CN104822943B - 用于对腔室抽真空的真空泵系统以及用于控制真空泵系统的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于对腔室(10)抽真空的真空泵系统，所述真空泵系统具有主泵系统(12，14)，所述主泵系统与腔室(10)连接。辅助泵系统(20)与主泵系统(12，14)连接，其中辅助泵系统(20)具有喷射泵。借助于根据本发明的方法，根据在主泵系统(12，14)的出口(16)或入口(50)处测量的压强，调节主泵系统(12，14)的至少一个泵的转速。

Description

用于对腔室抽真空的真空泵系统以及用于控制真空泵系统的 方法
技术领域
本发明涉及一种用于对腔室抽真空或用于将腔室保持在尤其小于10mbar的预设的负压上的真空泵系统以及一种用于控制这种真空泵系统的方法。
背景技术
真空泵系统具有多个真空泵。在此已知的是，主泵系统设有一个或多个真空泵，所述主泵系统由辅助泵系统来支持。通常，辅助泵系统沿运送方向设置在主泵系统的下游或者与主泵系统的出口连接。辅助泵系统克服大气压泵送气体并且降低主泵系统的出口区域中的压强，使得主泵系统不必克服大气压来运送。由此可行的是，在要抽真空的腔室或容器中实现极其低的最终压强。这种真空泵系统例如在WO 03/023229、US 5,709,537或WO 03/093678中描述。
发明内容
本发明的目的是，提高用于对腔室抽真空的真空泵系统的能量效率。
所述目的通过真空泵系统来实现，所述真空泵系统用于对腔室抽真空，所述真空泵系统具有：主泵系统，所述主泵系统与所述腔室连接；和辅助泵系统，所述辅助泵系统与所述主泵系统的出口连接；与所述辅助泵系统并联的阀装置，其中所述辅助泵系统具有喷射泵，其特征在于，设有测量所述辅助泵系统和所述阀装置之间的压差的压差测量器；或所述目的通过用于控制真空泵系统的方法来实现，该方法用于控制对腔室抽真空的真空泵系统，所述真空泵系统具有：主泵系统，所述主泵系统与所述腔室连接；和辅助泵系统，所述辅助泵系统与所述主泵系统的出口连接，所述方法具有如下步骤：确定所述主泵系统的出口中的和/或入口区域中的压强；根据测量的压强来调节所述主泵系统的至少一个泵的转速；和当所述压强低于辅助泵系统和与所述辅助泵系统并联设置的阀装置之间的压差的极限值时，切断所述辅助泵系统。
根据本发明的用于对腔室或容器抽真空的真空泵系统具有主泵系统，所述主泵系统与腔室尤其直接地连接。在此，主泵系统能够具有至少一个、尤其多个真空泵。设置在主泵系统中的真空泵优选为螺旋真空泵或罗茨泵。特别地，在主泵系统中使用具有高的内部压缩率的泵。内部压缩率描述在压缩之前在泵入口处的体积与在压缩之后在泵出口处的体积的比值。通过例如为1:10的高的内部压缩率可能的是，运送大的气体体积。在抽真空开始时，在短时间内运送大体积的泵是非常好地适合的。在达到腔室中的最终压强时，这种大体积的泵为了维持腔室中的小的压强必须继续在高的功率消耗下运行，以便维持真空或小的最终压强。因为尤其在最终压强的范围中由主泵系统必须仅还运送小的气体量，所以设有在主泵系统的下游连接的辅助泵系统，所述辅助泵系统与主泵系统的出口连接。
根据本发明，辅助泵系统具有喷射泵。喷射泵尤其在真空系统在最终压强范围中运行时具有如下优点：通过所述喷射泵，能够在能量需求小的情况下运送剩余的相对小的气体量。这具有根据本发明的主要优点：可能的是，通过在辅助泵系统中设有喷射泵，在最终压强范围中，降低主泵系统的至少一个泵的转速。由此显著地降低主泵系统的所述泵的能量消耗。因此，通过在辅助泵系统中设有喷射泵，能够显著地提高能量效率。
喷射泵能够为液体或气体喷射泵。根据使用领域，在运送气体时，设置气体喷射泵能够是有利的，其中液体喷射泵一方面具有如下优点：液体能够以简单的方式与运送的气体再次分开。
借助于根据本发明的真空泵系统可能的是，在高效的抽吸能力的情况下，实现低的入口压强或者维持所述低的入口压强。尤其优选的是，使用真空泵系统，以便在对腔室抽真空之后，即在已经将腔室从例如环境压强抽真空到尤其小于10mbar的低的压强上之后，在更长的过程时间段期间保持所述低的压强。
根据本发明，与喷射泵并联地设有阀装置。阀装置在此例如能够具有可开关的阀或例如弹簧加载的止回阀。设置这种阀装置具有如下优点：尤其在运送大的气体量的抽真空开始时，主泵系统直接克服大气运送要运送的介质。这尤其在抽真空开始时是可能的，因为压差还相对小。经由阀装置运送具有如下优点：能够运送如下气体量，所述气体量由于受限的通过量无法由喷射泵运送。
根据本发明的真空泵系统的主要优点在于，通过设置喷射泵来降低主泵系统的出口区域中的压强。这引起降低主泵系统的至少一个泵的入口和出口之间的压差，由此改进泵的密封性。特别地，由此改进相应的泵的密封间隙的密封性。
根据本发明，设有压差测量器，所述压差测量器测量辅助泵系统和阀装置之间的压差。由此可能的是，在低于预设的压差时，辅助泵系统完全地或部分地切断。这尤其在抽真空开始时是有利的，因为在该时间点还不需要辅助泵系统并且通过切断辅助泵系统能够降低总系统的功率消耗。因此，根据本发明，辅助泵系统在超过一定压差时才接入，使得能够进一步改进能量效率。
此外，优选的是，尤其在主泵系统的出口区域中设有压强传感器。由此可能的是，例如在达到尤其位于计划的最终压强附近的极限压强时，降低主泵系统的至少一个泵的转速。尤其地，当在主泵系统的出口区域中已经存在相对小的压强时，要运送的气体量相对小。这引起：在转速低的情况下也能够由主泵系统的至少一个泵运送该气体量，尤其能够以简单的方式由喷射泵运送所述气体量。主泵系统的至少一个泵的转速的随后可能的降低引起显著的能量节约。在此有利的是，在转速低的情况下也不出现运送介质的回流。
替代在主泵系统的出口区域中设置压强传感器，也可能的是，在主泵系统的入口区域中设有压强传感器。这尤其在与同喷射泵并联设置的可开关的阀组合的情况下是有利的。在阀打开的情况下，主泵系统的出口区域中的压强降低，使得在该区域中的压强测量仅还具有小的说服力。就此而言，优选的是，在设置可开关的阀的情况下，根据主泵系统的泵中的一个泵的入口区域或主泵系统的入口区域中的压强来控制阀的开关。
在另一个优选的改进形式中，设有控制装置，其中优选为共同的中央控制装置，借助所述中央控制装置控制主泵系统的以及辅助泵系统的全部的泵。此外，优选通过所述控制装置来控制必要时设置的可开关的阀。特别地，通过控制装置根据由至少一个压强传感器测量的压强来控制主泵系统的至少一个泵的转速。
此外，本发明涉及一种用于控制对腔室抽真空的真空泵系统的方法。这种泵系统具有主泵系统，所述主泵系统与腔室连接。辅助泵系统与主泵系统的出口连接。真空泵系统如在上文中描述的那样优选有利地改进，然而为了实现根据本发明的方法在辅助泵系统中不一定必须具有喷射泵。
根据本发明的方法，在主泵系统的入口区域和/或出口区域中确定压强。于是，根据测量的压强，调节主泵系统的至少一个泵的转速。为了执行该方法步骤优选的是，泵系统在入口区域中和/或在出口区域中具有压强传感器。特别地，借助于根据本发明的方法可能的是，在真空泵系统在最终压强范围中运行时，提高能量效率。在最终压强范围中，仅还必须运送非常少量的气体，使得能够降低主泵系统的至少一个泵的转速。要运送的气体尤其也通过辅助泵运送，其中辅助泵的功率消耗显著小于主泵系统的功率消耗。
优选地，在低于预设的压强极限值时，降低主泵系统的至少一个泵的转速。此外，可能的是，在压强继续降低时限定另一个更低的压强极限值，其中于是重新降低转速。特别地，主泵系统的至少一个泵的转速变化也能够无级地进行。
为了补偿压强传感器的不精确性和/或压强波动，优选的是，在预设的时间段之后才降低转速。
在根据本发明的方法一个优选的改进形式中，确定辅助泵系统和与辅助泵系统并联设置的阀装置之间的压差。根据压差接通或断开辅助泵系统的至少一个泵。特别地，在低于压差的极限值的情况下，切断辅助泵系统。在此，为如下范围，在所述范围中，辅助泵系统不支持或仅稍微支持主泵系统，并且就此而言，通过切断能够节约通过辅助泵系统进行的功率消耗。
由于设置尤其根据本发明控制的辅助泵系统，在根据本发明的方法的另一个优选的实施方式中，能够控制冷却水流。这基于：通过借助设置辅助泵系统来降低主泵系统的出口范围中的压强，能够降低主泵系统的压缩功率。这引起机械摩擦的降低进而引起所产生的热量的减少。由此，能够实现冷却介质、如冷却液体的显著更小的加热。这引起：通过真空泵系统加热的冷却液体在其再次输送给冷却系统之前必须优选地更少地冷却。冷却流体例如也能够以更小的速度被泵送穿过冷却系统，因为尽管如此，由于较小的热量产生，通过冷却流体充分地将热量引出。这也引起显著的能量节约。
附图说明
下面，根据优选的实施方式参考所附的附图详细阐述本发明。
附图示出：
图1示出真空泵系统的第一实施方式的示意图，
图2示出真空泵系统的可能的控制的流程图，
图3示出真空泵系统的第二实施方式的示意图，和
图4示出真空泵系统的第三实施方式的示意图。
具体实施方式
在图1中示出的实施例中，腔室或容器10串联地首先与罗茨泵12并且然后与螺旋泵14连接。这两个泵12、14在此形成主泵系统。辅助泵20经由管道18与主泵系统或螺旋泵14的出口16连接，所述辅助泵在所示出的实施例中尤其为气体喷射泵。在所示出的实施例中，与辅助泵20并联地设置有止回阀22的形式的阀装置。与喷射泵20的以及止回阀22的出口连接的管道24、26会聚成管道28，所述管道例如与大气连接。显然地，同样能够设有用于回收喷射气体等的装置。
在主泵系统的出口16的区域中设有压强传感器30。压强传感器30与控制装置32连接。尤其为变频器的两个控制装置32用于控制这两个泵12、14，尤其是这两个泵的转速。
为了执行根据本发明的方法，在图1中示出的实施例中，对主泵系统的两个泵12、14中的至少一个泵的转速进行调节。这根据由压强传感器30在出口区域16中测量的压强来进行。因此，尤其在达到腔室10中的最终压强或接近最终压强的压强时，能够降低这两个泵12、14中的至少一个泵的转速。这在该运行状态下是可能的，因为仅还从腔室10中运送少量的气体。这种小的气体体积能够由喷射泵20运送。如果由压强传感器30测量的压强应当再次超过极限值，这基于下述内容，要运送的气体量增大并且不能够由喷射泵20完全地运出。这在根据本发明进行控制时引起：主泵系统的至少一个、尤其两个泵12、14的转速再次提高。
这种控制在图2中示意地示出。在此，“pex”表示在主泵系统的出口16处的由压强传感器30测量的压强。在步骤34中确定：所述压强是否<80mbar。只要不是这种情况，例如以规则的间距进行压强的重新确定。一旦出口16处的压强“pex”下降到800mbar以下，首先将计时器36例如置于60s。在步骤38中检查，60s的时间段是否结束。然后，才在步骤40中又进行对出口16的压强的检查。通过设有计时器能够确保：不在压强波动已经小的情况下才改变泵的转速。如果出口16处的压强始终还<800mbar，在步骤42中借助于变频器32降低尤其这两个泵12、14的转速。如果出口处的压强再次上升超过800mabr，那么重新开始自步骤34起的整个询问循环。在步骤44中，继续确定出口16处的压强。如果所述压强超过例如为900mbar的上限，那么在步骤46中再次提高泵12、14的转速。只要压强低于900mbar，泵12、14的转速就保持降低。在步骤46中提高转速之后，然后又根据步骤34检查压强。
在示出根据本发明的设备的以及相应的根据本发明的方法的替选的其他优选的实施方式的图3和4中，类似的和/或相同的构件设有相同的附图标记。
在图3中示出的实施方式中，除了根据图1中的实施方式的构件之外，设有压差测量器48。借助于压差测量器，测量止回阀22和辅助泵20之间的压差。如果压差低于预设的极限值，那么就切断喷射泵20。这种低的压差尤其在过程开始时存在，其中从腔室10中泵出大的气体量。这种大的气体量不能够由喷射泵20运送，而是直接地经由止回阀22运送。这因为相对于主泵系统的压差仍相对小是可能的。在运行开始时，主泵系统的泵14还能够克服大气进行泵送。在止回阀22和喷射泵20之间的压差相应高的情况下，才接入喷射泵，因为然后通过喷射泵20运送至少大部分的所运送的气体。
在另一个在图4中示出的实施方式中，代替与出口16连接的压强传感器30，设有与主泵系统的入口50连接的压强传感器52。此外，代替止回阀22设有可开关的阀54。由于设有可开关的阀54，不再可能关于出口16的区域中的压强进行控制，因为可开关的阀不同于止回阀不产生反压。在图4中示出的实施例中，经由插入的控制设备56进行控制，所述控制设备与压强传感器52并且与可开关的阀54连接。此外，控制设备56与喷射泵20连接，以便将所述喷射泵根据运行状态来接入或断开。也借助于控制设备56经由变频器32来调节这两个泵12、14的泵转速。

Claims (12)

1.一种用于对腔室(10)抽真空的真空泵系统，所述真空泵系统具有：
主泵系统(12，14)，所述主泵系统与所述腔室(10)连接；和辅助泵系统(20)，所述辅助泵系统与所述主泵系统(12，14)的出口(16)连接；
与所述辅助泵系统(20)并联的阀装置(22)，
其中所述辅助泵系统(20)具有喷射泵，
其特征在于，设有测量所述辅助泵系统(20)和所述阀装置(22)之间的压差的压差测量器(48)。
2.根据权利要求1所述的真空泵系统，其特征在于，所述喷射泵是气体喷射泵。
3.根据权利要求1所述的真空泵系统，其特征在于，所述阀装置(22)具有止回阀。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的真空泵系统，其特征在于，设有确定所述主泵系统(12，14)的出口(16)中的压强的压强传感器(30)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的真空泵系统，其特征在于，设有确定入口区域(50)中的压强的压强传感器(52)。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的真空泵系统，其特征在于，所述主泵系统(12，14)具有螺旋真空泵(14)和/或罗茨泵(12)。
7.根据权利要求4所述的真空泵系统，其特征在于，设有控制装置(56)，以用于根据由至少一个所述确定所述主泵系统(12，14)的出口(16)中的压强的压强传感器(30)测量的压强来控制所述主泵系统(12，14)的至少一个泵的转速。
8.根据权利要求5所述的真空泵系统，其特征在于，设有控制装置(56)，以用于根据由至少一个所述确定入口区域(50)中的压强的压强传感器(52)测量的压强来控制所述主泵系统的至少一个泵(12，14)的转速。
9.一种用于控制对腔室(10)抽真空的真空泵系统的方法，所述真空泵系统具有：主泵系统(12，14)，所述主泵系统与所述腔室(10)连接；和辅助泵系统(20)，所述辅助泵系统与所述主泵系统(12，14)的出口(16)连接，所述方法具有如下步骤：
-确定所述主泵系统(12，14)的出口(16)中的和/或入口区域(50)中的压强；
-根据测量的压强来调节所述主泵系统(12，14)的至少一个泵的转速；和
-当所述压强低于辅助泵系统(20)和与所述辅助泵系统(20)并联设置的阀装置(22)之间的压差的极限值时，切断所述辅助泵系统(20)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中当所述压强低于压强极限值时，将所述主泵系统(12，14)的至少一个泵的转速降低。
11.根据权利要求10所述的方法，其中当所述压强低于压强极限值时，至少在预设的时间段期间降低转速。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中根据所述主泵系统(12，14)的温度来调节冷却介质流。
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