DE102007059938A1 - Vacuum pump and method of operation - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe (1; 201) mit einer gegen Atomsophäre verdichtenden Endpumpstufe (2; 214) und einer Kühlvorrichtung (7; 207) und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vakuumpumpe. Um größere Dampfanteile in Gas-Dampf-Gemischen zu fördern, schlägt die Erfindung vor, dass die Vakuumpumpe eine Betriebseleketronik (8; 208) zur Stellung der Kühlmenge der Kühlvorrichtung und einen mit der Betriebselektronik verbundenen Temperaturfühler (13; 213) aufweist. Das Verfahren sieht vor, dass eine Temperatur gemessen, anschließend die notwendige Kühlung ermittelt und dann die ermittelte Kühlung eingestellt wird.The invention relates to a vacuum pump (1; 201) having an endosphere-compressing end pump stage (2; 214) and a cooling device (7; 207) and a method for operating such a vacuum pump. In order to promote larger amounts of vapor in gas-vapor mixtures, the invention proposes that the vacuum pump has an operating electronics (8, 208) for setting the cooling amount of the cooling device and a temperature sensor (13, 213) connected to the operating electronics. The method provides that a temperature is measured, then the necessary cooling is determined and then the determined cooling is set.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. Sie betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer Vakuumpumpe nach dem Oberbegriff des achten Anspruchs.The The invention relates to a vacuum pump according to the preamble of the first Claim. It further relates to a method for operating a Vacuum pump according to the preamble of the eighth claim.
Vakuumpumpen
des Grob- und Feinvakuumbereichs haben grundsätzlich ein
Problem beim Verdichten von Gas-Dampf-Gemischen auf Atmosphärendruck.
Ohne geeignete Gegenmaßnahmen kann es zur Kondensation
des Dampfanteils innnerhalb der Pumpstufen der Vakuumpumpe kommen. Bei
dem Dampfanteil handelt es sich in sehr vielen Fällen um
Wasserdampf. Eine Vakuumpumpe kann abhängig von ihrer Gestaltung
Wasserdampf mitverdichten, ohne dass es zu unerwünschten
Probleme kommt. Dies wird oft mit „Wasserdampfverträglichkeit"
bezeichnet. Dieses Problem wurde erstmals von Gaede gelöst,
indem er sogenannten Gasballast in die Pumpstufe einströmen
lies. Vorgestellt wird diese Methode in der
Nachteilig an dieser Lösung ist, dass mit Einlass einer großen Menge von Gasballast der Enddruck der Vakuumpumpe verschlechtert wird. Bei mehrstufigen Vakuumpumpen ist die Gasballastmenge zudem durch die meist vorgenommene Abstufung zwischen den Stufen begrenzt. Andererseits wird beobachtet, dass Vakuumpumpen in viele Anwendungen Gas-Dampf-Gemische mit hohen Dampfanteilen verdichten müssen.adversely At this solution is that with intake of a large Amount of gas ballast the final pressure of the vacuum pump deteriorates becomes. In multi-stage vacuum pumps, the gas ballast is also limited by the most common gradation between the levels. On the other hand, it is observed that vacuum pumps in many applications Must compress gas-steam mixtures with high vapor contents.
Aufgabe der Erfindung war es daher, eine Vakuumpumpe schaffen, die Gas-Dampf-Gemische mit größeren Dampfanteilen gegen Atmosphäre verdichten kann.task The invention was therefore to provide a vacuum pump, the gas-steam mixtures with larger amounts of vapor against the atmosphere can compact.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen des ersten Anspruchs und durch ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe mit den Merkmalen des achten Anspruchs. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 7 und 9 bis 11 geben vorteilhafte Weiterbildungen an.Solved This object is achieved by a vacuum pump with the characteristics of first claim and by a method for operating a vacuum pump with the features of the eighth claim. The dependent ones Claims 2 to 7 and 9 to 11 give advantageous developments at.
Das Vorsehen einer Betriebselektronik zur Stellung der Kühlmenge der Kühlvorrichtung erlaubt es, die Kühlmenge gezielt zu reduzieren. Die Temperatur der Vakuumpumpe steigt bei gesenkter Kühlmenge aufgrund der Kompressionswärme und der aus der Verlustleistung des Antriebs entstehenden Wärme an. Dadurch sinkt die Gefahr der Kondensation von Dampf und die Vakuumpumpe kann Gas-Dampf-Gemische mit höherem Dampfgehalt gegen Atmosphäre verdichten. Die oben genannten Nachteile, unter anderem die Verschlechterung des Enddrucks, werden weitgehend vermieden.The Provision of operating electronics for the position of the cooling amount The cooling device allows the amount of cooling to reduce specifically. The temperature of the vacuum pump increases lowered cooling due to the heat of compression and the heat generated by the power loss of the drive at. This reduces the risk of condensation of steam and the Vacuum pump can gas-steam mixtures with higher steam content condense against the atmosphere. The above-mentioned disadvantages, Among other things, the deterioration of the final pressure, are largely avoided.
Der mit der Betriebselektronik verbundene Temperaturfühler erlaubt es, die Temperatur der Vakuumpumpe auf einem hohen aber unschädlichen Wert zu halten. Zu hohe Temperaturen führen zu einem vorzeitigen Altern der Bauelemente. Bei schmiermittelgeschmierten Vakuumpumpen ist insbesondere das Schmiermittel bei hohen Temperaturen Zersetzungsprozessen ausgesetzt. Durch den Temperaturfühler kann die Temperatur der Vakuumpumpe durch Verändern der Kühlmenge in einem Bereich geregelt werden, in dem solche Alterung und Zersetzung nicht stattfindet. Dies ist lediglich durch die maximale Kühlmöglichkeit begrenzt. Zum Erreichen dieser Vorteile sind als Verfahrensschritte das Messen einer Temperatur, das anschließende Ermitteln einer notwendigen Kühlmenge und das Einstellen der ermittelten Kühlung notwendig.Of the Temperature sensors connected to the operating electronics it allows the temperature of the vacuum pump to be high though harmless value. Too high temperatures lead to premature aging of the components. Lubricant lubricated Vacuum pumps is especially the lubricant at high temperatures Exposed to decomposition processes. Through the temperature sensor can the temperature of the vacuum pump by changing the Cooling quantity can be regulated in an area where such Aging and decomposition does not take place. This is just through the maximum cooling possibility limited. To reach these advantages are as method steps the measurement of a temperature, the subsequent determination of a necessary amount of cooling and setting the determined cooling necessary.
Die Vakuumpumpe lässt sich vorteilhaft weiterbilden, in dem ein Auswahlmittel mit der Betriebselektronik verbunden ist, welches die Wahl unterschiedlicher Betriebsarten der Betriebselektronik ermöglicht. Hierdurch ist es möglich, das Fördervermögen für hohe Dampfanteile den Bedürfnissen anzupassen. Ist ein geringer Dampfanteil zu fördern, wird eine Betriebsart mit niedriger Betriebstemperatur ausgewählt. Mit steigendem Dampfanteil können Betriebsarten mit zunehmend hohen Betriebstemperaturen ausgewählt werden.The Vacuum pump can be further developed advantageous in the a selection means is connected to the operating electronics, which the choice of different operating modes of the operating electronics allows. This makes it possible, the conveyance to adapt to high steam content requirements. If a small proportion of steam is to be pumped, it becomes a mode of operation selected with low operating temperature. With rising Vapor content can be modes with increasingly high operating temperatures to be selected.
Eine andere Weiterbildung schlägt vor, zusätzlich einen durch ein Ventil absperrbaren Gasballastzugang vorzusehen. Hierdurch kann der förderbare Dampfanteil weiter gesteigert werden.A Another training suggests, in addition to one provided by a valve shut-off gas ballast access. hereby The recoverable vapor content can be further increased.
Vorteilhaft weiterbilden lässt sich eine Vakuumpumpe mit einem durch ein Ventil absperrbaren Gasballastzugang und einem Auswahlmittel, indem die Schaltzustände des Auswahlmittels und des Ventils miteinander gekoppelt sind. Dadurch wird in dem Moment eine Betriebsart mit höherer Temperatur gewählt, wenn auch eine Gasballastmenge zugeführt wird. Diese kann durch eine Drossel eingestellt werden. Auf diese Weise wird der Betrieb der Vakuumpumpe vereinfacht und eine optimale Verträglichkeit für hohe Dampfanteile hergestellt.Advantageous can further educate a vacuum pump with a through a valve shut-off gas ballast access and a selection means, by the switching states of the selection means and the valve coupled together. This becomes an operating mode at the moment chosen with higher temperature, albeit one Gas ballast amount is supplied. This can be through a throttle be set. In this way, the operation of the vacuum pump simplified and optimal compatibility for produced high vapor contents.
Eine Weiterbildung schlägt vor, dass das Ventil im Gasballastzugang ein Magnetventil umfasst, welches mit der Betriebselektronik verbunden ist. Auf diese Weise kann die Betriebselektronik nach Bedarf zusätzlichen Gasballast zuführen. Dies ermöglicht es, auch dann hohe Dampfanteile zu fördern, wenn es notwendig werden sollte, die Temperatur abzusenken.A Continuing education suggests that the valve in the gas ballast access comprises a solenoid valve which is connected to the operating electronics. In this way, the operating electronics can be additional as needed Feed gas ballast. This allows it, too then to promote high levels of vapor when necessary should lower the temperature.
In einer vorteilhaft einfachen Weiterbildung umfasst die Kühlvorrichtung einen Lüfter, dessen Drehzahl veränderbar ist. Insbesondere ist sie von einem Standardwert absenkbar, so dass die zur Verfügung gestellte Kühlmenge durch Drehzahlreduktion gesenkt werden kann. Dies ist eine einfache und kostengünstige Bauform.In an advantageous simple development, the cooling device comprises a fan whose Speed is changeable. In particular, it can be lowered from a standard value, so that the amount of cooling provided can be reduced by reducing the speed. This is a simple and inexpensive design.
In einer anderen Weiterbildung weist die Vakuumpumpe eine schmiermittelgedichtete Drehschieberpumpstufe auf. Da hier das Schmiermittel viele Funktionen übernimmt, insbesondere die Abdichtung des Schöpfraumes, Schmierung des Schiebers und die Schmierung der Lager, ist es wichtig, dass keine Dampfe kondensieren und in den Schmiermittelkreislauf gelangen. Zugleich ist es wichtig, das Schmiermittel nicht durch eine Übertemperatur zu schädigen.In In another development, the vacuum pump has a lubricant-sealed Rotary vane pumping stage on. Since here the lubricant performs many functions, in particular the sealing of the pump chamber, lubrication of the slide and the lubrication of the bearings, it is important that do not condense any steam and get into the lubricant circuit. At the same time, it is important that the lubricant is not overheated to harm.
Das Verfahren nach Anspruch 8 lässt sich weiterbilden, indem in einem weiteren Schritt das Auswahlmittel auf seinen Schaltzustand überprüft und danach die zu erreichende Temperatur ermittelt wird. Hierdurch ist es auf sehr einfache und kostengünstige Weise möglich, dem Nutzer der Vakuumpumpe eine Mehrzahl von Betriebsarten zu bieten, die sich in der Verträglichkeit für Dampfanteile unterscheiden.The The method of claim 8 can be further developed by in a further step, the selection means checked for its switching state and then the temperature to be reached is determined. This is it is possible in a very simple and cost-effective way, the user of the vacuum pump to provide a plurality of modes that differ in the compatibility for vapor content.
Eine andere Weiterbildung schlägt vor, das Einstellen der Kühlung durch Ändern der Drehzahl des Lüfters zu bewirken. Dies ist baulich besonders einfach. Zudem lassen sich sehr schnell sehr genaue Änderungen der Kühlung bewirken.A Other training suggests adjusting the cooling by changing the speed of the fan. This is structurally very simple. In addition, can be very fast cause very precise changes in the cooling.
Eine andere Weiterbildung schlägt vor, dass die Vakuumpumpe ein Ventil in einem Gasballastzugang aufweist und die Temperatur der Vakuumpumpe durch Verringern der Drehzahl eines Lüfters erhöht wird, wenn das Ventil geöffnet ist. Durch die Temperaturerhöhung und dem gleichzeitigen Zuführen des Gasballastes wird ein maximal hohes Fördervermögen für Dampfanteile erreicht.A Another training suggests that the vacuum pump having a valve in a gas ballast access and the temperature the vacuum pump by reducing the speed of a fan is increased when the valve is open. By the temperature increase and the simultaneous feeding the gas ballast is a maximum of high capacity reached for vapor content.
Anhand zweier Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert und die Darstellung ihrer Vorteile vertieft werden. Es zeigen:Based two embodiments, the invention will be closer explained and the presentation of their benefits to be deepened. Show it:
Als
erste Abbildung zeigt
Die
Vakuumpumpe weist einen Lüfter
Mit
der Betriebselektronik ist ein Temperaturfühler
Die
Betriebselektronik ist mit einem Magnetventil
Das
Ausführungsbeispiel nach
Ein
Temperaturfühler
Ein
Gasballastzugang
Die
Drehschieberpumpe weist einen Kühlkörper
Die Drehschieberpumpe dieses Beispiels ist einstufig gezeichnet, es können jedoch mehrere seriell oder parallel angeordnete Pumpstufen vorhanden sein.The Rotary vane pump of this example is drawn in one stage, it however, several can be arranged serially or in parallel Pump levels be present.
Beide
Vakuumpumpen gemäß den Ausführungsbeispielen
werden mit dem nachfolgend anhand der
Vor dem Zeitpunkt t1 ist der Schaltzustand So eingestellt. Die Temperatur der Vakuumpumpe steigt von einem Kaltwert TC, der beispielsweise die Raumtemperatur ist, auf einen Normalwert TN an. Dieser ist nach den typischen Werten im Stand der Technik bemessen und hängt von den Betriebsbedingungen ab, z. B. der Umgebungstemperatur und der zu fördernden Gasmenge. Da Kompressionswärme und Antriebsverluste die Vakuumpumpe erwärmen, ist eine Kühlmenge CN nötig, um die Temperatur TN zu halten.Before the time t 1 , the switching state So is set. The temperature of the vacuum pump rises from a cold value T C , which is for example the room temperature, to a normal value T N. This is measured according to the typical values in the prior art and depends on the operating conditions, eg. B. the ambient temperature and the amount of gas to be delivered. Since heat of compression and drive losses heat the vacuum pump, a cooling amount C N is necessary to maintain the temperature T N.
Am Zeitpunkt t1 wird der Schaltzustand auf den Zustand S1 geändert und dadurch ein Betriebszustand mit höherer Wasserdampfverträglichkeit gewählt. Ab jetzt benutzt die Betriebselektronik das Signal des Temperaturfühlers, um die Kühlmenge C des Kühlmittels zu stellen. In dem nun beginnenden Zeitraum zwischen t1 und t5, in welchem der Schaltzustand S1 gegeben ist, befindet sich die Betriebselektronik in einen Regelbetrieb. Im Schaltzustand So reicht es aus, wenn sie als Steuerung arbeitet.At the time t 1 , the switching state is changed to the state S 1 , thereby selecting an operating state with a higher water vapor compatibility. From now on, the operating electronics use the signal of the temperature sensor to set the cooling quantity C of the coolant. In the now beginning period between t 1 and t 5 , in which the switching state S 1 is given, is the Betriebse electronics in a regular operation. In the switching state So it is sufficient if she works as a controller.
Zur Erhöhung der Wasserdampfverträglichkeit muss die Temperatur der Vakuumpumpe vom Normalwert TN auf einen höheren Wert im Bereich zwischen einer unteren Grenztemperatur TB und einer Höchsttemperatur TT heraufgesetzt werden. Um dies zu erreichen, wird zunächst die Temperatur gemessen. Liegt die aktuelle Temperatur der Vakuumpumpe unterhalb der Temperatur TB, wird die Kühlmenge auf einen niedrigen Wert C1 gesenkt. Durch die verringerte Kühlung erwärmt sich die Vakuumpumpe aufgrund der Kompressionswärme und der Antriebsverluste. Zum Zeitpunkt t2 erreicht die Vakuumpumpe die untere Grenztemperatur TB. Nun wird die Kühlmenge auf einen mittleren Wert C2 hochgesetzt um die Erwärmung zu verlangsamen. Bei Erreichen der Höchsttemperatur TT wird die Kühlmenge auf einen wiederum höheren Wert C3 erhöht, um die Vakuumpumpe abzukühlen und eine Überhitzung zu vermeiden. Durch die stärke Kühlung fällt die Temperatur ab, um schließlich zur Zeit t4 wieder die untere Grenztemperatur TB zu erreichen. Bei Erreichen dieser Temperatur wird die Kühlmenge wieder auf den Wert C2 herabgesetzt, so dass sich die Vakuumpumpe wieder erwärmt.To increase the water vapor compatibility, the temperature of the vacuum pump must be increased from the normal value T N to a higher value in the range between a lower limit temperature T B and a maximum temperature T T. To achieve this, the temperature is first measured. If the current temperature of the vacuum pump is below the temperature T B , the cooling amount is lowered to a low value C 1 . Due to the reduced cooling, the vacuum pump heats up due to the heat of compression and the drive losses. At time t 2 , the vacuum pump reaches the lower limit temperature T B. Now, the cooling amount is set to a middle value C 2 to slow down the heating. Upon reaching the maximum temperature T T , the cooling amount is increased to a turn higher value C 3 in order to cool the vacuum pump and to avoid overheating. Due to the strong cooling, the temperature drops to finally reach the lower limit temperature T B again at time t 4 . Upon reaching this temperature, the cooling amount is reduced again to the value C 2 , so that the vacuum pump heats up again.
Am Zeitpunkt t5 wird der Schaltzustand von S1 auf So geändert. Die normale Kühlleistung CN wird eingestellt, so dass die Temperatur der Vakuumpumpe auf den Normalwert TN absinkt.At time t 5 , the switching state of S 1 is changed to So. The normal cooling capacity C N is set so that the temperature of the vacuum pump drops to the normal value T N.
Die
Vor dem Zeitpunkt t'1 ist die Vakuumpumpe in einem Betriebszustand, in welchem die Kühlmenge nach dem Wärmeeintrag durch Kompression und Antriebsverlusten bemessen ist. Mit der maximalen Kühlmenge C'N wird auch unter ungünstigsten Betriebsbedingungen, z. B. sehr hoher Umgebungstemperatur von 40°C, die Erwärmung der Vakuumpumpe auf unzulässige Werte verhindert. Zum Zeitpunkt t'1 wird durch das Auswahlmittel ein Betriebszustand mit höherer Wasserdampfverträglichkeit gewählt, der erst am Zeitpunkt t'3 wieder beendet wird.Before the time t ' 1 , the vacuum pump is in an operating state in which the cooling amount after the heat input by compression and drive losses is measured. With the maximum cooling amount C ' N is under worst-case operating conditions, eg. B. very high ambient temperature of 40 ° C, prevents the heating of the vacuum pump to impermissible values. At time t ' 1 is selected by the selection means an operating state with higher water vapor compatibility, which is terminated only at the time t' 3 again.
Im ersten Beispiel der Kühlmengenstellung wird die Drehzahl des Lüfters von einem der Kühlmenge C'N angepassten Drehzahl fN auf eine niedrigere Drehzahl f1 abgesenkt. Hierdurch wird die Kühlmenge reduziert. Ab dem Zeitpunkt t'2 ist eine höhere Kühlleistung erforderlich, daher wird die Drehzahl auf einen Wert f2 zwischen fN und f1 eingestellt. Ab t'3 läuft der Lüfter wieder mit der ursprünglichen Drehzahl fN. Die Drehzahlregelung kann statt mit diskreten Drehzahlwerten auch stufenlos erfolgen.In the first example of the cooling amount setting, the rotational speed of the fan is lowered from one of the cooling amount C ' N adapted speed f N to a lower speed f 1 . This reduces the amount of cooling. From the time t ' 2 a higher cooling capacity is required, therefore, the speed is set to a value f 2 between f N and f 1 . From t ' 3 the fan runs again at the original speed f N. The speed control can also be infinitely variable instead of discrete speed values.
Im
zweiten Beispiel der Kühlmengenstellung wird die Kühlmenge
durch einen gepulsten Betrieb des Lüfters gestellt. Zwischen
den Zeitpunkten t'1 und t'2 wird
der Lüfter auf einer niedrigeren Drehzahl, wobei hierzu
auch der Stillstand des Lüfters gehört, betrieben
und nur für Pulse
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