Turbo-Molekularpumpen Turbo-Molekularpumpen-Familie für die Analysentechnik

Autor / Redakteur: Peter Lambertz* / Doris Popp

Moderne Analysensysteme benötigen hochentwickelte Komponenten. Gerade bei Massenspektrometern müssen diese Bauteile optimal aufeinander abgestimmt sein. Mithilfe neuer Turbo-Molekularpumpen kann der Durchsatz in der Analyse deutlich gesteigert werden.

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(Bild: Leybold Vacuum)

Immer kürzere Analysenzyklen bei erhöhter Sensitivität, ein unterbrechungsfreier Lauf der Geräte sowie minimale Schwingungen und Geräusche – diese Ansprüche werden heute von den Anwendern an das Equipment in der Massenspektrometrie gestellt. Diesen Leistungsanforderungen stellt sich Oerlikon Leybold Vacuum permanent und hat mit der Turbo-Molekularpumpen-Familie Turbovac i ein maßgeschneidertes Vakuumsystem für den Analysenmarkt herausgebracht.

„Bei der Entwicklung haben wir nach dem unterschiedlichen Bedarf der Anwender differenziert“, erläutert der Produktmanager Peter Lambertz. Die Varianten Turbovac 350 i und 450 i sind durch eine zusätzliche Kompressionsstufe insbesondere für Ultrahochvakuumanwendungen und die Integration in kompakte Pumpsystemlösungen geeignet. Wichtig für die Analysentechnik: In Relation zu marktüblichen Produkten ist das Saugvermögen für leichte Gase bei dieser Turbovac-Variante um bis zu 60% höher. In punkto Kompression, führt Lambertz aus, hat sich der Wert im Vergleich zur vorherigen Pumpengenerationen sogar um den Faktor 100 verbessert.

Turbo-Molekularpumpen erhöhen Anlagenverfügbarkeit

Während die 350 i und 450 i für Prozesse mit kleinen Vorpumpen gedacht sind, wurde das T-Modell Turbovac T 350 i und T 450 i mit einem klassischen Rotordesign für hohe Gaslasten entwickelt. Das Ergebnis sind schnellere Hochlaufzeiten und eine höhere Unempfindlichkeit gegenüber anfallenden Partikeln. Um die Lager vor kritischen Gasen oder Partikeln zu schützen, ist die gesamte Pumpenfamilie mit einem Sperrgasanschluss ausgestattet worden. „Dadurch werden die Laufzeiten der Pumpe und die Anlagenverfügbarkeit erhöht“, erläutert Dr. Magnus Janicki, der bei Oerlikon Leybold Vacuum für die Entwicklung von Hochvakuumpumpen verantwortlich ist. Das Kölner Hightech-Unternehmen hat mit der Turbovac-i-Modellpalette einen großen Entwicklungsschritt gemacht, bei dem sich das vollkommen neue Design und die Produkteigenschaften strikt an der geforderten Funktionalität orientieren: Ausgestattet mit einem flexiblen Rotor- und Holweckstufendesign erreicht das Hochleistungsprodukt nun ein neue Stufe in der Vakuumleistung. Für Anwender praktisch: Durch die Rotorgestaltung lässt sich die Pumpenarchitektur im Inneren schnell und einfach auf die verschiedenen Applikationen und ihre jeweiligen Systemvoraussetzungen abstimmen. Dies wird insbesondere in Anwendungen wie der Massenspektrometrie genutzt, bei denen mehrere Kammern abgepumpt werden. Hier ist die Multi-Inlet-Pumpen-Variante mit mehreren Ansaugöffnungen die richtige Wahl. Das Pumpendesign wird bei diesen Pumpen flexibel auf die jeweiligen Applikationsanforderungen angepasst.

Mithilfe des intelligenten Simulationstools Pascal können die Kölner Ingenieure im Gespräch mit dem Kunden ein strömungstechnisch optimiertes Pumpsystem entwickeln, das mit höchstmöglicher Effizienz die Anforderungen der Applikation erfüllt. Hierbei kommen sowohl empirische Daten bereits gebauter Pumpen zum Zuge als auch die Simulation der dreidimensionalen Molekularströmung durch die Pumpe und die damit verbundenen Bauteile bis hin zum kompletten Vakuumsystem.

Adaptierte Turbo-Molekularpumpen in zwölf Wochen lieferbar

Bereits vorhandene CAD-Daten können direkt im Simulationstool für die Strömungsberechnung genutzt werden, sodass in Zusammenarbeit mit dem Kunden auf einfache Weise das gesamte Vakuumsystem strömungstechnisch optimiert werden kann. Durch konsequente Nutzung von Baukastenkonzepten ist Oerlikon Leybold Vacuum so in der Lage, innerhalb von zwölf Wochen nach Anfrage bereits adaptierte Turbo-Molekularpumpen zu liefern, die maßgeschneidert auf den Arbeitspunkt des Vakuumsystems ausgelegt sind. Dies verkürzt maßgeblich die Entwicklungszeit der Kundensysteme, wie etwa Massenspektrometer.

Wesentlich ist dabei das einzigartige „Cartridge Design“ der Multi-Inlet-Pumpen, das eine optimale Integration der Turbopumpe in das Instrument ermöglicht und zudem den Aufwand für Einbau wie auch einen Wechsel der Pumpe im Instrument sehr einfach macht. Der Einbau wird durch das kompakte Design und die in der Pumpe integrierte Elektronik zusätzlich erleichtert. Auch die gesamte Lieferung des Vakuumsystems gehört zum Leistungsumfang von Oerlikon Leybold Vacuum.

Das Ergebnis: eine maßgeschneiderte Vakuumlösung aus einer Hand, die passgenau auf die spezifischen Anforderungen des jeweiligen Instrumentes zugeschnitten ist.

„Multi-Inlet-Pumpen werden zunehmend beliebt, und dafür sind wir mit unserer neuen Turbovac C bestens gerüstet“, unterstreicht Dr. Magnus Janicki. „Gegenüber den bisherigen Produkten“, ergänzt Janicki „haben wir insbesondere auch bei den Multi-Inlet-Pumpen an Saugvermögen in den Zwischeneinlässen gewonnen. Zudem lassen sich die kundenspezifischen Leistungsanpassungen sehr flexibel gestalten.“

Beitrag zu mehr Sensitivität in der Massenspektrometrie

Mit dem höheren Saugvermögen und den je nach Auslegung höheren Gasdurchsätzen leistet die Turbovac i einen Beitrag zu mehr Sensitivität in der Massenspektrometrie. „Vor allem werden die Apparate schneller und können den in der Massenspektrometrie so wichtigen Probendurchsatz steigern“, führt dazu der Produktmanager Peter Lambertz aus.

Die in 2014 lancierte Produktlinie konnte bereits in der Beta-Phase überzeugen – unter anderem durch herausragende Leistungsmerkmale und ihre integrierte Antriebselektronik, welche bei kritischen Einbauverhältnissen auch mittels Kabel absetzbar ist. Mit diesen Merkmalen beansprucht die Turbovac i nur einen geringen Einbauplatz in den Massenspektrometern, in denen ohnehin nur ein sehr begrenzter Raum für die Vakuum-Geräte zur Verfügung steht.

Schwingungs- und geräuscharmer Betrieb

Interessant für die Analytik wird das System vor allem durch die stark reduzierten mechanischen Schwingungs- und Geräusch-Emissionen. „Diese Optimierungen sind uns im Wesentlichen dadurch gelungen, dass wir die Turbovac i mit einem wartungs- und ölfreien Hybridlagersystem mit Lebensdauerschmierung ausgestattet haben", unterstreicht Dr. Magnus Janicki. Und er führt aus, dass die Turbovac i damit im Moment die einzige hybridgelagerte Turbo-Molekularpumpe auf dem Markt sei, bei der eine Regelwartung in Form eines Ölwechsels nicht notwendig ist.

Für die Turbovac i-Familie bietet Oerlikon Leybold Vacuum eine Vielzahl an Optionen für die unterschiedlichen Anforderungen und Einbaulagen. Neben den Multi-Inlet-Varianten sind auch Standardvarianten mit zusätzlichen Zwischeneinlässen erhältlich, mit denen eine zusätzliche Kammer abgepumpt werden kann. Auch für die Installation und Wartung bewährt sich das funktionale Design: Entsprechend ist die Turbovac i mit einer drehbaren Vorvakuum-Flanschverbindung, einer integrierten Antriebselektronik mit direkter 24/48V DC-Versorgung sowie flexiblen Kommunikationsschnittstellen (USB-, RS 485- und digitalen I/O-Ports) ausgestattet. Das Zubehörprogramm hält für unterschiedliche Anforderung für die Turbovac i je nach Applikation zwei Lüftertypen – eine axiale und eine radiale Version – zur Verfügung.

Es umfasst unter anderem Netzteile für 100 bis 240 V Netzspannungsversorgung, justierbare Luft- oder Wasserkühlungen, Heizmanschetten, Belüftungs- und Sperrgaszubehör sowie Installations- und Befestigungssets, die den Applikationsanforderungen gerecht werden und die Inbetriebnahme vereinfachen.

Prozessoptimierung in neuer Dimension

Die positive Bilanz des neuen Konzepts: verlängerte, störungsfreie Betriebszeiten, eine insgesamt längere Anlagenlaufzeit und reduzierte Betriebskosten. Unter dem Strich führt die Integration der Turbo-Molekularpumpe zur signifikant höheren Produktivität von Analysengeräten, die unter Vakuumbedingungen arbeiten.

* P. Lambertz: Oerlikon Leybold Vacuum GmbH, 50968 Köln

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