Vakuumbereiche & Druckbereiche
„Vakuum“ umfasst mehr als 15 Zehnerpotenzen des Drucks. Man teilt es in Bereiche ein, weil jeder andere Pumpen, Messgeräte, Werkstoffe und Konstruktionsregeln verlangt.
Vakuumbereiche im Überblick
| Bereich | Pa | mbar | Torr | Mittlere freie Weglänge (Luft) |
|---|---|---|---|---|
| Grobvakuum | 101.300 – 100 | 1.013 – 1 | 760 – 0,75 | 65 nm – 66 µm |
| Feinvakuum | 100 – 0,1 | 1 – 0,001 | 0,75 – 7,5×10⁻⁴ | 66 µm – 66 mm |
| Hochvakuum (HV) | 0,1 – 1×10⁻⁶ | 0,001 – 1×10⁻⁸ | 7,5×10⁻⁴ – 7,5×10⁻⁹ | 66 mm – 6,6 km |
| Ultrahochvakuum (UHV) | 1×10⁻⁶ – 1×10⁻¹⁰ | 1×10⁻⁸ – 1×10⁻¹² | 7,5×10⁻⁹ – 7,5×10⁻¹³ | 6,6 km – 66.000 km |
| Extrem-Ultrahochvakuum (XHV) | 1×10⁻¹⁰ – < 10⁻¹⁰ | 1×10⁻¹² – < 10⁻¹² | 7,5×10⁻¹³ – < 10⁻¹² | 66.000 km – > 66 km |
Die Bereichsgrenzen folgen ISO 3529-1:2019, der internationalen Norm zur Vakuum-Terminologie; das Extrem-Ultrahochvakuum ist eine verbreitete Erweiterung darunter.
Pumpen, Messgeräte und Anwendungen je Bereich
Grobvakuum
1.013 → 1 mbar
Pumpen: Drehschieber-, Membran-, Flüssigkeitsring-, Klauen- und Schraubenpumpen, Strahlpumpen
Messgeräte: Rohrfeder-Manometer, Piezo-Sensoren, kapazitive Membran-Vakuummeter
Anwendungen: Vakuumheben und -handhabung, Verpackung, Tiefziehen, Filtration, Entgasen, Destillation, Melktechnik, medizinisches Absaugen
Feinvakuum
1 → 0,001 mbar
Pumpen: Zweistufige Drehschieberpumpen, Scrollpumpen, trockene Schraubenpumpen, Wälzkolbenpumpen
Messgeräte: Pirani-, Wärmeleitungs- (Thermoelement-) und kapazitive Membran-Vakuummeter
Anwendungen: Evakuieren von Kälte- und Klimaanlagen, Gefriertrocknung, Vakuumtrocknung, Wärmebehandlung, Metallurgie, Vorvakuum für HV-Pumpen
Hochvakuum (HV)
0,001 → 1×10⁻⁸ mbar
Pumpen: Turbomolekular-, Diffusions- und Kryopumpen (mit Vorpumpe)
Messgeräte: Kaltkathoden- (Penning-) und Heißkathoden-Ionisationsvakuummeter
Anwendungen: Dünnschicht-Beschichtung (PVD), Elektronenmikroskope, Massenspektrometrie, Vakuumöfen, Lampenherstellung
Ultrahochvakuum (UHV)
1×10⁻⁸ → 1×10⁻¹² mbar
Pumpen: Turbomolekular-, Ionengetter-, Titansublimations-, NEG- und Kryopumpen — mit Ausheizen
Messgeräte: Bayard-Alpert-Ionisationsvakuummeter, invertiertes Magnetron, Restgasanalysator
Anwendungen: Oberflächenphysik, Teilchenbeschleuniger, Molekularstrahlepitaxie, Halbleiterforschung
Extrem-Ultrahochvakuum (XHV)
1×10⁻¹² → < 10⁻¹² mbar
Pumpen: Kryosysteme, NEG- und Ionengetterpumpen, spezielle Werkstoffe und Ausheizen
Messgeräte: Extraktor-Messröhren, spezielle Ionisationsvakuummeter
Anwendungen: Gravitationswellendetektoren, Speicherringe, Experimente der Grundlagenphysik
Welcher Druck herrscht im Vakuum?
Vakuum bedeutet nicht „null Druck“, sondern einfach einen Druck unterhalb der umgebenden Atmosphäre. Wie niedrig, hängt ganz von der Anwendung ab. Die Tabelle stellt bekannte Beispiele auf dieselbe absolute Skala.
| Beispiel | Pa (abs) | mbar | % Vakuum |
|---|---|---|---|
| Atmosphäre auf Meereshöhe | 101.000 | 1.010 | 0,00 |
| Haushaltsstaubsauger | 80.000 | 800 | 21,05 |
| Gipfel des Mount Everest (8.849 m) | 33.700 | 337 | 66,74 |
| Evakuieren einer Kälteanlage (500 Mikron) | 66,7 | 0,667 | 99,93 |
| Gefriertrockner | 10 | 0,1 | 99,99 |
| Glühlampe | 1 | 0,01 | 100,00 |
| Niedrige Erdumlaufbahn (≈ 400 km, ISS) | 1×10⁻⁵ | 1×10⁻⁷ | 100,00 |
| Mondoberfläche (Nacht) | 3×10⁻¹⁰ | 3×10⁻¹² | 100,00 |
| Interplanetarer Raum | 1×10⁻¹¹ | 1×10⁻¹³ | 100,00 |
Perfektes Vakuum, Vollvakuum und absoluter Nulldruck
Ein perfektes Vakuum — ein Raum ganz ohne Moleküle — ist eine theoretische Grenze. Als Unterdruck auf Meereshöhe entspricht es −1013,25 mbar (oft vereinfacht „−1 bar“), −101,325 kPa oder 100 % Vakuum. Absolut sind es einfach 0 Pa, 0 mbar oder 0 Torr. Behälter mit der Angabe „vakuumfest“ oder „für Vollvakuum ausgelegt“ halten den vollen äußeren Luftdruck von etwa 1 bar aus, ohne einzubeulen.
Einheiten umrechnen? Dafür gibt es den Vakuum-Umrechner.
Quellen & weiterführende Literatur
- ISO/TC 112. ISO 3529-1:2019 Vacuum technology — Vocabulary — Part 1: General terms. International Organization for Standardization (2019). Offizielle Definition der Vakuumbereiche.
- PTB Working Group 7.54. Vacuum Metrology. Physikalisch-Technische Bundesanstalt (German national metrology institute). Primärnormale für Vakuum von 10⁻⁹ Pa bis 1 kPa und Kalibrierung von Messgeräten.
- K. Jousten (ed.). Handbook of Vacuum Technology, 2nd ed.. Wiley-VCH (2016). Standardwerk zu Gasströmung, Leitwerten, Pumpen und Messtechnik.
- CERN Accelerator School. CAS Vacuum for Particle Accelerators, Glumslöv, Sweden, 2017 — proceedings. CERN, free to read. Aktuelle Vorlesungen zu Werkstoffen, Pumpen, Messtechnik und Lecksuche.
Häufige Fragen
Welche Vakuumbereiche gibt es?
Nach dem Absolutdruck unterscheidet man Grobvakuum (Atmosphäre bis 100 Pa bzw. 1 mbar), Feinvakuum (100 Pa bis 0,1 Pa), Hochvakuum (0,1 Pa bis 10⁻⁶ Pa), Ultrahochvakuum (10⁻⁶ Pa bis 10⁻¹⁰ Pa) und Extrem-Ultrahochvakuum unter 10⁻¹⁰ Pa. Die Grenzen folgen ISO 3529-1; XHV ist eine gebräuchliche Erweiterung.
Welcher Druck herrscht im Vakuum?
Vakuum ist jeder Raum mit einem Druck unterhalb des Atmosphärendrucks — nicht null. Ein Haushaltsstaubsauger erreicht etwa 800 mbar (20 % Vakuum), das Evakuieren einer Kälteanlage etwa 0,67 mbar (500 Mikron), eine Ultrahochvakuumkammer 10⁻¹⁰ mbar. Ein perfektes Vakuum (0 Pa absolut) ist in der Praxis nicht erreichbar.
Was bedeutet −1 bar Vakuum?
−1 bar ist die übliche Angabe als Unterdruck (Relativdruck) für ein nahezu vollständiges Vakuum: Vom Atmosphärendruck (≈ 1,013 bar) wird ungefähr 1 bar abgezogen. Genau genommen entspricht ein perfektes Vakuum auf Meereshöhe −1,013 bar relativ bzw. 0 bar absolut.
Ab wann spricht man von Hochvakuum?
Hochvakuum ist der Bereich von 0,1 Pa (10⁻³ mbar) bis 10⁻⁶ Pa (10⁻⁸ mbar). Hier ist die mittlere freie Weglänge der Gasmoleküle größer als typische Kammerabmessungen, die Strömung ist molekular, und man braucht Turbomolekular-, Diffusions- oder Kryopumpen.
Was ist der Enddruck einer Vakuumpumpe?
Der Enddruck ist der niedrigste Druck, den eine Pumpe bei verschlossenem Ansaugstutzen ohne Gaslast erreicht. Reale Anlagen bleiben darüber, wegen Lecks, Ausgasen und Leitungsleitwerten. Typische Werte: Membranpumpe ~1 mbar, zweistufige Drehschieberpumpe ~10⁻³ mbar, Turbomolekularpumpe 10⁻⁹–10⁻¹⁰ mbar.
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