EP0972938A2 - Gasballasteinrichtung für eine mehrstufige Verdrängerpumpe - Google Patents

Gasballasteinrichtung für eine mehrstufige Verdrängerpumpe Download PDF

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EP0972938A2
EP0972938A2 EP99112217A EP99112217A EP0972938A2 EP 0972938 A2 EP0972938 A2 EP 0972938A2 EP 99112217 A EP99112217 A EP 99112217A EP 99112217 A EP99112217 A EP 99112217A EP 0972938 A2 EP0972938 A2 EP 0972938A2
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    • F04C2220/00—Application
    • F04C2220/50—Pumps with means for introducing gas under pressure for ballasting

Definitions

  • the invention relates to a gas ballast device for a multi-stage positive displacement pump according to the preamble of the first claim.
  • Multi-stage positive displacement pumps with one inlet and one outlet valve are becoming today increasingly as backing pumps for high vacuum pumps - such as Turbomolecular pumps - used.
  • high vacuum pumps such as Turbomolecular pumps - used.
  • the associated backing pump must reach a pressure of approx. 1-5 mbar.
  • the vapors can in during the compression process the backing pump condense and are therefore no longer pumped.
  • gas ballast devices are used in rotary vane pumps used. Gas is released from the atmosphere into the Pump let in.
  • Rotary vane pumps are due to the fact that the scoops with oil are sealed, in many cases not an optimal solution as backing pumps for turbomolecular pumps.
  • turbomolecular pumps which as last stage - e.g. have a molecular pump in the manner of a Holweck pump, has succeeded in increasing the working range of such a pump combination Pushing to expand. This makes it possible to generate the effort of the backing vacuum according to the criteria of pump size and final pressure.
  • oil-sealed vacuum pumps dry pumps - e.g. Diaphragm pumps - to be replaced. These have become special proven where oil-free vacuum is required.
  • diaphragm pumps as backing pumps is particularly useful in this context if the High vacuum pump is a magnetically mounted turbomolecular pump.
  • the gas to be pumped does not come along in any phase of the pumping process Lubricant in contact, and it cannot contain volatiles like those in Lubricants are mostly included, diffuse to the high vacuum side and contaminate them.
  • the object of the invention is to provide a gas ballast system for multi-stage vacuum pumps - e.g. Diaphragm pumps or reciprocating pumps - to develop.
  • the seal remains Vacuum chamber is obtained when the backing pump is switched off or by increasing pressure in the scooping chamber still improved. This is for interval operation sensible. By continuously pumping gas through the exhaust valve of the first Stage this valve is prevented from sticking.
  • an effective gas ballast system for the Provided above forevacuum pumps in which the gas in the Intermediate vacuum space is taken in and metered in via throttling points so that no significant impairment of the pump properties and the final pressure takes place.
  • the invention is illustrated by the example of a two-stage on the basis of the single figure Displacement pump, which is shown here as a reciprocating pump, explained in more detail become.
  • Displacement pump which is shown here as a reciprocating pump, explained in more detail become.
  • the conditions apply accordingly to diaphragm pumps.
  • the illustration shows a two-stage positive displacement pump with two stages 1 and 2 shown.
  • the inlet valve is 3 and the outlet valve designated with 4.
  • the two stages are over the intermediate vacuum space 5 connected with each other.
  • There is a first one for the gas inlet into the intermediate vacuum space Arrangement 6 is provided, which is provided with a throttle point 9.
  • For A connection serves between the intermediate space 5 and the scooping space 8 Arrangement 7, which is provided with a throttle point 10.
  • the gap 5 can also be connected to the suction area 12 the arrangement 7 'can be connected to the throttle point 10'.

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  • Compressor (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Gasballasteinrichtung für mehrstufige Verdrängerpumpen wie z.B. Membranpumpen, Hubkolbenpumpen und dergleichen. Der Gasballast wird dabei zunächst über eine erste Anordnung (6) mit einer Drosselstelle (9) in den Zwischenvakuumraum eingelassen und dann über eine zweite Anordnung (7) mit einer Drosselstelle (10) in den Schöpfraum (8) der ersten Pumpstufe (1) weitergeleitet. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasballasteinrichtung für eine mehrstufige Verdrängerpumpe nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.
Mehrstufige Verdrängerpumpen mit je einem Einlaß- und Auslaßventil werden heute vermehrt als Vorvakuumpumpen für Hochvakuumpumpen - wie z.B. Turbomolekularpumpen - eingesetzt. Damit eine Hochvakuumpumpe ihre volle Leistungsfähigkeit erreicht, muß die zugehörige Vorvakuumpumpe einen Druck von ca. 1-5 mbar erreichen. In der Regel sind dem abzupumpenden Gas noch Dämpfe - z.B. Wasserdampf - beigemischt. Die Dämpfe können während des Verdichtungsvorganges in der Vorpumpe kondensieren und werden somit nicht mehr weitergefördert. Um diesem Effekt entgegenzuwirken, werden bei Drehschieberpumpen Gasballasteinrichtungen verwendet. Dabei wird Gas aus der Atmosphäre in den Schöpfraum der Pumpe eingelassen. Durch die besondere Konstruktion von Drehschieberpumpen bedingt, strömt das eingelassene Gas nicht in den Ansaugraum der Pumpe und hat somit nur einen geringen Einfluß auf den erreichbaren Enddruck. Auf diese Art wird das Problem der kondensierten Dämpfe bei Drehschieberpumpen gelöst. Bei zweistufigen Drehschieberpumpen wird Gasballast nur in die zweite Stufe eingelassen. Bei diesen Pumpen können Dämpfe ebenfalls in der ersten Stufe kondensieren. Da aber mit jeder Umdrehung Öl in die nächste Stufe gefördert wird, wird mit dem Öl auch Kondensat in die zweite Stufe gefördert, wo jenes wieder verdampft und zusammen mit der Gasballastluft ausgestoßen wird.
Drehschieberpumpen sind aber durch die Tatsache, daß die Schöpfräume mit Öl abgedichtet sind, in vielen Fällen keine optimale Lösung als Vorpumpen für Turbomolekularpumpen. Durch die Entwicklung von Turbomolekularpumpen, welche als letzte Stufe - z.B. eine Molekularpumpe nach Art einer Holweckpumpe - aufweisen, ist es gelungen, den Arbeitsbereich einer solchen Pumpkombination nach höheren Drücken hin zu erweitern. Dadurch wird es möglich, den Aufwand zur Erzeugung des Vorvakuums nach den Kriterien Pumpengröße und Enddruck zu verringern. Insbesondere bietet sich die Möglichkeit, ölgedichtete Vakuumpumpen durch trockene Pumpen - z.B. Membranpumpen - zu ersetzen. Diese haben sich besonders dort bewährt, wo ölfreies Vakuum gefordert wird. Der Einsatz von Membranpumpen als Vorpumpen ist in dem Zusammenhang besonders sinnvoll, wenn die Hochvakuumpumpe eine magnetisch gelagerte Turbomolekularpumpe ist. In diesem Fall kommt das abzupumpende Gas in keiner Phase des Pumpvorganges mit Schmiermittel in Berührung, und es können keine flüchtigen Bestandteile, wie sie in Schmiermitteln meistens enthalten sind, auf die Hochvakuumseite diffundieren und diese verunreinigen.
Da die Wände von Vakuumkammern immer mit Wasser beladen sind, gelangt dieses durch die Turbomolekularpumpe in den Ansaugbereich und somit in den Schöpfraum der Membranpumpe. Besonders beim Ausheizen von Vakuumkammern werden erhebliche Wassermengen freigesetzt, die dann mit der Vorpumpe in die Atmosphäre gepumpt werden müssen. Ist der Wasserdampfdruck beim Komprimieren in der ersten Stufe der Vorvakuumpumpe auf Grund der Temperaturverhältnisse niedriger als der Druck im Zwischenvakuumraum der Vorvakuumpumpe, dann kondensiert der Wasserdampf vor dem Auslaßventil und verdampft wieder beim Vergrößern des Pumpenraumes. Dadurch reicht der Druck nicht aus, das Auslaßventil zu öffnen und der Vorvakuumdruck steigt auf unzulässig hohe Werte an. Hierbei wird oft der höchstzulässige Vorvakuumdruck der Turbomolelkularpumpe überschritten, so daß diese ihre Enddrehzahl nicht erreichen kann und deshalb das Vakuum in der Vakuumkammer unter dem gewünschten Wert bleibt.
Der Einsatz von Gasballasteinrichtungen in der Weise, wie es bei Drehschieberpumpen geschieht, ist hier nicht sinnvoll. Membranpumpen und Hubkolbenpumpen oder vergleichbare Konstruktionen weisen nicht die Besonderheit von Drehschieberpumpen auf, daß das durch das Gasballastventil einströmende Gas vom Ansaugbereich abgesperrt wird. Der Gasballast müßte direkt in den Schöpfraum der ersten Stufe eingelassen werden, was zu einer unzulässigen Erhöhung des Enddruckes führen würde. Man kann die einzulassende Gasmenge durch einen sehr engen Drosselquerschnitt verringern. Dabei ist aber die Gefahr der Verstopfung groß, so daß die Betriebssicherheit eingeschränkt wird. Auch mit einem gesteuerten Ventil könnte man verhindern, daß durch den Gasballast der Druck im Schöpfraum verschlechtert wird. Dies erhöht jedoch die Kosten des Systems erheblich.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gasballastsystem für mehrstufige Vakuumpumpen - z.B. Membranpumpen oder Hubkolbenpumpen - zu entwickeln. Dabei soll eine ausreichende Menge von Gas in den Schöpfraum der ersten Stufe geleitet werden ohne daß das Endvakuum in unzulässiger Weise beeinträchtigt wird und ohne daß enge Drosselquerschnitte verwendet werden müssen. Zusätzliche teure Komponenten sollen vermieden werden, um den finanziellen Aufwand in Grenzen zu halten.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Patentanspruches gelöst. Die Ansprüche 2 und 3 stellen weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung dar.
Bei Gaseinlaß in den Schöpfraum nach Anspruch 1 bleibt die Abdichtung zur Vakuumkammer beim Ausschalten der Vorpumpe erhalten bzw. wird durch den ansteigenden Druck im Schöpfraum noch verbessert. Dies ist bei Intervallbetrieb sinnvoll. Durch die dauernde Förderung von Gas durch das Auslaßventil der ersten Stufe wird das Verkleben dieses Ventils verhindert.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird ein effektives Gasballastsystem für die oben beschriebenen Vorvakuumpumpen bereitgestellt, bei welchen das Gas in den Zwischenvakuumraum eingelassen und über Drosselstellen so dosiert wird, daß keine wesentliche Beeinträchtigung der Pumpeigenschaften und des Enddruckes stattfindet.
An Hand der einzigen Abbildung soll die Erfindung am Beispiel einer zweistufigen Verdrängerpumpe, die hier als Hubkolbenpumpe dargestellt ist, näher erläutert werden. Die Verhältnisse gelten entsprechend für Membranpumpen.
In der Abbildung ist eine zweistufige Verdrängerpumpe mit den beiden Stufen 1 und 2 dargestellt. Bei der ersten Stufe 1 ist das Einlaßventil mit 3 und das Auslaßventil mit 4 bezeichnet. Die beiden Stufen sind über den Zwischenvakuumraum 5 miteinander verbunden. Zum Gaseinlaß in den Zwischenvakuumraum ist eine erste Anordnung 6 vorgesehen, welche mit einer Drosselstelle 9 versehen ist. Zur Verbindung vom Zwischenraum 5 mit dem Schöpfraum 8 dient eine zweite Anordnung 7, welche mit einer Drosselstelle 10 versehen ist. Anstelle dieser Verbindung kann auch der Zwischenraum 5 mit dem Ansaugbereich 12 über die Anordnung 7' mit der Drosselstelle 10' verbunden werden.

Claims (3)

  1. Gasballasteinrichtung für eine mehrstufige Verdrängerpumpe, wobei die erste Stufe (1) aus einer oder mehreren parallel geschalteten Verdrängerpumpstufen besteht und mit Einlaßventil (3) und Auslaßventil (4) ausgestattet ist und mit den nachfolgenden Stufen über Zwischenvakuumräume (5) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Anordnung (6) zum Gaseinlaß so angebracht ist, daß Gas in den Zwischenvakuumraum (5) eingelassen werden kann und daß eine zweite Anordnung (7) so angebracht ist, daß Gas aus dem Zwischenvakuumraum (5) in den Schöpfraum (8) der ersten Stufe (1) eingelassen werden kann.
  2. Gasballasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Anordnung (7') so angebracht ist, daß Gas aus dem Zwischenvakuumraum (5) anstatt in den Schöpfraum (8) der ersten Stufe in den Ansaugbereich (12) der ersten Stufe (1) eingelassen werden kann.
  3. Gasballasteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Anordnungen (6, 7) bzw. (6, 7') mit einer Drosselstelle (9, 10) bzw. (9, 10') ausgerüstet ist.
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