DE10130426A1

DE10130426A1 - Vakuumpumpsystem

Info

Publication number: DE10130426A1
Application number: DE10130426A
Authority: DE
Inventors: Armin Conrad
Original assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Current assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Priority date: 2001-06-23
Filing date: 2001-06-23
Publication date: 2003-03-20
Anticipated expiration: 2021-06-24
Also published as: DE10130426B4

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Vakuumpumpsystem (1), bestehend aus mehreren hintereinander geschalteten Pumpeinheiten (2, 3). Die Pumpeinheiten bilden ein kompaktes Pumpsystem (1). Die rotierenden Bauteile der Pumpeinheiten befinden sich auf getrennten Wellen und werden durch jeweils eigene Antriebssysteme (4, 5) versorgt. Zunächst wird die dem höheren Druckbereich zugewandte Pumpeinheit eingeschaltet. Der Einschaltzeitpunkt der dem Hochvakuum zugewandten Pumpeinheit (2) wird durch verschiedene Parameter in Abhängigkeit der Betriebszustände des Pumpsystems bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Vakuumpumpsystem zur Förderung von Gasen und zur Erzeugung von Hochvakuum nach dem Oberbegriff des 1. Schutzanspruches.
Zur Erzeugung von Hochvakuum sind Kombinationen von verschiedenen Typen von Vakuumpumpen notwendig, da der weite Druckbereich zwischen Atmosphärendruck und ca. 10^-4 mbar oder kleiner mehrere Strömungsbereiche umfasst, in denen die physikalischen Eigenschaften von Zuständen und Strömungen der Gase jeweils anderen Gesetzen unterworfen sind.
Dazu wurden z. B. Pumpstände, bestehend aus einer Turbomolekularpumpe als Hochvakuumpumpe und einer Drehschieberpumpe, welche gegen Atmosphärendruck ausstößt, eingesetzt. Solche Pumpstände sind aufwändig und haben einen großen Platzbedarf. Verbindungsleitungen mit Ventilen und Regeleinrichtungen komplizieren den Aufbau und den Betrieb.

Zur Überwindung dieser Probleme wurde eine Reihe von Anordnungen vorgestellt, z. B. DE-A-199 30 952 und US-39 69 039, welche eine kompakte Bauart aufweisen. Diese sind meistens so aufgebaut, dass zwei oder mehr unterschiedliche Arten von Pumpen aufeinander folgen, deren Rotorbauteile sich auf der selben Rotorwelle befinden. Diese Konstruktionen kommen mit einem Antriebssystem für mehrere Pumpen aus und ermöglichen einen platzsparenden Aufbau. In der EP-A-06 91 475 wird eine zweiwellige Bauart beschrieben, wobei die beiden Wellen synchron miteinander gekoppelt sind.

Die einzelnen Pumpen eines solchen Pumpsystems arbeiten in unterschiedlichen Druckbereichen und entfalten ihren vollen Wirkungsgrad in dem Druckbereich, für den sie konzipiert sind. Molekularpumpen, welche im niedrigen Druckbereich voll wirksam sind und auf Grund ihrer Arbeitsweise mit sehr engen Spalten zwischen Rotor- und Statorbauteilen ausgestattet sind, sind im höheren Druckbereich nicht nur nahezu wirkungslos, sondern werden sogar in ihrem Lauf durch Reibungskräfte stark behindert, so dass eine sehr lange Hochlaufzeit in Kauf genommen werden muss. Durch zusätzliche Hilfspumpen, welche das für den Betrieb von Molekularpumpen erforderliche Vakuum während des Hochlaufens bereit stellen, kann dem Problem begegnet werden. Hier entstehen jedoch die Nachteile, welche eingangs in Bezug auf Pumpstände aufgeführt wurden.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Vakuumpumpsystem zu entwickeln, welches einen weiten Druckbereich umfasst, d. h. eine Gasförderung vom Hochvakuumbereich bis hin zum Atmosphärendruck ermöglicht. Durch eine kompakte Bauart und eine effektive Arbeitsweise sollen die o. g., dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile vermieden werden.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Schutzanspruches gelöst.

Die Ansprüche 2 bis 10 stellen weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung dar. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird ein kompaktes Pumpsystem vorgestellt, mit welchem eine effektive Arbeitsweise in einem weiten Druckbereich gesichert ist. Die kompakte Bauweise reduziert die Baugröße und den konstruktiven Aufwand erheblich, vermeidet zusätzliche Verbindungsleitungen, Dichtungen und Ventile und erhöht somit die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Betriebes. Die Wartung wird auf ein Minimum beschränkt. Die Anordnung der rotierenden Teile der einzelnen Pumpeinheiten auf getrennten Wellen mit jeweils eigenen Antriebssystemen erlaubt einen differenzierten Hochlauf der Pumpeinheiten. So können diese ihre volle Wirksamkeit in den Druckbereichen entfalten, für welche sie konzipiert wurden. Bei gleichzeitigem Einschalten des gesamten Pumpsystems über eine gemeinsame Stromversorgung werden die einzelnen Pumpeinheiten zu einem optimalen Zeitpunkt, welcher in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebszuständen (z. B. Druck, Gasdurchfluss, Drehzahl, Leistungsaufnahme, Temperatur u. a.) vorgegeben wird, eingesetzt.

Anhand der Figur soll die Erfindung am Beispiel eines Pumpsystems, bestehend aus zwei Pumpeinheiten, näher erläutert werden. Die Erfindung erstreckt sich jedoch auch auf Pumpsysteme mit mehr als zwei Pumpeinheiten.
In der Figur ist ein kompaktes Pumpsystem 1, bestehend aus zwei hintereinander geschalteten Pumpeinheiten 2 und 3, dargestellt. Die kompakte Bauweise bedeutet z. B., dass die Pumpsysteme in einem Gehäuse untergebracht und so integriert sind, dass zusätzliche Bauteile, wie Verbindungsleitungen, Dichtungen und Ventile, wegfallen, wodurch das Pumpsystem als eine Einheit betrachtet und behandelt werden kann. Dabei ist die Pumpeinheit 2 dem Hochvakuumbereich und die Pumpeinheit 3 dem Bereich höheren Druckes zugewandt. An der Ansaugseite der Pumpeinheit 2 ist in der Regel ein Rezipient 7 angeschlossen. Die Pumpeinheit 3 stößt die abgepumpten Gase nach höherem Druck, welcher bis zum Atmosphärendruck reichen kann, aus. Die Pumpeinheiten bestehen u. a. aus feststehenden und rotierenden pumpaktiven Teilen. Dabei sind die rotierenden Teile erfindungsgemäß auf getrennten Wellen untergebracht. Die einzelnen Wellen werden durch eigene Antriebssysteme 4 und 5 betrieben. Die Antriebssysteme können mit einer gemeinsamen Stromversorgung 6 versehen sein.
Zur Inbetriebnahme des Pumpsystems wird zunächst die dem höheren Druck zugewandte Pumpeinheit 3 eingeschaltet. Die dem Hochvakuumbereich zugewandte Pumpeinheit 2 wird zu einem späteren Zeitpunkt zugeschaltet. Dieser Zeitpunkt kann durch verschiedene Parameter, welche durch Messwerte dargestellt werden, vorgegeben werden. Die Messwerte werden an verschiedenen Stellen des Pumpsystems entnommen, wie folgende Aufstellung zeigt:
8 Druck an der Ansaugseite der Pumpeinheit 2
9 Gasfluss an der Ansaugseite der Pumpeinheit 2
10 Druck an der Ansaugseite der Pumpeinheit 3
11 Gasfluss an der Ansaugseite der Pumpeinheit 3
12 Temperatur im Pumpsystem
Drehzahl und Leistungsaufnahme der Pumpeinheiten werden in den Antriebssystemen 4 bzw. 5 registriert.

Claims

1. Vakuumpumpsystem, bestehend aus mehreren hintereinander geschalteten Pumpeinheiten (2, 3), die in unterschiedlichen Druckbereichen, ausgehend vom Hochvakuumdruck, bis in Bereiche höheren Druckes ihre volle Wirksamkeit entfalten, wobei die einzelnen Pumpeinheiten aus feststehenden und rotierenden pumpaktiven Teilen bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinheiten ein kompaktes Pumpsystem bilden und die rotierenden Teile der einzelnen Pumpeinheiten jeweils auf getrennten Wellen untergebracht sind, welche über jeweils eigene Antriebssysteme (4, 5) betrieben werden.

2. Vakuumpumpsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgung der einzelnen Antriebssysteme über eine gemeinsame Versorgungseinrichtung (6) erfolgt.

3. Verfahren zum Betrieb eines Vakuumpumpsystems, welches aus mehreren hintereinander geschalteten Pumpeinheiten (2, 3) besteht, die in unterschiedlichen Druckbereichen, ausgehend vom Hochvakuumdruck bis in Bereiche höheren Druckes, ihre volle Wirksamkeit entfalten, wobei die einzelnen Pumpsysteme aus feststehenden und rotierenden pumpaktiven Teilen bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb eines kompakten Pumpsystems auf getrennten Wellen untergebrachten rotierenden Teile der einzelnen Pumpeinheiten jeweils über eigene Antriebssysteme (4, 5) betrieben werden, die derart zusammenwirken, dass die Welle der dem Hochvakuumbereich zugewandten Pumpeinheit (2) durch ihr zugehöriges Antriebssystem (4) zu einem späteren Zeitpunkt in Rotation versetzt wird als die Welle der dem Bereich höheren Druckes zugewandten Pumpeinheit (3), so dass der Hochlauf der einzelnen Pumpeinheiten optimal den jeweils herrschenden Drücken angepasst werden kann.

4. Verfahren zum Betrieb eines Vakuumpumpsystems nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle der dem Hochvakuumbereich zugewandten Pumpeinheit (2) zu einem Zeitpunkt in Rotation versetzt wird, welcher in Abhängigkeit vom Druck auf der Hochvakuumseite vorgegeben ist.

5. Verfahren zum Betrieb eines Vakuumpumpsystems nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle der dem Hochvakuumbereich zugewandten Pumpeinheit (2) zu einem Zeitpunkt in Rotation versetzt wird, welcher in Abhängigkeit vom Gasfluss auf der Hochvakuumseite vorgegeben ist.

6. Verfahren zum Betrieb eines Vakuumpumpsystems nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle der dem Hochvakuumbereich zugewandten Pumpeinheit (2) zu einem Zeitpunkt in Rotation versetzt wird, welcher in Abhängigkeit vom Druck auf der Ansaugseite der dem Bereich höheren Druckes zugewandten Pumpeinheit (3) vorgegeben ist.

7. Verfahren zum Betrieb eines Vakuumpumpsystems nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle der dem Hochvakuumbereich zugewandten Pumpeinheit (2) zu einem Zeitpunkt in Rotation versetzt wird, welcher in Abhängigkeit vom Gasfluss zwischen den Pumpeinheiten vorgegeben ist.

8. Verfahren zum Betrieb eines Vakuumpumpsystems nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle der dem Hochvakuumbereich zugewandten Pumpeinheit (2) zu einem Zeitpunkt in Rotation versetzt wird, welcher in Abhängigkeit von der Drehzahl der dem Bereich höheren Druckes zugewandten Pumpeinheit (3) vorgegeben ist.

9. Verfahren zum Betrieb eines Vakuumpumpsystems nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle der dem Hochvakuumbereich zugewandten Pumpeinheit (2) zu einem Zeitpunkt in Rotation versetzt wird, welcher in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme der dem Bereich höheren Druckes zugewandten Pumpeinheit (3) vorgegeben ist.

10. Verfahren zum Betrieb eines Vakuumpumpsystems nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle der dem Hochvakuumbereich zugewandten Pumpeinheit (2) zu einem Zeitpunkt in Rotation versetzt wird, welcher in Abhängigkeit von der Temperatur im Pumpsystem vorgegeben ist.