DE102020118537A1 - Vakuumschleuse und Vakuumanordnung - Google Patents

Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vakuumschleuse (100) aufweisen: eine Vakuumkammer (802), welche eine Eingangsöffnung (802i) und gegenüberliegend dazu eine Ausgangsöffnung (802o) aufweist, wobei die Eingangsöffnung (802i) von einer kuppelförmigen Kammerwand der Vakuumkammer (802) umgeben ist; eine Beschleunigungsvorrichtung (102), welche eingerichtet ist, der Eingangsöffnung (802i) zugeführtes Material in Richtung zu der Kammerwand zu beschleunigen; eine Absaugleitung (104), welche sich von außerhalb der Vakuumkammer (802) in die Vakuumkammer (802) hinein erstreckt und eine Absaugöffnung (104o) aufweist; wobei die Absaugöffnung (104o) innerhalb der Vakuumkammer (802) zwischen der Eingangsöffnung (802i) und der Ausgangsöffnung (802o) angeordnet ist.

Description

• Im Allgemeinen kann ein Festkörper, z.B. dessen Oberfläche, beschichtet werden, um diesen funktionell zu verändern (auch als Funktionalisieren bezeichnet), d.h. dessen Eigenschaften zu verändern. Funktionalisierte Festkörper, wie beispielsweise Partikel, finden Anwendung in verschiedensten technischen Gebieten, wie unter anderem zur Herstellung einer Batterie, beispielsweise vom Typ der Lithium-Ionen-Batterie, aber auch in einer Brennstoffzelle (PEM), z.B. für Rußpartikel (Graphit), die mit Platin beschichtet als Katalysator dienen. Daher besteht Bedarf an der Funktionalisierung von Partikeln, um insbesondere die Leistungsdichte, Zyklenstabilität und Lebensdauer der Batterie zu erhöhen.
• Eine Möglichkeit dafür besteht darin, die Partikel als Schüttgut bereitzustellen und mittels einer Gasphasenabscheidung im Vakuum zu funktionalisieren.
• Allerdings ist das Einschleusen der Partikel in das Vakuum häufig Zeit und kostenaufwändig bzw. im Durchsatz stark begrenzt. Herkömmliche Pulvertrocknungsanlagen und losorientierte Anlagen zum Einbringen von Pulver in ein Vakuum in der Pharmaindustrie sind hingegen nicht für das Hochvakuum ausgelegt, nicht hochproduktiv mit Durchsätzen von mehreren Tonnen pro Tag ausführbar und auch nicht auf eine kontinuierliche anhaltende Nachführung von Pulver ohne Änderung des Zustroms über der Zeit ausgelegt.
• Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden eine Vakuumschleuse und eine Vakuumanordnung bereitgestellt, welche eine hochwirtschaftliche kontinuierliche Einschleusung von Schüttgut, insbesondere feinen und feinsten Pulvermaterialien in ein Prozessvakuum, insbesondere Hochvakuum und Ultrahochvakuum für Veredelungsprozesse, insbesondere physikalische Beschichtungsprozesse, durch mechanische Trennung der eingebrachten Partikel von Fluiden, insbesondere Gasen, durch Nutzung der Trägheitskräfte bei gleichzeitiger optionaler und regelbarer Anregung durch elektromagnetische Wellen, insbesondere Hitzestrahlung und Mikrowellen, unter Abtransport der getrennten Materialien, erreichen.
• Die zeitlich und örtlich existierende Monolagigkeit des mechanisch geführten Pulvermediums und die damit verbundene Kontinuität erlaubt eine konsistente Ausgasungseffizienz, Materialqualität und fortlaufende Prozesssteuerung, wodurch der Abscheidungsprozess des Fluids in viel zeiteffizienterer Form umgesetzt werden kann. Gleichzeitig kann die Anlage direkt an Vakuumprozesse angeschlossen werden, ohne regelmäßiges Eingreifen in den Fertigungsprozess außerhalb der Wartung und Steuerung zu erfordern.
• Mittels der Vakuumschleuse und der Vakuumanordnung wird eine hochwirtschaftliche kontinuierliche Einführung von Pulver in die Hochvakuumprozessatmosphäre unter Trennung des enthalten Fluids über Ausgasung und Fliehkräfte erreicht. Die eigentliche stoffliche Trennung erfolgt anschaulich mechanisch über Trägheitsdifferenzen, die Anregung durch elektromagnetische Wellenimpulse oder einem andersartigen Wärmeeintrag ist optional unterstützend wirksam. Aufgrund der räumlichen Trennung kann dann gezielt das Fluid, insbesondere gasförmiges Fluid aber in seltenen Fällen auch flüssiges Fluid, je nach Arbeitsbereich, abgeführt werden, wodurch mit hohen Durchsätzen ein Feinpulvermaterial bereitgestellt wird, dass sich bereits im Hochvakuum oder sogar Ultrahochvakuum befindet und einen vernachlässigbar kleinen Anteil an Verunreinigungen aufweist, der höchsten Anforderungen für darauffolgenden Veredlungsprozessen genügt. Damit kann die gesamte Wertschöpfungskette des Veredlungsprozesses entscheidend in ihrer Wirtschaftlichkeit, Qualität und im zeitlichen Durchsatz gesteigert werden.
• Es zeigen
• 1 bis 3 jeweils eine Vakuumschleuse gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
• 4 Verfahren zum Betrieb der Vakuumschleuse gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm;
• 5 bis 7 jeweils eine Vakuumschleuse gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
• 8 eine Beschleunigungsvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Draufsicht; und
• 9 eine Vakuumanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
• In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
• Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung (z.B. ohmsch und/oder elektrisch leitfähig, z.B. einer elektrisch leitfähigen Verbindung), eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
• Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Begriff „gekoppelt“ oder „Kopplung“ im Sinne einer (z.B. mechanischen, hydrostatischen, thermischen und/oder elektrischen), z.B. direkten oder indirekten, Verbindung und/oder Wechselwirkung verstanden werden. Mehrere Elemente können beispielsweise entlang einer Wechselwirkungskette miteinander gekoppelt sein, entlang welcher die Wechselwirkung (z.B. ein Signal) übertragen werden kann. Beispielsweise können zwei miteinander gekoppelte Elemente eine Wechselwirkung miteinander austauschen, z.B. eine mechanische, hydrostatische, thermische und/oder elektrische Wechselwirkung. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann „gekuppelt“ im Sinne einer mechanischen (z.B. körperlichen bzw. physikalischen) Kopplung verstanden werden, z.B. mittels eines direkten körperlichen Kontakts. Eine Kupplung kann eingerichtet sein, eine mechanische Wechselwirkung (z.B. Kraft, Drehmoment, etc.) zu übertragen.
• Im Rahmen dieser Beschreibung können Partikel (auch als Feststoffpartikel bezeichnet) als Körper verstanden werden (anschaulich Körner), welche einen Feststoff aufweisen oder daraus gebildet sind, d.h. in einem festen Aggregatzustand vorliegende Materie (wobei die Materie mehrere Atome und/oder Moleküle aufweisen kann). Eine Vielzahl von Partikeln kann anschaulich als lose Menge (auch als Schüttgut, Gemenge oder Konglomerat bezeichnet), d.h. vereinzelt, vorliegen, z.B. als Granulat (z.B. Pulver). Die Partikel können eine Ausdehnung (anschaulich Partikelgröße) größer als 5 nm (Nanometer) aufweisen, z.B. größer als 0,1 µm (Mikrometer) und/oder kleiner als 1 mm (Millimeter), z.B. in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 500 µm oder in einem Bereich von ungefähr 0,1 µm bis ungefähr 1 mm. Die Partikelgröße eines einzelnen Partikels kann anschaulich dem Durchmesser einer Kugel entsprechen, welche das Volumen des Partikels aufweist. Die Partikelgröße bezogen auf eine Vielzahl von Partikeln kann der über die einzelnen Partikel geeignet gemittelten Partikelgröße entsprechen. Im Folgenden wird vereinfacht unter anderem auf ein einzelnes Partikel Bezug genommen. Das Beschriebene kann in Analogie für jedes Partikel der Vielzahl von Partikeln (vereinfacht auch nur als Partikel als bezeichnet) gelten und andersherum. Zwei oder mehr Partikel können je nach Fortschritt ihrer Prozessierung einzeln (d.h. voneinander separiert) oder aneinanderhaftend (auch als Partikelcluster bezeichnet) vorliegen. Beispielsweise kann das Beschriebene auch in Analogie für jeden Partikelcluster der Vielzahl von Partikeln gelten. Es müssen allerdings nicht notwendigerweise alle Partikel, die dem Prozessieren zugeführt werden, auch prozessiert werden. Manche Partikel können auf dem Weg anschaulich auch verloren gehen (anschaulich Verlust).
• Mittels einer Beschichtungsvorrichtung kann ein Partikel beschichtet werden, so dass das Partikel von einer Schicht (auch als Partikelbeschichtung bezeichnet) aus einem sogenannten Beschichtungsmaterial umgeben (z.B. eingehüllt) wird, wobei viele beschichtete Partikel wieder als Konglomerat (d.h. vereinzelt) vorliegen können. Im Allgemeinen können sich mehrere Partikel untereinander und/oder von dem Beschichtungsmaterial in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden und/oder zumindest ein Material der folgenden Materialien aufweisen oder daraus gebildet sein: ein Metall, ein Übergangsmetall, ein Oxid (z.B. ein Metalloxid oder ein Übergangsmetalloxid), ein Dielektrikum, ein organisches oder anorganisches Polymer (z.B. ein Kohlenstoff-basiertes Polymer oder ein Silizium-basiertes Polymer), ein Oxinitrid, ein Nitrid, ein Karbid, eine Keramik, ein Halbmetall (z.B. Kohlenstoff), ein Perowskit, ein Glas oder glasartiges Material (z.B. ein sulfidisches Glas oder ein super-ionisches Glas), ein Halbleiter, ein Halbleiteroxid, ein halborganisches Material und/oder ein organisches Material. Der Kohlenstoff kann beispielsweise in einer Kohlenstoffkonfiguration vorliegen, z.B. als Graphit oder als nano-kristalliner amorpher Kohlenstoff. Beispielsweise können die Partikel zumindest ein Material der folgenden Materialien aufweisen oder daraus gebildet sein: ein Feststoffelektrolyt, Borsäure oder ein Sulfid (wie beispielsweise Li₂S) oder eine andere Verbindung.
• Beispielsweise kann das Beschichtungsmaterial zumindest ein Material der folgenden Materialien aufweisen oder daraus gebildet sein: ein Metall, ein Übergangsmetall, ein Oxid (z.B. ein Metalloxid oder ein Übergangsmetalloxid), ein Dielektrikum, ein organisches oder anorganisches Polymer (z.B. ein Kohlenstoff-basiertes Polymer oder ein Silizium-basiertes Polymer), ein Oxinitrid, ein Nitrid, ein Karbid, eine Keramik, ein Halbmetall (z.B. Kohlenstoff), ein Perowskit, ein Glas oder glasartiges Material (z.B. ein sulfidisches Glas oder ein super-ionisches Glas), ein Halbleiter, ein Halbleiteroxid, ein halborganisches Material, ein Phosphat (wie beispielsweise LiFePO₄, Li₃PO₄, AlPO₄) und/oder ein organisches Material. Der Kohlenstoff kann beispielsweise in einer Kohlenstoffkonfiguration vorliegen, z.B. als Graphit oder als nano-kristalliner amorpher Kohlenstoff. Beispielsweise kann das Beschichtungsmaterial zumindest ein Material der folgenden Materialien aufweisen oder daraus gebildet sein: ein Feststoffelektrolyt, Borsäure oder ein Sulfid (wie beispielsweise Li₂S) oder eine andere Verbindung.
• Alternativ oder zusätzlich können die Partikel und/oder das Beschichtungsmaterial ein Akkumulator-Aktivmaterial aufweisen oder daraus gebildet sein. Als Akkumulator-Aktivmaterial (auch vereinfacht als Aktivmaterial bezeichnet) kann ein Material verstanden werden, welches unter einer chemischen Reaktion elektrische Ladungen aufnimmt oder abgibt (mit anderen Worten, welches elektrische Energie in chemische Energie umwandelt, und umgekehrt). Für einen Lithium-Ionen-Akkumulator kann das Aktivmaterial eine Lithiumverbindung aufweisen oder daraus gebildet sein. Beispiele für ein Akkumulator-Aktivmaterial der Kathode sind beispielsweise Nickel-Mangan-Kobalt (NMC), Lithium-Eisen-Phosphat (LFP), Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Oxid (NCA), Lithium-Mangan-Oxid (LMO) und/oder Lithium-Nickel-Mangan-Oxid (LNMO). Beispiele für ein Akkumulator-Aktivmaterial der Anode sind Graphit (oder Kohlenstoff in einer anderen Konfiguration), nanokristallines und/oder amorphes Silicium, ein Silizium-Kohlenstoff-Komposit, Lithium-Titanat-(Spinel)-Oxid, metallisches Lithium oder Zinndioxid (SnO₂).
• Eine kuppelförmige Kammerwand kann anschaulich eine konkave Innenfläche aufweisen. Bei einer konkaven Fläche tritt im Unterschied zu einer konvexen Fläche die Mitte gegenüber dem Rand der konkaven zurück. Die konkave Innenfläche kann beispielsweise in die Kammerwand hinein gekrümmt sein. Beispielsweise kann die konkave Innenfläche derart eingerichtet sein, dass keine Verbindungsstrecke zweier Punkte der konkaven Fläche die Kammerwand schneidet. Die Mitte der kuppelförmigen Kammerwand kann von einer Öffnung (auch als Eingangsöffnung bezeichnet) durchdrungen sein.
• Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Partikel auf die Innenfläche zu beschleunigt werden und an dieser entlang gleiten und/oder rollen, so dass das Partikel einen Bahndrehimpuls L aufweist. Weist das Partikel einen Bahndrehimpuls L auf, lässt sich ausdrücken, dass L =
  Θ.(dφ/dt) ist, wobei t die Zeit und Θ den Trägheitstensor des Partikels bezeichnet. Demnach wird die Trajektorie des Partikels durch die Innenfläche A = A(φ, r, z) und/oder dessen Bahndrehimpuls L definiert. Für die Innenfläche kann beispielsweise gelten, dass A = A(r(z)) ist, d.h. dass die Innenfläche eine Rotationsfläche ist und deren Abstand von der z-Achse nur von der z-Koordinate selbst abhängt, wobei dz/dr optional (muss aber nicht) konstant ist. Bezüglich der z-Achse hat jede Bewegung, die an der z-Achse vorbei (z.B. in einem Abstand von dieser und nicht durch diese hindurch) erfolgt, einen Bahndrehimpuls L.
• Die Innenfläche kann im Allgemeinen beispielsweise eine Rotationsfläche sein oder zumindest an einer Vielzahl von Punkten (z.B. mehr als Zehn, als Hundert oder als Tausend) an einer Rotationsfläche anliegen. Eine Rotationsfläche (auch als Drehfläche bezeichnet) kann als Fläche verstanden werden, die durch Rotation einer ebenen Kurve (der sogenannte Hauptmeridian) um eine in derselben Ebene liegende Gerade (die sogenannte Rotationsachse, vereinfacht beispielsweise die z-Achse) entsteht. Ein einfaches Beispiel ist ein gerader Kreiskegel. Er entsteht durch Rotation einer Gerade um eine sie schneidende Rotationsachse. Ein anderes Beispiel ist ein gerader Kreiszylinder (Rotation einer Gerade um eine dazu parallele Achse). Zur Vereinfachung wird im Folgenden angenommen, dass die Rotationsachse auf der z-Achse liegt bzw. der Drehimpuls auf die Rotationsachse bezogen ist. Herstellungstechnische Toleranzen oder auch beabsichtigte Modifikationen können aber auch Abweichungen davon ergeben.
• Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird bereitgestellt, dass eine effiziente Trennung eines Pulverstroms vom Gasstrom und gegebenenfalls vereinzelten Dampfrückständen von Flüssigkeiten in Kavitäten erfolgt, indem hochbeschleunigte Pulvermassen mit mehreren Metern pro Sekunde mechanisch über eine beschleunigte Geometrie an der Innenfläche der kuppelförmigen Kammerwand entlang geführt werden und durch die Nutzung der Fliehkräfte (im Sinne eines Fliehkraftabscheiders) einer merklichen Gasströmung nicht folgen können. Optional kann durch Wärmestrahlung und/ oder Mikrowellenanregungen oder andere wärmeeintragenden Methoden die Ausgasung beschleunigt werden.
• 1 veranschaulicht eine Vakuumschleuse 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht. Die Vakuumschleuse 100 weist eine Vakuumkammer 802, eine Beschleunigungsvorrichtung 102 und eine Absaugleitung 104, von welcher hier nur die Absaugöffnung 104o (auch als Eingang 104o der Absaugleitung 104 bezeichnet) dargestellt ist, auf. Die Absaugöffnung 104o stellt beispielsweise die Mündung der Absaugleitung 104 bereit.
• Die Vakuumkammer 802 weist eine Eingangsöffnung 802i und gegenüberliegend dazu eine Ausgangsöffnung 802o auf. Ferner weist die Vakuumkammer 802 eine kuppelförmige Kammerwand 802w auf, in welcher die Eingangsöffnung 802i mündet.
• Die kuppelförmige Kammerwand 802w (vereinfacht auch als Kuppelwand bezeichnet) kann von der Ausgangsöffnung 802o weggerichtet ausgestülpt sein. Beispielsweise kann sich ein Inneres 851 der Vakuumkammer 802 (auch als Kammerinneres 851 bezeichnet), welches von der Kuppelwand 802w begrenzt wird, sich in eine Richtung von der Ausgangsöffnung 802o weg verjüngen. Beispielsweise kann die Vakuumkammer 802 auf der Seite der Kuppelwand 802w konvex ausgestülpt sein.
• Die Kuppelwand 802w kann beispielsweise Teil einer Kugelschale sein, z.B. einer halben Kugelschale. Es kann allerdings verstanden werden, dass die Kuppelwand 802w auch anders geformt sein kann, z.B. von einer idealen Kugelschale abweichend, z.B. zumindest abschnittsweise elliptisch. Beispielsweise kann die Kuppelwand 802w selbst noch Vorsprünge, Aussparungen, ein Innenprofil oder Ähnliches aufweisen, oder von der Kugelschale als Referenz ausgehend deformiert sein. Beispielsweise kann die Kuppelwand auch etwas mehr oder weniger als die halbe Kugelschale aufweisen.
• Die Kuppelwand 802w kann eine innere Oberfläche (auch als Innenfläche oder Kuppelinnenfläche bezeichnet) aufweisen, welche an das Kammerinnere 851 angrenzt und im Wesentlichen einer sphärischen Form folgt. Beispielsweise kann ein Punkt P im Kammerinneren 851 (auch als Kammerinnenraum bezeichnet) existieren, von dem alle Punkte der Kuppelinnenfläche im Wesentlichen denselben Abstand aufweisen (z.B. weniger als 10% Variation aufweisend). Beispielsweise kann die Kuppelwand 802w einen Rotationskörper aufweisen oder daraus gebildet sein.
• Die Kuppelwand 802w kann beispielsweise an eine Außenwand 802s der Vakuumkammer 802 angrenzen. Das Kammerinnere 851 kann sich von der Eingangsöffnung 802i aus durch die Außenwand 802s hindurch zu der Ausgangsöffnung 802o hin erstrecken. Beispielsweise kann die Außenwand 802s rohrförmig sein (dann auch als Trommelwand bezeichnet), z.B. mit einem runden Querschnitt. Beispielsweise kann die Außenwand 802s einen Rotationskörper aufweisen oder daraus gebildet sein.
• Die Beschleunigungsvorrichtung 102 kann eingerichtet sein, der Eingangsöffnung 802i zugeführtes Material (auch als Prozessgut bezeichnet) in Richtung zu der Kuppelwand 802w hin bzw. von der Eingangsöffnung 802i weg zu beschleunigen (auch als Beschleunigungsvorgang bezeichnet). Die Beschleunigungsvorrichtung 102 kann beispielsweise zwischen dem Punkt P und der Eingangsöffnung 802i angeordnet sein. Die Beschleunigungsvorrichtung 102 kann beispielsweise näher an der Eingangsöffnung 802i als an der Ausgangsöffnung 802o angeordnet sein. Die Beschleunigungsvorrichtung 102 kann beispielsweise näher an der Eingangsöffnung 802i als an der Absaugöffnung 104o angeordnet sein.
• Das Prozessgut kann beispielsweise ein Schüttgut aufweisen oder daraus gebildet sein.
• Das Schüttgut kann ein pulvriges, körniges oder auch stückiges Gemenge (auch als Vielzahl von Feststoffpartikel bezeichnet) aufweisen, das schüttfähig ist. Die Schüttfähigkeit kann aufweisen, dass sich die Bestandteile des Gemenges (auch als Feststoffpartikel bezeichnet) unter Einfluss der Gravitationskraft F_Gravitation untereinander bewegen können, d.h. dass diese vereinzelt (bzw. lose voneinander) sind. Beispielsweise lässt sich das Schüttgut in einem Behälter (z.B. Vorratsbehälter) aufschütten oder auch aus diesem heraus schütten. Das Schüttgut kann als Materialstrom der Eingangsöffnung 802i zugeführt werden.
• Die Beschleunigungsvorrichtung 102 kann eingerichtet sein, eine Kraft (auch als Beschleunigungskraft bezeichnet) auf das Prozessgut (z.B. die Feststoffpartikel) zu vermitteln. Die Beschleunigungskraft kann dem Prozessgut kinetische Energie zuführen. Die Beschleunigungskraft kann in Richtung zu der Kuppelwand 802w hin bzw. von der Eingangsöffnung 802i weg gerichtet sein.
• Die Beschleunigungskraft kann beispielsweise mechanisch (z.B. mittels Reibung und/oder Kontakt) vermittelt werden, mittels eines elektrischen Feldes vermittelt werden und/oder mittels eines magnetischen Feldes vermittelt werden.
• Beispielsweise kann die Beschleunigungsvorrichtung 102 eingerichtet sein, dem Prozessgut Elektronen zuzuführen, wobei eine dadurch bewirkte Aufladung des Prozessguts die Beschleunigungskraft vermittelt. Dazu kann die Beschleunigungsvorrichtung 102 eine Elektronenquelle aufweisen, welche die Elektronen bereitstellt. Die Elektronen können beispielsweise als freie Elektronen bereitgestellt sein oder werden, z.B. mittels einer nicht-thermalen Dunkelentladung oder mittels einer Glühkathode. Die in das Prozessgut eingebrachte elektrische Leistung kann dabei derart klein sein, dass eine Temperatur des Prozessguts kleiner bleibt als eine Temperatur, bei welchen das Prozessgut seinen Aggregatszustand ändert (z.B. schmilzt, verdampft und/oder sublimiert). Mit anderen Worten kann das Prozessgut fest bleiben.
• Im Folgenden wird sich exemplarisch auf eine mechanische vermittelte Beschleunigungskraft bezogen. Es kann verstanden werden, dass das Beschriebene zu der mechanisch vermittelten Beschleunigungskraft in Analogie zu einer elektrischen und/oder magnetisch vermittelten Beschleunigungskraft gelten kann.
• Der Beschleunigungsvorgang kann aufweisen, dass das Prozessgut schräg zu oder entgegen der Richtung 105 (auch als Gravitationsrichtung bezeichnet) der Gravitationskraft und/oder zusätzlich zu einer Beschleunigung durch die Gravitationskraft beschleunigt wird. Die Gravitationsrichtung 105, muss aber nicht notwendigerweise, von der Eingangsöffnung 802i zu der Ausgangsöffnung 802o gerichtet sein.
• Die Absaugöffnung 104o kann im Allgemeinen im Kammerinneren 851 (d.h. innerhalb der Vakuumkammer 802) angeordnet sein, beispielsweise in einem Abstand von der Außenwand 802s, der Beschleunigungsvorrichtung 102 und/oder der Kuppelwand 802w. Die Absaugöffnung 104o kann zwischen der Eingangsöffnung 802i und der Ausgangsöffnung 802o angeordnet sein, z.B. zwischen der Beschleunigungsvorrichtung 102 und der Ausgangsöffnung 802o, z.B. zwischen dem Punkt P und der Ausgangsöffnung 802o. Dies erreicht, dass die Absaugöffnung 104o weniger Prozessgut ansaugt.
• Beispielsweise kann die Absaugöffnung 104o einen ersten Abstand d1 von der Kuppelwand 802w aufweisen und einen zweiten Abstand d2 von der Beschleunigungsvorrichtung 102 aufweisen und einen dritten Abstand d3 von der Ausgangsöffnung 802o aufweisen. Die Abstände können beispielsweise eine oder mehr als eine der folgenden Relationen erfüllen: $$\text{z}\cdot \text{d}1>\text{d}2>\text{d}1/\text{z};$$

  

  und/oder $$\text{z}\cdot \text{d}1>\text{d3}>\text{d}1/\text{z};$$

  

  und/oder $$\text{z}\cdot \text{d3}>\text{d}2>\text{d3}/\text{z}\text{.}$$

  

  Das Skalar z repräsentiert anschaulich das Aspektverhältnis der Vakuumschleuse 100. Das Skalar z kann größer sein als 1, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 1,5 bis ungefähr 3, beispielsweise ungefähr 2. Dies erreicht eine möglichst mittige Position der Ausgangsöffnung 802o und damit, dass die Absaugöffnung 104o weniger Prozessgut ansaugt.
• 2 veranschaulicht eine Vakuumschleuse 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 200 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
• Die Vakuumkammer 802 kann einen ersten Flansch 202i (auch als eingangsseitiger Flansch bezeichnet) aufweisen, durch welchen hindurch sich die Eingangsöffnung 802i erstreckt. Die Vakuumkammer 802 kann alternativ oder zusätzlich einen zweiten Flansch 202o (auch als ausgangsseitiger Flansch bezeichnet) aufweisen, durch welchen hindurch sich die Ausgangsöffnung 802o erstreckt.
• Die Vakuumkammer 802 kann optional ein erstes Ventil 204i (auch als eingangsseitiges Ventil bezeichnet) aufweisen, welches mit dem eingangsseitigen Flansch 202i gekuppelt ist und eingerichtet ist, in einen ersten Zustand gebracht (auch als geschlossen bezeichnet), die Eingangsöffnung 802i fluiddicht zu verschließen; und, in einen zweiten Zustand gebracht (auch als geöffnet bezeichnet), die Eingangsöffnung 802i freizulegen bzw. den fluiddichten Verschluss der Eingangsöffnung 802i aufzuheben. Ist das erste Ventil 204i geöffnet, kann der Eingangsöffnung 802i das Prozessgut zugeführt werden, z.B. in das Kammerinnere 851 hinein.
• Die Vakuumkammer 802 kann optional ein zweites Ventil 204o (auch als ausgangsseitiges Ventil bezeichnet) aufweisen, welches mit dem ausgangsseitigen Flansch 202o gekuppelt ist und eingerichtet ist, in einen ersten Zustand gebracht (auch als geschlossen bezeichnet), die Ausgangsöffnung 802o fluiddicht zu verschließen; und, in einen zweiten Zustand gebracht (auch als geöffnet bezeichnet), die Ausgangsöffnung 802o freizulegen bzw. den fluiddichten Verschluss der Ausgangsöffnung 802o aufzuheben. Ist das zweite Ventil 204o geöffnet, kann der Ausgangsöffnung 802o das Prozessgut entzogen werden, z.B. aus dem Kammerinneren 851 heraus.
• Sind das erste Ventil 204i und das zweite Ventil 204o geschlossen, kann die Vakuumkammer 802 hermetisch verschlossen sein. Dies erreicht, dass das Kammerinnere 851 besonders schnell evakuiert werden (auch als Evakuieren bezeichnet) kann.
• Das Evakuieren kann im Allgemeinen aufweisen, der Vakuumkammer 802 (bzw. dem Kammerinneren 851) ein Gas zu entziehen (z.B. nur) mittels der Absaugöffnung 104o. Dazu kann an der Absaugöffnung 104o ein Unterdruck anliegen, welcher das Gas entzieht. Das Evakuieren kann aufweisen, den Druck in der Vakuumkammer 802 (bzw. dem Kammerinneren 851) zu verringern.
• Die Vakuumkammer 802 ist derart eingerichtet, dass in der Vakuumkammer 802 ein Vakuum bereitgestellt werden kann (auch als Vakuumzentrifuge bezeichnet). Dazu kann die Vakuumschleuse 100 ein Pumpensystem 804 (aufweisend zumindest eine Grobvakuumpumpe und optional zumindest eine Hochvakuumpumpe) aufweisen, welches mittels der Absaugleitung 104 mit der Absaugöffnung 104o fluidleitend gekoppelt ist. Das Pumpensystem 804 kann eingerichtet sein, der Vakuumkammer 802 das Gas zu entziehen, so dass darin ein Vakuum (d.h. ein Druck kleiner als 0,3 bar) bereitgestellt sein oder werden kann, z.B. ein Druck in einem Bereich von ungefähr 1 mbar bis ungefähr 10^-3 mbar (mit anderen Worten Feinvakuum oder Vorvakuum) oder weniger, z.B. ein Druck in einem Bereich von ungefähr 10^-3 mbar bis ungefähr 10^-7 mbar (mit anderen Worten Hochvakuum) oder weniger, z.B. ein Druck von kleiner als Hochvakuum oder weniger, z.B. kleiner als ungefähr 10^-7 mbar (mit anderen Worten Ultrahochvakuum).
• Die Absaugleitung 104 kann sich von außerhalb der Vakuumkammer 802 in das Kammerinnere 851 hinein erstrecken, beispielsweise durch die Außenwand 802s oder durch eine andere Kammerwand der Vakuumkammer 802 hindurch.
• 3 veranschaulicht eine Vakuumschleuse 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 300 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
• Die Vakuumschleuse 100 kann eine Materialzuführvorrichtung 302 aufweisen, welche eingerichtet ist, Material aus einem Behälter 1 (auch als Vorratsbehälter bezeichnet) der Eingangsöffnung 802i zuzuführen. Der Behälter 1 kann optional einen Trichter 1 aufweisen, was das Einleiten des Prozessguts erleichtert. Der Behälter 1 kann optional als Vakuumkammer eingerichtet sein, was es ermöglicht, in diesem ein Vorvakuum zu erzeugen (auch als Vorevakuieren bezeichnet), wie später noch genauer beschrieben wird.
• Die Materialzuführvorrichtung 302 kann einen Zuführkanal 2 (z.B. eine Fluidleitung) aufweisen, welche den Behälter 1 mit der Eingangsöffnung 802i fluidleitend koppelt. Der Zuführkanal 2 kann beispielsweise mittels eines variabel gestaltbaren Gehäuses bereitgestellt sein oder werden.
• Das Pumpensystem 804 (auch als Pumpanlage bezeichnet) kann eine Diffusionspumpe 3 aufweisen, mittels welcher das Evakuieren erfolgen kann. Die Absaugleitung 104 kann einen feststehenden (z.B. trichterförmigen) Saugstutzen 4, welcher in der Mitte der Vakuumkammer 802 mündet, aufweisen, welcher optional an einen aktiven Kühlkreislauf angeschlossen sein kann.
• Der Zuführkanal 2 kann zumindest einen Abschnitt der Absaugleitung 104 umgeben. Alternativ oder zusätzlich kann sich die Absaugleitung 104 durch einen Abschnitt des Zuführkanals 2 und/oder durch die Eingangsöffnung 802i hindurch erstrecken. Dies erreicht eine kompakte Bauform.
• Die Materialzuführvorrichtung 302 kann optional einen Deckel 5 aufweisen, welcher die Montierbarkeit verbessert.
• Die Materialzuführvorrichtung 302 kann eine Fördervorrichtung 6 aufweisen, welche in dem Zuführkanal 2 angeordnet ist. Die Fördervorrichtung kann beispielsweise eine drehbar gelagerte Förderschnecke aufweisen. Die Förderschnecke kann beispielsweise eine Hohlförderwelle mit Schraubengeometrie aufweisen, welche mittels der Absaugleitung 104 bzw. dem Saugstutzen 4 gelagert ist. Beispielsweise kann die Förderschnecke drehbar auf der Absaugleitung 104 gelagert sein. Beispielsweise kann die Absaugleitung 104 die Förderschnecke durchdringen. Dies erreicht eine kompakte Bauform.
• Die Vakuumschleuse 100 kann optional eine Heizvorrichtung 7 (auch als Heizelement bezeichnet) aufweisen. Die Heizvorrichtung 7 kann eingerichtet sein, dem Zuführkanal 2 bzw. dem darin angeordneten Prozessgut thermische Energie zuzuführen (auch als Heizvorgang bezeichnet). Dies erreicht, dass das Prozessgut erwärmt werden kann, was dieses zum Abgeben flüchtiger Bestandteile (wenn vorhanden) anregt. Die flüchtigen Bestandteile können beispielsweise Wasser oder andere Kondensate (z.B. Kohlenwasserstoffe) aufweisen. Die flüchtigen Bestandteile können beispielsweise eine Verdampfungstemperatur im Vakuum aufweisen, die kleiner als die Maßbezugstemperatur (293,15 Kelvin = 20°C) ist.
• Die Heizvorrichtung 7 kann beispielsweise eingerichtet sein, Wärmestrahlung zu erzeugen (dann auch als Wärmestrahlungsquelle bezeichnet) und dem Zuführkanal 2 bzw. dem darin angeordneten Prozessgut zuzuführen (auch als Bestrahlungsvorgang bezeichnet). Die Heizvorrichtung 7 kann beispielsweise eingerichtet sein, elektrische Leistung in die Wärmestrahlung umzuwandeln (dann auch als elektrothermischer Wandler bezeichnet). Beispielsweise kann die Wärmestrahlungsquelle 7 einen resistiven elektrothermischen Wandler aufweisen.
• Die Heizvorrichtung 7 kann beispielsweise eingerichtet sein, elektromagnetische Strahlung (z.B. Mikrowellenstrahlung) zu erzeugen (dann auch als Mikrowellenquelle bezeichnet) und dem Zuführkanal 2 bzw. dem darin angeordneten Prozessgut zuzuführen (auch als Bestrahlungsvorgang bezeichnet). Die Heizvorrichtung 7 kann beispielsweise eingerichtet sein, elektrische Leistung in die Mikrowellenstrahlung umzuwandeln. Beispielsweise kann die Mikrowellenquelle einen Hohlraumresonator (beispielsweise eine Vakuum-Laufzeitröhre) aufweisen. Mikrowellenstrahlung kann beispielsweise eine Frequenz in einem Bereich von ungefähr 1 GHz (Gigahertz) bis ungefähr 300 GHz aufweisen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 2 GHz bis ungefähr 25 GHz.
• Die Heizvorrichtung 7 kann beispielsweise eine Fluidabscheidung durch Sieden und lokale Druckgradienten stärker anregen.
• Die Beschleunigungsvorrichtung 102 kann eine drehbar gelagerte Scheibe 8 aufweisen, welche, wenn in Drehung versetzt, einen mechanischen Impuls auf das Prozessgut übertragen kann. Beispielsweise kann die Scheibe 8 drehbar auf der Absaugleitung 104 gelagert sein. Beispielsweise kann die Absaugleitung 104 die Scheibe 8 durchdringen. Dies erreicht eine kompakte Bauform.
• Die Beschleunigungsvorrichtung 102 kann alternativ oder zusätzlich zu der Scheibe 8 eine drehbar gelagerte Trommel aufweisen. Allgemeiner gesprochen, kann die Beschleunigungsvorrichtung 102 eingerichtet sein, ein Drehmoment in die Beschleunigungskraft zu überführen, welche auf das Prozessgut übertragen wird. Dazu kann die Beschleunigungsvorrichtung 102 einen drehbar gelagerten Körper 8 (auch als Rotor bezeichnet) aufweisen, welcher aktiv oder passiv angetrieben sein kann. Beispiele für den Rotor 8 weisen auf: einen Rotationskörper 8 (beispielsweise in Form einer Scheibe, Teller, Trommel) oder einen Wendelkörper 8 (z.B. eine oder mehr als eine Schraube aufweisend). Weist die Beschleunigungskraft eine Fliehkraft auf, kann die Beschleunigungsvorrichtung 102 auch als Fliehkraftschleuder bezeichnet werden.
• Die Ausdehnung und Form des Rotors 8 können variiert und/oder optimiert werden, je nach Art des Prozessguts und Größe/Form der Vakuumkammer 802.
• Die Beschleunigungsvorrichtung 102 kann beispielsweise ein Drehlager aufweisen, mittels welchem der Rotor 8 drehbar gelagert ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Beschleunigungsvorrichtung 102 eine Antriebsvorrichtung (z.B. einen Motor) aufweisen, welche eingerichtet ist, dem Rotor ein Drehmoment zuzuführen. Die Elemente wie Drehlager und Antriebsvorrichtung, Form und Oberflächenbeschaffenheit des Rotors 8 sind optional und je nach Umsetzung von weiteren Faktoren abhängig.
• Optional kann die Absaugleitung 104 einen oder mehr als einen Filter aufweisen.
• Das Abführen des Prozessguts durch die Ausgangsöffnung 802o hindurch kann mittels einer Ultraschallquelle (nicht dargestellt) unterstützt werden. Die Ultraschallquelle kann eingerichtet sein, eine Ultraschallschwingung zu erzeugen und dem Prozessgut, das am Boden der Vakuumkammer 802 liegt, einzukoppeln (auch als Vibrationsanregung bezeichnet). Beispielsweise kann die Ultraschallquelle ein oder mehr als ein Ultraschalltrichterblech aufweisen.
• Allgemein gesprochen kann das Evakuieren der Vakuumkammer 802 erfolgen, wenn auf die Feststoffpartikel mittels einer Fliehkraft gegen die Innenfläche gepresst werden, so dass das Prozessgut (z.B. dessen Feststoffpartikel) von dem Fluid in der Vakuumkammer separiert wird. Die trägen Feststoffpartikel bewegen sich nach außen, und das weniger träge Fluid verbleiben in einer Strömung mittig der Vakuumkammer 802 und kann so leichter abgeführt werden, wodurch ein Ansaugen und Mittragen der Feststoffpartikel von dem Fluid gehemmt wird. Grundsätzlich kann das Evakuieren aber auch anders als mittels des Saugstutzens erfolgen.
• 4 veranschaulicht ein Verfahren 400 zum Betrieb der Vakuumschleuse 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm.
• Das Verfahren 400 kann aufweisen, in 401, dass eine Fliehkraft auf das Prozessgut vermittelt wird. Die Fliehkraft bewirkt, dass das Prozessgut gegen die äußere Begrenzung des Kammerinneren 851 gepresst wird, z.B. gegen eine oder mehr als eine Kammerwand der Vakuumkammer 802. Das Übertragen der Fliehkraft auf das Prozessgut kann aufweisen, dass das Prozessgut entlang eines gekrümmt verlaufenden Pfads geführt, z.B. mittels der Kuppelwand 802w, und/oder in eine Umkreisungsbewegung versetzt wird. Die Umkreisungsbewegung kann aufweisen, dass das Prozessgut eine Rotation um eine außerhalb des Prozessguts liegende Rotationsachse (z.B. die z-Achse) durchführt. Die Rotationsachse kann beispielsweise durch den Punkt P und/oder durch die Eingangsöffnung 802i hindurch verlaufen.
• Die Fliehkraft Ff kann beispielsweise größer sein als die planetare Gravitationskraft F_Gravitation. Beispielsweise kann Ff > u • F_Gravitation sein. Das Skalar u kann größer sein als 1, z.B. größer als 2, z.B. größer als 3, z.B. größer als 4, z.B. größer als 5, z.B. größer als 10.
• Das Verfahren 400 kann aufweisen, in 403, dass ein Gas entzogen wird, in welchem das Prozessgut, wenn darauf die Fliehkraft wirkt, angeordnet ist. Dies bewirkt, dass das Gas von dem Prozessgut separiert wird. Das Entziehen von Gas kann mittels der Absaugöffnung 104o erfolgen. Die Absaugöffnung 104o stellt anschaulich eine Gassenke bereit, welcher einen Druckgradienten erzeugt, der zu der Gassenke hin gerichtet ist. Dem Druckgradienten folgend, kann das Gas von der Absaugöffnung 104o aufgenommen und mittels der Absaugleitung 104 abtransportiert werden.
• Das Verfahren 400 kann optional aufweisen, in 405, Herausbringen des Prozessguts aus der Vakuumschleuse 100 (bzw. aus der Vakuumkammer 802) heraus und in eine Prozessierkammer hinein, z.B. nachdem auf dieses die Fliehkraft übertragen wird. In der Prozessierkammer kann das Prozessgut bearbeitet (auch als prozessiert bezeichnet) werden, z.B. in einem Vakuum (dann auch als Prozessvakuum bezeichnet). Das Bearbeiten des Prozessguts kann beispielsweise ein Beschichten des Prozessguts aufweisen.
• Das Verfahren 400 kann optional aufweisen, in 407, Einbringen des Prozessguts in die Vakuumschleuse 100 (bzw. in die Vakuumkammer 802) hinein, z.B. bevor auf dieses die Fliehkraft übertragen wird. In der Vakuumkammer 802 kann in 407 bereits ein Vakuum erzeugt sein oder werden.
• Das Einbringen 407 des Prozessguts und das Herausbringen 405 des Prozessguts können beispielsweise gleichzeitig erfolgen, z.B. gleichzeitig zu dem Evakuieren 403. Das Evakuieren 403 kann beispielsweise geregelt erfolgen, z.B. gemäß einem SollDruck des Kammerinneren 851.
• Das Prozessgut, auf welches die Fliehkraft übertragen wird, kann eine kinetische Energie aufweisen, welche dem Prozessgut zuvor zugeführt wird. Die kinetische Energie kann dem Prozessgut zugeführt werden, z.B. nachdem das Prozessgut in die Vakuumschleuse 100 hinein gebracht wurde. Dazu kann das Prozessgut beschleunigt werden (auch als Zuführen von kinetischer Energie bezeichnet), z.B. mittels der Beschleunigungsvorrichtung 102.
• Nachfolgend werden exemplarische Implementierungen des Verfahrens 400 bzw. der Vakuumschleuse 100 erläutert.
• Gemäß verschiedenen Ausführungsformen erfolgt eine Radialbeschleunigung des Prozessguts mittels eines Rotors. Beispiele des Rotors weisen auf: ein Rotationswurfteller, eine Trommel, eine Förderschnecke, eine Schraube oder Ähnliches. Das Prozessgut kann ein Schüttgut aufweisen oder daraus gebildet sein. Beispiele für das Schüttgut weisen auf: Pulver, Partikel, Granulat und/oder Ähnliches. Die Radialbeschleunigung kann unter kontinuierlichem Evakuieren der Vakuumkammer 802 erfolgen. Dieser Vorgang erreicht ein schnelles, durchsatzstarkes, konstantes, kontinuierliches Ausgasen, Trocknen, Vorvereinzeln und Einführung des Prozessguts in ein Prozessvakuum, insbesondere Hochvakuum und Ultrahochvakuum.
• Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Pulver mittels eines beheizten oder unbeheizten Rohrsystems rotationssymmetrisch zugeführt werden zu einem beheizten oder unbeheizten Rotor. Der Rotor kann beispielsweise eine Rotationsscheibe oder Trommel oder Welle aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Rotor wirft das Pulver rotationsymmetrisch von Innen gegen die Kuppelwand der Vakuumkammer und/oder gegen eine Trommelwand der Vakuumkammer oder Ähnliches. Die Vakuumkammer kann optional ebenfalls beheizt sein oder werden, beispielsweise um das Dehydratisieren des Prozessguts anzuregen. Die Erwärmung des Prozessguts vor dem Verlassen des Rotors kann die Wirksamkeit des Dehydratisierens verbessern. Von der Mitte des Rotors ausgehend befindet sich ein Absaugstutzen, der mittig zur Vakuumkammer ausgerichtet ist. Das Entziehen von Gas kann aber genauso von außen oder von unten erfolgen.
• Das Dehydratisieren kann aufweisen, dem Prozessgut Wasser zu entziehen, z.B. um dieses zu trocknen. Dazu kann das Prozessgut beispielsweise erwärmt werden, so dass Wasser von dessen Oberfläche abdampft, d.h. das Wasser wird desorbiert. Alternativ oder zusätzlich kann eine Dipolschwingung des Wassers angeregt werden (mittels der Mikrowellenstrahlung), so dass Wasser von dessen Oberfläche abdampft, d.h. das Wasser wird desorbiert. Der so entstehende Wasserdampf (d.h. das desorbierte Wasser) wird dann vom Prozessgut getrennt.
• Gemäß verschiedenen Ausführungsformen hat die Absaugöffnung 104o (auch als Saugabzug bezeichnet) und der damit erzeugte Unterdruck einen maximalen Abstand zu dem Pfad 301 (vgl. 7), entlang dessen das Prozessgut geführt wird. Das Prozessgut wird mechanisch geführt an der Außenwand 802s von oben nach unten, dabei beschleunigt beziehungsweise rollt darauf aufgrund der eigenen Trägheit infolge des Wurfes durch den Rotor von oben nach unten ab.
• Optional kann sich der Kammerinnenraum 851 nach unten hin zu einem Trichter verjüngen, was das Abführen des Prozessguts aus der Vakuumschleuse 100 heraus erleichtert, beispielsweise um diese in den nachfolgenden Prozess einzuleiten. Dieser Trichter kann mittels einer Ultraschallschwingung angeregt werden, um einen stetigen Fluss des Prozessguts anzuregen.
• Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vakuumschleuse als Modul bereitgestellt sein oder werden, welches mehrfach vorhanden sein kann und voneinander unabhängig parallel oder in Reihe geschaltet werden kann, je nach Produktivkapazität, geforderter Arbeitsatmosphäre und anderen Anforderung, und um Wartungsarbeiten während des Betriebes der Gesamtanlage zu ermöglichen (mittels der Parallelschaltung) beziehungsweise eine erhöhte Reinheit des Pulvermaterials respektive einen geringeren Prozessdruck zu erreichen (mittels der Reihenschaltung).
• Die konkrete Abfolge des optionalen Heizvorgangs bzw. Bestrahlungsvorgangs und/oder Vibrationsanregung richtet sich nach dem chronologischen Durchfluss des Prozessguts, insbesondere eines Pulvers. Wird das Prozessgut angeregt, bevor dieses der Vakuumkammer 802 zugeführt wird, führt der Druckgradient zu einem verbesserten Einströmverhalten in die Vakuumkammer 802. Außerdem werden Rückstände in Kavitäten angeregt, ihre Van-der-Waals Adhäsion an den Oberflächen zu verlassen, und komplexe Oberflächenstrukturen durch Agglomerierung werden entsprechend der gewählten Parameter der Anregung aufgebrochen, so dass anschließend vor der Rotationsbeschleunigung bereits Kontakt zur Kammeratmosphäre (dem Unterdruck im Kammerinneren) besteht, und sich die inhärenten Fluide, insbesondere Gase, dem Strömungsverhalten folgend, von dem festen Bestandteilen des Prozessguts lösen können.
• Wird das Prozessgut erwärmt, bevor dieses der Vakuumkammer 802 zugeführt wird, kann das Dehydratisieren verbessert werden. Eine Erwärmung des Rotors kann optional ebenso erfolgen, um das Prozessgut zu erwärmen.
• Generell kann verstanden werden, dass die Erwärmung des Prozessguts aufweist, die Temperatur des Prozessguts zu erhöhen. Die Temperatur des Prozessguts soll beispielsweise allerdings unterhalb einer Beständigkeits-Grenztemperatur sein oder bleiben. Die Beständigkeits-Grenztemperatur ist diejenige Temperatur, bei welcher sich die festen Bestandteile des Prozessguts chemisch und/oder physisch verändern, beispielsweise zerfallen und/oder den Aggregatszustand ändern.
• Um der Erwärmung des Prozessguts entgegenzuwirken, kann diesem beispielsweise mittels einer Kühlvorrichtung thermische Energie entzogen werden. Die Kühlvorrichtung kann beispielsweise eine Wasserkühlung aufweisen oder daraus gebildet sein.
• Die Beständigkeitsgrenz-Temperatur des Prozessguts kann beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 150°C bis ungefähr und 800°C sein. Dementsprechend können die Materialzuführvorrichtung 302 und/oder die Beschleunigungsvorrichtung 102 derart eingerichtet sein (z.B. ein Material aufweisend bzw. daraus gemacht sein), dass deren Beständigkeitsgrenz-Temperatur größer ist als Temperatur, auf welches das Prozessgut erwärmt wird.
• Um eine blockierende Pulverbrückenbildung zu vermeiden, kann die Hohlförderwelle mit Schraubengeometrie (auch als Außenschraube bezeichnet) auf einer Hülse drehbar gelagert sein. Die Hülse kann beispielsweise Teil der Absaugleitung 104 sein. Auch andere Bauformen sind möglich.
• Die Höhe des Abwurfspaltes zwischen Rotor und Kuppelwand 802w kann sich durch Anpassung einer Distanzbuchse bzw. der Geometrie des Rotors einstellen lassen.
• Eine Wasserkühlung der Antriebsvorrichtung (z.B. Motors) der Beschleunigungsvorrichtung kann bei geringerer Rotationsgeschwindigkeit indirekt über die Wasserkühlung des statischen direkt benachbarten Saugstutzens erfolgen, beispielsweise gemäß dessen Hitzestrahlungsbilanz.
• An der Diffusionspumpe kann optional ein Vorvakuum anliegen, indem eine oder mehr als eine Pumpe vor die Diffusionspumpe geschaltet ist, um das Vorvakuum zu erzeugen. Die eine oder mehr als eine Pumpe kann beispielsweise eine Wälzkolbenpumpe oder Ähnliches aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Prozessgut bereits in einem Vorvakuum in dem Vorratsbehälter eingeführt werden. Dazu kann der Vorratsbehälter beispielsweise vakuumdicht eingerichtet sein und in diesem das Vorvakuum erzeugt sein oder werden. Sollte das Prozessgut beispielsweise in einem vorevakuierten Vorratsbehälter segmentweise mittels eines Trichters in den Zuführkanal 2 eingebracht werden, kann eine Pulversäule im Trichter verbleiben, um das Kammerdruckniveau stabil zu halten.
• Optional kann der Zuführkanal 2 mehrteilig sein und als Teil einen oder mehr als einen Distanzring aufweisen. Der Distanzring erreicht einen einstellbaren Höhenunterschied zwischen dem Vorratsbehälter 1 und der Vakuumkammer 802. Beispielsweise kann eine einstellbare Höhe und damit einstellbarer Durchstoß an Partikeln über den Distanzring für die Lagerung der Achse bereitgestellt werden.
• Optional kann der Rotor eine Außenschraube aufweisen, welche an einer Rotationsscheibenhülse des Rotors befestigt ist. Dies hemmt die Pulverbrückenbildung.
• Optional kann eine passive Wasserkühlung der Antriebsvorrichtung (z.B. des Motors) mit einem Kühl-Anschluss der benachbarten Saugstutzenhülse gekoppelt sein.
• Optional kann die Heizvorrichtung 7 alternativ oder zusätzlich zu einem resistiven elektrothermischen Wandler eine Mikrowellenquelle aufweisen. Zwischen der Mikrowellenquelle und der Vakuumkammer 802 kann alternativ oder zusätzlich zu einem Hüllblech ein Werkstoff angeordnet sein oder werden, der weniger Strahlung reflektiert bzw. absorbiert als das Prozessgut.
• Der resistive elektrothermische Wandler kann beispielsweise eine Infrarotlichtquelle aufweisen oder daraus gebildet sein. Die Infrarotlichtquelle kann zum Beispiel ein beschichtetes Quarzglas oder Rotosil aufweisen oder daraus gebildet sein. Die Infrarotlichtquelle kann eingerichtet sein, Wärmestrahlung zu emittieren, und ein kratzfestes (d.h. hartes), druckbelastbares, chemisch und thermisch beständiges Material aufweisen oder daraus gebildet sein. Quarzglas oder Rotosil können eine Beständigkeitsgrenz-Temperatur von mehr als 600°C bis 950°C aufweisen und können optional mit Niro-Stahl kontaktiert werden.
• Optional kann die Absaugleitung 104 (z.B. der Saugstutzen) einen oder mehr als einen Sensor (Staubsensor) aufweisen, der eingerichtet ist, das Prozessgut zu erfassen, z.B. dessen Anwesenheit. Dies erreicht, dass der Fall eines ungeplanten Eindringens von Prozessgut in die Absaugleitung 104 ermittelt werden kann. Als Reaktion darauf kann ein Reinigungsmechanismus quer zur Diffusionspumpe aktiviert werden. Der Reinigungsmechanismus kann aufweisen, dass die Materialzuführvorrichtung 302 gestoppt wird, die Absaugleitung 104 mittels des eingangsseitigen Ventils abgedichtet wird, und dann „von innen quer“ gespült wird. Der Reinigungsmechanismus verhindert anschaulich, dass zu viel Prozessgut in das Pumpensystem 804 eindringt und beispielsweise das sich die Diffusionspumpe mit dem Prozessgut zusetzt bzw. ein häufiger Filterwechsel erforderlich ist.
• Die hierin bereitgestellt Vakuumschleuse 100 erlaubt eine kontinuierliche Einbringung von Pulvermaterialien in ein Hochvakuum, so dass wirtschaftliche Prozesse mit stabiler kontinuierlicher Prozessqualität an Pulver im Hochvakuum ermöglicht werden. Ferner wird eine Vorvereinzelung durch den mechanischen Impuls erreicht. Darüber begünstigt die gleichzeitige Erwärmung des Prozessguts dessen Ausgasung. In der Summe erreicht dies eine hocheffiziente Prozessmaterialbereitstellung. Die modular ausgeführte Vakuumschleuse 100 erhöht die Wirtschaftlichkeit, Austauschbarkeit sowie die Anpassbarkeit. Beispielsweise kann eine Reihenschaltung mehrerer Vakuumschleusen 100 für eine spezifische Qualität der Pulvervorbereitung oder eine Parallelschaltung mehrerer Vakuumschleusen 100 für unterbrechungsfreie Wartung des Moduls während der fortgesetzten Produktion der Gesamtanlage erfolgen.
• Nachfolgend werden einige Arbeitsbeispiele erläutert, welche sich auf exemplarische Kenngrößen der Vakuumschleuse 100 bzw. des Verfahrens 400 beziehen.
• Arbeitsbeispiel 1 betrifft die an der Absaugöffnung 104o anliegenden Saugleistung, welche Sicherheit gegen ein Einbrechen des Unterdruckniveaus in der Vakuumschleuse 100 bietet. Grundsätzlich kann die Saugleistung beliebig überdimensioniert werden, was allerdings unnötige Kosten verursachen kann. Im Folgenden wird die Saugleistung als zu optimierender Parameter behandelt. Die hierzu betrachteten Einflussgrößen sind in der folgenden anschaulichen Relation zusammengefasst. $$\begin{array}{l}\frac{Saugverm\ddot{o}gen}{Arbeitszeit}\cdot Sicherheitsfaktor\\ \ge Fluidfaktor\cdot Expansionsfaktor\cdot \frac{Durchfluss}{Arbeitszeit}\end{array}$$

  

  Es wird vereinfacht davon ausgegangen, dass das Evakuieren der Vakuumschleuse 100 mittels einer Hochvakuumpumpe 804 vom Typ der Diffusionspumpe 3 erfolgt. Da das Prozessgut (z.B. Pulver) im Kontakt mit atmosphärischer Luft gekommen sein kann, kann dieses mit Rückständen von Atmosphärengasen und Wasser belastet sein. Die Hochvakuumpumpe vom Typ der Diffusionspumpe ist besonders gut für diesen Fall geeignet, insbesondere um Wasser abzuscheiden, was für eine Hochvakuumpumpe vom Typ der Turbomolekularpumpe problematischer sein kann. An der Diffusionspumpe kann ein Vorvakuum anliegen und diese kann in einem Arbeitsbereich von 10^-3 mbar bis 10^-6 mbar für das Aufbauen eines Hochvakuums eingesetzt werden. Mittels der Vakuumschleuse 100 kann das Prozessgut auf einen Druck von 10^-6 mbar gebracht und dabei mitgeführte Fluide (Gase & Flüssigkeiten) von diesem abgeschieden werden, bevor dieses in die Prozessierkammer eingeschleust wird.
• Das Saugvermögen einer Diffusionspumpe kann in einem Bereich von ungefähr 3000 1/s (Liter pro Sekunde) bis ungefähr 50000 1/s sein, was ungefähr einem Bereich von ungefähr 3 m³/s (Kubikmeter pro Sekunde) bis ungefähr 50 m³/s entspricht. Im hier betrachteten Fall kann selbst eine kleine Diffusionspumpe mit geringeren Saugvermögen von lediglich 5000 1/s genutzt werden, wenn das einströmende Prozessgut bereits vorevakuiert wird, z.B. auf einen Druck im Arbeitsbereich der Diffusionspumpe, z.B. auf einen Druck von 10^-3 mbar oder weniger.
• An einem Arbeitstag mit drei Schichten je acht Stunden (entspricht 86400 Sekunden) vermag ein Saugvermögen von lediglich 5000 1/s ein Volumen von 432 000 000 Litern eines Fluids abzuführen. Der Transport von 10 Tonnen Prozessgut pro Tag (86400 Sekunden) durch die Vakuumschleuse 100 hindurch entspricht einem Durchsatz von $\frac{\Delta m_{Partikel}}{\Delta t}\approx {\dot{m}}_{Partikel}\approx \mathrm{115,75}\text{g}/\text{s}$

  

  (Gramm pro Sekunde) . Bei einer Dichte von ρ_Partikel = 2000 kg/m³ (Kilogramm pro Kubikmeter) ergibt das einen Volumenstrom von $${\dot{V}}_{Partikel}=\frac{{\dot{m}}_{Partikel}}{{\rho }_{Partikel}}\approx \mathrm{0,000057875}{\text{m}}^{\text{3}}/\text{s}$$

  
• Das Fluid, welches beim Evakuieren entzogen werden soll, stammt von jenem Material, dass zusammen mit dem Strom an Prozessgut (z.B. Pulvervolumen) als Kontamination in die Vakuumschleuse 100 eingebracht wird (zusammen auch als Gemisch bezeichnet). Der Druckgradient ergibt sich aus dem Anteil von Kontaminationsfluiden.
• Im Folgenden wird vereinfachend angenommen, dass der Materialstrom (d.h. pro Zeit zugeführte Menge des Gemischs), welcher der Vakuumschleuse 100 zugeführt wird, als Fluid einen Anteil flüssigen Wassers von 1/3 des Volumens des Materialstroms und als Feststoff einen Anteil festen Prozessguts von 2/3 des Volumens des Materialstroms aufweist. Allgemeiner gesprochen weist der zugeführte Materialstrom ein heterogenes Gemisch (auch als Fluid-Partikel-Gemisch bezeichnet) auf, dass das feste Prozessgut und ein oder mehr als ein Fluid aufweist. Das für Wasser Beschriebene kann in Analogie auch für ein anderes Fluid gelten.
• Arbeitsbeispiel 2 betrifft einen Volumenstromanteil des Fluids von 1/3, so dass sich der abzuführende Fluidstrom V̇_Fluid ergibt zu $$\frac{\Delta V_{Fluid}}{\Delta t}\approx {\dot{V}}_{Fluid}=\frac{1}{3}\cdot {\dot{V}}_{Partikel}\approx \mathrm{0,0000191}{\text{m}}^{\text{3}}/\text{s}.$$

  
• Wird vereinfachend davon ausgegangen, dass das Fluid aus flüssigem, noch nicht verdampften, Wasser gebildet ist, expandiert diese Kontamination aus der flüssigen Phase in die Gasphase und streckt dabei sein Volumen um einem Expansionsfaktor von etwa 1244,44. Das Volumen der Gasphase ${\dot{V}}_{Fluid}^{Gasphase}$

  

  ist dann $${\dot{V}}_{Fluid}^{Gasphase}\approx {\dot{V}}_{Fluid}\cdot \text{Expansionsfaktor}\approx \mathrm{0,02376}{\text{m}}^{\text{3}}/\text{s}\approx \mathrm{23,76}\text{l}/\text{s}.$$

  
• Hier sei angemerkt, dass dies eine konservative Abschätzung ist, da Wasser bei Raumtemperatur (20°C) bereits bei einem Unterdruckniveau von 23,39 mbar siedet. In der Anwendung können höhere Temperaturen auftreten, so dass der tatsächliche Siedepunkt für den Großteil des Wassers, welches mit der Oberfläche dem Kammervolumen zugewandt ist, bereits bei höheren Drücken durchlaufen wird, und in der Folge nur ein Bruchteil dieses Volumens der Gasphase über 23,76 1/s anfallen kann. Wird das Prozessgut also bei einem Vorvakuum von 10^-3 mbar in die Vakuumschleuse 100 eingebracht, kann das Wasser bereits in die Gasphase übergegangen und partiell abgeführt worden sein. Weist das Prozessgut Hohlräume und/oder Grenzflächen auf, können dort allerdings Rückstände des Wassers verbleiben.
• Arbeitsbeispiel 3 weist auf, dass das Prozessgut Feststoffpartikel aufweist, die komplett mit flüssigem Wasser benetzt sind. In dem Fall kann für die gesamte Oberfläche der Feststoffpartikel gelten, dass ein Hohlraum oder eine Grenzfläche, auf die von dem Vakuum separiert ist, zumindest teilweise noch flüssiges Wasser aufweisen kann. Ein Wassermolekül hat einen Radius von etwa r_H2O = 0,3 • 10^-9 m (Meter). Geht man davon aus, dass Wassermoleküle einseitig mit grob der Hälfte ihrer Oberfläche
  A_H2O = 2 · π · r_H2O ² ≈ 1,885 • 10^-18 m² auf der Oberfläche der betrachteten Feststoffpartikel anhängen, so haben auf einem Feststoffpartikel mit dem Radius r_partikel = 1 µm und der Oberfläche A_partikel =4 · π · 10^-12 m² damit eine Anzahl von $n_{H2O}=\frac{A_{Partikel}}{A_{H2O}}=\mathrm{6,6665}\cdot {10}^{-6}$

  

  Wassermoleküle Platz. Das Größenverhältnis zwischen Wassermolekül und Feststoffpartikel kann eine Annäherung der Kontaktfläche von Sphäre zu Ebene rechtfertigen, und eine weitere Annäherung kann dahingehend getroffen werden, dass die halbe Sphärenoberfläche des Wassermoleküls der Haftseitenoberfläche entspricht.
• Ein Wassermolekül hat, angenähert als Kugelsphäre, ein Volumen von V_H2O = 4/3 · π · r_H2O ³ ≈ 4/3 · π • 0,3 • 10^-27 m³. In dem Fall, dass Feststoffpartikel des Prozessguts komplett mit Wasser benetzt sind, würde sich ein Wasservolumen von 8,377 • 10^-21 m³ pro Feststoffpartikel ergeben. Bei einem Massenstrom von ṁ_Partikel ≈ 0,11575 kg/s bzw. einer Masse pro Feststoffpartikel von m_Partikel ≈ 8,3776 • 10^-15 kg werden n/s = m/m ≈ 1,38166 • 10^-13 Feststoffpartikel pro Sekunde in die Vakuumschleuse 100 eingebracht.
• Es ergibt sich ein daraus resultierender Wasservolumenstrom von 8,377 • 10^-27 m³ • 1,38166 • 10¹³ s^-1 ≈ 0,11574 • 10^-6 m³/s ≈ 0,0001154 1/s, der in die Vakuumschleuse 100 eingebracht wird. Diese konservative Abschätzung liegt 5 Größenordnungen unterhalb der obigen Abschätzung. In der Realität kann daher erwartet werden, dass der Anteil von unzureichend zugänglicher Oberfläche der Feststoffpartikel mit Bedingungen, die Wasserabscheidung erlauben, nur im einstelligen Prozentbereich liegt, so dass die tatsächlich anfallende Wassermenge noch einmal um zwei Größenordnungen geringer ausfallen müsste und eher im Bereich von 1 µl/s (Mikroliter pro Sekunde) liegen kann.
• Aus den obigen Arbeitsbeispielen wird ersichtlich, dass nur Bruchteile eines Liters pro Sekunde an Wasser abgeführt werden. Das Saugvermögen (auch als Saugleistung bezeichnet) einer Diffusionspumpe liegt damit neun bis zehn Größenordnungen über dem anfallenden Wasservolumenstrom. Damit kann beispielsweise eine Diffusionspumpe ausreichend Saugleistung für die Verarbeitung von 10 Tonnen Prozessgut pro Tag bereitstellen.
• Arbeitsbeispiel 4 betrifft die Trennsicherheit, d.h. die Sicherheit gegen den Verlust von Feststoffpartikeln aufgrund des Evakuierens. Im Folgenden wird die Kraft F_Einzug, die aufgrund des Druckgefälles beim Evakuieren auf das Prozessgut wirkt, als zu minimierender Parameter behandelt. Die hierzu betrachteten Einflussgrößen sind in der folgenden anschaulichen Relation zusammengefasst. $$\frac{Druckgef\ddot{a}lle}{Partikeloberfl\ddot{a}che}\cdot F_{Einzug}\cdot Sicherheitsfaktor\le F_{Gravitation}+F_{Tr\ddot{a}gheit}$$

  

  Um zu erreichen, dass die Feststoffpartikel nicht wie das abzuführende Fluid (bzw. dessen Gasphase) von der Absaugöffnung 104o aufgenommen werden (auch als „abgesaugt werden“ bezeichnet), wird auf die Feststoffpartikel eine Trägheitskraft F_Trägheit vermittelt, so dass diese von dem Fluid separiert werden. Als obere Grenze kann die Druckkraft auf die kleinsten Feststoffpartikel mit der größten Oberfläche pro Trägheit betrachtet werden. Sollten diese Feststoffpartikel (auch als Feinpartikel bezeichnet) ihre Bewegungsbahn (auch als Trajektorie bezeichnet) durch die Druckkraft verändern, sollte ihre resultierende Gesamtbewegung in der gewünschten Vorschubrichtung verbleiben. Werden die Feststoffpartikel unzureichend räumlich von dem Fluid separiert, kann zumindest ein Teil der Feststoffpartikel in die Absaugöffnung 104o gelangen und abgesaugt werden (auch als Verlust bezeichnet).
• Einflussgrößen auf die Trennsicherheit weisen auf:
• - das indifferente Druckgefälle des nicht separierten Fluid-Partikel-Gemisches;
• - die Partikeloberfläche; und
• - die Trägheitskraft.
• Das indifferente Druckgefälle eines nicht separierten Fluid-Partikel-Gemisches hängt davon ab:
• - wieviel Raumvolumen pro Zeiteinheit auf gewissem Unterdruckniveau gehalten werden soll,
• - wieviel Raumvolumen pro Zeiteinheit auf gewissem Unterdruckniveau gehalten werden soll,
• - wie hoch die Druckdifferenz sein soll, die pro Zeiteinheit erreicht werden soll,
• - ob in jedem Falle ein genügend vorevakuierter Zustand angenommen werden kann,
• - wieviel Prozessgut und wieviel Fluid pro Zeiteinheit eingebracht werden,
• - wie hoch der Gasanteil ist, der Auftrieb hinter den Feinpartikeln erzeugen kann,
• - wie groß die Distanz zur Absaugöffnung 104o ist, da sich das Druckgefälle räumlich verteilt.
• Die Partikeloberfläche hängt davon ab, wie dicht bzw. wie groß die kleinste Fraktion der Feststoffpartikel (vereinfacht auch als Partikel bezeichnet) ist.
• Die Trägheitskraft hängt davon ab:
• - wieviel Masse die kleinsten Feststoffpartikel aufweisen,
• - auf welche Geschwindigkeit diese Feststoffpartikel beschleunigt (und z.B. abgeworfen) werden können,
• - mit welcher Reibung über die Bewegungsbahnlinie diese Bewegung gebremst wird.
• Arbeitsbeispiel 5 betrifft das Abheben der Feststoffpartikel bei Pumpenanlauf (auch als Starten der Pumpe bezeichnet). Es wird von einem Volumen des Kammerinneren 851 (auch als Schleusenvolumen bezeichnet) von 1 m³ ausgegangen. Eine Reduktion verringert das Volumen an abzupumpenden Molekülen im ungünstigsten Fall. Der Arbeitsdruck der Diffusionspumpe beginnt bei 10^-3 mbar, der geforderte Arbeitsatmosphärendruck liegt bei 10^-6 mbar. Demzufolge wird die Druckdifferenz von 10³ bar = 1 bar = 10^-5 N/m² (Newton pro Quadratmeter) abgeführt. Das Evakuieren auf den Arbeitsatmosphärendruck soll beispielsweise innerhalb eines geforderten Zeitraumes erfolgen, der hier exemplarische Δt = 100 Sekunden beträgt. Bei dieser Druckdifferenz von 10³ bar ist die Differenz der Anzahl der Moleküle ebenfalls 10³ cm^-3 (pro Kubikzentimeter) über 100 Sekunden. Die zu erzeugende Druckdifferenz pro Sekunde ist damit $$\frac{\Delta p}{\Delta t}=\frac{{10}^3}{c{m}^3}\cdot \frac{1}{100s}={10}^3\frac{\text{N}}{s\cdot m^2}$$

  
• Auf das Gesamtvolumen 1 m³ werden damit 10⁹ Moleküle abgesaugt.
• Es wird die Kinematik eines Feststoffpartikels betrachtet, dass besonders leicht eingesaugt werden kann. Das exemplarische Feststoffpartikel hat einen Radius r_Partikel = 1 µm und eine Dichte von ρ_Partikel = 2000 kg/m³, und eine Oberfläche der Kugel mit dem Radius r_partikel, d.h. dass $A_{Partikel}=4\cdot \mathrm{\pi }\cdot r_{Partikel}^2=4\cdot \mathrm{\pi }\cdot {10}^{-12}{\text{m}}^{\text{2}}$

  

  ist. Das Volumen pro Feststoffpartikel ist dann
  V_partikel = 4/3 · π · r_Partikel ³ = 4/3 • π • 10^-18 m³. Die Masse pro Feststoffpartikel ist dann von m_Partikel = V_Partikel ρ_Partikel ≈ 8,3776 • 10^-15 kg.
• Es ergibt sich eine (Absaug-)Druckkraft zu: $F_{\text{Einzug}}\left(\text{pro Sekunde}\right)=\frac{\Delta p}{\Delta t}\cdot A_{Partikel}=4\cdot \mathrm{\pi }\cdot {10}^{-9}\text{N}/\text{s}.$

  

  Das entspricht etwa F_Einzug ≈ 1,26 • 10^-8 N für die volle Kugeloberfläche. Die Gravitationskraft F_Gravitation ergibt sich zu: F_Gravitation = g ̇· m_Partikel ≈ 8,22 • 10^-14 N ≈ 8,2 2 • 10^-8 µN (Mikronewton).
• Zusätzlich ergibt sich aus der Radialbeschleunigung eine Trägheitskraft, die der Absaugung entgegenwirkt. Die Abwurfkraft ergibt sich zu: $$F_{\text{Tr}\ddot{\text{a}}\text{gheitswurf}}=m_{Partikel}\cdot a_{Wurf};$$

  

  und $$v_{\text{Tr}\ddot{\text{a}}\text{gheitswurf}}=r_{Wurfteller}\cdot 2\mathrm{\pi }/\text{T}.$$

  
• Für 1/T = 3 U/s (Umdrehungen pro Sekunde) und r_Wurfteller= 0,3 m ergibt sich v_{Trägheitswurf} = 5, 65 m/s.
• Bei einer Einleitungsgeschwindigkeit von v_Ein = 0,65 m/s wird über r_partikel eine zusätzliche Geschwindigkeit von Δv_Rotation = 5 m/s erreicht. Näherungsweise ist das Prozessgut eine halbe Sekunde auf dem Abwurfteller, bei a_Wurf ≈ 10 m/s², was zu Folgendem führt: $$F_{\text{Tr}\ddot{\text{a}}\text{gheit}}{}_{\text{swurf}}\approx \mathrm{0,83776}\cdot {10}^{-14}\text{N};$$

  

  $$F_{Gravitation}+F_{Tr\ddot{a}gheit}\approx \mathrm{1,66}\cdot {10}^{-13}\text{N};$$

  

  und $$F_{\text{Einzug}}\approx \mathrm{1,26}\cdot {10}^{-8}\text{N}.$$

  
• Daraus ergibt sich, dass die Wurfträgheit aus der Rotationsscheibe und die Gravitation unzureichend wären, dem Anfahren der Pumpe entgegenzuwirken, um ein Abheben der Feststoffpartikel zu verhindern, sofern der Raumgradient außen vorgelassen wird.
• Arbeitsbeispiel 5 weist auf, dass die Beschleunigungsvorrichtung 102 alternativ zu dem Wurfteller eine Trommel aufweist.
• Damit lässt sich der Radius erhöhen, r_{Wurfteller/Trommel} = 0,5 m, und die stabilere Lagerung ermöglicht eine höher Drehfrequenz. Die Drehfrequenz kann bis zu 1/T = 26,6 U/s sein, was zum Beispiel bei Waschmaschinentrommeln üblich ist. $$v_{\text{Tr}\ddot{\text{a}}\text{gheit}}{}_{\text{swurf}}=r_{Wurfteller}\cdot 2\mathrm{\pi }/\text{T}\approx \mathrm{83,776}\text{m}/\text{s}$$

  

  Näherungsweise ist das Prozessgut eine halbe Sekunde auf dem Abwurf teller, a_Wurf ≈ 167,5 m/s², was zu folgendem führt: $$F_{\text{Tr}\ddot{\text{a}}\text{gheit}}{}_{\text{swurf}}\approx \mathrm{1,4037}\cdot {10}^{-12}\text{N}.$$

  

  Arbeitsbeispiel 5 zeigt, dass eine nicht vorevakuierte Vakuumkammer 802 nicht eindeutig sein kann, da das Prozessgut seine Flugbahn verändert, so dass die Fallentscheidung „Absaugung“ und „Nicht-Absaugung“ in diesem Szenario einzig von der Bahnlinie und den Aspektverhältnissen abhängt, sofern man den räumlichen Druckgradienten vernachlässigt. Aufgrund der Größenunterschiede der obigen Kräfte wäre beispielsweise ein komplettes Abheben und Einsaugen des Prozessguts möglich. Dies ändert sich, wenn die Vakuumkammer 802 bereits vorevakuiert ist, wenn in diese das Prozessgut eingebracht wird.
• Arbeitsbeispiel 6 betrifft das Abheben der Feststoffpartikel im vorevakuierten Zustand des Kammerinneren 851. Die Druckdifferenz des Kammerinneren ist im stationären Zustand gering, aber das eintretende Volumen weist weiterhin lediglich einen Vordruck von 10^-3 mbar auf. Es werden daher $$\frac{{10}^3}{c{m}^3}\cdot \frac{\mathrm{19,1}c{m}^3}{s}$$

  

  Moleküle abgesaugt. Auf das gesamte Kammervolumen ergibt sich eine Druckdifferenz pro Sekunde von $\frac{\Delta p}{s}=\mathrm{19,1}\cdot {10}^3$

  

  mbar/s = 0,019 mbar/s. Es wird die Kinematik eines Feststoffpartikels betrachtet, dass besonders leicht eingesaugt werden kann. Das exemplarische Feststoffpartikel hat einen Radius r_partikel = 1 µm und eine Dichte von ρ_Partikel = 2000 kg/m³, und eine Oberfläche der Kugel mit dem Radius r_partikel, d.h. dass $A_{Partikel}=4\cdot \mathrm{\pi }\cdot r_{Partikel}^2=4\cdot \mathrm{\pi }\cdot {10}^{-12}{\text{m}}^2$

  

  ist. Das Volumen pro Feststoffpartikel ist dann
  V_partikel = 4/3 • π • r_Partikel ³ = 4/3 • π • 10^-18 m³. Die Masse pro Feststoffpartikel ist dann von m_Partikel = V_Partikel • ρ_Partikel
  ≈ 8,3776 • 10^-15 kg. Die Druckdifferenz entspricht 1,9 N/m².
• Es ergibt sich eine (Absaug-)Druckkraft zu: $F_{\text{Einzug}}\left(\text{pro Sekunde}\right)=\frac{\Delta p}{\Delta t}\cdot A_{Partikel}=\mathrm{1,9}\frac{N}{s\cdot {\text{m}}^{\text{2}}}\cdot 4\cdot \mathrm{\pi }\cdot {10}^{-12}{\text{m}}^{\text{2}}.$

  

  Das entspricht etwa F_Einzug ≈ 2,39 • 10^-11 N für die volle Kugeloberfläche. Im Verhältnis zum Trommel-Trägheitswurf ist das Verhältnis grenzwertig: $$F_{\text{Tr}\ddot{\text{a}}\text{gheit}}{}_{\text{swurf}}=m_{Partikel}\cdot a_{Wurf}\approx \mathrm{1,4037}\cdot {10}^{-12}\text{kg}.$$

  
• Eine Abscheidung von solchen Feststoffpartikel ist in dieser Größenordnung möglich, aber aufwendig und stößt an Optimierungs- und Auslegungsgrenzen. Das hier angegebene rechnerische Arbeitsbeispiel deutet an, dass eine solches Feinpartikel-Fluid-Gemisch komplett in die Absaugöffnung 104o geraten könnte, insofern es sich direkt davor befindet und nicht getrennt ist. Die räumliche Trennung nach Stoffen und eine geometrische Distanz zur Absaugöffnung 104o als Ansaugpunkt ist somit förderlich.
• Arbeitsbeispiel 7 weist auf, dass der Rotationswurf das Feinpartikel-Fluid-Gemisch durch Trägheitsdifferenzen trennt und Feststoffpartikel vom Ansaugpunkt distanziert.
• In der Vakuumkammer wird aus diesem Grund das eingebrachte Material durch Trägheit nach spezifischer Masse getrennt, so dass die Abstände der Feststoffpartikel zur Absaugöffnung 104o maximiert wird, und der Abstand des Fluids zur Absaugöffnung 104o minimiert wird. In der Folge werden hier beide Massen unterschiedlich vom Druckgradienten erfasst und das Fluid mittels der Absaugöffnung 104o abgeführt, während sich die Feststoffpartikel am Boden der Vakuumkammer 802 sammeln und mittels der Ausgangsöffnung 802o abgeführt werden können.
• Ein Auftriebseffekt der Feststoffpartikel durch das angesaugte Fluid, welches sich in Strömungsrichtung hinter den Feststoffpartikeln befindet, kann fast vollständig gehemmt werden, wenn sich das Fluid in Saugrichtung vor den Feststoffpartikeln befinden. Das Arbeitsbeispiel deutet weiterhin an, dass bereits bei einer räumlich indifferenten Betrachtung des exponentiell gradierten Druckes nahezu ein Gleichgewicht erreicht werden kann. Daher wird der räumliche Abstand und die stoffliche Trennung dazu führen, dass die Feststoffpartikel nicht oder kaum eingesaugt werden, da der wirksame Druckgradient hier viel niedriger ist. Betrachtet wird die erweiterte Bernoulli-Gleichung für eine Strömung entlang einer Bahnlinie s, die lautet: $$\frac{v_{s1}^2}{2}+\frac{p_{s1}}{\rho }+g{h}_{s1}=\frac{v_{s2}^2}{2}+\frac{p_{s2}}{\rho }+g{h}_{s2}+\frac{\partial v_s}{\partial t}{\displaystyle {\int }_{s1}^{s2}\frac{A_s}{A\left(s\right)}\partial s}+\frac{\mathrm{\Delta }{p}_{s1-s2}}{\rho }$$

  

  Daran wird ersichtlich, dass der Saugdruck graduell über die Distanz δs im Raum und über die Aspektverhältnis A_s/A(s) wirksam wird, also tatsächlich im hier bezeichneten Ort s1 ein vielfach geringerer Druck und damit verbunden, eine vielfach geringere Saugkraft auf das Prozessgut wirksam wird. Damit findet in jedem Falle der konstruktiven Auslegung im Punkt 1 an der Außenwand der Vakuumkammer kein Abheben der plattenförmig statt, wenn die Distanz ausreichend dimensioniert ist.
• Selbst im Falle eines beginnenden Abhebens der kleinsten Feststoffpartikel, das heißt im Übergangsbereich, kann die resultierende Feinpartikelbewegungsbahn eine Trennung erlauben, da sie immer noch auf den Boden der Vakuumkammer führt. Um diesen Übergangsbereich mit effektiver Trennung zu erweitern, können konstruktive Maßnahmen (z.B. eine Prallwand aufweisend) am Kammerboden vorgenommen werden, welche die gerade abhebenden Feststoffpartikel wieder auf die Bahn nach unten ablenken. In diesem Falle ist es erforderlich, dass die Abhebungsbeschleunigung nicht ausreicht, um die Feststoffpartikel von definierter Höhe in einem Winkel über dieses Blech zu befördern. Dies bedeutet, dass sich weiterer Spielraum zur Auslegung für dieses Funktionsprinzip ergibt, selbst wenn die Trägheitskräfte etwas geringer als die Anziehungskräfte sind.
• Für die konstruktive Auslegung je nach technologischen und ökonomischen Anforderungen kann eine Fluiddynamische numerische Simulation (Zum Beispiel in ANSYS oder CFD) durchgeführt werden, um exakte Geometrien abzuleiten.
• Das Prozessgut (z.B. Schüttgut), bzw. ein Gemisch aus feinem Pulver und Fluid, insbesondere gasförmigem Fluid, kann mittels der hierin beschriebenen Vakuumschleuse im Unterdruckgebiet, insbesondere Hochvakuum, getrennt werden und damit schnell und wirtschaftlich für anschließende Veredlungsprozesse in entsprechenden Umgebungsbedingungen bereitgestellt werden.
• 5 veranschaulicht eine Vakuumschleuse 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 500 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht. Wie dargestellt, muss die Absaugöffnung 104o, an welcher die Absaugleitung 104 in die Vakuumkammer 802 mündet, nicht notwendigerweise der Ausgangsöffnung 802o zugewandt sein, sondern kann auch der Eingangsöffnung 802i zugewandt sein.
• Die Absaugleitung 104 (z.B. Saugstutzen) kann beispielsweise zentrisch von unten oder oben in die Vakuumkammer führen. Dies erreicht, dass die Absaugleitung 104 nicht in der geleiteten Wurfbahn des Prozessguts liegt.
• Selbstverständlich kann die Absaugleitung 104 auch seitlich verlaufen, z.B. durch die Außenwand 802s und/oder die Kuppelwand 802w hindurch verlaufend. Dies kann kompensiert werden, indem der Strom des Prozessguts (z.B. Pulverpartikelstrom) mittels einer Formgebung der Innenfläche um die Absaugleitung 104 herum geleitet wird, was jedoch auf Kosten der Geschwindigkeit des Prozessguts gehen kann. Dies kann die Effizienz des zu Grunde liegenden Trennmechanismus, beispielsweise direkt die Zentrifugalkraft dem Druckgradienten entgegenzusetzen, zuwider laufen. Die Ausgangsöffnung 802o kann einen maximalen Abstand zur geleiteten Flugbahn des Prozessguts aufweisen, bei gleichzeitig minimaler Fluidbeschleunigung durch die Absaugung bei Erreichen des Vakuumniveaus.
• 6 veranschaulicht eine Vakuumschleuse 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 600 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht. Wie dargestellt kann die Absaugleitung 104 zur Absaugöffnung 104o aufgeweitet sein (anschaulich einen Trichter bildend). Dies erreicht, dass der Querschnitt beim Entziehen von Gas möglichst groß ist, so dass die Strömungsgeschwindigkeit möglichst niedrig ist.
• Dies erlaubt, kontinuierlich mit geringer Strömungsgeschwindigkeit abzupumpen. Dadurch sinkt der Fluid-Fluid-Stoßimpuls des Fluids auf die Feststoffpartikel, weshalb diese weniger in ihrer geleiteten Bahn am Mantel gestört werden. Um eine geringe Absauggeschwindigkeit bei genügend hohem Absaugvolumen zu erreichen, kann eine große, maximale Strömungsquerschnittsfläche verwendet werden.
• Der kritische Strömungsquerschnitt ist damit jener der Absaugöffnung 104o (auch als Saugstutzeneingang bezeichnet).
• Richtung Kammermitte kann der Querschnitt der Absaugleitung 104 (z.B. Saugstutzendurchmesser) zunehmen, z.B. ohne eine abrupte Änderung bzw. stetig, und an der Absaugöffnung 104o ohne eine abrupte Änderung bzw. stetig.
• 7 veranschaulicht eine Vakuumschleuse 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 700 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
• Die Vakuumschleuse 100 weist die Vakuumkammer 802 auf, welche von der der Eingangsöffnung 802i entlang einer Achse (entlang Richtung 105 verlaufend) bis zur Ausgangsöffnung 802o von einem Hohlraum durchdrungen ist, wobei der Hohlraum das Kammerinnere 851 aufweist. Das Kammerinnere 851 kann umseitig von der Innenfläche 702w der Kuppelwand 802w begrenzt sein.
• Die Beschleunigungsvorrichtung 102 kann eingerichtet sein, einen Impuls bezüglich der Achse auf in dem Hohlraum aufgenommene Feststoffpartikel zu übertragen derart, dass diese entlang der Innenfläche 702w auf einen die Achse umlaufenden Bewegungspfad 301 geführt und von einer dadurch bewirkten Zentrifugalkraft gegen die Kanalinnenfläche 702w gepresst werden. Die Innenfläche 702w der Kuppelwand 802w kann beispielsweise bezüglich der Achse drehsymmetrisch sein.
• Die Beschleunigungsvorrichtung 102 kann beispielsweise eingerichtet sein, eine Beschleunigungskraft auf die Feststoffpartikel zu übertragen, welche größer ist als eine auf die Feststoffpartikel wirkende Gewichtskraft, wobei die Beschleunigungskraft mit der Gewichtskraft einen Winkel einschließt. Beispielsweise kann die Beschleunigungsvorrichtung 102 den um die Achse (z.B. die z-Achse) herum drehbar gelagerten Rotor aufweisen zum Beschleunigen der Feststoffpartikel mittels einer Drehbewegung des Rotors.
• 8 veranschaulicht die Beschleunigungsvorrichtung 102 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 800 in einer schematischen Draufsicht entlang Richtung 105.
• Der Rotor 8 kann beispielsweise mittels einer Hohlwelle 111 (z.B. ein Abschnitt der Absaugleitung) drehbar gelagert und/oder mittels der Antriebsvorrichtung angetrieben sein oder werden. Die Innenfläche 704w kann der Beschleunigungsvorrichtung 102 zugewandt sein. Eine Drehzahl dz des Rotors 8 (z.B. eines Drehtellers 8) kann im Betrieb der Beschleunigungsvorrichtung 102 in einem Bereich sein von ungefähr 10 U/s (Umdrehungen pro Sekunde) bis ungefähr 100 U/s. Die Drehzahl kann zu der Winkelgeschwindigkeit ω korrespondieren mit ω = 2π • d_z.
• Die mittels der Eingangsöffnung 802i aufgenommenen Feststoffpartikel können auf den sich drehenden Rotor 8 fallen, der diese mitnimmt und die Feststoffpartikel in eine entsprechende Umkreisungsbewegung versetzt, so dass diese bezüglich der Drehachse (z.B. die z-Achse) des Rotors 8 einen Drehimpuls aufnehmen. Der pro Feststoffpartikel mit der Masse m_Partikel aufgenommene Drehimpuls L kann dementsprechend L = m_Partikel • r_R ² • ω sein, wenn r_R der Radius des Rotors 8 ist.
• Je größer der Durchmesser und/oder die Drehzahl des Rotors 8 ist, desto mehr kinetische Energie E = M_Partikel *V₀ ² bzw. Drehimpuls L kann auf die Feststoffpartikel übertragen werden (d.h. diese werden beschleunigt). Erreichen die Feststoffpartikel den Rand des Rotors 8, bewegen diese sich mit der bis dahin erreichten Geschwindigkeit in einer bezüglich der Drehbewegung tangentialen Richtung von dem Rotor weg (auch als Flugbewegung oder Flugphase bezeichnet).
• Das Umlenken der Trajektorie der Feststoffpartikel mittels der Innenfläche 704w kann aufweisen, eine Kraft F_U (auch als Umlenkkraft oder Zwangskraft bezeichnet) auf die Partikel (z.B. auf jedes der Partikel) zu übertragen, die größer ist als eine auf diese wirkende Gewichtskraft F_G. Mit anderen Worten ist die beim Umlenken auf die Partikel übertragene Beschleunigung a_u (wobei a_U•m_P = F_P ist) größer sein als die Erdbeschleunigung g. Beispielsweise ist g•n ≤ au und/oder
  a_U ≤ a_P bzw. F_G•n ≤ F_U und/oder F_U ≤ F_P, wobei beispielsweise n>1, oder n>2, oder n>3, oder n>5, oder n>10, oder n>20, oder n>50 ist.
• Beispielsweise kann die Kanalinnenfläche 704w konkav gekrümmt sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Kanalinnenfläche 704w konkav gewinkelt (auch als facettiert bezeichnet) sein, z.B. indem diese eine Vielzahl zueinander im Winkel verlaufender Flächenabschnitte (auch als Facetten bezeichnet) aufweist, wobei beispielsweise jeder der Flächenabschnitte optional planar sein kann.
• Eine einfache Abschätzung der Beschleunigung ist die Tangentialgeschwindigkeit v_t der Partikel (auch Partikelgeschwindigkeit als bezeichnet) am Rand des Rotors 8.
• Dort bewirkt die Winkelgeschwindigkeit ω des Rotors 8 mit dem Radius r_R eine Tangentialgeschwindigkeit von v_t = ω•r_s, so dass dort der Drehimpuls L = m_Partikel • r_R•v_t ist. Für eine Tangentialgeschwindigkeit von v_t = 15 m/s (Meter pro Sekunde) bei einem Rotordurchmesser von d_S = 2•r_R = 40 cm wird eine Winkelgeschwindigkeit von ω = v_t/r_R = 75 /s erreicht, was ungefähr 700 U/min (Umdrehungen pro Minute) entspricht.
• 9 veranschaulicht eine Vakuumanordnung 900 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, welche ein Vakuumschleuse 100 und eine Prozessierkammer 702 aufweist, wobei die Ausgangsöffnung 802o der Vakuumschleuse 100 gasleitend mit der Prozessierkammer 702 verbunden ist. Die Vakuumanordnung 900 kann ferner eine Beschichtungsvorrichtung 704 aufweisen, welche eingerichtet ist, mittels der Vakuumschleuse der Prozessierkammer zugeführte Feststoffpartikel zu beschichten oder ein Substrat mittels der Feststoffpartikel zu beschichten.
• Die Beschichtungsvorrichtung kann beispielsweise eingerichtet sein, eine chemische Gasphasenabscheidung durchzuführen und/oder eine physikalische Gasphasenabscheidung durchzuführen.
• Im Folgenden werden verschiedene Beispiele beschrieben, die sich auf vorangehend Beschriebene und in den Figuren Dargestellte beziehen.
• Beispiel 1 ist eine Vakuumschleuse, aufweisend: eine Vakuumkammer, welche eine Eingangsöffnung und gegenüberliegend dazu eine Ausgangsöffnung aufweist, wobei die Eingangsöffnung von einer kuppelförmigen Kammerwand der Vakuumkammer umgeben ist; eine Beschleunigungsvorrichtung, welche eingerichtet ist, der Eingangsöffnung zugeführtes Material in Richtung zu der Kammerwand zu beschleunigen; eine Absaugleitung, welche sich von außerhalb der Vakuumkammer in die Vakuumkammer hinein erstreckt und eine Absaugöffnung aufweist (mit welcher die Absaugleitung beispielsweise in die Vakuumkammer mündet); wobei die Absaugöffnung innerhalb der Vakuumkammer (z.B. in einem Abstand von deren Kammergehäuse) zwischen der Eingangsöffnung und der Ausgangsöffnung angeordnet ist.
• Beispiel 2 ist die Vakuumschleuse gemäß Beispiel 1, wobei die Vakuumkammer einen Rotationskörper aufweist, welcher die kuppelförmige Kammerwand bereitstellt.
• Beispiel 3 ist die Vakuumschleuse gemäß Beispiel 1 oder 2, wobei die Absaugöffnung innerhalb der Vakuumkammer zwischen der Beschleunigungsvorrichtung und der Ausgangsöffnung angeordnet ist.
• Beispiel 4 ist die Vakuumschleuse gemäß einem der Beispiele 1 bis 3, wobei die Absaugöffnung einen ersten Abstand von der kuppelförmigen Kammerwand aufweist und einen zweiten Abstand von der Beschleunigungsvorrichtung aufweist, wobei der zweite Abstand größer ist als die Hälfte des ersten Abstandes und/oder kleiner ist als das Doppelte des ersten Abstandes.
• Beispiel 5 ist die Vakuumschleuse gemäß einem der Beispiele 1 bis 4, wobei die Absaugöffnung der Ausgangsöffnung zugewandt ist.
• Beispiel 6 ist die Vakuumschleuse gemäß einem der Beispiele 1 bis 5, wobei die Absaugleitung durch die Ausgangsöffnung oder durch die Eingangsöffnung hindurch erstreckt ist.
• Beispiel 7 ist die Vakuumschleuse gemäß einem der Beispiele 1 bis 6, wobei die Absaugleitung einen Innenquerschnitt aufweist, welcher sich in Richtung zu der Eingangsöffnung hin vergrößert.
• Beispiel 8 ist die Vakuumschleuse gemäß einem der Beispiele 1 bis 7, wobei sich die Absaugleitung in Richtung von der Absaugöffnung weg und/oder in Richtung zu der Eingangsöffnung hin verengt.
• Beispiel 9 ist die Vakuumschleuse gemäß einem der Beispiele 1 bis 8, wobei die Absaugleitung einen Trichter aufweist, welcher die Eingangsöffnung bereitstellt.
• Beispiel 10 ist die Vakuumschleuse gemäß einem der Beispiele 1 bis 9, wobei die Beschleunigungsvorrichtung eine Rotationsschleuder aufweist, wobei die Rotationsschleuder beispielsweise einen drehbar gelagerten Rotor aufweist.
• Beispiel 11 ist die Vakuumschleuse gemäß Beispiel 10, ferner aufweisend: eine Antriebsvorrichtung, die eingerichtet ist, der Rotationsschleuder (z.B. deren Rotor) ein Drehmoment zuzuführen.
• Beispiel 12 ist die Vakuumschleuse gemäß einem der Beispiele 1 bis 11, ferner aufweisend: eine Materialzuführvorrichtung, welche eingerichtet ist, Material aus einem Behälter der Eingangsöffnung zuzuführen.
• Beispiel 13 ist die Vakuumschleuse gemäß Beispiel 12, wobei die Materialzuführvorrichtung einen Zuführkanal aufweist, welcher gekrümmt verläuft und/oder einen Abschnitt der Absaugleitung umgibt.
• Beispiel 14 ist die Vakuumschleuse gemäß einem der Beispiele 1 bis 13, ferner aufweisend: eine Vakuumpumpe, welche mittels der Absaugleitung mit dem Inneren der Vakuumkammer verbunden ist.
• Beispiel 15 ist eine Vakuumanordnung, aufweisend: eine Prozessierkammer, eine Vakuumschleuse gemäß einem der Beispiele 1 bis 14, deren Ausgangsöffnung gasleitend mit der Prozessierkammer verbunden ist.
• Beispiel 16 ist die Vakuumanordnung gemäß Beispiel 15, ferner aufweisend: eine Beschichtungsvorrichtung, welche eingerichtet ist, mittels der Vakuumschleuse der Prozessierkammer zugeführte Partikel zu beschichten.

Claims (15)

1. Vakuumschleuse (100), aufweisend: • eine Vakuumkammer (802), welche eine Eingangsöffnung (802i) und gegenüberliegend dazu eine Ausgangsöffnung (802o) aufweist, wobei die Eingangsöffnung (802i) von einer kuppelförmigen Kammerwand der Vakuumkammer (802) umgeben ist; • eine Beschleunigungsvorrichtung (102), welche eingerichtet ist, der Eingangsöffnung (802i) zugeführtes Material in Richtung zu der Kammerwand zu beschleunigen; • eine Absaugleitung (104), welche sich von außerhalb der Vakuumkammer (802) in die Vakuumkammer (802) hinein erstreckt und eine Absaugöffnung (104o) aufweist; • wobei die Absaugöffnung (104o) innerhalb der Vakuumkammer (802) zwischen der Eingangsöffnung (802i) und der Ausgangsöffnung (802o) angeordnet ist.
2. Vakuumschleuse (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Vakuumkammer (802) einen Rotationskörper aufweist, welcher die kuppelförmige Kammerwand bereitstellt.
3. Vakuumschleuse (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Absaugöffnung (104o) innerhalb der Vakuumkammer (802) zwischen der Beschleunigungsvorrichtung (102) und der Ausgangsöffnung (802o) angeordnet ist.
4. Vakuumschleuse (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Absaugöffnung (104o) einen ersten Abstand von der kuppelförmigen Kammerwand aufweist und einen zweiten Abstand von der Beschleunigungsvorrichtung (102) aufweist, wobei der zweite Abstand größer ist als die Hälfte des ersten Abstandes und/oder kleiner ist als das Doppelte des ersten Abstandes.
5. Vakuumschleuse (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Absaugöffnung (104o) der Ausgangsöffnung (802o) zugewandt ist.
6. Vakuumschleuse (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Absaugleitung (104) durch die Ausgangsöffnung (802o) oder durch die Eingangsöffnung (802i) hindurch erstreckt ist.
7. Vakuumschleuse (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei sich die Absaugleitung (104) in Richtung von der Absaugöffnung (104o) weg verengt.
8. Vakuumschleuse (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Beschleunigungsvorrichtung (102) eine Rotationsschleuder aufweist.
9. Vakuumschleuse (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend: • eine Heizvorrichtung, welche eingerichtet ist, der Eingangsöffnung zugeführtes Material zu erwärmen.
10. Vakuumschleuse (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner aufweisend: • einen Behälter; und • eine Materialzuführvorrichtung, welche eingerichtet ist, der Eingangsöffnung ein Schüttgut aus dem Behälter (1) zuzuführen.
11. Vakuumschleuse (100) gemäß Anspruch 10, wobei der Behälter ein Unterdruckbehälter ist.
12. Vakuumschleuse (100) gemäß Anspruch 10 bis 11, wobei die Materialzuführvorrichtung einen Zuführkanal aufweist, welcher einen Abschnitt der Absaugleitung (104) umgibt.
13. Vakuumschleuse (100) gemäß Anspruch 12, wobei die Materialzuführvorrichtung eine Förderschnecke in dem Zuführkanal aufweist, welche auf der Absaugleitung (104) drehbar gelagert ist.
14. Vakuumschleuse (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner aufweisend: • eine Vakuumpumpe, welche mittels der Absaugleitung (104) mit dem Inneren der Vakuumkammer (802) gekoppelt ist.
15. Vakuumanordnung (900), aufweisend: • eine Prozessierkammer (702), • eine Vakuumschleuse (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, deren Ausgangsöffnung (802o) gasleitend mit der Prozessierkammer verbunden ist; und • eine Beschichtungsvorrichtung (704), welche eingerichtet ist, mittels der Vakuumschleuse (100) der Prozessierkammer zugeführtes Schüttgut zu beschichten.

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