-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer ölgedichteten
Vakuumpumpe sowie eine ölgedichtete
Vakuumpumpe wie Drehschieber- oder Sperrschieber-Pumpe.
-
Ölgedichtete
Vakuumpumpen weisen in einem Schöpfraum
angeordnete Pumpelemente auf, wie Kolben oder Schieber. Die Dichtung
der Pumpelemente gegenüber
der Innenwand des Schöpfraums
erfolgt durch Öl.
Ferner ist der Schöpfraum
mit einem Ansaugkanal und einem Ausstoßkanal verbunden. Beim Betrieb ölgedichteter
Vakuumpumpen tritt insbesondere bei niedrigen Ansaugdrücken, d.
h. bei weniger als 5·10–2 mbar, Öldampf in
den Ansaugkanal ein. Von diesem kann der Öldampf in eine Vakuumkammer
oder eine andere an den Ansaugkanal angeschlossene Pumpe, wie z.
B. eine Turbomolekularpumpe, eindringen. Dies führt zu Verunreinigungen in
der Vakuumkammer bzw. der Turbomolekularpumpe und kann insbesondere
in der Turbomolekularpumpe zu Beschädigungen führen.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer ölgedichteten
Vakuumpumpe sowie eine ölgedichtete
Vakuumpumpe zu schaffen, bei welchem bzw. bei der das Eindringen
von Öldampf
in einen mit dem Ansaugkanal verbundenen Bereich wie eine Vakuumkammer
oder das Innere einer Vakuumpumpe erheblich verringert wird.
-
Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betreiben
einer ölgedichteten
Vakuumpumpe gemäß Anspruch
1 bzw. durch eine ölgedichtete
Vakuumpumpe gemäß Anspruch
8.
-
Untersuchungen
haben gezeigt, dass die Öldampf-Strömung aus
dem Schöpfraum ölgedichteter Vakuumpumpen
in deren Ansaugkanal und gegebenenfalls in einen mit dem Ansaugkanal
verbundenen Bereich, wie eine Vakuumkammer oder das Innere einer
anderen mit dem Ansaugkanal verbundenen Vakuumpumpe dadurch hervorgerufen
wird, dass der Öldampf-Partial-Druck im
Ansaugkanal der ölgedichteten
Pumpe höher
ist als in dem mit dem Ansaugkanal verbundenen Bereich. Um die Menge
des Öldampfes
zu verringern, die aus dem Ansaugkanal in den angeschlossenen Bereich
gelangen kann, wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem ersten
Schritt der Ansaug-Totaldruck der ölgedichteten Vakuumpumpe in
ihrem Ansaugkanal gemessen. In Abhängigkeit des in dem Ansaugkanal
gemessenen Ansaug-Totaldrucks erfolgt ein Regeln der Drehzahl der
Vakuumpumpe. Die Regelung erfolgt erfindungsgemäß derart, dass der Ansaug-Totaldruck
einen vorgegebenen Druckbereich weder unter- noch überschreitet.
Erfindungsgemäß wird der
im Ansaugkanal herrschende Ansaug-Totaldruck somit durch Regelung
der Drehzahl der ölgedichteten
Vakuumpumpe in einem vorgegebenen Druckbereich gehalten. Hierdurch
ist die Gefahr des Austretens von Öldampf aus dem Ansaugkanal
in den angeschlossenen Bereich wie z. B. eine Vakuumkammer erheblich verringert.
-
Vorzugsweise
erfolgt ein Messen des Ansaug-Totaldrucks im Ansaugkanal der ölgedichteten Vakuumpumpe.
Erfindungsgemäß wird die
Drehzahl dieser Vakuumpumpe derart geregelt, dass beim Unterschreiten
eines unteren kritischen Ansaug-Totaldrucks die Drehzahl der Vakuumpumpe
abgesenkt wird. Dementsprechend erfolgt vorzugsweise beim Überschreiten
eines oberen kritischen Ansaug-Totaldrucks ein Erhöhen der
Drehzahl der ölgedichteten Vakuumpumpe.
Da aufgrund der Trägheit
des Systems eine Zeitverzögerung eintreten
kann, ist es vorteilhaft, dass die durch den unteren und oberen
kritischen Ansaug-Totaldruck definierten Druckgrenzen innerhalb
des vorgegebenen Druckbereichs liegen. Der untere kritische Ansaug-Totaldruck
ist somit höher
als die durch den Druckbereich definierte untere Grenze. Entsprechend
ist der obere kritische Ansaug-Totaldruck niedriger als die durch
den Druckbereich definierte obere Grenze. Hierdurch ist gewährleistet,
dass der definierte Druckbereich trotz der Trägheit des Systems nicht verlassen
wird, so dass auch in den Grenzbereichen die Gefahr des Eintretens
von Öldampf
in den mit dem Ansaugkanal verbundenen Vakuumbereich erfindungsgemäß reduziert
wird.
-
Erfindungsgemäß beträgt der in
dem Ansaugkanal herrschende Druckbereich vorzugsweise 5·10–2–0,5 mbar.
Der untere und der obere kritische Ansaug-Totaldruck, bei dem vorzugsweise ein
Verringern der Drehzahl der ölgedichteten
Vakuumpumpe erfolgt, liegt vorzugsweise innerhalb des vorgegebenen
Druckbereichs, wobei die tatsächlichen
Werte des unteren kritischen Ansaug-Totaldrucks und des oberen kritischen
Ansaug-Totaldrucks von der Trägheit
des Systems abhängen.
-
Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfolgt ein Kühlen
des Ansaugkanals. Dies erfolgt vorzugsweise durch Anströmen des
Ansaugkanals mit Umgebungsluft, wobei es sich vorzugsweise auch um
gekühlte
Luft handeln kann. Durch die Kühlung des
Ansaugkanals und das hierdurch hervorgerufene Absenken der Temperatur
im Ansaugkanal kann ein größerer Druckbereich
zugelassen werden, innerhalb dem ein entsprechendes erfindungsgemäßes Regeln
der Drehzahl der ölgedichteten
Vakuumpumpe erfolgt. Das Kühlen
des Ansaugkanals stellt eine von der Drehzahlregelung unabhängige Erfindung dar.
-
Ferner
betrifft die Erfindung eine ölgedichtete Vakuumpumpe
mit im Schöpfraum
angeordneten Pumpelementen. Ferner ist mit dem Schöpfraum ein Ansaugkanal
und ein Ausstoßkanal
verbunden. Insbesondere handelt es sich bei der ölgedichteten Vakuumpumpe um
eine Drehschieber- oder Sperrschieber-Pumpe. Erfindungsgemäß ist der
Ansaugkanal in Strömungsrichtung
unmittelbar vor einer Einlassöffnung
des Schöpfraums
gekrümmt
ausgebildet. Durch die Krümmung
des Ansaugkanals ist die Gefahr des Austretens von Ölpartikeln
aus dem Schöpfraum
in den Ansaugkanal verringert. Aufgrund der Krümmung des Ansaugkanals treffen
die Ölpartikel
in Austrittsrichtung der Ölpartikel
kurz hinter dem Durchtreten der Einlassöffnung auf eine Luft gekühlte Innenwand
des Ansaugkanals. An der Innenseite des Ansaugkanals wird der Öldampf gekühlt und
der Öldampfdruck
so deutlich reduziert, dass ein Rückströmen des Öldampfes durch den Ansaugkanal
in einen mit dem Ansaugkanal verbundenen Vakuumbereich, wie eine
Vakuumkammer oder einen Schöpfraum
einer angeschlossenen Pumpe, vermieden wird.
-
Besonders
bevorzugt ist es hierbei, dass die Krümmung des Ansaugkanals derart
gewählt
ist, dass von jedem Punkt der Einlassöffnung des Schöpfraums
ein gradliniger Austritt eines Partikels aus dem Ansaugkanal vermieden
ist. Um die Menge austretender Öldampf-Partikel
stark zu reduzieren, weist die Krümmung vorzugsweise einen Winkel
von 45° auf,
wobei es sich bei einer teil-kreisringförmigen Ausgestaltung des Ansaugkanals
im Bereich der Krümmung
somit um 1/8 eines
Kreisrings handelt. Vorzugsweise beträgt die Krümmung mindestens 60° und besonders
bevorzugt mindestens 90° bzw. 1/4 Kreisring.
-
Gemessen
an der Mittellinie des Kanals weist die Krümmung vorzugsweise eine Länge von mindestens
80 mm, besonders bevorzugt von mindestens 100 mm auf.
-
Besonders
bevorzugt ist es, dass die Krümmungsrichtung
des Ansaugkanals entgegen der Drehrichtung eines die Pumpelemente
tragenden Rotors erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass Öldampf-Partikel
zu einem großen
Teil durch die Einlassöffnung
aufgrund eines Impulses hindurchtreten, den die Pumpelemente wie
die Schieber auf den Partikel ausüben. Die Impulsrichtung wird
hierbei durch die Drehrichtung des die Pumpelemente tragenden Rotors
beeinflusst, so dass durch eine Krümmung des Ansaugkanals in entgegengesetzte
Richtung die Menge des in dem mit dem Ansaugkanal verbundenen Vakuumbereichs
eindringenden Öldampfs
weiter reduziert werden kann.
-
Um,
wie vorstehend anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben,
ein Absenken der Temperatur innerhalb des Ansaugkanals zu realisieren
und hierdurch zusätzlich
zur Veränderung
des Öldampf-Partial-Drucks
im Ansaugkanal auch das Kondensieren von Öldampf-Partikeln an der Innenwand des
Ansaugkanals zu unterstützen,
erfolgt in besonders bevorzugter Ausführungsform ein Kühlen des Ansaugkanals
durch Vorsehen einer Kühleinrichtung. Die
Absenkung des Öldampf-Partial-Drucks
erfolgt durch Kondensation von Öldampf
im Ansaugkanal. Bei der Kühleinrichtung
kann es sich beispielsweise um ein Gebläse zur Luftkühlung handeln,
wobei die Kühlung
vorzugsweise durch Umgebungsluft erfolgt, die gegebenenfalls gekühlt sein
kann. Vorzugsweise weist die Kühleinrichtung
Leitelemente, wie Leitbleche, Leitwände oder dergleichen auf, um
die Luftströmung
in Richtung des Ansaugkanals, insbesondere gezielt in Richtung kritischer
Bereiche des Ansaugkanals zu lenken. Zu einer weiteren Verbesserung
der Kühlung
ist es möglich,
den Ansaugkanal an seiner Außenseite
mit Kühlrippen
zu versehen.
-
Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform,
die eine selbständige
Erfindung darstellt, ist im Ansaugkanal ein Gaseinlass angeordnet. Über den
Gaseinlass kann eine Zusatzströmung
im Ansaugkanal in Richtung des Schöpfraums der ölgedichteten
Vakuumpumpe erzeugt werden. Hierdurch ist die Gefahr des Austretens
von Öldampf
reduziert. In bevorzugter Ausführungsform
ist mit dem Gaseinlass ein steuerbares Ventil verbunden. Bei höheren Drücken ist
das Ventil vorzugsweise vollständig
geschlossen. Je niedriger die Drücke
werden, desto mehr wird das Ventil geöffnet, so dass eine größere Menge
an zusätzlichem
Gas in den Ansaugkanal strömt.
Hierdurch sind die Saugvermögensverluste, die
durch Einleiten eines zusätzlichen
Gases auftreten, verringert.
-
Das
Vorsehen eines Gaseinlasses im Ansaugkanal stellt eine von der Krümmung des
Ansaugkanals unabhängige
Erfindung dar, wobei in besonders bevorzugter Ausführungsform
die beiden Erfindungen zur weiteren Reduzierung der Gefahr des Öldampf-Austritts
miteinander kombiniert werden können.
-
Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die ölgedichtete
Vakuumpumpe zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens einen
im Ansaugkanal angeordneten Total-Drucksensor auf. Gegebenenfalls
ist ein weiterer Drucksensor in dem mit dem Ansaugkanal verbundenen Vakuumbereich
angeordnet.
-
Aufgrund
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sowie der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der ölgedichteten
Vakuumpumpe kann die Gefahr des Eindringens von Öldampf in einen Vakuumbereich
wie eine Vakuumkammer oder einen Schöpfraum einer in Reihe mit der ölgedichteten
Vakuumpumpe verbundenen, insbesondere trockenen Vakuumpumpe erheblich
reduziert, insbesondere ausgeschlossen werden. Dies hat den Vorteil,
dass ölgeschmierte
Vakuumpumpen in Bereichen eingesetzt werden können, in denen nach dem Stand
der Technik nur trockenlaufende Pumpen verwendet werden können. Hierbei
ist insbesondere zu berücksichtigen, dass ölgedichtete
Vakuumpumpen, wie Drehschieber- oder Sperrschieberpumpen eine deutlich
höhere Lebensdauer
als trockenlaufende Pumpen haben. Hierdurch kann eine erhebliche
Kosteneinsparung erzielt werden.
-
Nachfolgend
wir die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf
die anliegende Zeichnung näher
erläutert.
-
Die
Zeichnung zeigt einen schematischen Querschnitt einer bevorzugten
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Drehschieberpumpe.
-
Die
schematisch dargestellte Drehschieberpumpe weist in einem Gehäuse 10 einen
exzentrisch gelagerten Rotor 12 auf. Der Rotor 12 trägt in Schlitzen 14 Schieber 16,
die an der Innenwand 18 des Schöpfraums 20 anliegen.
Ferner weist das Gehäuse 10 der ölgedichteten
Drehschieberpumpe einen Ansaugkanal 22 auf, durch den Medium
in Richtung eines Pfeils 24 angesaugt wird. Der Ansaugkanal 22 ist mit
einer nicht dargestellten Vakuumkammer oder einem Schöpfraum einer
in Reihe geschalteten weiteren Vakuumpumpe verbunden. Das durch
den Ansaugkanal 22 angesaugte Medium wird über einen Ausstoßkanal 26 aufgrund
der Drehung des Rotors 12 in Richtung eines Pfeils 28,
wie durch den Pfeil 30 dargestellt, ausgestoßen.
-
Innerhalb
des Gehäuses 10 ist
ein Schöpfraum 32 ausgebildet.
Da es sich um eine ölgedichtete Drehschieberpumpe
handelt, erfolgt die Dichtung zwischen Rotor 12 und der
Innenwand 18 sowie zwischen den Schiebern 16 und
der Innenwand 18 des Schöpfraums 32 aufgrund
eines Ölfilms.
Der entstehende Öldampf
tritt hierbei nicht nur durch den Ausstoßkanal 26 aus, sondern
kann auch entgegen der Ansaugrichtung 24 in den Ansaugkanal 22 gelangen. Gegebenenfalls
kann der Öldampf
aus dem Ansaugkanal 22 in den mit dem Ansaugkanal 22 verbundenen
Vakuumbereich eindringen.
-
Um
die Gefahr des Eindringens von Öldampf in
den Vakuumbereich zu verringern, sind erfindungsgemäß mehrere
unterschiedliche Maßnahmen
vorgeschlagen.
-
Gemäß der ersten
Maßnahme
erfolgt ein Krümmen
des Ansaugkanals 22, wobei es sich in der dargestellten
Ausführungsform
um eine Krümmung um
90° handelt,
die entgegen der Drehrichtung 28 des Rotors 12 erfolgt.
Aufgrund der Krümmung
des Ansaugkanals 22 ist wie durch die gestrichelte Linie 34 dargestellt,
die Gefahr des Austretens von Öldampf-Partikeln verringert,
da diese auch bei ungünstigen
Austrittswinkeln aus einer Einlassöffnung 36 des Schöpfraums
auf einen Innenwand 38 des gekrümmten Ansaugkanals 22 treffen.
-
Um
ein Kondensieren der Dampfpartikel an der Innenwand 38 des
Ansaugkanals 22 zu verbessern, kann gemäß einer weiteren Maßnahme eine dargestellten
Ausführungsbeispiel
als Lüfter 40 dargestellte
Kühleinrichtung
vorgesehen sein. Die Kühleinrichtung 40 bläst Umgebungsluft
an eine Außenseite
des Ansaugkanals 22. An diesem können zur weiteren Verbesserung
der Kühlung
Kühlrippen 42 vorgesehen
sein. Ferner weist die Kühleinrichtung 40 in
bevorzugter Ausführungsform
Leitelemente 44, wie Leitbleche oder Leitwände auf,
um ein gezieltes Anströmen
der Außenseite
des Ansaugkanals zu gewährleisten.
-
Durch
die Kühleinrichtung 40 erfolgt
ein Reduzieren der Temperatur innerhalb des Ansaugkanals 22 der
den Öldampf-Partial-Druck
verändert. Dies
führt zu
einer weiteren Reduzierung der Gefahr des Eindringens von Öldampf in
den mit dem Ansaugkanal 22 verbundenen Vakuumbereich.
-
Gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Maßnahme ist
im Ansaugkanal 22 ein Drucksensor 46 angeordnet.
Durch den Drucksensor 46 erfolgt insbesondere das Messen
des Totaldrucks in dem Ansaugkanal 22. Der Drucksensor 46 ist über eine Leitung 48 mit
einer Regel-/Steuereinrichtung 50 verbunden. In Abhängigkeit
des gemessenen Drucks in dem Ansaugkanal 22 erfolgt über eine
mit der Steuereinrichtung 50 verbundene Steuerleitung 52 ein Regeln
der Drehzahl des Rotors 12 der Vakuumpumpe.
-
Ferner
kann die insbesondere elektronische Regel-/Steuereinrichtung 50 mit
einem weiteren im Vakuumbereich angeordneten Drucksensor verbunden
sein, so dass unmittelbar ein Vergleich des in dem Vakuumbereich
wie der Vakuumkammer und des in dem Ansaugkanal 22 herrschenden
Drucks möglich
ist. Auf Basis des Vergleichs kann sodann eine Regelung der Drehzahl
des Rotors 12 erfolgen.
-
Eine
weitere erfindungsgemäße Maßnahme besteht
darin, in dem Ansaugkanal 22 einen Gaseinlass 54 vorzusehen.
Durch diesen kann insbesondere in kritischen Druckbereichen Gas
in den Ansaugkanal eingelassen werden, um eine Zusatzströmung zu
erzeugen. Hierzu ist der Gaseinlass in bevorzugter Ausführungsform
mit einem steuerbaren Ventil 56 verbunden. Das Ventil 56 ist über eine
Leitung 58 vorzugsweise mit der Regel-/Steuereinrichtung 50 verbunden.
Die Menge des Gases, das durch den Gaseinlass 54 in den
Ansaugkanal einströmt,
kann somit in Abhängigkeit
des gemessenen Drucks in dem Ansaugkanal und/oder dem Vakuumbereich
geregelt werden.