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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Steuerung einer Vakuumpumpe mit den Merkmalen
des Oberbegriffs von Anspruch 1 und ein Vakuumpumpensystem mit den
Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 16.
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Bei zahlreichen Anwendungen beispielsweise
in der chemischen Verfahrenstechnik müssen Gase mit einem hohen Anteil
(bis 100%) an kondensierbaren Dämpfen
abgepumpt werden. Bei solchen Anwendungen, aber auch schon beim
Abpumpen von feuchter Raumluft aus Vakuumbehältern, kann insbesondere bei
der Endverdichtung Kondensation innerhalb der Vakuumpumpe auftreten.
Je nach dem Arbeitsprinzip der Vakuumpumpe kann diese Kondensation
innerhalb der Pumpe zu mehr oder weniger großen Beeinträchtigungen der Saugleistung
bis hin zur Beschädigung
der Pumpe z.B. durch Reduzierung der Schmierwirkung von flüssigen Schmier- und
Dichtstoffen, beispielsweise in ölgedichteten Drehschieberpumpen,
führen.
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Der bekannte Ansatz eines "Gasballastes" (
DE-PS 702 480 ) stellt ein
wirkungsvolles Gegenmittel gegen Kondensation innerhalb von Vakuumpumpen
dar. Dabei wird nach dem Schließen
der Einlaßöffnung während der
Verdichtungsphase ein nicht kondensierendes Gas – meist Umgebungsluft – über eine
manuell betätigbare
Luftdrossel – Gasballastventil – in die
Vakuumpumpe eingelassen. Dies bewirkt einen hinreichenden Druckaufbau
im Schöpfraum
während
der Verdichtung, so daß das
Auslaßventil
gegen den Atmosphärendruck öffnet, ohne
daß die
Kondensationsgrenze für
das kondensierbare Medium – meist
Wasserdampf – überschritten
wird. Der Wasserdampf wird zusammen mit der Gasballast-Luft ausgestoßen, ohne
zu kondensieren. Ein solcher Gasballast ist heute bei nahezu allen
auf dem Markt erhältlichen ölgedichteten
Drehschieberpumpen üblich.
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Durch den Gasballast wird sowohl
Kondensation im Schöpfraum
bzw. in den Schöpfräumen verhindert
als auch werden bereits gebildete Flüssigkeitströpfchen "ausgeblasen". Auch in den Leitungen der Vakuumpumpe,
die häufig
kälter
sind als der Schöpfraum
wird durch eingeleitetes Ballastgas Kondensation vermieden.
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Eine höhere Gasballast-Luftmenge verbessert
zwar die Verträglichkeit
der Pumpe gegenüber kondensierbaren
Dämpfen,
verschlechtert jedoch das erzielbare Endvakuum der Vakuumpumpe mit Gasballast
und erfordert beispielsweise im Falle von Drehschieberpumpen die
Einhaltung engerer Fertigungstoleranzen innerhalb des Aggregats.
Daher ist bei marktüblichen
Drehschieberpumpen der Gasballast wie oben beschrieben mittels eines
Gasballastventils manuell zuschaltbar und die zugeführte Gasmenge
mittels einer feinen Düse
auf typischerweise 1 – 10%
des maximalen Saugvermögens
der Pumpe begrenzt. Die Häufigkeit
und Dauer der Gasballastzugabe wird dabei vom Anwender entsprechend
der Prozeßerfordernisse
angepaßt.
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Auch in Membranpumpen kann bei Förderung
von Gasgemischen mit einem hohen Anteil kondensierbarer Dämpfe (bis
zu 100%) Kondensation innerhalb der Pumpe stattfinden. Membranpumpen
arbeiten "ölfrei", die gepumpten Medien
kommen also mit keinerlei flüssigen
Schmier- oder Dichtstoffen in Berührung. Somit ist eine Vermischung
des Kondensats mit Öl-
wie in einer Drehschieberpumpe möglich – ausgeschlossen.
Dennoch kann die kondensierte Flüssigkeit
je nach Menge zum einen die Saugleistung und das erreichbare Endvakuum
erheblich verschlechtern, zum anderen aber Ventile und Membrane
schädigen
und die Lebensdauer dieser Verschleißteile deutlich verkürzen.
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Daher findet der beschriebene Gasballast heute
auch bei nicht ölgedichteten
Vakuumpumpen wie Kolben-, Scroll- und Membranpumpen Anwendung. Beispielsweise
werden entsprechende Gasballasteinrichtungen vorteilhaft in Membranpumpen aus
chemisch beständigen
Materialien für
den Einsatz in der chemischen Verfahrenstechnik eingesetzt (
DE 198 51 680 A2 ).
Das hier offenbarte Vakuumpumpensystem zeigt eine manuelle Variante,
bei der die Betätigung
des Gasballastventils manuell nach Bedarf erfolgt. In einer anderen
Ausführung
ist das Gasballastventil dieses Vakuumpumpensystems motorisch betätigbar.
Dem Gasballastventil ist eine elektronische Steuerungseinrichtung
zugeordnet, durch die das Gasballastventil steuerbar ist. Die Steuerungseinrichtung
kann mit einem Drucksensor versehen sein, der irgendwo an der Vakuumpumpe
den Druck erfaßt,
so daß das
Gasballastventil nach Maßgabe
des erfaßten
Druckes angesteuert werden kann.
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Bei dem zuvor erläuterten Vakuumpumpensystem
wird mit einem Betriebsverfahren gearbeitet, bei dem das Gasballastventil
die Vakuumpumpe einmal oder mehrmals stoßweise belüftet, und zwar insbesondere
direkt in den Schöpfraum
einer Membranpumpe hinein.
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Bei Membranpumpen, die zur Erzielung
eines besseren Endvakuums mehrstufig aufgebaut sind, ist die Ankopplung
eines Gasballastventils zwischen den Stufen vorgesehen, um das erreichbare Endvakuum
möglichst
wenig zu beeinträchtigen.
Solche Anordnungen sind in verschiedenen Varianten bekannt (
DE 198 31 123 A1 ).
Hier erfolgt regelmäßig die
Zugabe des Ballastgases kontinuierlich und gerade nicht stoßweise,
regelmäßig ohnehin
entweder manuell eingestellt oder zwar motorisch eingestellt, jedoch
manuell vorgegeben.
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Die Lehre der vorliegenden Erfindung
geht von dem zuvor erläuterten
Verfahren mit kontinuierlich arbeitendem Gasballast aus. Selbst
wenn man hier Anregungen aus dem weiter oben behandelten Stand der
Technik hinsichtlich einer stärker
automatisierten Ansteuerung aufgreifen wollte, ist weiterhin problematisch
die Tatsache, daß dort
die starre Ansteuerung des Gasballastventils, nämlich zu voreingestellten Zeiten
oder beim Erreichen vorbestimmter Druckstufen, den dynamisch sich ändernden
Prozeßzuständen nicht
gerecht werden kann. Beispielsweise ist die Annahme einer konstanten
Kondensationszeit im Hinblick auf eine sich laufend ändernde
Temperatur ungeeignet, die Kondensation in der Vakuumpumpe zuverlässig zu
vermeiden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
das Problem zugrunde, das bekannte Verfahren zur Steuerung einer
Vakuumpumpe derart auszugestalten und weiterzubilden, daß die Betätigung des
Gasballastventils dem tatsächlichen
Prozeßverlauf
beim Abpumpen besser gerecht wird.
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Das vorliegende Problem wird bei
einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch
1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
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Wesentlich ist, daß das Gasballastventil
in Abhängigkeit
vom Kondensationszustand innerhalb der Vakuumpumpe angesteuert wird.
Unter "Kondensati onszustand" sind dabei alle
Informationen zusammengefaßt,
die Aufschluß darüber geben,
ob Kondensation innerhalb der Vakuumpumpe eingetreten ist bzw. inwieweit
Kondensation innerhalb der Vakuumpumpe "droht". Der Kondensationszustand wird mittels
der Steuerungseinrichtung ermittelt. Hierfür gibt es eine Reihe von Methoden,
wie im folgenden noch erläutert
wird.
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Ein besonderer Vorzug der Ansteuerung
des Gasballastventils in Abhängigkeit
vom ermittelten Kondensationszustand besteht darin, daß das Gasballastventil
nur dann aktiviert wird, wenn der Abpumpprozeß dies nötig macht. Dies ist insbesondere unter
dem Aspekt vorteilhaft, daß eine
Aktivierung des Gasballastventils grundsätzlich zu einer Reduzierung
der Pumpleistung führt.
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Nach einer weiteren Lehre, der eigenständige Bedeutung
zukommt, wird das vorliegende Problem bei einem Vakuumpumpensystem
nach dem Oberbegriff von Anspruch 16 zur Durchführung des oben beschriebenen
Verfahrens durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch
16 gelöst. Auf
die Ausführungen
zum oben beschriebenen Verfahren darf verwiesen werden.
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Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten,
die genannte Lehre der Erfindung in verfahrensmäßiger Hinsicht sowie in vorrichtungsmäßiger Hinsicht
auszugestalten und weiterzubilden. Dazu darf auf die Unteransprüche verwiesen
werden.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand
einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher
erläutert.
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In der Zeichnung zeigt die einzige
Figur ein Vakuumpumpensystem zum Abpumpen von Gasen und kondensierbaren
Dämpfen.
In der Zeichnung ist ein Rezipient 1 dargestellt, der von
der Vakuumpumpe 2 evakuiert wird. Es ist weiter eine Steuerungseinrichtung 3 dargestellt, über die
die jeweiligen Prozeßparameter
einstellbar sind. Die Vakuumpumpe 2 weist einen nicht dargestellten
Schöpfraum
auf, über den
das abzupumpende Gas gefördert
wird. Bei einer mehrstufigen Vakuumpumpe 2 sind entsprechend mehrere
Schöpfräume vorgesehen.
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Ferner ist ein Gasballastventil 4 dargestellt, über das
die Vakuumpumpe 2 belüftbar
ist. Grundsätzlich
können
hier auch mehrere Gasballastventile 4 vorgesehen werden.
Für die
An der Ankopplung des Gasballastventils 4 sind aus dem
Stand der Technik zahlreiche Möglichkeiten
bekannt. Hierauf darf verwiesen werden.
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Wie auch bei dem den Ausgangspunkt
für die
Lehre bildenden klassischen Verfahren zur Steuerung einer Vakuumpumpe 2 ist
auch bei dem beanspruchten Verfahren bevorzugt vorgesehen, daß das Gasballastventil
eine im wesentlichen kontinuierliche Gasballastzugabe erlaubt, daß also keine
stoßweise Verfahrensweise
erfolgt, um so zu starke Druckschwankungen zu vermeiden.
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Wie bereits oben angeführt worden
ist, ist das erfindungsgemäße Verfahren
bei allen Arten von Vakuumpumpen anwendbar, also sowohl bei ölgedichteten
Drehschieberpumpen als auch bei nicht ölgedichteten Pumpen wie Kolbenpumpen,
Scrollpumpen und, insbesondere, Membranpumpen. Bereits oben ist
dabei darauf hingewiesen worden, daß man, vorzugsweise, mit mehrstufigen
Pumpen, also insbesondere mit mehrstufigen Membranpumpen arbeiten kann.
Bei Kolbenpumpen, Scrollpumpen und bei Drehschieberpumpen wird man
es häufig
bevorzugen, das Ballastgas mittels des Gasballastventils 4 direkt
in den Schöpfraum
der Vakuumpumpe 2 einzuleiten. Demgegenüber bevorzugt man es insbesondere
bei mehrstufigen Membranpumpen, das Ballastgas in die saugseitig
vom Schöpfraum
der jeweiligen Vakuumpumpe 2 bzw. Pumpenstufe abgehende
Leitung einzuleiten. In der einzigen Figur ist im Ausschnitt auch
eine zweistufige Membranpumpe als Vakuumpumpe 2 mit zwei
Pumpenstufen 2a, 2b dargestellt, die mittels des
Gasballastventils 4 in der Leitung zwischen beiden Pumpenstufen 2a, 2b mit
Ballastgas versorgt wird. Dies trägt auch der Tatsache Rechnung,
daß Kondensation
gerade auch in den Leitungen, die ja meist kühler sind als die durch den Arbeitsvorgang
aufgewärmten
Pumpenköpfe,
in störender
Weise auftreten kann.
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Das Gasballastventil 4 ist
vorliegend mittels der Steuerungseinrichtung 3 ansteuerbar.
Es handelt sich bei dem vorliegenden Gasballastventil 4 um
ein motorisch, vorzugsweise elektromagnetisch oder pneumatisch,
betätigbares Ventil.
Auch hierfür
sind aus dem Stand der Technik zahlreiche Varianten bekannt.
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Wesentlich ist die Tatsache, daß mittels
der Steuerungseinrichtung 3 der Kondensationszustand innerhalb
der Vakuumpumpe 2 ermittelt wird und daß mittels der Steuerungseinrichtung 3 das
Gasballastventil 4 in Abhängigkeit vom ermittelten Kondensationszustand
angesteuert wird. Die Ansteuerung des Gasballastventils 4 erfolgt
derart, daß Kondensation in
der Vakuumpumpe 2 verhindert und/oder gebildetes Kondensat
aus der Vakuumpumpe 2 ausgetrieben wird. Hierfür sind in
der Steuerungseinrichtung 3 entsprechende Regeln abgelegt.
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Es darf darauf hingewiesen werden,
daß zahlreiche
Möglichkeiten
zur Ermittlung des Kondensationszustands innerhalb der Vakuumpumpe 2 denkbar
sind, von denen im folgenden nur einige erläutert werden. Das gleiche gilt
für die
Regeln zur Ansteuerung des Gasballastventils 4 in Abhängigkeit vom
ermittelten Kondensationszustand. Auch hierfür sind im folgenden nur einige
exemplarisch genannt. Entscheidend ist, daß das Gasballastventil 4 vom
gerade ablaufenden Prozeß selbst
gesteuert wird, also vom zeitlichen Verlauf von Prozeßparametern
wie beispielsweise dem Druckverlauf im Rezipienten 1.
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Hierfür wird zunächst mittels der Steuereinrichtung 3 der
zeitliche Verlauf eines Prozeßparameters
während
des Betriebs der Vakuumpumpe 2 gemessen, so daß aus dem
gemessenen zeitlichen Verlauf des Prozeßparameters mittels der Steuerungseinrichtung 3 der
Kondensationszustand ermittelt werden kann.
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Eine bevorzugte Variante zur Ermittlung
des Kondensationszustands mittels der Steuerungseinrichtung 3 besteht
dann, den zeitlichen Druckverlauf auf der Saugseite der Vakuumpumpe 2 über einen Druckaufnehmer 5 zu
messen. Wie in der Beschreibungseinleitung erläutert wurde, führt die
Entstehung von Kondensation in der Vakuumpumpe 2 zu einer Reduzierung
der Pumpleistung und des erreichbaren Endvakuums, so daß die Entstehung
von Kondensation zu einem unerwünschten
Druckanstieg auf der Saugseite der Vakuumpumpe 2 fihrt.
Dadurch ist es möglich,
aus dem gemessenen zeitlichen Druckverlauf mittels der Steuerungseinrichtung 3 auf
den Kondensationszustand zu schließen.
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Wenn nach weiterer bevorzugter Ausgestaltung
in der Steuerungseinrichtung 3 ein zeitlicher Soll-Druckverlauf
gespeichert ist, so kann aus dem Vergleich des Soll-Druckverlaufs
mit dem gemessenen Druckverlauf der Kondensationszustand ermittelt werden.
Der Soll-Druckverlauf ist u.a. abhängig von der Ausgestaltung
des Rezipienten 1 und von der jeweiligen Pumpleistung der
Vakuumpumpe 2. Es kann hier auch vorgesehen werden, daß der Soll-Druckverlauf
in Abhängigkeit
von den jeweils gegebenen Randbedingungen in der Steuerungseinrichtung 3 berechnet
wird.
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In besonders bevorzugter Ausgestaltung
ist es vorgesehen, daß mittels
der Steuerungseinrichtung 3 das effektive Behältervolumen
des Rezipienten 1 ermittelt wird und dieses Aufschluß über den Kondensationszustand
gibt. Dies wird im folgenden anhand einer Anordnung zum Abpumpen
kondensierbarer Dämpfe
vorgestellt, wie sie beispielsweise bei einer Vakuumdestillation
zum Einsatz kommen kann.
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Wesentlich ist zunächst, daß in die
Steuerungseinrichtung 3 ein Steuerungsalgorithmus implementiert
ist. Die Routine zur Steuerung des Gasballastventils 4 wird
durch den Start eines Abpumpvorgangs von Atmosphärendruck initialisiert. Das
Gasballastventil 4 ist anfangs geschlossen. Die Steuerungseinrichtung 3 nimmt
zur Ermittlung des Kondensationszustandes den Druckverlauf über den
Druckaufnehmer 5 auf und bestimmt daraus und aus dem bekannten
Saugvermögen
der Vakuumpumpe 2 (mit fester Drehzahl oder aus den übermittelten
Daten der Pumpendrehzahl bei drehzahlregelbaren Pumpen) das effektive
Behältervolumen
des Rezipienten 1. Diese Größe beinhaltet nicht nur das
reale Volumen des Rezipienten 1, sondern auch das scheinbare Gasvolumen
infolge der prozeßbedingten
Freisetzung von Gasen und Dämpfen
im Rezipienten 1. Die Steuerungseinrichtung 3 vergleicht
außerdem
den gemessenen Druckverlauf mit dem gespeicherten Soll-Druck oder – bei Anwendungen
ohne vorgegebenen Solldruck – mit
dem Endvakuum der Vakuumpumpe 2.
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Sollte während des Abpumpvorgangs das
effektive Behältervolumen
scheinbar anwachsen, also die Steuerungseinrichtung 3 beispielsweise
eine Art Druckplateau oberhalb des Solldrucks bzw. des Pumpenendvakuums
registrie ren, so läßt dies
zwei mögliche
Rückschlüsse auf
den Kondensationszustand innerhalb der Vakuumpumpe 2 zu:
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- – Freisetzung
hoher Gasmengen durch den Prozeß.
Dies ist häufig
mit einem hohen Anteil an kondensierbaren Dämpfen, also Kondensationsgefahr
innerhalb der Vakuumpumpe 2, verbunden,
- – Beeinträchtigung
des Saugvermögens
der Vakuumpumpe 2 durch Kondensat im Aggregat oder Reduzierung
der effektiven Pumpleistung durch rückströmende Dämpfe. infolge Kondensation
innerhalb der Vakuumpumpe 2.
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In beiden Fällen wird das Öffnen des
Gasballastventils 4 den Prozeß vorteilhaft unterstützen. Dementsprechend
wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
in diesem Fall das Gasballastventil 4 geöffnet, und
zwar bis eine der folgenden Endbedingungen gegeben ist:
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- – Der
Druckverlauf zeigt – nach
dem möglichen anfänglichen
Ansteigen des Prozeßdrucks
infolge der zusätzlichen
abzupumpenden Gasmenge aus dem Gasballast – einen unter das ursprüngliche Druckplateau
absinkenden Druck an. Dies deutet auf ein erfolgreiches Ausspülen des
Kondensats aus der Vakuumpumpe 2 hin. Das Gasballastventil 4 wird
nach einer vorgegebenen Zeit geschlossen und die Routine neu initialisiert.
- – Der
Druck sinkt nicht. In diesem Fall wird nach einer vorgegebenen Zeit,
die typischerweise für das
Austreiben von Kondensat benötigt
wird, das Gasballastventil 4 wieder geschlossen. Sollte
der Druck auch nach dem Schließen
des Gasballastventils 4 gleichbleiben oder ansteigen, so
wird das Gasballastventil 4 sofort wieder geöffnet. Sinkt der
Druck nun, wird wie oben das Gasballastventil 4 geschlossen
und die Routine wird neu initialisiert. Sinkt der Druck nicht, wird
nach einer vorgegebenen Zeit erneut getestet, ob sich nach dem Schließen des
Gasballastventils 4 der Druck verringert. Sollte der Druck
absinken, so bleibt das Gasballastventil 4 geschlossen,
obige Routine wird neu initialisiert und erneut untersucht, ob sich ein
Druckplateau einstellt.
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Diese Routine läuft ab, bis der vorgegebene Solldruck
bzw. der Enddruck der Vakuumpumpe 2 erreicht wird. Steigt
der Druck wieder über
den Solldruck bzw. Enddruck an, so wird bei Überschreiten des Enddrucks
der Vakuumpumpe 2 mit Gasballast plus einem Toleranzwert
und gleichzeitigem Überschreiten
des Solldrucks plus Toleranzwert das Gasballastventil 4 wieder
geöffnet.
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Durch die Analyse des Prozeßparameters "Druck" bewirkt das erfindungsgemäße Verfahren
somit eine Selbstdiagnose bezüglich
des Kondensationszustands innerhalb der Vakuumpumpe 2,
ferner wird das System bezüglich
des Kondensationszustandes durch Öffnen und Schließen des
Gasballastventils 4 getestet, so daß ggf. Maßnahmen gegen die Kondensation
eingeleitet werden können.
Das testweise Öffnen
und Schließen
des Gasballastventils 4 in einzelnen Stellzyklen mit einem
jeweils anschließenden
Meßzyklus
zur Ermittlung der Reaktion des Systems wird in den folgenden Ausführungen
näher erläutert.
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In einer anderen Ausgestaltung wird
der Kondensationszustand innerhalb der Vakuumpumpe 2 nicht
wie oben beschrieben anhand des Abpumpvorgangs, sondern bei im wesentlichen
im Enddruckbereich arbeitender Vakuumpumpe 2 ermittelt.
Dabei ist der zeitliche Druckverlauf nahe dem Enddruckbereich der
Vakuumpumpe 2 von Interesse. Dieses bevorzugte Verfahren
wird nun anhand der Erzeugung des (Vor-) Vakuums für eine Turbomolekularpumpe vorgestellt.
Bei dieser Anwendung besteht Kondensationsgefahr zum einen beim
Abpumpen eines Rezipienten 1 mit kalter Pumpe, zum anderen
im Dauerbetrieb nahe Enddruck, bei dem sich Kondensation durch einen
schleichenden Anstieg des Enddrucks der (Vor-) Vakuumpumpe 2 äußert.
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Um den Kondensationszustand und daraus ggf.
entstehende Kondensation frühzeitig
zu erkennen, wird zunächst
der Druckverlauf der (Vor-) Vakuumpumpe 2 im Enddruckbereich (also
bei abgeschaltetem Gasballast) überwacht.
Sollte bei geschlossenem Gasballastventil 4 der Druck ausgehend
vom Enddruck der Vakuumpumpe 2 mehr als eine "kleine Toleranzschwelle" ansteigen, so öffnet die
Steuerungseinrichtung 3 das Gasballastventil 4 für einen begrenzten
Zeitraum – Stellzyklus
-. Anschließend wird
ermittelt, ob sich nach dem Schließen des Gasballastventils 4 der
Druck verbessert – Meßzyklus
-. Ggf. wird die Prozedur wiederholt, bis der Enddruck ohne Gasballast
wieder erreicht wird.
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Zur Ermittlung des Kondensationszustands wird
also mittels der Steuerungseinrichtung 3 zunächst ein
Stellzyklus mit einem anschließenden Meßzyklus
durchgeführt,
wobei im Stellzyklus mindestens eine Stellgröße der Vakuumpumpe 2 variiert wird
und wobei im Meßzyklus
die Reaktion eines oder mehrerer Prozeßparameter auf den Stellzyklus gemessen
wird. Aus dieser Reaktion und aus der Kenntnis der durchgeführten Stellzyklen
wird dann der Kondensationszustand ermittelt, wie im folgenden gezeigt
wird.
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Nach dem oben beschriebenen Verfahren testet
die erfindungsgemäße Einrichtung
selbsttätig, ob
Kondensation vorliegt und wirkt dieser entgegen. Die "kleine Toleranzschwelle" bemißt sich
danach, daß bei
Enddruck plus dieser Schwelle die Turbomolekularpumpe noch in einem
sicheren Betriebszustand arbeiten muß. Die Zeitspanne für das Öffnen des
Gasballastventils 4 ergibt sich daraus, daß die Turbomolekularpumpe
durch das Öffnen
des Gasballastventils 4 und den damit verbundenen leichten Druckanstieg
nicht zu stark abgebremst werden darf, oder diese sogar abschaltet
(typischerweise 10 bis 60 Sekunden).
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist es so, daß in
dem Meßzyklus über einen
Druckaufnehmer 5 der von der Vakuumpumpe 2 erzeugte
Druck als Prozeßparameter
gemessen wird. Es sind auch andere zu messende Prozeßparameter
denkbar, beispielsweise die Temperatur in der Anlage, an einem vorgeschalteten
Kondensator, oder in der Vakuumpumpe 2 selbst.
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Es wurde gezeigt, daß in dem
Stellzyklus die Stellung des Gasballastventils 4 als Stellgröße der Vakuumpumpe 2 variiert
werden kann. Neben der Stellung des Gasballastventils 4 kommen
auch andere Stellgrößen der
Vakuumpumpe 2 in Betracht, wie im folgenden gezeigt wird.
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Eine bevorzugte Möglichkeit der Variation einer
Stellgröße der Vakuumpumpe 2 besteht
in der Variation der Pumpendrehzahl, wenn eine drehzahlgeregelte
Vakuumpumpe 2 zur Verfügung
steht. Hierfür
sind aus dem Stand der Technik einige Varianten bekannt, beispielsweise
drehzahlgeregelte Membranpumpsysteme. Bei diesen Systemen kann das Saugvermögen der
Vakuumpumpe 2 mittels der Pumpendrehzahl stufenlos von
0 bis 100% variiert werden. Dies erlaubt eine präzise Druckregelung.
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Im vorliegenden Fall kann die Variation
der Pumpendrehzahl als Variation der Stellgröße der Vakuumpumpe 2 im oben
genannten Sinn genutzt werden, um den Kondensationszustand innerhalb
der Vakuumpumpe 2 zu ermitteln. Dabei macht man sich zunutze,
daß bei
Kondensation innerhalb der Vakuumpumpe 2 deren Saugvermögen sehr
stark eingeschränkt
ist, und kaum noch von der Drehzahl der Vakuumpumpe 2 abhängt. Die
Absenkung der Drehzahl wird bei Kondensation innerhalb der Vakuumpumpe 2 einen
nur geringen Druckanstieg bewirken. Falls das Druckplateau im System
dagegen durch Gasanfall bedingt war, wird der Druck stark ansteigen
und auf den Gasballast kann verzichtet werden. So kann der Kondensationszustand
mittels der Steuerungseinrichtung 3 ermittelt werden. Mit
dem ermittelten Kondensationszustand kann dann nach vorbestimmten
Regeln das Gasballastventil 4 angesteuert werden. Hierfür ist das
eingangs beschriebene Verfahren entsprechend anwendbar.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung
kann es auch vorgesehen werden, daß das eben erläuterte Verfahren
zur Ermittlung des Kondensationszustands mit Stellzyklen und Meßzyklen
der aus dem Stand der Technik bekannten Druckstufensteuerung überlagert
wird. Dabei wird die Steuerungseinrichtung 3 bei Drücken oberhalb
des Endvakuums mit Gasballast (plus einem Toleranzwert) das Gasballastventil 4 einschalten,
bei Drücken
unterhalb dieser Grenze das Gasballastventil 4 ausschalten.
Der Toleranzwert bemißt
sich nach den Saugvermögensverläufen der
Vakuumpumpe 2 mit und ohne Gasballast und ist vorzugsweise
von der Größenordnung
der Druckdifferenz der Enddrücke
der Vakuumpumpe 2 mit und ohne Gasballast. Diese starre,
rein druckstufengesteuerte Regelung allein genügt insbesondere für obige
Anwendung häufig
nicht, da bei einem Druckanstieg infolge Kondensation über den
Enddruck der Vakuumpumpe 2 mit Gasballast plus Toleranzwert
hinaus die nachgeschaltete Turbomolekularpumpe gegen ein bereits
zu hohes Vorvakuum arbeiten muß und überhitzen
kann.
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Um die oben beschriebenen Meß- und Stellzyklen
durchführen
zu können,
kann je nach Bauart der Vakuumpumpe 2 eine Steuerleitung 6 zwischen der
Steuerungseinrichtung 3 und der Vakuumpumpe 2 vorgesehen
sein. Hierüber
ist es dann möglich,
im Rahmen des Meßzyklus
beispielsweise die Pumpendrehzahl oder die Temperatur der Vakuumpumpe 2 aufzunehmen
oder im Rahmen eines Stellzyklus die Solldrehzahl bei drehzahlregelbaren
Vakuumpumpen 2 zu übermitteln.
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Weiter ist es denkbar, daß ein weiteres
optionales Ventil 7 in der Saugleitung zum Rezipienten 1 vorgesehen
ist, das alternativ zur Drehzahlregelung der Vakuumpumpe 2 eine
Prozeßdrucksteuerung
im Rezipienten 1 wie beispielsweise eine Druckregelung auf
einen ggf. zeitabhängigen
intern oder extern vorgegebenen Solldruck erlaubt. Diese führt zu einer weiteren
Variante für
die Variation der Stellgröße der Vakuumpumpe
2 im oben genannten Sinn.
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Es darf darauf hingewiesen werden,
daß in vielen
Fällen
die Maßnahmen
zur Ermittlung des Kondensationszustands, beispielsweise die oben
beschriebene Variation des Gasballastventils, bereits dazu geeignet
sind, der Kondensation entgegenzuwirken. Dies führt zu einer hohen "Kompaktheit" des Verfahrens.
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Weiter ist es vorteilhaft, wenn die
verschiedenen oben beschriebenen Ausgestaltungen des Verfahrens
miteinander kombiniert werden. Dies ergibt sich beispielsweise aus
dem oben beschriebenen Verfahren, in dem die Ermittlung des effektiven Behältervolumens
mit der anschließenden
Durchführung
von Stell- und Meßzyklen
kombiniert wird.
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Nach einer weiteren Lehre, der eigenständige Bedeutung
zukommt, wird ein Vakuumpumpensystem zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens
beansprucht. Auf die obigen Ausführungen
darf verwiesen werden.