Turbomolekularpumpen

Turbomolekularpumpen sind Hochvakuumpumpen, die Gas Moleküle durch sehr schnelle rotierende Impellerstufen aus dem zu pumpenden Raum in den Auslass transportieren. Sie arbeiten typischerweise im Hoch- bis Ultrahochvakuumbereich, erreichen Ultimatcharakteristika meist im Bereich von 10^-9 bis 10^-10 mbar, wobei eine geeignete Vorpumpe erforderlich ist, um die Startbedingungen zu schaffen.

Das Funktionsprinzip beruht auf der Kinetik von Gas Molekülen: Die schnell rotierenden Blätter des Impellers übertragen durch Stoßimpuls Energie an die Moleküle und richten deren Bewegung in Richtung Auslass. Durch mehrere aufeinanderfolgende Stufen (Rotoren und Statoren) wird der Druck schrittweise erhöht, wodurch Moleküle aus dem zu pumpenden Raum effektiv entfernt werden. Turbomolekularpumpen arbeiten daher besonders gut mit speziellem Blattformdesign und mehrstufigen Geometrien, um einen hohen Kompressionsgrad zu erzielen.

Aufbau und Merkmale umfassen einen rotierten Impeller, der von Statoren umgeben ist, sowie Lagerungssysteme wie magnetische oder Gas-Lager, um Reibung und Kontamination zu minimieren. Die Motorenantriebe sind meist berührungslos und oil-free. Für den Start benötigen Turbomolekularpumpen eine Vorpumpe, die den Druck auf ein Betriebsniveau absenkt (oft unter 1 mbar). Während des Betriebs sind sie sensibel gegenüber Verunreinigungen, weshalb Öl- oder Schmierstofffreiheit wünschenswert ist.

Typische Anwendungen finden sich in der Halbleiterfertigung, Massenspektrometrie, Elektronenmikroskopie und Oberflächenanalyse, wo konstante Hoch- oder Ultrahochvakuumbedingungen erforderlich sind. Turbomolekularpumpen werden regelmäßig mit Dry-Vorpumpen betrieben, um Ölbackstreaming zu vermeiden und eine saubere Vakuumumgebung zu gewährleisten.