Häufig gestellte Fragen:

1. Was ist eine Diffusionspumpe?

Eine Diffusionspumpe ist eine Vakuumpumpe ohne sichbewegende Teile, in der ein spezielles Öl über Heizelemente verdampft wird. Dieser Öldampf oder besser dieses gasförmige Öl expandiert durch übereinanderliegende Ringdüsen und bildet dabei einen (Überschall-) Dampfstrahl in Richtung Vorvakuumstutzen aus (nach unten). Von der Hochvakuumseite diffundieren (daher auch der Name der Pumpe) Gasatome oder -Moleküle in diesen Dampfstrahl und erhalten einen Impuls in Richtung Vorvakuumseite und werden dort von der Vorvakuumpumpe abgesaugt. Diese Impulsübertragung ist umso besser je leichter die Gase sind. Die Saugleistung der Pumpe ist also für Helium deutlich besser als z. B. für Stickstoff. Der Öldampfstrahl kondensiert an der gekühlten Pumpenwand und fließt auf den Heizerboden zurück um erneut verdampft zu werden. Die erzeugten Saugleistungen (in l/s) sind erheblich, die Massendurchsätze (in g/s) wegen des niedrigen Druckes allerdings gering, so dass kaum Kompressionsleistung geleistet wird, d. h. die elektrische Heizleistung verschwindet (mit Aussnahme der Abstrahlverluste) fast ausschliesslich im Kühlwasser.

2. Welche Temperaturen stellen sich im Öl ein?

Die sich im flüssigen Öl einstellenden Temperaturen lassen sich am anschaulichsten an einem Kochtopf auf dem Küchenherd erklären:
Egal ob man den Herd auf halbe oder volle Leistung stellt, nach einer gewissen Zeit wird das Wasser anfangen zu kochen und zwar (bei Meereshöhe) bei 100 Grad Celsius. Bei voller Leistung des Herdes wird diese Verdampfungstemperatur schneller erreicht und es kocht heftiger, aber immer bei 100 Grad.
Wenn man dieses Experiment auf einem hohen Berg ausführt, wird das Wasser bei niedrigeren Temperaturen kochen, oder wenn man einen gut schliessenden Deckel auf den Topf legt, kocht es bei höherer Temperatur (Schnellkochtopf).
Wenn man das gleiche Experiment nicht mit Wasser sondern mit Alkohol macht, fängt der Alkohol schon bei etwa 70 Grad an zu kochen.
Genau dieses Verhalten zeigt auch das Öl in einer Diffusionspumpe:
Wird diese mit Mineralöl betrieben kocht das Öl eventuell schon unterhalb von 200 Grad und bei hochwertigen Silikonölen erst deutlich über 200 Grad.
Bei welchen Temperaturen die unterschiedlichen Öle genau verdampfen hängt vom Dampfdruck direkt über dem Siederaum ab. Dieser Dampfdruck beträgt je nach Vorvakuumdruck ( und Ölstand und Kühlleistung) etwa 1 mbar. Bei diesem Dampfdruck beträgt die Siedetemperatur des INDOMET Silikonöles ca. 245 Grad Celsius.

3. Ist meine Diffusionspumpe für Silikonöl geeignet?

Grundsätzlich sind Diffusionspumpen für alle Diffusionspumpenöle geeignet. Als Schutz vor Übertemperatur ( zu geringer Ölstand, zu geringe Kühlung, zu hoher Vorvakuumdruck) sollten Diffusionspumpen einen Übertemperaturschalter besitzen, der von der Öltemperatur gesteuert wird. Wenn dieser Schalter (häufig ein Bimetallschalter) nicht direkt ins Öl eintaucht, sondern sich ausserhalb des Pumpengehäuses in der Nähe der Heizelemente befindet, können deutlich höhere Temperaturen als die tatsächliche Öltemperatur gemessen werden, was insbesondere bei Verwendung von hochwertigen Silikonölen zu einer Abschaltung der Pumpe führen kann, obwohl Ölstand, Kühlung und Vorvakuumdruck in Ordnung sind. In diesem Fall sollten Sie sich mit dem Pumpenhersteller in Verbindung setzen.

4. Welche Öle darf man mischen?

Grundsätzlich darf man Silikonöle untereinander mischen. Silikonöle enthalten bewusst Anteile des jeweil höher- oder niederwertigen Öls. Silikonöle dürfen niemals mit Mineralölen gemischt werden. Sollte eine Pumpe von Mineral- auf Silikonöl oder umgekehrt umgestellt werden, so muss sie vollständig gereinigt werden ( s. Pkt. 5)

5. Wechsel von Mineral- auf Silikonöl oder umgekehrt.

Beim Umstellen von Mineral- auf Silikonöl muss die Pumpe vollständig gereinigt werden. Das Düsensystem muss mit Azeton gereinigt werden und vollständig von Crackprodukten befreit werden. Danach ist die gesamte vakuumseitige Pumpe mit Isopropyl-Alkohol auszuwaschen und mit ölfreier Druckluft auszublasen. Alle Dichtungen sollten auf Beschädigungen und Verschleiss untersucht werden.

6. Muss man Änderungen beim Wechsel der Öleart an der Pumpe vornehmen?

Beim Wechsel des Öles müssen keine Temperatureinstellungen verändert werden, weil sich die notwendigen Temperaturen automatisch einstellen. Sollte der Übertemperaturschalter nach Wechsel der Ölart auslösen beachten Sie bitte den Pkt. 3

7. Wie hängt die Saugleistung (Saugvermögen) einer Diffusionspumpe von der Art des Öles ab?

Der erreichbare Enddruck einer Diffusionspumpe hängt extrem vom verwendeten Pumpenöl ab (10-6 bis 10-11mbar).
Das gilt jedoch nicht für die Saugleistung (bzw. Saugvermögen) der Pumpe. Die verschiedenen Diffusionspumpenöle haben unterschiedliche Molekülmassen von ca 450 (leichtes Mineralöl) bis 550 (INDOMET Silikonöl), daher auch unterschiedliche Siedepunkte und unterschiedliche Verdampfungsenergien. Bei gleicher Heizleistung wird bei Verwendung von leichtem Mineralöl etwas mehr Öl verdampft als bei Verwendung von schwererem Silikonöl. Allerdings hat das schwerere Silikonöl eine bessere Impulsübertragung bei den elastischen Stößen mit den abzupumpenden Gasen. Deshalb sind die Saugleistungen (Saugvermögen) von Diffusionspumpen nahezu unabhängig von den verwendeten Ölen (Treibmitteln). Bei allen Diffusionspumpen ist die Saugleistung erheblich abhängig von den abzupumpenden Gasen. Die Saugleistung der Diffusionspumpen ist üblicherweise auf Stickstoff normiert. Für Wasserstoff oder Helium ist die Saugleistung deutlich höher.