DE102017119596A1 - Hermetic vacuum pump shut-off valve - Google Patents
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Abstract
Ein Vakuumpumpen Absperr (VPI) Ventil ist zwischen einer Vakuumpumpe und einer Vakuumkammer angeordnet. Während eines normalen Betriebs der Vakuumpumpe ist das VPI Ventil offen, wobei eine Fluidverbindung zwischen der Vakuumpumpe und der Vakuumkammer ermöglicht wird. Wenn die Vakuumpumpe betriebsunfähig wird, beispielsweise an Leistung verliert, schließt das VPI Ventil, wobei dadurch die Vakuumkammer von der Vakuumpumpe isoliert wird. Das Schließen des VPI Ventils wird mittels des Abgasdrucks der Vakuumpumpe angetrieben. Das VPI Ventil wird dem Abgasdruck ausgesetzt, indem ein Pilotventil geöffnet wird, was als Ergebnis davon eintreten kann, dass ein Betrieb der Vakuumpumpe beendet wird. Mittels dieser Konfiguration ist das VPI Ventil hermetisch und benötigt keine Umgebungsluft für seinen Betrieb.A vacuum pump shut-off (VPI) valve is disposed between a vacuum pump and a vacuum chamber. During normal operation of the vacuum pump, the VPI valve is open allowing fluid communication between the vacuum pump and the vacuum chamber. When the vacuum pump becomes inoperable, eg, loses power, the VPI closes valve, thereby isolating the vacuum chamber from the vacuum pump. The closing of the VPI valve is driven by the exhaust pressure of the vacuum pump. The VPI valve is exposed to the exhaust pressure by opening a pilot valve, which may occur as a result of an operation of the vacuum pump being stopped. By virtue of this configuration, the VPI valve is hermetic and does not require ambient air for its operation.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Absperrventil, welches mit einer Vakuumpumpe verwendet wird, um ein assoziiertes Vakuumsystem in dem Fall eines Ausschaltens der Vakuumpumpe zu schützen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Absperrventil, welches mittels eines Gasdrucks innerhalb der Vakuumpumpe angetrieben wird, zu schließen.The present invention generally relates to a shut-off valve which is used with a vacuum pump to protect an associated vacuum system in the event of disconnection of the vacuum pump. In particular, the invention relates to a shut-off valve which is driven by means of a gas pressure within the vacuum pump to close.
Hintergrundbackground
Verschiedene Systeme enthalten eine oder mehrere interne Kammern, welche bei einem Hochvakuum (sehr niedriger, subatmosphärischer Druck) Pegel arbeiten müssen, beispielsweise niedriger als 10–3 Torr. Derartige Systeme enthalten beispielsweise Spektrometrie Systeme, Lecktest Systeme, Mikroskop (z.B. Elektronenmikroskop) Systeme, Mikrofabrikation (z.B. Vakuumabscheidung) Systeme, etc. Die internen Vakuumkammern dieser Systeme werden mittels einer oder mehrerer Vakuumpumpen entleert. Beispielsweise kann ein Vakuumsystem eine „Grob“(roughing)-pumpe oder eine „Vor“(backing)-pumpe enthalten, welche konfiguriert ist, das Vakuumsystem zu einem groben Vakuumpegel herunterzubringen, beispielsweise herunter auf ungefähr 10–3 Torr. Das Vakuumsystem kann ferner eine oder mehrere Hochvakuumpumpen enthalten, welche konfiguriert sind, das Vakuumsystem weiter zu einem Hochvakuumpegel herunterzubringen. In einem derartigen System dient die Grobpumpe als eine erste Stufe des Vakuum-Auspumpens und kann für den Betrieb der weiteren Stufe(n) des Hochvakuum-Auspumpens erforderlich sein, welche mittels der Hochvakuumpumpe implementiert wird.Various systems include one or more internal chambers which must operate at a high vacuum (very low, subatmospheric pressure) level, for example, lower than 10 -3 Torr. Such systems include, for example, spectrometry systems, leak test systems, microscopes (eg electron microscope) systems, microfabrication (eg vacuum deposition) systems, etc. The internal vacuum chambers of these systems are emptied by means of one or more vacuum pumps. For example, a vacuum system may include a roughing pump or a backing pump configured to bring the vacuum system down to a coarse vacuum level, for example, down to about 10 -3 torr. The vacuum system may further include one or more high vacuum pumps configured to further bring the vacuum system down to a high vacuum level. In such a system, the coarse pump serves as a first stage of vacuum evacuation and may be required for operation of the further stage (s) of high vacuum evacuation implemented by the high vacuum pump.
Das Vakuumsystem kann ein Vakuumpumpen Absperr-(VPI)Ventil enthalten, welches konfiguriert ist zum automatischen Absperren und Schützen von Komponenten des Hochvakuumsystems vor hohen Drücken (z. B. Umgebungs- oder atmosphärischer Druck) in dem Fall, dass die Vorpumpe an Leistung verliert, und anschließend nur wieder öffnen, nachdem die Vorpumpe neu gestartet wurde und einen ausreichenden Vakuumpegel geschaffen hat, welcher für den weiteren Betrieb der Komponenten des Hochvakuumsystems sicher ist. Beispielsweise werden Hochvakuumpumpen, so wie Turbomolekularpumpen, irreparabel beschädigt, wenn sie Drücken von deutlich über ungefähr 200 mTorr ausgesetzt werden, wenn sie bei voller Geschwindigkeit laufen. Typischerweise ist ein VPI Ventil von der Vorpumpe getrennt und mit der Umgebung verbunden, d.h. mit der Umwelt außerhalb der Vorpumpe und dem Rest des Vakuumsystem. Daher führt das Verwenden des herkömmlichen VPI Ventils zu einem nicht-hermetischen System.The vacuum system may include a vacuum pump shut-off (VPI) valve configured to automatically shut off and protect components of the high vacuum system from high pressures (eg, ambient or atmospheric pressure) in the event that the backing pump loses power, and then reopen only after the forepump has been restarted and created a sufficient vacuum level that is safe for further operation of the components of the high vacuum system. For example, high vacuum pumps, such as turbomolecular pumps, are irreparably damaged when subjected to pressures well above about 200 mTorr when running at full speed. Typically, a VPI valve is disconnected from the forepump and connected to the environment, i. with the environment outside the forepump and the rest of the vacuum system. Therefore, using the conventional VPI valve results in a non-hermetic system.
Das Vakuumsystem
Weitere spezifische Beispiele der vorangehenden VPI Konfiguration sind den
Wie aus dem vorangehenden ersichtlich, ist die herkömmliche Konfiguration des Vakuumsystems
ZusammenfassungSummary
Um die vorstehend beschriebenen Probleme aufzugreifen, im Ganzen oder teilweise, und/oder andere Probleme, welche vom Fachmann beobachtet worden sind, stellt die vorliegende Offenbarungen Verfahren, Prozesse, Systeme, ein Gerät, Instrumente, und/oder Vorrichtungen bereit, wie sie beispielhaft in den nachfolgend beschriebenen Implementierungen beschrieben sind.To address the above-described problems, in whole or in part, and / or other problems that have been observed by those skilled in the art, the present disclosure provides methods, processes, systems, apparatus, instruments, and / or apparatuses, as exemplified in U.S. Pat described in the implementations described below.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel enthält ein Vakuumpumpen Absperr (VPI) Ventil: ein Pumpen Einlassgehäuse, welches ein Einlassinneres umschließt; einen Ventilelement, welches in dem Einlassinneren angeordnet ist, wobei das Ventilelement konfiguriert ist zum Schalten zwischen einem offenen Zustand des VPI Ventils und einem geschlossenen Zustand des VPI Ventils und welches konfiguriert ist zum Schalten zu dem geschlossenen Zustand als Reaktion auf einen Druck, wobei in dem offenen Zustand das Ventilelement einen Fluidstrom zwischen einer Vakuumpumpe und einer Vakuumkammer via das Einlassinnere ermöglicht, und in dem geschlossenen Zustand das Ventilelement den Fluidstrom zwischen der Vakuumpumpe und der Vakuumkammer sperrt; und ein Pilotventil, welches konfiguriert ist zum Verbinden mit dem Einlassinneren und einer internen Abgasleitung der Vakuumpumpe, wobei das Pilotventil schaltbar ist zwischen einer offenen Pilotventilposition und einer geschlossenen Pilotventilposition, wobei in der offenen Pilotventilposition das Pilotventil einem Abgas aus der internen Abgasleitung ermöglicht, einen Druck auf das Ventilelement auszuüben, welcher wirksam ist zum Schalten des Ventilelements zu dem geschlossenen Zustand, und in der geschlossenen Pilotventilposition das Pilotventil den Abgasstrom aus der internen Abgasleitung zu dem Ventilelement sperrt.According to one embodiment, a vacuum pump shut-off (VPI) valve includes: a pump inlet housing enclosing an inlet interior; a valve element disposed in the inlet interior, wherein the valve element is configured to switch between an open state of the VPI valve and a closed state of the VPI valve and configured to switch to the closed state in response to pressure, wherein open state, the valve element allows fluid flow between a vacuum pump and a vacuum chamber via the inlet interior, and in the closed state, the valve element blocks fluid flow between the vacuum pump and the vacuum chamber; and a pilot valve configured to connect to the inlet interior and an internal exhaust conduit of the vacuum pump, the pilot valve being switchable between an open pilot valve position and a closed pilot valve position, wherein in the open pilot valve position the pilot valve allows exhaust gas from the internal exhaust conduit, pressure acting on the valve element, which is operative to switch the valve element to the closed state, and in the closed pilot valve position, the pilot valve blocks the flow of exhaust gas from the internal exhaust passage to the valve element.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel enthält eine Vakuumpumpe: ein VPI Ventil gemäß irgendeinem der hier offenbarten Ausführungsbeispiele; einen Pumpenkörper, wobei die interne Abgasleitung in dem Pumpenkörper angeordnet ist; eine erste Abgastransferleitung, welche eine Fluidverbindung zwischen der internen Abgasleitung und dem Pilotventil bereitstellt; und eine zweite Abgastransferleitung, welche eine Fluidverbindung zwischen dem Pilotventil und einer Steuervolumenkammer bereitstellt.In another embodiment, a vacuum pump includes: a VPI valve according to any of the embodiments disclosed herein; a pump body, wherein the internal exhaust pipe is disposed in the pump body; a first exhaust gas transfer line providing fluid communication between the internal exhaust gas line and the pilot valve; and a second exhaust gas transfer line providing fluid communication between the pilot valve and a control volute chamber.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel enthält ein Vakuumpumpen Absperr (VPI) Ventil: einen Ventilsitz, welcher in dem Einlassinneren angeordnet ist; einen Kolben, welcher in dem Einlassinneren angeordnet ist, wobei der Kolben beweglich ist zwischen einem offenen Kolbenzustand und einem geschlossenen Kolbenzustand, wobei in dem offenen Kolbenzustand der Kolben einen Fluidstrom zwischen einer Vakuumpumpe und einer Vakuumkammer via das Einlassinnere ermöglicht, und in dem geschlossenen Kolbenzustand der Kolben den Ventilsitz berührt und den Fluidstrom zwischen der Vakuumpumpe und der Vakuumkammer sperrt; eine Steuervolumenkammer, welche in dem Einlassinneren angeordnet ist und welche zumindest teilweise mittels des Kolbens begrenzt wird, wobei eine Bewegung des Kolbens ein Volumen der Steuervolumenkammer ändert; und ein Pilotventil, welches konfiguriert ist zum Verbinden mit der Steuervolumenkammer und einer internen Abgasleitung der Vakuumpumpe, wobei das Pilotventil schaltbar ist zwischen einer offenen Pilotventilposition und einer geschlossenen Pilotventilposition, wobei in der offenen Pilotventilposition das Pilotventil einem Abgas aus der internen Abgasleitung ermöglicht, die Steuervolumenkammer mit Druck zu Beaufschlagen, bis zu einem Druck, welcher wirksam ist, den Kolben zu dem geschlossenen Kolbenzustand zu bewegen, und wobei in der geschlossenen Pilotventilposition das Pilotventil den Abgasstrom aus der internen Abgasleitung zu der Steuervolumenkammer sperrt.According to another embodiment, a vacuum pump shut-off (VPI) valve includes: a valve seat disposed in the inlet interior; a piston disposed in the inlet interior, the piston being movable between an open piston state and a closed piston state, wherein in the open piston state, the piston allows fluid flow between a vacuum pump and a vacuum chamber via the inlet interior, and in the closed piston state Piston touches the valve seat and blocks the fluid flow between the vacuum pump and the vacuum chamber; a control volumetric chamber disposed in the inlet interior and defined at least partially by the piston, movement of the piston changing a volume of the control volumetric chamber; and a pilot valve configured to connect to the control volumetric chamber and an internal exhaust conduit of the vacuum pump, the pilot valve being switchable between an open pilot valve position and a closed pilot valve position, wherein in the open pilot valve position, the pilot valve permits exhaust from the internal exhaust conduit, the control volumetric chamber pressurizing to a pressure effective to move the piston to the closed piston state, and wherein in the closed pilot valve position, the pilot valve shuts off exhaust flow from the internal exhaust passage to the control volute chamber.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel enthält eine Vakuumpumpe: ein VPI Ventil gemäß irgendeinem der hier offenbarten Ausführungsbeispiele; einen Pumpenkörper, wobei die interne Abgasleitung in dem Pumpenkörper angeordnet ist; eine erste Abgastransferleitung, welche eine Fluidverbindung zwischen der internen Abgasleitung und dem Pilotventil bereitstellt; eine zweite Abgastransferleitung, welche eine Fluidverbindung zwischen dem Pilotventil und dem Einlassinneren bereitstellt.In another embodiment, a vacuum pump includes: a VPI valve according to any of the embodiments disclosed herein; a pump body, wherein the internal exhaust pipe is disposed in the pump body; a first exhaust gas transfer line providing fluid communication between the internal exhaust gas line and the pilot valve; a second exhaust gas transfer line providing fluid communication between the pilot valve and the inlet interior.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel enthält ein Vakuumsystem: eine Vakuumpumpe, welche eine interne Abgasleitung aufweist; eine Vakuumkammer; und ein VPI Ventil gemäß irgendeinem der hier offenbarten Ausführungsbeispiele.According to another embodiment, a vacuum system includes: a vacuum pump, which has an internal exhaust pipe; a vacuum chamber; and a VPI valve according to any of the embodiments disclosed herein.
Die Vakuumpumpe kann eine Pumpenstufe enthalten, welche in dem Pumpenkörper angeordnet ist und welche mit dem Einlassinneren und der internen Abgasleitung verbunden ist. Die Pumpenstufe kann ein oder mehrere stationäre Pumpenelemente und bewegliche Pumpenelemente aufweisen. Das bewegliche Pumpenelement(e) kann mittels eines Motors (z.B. einem elektrischen Motor) der Vakuumpumpe angetrieben (mit Leistung versorgt) werden. In einigen Ausführungsbeispielen ist die Vakuumpumpe eine Scrollpumpe. Die Scrollpumpe kann eine Scrollpumpenstufe haben. Die Scrollpumpenstufe kann eine stationäre Spirale (scroll) und eine umlaufende Spirale (scroll) enthalten, welche antreibbar ist, relativ zu der stationären Spirale zu kreisen, wie dem Fachmann klar ist. The vacuum pump may include a pump stage disposed in the pump body and connected to the inlet interior and the internal exhaust gas line. The pump stage may include one or more stationary pumping elements and movable pumping elements. The movable pump element (e) can be driven (powered) by means of a motor (e.g., an electric motor) of the vacuum pump. In some embodiments, the vacuum pump is a scroll pump. The scroll pump may have a scroll pump stage. The scroll pump stage may include a stationary scroll and a scroll that is drivable to orbit relative to the stationary scroll, as will be appreciated by those skilled in the art.
Andere Vorrichtungen, Geräte, Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden für den Fachmann beim Begutachten der folgenden Figuren und der ausführlichen Beschreibung ersichtlich. Es ist beabsichtigt, dass alle derartigen zusätzlichen Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile, welche in dieser Beschreibung enthalten sind, innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen und mittels der beigefügten Ansprüche geschützt sind.Other apparatus, devices, systems, methods, features, and advantages of the invention will become apparent to those skilled in the art upon review of the following figures and detailed description. It is intended that all such additional systems, methods, features, and advantages included within this description be within the scope of the invention and protected by the appended claims.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung wird mittels einer Bezugnahme auf die folgenden Figuren besser verständlich. Die Komponenten in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, stattdessen liegt der Schwerpunkt auf einer Darstellung der Grundlagen der Erfindung. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern über verschiedene Ansichten hinweg korrespondierende Teile.The invention will be better understood by reference to the following figures. The components in the figures are not necessarily to scale, instead the emphasis is on an illustration of the principles of the invention. In the figures, like reference numerals designate corresponding parts throughout different views.
Ausführliche BeschreibungDetailed description
Wie hier verwendet, umfasst der Begriff „Vakuumkammer“ eine Kammer (d.h. ein umschlossener Raum, welcher geeignet ist, in Vakuum-dichter Weise fluidisch abgedichtet zu werden), welche ein Teil von einer Vakuumpumpe ist oder in Fluidverbindung mit einer Vakuumpumpe ist, wie sie hier offenbart ist. Abhängig von dem Kontext oder einer Betriebsstufe liegt in einer „Vakuumkammer“ ein Vakuumdruck vor (z.B. ein subatmosphärischer Druck bis 10–9 Torr oder niedriger) als Ergebnis des Betriebs der Vakuumpumpe (d.h. die Vakuumkammer wurde entleert), oder ist zumindest geeignet, zu einem Vakuumdruck heruntergepumpt zu werden, da die Vakuumkammer ein Teil der Vakuumpumpe ist oder in Fluidverbindung mit der Vakuumpumpe ist. Im Allgemeinen kann die Vakuumkammer, abhängig von der Anwendung, eine Vorrichtung oder ein System sein oder ein Teil einer Vorrichtung oder eines Systems sein, welche(s) einen entleerten Bereich einsetzt, beispielsweise ein wissenschaftliches Instrument oder ein Herstellungsinstrument. Beispiele für wissenschaftliche Instrumente enthalten, sind aber nicht beschränkt auf Massenspektrometer, Ionen Mobilität Spektrometer, Gasleckdetektoren und Elektronenmikroskope. Beispiele für Herstellungsinstrumente enthalten, sind aber nicht beschränkt auf Instrumente, welche entleerte Reaktionskammern zum Herstellen von Komponenten für die Mikroelektronik, mikroelektromechanische Systeme (MEMS), Mikrofluidik und Ähnliche einsetzen. Derartige Herstellungsinstrumente können beispielsweise Techniken einsetzen, welche Vakuumabscheidung, Plasmaerzeugung, Elektronenstrahlerzeugung, Molekularstrahlerzeugung, Ionenimplantation und ähnliche involvieren, wie dem Fachmann klar ist.As used herein, the term "vacuum chamber" includes a chamber (ie, an enclosed space adapted to be fluidly sealed in a vacuum-tight manner) which is part of or in fluid communication with a vacuum pump, as is disclosed herein. Depending on the context or operating stage, vacuum pressure exists in a "vacuum chamber" (eg subatmospheric pressure to 10 -9 Torr or lower) as a result of operation of the vacuum pump (ie, the vacuum chamber has been drained), or at least is suitable Vacuum pressure to be pumped down because the vacuum chamber is part of the vacuum pump or in fluid communication with the vacuum pump. In general, depending on the application, the vacuum chamber may be a device or system, or part of a device or system employing a deflated area, such as a scientific instrument or a manufacturing instrument. Examples of scientific instruments include, but are not limited to, mass spectrometers, ion mobility spectrometers, gas leak detectors and electron microscopes. Examples of manufacturing instruments include, but are not limited to, instruments employing deflated reaction chambers for making microelectronic, microelectromechanical systems (MEMS), microfluidics, and the like. Such manufacturing instruments may employ, for example, techniques involving vacuum deposition, plasma generation, electron beam generation, molecular beam generation, ion implantation, and the like, as will be apparent to those skilled in the art.
Im Allgemeinen kann das Pilotventil
Im Folgenden wird ein Beispiel zum Betreiben des Vakuumsystems
Beginnend mit der ausgeschalteten Vorpumpe
Falls die Vorpumpe
Wenn die Vorpumpe
Aus dem vorgehenden beschriebenen wird ersichtlich, dass das VPI Ventil
Die Vakuumpumpe
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel enthält das VPI Ventil
Das VPI Ventil
Wie in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel und wie in
Die Vakuumpumpe
In dem Ausführungsbeispiel, welches spezifisch in
Die Vakuumpumpe
Die Vakuumpumpe
Falls zu einem Zeitpunkt während des normalen Betriebs die Vakuumpumpe
Wenn anschließend die Vakuumpumpe
Aus dem vorangehenden ist ersichtlich, dass die Vakuumpumpe
Wie oben angemerkt, kann eine Vakuumpumpe, wie sie hier offenbart ist, eine Scrollpumpe sein. Die Pumpenstufe der Scrollpumpe kann eine stationäre Spirale (scroll) und eine umlaufende Spirale enthalten, welche antreibbar ist, relativ zu der stationären Spirale zu kreisen, wie dem Fachmann klar ist. Beispiele für Scrollpumpen sind beispielsweise ferner in den US Patentanmeldungspublikationen Nr.
Es versteht sich, dass Begriffe wie „verbinden (communicate)", "in ... Verbindung mit (in ... communication with)" (beispielsweise eine erste Komponente „ist verbunden mit“ oder „ist in Verbindung mit“ einer zweiten Komponente) hier verwendet sind, um eine strukturelle, funktionelle, mechanische, elektrische, Signal-, optische, magnetische, elektromagnetische, ionische oder fluidische Beziehung zwischen zwei oder mehr Komponenten oder Elementen anzuzeigen. Der Umstand als solcher, dass eine Komponente als kommunizierend mit einer zweiten Komponente beschrieben wird, schließt nicht die Möglichkeit aus, dass zusätzliche Komponenten dazwischen vorhanden sein können, und/oder funktionsfähig mit der ersten und der zweiten Komponente assoziiert oder in Eingriff sein können.It should be understood that terms such as "connect (communicate)", "in ... connect with (in ... communication with)" (eg, a first component "is connected to" or "is in connection with" a second component ) are used herein to indicate a structural, functional, mechanical, electrical, signal, optical, magnetic, electromagnetic, ionic or fluidic relationship between two or more components or elements, the circumstance as such that one component communicates with a second one Component does not preclude the possibility that additional components may be present therebetween, and / or may be operatively associated with or engaged with the first and second components.
Es versteht sich, dass verschiedene Aspekte oder Details der Erfindung geändert werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Ferner dient die vorangehende Beschreibung lediglich dem Zweck der Darstellung und nicht dem Zweck einer Beschränkung – die Erfindung wird mittels der Ansprüche definiert.It is understood that various aspects or details of the invention may be changed without departing from the scope of the invention. Furthermore, the foregoing description is for the purpose of illustration only and not for the purpose of limitation - the invention is defined by the claims.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
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