DE4318214A1 - Verfahren zum Betrieb einer Reibungsvakuumpumpe sowie für dieses Betriebsverfahren geeignete Reibungsvakuumpumpe - Google Patents
Verfahren zum Betrieb einer Reibungsvakuumpumpe sowie für dieses Betriebsverfahren geeignete ReibungsvakuumpumpeInfo
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- F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
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- F04D27/02—Surge control
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- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
- F04D27/02—Surge control
- F04D27/0292—Stop safety or alarm devices, e.g. stop-and-go control; Disposition of check-valves
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- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer
Reibungsvakuumpumpe bei Rotordrehzahlen, die unterhalb der
Nenndrehzahl liegen. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf
eine für die Durchführung dieses Verfahrens geeignete Rei
bungsvakuumpumpe.
Reibungsvakuumpumpen, beispielsweise Turbomolekularpumpen,
Molekularpumpen nach dem Gaede-, Holweck- oder Siegbahntyp und
Kombinationen dieser Pumpenarten, werden mit Rotordrehzahlen
bis zu 100 TU/min betrieben. Die schnelldrehenden Rotoren sind
schwingungsfähige Gebilde, die über entsprechende Resonanzen
(kritische Drehzahlen) verfügen. Die Konstruktion dieser
Vakuumpumpen wird deshalb so ausgelegt, daß die kritischen
Rotordrehzahlen außerhalb des Nenndrehzahlbereichs des Rotors
liegen. Beim Hochlauf des Rotors werden die kritischen Dreh
zahlen relativ schnell durchlaufen, so daß eine Schädigung der
Pumpe, insbesondere der Rotorlagerungen, nicht eintritt.
Der Vakuumfachmann ist bestrebt, Reibungsvakuumpumpen mit
möglichst konstanten Drehzahlen, und zwar im jeweiligen Nenn
drehzahlbereich, zu betreiben, da die Pumpeigenschaften (Saug
vermögen, Kompression) bei dieser Drehzahl im wesentlichen
konstant sind. Bei gleichbleibender Drehzahl und bei steigendem
Ansaugdruck nehmen jedoch die notwendige elektrische Leistung
des Wandlers und die Motorverluste zu.
Eine Möglichkeit der Vermeidung unzulässig hoher Motorverluste
besteht darin, daß der Wandler bei Unterschreiten einer be
stimmten Drehzahl auf Störung geht und die Pumpe abschaltet.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Leistung auf zuläs
sige Werte zu begrenzen. Bei dieser Verfahrensweise ist es
jedoch unvermeidlich, daß mit steigendem Ansaugdruck die
Drehzahl des Rotors abnimmt. Beide Verfahren sind üblich; das
zuletzt genannte Verfahren ist anwendungsfreundlicher, weil es
nicht zu einem Abschalten des Evakuierungsprozesses führt. Es
ist jedoch häufig mit einem maßgeblichen Drehzahlrückgang
verbunden. Bei einer Abnahme der Drehzahl besteht die Gefahr,
daß der Rotor kritische Drehzahlwerte erreicht und diese über
längere Zeiten beibehält. Dieses kann zu Lagerschäden oder gar
zum Ausfall der Pumpe führen. Bei Turbomolekularvakuumpumpen
mit mehreren Pumpenabschnitten (Compoundpumpen) und damit mit
relativ langen Rotoren liegen kritische Drehzahlbereiche
relativ nahe bei der Nenndrehzahl, so daß das geschilderte
Problem bei diesen Pumpen verschärft auftritt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei dem Schäden
an der Pumpe, verursacht durch einen Betrieb mit unterhalb der
Nenndrehzahl liegenden Rotordrehzahlen, nicht mehr auftreten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die
Drehzahl des Rotors laufend überwacht wird, daß beim Eintritt
der Drehzahl in einen vorher festgelegten Drehzahlbereich ein
Timer gestartet wird und daß Einfluß auf die Rotordrehzahl
genommen wird, wenn die Drehzahl nach einer ebenfalls vorher
festgelegten Zeit immer noch im festgelegten Drehzahlbereich
liegt. Bei einem Verfahren dieser Art können Betriebszustände
mit Rotordrehzahlen, die in einem bestimmten, kritische Dreh
zahlen umfassenden Bereich liegen, zeitlich derart begrenzt
werden, daß Schäden an der Pumpe nicht auftreten. Die Pumpe
wird z. B. nach Ablauf der vorher festgelegten Zeit
abgeschaltet. Im Vergleich mit der eingangs beschriebenen
Verfahrensweise, bei der der Wandler beim Unterschreiten einer
bestimmten Drehzahl auf Störung geht, ist damit bereits der
Vorteil verbunden, daß der Fall des Abschaltens der Pumpe
wesentlich seltener ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit
der Änderung der Drehzahl des Rotors, und zwar derart, daß sie
das kritische Drehzahlfenster verläßt. Dazu kann mehr oder -
wenn das nicht mehr geht - weniger Leitung zugeführt werden, so
daß sich die Drehzahl erhöht oder erniedrigt. Dadurch ist ein
Abschalten des Evakuierungsprozesses bei gleichzeitigem Schutz
der Pumpe vor kritischen Drehzahlbereichen vermieden. Insgesamt
ist eine erfindungsgemäß betriebene Reibungsvakuumpumpe zuver
lässiger und hat wegen des Schutzes gegen einen vorzeitigen
Verschleiß eine längere Lebensdauer.
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines in
der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert werden.
Die Figur zeigt einen Schnitt durch den unteren Teil einer
Turbomolekularvakuumpumpe mit einer Überwachungsschaltung nach
der Erfindung.
Die Turbomolekularpumpe weist das Gehäuse 1, den mit den
Statorschaufeln 2 ausgerüsteten Stator 3 und den Rotor 4 mit
den Rotorschaufeln 5 auf. Bestandteil des Rotors 4 ist die
Welle 6 mit ihrer Achse 7. An der Welle 6 sind die Rotorschau
feln 5 befestigt. Die Statorschaufeln 2 und die Rotorschaufeln
5 sind derart angestellt, daß eine Gasförderung vom nicht
dargestellten Einlaß zum Auslaß 8 bewirkt wird.
Die Rotorwelle 6 ist im Gehäuse 1 der Turbomolekularpumpe
mittels der Wälzlager 11, 12 drehbar gelagert. Anstelle der
Wälzlager können auch Magnetlager vorhanden sein. Zwischen den
Lagern 11, 12 befindet sich der Antriebsmotor 13. Das Ein- und
Ausschalten sowie die Versorgung des Antriebsmotors 13 erfolgt
mit Hilfe des Versorgungsgerätes 14, das üblicherweise einen
Frequenzwandler umfaßt.
Zur Feststellung der Drehzahl des Rotors 4 der Turbomolekular
pumpe ist ein Drehzahldetektor 15 vorgesehen. Die ihm über die
Leitung 16 zugeführten Signale stammen zum Beispiel von einem
Drehzahlsensor 17, der vorzugsweise dem unteren Ende der Welle
6 zugeordnet ist. Sofern Informationen über die Drehzahl des
Rotors 4 auch im Frequenzwandler des Versorgungsgerätes 14
vorliegen, können diese ebenfalls benutzt werden. Eine den
Drehzahldetektor 15 mit dem Versorgungsgerät 14 verbindende
Signalleitung 18 ist als alternative Lösung gestrichelt darge
stellt.
Der Drehzahldetektor 15 dient der Einstellung des Resonanzfen
sters, indem eine untere (m₁) und eine obere (m₂) Drehzahl
grenze eingegeben werden. Zwischen diesen Grenzen befindet sich
eine Resonanz, d. h. eine kritische Drehzahl nkrit. Bei einem
mit einer Nenndrehzahl von 72 T U/min betriebenen Prototypen
lag beispielsweise eine Resonanz bei 50 T U/min. Bei diesem
Prototypen wurde das Resonanzfenster auf 50 T U/min ± 5000
U/min eingestellt. Wird das eingestellte Resonanzfenster von
oben oder von unten her betreten, wird der Timer 19 gestartet.
Das Startsignal wird einer sich anschließenden Stufe 21
zugeführt, in der ein Zeitvergleich stattfindet. Dazu wird der
Zeitvergleichs-Stufe 21 ein Referenz-Zeitsignal von der
Zeitstufe 22 zugeführt. In dieser Zeitstufe ist ein bestimmtes
Zeitintervall gespeichert, beim oben erwähnten Prototypen
beispielsweise 1 min. Verläßt die Rotordrehzahl innerhalb
dieses Zeitintervalls das Resonanzfenster, schaltet sich der
Timer 19 ab. Er wird erst dann wieder gestartet, wenn die
Rotordrehzahl erneut in das Resonanzfenster eintritt.
Liegt die Drehzahl des Rotors jedoch nach Ablauf des Zeitin
tervalls immer noch im Resonanzfenster, dann gibt die Zeitver
gleichsstufe ein Signal auf eine Auswertelogik 24. Diese ist
über die Signalleitung 25 mit dem Versorgungsgerät 14 verbun
den. Dadurch besteht die Möglichkeit, den Antriebsmotor 13 für
den Fall der Überschreitung des in der Zeitstufe eingestellten
Zeitintervalls abzuschalten.
Zweckmäßig wird die erfindungsgemäße Überwachungsschaltung
derart gestaltet, daß sie die Einstellung mehrerer Resonanz
fenster erlaubt. Weiterhin besteht die Möglichkeit, verschie
dene Typen von Turbomolekularpumpen zu codieren (Codierungs
baustein 26 an der Pumpe) und einen Identifizierungsbaustein 27
in der Überwachungsschaltung vorzusehen, mit dessen Hilfe das
oder die Resonanzfenster eingestellt werden.
Claims (4)
1. Verfahren zum Betrieb einer Reibungsvakuumpumpe bei
Rotordrehzahlen, die unterhalb der Nenndrehzahl liegen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Rotors (4)
laufend überwacht wird, daß beim Eintritt der Drehzahl in
einen vorher festgelegten Drehzahlbereich ein Timer (19)
gestartet wird und daß Einfluß auf die Rotordrehzahl
genommen wird, wenn sie nach einer ebenfalls vorher
festgelegten Zeit immer noch im festgelegten Drehzahlbe
reich liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Pumpe für den Fall, daß die Rotordrehzahl nach Ablauf der
vorher festgelegten Zeit noch im vorher festgelegten
Drehzahlbereich liegt, abgeschaltet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Pumpe für den Fall, daß die Rotordrehzahl nach Ablauf des
festgelegten Zeitintervalls noch im festgelegten Dreh
zahlbereich liegt, mehr oder weniger Leistung zugeführt
wird, so daß die Rotordrehzahl den festgelegten Drehzahl
bereich verläßt.
4. Für die Durchführung des Verfahrens nach einem der An
sprüche 1 bis 3 geeignete Reibungsvakuumpumpe mit einem
Versorgungsgerät (14) für den Antriebsmotor (13), dadurch
gekennzeichnet, daß sie mit einer Überwachungsschaltung
ausgerüstet ist, die einen Drehzahldetektor (15), einen
Timer (19), eine Zeiteinstellstufe (22), eine Zeitver
gleichsstufe (21) und eine Auswertelogik (24) aufweist,
die über eine Signalleitung (25) mit dem Versorgungsgerät
(14) für den Antriebsmotor (13) verbunden ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4318214A DE4318214A1 (de) | 1993-06-01 | 1993-06-01 | Verfahren zum Betrieb einer Reibungsvakuumpumpe sowie für dieses Betriebsverfahren geeignete Reibungsvakuumpumpe |
PCT/EP1994/001010 WO1994028313A1 (de) | 1993-06-01 | 1994-03-31 | Verfahren zum betrieb einer reibungsvakuumpumpe |
Applications Claiming Priority (1)
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DE4318214A DE4318214A1 (de) | 1993-06-01 | 1993-06-01 | Verfahren zum Betrieb einer Reibungsvakuumpumpe sowie für dieses Betriebsverfahren geeignete Reibungsvakuumpumpe |
Publications (1)
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DE4318214A1 true DE4318214A1 (de) | 1994-12-08 |
Family
ID=6489388
Family Applications (1)
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DE4318214A Withdrawn DE4318214A1 (de) | 1993-06-01 | 1993-06-01 | Verfahren zum Betrieb einer Reibungsvakuumpumpe sowie für dieses Betriebsverfahren geeignete Reibungsvakuumpumpe |
Country Status (2)
Country | Link |
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Also Published As
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: BALZERS UND LEYBOLD DEUTSCHLAND HOLDING AG, 63450 |
|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |