DEFINITION

In der Umgangssprache spricht man von ‚Vakuum‘ bei einem weitgehend luftleeren Raum (z. B. Vakuumverpackung). Auch die Technik und klassische Physik verwenden den Ausdruck in diesem Sinne: Vakuum bezeichnet den Zustand eines Fluids in einem Volumen bei einem Druck, der deutlich geringer ist als der Atmosphärendruck bei Normalbedingungen. Bei extrem hoher Druckdifferenz spricht man von Hochvakuum.

Im Rahmen der modernen Quantenphysik lässt sich ein so einfaches Modell von Vakuum nicht verwenden: In der Quantenfeldtheorie erscheint das Vakuum als ein dynamisches Medium mit chaotischen Vakuumfluktuationen und vielfältigen anderen Eigenschaften.

Anders als die Naturwissenschaften sieht die Philosophie Vakuum als grundsätzlich vollkommen leeren Raum.

GESCHICHTE

Die Idee des Vakuums stammt wahrscheinlich von Leukipp oder seinem Schüler Demokrit und war eine tragende Säule des Weltbildes der epikureischen Philosophie. Diese nahmen an, dass die Materie aus unteilbaren kleinsten Teilchen (Plural: atomoi) aufgebaut ist, die sich im leeren Raum, also im Vakuum, bewegen und nur infolge der Leere des Raumes die Möglichkeit zur Bewegung und Interaktion haben. Diese Annahme wurde aber vor allem von Aristoteles und seiner Akademie abgelehnt, da sich Aristoteles eine Bewegung ohne treibendes Medium nicht denken konnte; man dachte sich den Raum zwischen den Gestirnen daher von einem Äther erfüllt und postulierte den sogenannten horror vacui: eine Abneigung der Natur gegen das Leere. Auch die Platonische Schule lehnte es ab, an das Nicht-Seiende zu glauben. Im Mittelalter galt Aristoteles als Autorität. Obwohl wieder von Giordano Bruno aufgegriffen und verteidigt, konnte sich die Idee vom Vakuum erst mit den ersten Demonstrationen durchsetzen.

Das erste irdische (beziehungsweise von Menschen geschaffene) Vakuum wurde von Evangelista Torricelli mit der Hilfe einer Quecksilbersäule in einem gebogenen Glasrohr hergestellt. Blaise Pascal konnte kurz darauf mit seinem berühmten Versuch vide dans le vide im November 1647 erstmals beweisen, dass ein Vakuum tatsächlich existieren kann. Populär wurde das Vakuum durch Otto von Guericke, den Erfinder der Luftpumpe. Er spannte im Jahre 1657 Pferde an zwei Metallhalbkugeln (siehe Magdeburger Halbkugeln), aus denen er vorher die Luft herausgesaugt hatte. Der beobachtete Effekt ist allerdings keine Eigenschaft des Vakuums, sondern vielmehr durch den Druck der umgebenden Luft bedingt.

Robert Williams Wood beobachtete erstmals 1897 den Tunneleffekt im Vakuum bei der Feldemission von Elektronen, konnte diesen Effekt allerdings noch nicht richtig deuten.

Im ausgehenden 16. Jahrhundert wurde noch angenommen, dass sich Licht nicht im Vakuum, sondern nur in einem Medium, dem sogenannten Äther ausbreiten könne. Albert Abraham Michelson und Edward Williams Morley versuchten mit einem Interferometer vergeblich, die Existenz eines solchen Äthers nachzuweisen. Durch die allgemeine Akzeptanz der speziellen Relativitätstheorie Albert Einsteins von 1905 gilt das Äther-Konzept als überholt und die Ausbreitung von Licht im Vakuum als erwiesen.

Die Streuversuche von Ernest Rutherford zeigten 1911, dass Alpha-Teilchen eine Goldfolie ohne Widerstand durchqueren können. Dies zeigte, dass die Masse von Atomen in einem - verglichen mit ihrer gesamten Ausdehnung - winzigen Kern konzentriert ist. Darauf aufbauend entwarf Niels Bohr ein Modell, nach dem die Elektronen den Atomkern umkreisen, wie die Planeten die Sonne. Im Inneren der Atome und zwischen ihnen schien also ein Vakuum zu herrschen. Obwohl man diese Sichtweise noch gelegentlich in der Literatur antrifft, gilt das Innere der Atome heute als von den Aufenthaltsbereichen der Elektronen (Orbitale) ausgefüllt.

DRUCKBEREICHE

Während ein vollständig materiefreier Raum nicht herstellbar ist, können technische Vakua in verschiedenen Qualitäten hergestellt werden. Man unterscheidet in der Technik unterschiedliche Qualitäten des erzielten Vakuum nach der Menge der verbleibenden Materie (gemessen durch den Druck in Pa = Pascal oder mbar = Millibar).

Diese Einteilung der Druckbereiche ist letztendlich durch die unterschiedlichen Strömungsarten begründet, die sich druckabhängig in Verbindung mit typischen vakuumtechnischen Apparaturabmessungen einstellen. Die vorherrschende Strömungsart hat nicht nur fundamentalen Einfluss auf die Verwendung des Vakuums, sondern auch auf die Vakuumerzeugung und -messung selbst. Bei hohen Drücken herrscht viskose Strömung, d. h., ein Gasmolekül führt sehr viel häufiger Stöße mit anderen Gasmolekülen aus als mit den Wänden der Apparatur, so dass es der Vorzugsrichtung des Gases folgt. Im anderen Extremfall, der molekularen Strömung, ist das Gas so stark verdünnt, dass ein Molekül fast immer bis zu einer Wand fliegt ohne mit anderen Molekülen zu kollidieren. Dieser Unterschied hat zwei Konsequenzen: Zum einen existiert keine Vorzugsrichtung des Gases mehr und zum anderen bestimmt statt der im hohen Druckbereich dominierenden elastischen Stöße die Adsorption der Moleküle an den Wänden die Eigenschaften des Vakuums. Im dazwischen liegenden Druckbereich, also dort, wo mittlere freie Weglänge und Apparaturabmessungen in benachbarten Größenordnungen liegen, herrscht Knudsenströmung.

Vorkommen und Beispiele nach Vakuumqualität:

• Grobvakuum: Staubsauger (>0,5 bar), Vakuumverpackung, Gasentladungslampen, Glühlampen
• Feinvakuum: Niederdruck-Gasentladungslampen
• Hochvakuum: Elektronenröhren, Teilchenbeschleuniger
• Ultrahochvakuum: Teilchenbeschleuniger, erdnaher Weltraum, häufig in Anlagen der Halbleiterherstellung
• XHV: Weltraum, (selten) in Anlagen der Halbleiterherstellung

Messgeräte zur Bestimmung des Gasdrucks in einem Vakuum nennt man Vakuummeter.

EIGENSCHAFTEN

Licht, Teilchen, Festkörper, elektrische, magnetische und Gravitationsfelder breiten sich im Vakuum aus; dagegen benötigen Schallwellen ein materielles Medium und können sich daher im Vakuum nicht ausbreiten. Wärmestrahlung kann sich als elektromagnetische Welle auch im Vakuum fortpflanzen. Dagegen führt die Absenkung des Drucks zur Verminderung der materiegebundenen Wärmeübertragung (Konduktion und Konvektion).

Die Verringerung von Wärmeströmung (Konvektion) und Wärmeleitung (Konduktion) (siehe Gitterschwingungen; Phononen) findet Anwendung in Thermoskannen, Dewar-Gefäßen und zur Wärmeisolation von Tanks für Flüssiggas (Sauerstoff, Argon, Stickstoff, Helium).

Die hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit von Hochvakuum wird in Vakuumkondensatoren der Hochleistungselektronik und dem Hochspannungsteil von evakuierten Röntgenröhren genutzt. Allerdings sinkt zunächst bei Absenkung des Drucks ausgehend vom Normalluftdruck die Durchschlagsfestigkeit. Das Minimum der Durchschlagsfestigkeit in Luft wird bei einem Druck von 1 mbar erreicht, wo sie nur noch ca. 0,3 kV/cm beträgt (bei 1 bar: 20-40 kV/cm ). Wird der Druck weiter in Richtung Hochvakuum abgesenkt, vergrößert sich die Durchschlagsfestigkeit wieder exponentiell.
Auch bei Vakuum-Leistungsschaltern wird dies ausgenutzt.
Für Hochspannunganwendungen ist es neben einem guten Vakuum erforderlich, alle Kanten rund zu gestalten, um Feldemission zu vermeiden.

HERSTELLUNG

Auf der Erde kann man ein Vakuum herstellen, indem man einen abgeschlossenen Hohlraum, den Rezipienten, vom darin enthaltenem Gas mittels geeigneter Vakuumpumpen befreit. Das einfachste Gerät ist die Wasserstrahlpumpe; sie erzeugt ein Grobvakuum, das dem Wasserdampfdruck bei der jeweils herrschenden Wassertemperatur entspricht (z. B. 23 hPa bzw. mbar bei 20 °C).

EVAKUIEREN als TRENNVERFAHREN (DIN 8580)

Nach DIN 8580 Fertigungsverfahren - Begriffe, Einteilung gehört Evakuieren zu den grundlegenden Stofftrennverfahren. Die Gefriertrocknung entzieht Stoffen Wasser, indem sie tiefgefroren und einem Vakuum ausgesetzt werden. Beim Gefriertrocknen, etwa von Kaffee, Tee, Gemüse, Blut oder auch biologischen Präparaten findet Sublimation statt, das Eis geht direkt in die Gasphase über, es gibt hierbei keine flüssige Phase, die sieden könnte. Der Kristallisationsprozess in der Zuckerfabrikation findet unter Vakuum statt, um durch den niedrigeren Siedepunkt der Zuckerlösung beim Wasserentzug Energie einzusparen. Auch beim Kernschritt der Plastination, der forcierten Imprägnierung, wird Vakuum benutzt, um Aceton oder Dichlormethan aus dem Präparat zu extrahieren.

VAKUUM ALS KONSERVIERUNG

Ein weiterer Anwendungsbereich ist die Verpackung von Lebensmitteln und anderen verderblichen Produkte unter Vakuum. Vakuum eignet sich, weil es kein Lebensraum ist, als Konservierungsmethode. Die verderblichen Mittel werden von gasdichten Kunststoffhüllen umschlossen und sind durch die Abwesenheit des Alterungs- und Verwesungsvorgangs unterstützenden Luftsauerstoffs länger haltbar, indem Stoffwechsel- und Oxidationsprozesse verlangsamt sind.

Im Haushalt können Lebensmittel in Tüten verpackt und mit Vakuumiergeräten evakuiert werden, so dass sich die Tütenfolie an das verpackte Gut anlegt, dadurch gelangt weniger Sauerstoff an die Lebensmittel. Zusätzlich verringert sich das Volumen. Die verwendeten Vakuumiergeräte können jedoch nur ein mittelmäßiges Grobvakuum erzeugen.

Eine andere Methode ist das Einwecken/Einkochen. Durch das Kochen werden die Lebensmittel sterilisiert und eventuell enthaltene Gase ausgetrieben. Bei Befüllung der Einweckgläser mit Lebensmitteln in flüssiger Form kann die Luft aus dem Glas vollständig verdrängt werden. Durch die Dichtungsringe kann ein besseres Grobvakuum über längere Zeiträume erhalten bleiben

PROFI-GERäTE

Der Energiebedarf für die Vakuum-Erzeugung steigt überproportional zum erreichten Vakuum. Eine Erhöhung des Unterdrucks von −600 mbar auf −900 mbar bedeutet eine Kräftezunahme um den Faktor 1,5. Die Evakuierungszeit und der Energieaufwand steigen aber um den Faktor 3! Somit wird verdeutlicht, dass das maximale Vakuum nicht den optimalen Arbeitsbereich für die Vakuum-Handhabung darstellt.

Durch den Entzug des Luftsauerstoffs wird der Stoffwechsel und die Oxidation erheblich verlangsamt und die Produkte sind wesentlich länger haltbar.

Mit den Vakuumiergeräten von VAKUPAXS erreichen Sie ein Vakuum von ca. 85%, was deutlich über dem Wert von gewöhnlichen Haushaltsgeräten liegt, denn:

Nur mit einem Qualitätsprodukt wird tatsächlich gewährleistet, dass genügend Sauerstoff entzogen wird, um tatsächlich eine Verlangsamung der Verderblichkeit und nicht nur eine Volumenreduzierung des Folienbeutels zu erreichen.

Aus diesem Grund bieten wir exklusiv die Profi-Geräte der Firma VAKUPAXS an. Diese Geräte wurden in verschiedenen Prüfgängen getestet und bieten Ihnen eine optimale Konservierungsmethode für Ihre verderblichen Waren. Darüber hinaus bieten alle VAKUPAXS Geräte eine optimale Bedienerfreundlichkeit und hochwertigste Verarbeitung.

FOLIENBEUTEL
Die Wahl des richtigen Beutels:
Die meisten auf dem Markt angebotenen Vakuum-Beutel verfügen über Folienstärken von 80-90µ = 0,08 - 0,09 mm
Bei uns erhalten Sie mehrlagige Vakuum-Beutel, die über eine deutliche höhere Wandstärke verfügen (105µ = 0,105 mm (PA/PE))
- 105µ = bieten deutlich erhöhte Durchstoßfestigkeit sowie
  eine gute Barriere
- hohe mechanische Festigkeit
- großer Siegelbereich sowie hohe Siegelnahtfestigkeit
- Verwendung: für viele Bereiche geeignet. Gleich ob im Food-
  oder Non-Food Bereich
- Passend für alle von uns hergestellten Geräte.