DE102014104462A1

DE102014104462A1 - Scrollvakuumpumpe und Verfahren zum Instandhalten, welches ein Ersetzen einer Spitzendichtung in einer Scrollvakuumpumpe aufweist

Info

Publication number: DE102014104462A1
Application number: DE102014104462.2A
Authority: DE
Inventors: John Calhoun
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2014-10-30
Also published as: US20140322055A1; US9822780B2; CN204082539U; US20160201674A1; US9341186B2

Abstract

Eine Scrollpumpe (100) hat eine Spitzendichtung (290) zwischen einem axialen Ende des Scrollblatts (221) von einem von stationären und umlaufenden Plattenscrolls (220) der Pumpe (100) und der Platte der anderen von der stationären Platte und dem umlaufenden Plattenscroll (220). Die Scrollpumpe (100) kann ein Ballastgaszufuhrsystem (500) haben und den Betrieb des Ballastgaszufuhrsystems (500) verwenden, um den Zustand der Spitzendichtung (290) zu bewerten. Alternativ kann die Scrollpumpe (100) zwei Drucksensoren (601A) haben, die den Druck an zwei Stellen messen, welche entlang eines Verdichtungsmechanismus (260) der Pumpe (100) in Abständen angeordnet sind, um den Zustand der Spitzendichtung (290) zu bewerten.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scrollpumpe, die Plattenscrolls (“plate scrolls”), welche verschachtelte („nested“) Scrollblätter („scroll blades“) haben, und Spitzendichtungen, die jeweils eine Dichtung zwischen der Spitze des Scrollblattes von einer der Plattenscrolls und der Platte von dem anderen Plattenscroll bereitstellen. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Unterhalten einer Scrollvakuumpumpe, welches ein Bewerten der Pumpe aufweist, zum Ermitteln ob eine Spitzendichtung der Pumpe ersetzt werden sollte.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Eine Scrollpumpe ist ein Typ von Pumpe, der einen stationären Plattenscroll, welcher ein spiralförmiges stationäres Scrollblatt hat, und einen umlaufenden Plattenscroll, welcher ein spiralförmiges umlaufendes Scrollblatt hat, aufweist. Die stationären und umlaufenden Scrollblätter sind mit einem lichten Abstand und einer vorbestimmten relativen Winkelpositionierung verschachtelt.
Die umlaufende Scrollplatte („scroll plate“) und daraus das umlaufende Scrollblatt sind an einen Exzenterantriebsmechanismus gekoppelt und von diesem angetrieben, so dass sie um eine Längsachse der Pumpe umlaufen, welche durch das axiale Zentrum des stationären Scrollblattes verläuft. Als Folge dieser umlaufenden Bewegung ist eine Reihe von Taschen mittels und zwischen den Scrollblättern begrenzt. Die umlaufende Bewegung des umlaufenden Scrollblattes verursacht auch, dass die Taschen sich in Wirklichkeit innerhalb der Pumpenkopfanordnung so bewegen, dass jede der Taschen selektiv und sequentiell in offene Kommunikation mit einem Einlass und einem Auslass der Scrollpumpe platziert wird und so, dass die Volumina der Taschen variiert werden, wenn die Taschen bewegt werden.
Spezifischer in einem Beispiel einer solchen Scrollpumpe, verursacht die Bewegung des umlaufenden Scrollblattes relativ zu dem stationären Scrollblatt, dass das Volumen einer Tasche, welche gegenüber dem Auslass der Pumpe abgedichtet und in offener Kommunikation mit dem Einlass der Pumpe ist, expandiert. Entsprechend wird Fluid durch den Einlass in die Tasche gesaugt. Dann wird die Tasche an eine Position bewegt, an der sie gegenüber dem Einlass der Pumpe abgedichtet ist und in offener Kommunikation mit dem Auslass der Pumpe ist, und während dieser Zeitspanne wird das Volumen der Tasche reduziert. Daher wird das Fluid in der Tasche verdichtet und dabei durch den Auslass der Pumpe ausgestoßen. In dem Fall der Scrollvakuumpumpe ist der Einlass der Pumpe mit einem System, zum Beispiel einer Kammer, aus der Fluid mit der Hilfe der Scrollpumpe zu evakuieren ist, verbunden.
Ferner hat jedes der spiralförmigen Scrollblätter einer Scrollpumpe eine Anzahl an Windungen („turns“) oder „Wicklungen“ („wraps“). Die exakte Form der Spirale und die Anzahl der Wicklungen geben die Anzahl der Taschen vor, welche zu jedem gegebenen Zeitpunkt hintereinander während des oben beschriebenen Verdichtungsprozesses geformt werden.
Insoweit berühren sich die Seitenwandungsoberflächen der stationären und umlaufenden Scrollblätter gegenseitig nicht, um die Taschen aufrechtzuerhalten. Eher werden kleine lichte Abstände zwischen den Seitenwandungsoberflächen an den Enden jeder Tasche aufrechterhalten, nachdem die Tasche aus der offenen Kommunikation mit dem Einlass der Pumpe bewegt worden ist. Auch sind die Spitzen der spiralförmigen Scrollblätter und der gegenüberliegenden Platten um kleine axiale lichte Abstände an dem oberen Ende und an dem unteren Ende jeder Tasche beabstandet angeordnet.
Öl kann benutzt werden, um eine Dichtung zwischen den stationären und umlaufenden Plattenscrollblättern zu bilden, d.h. um Dichtungen auszuformen, welche die Taschen von den Scrollblättern abgrenzen. Auf der anderen Seite vermeiden gewisse, als „trockene“ Scrollpumpen bezeichnete, Typen von Scrollpumpen das Verwenden von Öl, weil Öl das Fluid kontaminieren könnte, welches mittels der Pumpe bearbeitet wird. Statt auf Öl verlassen sich trockene Scrollpumpen auf die kleinen radialen lichten Abstände, welche zwischen den Seitenwandungsoberflächen der verschachtelten Scrollblätter aufrecht erhalten werden und auf Spitzendichtungen, um die unteren Enden und oberen Enden jeder Tasche abzudichten.
Was Spitzendichtungen angeht, ist jede Spitzendichtung in einer Nut, welche sich in und entlang der Länge der Spitze (axiales Ende) eines jeweiligen von den Scrollblättern (die Nut hat daher auch die Form einer Spirale) erstreckt, so dass sie zwischen der Spitze des Scrollblattes einer jeweiligen von den Plattenscrolls und der Platte von dem anderen der Plattenscrolls eingefügt ist. Solche Spitzendichtungen nutzen mit der Zeit ab und benötigen daher ein periodisches Auswechseln.
Derzeitige Praxis zum Bewerten, ob eine Spitzendichtung ein Auswechseln benötigt, fordert im Allgemeinen, dass der Nutzer den Prozess herunterfährt, welcher in dem System ausgeführt wird, an welches die Scrollpumpe verbunden ist, die Pumpe vom System trennt, ein Vakuumdruckmessgerät an die Pumpe anschließt und die Pumpe laufen lässt bis ihr endgültige Druck hergestellt ist, was mindestens eine Stunde dauern kann. In vielen Fällen haben Komponenten der Pumpe Prozessgas aus dem System adsorbiert und die Pumpe ist auf andere Weise mit Prozessgas gefüllt. In diesem Fall muss die Pumpe „entgast“ („degassed“) werden und dieser Entgasungsprozess trägt signifikant zu der zum Herstellen des endgültigen Drucks benötigten Zeit bei. In jedem Fall wird ein Wert des Drucks des Fluides abgelesen, sobald der endgültige Druck hergestellt ist, und dieser Wert wird mit einem, für den idealen endgültigen Druck der Pumpe repräsentativen, Referenzwert verglichen, um den Betrag von internen Leckagen über die Spitzendichtungen zu bestimmen und daraus zu bestimmen, ob eine Spitzendichtung ein Auswechseln benötigen könnte.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine Scrollpumpe bereitzustellen, welche ein Mittel hat, mittels dem der Zustand einer Spitzendichtung(en) der Pumpe exakt bewertet werden kann.
Es ist ebenfalls ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren, mittels dem der Zustand einer Spitzendichtung(en) einer Scrollpumpe exakt bewertet werden kann, bereitzustellen.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Scrollpumpe bereitzustellen, mittels der ein Techniker oder Nutzer den Zustand einer Spitzendichtung(en) der Pumpe bewerten kann, ohne die Notwendigkeit die Pumpe von dem System zu trennen, mit dem sie in Verbindung verwendet wird und/oder ohne die Notwendigkeit einen langatmigen Auspumpprozess auszuführen.
Es ist ebenfalls ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Scrollpumpe bereitzustellen, welches einen Prozess, mittels dem eine Spitzendichtung(en) der Pumpe bewertet wird, ohne die Pumpe von dem System zu trennen, mit dem sie verwendet wird und/oder ohne einen langatmigen Auspumpprozess durchzuführen, aufweist.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Scrollpumpe bereitgestellt, welche einen Einlassabschnitt aufweist, welcher einen Pumpeneinlass, in den mittels der Pumpe Fluid gesaugt wird, einen Ausströmabschnitt, welcher einen Pumpenauslass aufweist, durch den Fluid aus der Pumpe ausströmt, einen Rahmen, einen stationären Plattenscroll, welcher an dem Rahmen fixiert ist, einen umlaufenden Plattenscroll, eine Spitzendichtung, welche zwischen ein axiales Ende des Scrollblatts des einen von den stationären und umlaufenden Plattenscrolls und die Platte der anderen der stationären Platte und des umlaufenden Plattenscrolls eingefügt ist, einen Exzenterantriebsmechanismus, welcher mittels des Rahmens gestützt ist und an den der umlaufende Plattenscroll gekoppelt ist, so dass er mittels des Exzenterantriebsmechanismus in einer Kreisbahn um eine Längsachse der Pumpe angetrieben wird, ein Ballastgaszufuhrsystem und Steuermittel, das den Betrieb des Ballastgaszufuhrsystems verwendet, um zu bestimmen, wann die Spitzendichtung ein Auswechseln benötigt.
Die stationäre Scrollplatte hat eine stationäre Platte und ein stationäres Scrollblatt in der Form einer Spirale, welches eine Mehrzahl von sukzessiven Wicklungen aufweist, welche von einem zentralen Abschnitt der stationären Platte ausgehen, und der umlaufende Plattenscroll hat eine umlaufende Platte und ein umlaufendes Scrollblatt in der Form einer Spirale, welches eine Mehrzahl von sukzessiven Wicklungen aufweist, welche von einem zentralen Abschnitt der umlaufenden Platte ausgehen. Die stationären und umlaufenden Scrollblätter sind verschachtelt („nested“) und die Spitzendichtung ist zwischen einem axialen Ende des Scrollblatts von einem der stationären und umlaufenden Plattenscrolls und der Platte der anderen der stationären Platte und der umlaufenden Plattenscrolls eingefügt.
Während der umlaufenden Bewegung des umlaufenden Plattenscroll relativ zu dem stationären Plattenscroll werden zwischen den verschachtelten stationären und umlaufenden Scrollblättern gleichzeitig eine Reihe von Taschen definiert und die Reihe von Taschen bildet einen Verdichtungsmechanismus der Pumpe. Auch wird jede der Taschen selektiv und sequentiell in offene Kommunikation mit dem Pumpeneinlass und dem Pumpenauslass und einem Verdichtungsprozess, der sich zwischen einem Zeitpunkt, an welchem die Tasche in offener Kommunikation mit dem Pumpeneinlass, und einem späteren Zeitpunkt, an welchem die Tasche in offener Kommunikation mit dem Pumpenauslass ist, ereignet, platziert.
Das Steuermittel ist konfiguriert, um einen überwachten Druckwert, welcher auf beidem einem Druck des Fluid, welcher an einer gegeben Stelle entlang der Fluidflussrichtung gemessen ist, wenn das Ballastgaszufuhrsystem ausgeschalten ist, und einem Druck des Fluides, welcher an derselben gegeben Stelle (zum Beispiel dem Pumpeneinlass) gemessen wird, wenn das Ballastgaszufuhrsystem angeschaltet ist, basiert, um den überwachten Druckwert mit einem Referenzdruckwert zu vergleichen und um ein Signal auszugeben, wenn der überwachte Druckwert und der Referenzdruckwert sich um zumindest einen vorbestimmten Betrag unterscheiden. Die Signalausgabe mittels des Steuermittels ist anzeigend, dass die Spitzendichtung ein Auswechseln benötigt.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Scrollpumpe bereitgestellt, welche einen Einlassabschnitt, welcher einen Pumpeneinlass hat, in den Fluid mittels der Pumpe gesaugt wird, einen Ausströmabschnitt, welcher einen Pumpenauslass hat, durch den Fluid von der Pumpe ausströmt, einen Rahmen, einen stationären Plattenscroll, welcher an dem Rahmen fixiert ist, einen umlaufenden Plattenscroll, eine Spitzendichtung, welche zwischen ein axiales Ende des Scrollblatts von einem der stationären und umlaufenden Plattenscrolls und der Platte von der anderen der stationären Platte und dem umlaufenden Plattenscrolls eingefügt ist, einen Exzenterantriebsmechanismus, welcher mittels des Rahmens gestützt ist und an dem der umlaufende Plattenscroll gekoppelt ist, so dass er mittels des Exzenterantriebsmechanismus in einer Kreisbahn um eine Längsachse der Pumpe angetrieben ist, Drucksensoren, die entsprechende Drücke des Fluides an Stellen, die in Abständen entlang der Fluidflussrichtung durch die Pumpe, angeordnet sind, messen, und ein Steuermittel, das die mittels der Drucksensoren gemessenen Drücke verwendet, um zu bestimmen, wann die Spitzendichtung ein Auswechseln benötigt.
Auch in dieser Scrollpumpe hat die stationäre Scrollplatte eine stationäre Platte und ein stationäres Scrollblatt in der Form einer Spirale, welche eine Mehrzahl von sukzessiven Wicklungen aufweist, welche von einem zentralen Abschnitt der stationären Platte ausgehen, und der umlaufende Plattenscroll hat eine umlaufende Platte und ein umlaufendes Scrollblatt in der Form einer Spirale, welche eine Mehrzahl von sukzessiven Wicklungen aufweist, welche von einem zentralen Abschnitt der umlaufenden Platte ausgehen. Die stationären und umlaufenden Scrollblätter sind verschachtelt und die Spitzendichtung ist zwischen ein axiales Ende des Scrollblatts von einem der stationären und umlaufenden Plattenscrolls und der Platte von dem anderen der stationären und umlaufenden Plattenscrolls eingefügt.
Auch während der umlaufenden Bewegung des umlaufenden Plattenscroll relativ zu dem stationären Plattenscroll wird zwischen den verschachtelten stationären und umlaufenden Scrollblättern gleichzeitig eine Reihe von Taschen definiert und die Reihe von Taschen bilden einen Verdichtungsmechanismus der Pumpe. Auch wird jede der Taschen selektiv und sequentiell in offene Kommunikation mit dem Pumpeneinlass und dem Pumpenauslass und einem Verdichtungsprozess, der sich zwischen einem Zeitpunkt, an welchem die Tasche in offener Kommunikation mit dem Pumpeneinlass ist, und einem späteren Zeitpunkt, an welchem die Tasche in offener Kommunikation mit dem Pumpenauslass ist, ereignet, platziert.
Die Drucksensoren sind mit dem Verdichtungsprozess an ersten beziehungsweise zweiten Punkten, welche, entlang der Fluidflussrichtung durch die Pumpe, in Abständen angeordnet sind, funktionsfähig assoziiert. Daher messen die Drucksensoren einen ersten Druck des Fluides in dem Verdichtungsmechanismus an einer ersten Stelle, unmittelbar stromaufwärts von einem Teil des Verdichtungsmechanismus, und messen jeweils einen zweiten Druck des Fluides an dem Verdichtungsmechanismus an einer zweiten Stelle, unmittelbar stromabwärts von demselben Teil des Verdichtungsmechanismus.
Das Steuermittel ist konfiguriert, um basierend sowohl auf den ersten als auch zweiten gemessenen Drücken einen überwachten Druckwert, zu berechnen, um den überwachten Druckwert mit einem Referenzdruckwert zu vergleichen und um ein Signal auszugeben, wenn der überwachte Druckwert und der Referenzdruckwert sich um zumindest einen vorbestimmten Betrag unterscheiden. Die Signalausgabe mittels des Steuermittels ist anzeigend, ob eine Notwendigkeit besteht, die Spitzendichtung auszutauschen.
Gemäß einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieben und Unterhalten einer Scrollvakuumpumpe bereitgestellt, welches aufweist: Laufenlassen der Scrollpumpe, während ein Einlass der Scrollpumpe mit einem System verbunden ist, zum Ausstoßen von Fluid aus dem System, Messen eines ersten Drucks, welcher proportional zu einem ersten Anteil des Verdichtungsverhältnisses der Pumpe ist, und eines zweiten Drucks, welcher proportional zu einem zweiten Anteil des Verdichtungsverhältnisses der Pumpe ist, beides während die Scrollpumpe Fluid aus dem System ausstößt, Berechnen eines überwachten Druckwerts basierend auf sowohl den ersten und zweiten gemessenen Drücken, Vergleichen des überwachten Druckwerts basierend auf den ersten und zweiten gemessenen Drücken mit einem Referenzdruckwert und Auswechseln einer Spitzendichtung der Scrollpumpe zu einem Zeitpunkt nachdem sich der überwachte Druckwert und der Referenzwert um zumindest einen vorbestimmten Betrag unterscheiden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mit der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung klarer verstanden werden, welche detaillierte Beschreibung mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen gemacht ist, in denen:
1 ist eine schematische Längsschnittansicht einer Scrollpumpe, auf welche die vorliegende Erfindung angewendet werden kann;
2 ist eine schematische Längsschnittansicht einer Pumpenkopfanordnung der Scrollpumpe aus 1;
3A ist eine vergrößerte Schnittansicht des stationären Plattenscroll der Scrollpumpe aus den 1 und 2;
3B ist eine Vorderansicht des stationären Plattenscroll;
4A ist eine vergrößerte Schnittansicht des umlaufenden Plattenscroll der Scrollpumpe aus den 1 und 2;
4B ist eine Vorderansicht des umlaufenden Plattenscroll;
4C ist eine Anordnungsansicht der stationären und umlaufenden Plattenscrolls der Scrollpumpe aus den 1 und 2;
5 ist eine Schnittansicht von einem Teil des Pumpenkopfs, welcher in 2 gezeigt ist, welche die Spitzendichtungen zwischen dem stationären Plattenscroll und dem umlaufenden Plattenscroll darstellt;
6 ist ein konzeptionelles Diagramm eines Verdichtungsmechanismus einer Scrollvakuumpumpe während eines Verdichtungsprozesses;
7A ist ein Blockdiagramm eines Systems und eines Ausführungsbeispiels einer Scrollvakuumpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung;
7B ist ein Ablaufschema eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben der Scrollvakuumpumpe aus 7A, gemäß der vorliegenden Erfindung;
8A ist ein Blockdiagramm eines Systems und eines anderen Ausführungsbeispiels einer Scrollvakuumpumpe, gemäß der vorliegenden Erfindung; und
8B ist ein Ablaufschema eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben der Scrollvakuumpumpe aus 8A, gemäß der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUFFÜHRUNGSBEISPIELE
Verschiedene Ausführungsbeispiele und Beispiele von Ausführungsbeispielen des erfinderischen Konzepts werden nachstehend umfangreicher, mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, beschrieben werden. In den Zeichnungen können die Größen und die relativen Größen von Elementen zu Zwecken der Klarheit übertrieben sein. Die Formen von Elementen können zu Zwecken der Klarheit und zur Erleichterung des Verständnisses ebenfalls übertrieben und/oder vereinfacht sein. Auch sind in den Zeichnungen durchgehend gleiche Ziffern und Referenzzeichen zum Kennzeichnen gleicher Elemente verwendet.
Ferner sind räumlich relative Begriffe, so wie „vorn“ und „hinten“ verwendet, um die Beziehung, wie in den Figuren dargestellt, eines Elements zu einem anderen Element(en) zu beschreiben. Daher können die räumlich relativen Begriffe, auf Orientierungen in Verwendung angewendet sein, welche von den in den Figuren bildlich dargestellt sind, abweichen. Offensichtlich beziehen sich dennoch alle diese räumlich relativen Begriffe, zur Erleichterung der Beschreibung, auf die in den Zeichnungen gezeigten Orientierungen und sind nicht notwendigerweise limitierend, da ein Apparat, welcher der Erfindung entspricht, Orientierungen annehmen kann, welche unterschiedlich sind, zu den in den Zeichnungen dargestellten, wenn er in Verwendung ist.
Auch eine hierin verwendete Terminologie zum Zwecke des Beschreibens bestimmter Beispiele oder Ausführungsbeispiele des erfinderischen Konzepts muss in Kontext genommen sein. Zum Beispiel bezeichnen die Begriffe „aufweisen“ und „aufweisend“, wenn sie in dieser Spezifizierung verwendet sind, die Anwesenheit der genannten Merkmale oder Funktionen aber sie schließen die Anwesenheit von zusätzlichen Merkmalen oder Funktionen nicht aus. Der Begriff „fixiert“ kann benutzt sein, um eine direkte Verbindung von zwei Teilen miteinander in solch einer Art, dass die Teile sich nicht relativ zueinander bewegen können, oder eine Verbindung der Teile durch das Zwischenschalten von einem oder mehreren zusätzlichen Teilen in solch einer Art, dass sich die Teile nicht relativ zueinander bewegen können, zu beschreiben. Auch kann der Begriff „fixiert“, sofern nicht anders angegeben, eine Beziehung zwischen zwei unitären oder integralen Teilen der Pumpe beschreiben und in dem Fall der integralen Teile wird nicht die Möglichkeit ausgeschlossen, dass eines der Teile von dem anderen lösbar ist. Letztlich ist der Begriff „spiralförmig“, welcher verwendet ist, um ein Scrollblatt zu beschreiben, in seinem allgemeinsten Sinn verwendet und kann sich auf eine beliebige der verschiedenen Formen von Scrollblättern beziehen, welche einem Fachmann bekannt sind, wie sie eine Anzahl von Windungen oder „Wicklungen“ haben.
Jetzt bezugnehmend auf 1, weist eine Scrollvakuumpumpe 1, auf welche die vorliegende Erfindung angewendet sein kann, im Allgemeinen ein Gehäuse 100 und eine Pumpenkopfanordnung 200, einen Pumpenmotor 300 und einen Kühllüfter 400, welcher in dem Gehäuse 100 eingerichtet ist, auf. Ferner definiert das Gehäuse 100 einen Lufteinlass 100A und einen Luftauslass 100B an jeweils entgegengesetzten Enden davon. Das Gehäuse 100 kann auch einen Deckel 110, welcher die Pumpenkopfanordnung 200 und Pumpenmotor 300 bedeckt, und eine Basis 120, welche die Pumpenkopfanordnung 200 und Pumpenmotor 300 stützt, aufweisen. Der Deckel 110 kann aus einem oder mehreren Teilen sein und ist lösbar mit der Basis 120 verbunden, so dass der Deckel 110 von der Basis 120 entfernt werden kann, um auf die Pumpenkopfanordnung 200 zuzugreifen.
Bezugnehmend auf die 2–4C, weist die Pumpenkopfanordnung 200 einen Rahmen 210, einen stationären Plattenscroll 220, einen umlaufenden Plattenscroll 230 und einen Exzenterantriebsmechanismus 240 auf.
Der Rahmen 210 kann ein einheitliches Stück sein oder der Rahmen 210 kann einige integrale Teile aufweisen, die aneinander fixiert sind.
Der stationäre Plattenscroll 220 in diesem Beispiel ist lösbar an den Rahmen montiert. Der stationäre Plattenscroll hat eine vordere Seite 220F und eine hintere Seite 220B und weist ein stationäres Scrollblatt 221 an seiner vorderen Seite 220F auf. Auch hat das stationäre Scrollblatt 220, in diesem Beispiel, sechs Wicklungen, welche, wie in den 3A und 3B gezeigt, konfiguriert sind. Der umlaufende Plattenscroll 230 hat eine vordere Seite 230F und eine hintere Seite 230B und weist ein umlaufendes Scrollblatt 231 an seiner vorderen Seite 230F auf. Das umlaufende Scrollblatt 231 hat, wie in den 4A und 4B gezeigt, Wicklungen, welche komplementär zu denen des stationären Scrollblatts 221 sind.
Das stationäre Scrollblatt 221 und das umlaufende Scrollblatt 231 sind, wie in den 2 und 4C gezeigt, mit einem lichten Abstand und einer vorbestimmten relativen Winkelpositionierung verschachtelt, so dass Taschen (welche mittels Referenzzeichen 1A, 1B, ... 6A+B gekennzeichnet sind) mittels und zwischen den stationären und umlaufenden Scrollblättern 221 und 231 während des Betriebs der Pumpe begrenzt sind, wobei dies unten im Detail beschrieben wird. Insoweit berühren sich Abschnitte der Scrollblätter 221 und 231 gegenseitig nicht, um die Taschen zu dichten. Vielmehr bilden winzige lichte Abstände zwischen Seitenwandoberflächen der Scrollblätter 221 und 231 Dichtungen, welche ausreichend sind, um zufriedenstellende Taschen zu formen. Auch sei zur Kenntnis genommen, dass in 4C die Taschen A und B jedes Paares, denen die gleichen Ziffern vorangehen, in Größe und Funktion identisch sind und als eine einzige Tasche oder Verdichtungszelle behandelt und aufgefasst werden kann, was später beschrieben wird. Daher kennzeichnet der Bezug 6A+B in der Figur eine sechste Tasche oder Zelle, welche mittels des Vereinens der Taschen 5A und 5B geformt ist, wenn die umlaufende Bewegung des umlaufenden Plattenscroll 220 bewirkt, dass die Taschen sich spiralförmig inwärts in Richtung der zentralen Achse L bewegen.
Der Exzenterantriebsmechanismus 240 weist eine Antriebswelle 241 und Lager 246 auf. In diesem Beispiel ist die Antriebswelle 241 eine Kurbelwelle, welche einen Hauptabschnitt 242, welcher an den Motor 300 gekoppelt ist, so dass er mittels des Motors um eine Längsachse L der Pumpe 100 rotiert wird, und eine Kurbel 243, deren zentrale Längsachse in eine radiale Richtung von der Längsachse versetzt ist, hat. Die Lager 246 weisen eine Mehrzahl von Sätzen von rollenden Elementen auf.
Auch in diesem Beispiel ist der Hauptabschnitt 242 der Kurbelwelle mittels des Rahmens 210, durch einen oder mehr Sätzen von den Lagern 246, gestützt, so dass er relativ zum Rahmen 210 rotierbar ist. Der umlaufende Plattenscroll 230 ist, über einen anderen Satz oder Sätze von den Lagern 246 an die Kurbel 243 montiert. Daher ist der umlaufende Plattenscroll 230 mittels der Kurbel 243 getragen, so dass er um die Längsachse der Pumpe umläuft, wenn die Hauptwelle 242 mittels des Motors 300 rotiert wird und der umlaufende Plattenscroll 230 ist mittels der Kurbel gestützt, so dass er um die zentrale Längsachse der Kurbel 243 rotierbar ist.
Während eines normalen Betriebs der Pumpe tendiert eine Last, welche auf Grund des in den Taschen verdichteten Fluides auf das umlaufende Scrollblatt angewendet ist, dazu, zu bewirken, dass die umlaufende Scrollplatte 230 um die zentrale Längsachse der Kurbel 243 rotiert. Das röhrenförmige Element 250 und/oder ein anderer Mechanismus, wie zum Beispiel eine Oldham-Kupplung, beschränkt den umlaufenden Plattenscroll in der Art, um es ihm zu erlauben, um die Längsachse der Pumpe zu rotieren, während er seine Rotation um die zentrale Längsachse der Kurbel 243 verhindert.
In diesem Beispiel ist das röhrenförmige Element 250 ein metallener Faltenbalg. Der metallene Faltenbalg ist radial flexibel genug, um dem ersten Ende 251 davon zu erlauben, dem umlaufenden Plattenscroll 230 zu folgen, während das zweite Ende 252 des Faltenbalgs an dem Rahmen 210 fixiert bleibt. Auf der anderen Seite hat der metallene Faltenbalg eine Torsionssteifigkeit, die verhindert, dass das erste Ende 251 des Faltenbalgs signifikant um die zentrale Längsachse des Faltenbalgs rotiert, d.h. signifikant in seiner Umfangsrichtung rotiert, während das zweite Ende 252 des Faltenbalgs an dem Rahmen 210 fixiert bleibt. Entsprechend mag der metallene Faltenbalg im Wesentlichen das einzige Mittel sein, welches, während des Betriebs der Pumpe, die Winkelsynchronisation zwischen den stationären Scrollblättern 221 und 223 und den ersten beziehungsweise zweiten umlaufenden Scrollblättern 232 und 233 bereitstellt.
Das röhrenförmige Element 250 steht auch um einen Abschnitt der Kurbelwelle 243 und der Lager 246 des Exzenterantriebsmechanismus 240 vor. Auf diese Art und Weise dichtet das röhrenförmige Element 250 die Lager 246 und die Lageroberflächen von einem Raum ab, welcher zwischen dem röhrenförmigen Element 250 und dem Rahmen 210 in die radiale Richtung definiert ist und welcher Raum die Arbeitskammer C, d.h. eine Vakuumkammer der Pumpe, durch welche Fluid strömt, das mittels der Pumpe angetrieben wird, bilden kann. Entsprechend kann durch das röhrenförmige Element 250 Schmiermittel, welches von den Lagern 246 benutzt wird, und/oder Feststoffe, welche durch die Lageroberflächen erzeugt werden, daran gehindert werden, in die Kammer C zu strömen.
Rückbezugnehmend auf 1, hat die Scrollvakuumpumpe 1 auch einen Einlassabschnitt, welcher einen Pumpeneinlass 140 hat und welcher eine Vakuumseite der Pumpe bildet, wo Fluid in die Pumpe gesaugt wird, und einen Ausströmabschnitt, welcher einen Pumpenauslass 150 hat und welcher eine Verdichtungsseite der Pumpe bildet, wo Fluid unter Druck von der Pumpe ausgestoßen wird. Die Pumpenkopfanordnung 200 hat auch eine Einlassöffnung 270 an der Einlassseite der Pumpe und eine Ausströmöffnung 280 an der Ausströmseite der Pumpe. Die Einlassöffnung 270 verbindet den Einlass 140 der Pumpe mit der Vakuumkammer C. Die Auslassöffnung 280 führt zu dem Pumpenauslass 150. Auch in 1 bezeichnet die Referenzziffer 260 einen Verdichtungsmechanismus der Pumpe, der mittels der Taschen 1A, 1B ... 6A+B gebildet ist.
Bezugnehmend auf 5, hat eine Pumpenkopfanordnung 200 auch eine Spitzendichtung 290, die eine axiale Dichtung zwischen dem Scrollblatt von einem der umlaufenden und stationären Plattenscrolls und dem (Boden oder der Platte) von dem anderen der umlaufenden und stationären Plattenscrolls bildet. Spezieller ist die Spitzendichtung 290 ein Plastikelement, welches in einer Nut sitzt und die Länge der Spitze des Scrollblatts 221, 231 von einem der stationären und umlaufenden Plattenscrolls 220, 230 entlang verläuft, so dass es zwischen die Spitze des Scrollblatts 221, 231 und die Platte des anderen der stationären und umlaufenden Plattenscrolls 220, 230 eingefügt ist. 5 zeigt Spitzendichtungen 290, welche mit beiden der Scrollblätter 221 beziehungsweise 231 assoziiert sind. Auch bezeichnet das Referenzzeichen P, in 5, eine frei wählbare von den oben genannten Taschen.
Eine Scrollvakuumpumpe 1, welche die oben beschrieben Struktur hat, arbeitet wie folgt.
Die umlaufende Bewegung des umlaufenden Scrollblatts 221 relativ zu dem stationären Scrollblatt 231 verursacht, dass das Volumen einer führenden Tasche P, welches von dem Auslass 150 der Pumpe abgeschottet und in offener Kommunikation mit dem Einlass 140 der Pumpe ist, expandiert. Entsprechend wird Fluid durch den Pumpeneinlass 140 über die Einlassöffnung 270 der Pumpenkopfanordnung und die Kammer C 200 in die führende Tasche gesaugt. Auch bewegt die umlaufende Bewegung in der Tat die Tasche P in eine Position, an der sie von der Kammer C abgeschottet ist und somit von dem Einlass 140 der Pumpe und in offener Kommunikation mit dem Pumpenauslass 150 ist. Dann ist die Tasche P in der Tat in offene Kommunikation mit der Auslassöffnung 280 der Pumpenkopfanordnung 200 bewegt. Während dieser Zeitspanne wird das Volumen der Tasche P reduziert. Daher wird das Fluid in der Tasche P verdichtet und dabei von der Pumpe durch den Auslass 150 ausgestoßen. Während dieser Zeitspanne (welche einem Umlauf des umlaufenden Plattenscroll 230 entspricht), kann auch eine Anzahl von sukzessiven oder folgenden Taschen P zwischen den stationären und umlaufenden Scrollblättern 221 und 231 geformt werden und in der Tat ähnlich und sukzessive bewegt werden und ihre Volumina reduziert bekommen. Daher ist der Verdichtungsmechanismus 260 in diesem Beispiel mittels einer Reihe von Taschen P gebildet. Auf jeden Fall ist das Fluid, wie in 1 schematisch mittels der pfeilköpfigen Linien gezeigt, auf Grund der umlaufenden Bewegung des umlaufenden Plattenscroll 230 relativ zu dem stationären Plattenscroll 220 durch die Pumpe getrieben.
Ferner sind Vakuumscrollpumpen angewiesen auf die obengenannten kleinen internen lichten Abstände zwischen der Seitenwandoberfläche der spiralförmigen Scrollblätter, die Spitzendichtungen an den Spitzen der Scrollblätter und die Anzahl an Wicklungen der spiralförmigen Scrollblätter, um das Verdichtungsverhältnis zu erzeugen, welches gefordert ist, um die „endgültige Druck“ („ultimate pressure“)-Anforderungen der Pumpen zu erfüllen. Daher ist der endgültige Druck einer Scrollvakuumpumpe mittels der Größe dieser Leckagen definiert. Spezieller ist der endgültige Druck, wenn der Pumpeneinlass geschlossen ist und dort kein Gas eintritt, der Einlassdruck, an dem der (beabsichtigte) Pumpenfluidfluss von dem Einlass zu dem Auslass gleich ist zu der (unbeabsichtigten) Fluidleckage in der entgegengesetzten Richtung von dem Auslass in Richtung des Einlasses.
Auch treten trotz des Verwendens von kleinen radialen lichten Abständen zwischen den Seitenwandoberflächen und des Verwendens von Spitzendichtungen an der Spitze und dem Boden noch kleine Leckagen des Fluides, welches verdichtet wird, auf. Besonders in dem Fall, in dem die Scrollpumpe in Betrieb ist, während ihre „endgültige Druck“-Anforderungen erfüllt werden, ist die Einlassseite der Scrollpumpe auf einem niedrigen Druck und die Ausströmseite der Pumpe ist bei einem relativ hohen Druck (ungefähr atmosphärisch). Die Druckdifferenz von Ausströmseite zu der Einlassseite schafft ein Potential für Leckagen des Fluides in der Pumpe in eine Richtung von der Ausströmseite zu der Einlassseite (manchmal als Rückströmung („back-streaming“) benannt).
Die internen Leckagen werden jetzt bezugnehmend auf 6 in größerem Detail beschrieben.
Wie aus der obigen Beschreibung klar ist, kann ein Verdichtungsmechanismus einer Scrollvakuumpumpe als eine Reihe von Verdichtungszellen C_n modelliert sein, wobei jede Zelle C_n ihr eigenes Gesamtverdichtungsverhältnis („gross compression ratio“) und Abstand aufweist.
6 zeigt ein Beispiel, in dem der Verdichtungsmechanismus und Verdichtungsprozess als sechs Verdichtungszellen C₁–C₆ modelliert ist und welche in diesem Fall zu der Anzahl von Wicklungen der Scrollblätter der Vakuumscrollpumpe 1 korrespondieren. Solch eine Pumpe würde typischerweise am Pumpeneinlass einen Druck von 2m Torr entwickeln, wenn es dort keinen Gasfluss in den Einlass gibt und die Umgebung bei Atmosphärendruck liegt, d.h. wenn die Pumpe Fluid durch den Pumpenauslass in eine Umgebung, bei Atmosphärendruck, ausstößt.
Wie im Stand der Technik bekannt, treten Leckagen des Fluides von der Ausströmseite der Pumpe in Richtung der Einlassseite der Pumpe sowohl an dem nachfolgenden Ende jeder Tasche, als auch über die Spitzendichtung oder Dichtungen, welche die Tasche abdichten, auf. Demzufolge ist ein Bruchteil des Fluides, das theoretisch mittels jeder Tasche P verschoben werden würde, verloren. 6 stellt schematisch die Leckagen, welche mit den Verdichtungszellen C₁, C₂ ... C₆ assoziiert sind, dar: Leckagen durch die Flanke einer Tasche werden mittels der Flusspfade F_L bezeichnet und die Leckagen, welche mit den Spitzendichtungen assoziiert sind, welche die Tasche P begrenzen, sind mittels des Flusspfades 290 _L bezeichnet.
Zusätzlich nutzen sich, wenn die Scrollvakuumpumpe über eine lange Zeit betrieben wird, die Spitzendichtungen auf Grund dessen, dass sie gegen die Platte des gegenüberliegenden Plattenscroll gleiten, ab. Daher vergrößern sich Spitzendichtungsleckagen 290 _L über die Zeit schließlich bis zu dem Punkt, an dem die Effektivität der Pumpe stark reduziert ist und/oder der Betrieb eines Systems, welches mit der Pumpe verbunden ist, nachteilig beeinflusst wird. Diese und andere Probleme können mittels rechtzeitigen Bewertens der Pumpe, um zu bestimmen, ob eine Spitzendichtung ein Auswechseln benötigt, verhütet werden.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vakuumscrollpumpe und Verfahren zum Unterhalten einer Vakuumscrollpumpe, gemäß der vorliegenden Erfindung, wird jetzt bezugnehmend auf die 1–5, 7A und 7B beschrieben werden.
Zusätzlich zu den allgemeinen Komponenten, welche in den 1–5 gezeigt sind und bezugnehmend darauf beschrieben werden, hat ein Ausführungsbeispiel einer Scrollvakuumpumpe, gemäß der vorliegenden Erfindung, auch wie in 7A gezeigt, ein Ballastgaszufuhrsystem 500, welches funktionsfähig ist, um einen Strom von Ballastgas in den Verdichtungsmechanismus 260 der Pumpe an einer Stelle nahe einem stromabwärts, mit Bezug auf die Fluidflussrichtung durch die Pumpe, gelegenen Ende des Verdichtungsmechanismus 260, zuzuführen und ein Steuermittel, welches einen Drucksensor 601 (Vakuumdruckmessgerät) aufweist, welches montiert ist, um einen Druck des Fluid zu messen, welches durch die Verdichtungsstufe 260 fließt, und ein Controller 602, welcher funktionsfähig mit dem Drucksensor 601 verbunden ist. In einem Beispiel dieses Ausführungsbeispiels ist der Drucksensor 601 an den Pumpeneinlass 140 montiert, so dass ein Druck des Fluides gemessen wird, welches durch den Einlass 140 fließt. Das Ballastgaszufuhrsystem 500 weist eine Quelle von Ballastzufuhrgas 501, welche mit dem Verdichtungsmechanismus 260 der Pumpe verbunden ist, und zumindest ein Ventil 502, welches in Reihe zwischen die Quelle von Ballastzufuhrgas 510 und die Verdichtungsstufe 260 eingefügt ist, auf. Das zumindest eine Ventil 502 ist zwischen Stellen bewegbar, welche das Ballastgaszufuhrsystem aktivieren (was bewirkt, dass das Ballastgaszufuhrsystem das Ballastgas von einer Quelle 501 in die Verdichtungsstufe 260 zuführt) beziehungsweise das Ballastgaszufuhrsystem 500 deaktiviert. Das zumindest eine Ventil 502 kann funktionsfähig mit dem Controller verbunden sein, so dass es mittels des Controllers gesteuert wird. Insofern kann das zumindest eine Ventil ein Solenoid oder ein pneumatisch betriebenes Ventil oder der Gleichen sein.
Auf jeden Fall ist das Ballastgas mittels des Ballastgaszufuhrsystems 500 in den Verdichtungsmechanismus 260, nahe dem Ende des Verdichtungsprozesses eingeführt, um zu verhüten, dass kondensierbares Gas, welches mittels der Pumpe bearbeitet wird, innerhalb der Pumpe kondensiert, wie es per se im Stand der Technik bekannt ist. In diesem Beispiel wird das Ballastgas in den Verdichtungsmechanismus 260 zugeführt, an einem Punkt, welcher einer Stelle zwischen der letzten Verdichtungszelle (sechste Verdichtungszelle C₆) und der vorletzten Verdichtungszelle (fünfte Verdichtungszelle C₅) entspricht.
Wenn das Ballastgas so zugeführt wird, steigt der Druck des Fluides in dem Einlass 140 der Pumpe, weil das Ballastgas den Effekt hat, das Verdichtungsverhältnis CR der Pumpe zu reduzieren. (Das Verdichtungsverhältnis einer Scrollvakuumpumpe ist das Verhältnis zwischen Auslass und Einlassdrücken unter einer gegebenen Betriebsbedingung. Insofern ist das Verdichtungsverhältnis mittels der Transportrate von Fluid (Gas) von der Einlassseite der Pumpe zu der Auslassseite der Pumpe bestimmt, weniger aller interner Leckagen, die auftreten, und ist auch ein Faktor für den Betrag an Volumenreduktion der Taschen von ihrer Größe, wenn Fluid darin aufgenommen wird, gegenüber ihrer Größe, wenn die Fluidtaschen eine Kommunikation mit dem Pumpenauslass erreichen).
Der vorliegende Erfinder hat realisiert, dass das Einführen des Ballastgases in den Verdichtungsmechanismus 260 in der Tat die Anzahl von Verdichtungszellen reduziert (in diesem Beispiel von sechs auf fünf) und den Druck an dem Pumpeneinlass 140 um einen Faktor der gleich dem Verdichtungsverhältnisses des Abschnitts des Verdichtungsmechanismus/Prozesses ist, welcher tatsächlich eliminiert wird, wenn das Ballastgaszufuhrsystem aktiviert ist, erhöhen sollte. Das heißt:

(1) CR_tot = CR₁·CR₂·CR₃·CR₄·CR₅·CR₆
(2) CR₂ = CR₁·CR₂·CR₃·CR₄·CR₅
(3) P₂ = P₁·CR₆,

_tot

500

₂

₁

₆

₁

₆

₁

601

500

₂

601

500

Jetzt bezugnehmend auf die 7A und 7B, startet ein Verfahren zum Betreiben der Scrollvakuumpumpe mittels und wird ausgeführt während die Scrollpumpe arbeitet (S10), d.h. während die Pumpe mit einem System 1000 an einem Einlass der Scrollpumpe verbunden ist, um Fluid aus dem System 1000 auszustoßen. Das Fluid kann ein Prozessgas und/oder ein Nebenerzeugnis einer Reaktion eines Prozesses sein, welcher in einer Kammer des Systems 1000 abläuft.
Wenn die Scrollvakuumpumpe laufen gelassen wird und die Scrollpumpe Gas aus dem System 1000 ausstößt, wird der Druck P₁ des Fluides an dem Einlass der Scrollpumpe, mittels eines Drucksensors 601, gemessen (S20), d.h. während eines Zustands in dem kein Ballastgas in die Verdichtungsstufe 260 zugeführt wird. Ein Wert dieses Drucks P₁ kann in einem Speicher des Controllers 602 gespeichert werden.
Wenn die Scrollvakuumpumpe laufen gelassen wird, wird auch Ballastgas periodisch in den Verdichtungsmechanismus 260 der Scrollpumpe, an einer Stelle angrenzend an ein stromabwärts, mit Bezug auf die Richtung des Gasstroms, welcher durch die Pumpe fließt (S30, S50), gelegenes Ende des Verdichtungsmechanismus in einem Zyklus, welcher entworfen ist, um ein Verflüssigen des Gases, welches durch die Pumpe fließt, zu verhüten, zugeführt. Zu diesem Zweck kann der Controller 602 das Ventil 502 periodisch öffnen, um das Ballastgas zuzuführen (S30) und das Ventil 502 entsprechend einem Programm oder einer Rückmeldung von der Pumpe schließen (S50).
Der Druck P₂ des Gases an dem Einlass der Scrollpumpe wird auch mittels des Drucksensors 601, während des Zustands in dem Ballastgas in den Verdichtungsmechanismus 260 zugeführt wird (S40), gemessen und ein Wert von dem P₂ wird in dem Speicher des Controllers 602 gespeichert.
Der Controller 602 berechnet dann (S60) einen überwachten Druckwert P_M, basierend auf sowohl den ersten als auch den zweiten gemessenen Drücken P₁ und P₂. Zum Beispiel kann der überwachte Druckwert ein Verhältnis von P₂ zu P₁ (d.h. P₂/P₁) sein. Alternativ kann der überwachte Druckwert die Differenz zwischen P₂ und P₁ sein. Dann vergleicht ein Vergleicher des Controllers 602 (S70) den überwachten Druckwert P_M mit einem Referenzdruckwert P_Ref, welcher auch in dem Speicher des Controllers 602 gespeichert ist oder anderweitig in den Controller 602 eingegeben wird. Wenn sich der überwachte Druckwert P_M und der Referenzwert P_Ref um zumindest einen vorbestimmten Betrag unterscheiden, kann der Controller ein Signal an eine Audio- oder visuelle Vorrichtung 700 (zum Beispiel ein Audioalarm oder einen Displayschirm) ausgeben, um einen Techniker zu warnen, dass eine Spitzendichtung ein Auswechseln benötigt.
In diesem Ausführungsbeispiel wird deshalb die Wirkung des Einführens des Ballastgases auf das Verdichtungsverhältnis der Pumpe überwacht und diese Wirkung wird dazu verwendet, um ein Anzeichen für eine exzessive Spitzendichtungsabnutzung bereitzustellen. Das heißt, wenn die Drücke P₁ und P₂ anzeigen, dass das Verdichtungsverhältnis der Pumpe sich, auf Grund einer Spitzendichtungsabnutzung, um einen bestimmten Umfang vermindert hat, kann eine Warnung mittels des Controllers 602 bereitgestellt werden.
Dann wird/werden die Spitzendichtung(en) 290 bei der nächsten regelmäßig angesetzten Instandhaltung ausgewechselt (S80), wenn die Pumpe ohnehin von dem System 1000 getrennt ist. Zum Beispiel wird, bezugnehmend auf die 1, 2 und 5, der Deckel 110 entfernt, um auf die Pumpenkopfanordnung 200 zuzugreifen. Dann wird der stationäre Plattenscroll 220 von dem Rahmen 210 abgetrennt, wodurch Zugriff auf die Spitzendichtung(en) 290 bereitgestellt wird. Die abgenutzte(n) Spitzendichtung(en) 290 werden von der Nut in der Spitze des Blattes, in der sie sitzt/sitzen, entfernt und eine neue Spitzendichtung wird in die Nut eingeführt. Dann werden die Teile wieder zusammengebaut.
Ein anderes Ausführungsbeispiel einer Vakuumscrollpumpe und einem Verfahren zum Unterhalten einer Vakuumscrollpumpe, gemäß der vorliegenden Erfindung, wird jetzt bezugnehmend auf die 1–5, 8A uns 8B beschrieben.
Zusätzlich zu den allgemeinen Komponenten, welche gezeigt sind in den und beschrieben sind bezugnehmend auf die 1–5, hat auch ein anderes Ausführungsbeispiel einer Scrollvakuumpumpe, gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in 8A gezeigt, erste und zweite Drucksensoren 601A und 601B (Vakuummessgeräte) und ein Steuermittel, welches einen Controller 602, welcher funktionsfähig mit den Drucksensoren 601A und 601B verbunden ist, aufweist. Die Drucksensoren 601A und 601B sind funktionsfähig mit dem Verdichtungsmechanismus 260 an ersten beziehungsweise zweiten Punkten assoziiert, welche in Abständen entlang der Fluidflussrichtung durch die Pumpe angeordnet sind. Daher messen die Drucksensoren 601A und 601B einen ersten Druck des Fluides in dem Verdichtungsmechanismus 260 an einer ersten Stelle unmittelbar stromaufwärts von einem Teil des Verdichtungsmechanismus (welcher in diesem Beispiel aus der fünften Verdichtungszelle C₅ besteht) beziehungsweise messen einen zweiten Druck des Fluides in dem Verdichtungsmechanismus 260 an einer zweiten Stelle unmittelbar stromabwärts gelegen von diesem Teil (der fünften Verdichtungszelle C₅) des Verdichtungsmechanismus.
Entsprechend in diesem Ausführungsbeispiel:

(4) P_D/P_U = CR₅,

_D

601B

₅

_U

601A

₅

In diesem Ausführungsbeispiel wird das Druckverhältnis P_D/P_U oder der Differenzdruck P_diff = P_D – P_U über zwei Punkte in dem Verdichtungsprozess verwendet, um die Notwendigkeit eine Spitzendichtung(en) auszuwechseln, anzuzeigen. Zu diesem Zweck wird jetzt Bezug genommen auf die 8A und 8B.
Ein Verfahren zum Betreiben der Scrollvakuumpumpe startet mittels eines und ist ausgeführt während eines Laufenlassens der Scrollpumpe (S100), d.h. während die Pumpe mit einem System 1000 verbunden ist an einem Einlass der Scrollpumpe, um Fluid aus dem System 1000 auszustoßen. Das Fluid kann Prozessgas und/oder ein Nebenerzeugnis einer Reaktion eines Prozesses sein, welcher in einer Kammer des Systems 1000 abläuft.
Wenn die Scrollvakuumpumpe laufen gelassen wird und die Scrollpumpe Gas aus dem System 1000 ausstößt, werden die Drücke P_D und P_U gemessen (S200). Das heißt der Druck P_U des Fluides in dem Verdichtungsmechanismus 260 der Pumpe an der in Bezug auf die Fluidflussrichtung durch die Pumpe, unmittelbar stromaufwärts von einem Abschnitt (welcher zu einer Zelle C₅ korrespondierend ist), gelegenen ersten Stelle des Verdichtungsmechanismus 260 gemessen und der Druck P_D des Fluides in dem Verdichtungsmechanismus 260 der Pumpe wird an einer zweiten Stelle unmittelbar stromabwärts von diesem Abschnitt (welcher zu der Zelle C₅ korrespondierend ist) des Verdichtungsmechanismus gemessen.
Der Controller 602 berechnet dann (S300) einen überwachten Druckwert P_M basierend auf sowohl den ersten als auch zweiten gemessenen Drücken P_D und P_U. Zum Beispiel kann der überwachte Druckwert ein Verhältnis von P_D zu P_U (d.h. P_D/P_U) sein. Alternativ kann der überwachte Druckwert die Differenz zwischen P_D und P_U sein. Dann vergleicht ein Vergleicher des Controllers 602 (S400) den überwachten Druckwert P_M mit einem Referenzwert P_Ref, welcher auch in dem Speicher des Controllers 602 gespeichert oder anderweitig in den Controller 602 eingegeben ist. Wenn der überwachte Druckwert P_M und der Referenzwert P_Ref sich um zumindest einen vorbestimmten Betrag unterscheiden, kann der Controller ein Signal an eine Audio- oder visuelle Vorrichtung (zum Beispiel ein Audioalarm oder einen Displayschirm) ausgeben, um einen Techniker zu warnen, dass eine Spitzendichtung ein Auswechseln benötigt.
Dann wird/werden die Spitzendichtung(en) 290 bei der nächsten regelmäßig angesetzten Instandhaltung ausgewechselt (S500), wenn die Pumpe ohnehin von dem System 1000 getrennt ist.
Wie aus der obigen Beschreibung erkenntlich sein sollte, ist der überwachte Druckwert P_M, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, von zwei gemessenen Drücken abgeleitet. Entsprechend ist die Genauigkeit von P_M, d.h. die Genauigkeit von der Charakterisierung der Spitzendichtungsabnutzung, von der (den) Antwortslope(s) des/der Druckmessgerät(e) abhängig, welches (welche) zum Messen der Drücke in der Pumpe verwendet werden, und nicht von der Genauigkeit (Kalibrierung) eines beliebigen einzelnen Messgeräts. Entsprechend kann die vorliegende Erfindung den Zustand der Spitzendichtung(en), an dem ein Auswechseln nötig ist, sehr genau bestimmen.
Zusätzlich ist die Wirkung von adsorbierten oder absorbierten Gas in der Pumpe auf die Genauigkeit des Bewertens minimiert, da der vorbestimmte Wert Pm eher basierend auf dem Verhalten der Pumpe in der wirklichen Anwendung bestimmt werden kann, als beruhend auf veröffentlichten Werten von endgültigem Druck, der auf der Abwesenheit solcher Bedingungen basiert.
Zusätzlich kann, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, das Bewerten der Spitzendichtung(en) gemacht werden, während die Scrollpumpe mit einem System verbunden ist und unter einem stationären Zustand von Gasfluss von dem System in die Pumpe laufen gelassen wird. Entsprechend kann die Notwendigkeit eine Spitzendichtung(en) auszuwechseln, weit im Voraus bestimmt werden, so dass das Spitzendichtungsauswechseln für die nächste planmäßige angesetzte Instandhaltung der Pumpe angesetzt werden kann. Ferner ist es nicht nötig die Pumpe von dem System zu trennen und zeitintensive Tests durchzuführen, um zu bestimmen, ob die Spitzendichtung ein Auswechseln benötigt. Daher kann die vorliegende Erfindung den Stillstand von verschiedenen Systemen, die das Verwenden einer Scrollpumpe benötigen, verringern.
Schlussendlich wurden Ausführungsbeispiele des erfinderischen Konzepts und Beispiele davon oben detailliert beschrieben. Das erfinderische Konzept kann jedoch in vielen unterschiedlichen Formen ausgeführt sein und sollte nicht so ausgelegt werden, als dass es auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt sein sollte. Vielmehr wurden diese Ausführungsbeispiele beschrieben, so dass diese Offenbarung sorgfältig und vollständig ist und einem Fachmann das erfinderische Konzept vollkommen vermittelt. Daher ist der wahre Geist und Umfang des erfinderischen Konzepts nicht mittels der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele und Beispiele beschränkt, sondern mittels der folgenden Ansprüche.

Claims

Scrollpumpe (100), welche aufweist: einen Einlass-(140)Teil, welcher einen Pumpeneinlass (140), in welchen mittels der Pumpe (100) Fluid gesaugt wird, und einen Auslassteil hat, welcher einen Pumpenauslass (150), durch welchen Fluid aus der Pumpe (100) ausgeströmt wird, aufweist; einen Rahmen (210); einen stationären Plattenscroll (220), welcher an dem Rahmen (210) fixiert ist und welcher eine stationäre Platte, und ein stationäres Scrollblatt (221), welches von der stationären Platte hervorsteht, aufweist; einen umlaufenden Plattenscroll (230), welcher eine umlaufende Platte und ein umlaufendes Scrollblatt (221), welches axial von der umlaufenden Platte vorsteht, aufweist, wobei das stationäre Scrollblatt (221), welches die Form einer Spirale hat, welche eine Mehrzahl von sukzessiven Wicklungen aufweist, welche von einem zentralen Abschnitt der stationären Platte ausgehen, das umlaufende Scrollblatt (221), welches die Form einer Spirale hat, welche eine Mehrzahl von sukzessiven Wicklungen aufweist, welche von einem zentralen Abschnitt der umlaufenden Platte ausgehen, und die stationären und umlaufenden Scrollblätter (221) miteinander verschachtelt sind; eine Spitzendichtung, welche zwischen einem axialen Ende des Scrollblatts (221) von einem der stationären und umlaufenden Plattenscrolls (220) und der Platte der anderen der stationären Platte und umlaufenden Plattenscrolls (220) eingefügt ist; einen Exzenterantriebsmechanismus (240), welcher durch den Rahmen (210) gestützt ist, wobei der umlaufende Plattenscroll (230) an den Exzenterantriebsmechanismus (240) gekoppelt ist, so dass er von dem Exzenterantriebsmechanismus (240) in einer Umlaufbahn um eine Längsachse der Pumpe (100) angetrieben wird, wobei während der Orbitalbewegung des umlaufenden Plattenscroll (230) relativ zu dem stationären Plattenscroll (220) eine Reihe von Taschen (1A) simultan zwischen den verschachtelten stationären und umlaufenden Scrollblättern (221) definiert werden, wobei die Reihe von Taschen (1A) einen Verdichtungsmechanismus (260) der Pumpe (100) bilden, wobei jede der Taschen (1A) selektiv und sequentiell in offene Kommunikation mit dem Pumpeneinlass (140) und dem Pumpenauslass (150) platziert wird, und wobei ein Verdichtungsprozess erfolgt, in welchem ein Fluid, welches in der Tasche eingeschlossen wird, komprimiert wird, zwischen einem Zeitpunkt, an dem die Tasche in offener Kommunikation mit dem Pumpeneinlass (140) ist, und einem späteren Zeitpunkt, an dem die Tasche in offener Kommunikation mit dem Pumpenauslass ist; ein Ballastgaszufuhrsystem (500), welches funktionsfähig ist, um einen Strom von Ballastgas in die Verdichtungsstufe (260) der Pumpe (100) an einer Stelle nahe eines, bezugnehmend auf die Fluidflussrichtung durch die Pumpe (100), stromabwärts gelegenen Endes des Verdichtungsmechanismus (260) zuzuführen; und ein Steuermittel konfiguriert: zum Berechnen eines überwachten Druckwerts, basierend auf sowohl einem ersten Druck des Fluides, welcher in der Pumpe (100) an einer Stelle entlang der Flussrichtung gemessen wird, wenn das Ballastgaszufuhrsystem (500) aktiviert ist und kein Ballastgas in den Verdichtungsmechanismus (260) der Pumpe (100) zuführt, und einem Druck des Fluides, welcher an der Stelle gemessen wird, wenn das Ballastgaszufuhrsystem (500) angeschlossen ist und Ballastgas in den Verdichtungsmechanismus (260) zuführt, zum Vergleichen des überwachten Druckwerts mit einem Referenz-(6A)Druckwert und zum Ausgeben eines Signals, welches eine Notwendigkeit zum Auswechseln der Spitzendichtung (290) anzeigt, wenn der überwachte Druckwert und der Referenz-(6A)Druckwert sich um zumindest einen vorbestimmten Betrag voneinander unterscheiden.
Scrollpumpe (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Steuermittel ein Vakuumdruckmessgerät, welches an den Pumpeneinlass (140) montiert ist, und einen Controller (602), welcher funktionsfähig mit dem Vakuumdruckmessgerät verbunden ist, aufweist, und wobei das Steuermittel konfiguriert ist, um einen überwachten Druckwert zu berechnen, welcher auf sowohl einem Druck des Fluides, welcher an dem Pumpeneinlass (140) mittels des Vakuumdruckmessgeräts gemessen wird, wenn das Ballastgaszufuhrsystem (500) deaktiviert ist und einem Druck des Fluides, welcher an dem Pumpeneinlass (140) mittels des Vakuumdruckmessgeräts gemessen wird, wenn das Ballastgaszufuhrsystem (500) aktiviert ist und Ballastgas in die Verdichtungsstufe (260) zuführt.
Scrollpumpe (100) gemäß Anspruch 2, wobei der Controller (602) auch funktionsfähig an das Ballastgaszufuhrsystem (500) verbunden ist, um das Ballastgaszufuhrsystem selektiv zu aktivieren und zu deaktivieren.
Scrollpumpe (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Ballastgaszufuhrsystem (500) eine Quelle (501) von Ballastzufuhrgas (501) aufweist, welche an die Verdichtungsstufe (260) der Pumpe (100) verbunden ist, und zumindest ein Ventil (502), welches in Reihe zwischen die Quelle (501) von Ballastzufuhrgas (501) und die Verdichtungsstufe (260) angeordnet ist.
Scrollpumpe (100) gemäß Anspruch 4, wobei das Steuermittel funktionsfähig mit dem zumindest einen Ventil (502) verbunden ist, um das zumindest eine Ventil (502) zu bewegen, um die Quelle (501) von Ballastgas selektiv in offene Fluidkommunikation mit der Verdichtungsstufe (260) zu platzieren und um die Quelle (501) von Ballastgas von der Verdichtungsstufe (260) abzuriegeln.
Scrollpumpe gemäß Anspruch 5, wobei das Steuermittel ein Vakuumdruckmessgerät, welches an dem Pumpeneinlass (140) moniert ist, und einen Controller (602), welcher funktionsfähig mit dem Vakuumdruckmessgerät verbunden ist, aufweist, und wobei das Steuermittel konfiguriert ist, um einen überwachten Druckwert, welcher auf sowohl einem Druck des Fluides, welcher an dem Pumpeneinlass (140), mittels des Vakuumdruckmessgeräts gemessen wird, wenn das Ballastgaszufuhrsystem (500) deaktiviert ist, als auch einem Druck des Fluides, welcher an dem Pumpeneinlass (140) mittels eines Vakuumdruckmessgeräts gemessen wird, wenn das Ballastgaszufuhrsystem (500) angeschlossen ist und Ballastgas in die Verdichtungsstufe zuführt.
Scrollpumpe gemäß Anspruch 6, wobei der Controller (602) auch funktionsfähig mit dem zumindest einen Ventil (502) verbunden ist, so dass das Positionieren des zumindest einen Ventils (502) gesteuert ist.
Scrollpumpe (100), welche aufweist: einen Einlass-(140)Abschnitt, welcher einen Pumpeneinlass (140) in welchen mittels der Pumpe (100) Fluid gesaugt wird, und einen Auslassabschnitt, welcher einen Pumpenauslass (150), durch welchen Fluid von der Pumpe (100) ausgelassen wird, aufweist; einen Rahmen (210); einen stationären Plattenscroll (220), welcher an dem Rahmen (210) fixiert ist und welcher eine stationäre Platte aufweist, und ein stationäres Scrollblatt (221), welches von der stationären Platte hervorsteht; einen umlaufenden Plattenscroll (230), welcher eine umlaufende Platte und ein umlaufendes Scrollblatt (221), welches axial von der umlaufenden Platte hervorsteht, aufweist, wobei das stationäre Scrollblatt (221) die Form einer Spirale hat, welche eine Mehrzahl von sukzessiven Wicklungen aufweist, welche von einem zentralen Abschnitt der stationären Platte ausgehen, das umlaufende Scrollblatt (221), welches die Form einer Spirale hat, welche eine Mehrzahl von sukzessiven Wicklungen aufweist, welche von einem zentralen Abschnitt der umlaufenden Platte ausgehen, und die stationären und umlaufenden Scrollblätter (221) miteinander verschachtelt sind; eine Spitzendichtung, welche zwischen einem axialen Ende des Scrollblatts (221) von einem der stationären und umlaufenden Plattenscrolls (220) und der Platte der anderen der stationären Platte und umlaufenden Plattenscrolls (220) eingefügt ist; einen Exzenterantriebsmechanismus (240), welcher durch den Rahmen gestützt ist, und den umlaufenden Plattenscroll (230), welcher an den Exzenterantriebsmechanismus (240) gekoppelt ist, so dass er von dem Exzenterantriebsmechanismus (240) in einer Umlaufbahn um eine Längsachse der Pumpe (100), angetrieben wird, wobei während der Orbitalbewegung des umlaufenden Plattenscroll (230) relativ zu dem stationären Plattenscroll (220) eine Reihe von Taschen (1A) simultan zwischen den verschachtelten stationären und umlaufenden Scrollblättern (221) definiert werden, wobei die Reihe von Taschen (1A) einen Verdichtungsmechanismus (260) der Pumpe (100) bilden, wobei jede der Taschen (1A) selektiv und sequentiell in offene Kommunikation mit dem Pumpeneinlass (140) und dem Pumpenauslass (150) platziert wird, und wobei ein Verdichtungsprozess erfolgt, in welchem ein Fluid, welches in der Tasche eingeschlossen ist, komprimiert wird, zwischen einem Zeitpunkt, an dem die Tasche in offener Kommunikation mit dem Pumpeneinlass (140) ist und einem späteren Zeitpunkt, an dem die Tasche in offener Kommunikation mit dem Pumpenauslass ist; Drucksensoren (601A), welche entlang der Flussrichtung des Fluides durch die Pumpe (100) funktionsfähig mit dem Verdichtungsmechanismus (260) an ersten beziehungsweise zweiten Punkten assoziiert sind, wobei die Drucksensoren (601A) einen ersten Druck des Fluides in dem Verdichtungsmechanismus (260) an einer ersten Stelle unmittelbar stromaufwärts von einem Teil des Verdichtungsmechanismus (260) messen beziehungsweise einen zweiten Druck des Fluides in dem Verdichtungsmechanismus (260) an einer zweiten Stelle unmittelbar stromabwärts von einem Teil des Verdichtungsmechanismus (260) messen; und ein Steuermittel, welches konfiguriert ist, um einen überwachten Druckwert zu Berechnen, welcher auf sowohl dem ersten als auch dem zweiten gemessenen Drücken basiert, um den überwachten Druckwert mit einem Referenz-(6A)Druckwert zu vergleichen, und um ein Signal auszugeben, welches eine Notwendigkeit zum Auswechseln der Spitzendichtung (290) kennzeichnet, wenn der überwachte Druckwert und der Referenz-(6A)Druckwert sich um zumindest einen vorbestimmten Betrag unterscheiden.
Verfahren zu einem Betrieb und einem Unterhalten einer Scrollvakuumpumpe (1), wobei das Verfahren aufweist: Laufen lassen der Scrollpumpe (100) während die Pumpe (100) mit einem System (1000) verbunden ist an einem Einlass (140) der Scrollpumpe (100), um Fluid von einem System (1000) auszustoßen; während die Scrollpumpe (100) Fluid aus dem System (1000) ausstößt, Messen eines ersten Drucks, welcher proportional zu einem ersten Anteil des Verdichtungsverhältnis der Pumpe (100) ist, und Messen eines zweiten Drucks, welcher proportional zu einem zweiten Anteil des Druckverhältnis der Pumpe (100) ist; Berechnen eines überwachten Druckwerts, welcher sowohl auf den ersten als auch zweiten gemessenen Drücken basiert; Vergleichen des überwachten Druckwerts, welcher auf den ersten und zweiten gemessenen Drücken basiert, mit einem Referenz-(6A)Druckwert; und Auswechseln einer Spitzendichtung (290), welche zwischen einem axialen Ende eines Scrollblattes (221) einem der stationären und umlaufenden Plattenscrolls (220) und einer Platte der anderen der stationären Platte und umlaufenden Plattenscrolls (220) der Scrollpumpe (100) ist, an einem Zeitpunkt, nachdem sich der überwachte Druckwert und der Referenz-(6A)Druckwert um zumindest einen vorbestimmten Betrag unterscheiden.
Verfahren gemäß Anspruch 9, welches ferner aufweist ein periodisches Zuführen eines Ballastgases in einen Verdichtungsmechanismus (260) der Scrollpumpe (100) an einer Stelle angrenzend an ein stromabwärts gelegenes Ende des Verdichtungsmechanismus (260), bezugnehmend auf die Fluidflussrichtung durch die Pumpe (100), während die Scrollpumpe (100) laufen gelassen wird, um Fluid von dem System (1000) auszustoßen, wobei der Verdichtungsmechanismus (260) mittels einer Reihe von Taschen (1A) der Scrollpumpe (100) gebildet ist, welche zwischen den stationären und umlaufenden Scrollblättern (221) der Pumpe (100) definiert sind, und wobei das Messen des ersten Drucks ein Messen des Drucks des Fluides an einer Stelle entlang der Fluidflussrichtung während eines Zustands, in dem kein Ballastgas in die Verdichtungsstufe (260) zugeführt wird, aufweist, und wobei das Messen des zweiten Drucks das Messen des Drucks des Fluides an der Stelle während eines Zustands, in dem Ballastgas in die Verdichtungsstufe (260) zugeführt wird, an der Stelle angrenzend an ein stromabwärts gelegenes Ende davon, aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei das Berechnen des überwachten Druckwerts ein Berechnen eines Verhältnisses der ersten und zweiten gemessenen Drücke aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei das Berechnen des überwachten Druckwerts ein Berechnen einer Differenz zwischen den ersten und zweiten gemessenen Drücken aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei das Messen der ersten und zweiten Drücke jeweils das Messen des Drucks des Fluides an dem Einlass (140) der Scrollpumpe (100) aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das Messen des ersten Drucks ein Messen des Drucks von Fluid in dem Verdichtungsmechanismus (260) der Pumpe (100) an einer ersten Stelle unmittelbar stromaufwärts von einem Teil des Verdichtungsmechanismus (260), bezugnehmend auf die Flussrichtung des Fluides durch die Pumpe (100), aufweist und das Messen des zweiten Drucks ein Messen des Drucks von Fluid in dem Verdichtungsmechanismus (260) der Pumpe (100) an einer zweiten Stelle gleich stromabwärts des einen Teils der Verdichtungsstufe (260), bezugnehmend auf die Flussrichtung von Fluid durch die Pumpe (100).
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei das Berechnen des überwachten Druckwerts ein Berechnen des Verhältnisses der ersten und zweiten gemessenen Drücke aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei das Berechnen des überwachten Druckwerts ein Berechnen einer Differenz zwischen den ersten und zweiten gemessenen Drücken aufweist.