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Vakuum

Der Unterdruck (oder auch Vakuum genannt) bezeichnet einen Druckbereich, der unterhalb des Umgebungsdrucks liegt. Auf Höhe des Meeresspiegels beträgt der Umgebungsdruck 1.013 mbar und sinkt mit steigenden Höhenmetern.

Der Vakuumwert wird dabei in verschiedene Klassen unterteilt:

Grobvakuum
Der Bereich des Vakuums in dem ein absoluter Druck zwischen 1 mbar und Umgebungsdruck (1.013 mbar) herrscht, wird als Grobvakuum bezeichnet. Einsatzgebiete eines Grobvakuums sind unter anderem Glühbirnen und Staubsauger. Die Werte im Bereich der Vakuumtechnik befinden sich ebenfalls in dieser Vakuumklasse. Ein Vakuum für hohe Saugkräfte und kurze Zykluszeiten kann in diesem Bereich vergleichsweise wirtschaftlich erzeugt werden.

Feinvakuum
In einem Feinvakuum herrscht ein absoluter Druck von 0,001 mbar bis 1 mbar. Die Vakuumklasse wird beispielsweise in Niederdruck-Gasentladungslampen eingesetzt.

Hochvakuum
In einem Hochvakuum liegt der Vakuumbereich in einem absoluten Druck von 10-7 mbar bis 10-3 mbar. Die Art von Vakuum ist z. B. in Elektronenröhren oder Teilbeschleunigern zu finden.

Ultrahochvakuum
Das Ultrahochvakuum beschreibt einen Bereich des Vakuum, in dem der absolute Druck zwischen 10-12 mbar und 10-7 mbar liegt. Diese Art des Vakuums wird beispielsweise bei Gravitationswellendetektoren eingesetzt.

Extrem hohes Vakuum
Als extrem hohes Vakuum werden alle Vakuumwerte mit einem absoluten Druck bezeichnet der kleiner als 10-12 mbar ist. Unter diese Vakuumklasse fällt auch das Weltall.

Angabe von Vakuumwerten

Im Bereich der Vakuum-Technik wird der Unterdruck als relativer Wert angegeben. Das bedeutet, dass das Vakuum im Verhältnis zum Umgebungsdruck angegeben wird. Der Umgebungsdruck wird als Bezugspunkt mit 0 mbar herangezogen. Daher wird der Vakuumwert mit einem negativen Vorzeichen angegeben.

Im Gegensatz dazu wird das Vakuum in der Wissenschaft als absoluter Wert angegeben. Hier wird nicht der Umgebungsdruck als Bezugspunkt verwendet, sondern der absolute Nullpunkt (luftleerer Raum wie zum Beispiel das Weltall). Das Vakuum wird daher in der Wissenschaft immer mit einem positiven Vorzeichen genannt.

Umrechnungstabelle für Vakuum/Druck

Zur Angabe von Vakuumwerten ist eine Vielzahl an Maßeinheiten international gebräuchlich. In der Vakuum-Technik  haben sich insbesondere die Maßeinheiten Pascal [Pa], Kilo-pascal [kPa], Bar [bar] und Millibar [mbar] durchgesetzt. Die Umrechnung der Einheiten ist wie folgt:

0,001 bar = 0,1 kPa = 1 mbar = 100 Pa

Nachfolgende Tabelle veranschaulicht die Umrechnung der international gebräuchlichen Maßeinheiten für Vakuum.

barN/cm2kPaatm, kp/cm2  mm H2OTorr; mm Hg  in Hg
bar1,00000 10,00000  100,0000  1,0197010.197,00 750,060029,5400
N/cm20,100001,0000010,00000,101901.019,7075,00602,9540
kPa0,010000,100001,00000,01020101,977,50060,2954
atm, kp/cm2  0,98070 9,80700  98,07001,0000010.332,00  735,560028,9700
mm H2O0,000100,001000,01000,000001,000,07400,0030
Torr; mm Hg0,001330,013330,13330,0013613,601,00000,0394
in Hg0,033800,338503,88500,03446345,4025,25001,0000

Auswirkungen der Atmosphäre auf das Vakuum

Die Atmosphäre hat einen starken Einfluss auf den herrschenden Umgebungsdruck und der mögliche Vakuumwert. Der Umgebungsdruck ist abhängig von der Höhe, auf der man sich befindet und der dort herrschenden Temperatur. Auf Höhe des Meeresspiegels liegt der Umgebungsdruck bei 1.013 mbar. In einer Höhe von 600 m verringert sich der Luftdruck bereits auf 938 mbar. In einer Höhe von 2.000 m beträgt der Luftdruck lediglich noch 763 mbar.

Der Druckverlust wirkt sich dabei stark auf Handhabungsprozesse mit Vakuum aus. Mit sinkendem Luftdruck verringert sich auch das maximal erreichbare Vakuum sowie die damit verbundene maximal erreichbare Haltekraft. Pro 100 m Höhenzunahme sinkt der Luftdruck um ca. 12,5 mbar.

Ein Vakuum-Erzeuger, der 80% Vakuum erzeugt, erzielt auf Meereshöhe (Umgebungsdruck = 1.013 mbar) einen Vakuum von -810 mbar; in 2.000 m Höhe (Umgebungsdruck = 763 mbar) erzielt der Vakuum-Erzeuger noch ein Vakuum von -610 mbar. Die mögliche Haltekraft eines Vakuumsaugers sinkt proportional zum erreichbaren Vakuum. Die Anwendung auf Meereshöhe stellt somit den Idealfall dar.