DE4136950A1 - Mehrstufiges vakuumpumpsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Vakuum-Pumpsystem mit Zwischenabsaugung zwischen den einzelnen Stufen.

Vakuumpumpen, die solchen Pumpsystemen entsprechen, werden zum Beispiel bei Gasanalysatoren, welche von ihrem Funktionsprin­ zip her nur unter Vakuum arbeiten können, eingesetzt. Das Va­ kuumsystem derartiger Gasanalysatoren soll am Beispiel eines Massenspektrometers, welches unter anderem mit einer zweistu­ figen Drehschieberpumpe ausgerüstet ist, dargestellt werden.

Für die Aufrechterhaltung des Vakuums in der Analysenkammer wird ein Hochvakuumsystem, bestehend aus einer zweistufigen Drehschieberpumpe und einer Hochvakuumpumpe, die zum Beispiel eine Turbomolekular- oder Diffusionspumpe sein kann, verwendet.

Zweistufige Drehschieberpumpen sind hier zweckmäßig, da sie ein Endvakuum erzeugen, welches als optimales Vorvakuum für die damit verbundene Hochvakuumpumpe dient.

Das zu untersuchende Gas, welches in der Regel unter Atmosphä­ rendruck zur Verfügung steht, muß unter reduziertem Druck dem Gasanalysensystem zugeführt werden. Die Druckreduktionsstufe wird hierbei vielfach durch eine weitere Drehschieberpumpe in Verbindung mit einer Kapillarstufe am Gaseinlaß gebildet. Da die Ansprüche an das Endvakuum in diesem Fall niedriger sind als bei der Hochvakuumpumpe, ist eine einstufige Drehschieber­ pumpe ausreichend.

Somit wären zwei Drehschieberpumpen zum Betrieb des Gasanaly­ sensystems notwendig.

Man kann jedoch bei konstant anfallenden kleinen Gasmengen in der Druckreduktionsstufe den Einsatz einer zweiten Drehschie­ berpumpe vermeiden. Dazu wird als Drehschieberpumpe für das Hochvakuumsystem eine solche mit einem Zwischenabsauganschluß zwischen den beiden Stufen verwendet. Über diesen Zwischenab­ sauganschluß wird die Druckreduktionsstufe mit Hilfe der zwei­ ten Stufe der Drehschieberpumpe evakuiert. Damit dient die Drehschieberpumpe gleichzeitig als zweistufige Pumpe zur Erzeugung des Vorvakuums für die Hochvakuumpumpe und als ein­ stufige Pumpe zum Evakuieren der Druckreduktionsstufe.

Solche Pumpen sind bekannt, haben aber den Nachteil, daß der Enddruck der Drehschieberpumpe sehr stark vom Druck am Zwi­ schenabsauganschluß abhängt. Dies kann akzeptiert werden, solange konstante Betriebsbedingungen an dieser Stelle herr­ schen und keine allzu großen Gasmengen gepumpt werden. Wenn jedoch unterschiedliche oder größere Gasmengen am Zwischen­ absauganschluß anfallen, z. B. beim Austausch der Kapillar­ stufe oder beim Abpumpen von zusätzlichen Bauteilen, wird der Druckanstieg im Vorvakuum der Hochvakuumpumpe unzulässig hoch.

Dieses dem Stand der Technik entsprechende Vakuumsystem ist also, wie an diesem Beispiel gezeigt wurde, nur begrenzt ein­ setzbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Pumpsystem zu entwickeln, welches für die obengenannten Anwendungsgebiete universell einsetzbar ist. Insbesondere soll erreicht werden, daß beim Anfall von größeren oder variablen Gasmengen am Zwi­ schenabsauganschluß eines mehrstufigen Pumpsystems, dessen Arbeitsweise und die Arbeitsweise einer sich anschließenden Hochvakuumpumpe nicht beeinträchtigt werden.

Die Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruches gelöst. Die Ansprüche 2 bis 5 stellen wei­ tere Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung dar.

Durch das zusätzliche Ventil zwischen dem Zwischenabsaugan­ schluß und der der Hochvakuumseite zugewandten ersten Pump­ stufe wird eine entscheidende Verbesserung des Pumpsystems erreicht. Bei geringem oder keinem Gasanfall am Zwischenab­ sauganschluß bleibt das Ventil offen, und es ergibt sich bei dem hier angeführten Beispiel eine zweistufige Drehschieber­ pumpe mit ihrer vollen Funktion. Bei größerem Gasanfall schließt das Ventil, und die beiden Pumpstufen arbeiten wie zwei einstufige Pumpen, wobei die zweite, der Seite des höhe­ ren Druckes zugewandte Stufe den großen Gasanfall gegen At­ mosphäre abpumpt, ohne daß der Druck in der ersten, der Hochvakuumseite zugewandten Stufe wesentlich erhöht wird. Dadurch wird eine Beeinträchtigung der Arbeitsweise der Hochvakuumpumpe vermieden.

Die Vorbelastung des zusätzlichen Ventils kann mechanisch, zum Beispiel durch Federn, erfolgen. Dadurch wird es möglich, den Zeitpunkt des Schließens und Öffnens in Abhängigkeit vom Druck vorzugeben.

Da der Druck am Ausgang der ersten Pumpstufe niedriger ist als am Ausgang der zweiten Pumpstufe, ist es sinnvoll, die Vorbelastung des zusätzlichen Ventils nicht größer zu machen als die des in der Regel vorhandenen Ausstoßventils der zwei­ ten Pumpstufe.

Bei dieser Konstruktion kann noch ein Nachteil auftreten wel­ cher die Dampfverträglichkeit der ersten Pumpstufe betrifft. Bei geschlossenem Ventil zwischen den Pumpstufen steigt der Druck auf der Ausstoßseite der ersten Stufe an. Somit nimmt auch der Partialdruck der Dämpfe zu. Um diesen Anstieg in Grenzen zu halten und ein Kondensieren zu vermeiden, wird pa­ rallel zu dem Ventil eine Bypassleitung angebracht, welche die Ausstoßseite der ersten Stufe mit der Ansaugseite der zweiten Stufe verbindet. Der Querschnitt dieser Leitung muß so groß sein, daß beim Arbeitsdruck der Pumpe die dann noch anfallende Dampfmenge von der zweiten Stufe abgepumpt werden kann. Andererseits muß beachtet werden, daß die Rückströmung von der zweiten in die erste Stufe in solchen Grenzen gehalten wird, daß sie sich nicht störend auf das Hochvakuum auswirkt. Der optimale Querschnitt richtet sich nach den Druckverhält­ nissen und Saugvermögen in den beiden Pumpstufen. Zweckmä­ ßigerweise wird die Bypassleitung so gestaltet, daß ihr Querschnitt durch an sich bekannte Mittel, wie z. B. Blenden, variiert werden kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Idee wurde hier am Beispiel einer zweistufigen Drehschieberpumpe erläutert. Die Anwendbar­ keit der Erfindung ist jedoch nicht auf diese Pumpen beschränkt, sondern erstreckt sich allgemein auf mehrstufige Vakuumpumpen und -Pumpsysteme.

Anhand der Abbildung soll die Erfindung näher erläutert wer­ den.

Das Pumpsystem besteht aus der Pumpstufe 1, welche der Hoch­ vakuumpumpe 3 zugewandt ist und aus der folgenden Pumpstufe 2, welche über das Ventil 4 mit der Atmosphäre verbunden ist. Über die Hochvakuumpumpe 3 wird die Analysenkammer 5 evakuiert. Zwischen den beiden Pumpstufen 1 und 2 befindet sich der Zwi­ schenabsauganschluß 6, welcher zum Beispiel mit der Kapillar­ stufe 7 verbunden ist. Die Pumpstufe 2 und die Kapillarstufe 7 bilden zusammen die Druckreduktionsstufe für das zu untersu­ chende Gas. Zwischen dem Zwischenabsauganschluß 6 und der der Hochvakuumseite zugewandten Pumpstufe 1 befindet sich ein zu­ sätzliches Ventil 8, welches als vorbelastetes Druckventil ausgebildet sein kann. Darüberhinaus sind die beiden Pump­ stufen 1 und 2 über die Bypassleitung 9 miteinander verbun­ den.

Claims (5)

1. Mehrstufiges Vakuum-Pumpsystem mit Zwischenabsaugan­ schlüssen (6) zwischen den einzelnen Pumpstufen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Zwischenabsauganschluß (6) und der jeweils der Hochvakuumseite zugewandten Pump­ stufe (1) ein zusätzliches Ventil (8) angebracht ist.

2. Mehrstufiges Vakuum-Pumpsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Ventil (8) ein Druck­ ventil mit variabler Vorbelastung ist.

3. Mehrstufiges Vakuum-Pumpsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbelastung des zusätzlichen Ventils (8) kleiner oder gleich der Vorbelastung des Ausstoßventils (4) ist.

4. Mehrstufiges Vakuum-Pumpsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstoßseite der jeweils der Hochvakuumseite zugewandten Pumpstufe (1) mit der Ansaugseite der folgenden Pumpstufe (2) durch eine Bypassleitung (9) parallel zu dem zusätzli­ chen Ventil (8) verbunden ist, deren Querschnitt so be­ messen ist, daß beim Arbeitsdruck der Pumpstufe (1) die dann noch anfallende Dampfmenge von der folgenden Pump­ stufe (2) abgepumpt wird und daß der Gasanfall in dieser Pumpstufe nur in solch geringem Maße in die der Hochva­ kuumseite zugewandten Pumpstufe (1) zurückströmt, daß das Hochvakuum nicht wesentlich beeinträchtigt wird.

5. Mehrstufiges Vakuum-Pumpsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Bypassleitung (9) durch an sich bekannte Mittel variabel ausgeführt ist.