtstofflampen, Sende- und Empfängerröhren, Vakuumhochleistungsschalter
  • Halbleitertechnologie: Oxidation, Plasmaätzen, Ionenimplantation, Flachbildschirme, CD-Metallisierung, EUV-Lithographie.

Die Einsatzgebiete der Vakuumtechnik sind also enorm vielseitig, und das allein schon in der Industrie: Durch die Ver- und Bearbeitung unter Vakuum wird eine ideale Beschaffenheit garantiert. All diese Bereiche wiederum erfordern jeweils ein unterschiedlich starkes Vakuum, das die optimalen Bearbeitungsbedingungen herstellt – je nach Material und Anforderungen.

Richtig abgestimmt: Ideale Vakuumtechnik für aggressive Gase

Wie auch beim Gegenstück der Kompression geht es in der Vakuumtechnik nicht einfach nur um Luft, sondern um alle möglichen Arten von Gasen. Das sehr breite Einsatzgebiet der Vakuumtechnik in der Industrie macht insofern eine Unterscheidung der konkreten Arbeitsschritte erforderlich. Denn letztendlich bestimmt der Zweck nicht nur den Typ des einzusetzenden Vakuumgebläses, sondern auch dessen Verarbeitung sowie die Umgebungsbedingungen. Einige wichtige Faktoren dabei sind

  • spezifische Eigenschaften der Gase
  • die Größe der Moleküle
  • Arbeitsumgebung
  • Qualitätsanforderungen
  • Sicherheitsstandards.

Das Ziel ist klar: Zum einen sind die Risiken für Mensch und Maschine auszuschließen, zum anderen werden negative Einflüsse für das zu bearbeitende Material minimiert. Bei Stahl beispielsweise beeinflussen Kohlenmonoxid und Kohlendioxid aber auch das Edelgas Argon das Material negativ. Daher gilt es, dieses vom zu bearbeitenden Stahl fernzuhalten.

Die richtige Vakuumtechnik für optimale Ergebnisse

Der Einsatz von Vakuumtechnik in der Industrie ist also je nach konkreter Anwendung unterschiedlich. In diesem Bereich sucht man dementsprechend vergeblich nach Universallösungen. Zentrale Anforderungen, die bei der individuellen Abstimmung zum Tragen kommen, sind

  • dauerhafte Belastbarkeit beziehungsweise Tauglichkeit für den Dauerbetrieb
  • die spezifischen Leistungsparameter
  • Energiebilanz.

Natürlich gibt es dennoch gewisse Standards, die sich anwendungsübergreifend bei der Vakuumtechnik in der Industrie etabliert haben. So arbeiten sogenannte Pumpstände zumeist in mehreren Stufen – je nach Bedingungen und Anforderung. Inzwischen sollten die Pumpstände jedoch über zumindest zwei Stufen verfügen (siehe die eingangs erwähnte Wirtschaftlichkeit und Energieeffizienz). Dabei leistet eine Pumpe gewissermaßen Vorarbeit, bevor weitere Gebläse zugeschalten werden. Dieses Vorgehen ermöglicht erst die Erzeugung eines Vakuums, also weniger als 300 mbar absolut. Bis zu dieser Grenze spricht man noch vom Unterdruck, der an sich auch mit einstufigen Anlagen erzeugt werden kann.

Ein Meilenstein auf dem Weg zur Vakuumtechnik in der Industrie

Das uns wohl „geläufigste Vakuum“, das wir kennen, ist die Glühbirne: Zwar hat nicht nur Edison an dieser Erfindung gearbeitet. Dennoch gelang es letztendlich ihm recht früh, die Leuchtmittel mit dem „luftleeren Glaskörper“ in seiner Fabrik in marktreifer Serienproduktion herzustellen. 1880 erhielt er darauf das Patent. Doch die Vakuumtechnik in der Industrie der heutigen Zeit setzt ganz andere Maßstäbe, denn in diesen 137 Jahren hat sich viel getan. Letztlich sind wir inzwischen praktisch ununterbrochen umgeben von Gegenständen, die mithilfe von Vakuumtechnik industriell bearbeitet und gefertigt wurden.

*Quelle: Jousten, Karl (Hrsg.). Wutz Handbuch Vakuumtechnik: Theorie und Praxis. Wiesbaden: Springer Fachmedien, 2004. 17-18. Diese Auswahl von Beispielanwendungen der Vakuumtechnik in der Industrie erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.

Beate Greisel

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