EP3434905B1 - Vakuumpumpe sowie verfahren zum betreiben einer vakuumpumpe - Google Patents

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EP3434905B1
EP3434905B1 EP17183117.5A EP17183117A EP3434905B1 EP 3434905 B1 EP3434905 B1 EP 3434905B1 EP 17183117 A EP17183117 A EP 17183117A EP 3434905 B1 EP3434905 B1 EP 3434905B1
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EP
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pump
cooling
cooling apparatus
accordance
vacuum pump
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Kevin Schneider
Christopher Kobus
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Pfeiffer Vacuum GmbH
Original Assignee
Pfeiffer Vacuum GmbH
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Publication date
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C18/126—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with radially from the rotor body extending elements, not necessarily co-operating with corresponding recesses in the other rotor, e.g. lobes, Roots type
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    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/303—Temperature

Definitions

  • the present invention relates to a vacuum pump, in particular for generating a rough and/or medium vacuum, and a method for operating a vacuum pump.
  • the present invention relates to Roots vacuum pumps and a method for operating the same.
  • Vacuum pumps in particular Roots vacuum pumps, are being operated at increasingly high speeds. At the same time, there is a need to keep the installation space of such vacuum pumps as small as possible, which can result in an overall increased energy density or thermal stress inside or on the pump. This places special demands on the cooling of such pumps and their components.
  • the object of the present invention is to specify a vacuum pump that can also be used at relatively high pump speeds can be cooled with a high degree of reliability.
  • the object is also to specify a method for operating a vacuum pump.
  • a vacuum pump according to the invention in particular for generating a rough and/or fine vacuum, has at least one pump component and a cooling device for convective cooling of the pump component by means of a cooling medium.
  • the cooling medium can be a gas/gas mixture, in particular air.
  • a liquid medium such as water can also be provided.
  • the cooling device is set up to variably change a convective heat transfer between the pump component to be cooled and the cooling medium by adjusting a heat transfer coefficient as a function of and/or in order to maintain a pump operating parameter.
  • At least one pump operating parameter influences the heat transfer between the pump component to be cooled and the cooling medium.
  • a high degree of reliability in the cooling process of the pump can be ensured.
  • the targeted selection of at least one pump operating parameter enables a high degree of flexibility in pump and/or cooling operation.
  • the heat transfer between the pump component to be cooled and the cooling medium can be changed in a particularly efficient manner by adjusting a heat transfer coefficient. The variable change in heat transfer by adjusting the heat transfer coefficient allows high accuracy of the cooling, in particular to maintain predetermined pump operating parameters.
  • the pump operating parameter can advantageously be a limit value and/or a value range. For example, reaching a limit value and/or exceeding a certain value range can trigger a change in the convective heat transfer by adjusting a heat transfer coefficient. Likewise, the convective heat transfer can be variably changed in order to comply with a limit value and/or to keep the respective pump operating parameter within a value range.
  • the pump operating parameter can also be a value curve.
  • rapid changes in temperature and/or pressure can have a favorable effect on the cooling behavior, so that the risk of unfavorable operating states is reduced.
  • the pump operating parameter provided according to the invention can also be a measured value recorded continuously and/or recurringly, as a result of which a continuous monitoring of a respective pump operating state or a recording and/or recording of value profiles is possible.
  • the pump operating parameter can be selectable and/or adjustable by a user, so that the flexibility of use with regard to different operating modes of the pump is increased.
  • the pump operating parameter can be preset invariably and/or predetermined on the basis of empirical data, as a result of which the risk of incorrect operation and damage to the pump associated therewith can be reduced.
  • the pump operating parameter is an operational safety, longevity and/or energy saving parameter.
  • an operational safety parameter which can be, for example, a relatively narrow permissible temperature range of a pump component, enables pump operation with a high degree of operational safety.
  • a longevity parameter can align the cooling with regard to relatively low-wear pump operation, which is also possible, for example, through tight temperature tolerances for individual pump components.
  • an energy saving parameter can improve the pump and cooling operation in terms of energy consumption. This can be achieved, for example, with the largest possible permissible temperature ranges for pump components, so that only a small amount of cooling is required.
  • the pump operating parameter is a temperature and/or a temperature profile on and/or in at least one pump component.
  • the temperature and/or the temperature profile on and/or in a pump component can be decisive for the operation of a vacuum pump, so that the setting of the heat transfer depending on it and/or for maintaining it can be decisive for the pump operation, for example for maintaining a high Operational reliability and/or durability of individual pump components.
  • the pump operating parameter is a gas pressure, a gas pressure profile, a condensation and/or reaction behavior of a process gas to be compressed inside the pump and/or a differential pressure between a pump inlet and/or a pump outlet.
  • the gas compression by the vacuum pump can be specifically influenced.
  • the compression performance or the compression result of the vacuum pump can thus be ensured in a more precise manner, in particular at relatively high pump speeds.
  • the cooling device is set up to variably change the heat transfer depending on and/or to maintain a deformation state of a pump component and/or a gap size between at least two pump components, which are preferably arranged to be movable relative to one another.
  • the risk of excessive deformation or unfavorable gap dimensions can be reduced in this way, which affects both the efficiency of the pump performance and the operational reliability and longevity of the vacuum pump.
  • gap dimensions set by targeted cooling can have a positive influence on energy efficiency, namely by maintaining high pump efficiency.
  • the cooling device can be set up to variably change the heat transfer in a predetermined ratio to the power consumption of the pump drive, in particular to couple it according to a proportionality function.
  • the cooling device can have a control and/or regulating device which controls and/or regulates the operation of the cooling device as a function of and/or in order to maintain the pump operating parameter.
  • the control and/or regulating device can be equipped with at least one sensor, which is preferably a temperature sensor and/or a pressure sensor.
  • a pump operating parameter can be continuously and/or recurrently detected by the sensor. The data recorded by the sensor can be used for control and/or regulation processes.
  • the pump operating parameter relevant according to the invention can be preset in the open-loop and/or closed-loop control device and/or can be set by a user. Accordingly, it is possible for a user to set the pump operating parameters required for achieving and/or maintaining a respectively desired pump operating state or to actively change them in a control and/or regulating device provided for this purpose. There is also the possibility that, for example, safety-relevant pump operating parameters are unchangeably preset in the control and/or regulating device, so that dangerous operating states can be avoided.
  • the cooling device can be operated independently of pump operation and/or pump speed.
  • the flexibility of use of the cooling device can thus be further increased.
  • the cooling device is preferably set up to start cooling operation depending on a period of time that has elapsed since the start of pump operation and/or with a time delay after the start of pump operation and/or after starting and/or increasing a pump speed. In this way, the cooling operation can be adjusted depending on an actual cooling requirement of the respective pump component.
  • the cooling device is set up to keep the cooling capacity switched off or to increase it linearly and/or degressively during a warm-up period of the pump component.
  • a warm-up period can be, in particular, a period that begins with the start of pump operation or when the pump speed is started up and/or ramped up.
  • the warm-up time can last until a predetermined pump speed and/or component temperature is reached. If the cooling capacity remains switched off during this period or is increased linearly and/or degressively, it can be ensured that the respective pump component runs faster desired operating temperature is reached. At the same time, an unnecessarily high cooling operation can be avoided. This allows energy savings, which means that overall the energy efficiency of pump operation can be increased.
  • the cooling device preferably has a cooling device drive.
  • This cooling device drive is advantageously designed as an independent motor and can accordingly be operated independently of a pump motor. Therefore, there is also the possibility of keeping the chiller drive at or near zero or increasing linearly and/or degressively during a warm-up period.
  • the cooling device has a rated output for continuous operation.
  • the cooling device drive can have a rated speed for continuous operation. It is understood that the cooling device can be operated between an off state and a rated state. There is also the possibility that the cooling device can only be operated at nominal power. In this case, the cooling device can either be switched off or operated at nominal power, whereas operation at an intermediate level is not intended. Accordingly, a device drive can only be designed for operation at nominal speed. Overall, this can be accomplished with a low outlay in terms of apparatus.
  • the cooling device can be set up for temporary operation above the rated output.
  • the cooling device drive can be set up for temporary operation above the nominal speed. In this way, a high level of cooling capacity can be made available for a limited period of time, which can be advantageous when the pump is particularly stressed. At the same time, due to the time limit achieved that the operational reliability and / or the life of the cooling device is not overly stressed.
  • the cooling capacity is advantageously kept at rated capacity or the cooling device drive at rated speed after the end of the warm-up period. Holding at rated power or at rated speed can take place for a limited period of time after the end of the warm-up time or permanently during pump operation.
  • the cooling device is set up to interrupt the cooling operation and/or for an intermittent and/or interval-controlled and/or regulated cooling operation.
  • the cooling of the pump component by the cooling device can therefore be temporarily interrupted, with such an interruption occurring several times, so that an intermittent cooling capacity is provided. Any control processes can be accomplished in this way with only a small outlay in terms of equipment. In particular, it can be avoided in this way that the exact cooling capacity or speed of the cooling device drive has to be permanently adjusted. Overall, the control and regulation effort can thus be reduced to a small extent.
  • the different operating intervals for cooling can have identical or different durations and/or the interruption intervals between the operating intervals can be identical or different.
  • the cooling capacity and/or the speed of the cooling device drive can be the same or different in different operating intervals.
  • the cooling capacity can be influenced as a function of any pump operating parameters without permanent adjustment of the cooling capacity or the speed of the cooling device drive. A continuous Regulation of the cooling capacity or the speed of the cooling pump drive is therefore not necessary.
  • the cooling device can be set up to switch off the cooling operation when a maximum and/or minimum permissible limit value is reached and/or in the event of a malfunction of the cooling device and/or a pump component. Any malfunctions can lead to the simultaneous shutdown of the pump operation. The risk of damage to the cooling device and/or pump components can thus be reduced.
  • the cooling device can be set up to switch on the cooling mode when a maximum and/or minimum permissible parameter limit value is reached. For example, reaching a predetermined temperature level of a pump component can initiate the switching on of the cooling mode, so that a respectively reached temperature level of the pump component can be maintained or reduced again, in particular before damage occurs.
  • the pump component can be arranged as part of a pump assembly and/or wherein the cooling device for convective cooling of a pump assembly is formed from a plurality of pump components.
  • the efficiency of the cooling by the cooling device can be increased by arranging the pump component as part of a pump assembly, since in particular a plurality of pump components can be cooled simultaneously by the cooling device.
  • the pump component can be designed, for example, as part of the pump drive, in particular as a motor component, transmission, transmission housing, rotating or stationary component, and/or pump housing and/or as part of an electronics assembly.
  • the cooling device can supply all temperature-relevant components within a vacuum pump with a flow of cooling media and the respective heat transfer between the cooling medium flow and the pump component change in a targeted manner.
  • the at least one pump component can be covered by a cladding.
  • all pump components can be covered and/or enclosed by an overall casing.
  • Such coverings avoid the risk of operating errors or reduce the number of accidents caused by improper handling, such as reaching into rotating components.
  • adequate protection of the pump components and also the cooling device can be ensured by a cover.
  • the cooling device can have at least one fan, which is preferably arranged on such a cladding. This allows for a fixed and secure location of the fans relative to the pump component to be cooled.
  • the paneling can advantageously be equipped with a gas inlet and/or at least one gas outlet.
  • At least one fan can be arranged in or on the gas inlet or also in or on the gas outlet. The introduction of a cooling medium into the cladding and/or the conducting out of it can thus be promoted.
  • the gas inlet and the gas outlet are each arranged in planes which enclose an angle with one another, preferably a right angle.
  • the coolant flow is deflected at least once in its spatial orientation, starting from the gas inlet to the gas outlet, as a result of which turbulent flows can arise in places. This can have a favorable effect on the cooling behavior or the heat transfer coefficient ⁇ .
  • the cladding can in particular have a plurality of gas inlets and/or gas outlets, with at least one gas outlet preferably being arranged at a pump inlet and/or at a pump outlet. Since the pump inlet or the pump outlet requires an opening in the casing anyway, this can advantageously be combined with a gas inlet and/or a gas outlet for the cooling medium. The design effort for the cladding is reduced as a result.
  • the cooling medium is guided in a targeted manner through the casing (e.g. by means of appropriate guide means such as ribs, channels, housing sections or the like), in particular between the respective gas inlet and the respective gas outlet.
  • appropriate guide means such as ribs, channels, housing sections or the like
  • a vacuum pump is also advantageously a Roots vacuum pump, particularly preferably a vacuum pump having at least one of the features described above.
  • a vacuum pump is also advantageously a Roots vacuum pump, particularly preferably a vacuum pump having at least one of the features described above.
  • the cooling device variably changes a heat transfer between the pump component to be cooled and the cooling medium by adjusting a heat transfer coefficient as a function of and/or in order to maintain at least one pump operating parameter. Precise cooling performance can be ensured in this way, particularly when vacuum pumps are operated at a relatively high pump speed, such as in the case of Roots vacuum pumps.
  • the vacuum pump 1 12 is a perspective view of a vacuum pump according to an embodiment of the present invention.
  • the vacuum pump 1 can in particular be a Roots vacuum pump which can be operated at relatively high speeds.
  • the vacuum pump 1 is equipped with a casing 2, which is cuboid or can delimit a cuboid interior.
  • the casing 2 can cover a pump component 4 at least in sections.
  • the pump components 4 can be a pump housing, for example. Again 1 can be seen, the pump housing can be equipped with a flange 6, via which the pump housing 4 can be coupled to another device.
  • the fairing 2 is further provided with a plurality of gas inlets, identified here by the reference numerals 8, 10 and 12.
  • a first gas inlet 8 can be arranged on a first side wall 9 of the cladding 2 .
  • Two further gas inlets 10 can be arranged on a second side wall 11 and two further gas inlets 12 can be arranged on a third side wall 13.
  • the side walls 9, 11 and 13 extend respectively along different planes and are preferably arranged orthogonally to one another. Accordingly, the gas inlets 8, 10 and 12 can also be aligned along different planes.
  • the gas inlet 8 extends along a plane which differs from the plane in which the gas inlets 10 are arranged and preferably encloses an angle, in particular a right angle, therewith.
  • the gas inlet 8 extends along a plane that differs from the plane in which the gas inlets 12 are arranged and preferably encloses an angle, in particular a right angle, therewith.
  • the gas inlets 10 can be arranged along a plane which differs from the planes of the respective other gas inlets 8 and 12 and enclose an angle, preferably a right angle, with these planes.
  • the above also applies correspondingly to the gas inlets 12 and their extent along a plane. In this way, a cooling medium is conducted into the interior of the cladding 2 starting from different spatial planes and thus in different orientations, which can have a favorable effect on the cooling effect.
  • Cooling devices can be arranged in or on the gas inlets 8, 10 and 12, which are preferably designed as a fan 14 or contain a fan 14 (the use of only one fan 14 is also conceivable).
  • the fans 14 are preferably arranged inside the casing or on an inside of the respective gas inlet 8 , 10 and 12 . Unintentional reaching into the fan 14 during operation can thus be avoided.
  • a fan 14 does not have to be assigned to each gas inlet 8 , 10 , 12 .
  • the paneling 2 is also equipped with at least one gas outlet 16 .
  • the gas outlet 16 is formed in an advantageous manner by an opening in the Area of the connection flange 6 of the pump housing is arranged.
  • a gas outlet, which is not shown here and is indicated by the reference number 18 can also be provided on an oppositely arranged side of the covering 2 .
  • the gas outlet 18 can likewise be formed by an opening which is arranged in the area of a further housing flange of the pump housing 4 .
  • a gas inflow through the respective gas inlets 8 , 10 and 12 is to be represented schematically by the reference numerals 20 , 22 and 24 . Furthermore, reference number 26 indicates a gas outflow from the gas outlet 16 and reference number 28 indicates a gas outflow from the gas outlet 18 , opposite the gas outlet 16 .
  • the gas outlets 16 and 18 are each in a plane which encloses an angle with a plane of the gas inlet 8 and/or the gas inlet 10, preferably a right angle. This results in a forced deflection of the coolant flow, starting from one of the gas inlets 8 and/or 10 to one of the gas outlets 16 and/or 18 within the casing 2. It can also be advantageous if at least the gas inlet 16 is located in the same plane, such as one of the gas inlets 12, whereby a deflection of the coolant flow within the panel 2 can also be enforced.
  • the Figure 2a shows schematically the curve of the speed "n" of the fan over time “t” according to a first embodiment. It can be seen that during a warm-up period 30 the fan speed is maintained at zero so that the cooling mode remains off. Only after the warm-up period 30 has elapsed is the fan switched on and immediately set to a rated speed 32 suitable for stationary continuous operation. The length of time before the fan turns on can be preset and/or be influenced by continuously recorded sensor data. In this case, limit values can initiate the start of operation of the fan.
  • Figure 2b shows schematically the course of the speed "n" of the fan over time “t” according to a second embodiment. It can be seen that during a warm-up period 30 the speed of the fan increases linearly up to a rated speed 32 which is suitable for stationary operation of the fan. A constant acceleration of the fan can be carried out in a way that is particularly gentle on the components of the fan. At the same time, excessive ventilation during the warm-up period 30 is avoided.
  • Figure 2c shows schematically the course of the speed "n" of the fan over time “t” according to a third embodiment.
  • a degressive increase in the speed of the fan during a warm-up period 30 until a rated speed 32 for steady-state continuous operation is reached can be seen.
  • a degressive behavior ensures that there are no abrupt speed changes during operation of the fan.
  • the operating temperature of the respective pump component can be reached quickly due to the delayed switching on of the fan or due to a reduced speed of the fan during the warm-up period 30 . At the same time, this can also influence the behavior of condensate and reactive process gases inside the pump. This may be of particular relevance during a warm-up period 30 .
  • a speed of the fan is identified by a solid line, which is selected as nominal speed 32 for continuous operation or is permissible for continuous operation.
  • An increased rotational speed 34 within a limited period of time is shown in dashed lines.
  • Such an increased speed 34 of the fan can be set for a short time when there is an increased cooling requirement.
  • the time limit of the increased speed period 34 may be appropriately preset and/or fixed.
  • Figure 4a shows schematically the curve of the speed "n" of the fan over time “t” according to a fifth embodiment. Intermittent operation of the fan can be seen, in which the operating intervals 36 of the fan are identical and the interruption intervals 38 between the respective operating intervals 36 are of the same length. Furthermore, the speed of the fan is the same in the different operating intervals 36 . Such an interval operation can be implemented without regulation, so that only the point in time since the start of pump operation or the course over time is used as the pump operating parameter for varying the heat transfer.
  • Figure 4b shows schematically the course of the speed "n" of the fan over time “t” according to a sixth embodiment.
  • the operating intervals 36 and also the interruption intervals 38 each have the same length of time.
  • the speed of the fan is varied from one operating interval 36 to the next, so that a different cooling capacity is generated by each operating interval 36 .
  • Such a variation can result from the influence of predetermined controlled variables such as recorded temperature data.
  • the different speeds make it possible to react to different cooling requirements during different operating intervals 36 .
  • the length of the break intervals may also vary.
  • Figure 4c shows schematically the course of the speed "n" of the fan over time “t” according to a seventh embodiment.
  • the operating intervals 36 are each of the same length and the speed of the fan is also the same in the different operating intervals 36 .
  • the length of the interruption intervals 38 varies between the operating intervals 36. So the interruption interval 38 between the first two operating intervals 36 differs from the interruption interval 38 between the last two operating intervals 36. Even with such a cooling operation, the variation in the length of the interruption intervals 38 can be the result of a controlled variable, for example temperature data recorded during pump operation.
  • Figure 4d shows schematically the curve of the speed "n" of the fan over time “t” according to an eighth embodiment. It can be seen that the length of the operating intervals 36 varies. Thus, the first operating interval 36 is longer than the second operating interval 36, which in turn is longer than the third operating interval 36.
  • the interruption intervals 38 have the same length. This also makes it possible to react to control variables such as temperature data recorded during pump operation, so that in turn the heat transfer between the cooling medium and the pump component to be cooled can be variably changed in a suitable manner.
  • the length of the intervals 36, 38 and/or the speed of the fan in the interval 36 can be adapted as desired to the respective needs.
  • figure 5 shows the course of the speed "n" of the fan as a function of a measured value "x".
  • the measured value "x" can be, among other things, a gas pressure or a differential pressure between the pump inlet and the pump outlet.
  • the measured value shown schematically or the measured value curve is therefore a pump operating parameter within the meaning of the present invention.
  • the respective measured value "x" and thus also its profile are preferably recorded during pump operation, for example by suitable sensors. It is also understood that a pump operating parameter can also be formed by combining different measured values and/or measured value curves, which can therefore be decisive for the speed function of the fan.
  • the Indian figure 5 It can be seen from the functions shown schematically that the speed of the fan increases up to a nominal speed 32 of the fan, which is particularly suitable for continuous operation of the fan.
  • the increase in the rotational speed up to the nominal rotational speed 32 for continuous operation can be linear during a first increase 40 , linear and flat during a second increase 42 and degressive during a third increase 44 .
  • the increase in the speed of the fan takes place depending on the measured value "x" recorded in each case. When a maximum permissible measured value "x" is reached, the fan is switched off and/or the speed is reduced to zero. Switching off can also take place when a malfunction is detected, such as a defect in the fan and/or a pump component.
  • the vacuum pump described above can ensure a high degree of cooling precision and also flexibility of the cooling during use, even in the case of high pump speeds.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere zur Erzeugung von Grob- und/oder Feinvakuum, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Wälzkolbenvakuumpumpen sowie ein Verfahren zum Betreiben derselben.
  • Aus dem Stand der Technik in der Druckschrift EP 1 936 203 A2 ist eine Vakuumpumpe bekannt, die einen Lüfter mit einem eigenen Lüftermotor aufweist, so dass der von dem Lüfter erzeugte Gasstrom unabhängig von der Geschwindigkeit des Motors der Vakuumpumpe eingestellt werden kann. Hierdurch soll die Kühlung nach den jeweiligen Bedürfnissen ausgerichtet werden und stellt somit keinen Kompromiss zwischen Vakuum- und Kühlungsanforderungen dar. Aus diesem Stand der Technik gehen jedoch keine näheren Einzelheiten zu den Kühlungsanforderungen beziehungsweise zu den maßgeblichen Faktoren für die Steuerung der Kühlung hervor. Aus der Druckschrift WO 03/042542 A1 ist eine weitere Vakuumpumpe bekannt.
  • Vakuumpumpen, insbesondere Wälzkolbenvakuumpumpen, werden mit zunehmend hohen Drehzahlen betrieben. Gleichzeitig besteht das Erfordernis, den Bauraum derartiger Vakuumpumpen möglichst klein zu halten, wodurch insgesamt eine erhöhte Energiedichte beziehungsweise Wärmebeanspruchung innerhalb oder an der Pumpe entstehen kann. Hierdurch werden besondere Anforderungen an die Kühlung solcher Pumpen sowie deren Komponenten gestellt.
  • Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vakuumpumpe anzugeben, die auch bei verhältnismäßig hohen Pumpendrehzahlen mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit gekühlt werden kann. Ebenso besteht die Aufgabe darin, ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe anzugeben.
  • Im Hinblick auf eine Vakuumpumpe ist diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst worden. Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist Gegenstand des Anspruchs 14.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend erörtert.
  • Eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe, insbesondere zur Erzeugung von Grobund/oder Feinvakuum, weist zumindest eine Pumpenkomponente sowie eine Kühlvorrichtung zur konvektiven Kühlung der Pumpenkomponente mittels eines Kühlmediums auf. Das Kühlmedium kann ein Gas/Gasgemisch sein, insbesondere Luft. Auch ein flüssiges Medium, z.B. Wasser, kann vorgesehen sein. Dabei ist die Kühlvorrichtung dazu eingerichtet, einen konvektiven Wärmeübergang zwischen der zu kühlenden Pumpenkomponente und dem Kühlmedium durch Anpassung eines Wärmeübergangskoeffizienten in Abhängigkeit und/oder zur Einhaltung eines Pumpenbetriebsparameters variabel zu verändern.
  • Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass zumindest ein Pumpenbetriebsparameter den Wärmeübergang zwischen der zu kühlenden Pumpenkomponente und dem Kühlmedium beeinflusst. Durch Festlegung eines solchen Pumpenbetriebsparameters kann ein hohes Maß an Zuverlässigkeit im Kühlprozess der Pumpe sichergestellt werden. Gleichzeitig ermöglicht die gezielte Auswahl zumindest eines Pumpenbetriebsparameters ein hohes Maß an Flexibilität des Pumpenund/oder Kühlbetriebs. Schließlich kann der Wärmeübergang zwischen der zu kühlenden Pumpenkomponente und dem Kühlmedium in besonders effizienter Weise durch Anpassung eines Wärmeübergangskoeffizienten verändert werden. Die variable Veränderung des Wärmeübergangs durch Anpassung des Wärmeübergangskoeffizienten gestattet dabei eine hohe Genauigkeit der Kühlung, insbesondere zur Einhaltung vorbestimmter Pumpenbetriebsparameter.
  • Bei dem Pumpenbetriebsparameter kann es sich in vorteilhafter Weise um einen Grenzwert und/oder einen Wertbereich handeln. So kann beispielsweise das Erreichen eines Grenzwerts und/oder das Überschreiten eines bestimmten Wertbereichs eine Veränderung des konvektiven Wärmeübergangs durch Anpassung eines Wärmeübergangskoeffizienten auslösen. Ebenso kann der konvektive Wärmeübergang variabel verändert werden, um einen Grenzwert einzuhalten und/oder den jeweiligen Pumpenbetriebsparameter innerhalb eines Wertbereichs zu halten.
  • Weiterhin kann der Pumpenbetriebsparameter auch ein Wertverlauf sein. Beispielsweise schnelle Temperatur- und/oder Druckveränderungen können das Kühlverhalten günstig beeinflussen, sodass die Gefahr ungünstiger Betriebszustände verringert wird. Der erfindungsgemäß vorgesehene Pumpenbetriebsparameter kann auch ein laufend und/oder wiederkehrend erfasster Messwert sein, wodurch eine kontinuierliche Überwachung eines jeweiligen Pumpenbetriebszustandes beziehungsweise eine Erfassung und/oder Aufzeichnung von Wertverläufen möglich ist.
  • Ferner kann der Pumpenbetriebsparameter durch einen Anwender auswählbar und/oder einstellbar sein, sodass die Einsatzflexibilität im Hinblick auf unterschiedliche Betriebsarten der Pumpe erhöht wird. Ebenso kann der Pumpenbetriebsparameter unveränderlich voreingestellt und/oder auf Grundlage empirischer Daten vorbestimmt sein, wodurch die Gefahr von Fehlbedienungen und damit einhergehenden Beschädigung der Pumpe verringert werden kann.
  • Bei dem Pumpenbetriebsparameter handelt es sich in einer nicht beanspruchten Variante um einen Betriebssicherheits-, Langlebigkeits- und/oder Energiesparparameter. Durch einen Betriebssicherheitsparameter, bei dem es sich beispielsweise um einen verhältnismäßig engen zulässigen Temperaturbereich einer Pumpenkomponente handeln kann, wird ein Pumpenbetrieb mit einer hohen Betriebssicherheit ermöglicht. Ein Langlebigkeitsparameter kann die Kühlung hinsichtlich eines verhältnismäßig verschleißarmen Pumpenbetriebs ausrichten, was beispielsweise auch durch enge Temperaturtoleranzen für einzelne Pumpenkomponenten möglich ist. Demgegenüber kann ein Energiesparparameter den Pumpen- und Kühlbetrieb hinsichtlich des Energieverbrauchs verbessern. Dies kann beispielsweise durch möglichst große zulässige Temperaturbereiche für Pumpenkomponenten erreicht werden, sodass nur ein geringer Kühlaufwand erforderlich ist.
  • In einer nicht beanspruchten Variante ist der Pumpenbetriebsparameter eine Temperatur und/oder ein Temperaturverlauf an und/oder in zumindest einer Pumpenkomponente. Die Temperatur und/oder der Temperaturverlauf an und/oder in einer Pumpenkomponente kann maßgeblich sein für den Betrieb einer Vakuumpumpe, so dass die Einstellung des Wärmeübergangs in deren Abhängigkeit und/oder zu deren Einhaltung entscheidend für den Pumpenbetrieb sein kann, beispielsweise zur Einhaltung einer hohen Betriebssicherheit und/oder Langlebigkeit einzelner Pumpenkomponenten.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Pumpenbetriebsparameter ein Gasdruck, ein Gasdruckverlauf, ein Kondensations- und/oder Reaktionsverhalten eines zu verdichtenden Prozessgases im Pumpeninneren und/oder ein Differenzdruck zwischen einem Pumpeneinlass und/oder einem Pumpenauslass ist. Auf diese Weise kann gezielt Einfluss auf die Gasverdichtung durch die Vakuumpumpe genommen werden. Die Verdichtungsleistung beziehungsweise das Verdichtungsergebnis der Vakuumpumpe kann somit in weiter präzisierter Weise sichergestellt werden, insbesondere bei verhältnismäßig hohen Pumpendrehzahlen.
  • In einer nicht beanspruchten Variante ist die Kühlvorrichtung dazu eingerichtet, den Wärmeübergang in Abhängigkeit und/oder zur Einhaltung eines Verformungszustandes einer Pumpenkomponente und/oder eines Spaltmaßes zwischen zumindest zwei Pumpenkomponenten, die bevorzugt relativ zueinander beweglich angeordnet sind, variabel zu verändern. Die Gefahr zu großer Verformungszustände beziehungsweise ungünstiger Spaltmaße kann hierdurch reduziert werden, was sich sowohl auf die Effizienz der Pumpenleistung als auch auf die Betriebssicherheit und Langlebigkeit der Vakuumpumpe auswirkt. Schließlich können durch gezielte Kühlung eingestellte Spaltmaße einen positiven Einfluss auf die Energieeffizienz haben, nämlich durch Aufrechterhalten einer hohen Pumpeneffizienz.
  • Schließlich besteht auch die Möglichkeit, den Wärmeübergang in Abhängigkeit der Leistungsaufnahme eines Pumpenantriebs variabel zu verändern. Beispielsweise kann die Kühlvorrichtung dazu eingerichtet sein, den Wärmeübergang in einem vorgegebenen Verhältnis zur Leistungsaufnahme des Pumpenantriebs variabel zu verändern, insbesondere gemäß einer Proportionalitätsfunktion zu koppeln.
  • In weiter bevorzugter Weise kann die Kühlvorrichtung eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung aufweisen, die den Betrieb der Kühlvorrichtung in Abhängigkeit und/oder zur Einhaltung des Pumpenbetriebsparameters steuert und/oder regelt. Die variable Veränderung des Wärmeübergangs zwischen der zu kühlenden Pumpenkomponente und dem Kühlmedium kann auf diese Weise mit hoher Präzision und einem großen Maß an Zuverlässigkeit realisiert werden. Dabei kann die Steuer- und/oder Regeleinrichtung zumindest mit einem Sensor ausgestattet sein, bei dem es sich bevorzugt um einen Temperatursensor und/oder einen Drucksensor handelt. Durch den Sensor kann insbesondere ein Pumpenbetriebsparameter laufend und/oder wiederkehrend erfasst werden. Die durch den Sensor erfassten Daten können zu Steuer- und/oder Regelvorgängen genutzt werden.
  • Der erfindungsgemäß relevante Pumpenbetriebsparameter kann in der Steuerund/oder Regeleinrichtung voreingestellt und/oder durch einen Anwender einstellbar sein. Dementsprechend besteht die Möglichkeit, dass ein Anwender für das Erreichen und/oder Einhalten eines jeweils gewünschten Pumpenbetriebszustandes die dazu erforderlichen Pumpenbetriebsparameter einstellt beziehungsweise in einer dafür vorgesehenen Steuer- und/oder Regeleinrichtung aktiv ändert. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass etwa sicherheitsrelevante Pumpenbetriebsparameter in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung unveränderlich voreingestellt sind, so dass gefährliche Betriebszustände vermieden werden können.
  • Es kann weiter von Vorteil sein, wenn die Kühlvorrichtung unabhängig von einem Pumpenbetrieb und/oder einer Pumpendrehzahl betreibbar ist. Die Einsatzflexibilität der Kühlvorrichtung kann somit weiter gesteigert werden. In bevorzugter Weise ist die Kühlvorrichtung dazu eingerichtet, den Kühlbetrieb in Abhängigkeit eines verstrichenen Zeitraums seit Beginn des Pumpenbetriebs und/oder zeitlich verzögert nach Einsetzen des Pumpenbetriebs und/oder nach An- und/oder Hochfahren einer Pumpendrehzahl aufzunehmen. Auf diese Weise kann der Kühlbetrieb in Abhängigkeit eines tatsächlichen Kühlerfordernisses der jeweiligen Pumpenkomponente eingestellt werden.
  • Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Kühlvorrichtung dazu eingerichtet, während eines Warmlaufzeitraums der Pumpenkomponente die Kühlleistung ausgeschaltet zu halten oder linear und/oder degressiv zu erhöhen. Bei einem Warmlaufzeitraum kann es sich insbesondere um einen Zeitraum handeln, der mit dem Beginn des Pumpenbetriebs beziehungsweise dem An- und/oder Hochfahren der Pumpendrehzahl beginnt. Ferner kann die Warmlaufzeit bis zum Erreichen einer vorbestimmten Pumpendrehzahl und/oder Komponententemperatur anhalten. Sofern während dieses Zeitraums die Kühlleistung ausgeschaltet bleibt beziehungsweise linear und/oder degressiv erhöht wird, kann sichergestellt werden, dass die jeweilige Pumpenkomponente schneller die jeweils gewünschte Betriebstemperatur erreicht. Gleichzeitig kann ein unnötig hoher Kühlbetrieb vermieden werden. Dies erlaubt Energieeinsparungen, wodurch insgesamt die Energieeffizienz des Pumpenbetriebs gesteigert werden kann.
  • Bevorzugt weist die Kühlvorrichtung einen Kühlvorrichtungsantrieb auf. Dieser Kühlvorrichtungsantrieb ist in vorteilhafter Weise als unabhängiger Motor ausgebildet und kann dementsprechend unabhängig von einem Pumpenmotor betrieben werden. Daher besteht auch die Möglichkeit, den Kühlvorrichtungsantrieb während eines Warmlaufzeitraums auf oder nahe null zu halten oder linear und/oder degressiv zu erhöhen.
  • Weiterhin kann es von Vorteil sein, wenn die Kühlvorrichtung eine Nennleistung für den Dauerbetrieb aufweist. Dabei kann der Kühlvorrichtungsantrieb eine Nenndrehzahl für den Dauerbetrieb aufweisen. Es versteht sich, dass die Kühlvorrichtung zwischen einem ausgeschalteten Zustand und einem Zustand auf Nennleistung betrieben werden kann. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass die Kühlvorrichtung lediglich bei Nennleistung betrieben werden kann. Die Kühlvorrichtung kann in diesem Fall entweder ausgeschaltet sein oder auf Nennleistung betrieben werden, wohingegen ein Betrieb auf einer Zwischenstufe nicht vorgesehen ist. Entsprechend kann ein Vorrichtungsantrieb nur für den Betrieb auf Nenndrehzahl ausgebildet sein. Insgesamt kann dies mit einem geringen apparativen Aufwand bewerkstelligt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Kühlvorrichtung für den zeitlich begrenzten Betrieb oberhalb der Nennleistung eingerichtet sein. Entsprechend kann der Kühlvorrichtungsantrieb für den zeitlich begrenzten Betrieb oberhalb der Nenndrehzahl eingerichtet sein. Auf diese Weise kann zeitlich begrenzt ein hohes Maß an Kühlleistung bereitgestellt werden, was bei besonderer Beanspruchung der Pumpe von Vorteil sein kann. Gleichzeitig wird durch die zeitliche Begrenzung erreicht, dass die Betriebssicherheit und/oder die Lebensdauer der Kühlvorrichtung nicht über Gebühr beansprucht wird.
  • Schließlich wird in vorteilhafter Weise die Kühlleistung nach Abschluss des Warmlaufzeitraums auf Nennleistung beziehungsweise der Kühlvorrichtungsantrieb auf Nenndrehzahl gehalten. Das Halten auf Nennleistung beziehungsweise auf Nenndrehzahl kann nach Abschluss der Warmlaufzeit für einen begrenzten Zeitraum oder dauerhaft während des Pumpenbetriebs erfolgen.
  • Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Vakuumpumpe ist die Kühlvorrichtung zur Unterbrechung des Kühlbetriebs und/oder für einen intermittierenden und/oder intervallgesteuerten und/oder -geregelten Kühlbetrieb eingerichtet. Die Kühlung der Pumpenkomponente durch die Kühlvorrichtung kann also zeitweise unterbrochen werden, wobei eine solche Unterbrechung mehrfach auftreten kann, so dass eine intermittierende Kühlleistung erbracht wird. Etwaige Regelungsvorgänge können auf diese Weise mit nur geringem apparativem Aufwand bewerkstelligt werden. Insbesondere kann auf diese Weise vermieden werden dass die genaue Kühlleistung beziehungsweise Drehzahl des Kühlvorrichtungsantriebs permanent ausgeregelt werden muss. Insgesamt lässt sich somit der Steuer- und Regelaufwand auf ein geringes Maß reduzieren.
  • Um dennoch Einfluss auf die jeweils gewünschte Kühlleistung der Kühlvorrichtung zu nehmen, können die unterschiedlichen Betriebsintervalle zur Kühlung identische oder unterschiedliche Zeitdauern aufweisen und/oder die Unterbrechungsintervalle zwischen den Betriebsintervallen identisch oder unterschiedlich sein. Ebenso kann die Kühlleistung und/oder die Drehzahl des Kühlvorrichtungsantriebs in unterschiedlichen Betriebsintervallen gleich hoch oder verschieden sein. Hierdurch kann ohne permanente Ausregelung der Kühlleistung beziehungsweise der Drehzahl des Kühlvorrichtungsantriebs Einfluss auf die Kühlleistung in Abhängigkeit etwaiger Pumpenbetriebsparameter genommen werden. Eine kontinuierliche Regelung der Kühlleistung beziehungsweise der Drehzahl des Kühlpumpenantriebs ist somit nicht erforderlich.
  • Weiter bevorzugt kann die Kühlvorrichtung dazu eingerichtet sein, den Kühlbetrieb bei Erreichen eines maximal und/oder minimal zulässigen Grenzwerts und/oder bei einer Fehlfunktion der Kühlvorrichtung und/oder einer Pumpenkomponente abzuschalten. Dabei können etwaige Fehlfunktionen zum gleichzeitigen Abstellen des Pumpenbetriebs führen. Die Gefahr von Beschädigungen der Kühlvorrichtung und/oder von Pumpenkomponenten kann damit reduziert werden.
  • Weiterhin kann die Kühlvorrichtung zum Einschalten des Kühlbetriebs bei Erreichen eines maximal und/oder minimal zulässigen Parametergrenzwerts eingerichtet sein. Beispielsweise kann das Erreichen eines vorbestimmten Temperaturniveaus einer Pumpenkomponente die Einschaltung des Kühlbetriebs initiieren, so dass ein jeweils erreichtes Temperaturniveau der Pumpenkomponente beibehalten oder wieder reduziert werden kann, insbesondere bevor Beschädigungen entstehen.
  • In vorteilhafter Weise kann die Pumpenkomponente als Teil einer Pumpenbaugruppe angeordnet sein und/oder wobei die Kühlvorrichtung zur konvektiven Kühlung einer Pumpenbaugruppe aus einer Mehrzahl von Pumpenkomponenten ausgebildet ist. Die Effizienz der Kühlung durch die Kühlvorrichtung kann durch die Anordnung der Pumpenkomponente als Teil einer Pumpenbaugruppe erhöht werden, da insbesondere eine Mehrzahl von Pumpenkomponenten gleichzeitig durch die Kühlvorrichtung gekühlt werden kann. Die Pumpenkomponente kann beispielsweise als Teil des Pumpenantriebs, insbesondere als Motorbauteil, Getriebe, Getriebegehäuse, rotierendes oder feststehendes Bauteil, und/oder Pumpengehäuse und/oder als Teil einer Elektronikbaugruppe ausgebildet sein. Somit kann die Kühlvorrichtung sämtliche temperaturrelevanten Bauteile innerhalb einer Vakuumpumpe mit einem Kühlmedienstrom versorgen und den jeweiligen Wärmeübergang zwischen dem Kühlmedienstrom und der Pumpenkomponente gezielt verändern.
  • In weiter bevorzugter Weise kann die zumindest eine Pumpenkomponente von einer Verkleidung abgedeckt sein. Insbesondere können sämtliche Pumpenkomponenten von einer Gesamtverkleidung abgedeckt und/oder eingefasst sein. Derartige Verkleidungen vermeiden die Gefahr von Fehlbedienungen beziehungsweise Reduzieren die Zahl von Unfällen durch unsachgemäße Handhabung, wie beispielsweise das Hineingreifen in rotierende Bauteile. Ferner kann durch eine Verkleidung ein adäquater Schutz der Pumpenkomponenten beziehungsweise auch der Kühlvorrichtung sichergestellt werden. Dabei kann die Kühlvorrichtung zumindest einen Lüfter aufweisen, der bevorzugt an einer derartigen Verkleidung angeordnet ist. Dies gestattet eine feste und sichere Anordnung der Lüfter relativ zu der zu kühlenden Pumpenkomponente.
  • Die Verkleidung kann in vorteilhafter Weise mit einem Gaseinlass und/oder zumindest einem Gasauslass ausgestattet sein. Zumindest ein Lüfter kann dabei in oder an dem Gaseinlass oder auch in oder an dem Gasauslass angeordnet sein. Das Hineinleiten eines Kühlmediums in die Verkleidung und/oder das Herausleiten aus dieser heraus kann somit begünstigt werden.
  • Weiterhin kann es von Vorteil sein, wenn der Gaseinlass und der Gasauslass jeweils in Ebenen angeordnet sind, die zueinander einen Winkel einschließen, bevorzugt einen rechten Winkel. Auf diese Weise wird der Kühlmedienstrom ausgehend vom Gaseinlass bis zum Gasauslass zumindest einmal in seiner räumlichen Orientierung umgelenkt, wodurch stellenweise turbulente Strömungen entstehen können. Dies kann sich günstig auf das Kühlverhalten beziehungsweise den Wärmeübergangskoeffizienten α auswirken.
  • Die Verkleidung kann insbesondere eine Mehrzahl von Gaseinlässen und/oder Gasauslässen aufweisen, wobei bevorzugt zumindest ein Gasauslass an einem Pumpeneinlass und/oder an einem Pumpenauslass angeordnet ist. Da der Pumpeneinlass beziehungsweise der Pumpenauslass ohnehin eine Öffnung der Verkleidung erfordert, kann dies in vorteilhafter Weise mit einem Gaseinlass und/oder einem Gasauslass für das Kühlmedium kombiniert werden. Der konstruktive Aufwand für die Verkleidung verringert sich dadurch.
  • Schließlich ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass das Kühlmedium durch die Verkleidung gezielt geführt wird (z.B. mittels entsprechender Führungsmittel, wie Rippen, Kanäle, Gehäuseabschnitte o.ä.), insbesondere zwischen dem jeweiligen Gaseinlass und dem jeweiligen Gasauslass. Die variable Veränderung des Wärmeübergangs kann auf diese Weise mit großer Genauigkeit vorgenommen werden.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe. Bei einer solchen Vakuumpumpe handelt es sich ebenfalls in vorteilhafter Weise um eine Wälzkolbenvakuumpumpe, besonders bevorzugt um eine Vakuumpumpe mit zumindest einem der voranstehend beschriebenen Merkmalen. Dementsprechend wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest eine Pumpenkomponente durch eine Kühlvorrichtung gekühlt und die Kühlvorrichtung zur konvektiven Kühlung der Pumpenkomponente fördert ein Kühlmedium. Dabei wird von der Kühlvorrichtung ein Wärmeübergang zwischen der zu kühlenden Pumpenkomponente und dem Kühlmedium durch Anpassung eines Wärmeübergangskoeffizienten in Abhängigkeit und/oder zur Einhaltung zumindest eines Pumpenbetriebsparameters variabel verändert. Insbesondere bei dem Betrieb von Vakuumpumpen mit einer verhältnismäßig hohen Pumpendrehzahl, wie zum Beispiel im Fall von Wälzkolbenvakuumpumpen, kann hierdurch eine präzise Kühlleistung sichergestellt werden.
  • Die obigen Ausführungen zu der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe gelten entsprechend auch für das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe in einer perspektivischen Ansicht,
    Fig. 2a
    die schematische Darstellung der Drehzahl eines Lüfters der Pumpe über der Zeit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
    Fig. 2b
    die schematische Darstellung der Drehzahl des Lüfters über der Zeit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
    Fig. 2c
    die schematische Darstellung der Drehzahl des Lüfters über der Zeit gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
    Fig. 3
    die schematische Darstellung der Drehzahl des Lüfters über der Zeit gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
    Fig. 4a
    die schematische Darstellung der Drehzahl des Lüfters über der Zeit gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel,
    Fig. 4b
    die schematische Darstellung der Drehzahl des Lüfters über der Zeit gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel,
    Fig. 4c
    die schematische Darstellung der Drehzahl des Lüfters über der Zeit gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel,
    Fig. 4d
    die schematische Darstellung der Drehzahl des Lüfters über der Zeit gemäß einem achten Ausführungsbeispiel und
    Fig. 5
    die schematische Darstellung der Drehzahl des Lüfters in Abhängigkeit eines Messwerts gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel.
  • Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Vakuumpumpe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der Vakuumpumpe 1 kann es sich insbesondere um eine Wälzkolbenvakuumpumpe handeln, die mit verhältnismäßig hohen Drehzahlen betrieben werden kann.
  • Die Vakuumpumpe 1 ist mit einer Verkleidung 2 ausgestattet, die quaderförmig ausgebildet beziehungsweise einen quaderförmigen Innenraum begrenzen kann. Dabei kann die Verkleidung 2 zumindest abschnittsweise eine Pumpenkomponente 4 abdecken. Bei den Pumpenkomponenten 4 kann es sich beispielsweise um ein Pumpengehäuse handeln. Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, kann das Pumpengehäuse mit einem Flansch 6 ausgestattet sein, über den das Pumpengehäuse 4 mit einer weiteren Vorrichtung koppelbar ist.
  • Die Verkleidung 2 ist ferner mit einer Mehrzahl von Gaseinlässen ausgestattet, die hier mit den Bezugszeichen 8, 10 und 12 gekennzeichnet sind. Ein erster Gaseinlass 8 kann dabei an einer ersten Seitenwand 9 der Verkleidung 2 angeordnet sein. Zwei weitere Gaseinlässe 10 können an einer zweiten Seitenwand 11 angeordnet sein und noch zwei weitere Gaseinlässe 12 können an einer dritten Seitenwand 13 angeordnet sein. Die Seitenwände 9, 11 und 13 erstrecken sich jeweils entlang unterschiedlicher Ebenen und sind bevorzugt orthogonal zueinander angeordnet. Dementsprechend können auch die Gaseinlässe 8, 10 und 12 entlang unterschiedlicher Ebenen ausgerichtet sein.
  • Der Gaseinlass 8 erstreckt sich entlang einer Ebene, die sich von der Ebene, in der die Gaseinlässe 10 angeordnet sind, unterscheidet und bevorzugt mit dieser einen Winkel, insbesondere einen rechten Winkel, einschließt. Ebenso erstreckt sich der Gaseinlass 8 entlang einer Ebene, die sich von der Ebene, in der die Gaseinlässe 12 angeordnet sind, unterscheidet und bevorzugt mit dieser einen Winkel, insbesondere einen rechten Winkel, einschließt. Dementsprechend können die Gaseinlässe 10 entlang einer Ebene angeordnet sein, die sich von den Ebenen der jeweils anderen Gaseinlässe 8 und 12 unterscheiden und mit diesen Ebenen einen Winkel, bevorzugt einen rechten Winkel, einschließen. Voranstehendes gilt entsprechend auch für die Gaseinlässe 12 sowie deren Erstreckung entlang einer Ebene. Auf diese Weise wird ein Kühlmedium ausgehend von unterschiedlichen räumlichen Ebenen und damit in unterschiedlichen Orientierungen in das Innere der Verkleidung 2 geleitet, was sich günstig auf die Kühlwirkung auswirken kann.
  • In oder an den Gaseinlässen 8, 10 und 12 können jeweils Kühlvorrichtungen angeordnet sein, die bevorzugt als Lüfter 14 ausgebildet sind beziehungsweise einen Lüfter 14 enthalten (die Verwendung lediglich eines Lüfters14 ist auch denkbar). Die Lüfter 14 sind bevorzugt im Inneren der Verkleidung beziehungsweise auf einer Innenseite des jeweiligen Gaseinlasses 8, 10 sowie 12 angeordnet. Ein unbeabsichtigtes Hineingreifen in den Lüfter 14 während des Betriebs kann somit vermieden werden. Nicht jedem Gaseinlass 8, 10, 12 muss ein Lüfter 14 zugeordnet sein.
  • Die Verkleidung 2 ist ferner mit zumindest einem Gasauslass 16 ausgestattet. Der Gasauslass 16 ist dabei in vorteilhafter Weise durch eine Öffnung gebildet, die im Bereich des Anschlussflanschs 6 des Pumpengehäuses angeordnet ist. Ebenso kann auch auf einer gegenüberliegend angeordneten Seite der Verkleidung 2 ein Gasauslass vorgesehen sein, der hier nicht gezeigt und mit dem Bezugszeichen 18 angedeutet ist. Der Gasauslass 18 kann ebenfalls durch eine Öffnung gebildet sein, die im Bereich eines weiteren Gehäuseflanschs des Pumpengehäuses 4 angeordnet ist.
  • Durch die Bezugsziffern 20, 22 und 24 soll schematisch eine Gaseinströmung durch die jeweiligen Gaseinlässe 8, 10 und 12 dargestellt werden. Ferner wird durch die Bezugsziffer 26 eine Gasausströmung aus dem Gasauslass 16 sowie durch die Bezugsziffer 28 eine Gasausströmung aus dem Gasaustritt 18, gegenüberliegend des Gasaustritts 16, angedeutet.
  • In vorteilhafter Weise befinden sich die Gasaustritte 16 und 18 jeweils in einer Ebene, die mit einer Ebene des Gaseintritts 8 und/oder des Gaseintritts 10 einen Winkel einschließen, bevorzugt einen rechten Winkel. Hierdurch erfolgt eine zwangsweise Umlenkung des Kühlmedienstroms ausgehend von einem der Gaseinlässe 8 und/oder 10 bis zu einem der Gasaustritte 16 und/oder 18 innerhalb der Verkleidung 2. Ebenso kann es von Vorteil sein, wenn sich zumindest der Gaseinlass 16 in derselben Ebene befindet, wie einer der Gaseinlässe 12, wodurch ebenfalls eine Umlenkung des Kühlmedienstroms innerhalb der Verkleidung 2 erzwungen werden kann.
  • Die Fig. 2a zeigt schematisch den Verlauf der Drehzahl "n" des Lüfters über der Zeit "t" gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Es ist zu erkennen, dass während eines Warmlaufzeitraums 30 die Drehzahl des Lüfters auf null gehalten wird, so dass der Kühlbetrieb ausgeschaltet bleibt. Erst nach Verstreichen des Warmlaufzeitraums 30 wird der Lüfter angeschaltet und unmittelbar auf eine für den stationären Dauerbetrieb geeignete Nenndrehzahl Drehzahl 32 eingestellt. Die Länge des Zeitraums 30 bis zum Einschalten des Lüfters kann voreingestellt und/oder von laufend erfassten Sensordaten beeinflusst sein. In diesem Fall können etwa Grenzwerte den Betriebsbeginn des Lüfters initiieren.
  • Fig. 2b zeigt schematisch den Verlauf der Drehzahl "n" des Lüfters über der Zeit "t" gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Zu erkennen ist, dass während eines Warmlaufzeitraums 30 die Drehzahl des Lüfters linear ansteigt bis zu einer Nenndrehzahl 32, die für den stationären Betrieb des Lüfters geeignet ist. Ein stetiges Herauffahren des Lüfters kann insbesondere schonend für die Komponenten des Lüfters vorgenommen werden. Gleichzeitig wird ein zu starkes Lüften während des Warmlaufzeitraums 30 vermieden.
  • Fig. 2c zeigt schematisch den Verlauf der Drehzahl "n" des Lüfters über der Zeit "t" gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Zu erkennen ist ein degressiver Anstieg der Drehzahl des Lüfters während eines Warmlaufzeitraums 30 bis zum Erreichen einer Nenndrehzahl 32 für den stationären Dauerbetrieb. Ein degressives Verhalten stellt sicher, dass während des Betriebs des Lüfters keine sprunghaften Drehzahlveränderungen erfolgen. Insgesamt kann durch das verzögerte Zuschalten des Lüfters oder durch eine verringerte Drehzahl des Lüfters während des Warmlaufzeitraums 30 die Betriebstemperatur der jeweiligen Pumpenkomponente zügig erreicht werden. Gleichzeitig kann hierdurch auch das Verhalten von Kondensat und reaktionsfähigen Prozessgasen im Pumpeninneren beeinflusst werden. Dies kann während eines Warmlaufzeitraums 30 von besonderer Relevanz sein.
  • Fig. 3 zeigt schematisch den Verlauf der Drehzahl "n" des Lüfters über der Zeit "t" gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Mit einer durchgezogenen Linie ist eine Drehzahl des Lüfters gekennzeichnet, die als Nenndrehzahl 32 für einen Dauerbetrieb gewählt ist beziehungsweise für den Dauerbetrieb zulässig ist. Gestrichelt ist eine erhöhte Drehzahl 34 innerhalb eines begrenzten Zeitraums dargestellt. Eine derart erhöhte Drehzahl 34 des Lüfters kann kurzfristig bei erhöhtem Kühlbedarf eingestellt werden. Um die Lebensdauer beziehungsweise Betriebssicherheit des Lüfters nicht über Gebühr zu beeinträchtigen, kann die zeitliche Begrenzung des Zeitraums für die erhöhte Drehzahl 34 geeignet voreingestellt und/oder unveränderlich sein.
  • Fig. 4a zeigt schematisch den Verlauf der Drehzahl "n" des Lüfters über der Zeit "t" gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. Zu erkennen ist ein Intervallbetrieb des Lüfters, bei dem die Betriebsintervall 36 des Lüfters identisch und auch die Unterbrechungsintervalle 38 zwischen den jeweiligen Betriebsintervallen 36 gleich lang sind. Ferner ist die Drehzahl des Lüfters in den unterschiedlichen Betriebsintervallen 36 gleich hoch. Ein derartiger Intervallbetrieb kann ohne Regelung umgesetzt werden, so dass lediglich der Zeitpunkt seit Beginn des Pumpenbetriebs beziehungsweise der zeitliche Verlauf als Pumpenbetriebsparameter zur Variation des Wärmeübergangs herangezogen wird.
  • Fig. 4b zeigt schematisch den Verlauf der Drehzahl "n" des Lüfters über der Zeit "t" gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel. Zu erkennen ist, dass wiederum die Betriebsintervalle 36 und auch die Unterbrechungsintervalle 38 jeweils die gleiche Zeitdauer aufweisen. Demgegenüber wird die Drehzahl des Lüfters von einem zum nächsten Betriebsintervall 36 variiert, so dass durch jedes Betriebsintervall 36 eine unterschiedliche Kühlleistung erzeugt wird. Eine derartige Variation kann durch Einfluss vorbestimmter Regelgrößen wie etwa erfasster Temperaturdaten entstehen. Durch die unterschiedlichen Drehzahlen kann auf unterschiedliche Kühlanforderungen während unterschiedlicher Betriebsintervalle 36 reagiert werden. Die Länge der Unterbrechungsintervalle können ebenfalls variieren.
  • Fig. 4c zeigt schematisch den Verlauf der Drehzahl "n" des Lüfters über der Zeit "t" gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel. Zu erkennen ist, dass die Betriebsintervalle 36 jeweils gleich lang sind und auch die Drehzahl des Lüfters in den unterschiedlichen Betriebsintervallen 36 gleich hoch ist. Demgegenüber variiert die Länge der Unterbrechungsintervalle 38 zwischen den Betriebsintervallen 36. So unterscheidet sich der Unterbrechungsintervall 38 zwischen den ersten beiden Betriebsintervallen 36 von dem Unterbrechungsintervall 38 zwischen den letzten beiden Betriebsintervallen 36. Auch bei einem derartigen Kühlbetrieb kann die Variation der Länge der Unterbrechungsintervalle 38 Folge einer Regelgröße sein, beispielsweise erfasster Temperaturdaten während des Pumpenbetriebs.
  • Fig. 4d zeigt schematisch den Verlauf der Drehzahl "n" des Lüfters über der Zeit "t" gemäß einem achten Ausführungsbeispiel. Zu erkennen ist, dass die Länge der Betriebsintervalle 36 variiert. So ist das erste Betriebsintervall 36 zeitlich länger bemessen als das zweite Betriebsintervall 36, welches wiederum zeitlich länger bemessen ist als das dritte Betriebsintervall 36. Die Unterbrechungsintervalle 38 hingegen weisen die gleiche Länge auf. Auch hierdurch kann auf Regelgrößen wie zum Beispiel erfasste Temperaturdaten während des Pumpenbetriebs reagiert werden, so dass wiederum in geeigneter Weise der Wärmeübergang zwischen dem Kühlmedium und der zu kühlenden Pumpenkomponente variabel verändert werden kann.
  • Die Länge der Intervalle 36, 38 und/oder die Drehzahl des Lüfters im Intervall 36 können grundsätzlich beliebig an die jeweiligen Bedürfnisse angepasst werden.
  • Fig. 5 zeigt schematisch den Verlauf der Drehzahl "n" des Lüfters in Abhängigkeit eines Messwerts "x". Bei dem Messwert "x" kann es sich gemäß der Erfindung u.a. um einen Gasdruck oder um einen Differenzdruck zwischen Pumpeneinlass und Pumpenauslass handeln.
  • Der Verlauf des jeweiligen Messwerts "x" spiegelt demnach den Verlauf der jeweils relevanten Größe wieder.
  • Bei dem in der Fig. 5 schematisch dargestellten Messwert beziehungsweise des Messwertverlaufs handelt es sich daher um einen Pumpenbetriebsparameter im Sinne der vorliegenden Erfindung. Der jeweilige Messwert "x" und damit auch dessen Verlauf werden bevorzugt während des Pumpenbetriebs erfasst, beispielsweise durch geeignete Sensoren. Es versteht sich ferner, dass ein Pumpenbetriebsparameter auch durch Kombination unterschiedlicher Messwerte und/oder Messwertverläufe gebildet sein kann, die somit für die Drehzahlfunktion des Lüfters maßgebend sein können.
  • Der in der Fig. 5 schematisch gezeigten Funktionen ist zu entnehmen, dass die Drehzahl des Lüfters bis zu einer Nenndrehzahl 32 des Lüfters ansteigt, welche insbesondere für den Dauerbetrieb des Lüfters geeignet ist. Der Anstieg der Drehzahl bis zur Nenndrehzahl 32 für den Dauerbetrieb kann dabei während eines ersten Anstiegs 40 linearsteil, während eines zweiten Anstiegs 42 linearflach und während eines dritten Anstiegs 44 degressiv verlaufen. Der Anstieg der Drehzahl des Lüfters erfolgt in Abhängigkeit des jeweils erfassten Messwerts "x". Bei Erreichen eines maximal zulässigen Messwerts "x" wird der Lüfter abgeschaltet und/oder die Drehzahl auf null reduziert. Das Abschalten kann ebenso bei einer erfassten Fehlfunktion wie zum Beispiel einem Defekt des Lüfters und/oder einer Pumpenkomponente erfolgen.
  • Die anhand der Fig. 2a bis 5 beschriebenen Kühlkonzepte können bedarfsgerecht beliebig kombiniert werden, um eine optimale Kühlung der Pumpe zu gewährleisten.
  • Insgesamt kann durch die voranstehend beschriebene Vakuumpumpe auch für den Fall hoher Pumpendrehzahlen ein hohes Maß an Kühlpräzision sowie auch Flexibilität der Kühlung im Einsatz sichergestellt werden.
    • Bezuaszeichenliste
    • 1
    Vakuumpumpe
    2
    Verkleidung
    4
    Pumpenkomponente
    6
    Flansch
    8, 10, 12
    Gaseinlass
    9, 11, 13
    Seitenwand
    14
    Lüfter
    16
    Gasauslass
    20, 22, 24
    Gaseinströmung
    26, 28
    Gasausströmung
    30
    Warmlaufzeitraum
    32
    Nenndrehzahl
    34
    erhöhte Drehzahl
    36
    Betriebsintervall
    38
    Unterbrechungsintervall
    40, 42, 44
    Drehzahlanstieg
    x
    Messwert
    n
    Drehzahl

Claims (15)

  1. Vakuumpumpe (1), insbesondere zur Erzeugung von Grob- und/oder Feinvakuum, mit zumindest einer Pumpenkomponente (4) sowie einer Kühlvorrichtung (14) zur konvektiven Kühlung der Pumpenkomponente (4) mittels eines Kühlmediums, wobei die Kühlvorrichtung (14) dazu eingerichtet ist, einen konvektiven Wärmeübergang (Q) zwischen der zu kühlenden Pumpenkomponente (4) und dem Kühlmedium durch Anpassung eines Wärmeübergangskoeffizienten (α) in Abhängigkeit und/oder zur Einhaltung eines Pumpenbetriebsparameters variabel zu verändern dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenbetriebsparameter ein Gasdruck, ein Gasdruckverlauf, ein Kondensations- und/oder Reaktionsverhalten eines zu verdichtenden Prozessgases im Pumpeninneren und/oder ein Differenzdruck zwischen einem Pumpeneinlass und einem Pumpenauslass ist.
  2. Vakuumpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenbetriebsparameter ein Grenzwert und/oder Wertbereich und/oder Wertverlauf und/oder ein laufend und/oder wiederkehrend erfasster Messwert ist.
  3. Vakuumpumpe (1) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung aufweist, die den Betrieb der Kühlvorrichtung (14) in Abhängigkeit und/oder zur Einhaltung zumindest des Pumpenbetriebsparameters steuert und/oder regelt.
  4. Vakuumpumpe (1) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (14) unabhängig von einem Pumpenbetrieb und/oder einer Pumpendrehzahl betreibbar ist und/oder wobei die Kühlvorrichtung (14) dazu eingerichtet ist, den Kühlbetrieb in Abhängigkeit eines verstrichenen Zeitraums seit Beginn des Pumpenbetriebs aufzunehmen.
  5. Vakuumpumpe (1) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (14) dazu eingerichtet ist, während eines Warmlaufzeitraums der Pumpenkomponente (4), insbesondere nach Beginn des Pumpenbetriebs, die Kühlleistung ausgeschaltet zu halten oder linear und/oder degressiv zu erhöhen.
  6. Vakuumpumpe (1) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (14) einen Kühlvorrichtungsantrieb für das Kühlmedium aufweist und dazu eingerichtet ist, während eines Warmlaufzeitraums der Pumpenkomponente (4) die Drehzahl des Kühlvorrichtungsantriebs auf oder nahe null zu halten oder linear und/oder degressiv zu erhöhen.
  7. Vakuumpumpe (1) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (14) eine Nennleistung für den Dauerbetrieb aufweist und/oder wobei die Kühlvorrichtung (14) für den zeitlich begrenzten Betrieb oberhalb der Nennleistung eingerichtet ist.
  8. Vakuumpumpe (1) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (14) zur Unterbrechung des Kühlbetriebs und/oder für einen intermittierenden und/oder intervallgesteuerten und/oder -geregelten Kühlbetrieb eingerichtet ist.
  9. Vakuumpumpe (1) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (14) zur Abschaltung des Kühlbetriebs bei Erreichen eines maximal und/oder minimal zulässigen Grenzwerts und/oder bei einer Fehlfunktion der Kühlvorrichtung (14) und/oder einer Pumpenkomponente (4) eingerichtet ist.
  10. Vakuumpumpe (1) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenkomponente (4) als Teil einer Pumpenbaugruppe angeordnet ist und/oder wobei die Kühlvorrichtung (14) zur konvektiven Kühlung einer Pumpenbaugruppe aus einer Mehrzahl von Pumpenkomponenten (4) ausgebildet ist.
  11. Vakuumpumpe (1) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Pumpenkomponente (4) von einer Verkleidung (2) abgedeckt ist und/oder wobei die Kühlvorrichtung (14) zumindest einen Lüfter aufweist, der bevorzugt an der Verkleidung angeordnet ist.
  12. Vakuumpumpe (1) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (14) dazu eingerichtet ist, den Wärmeübergang (Q) durch Anpassung der Temperatur des Kühlmediums variabel zu verändern und/oder wobei die Kühlvorrichtung dazu eingerichtet ist, den Wärmeübergangskoeffizienten (α) durch Anpassung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums variabel zu verändern.
  13. Vakuumpumpe (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kühlvorrichtung (14) unabhängig von einem Pumpenbetrieb und/oder einer Pumpendrehzahl betreibbar ist und einen Lüfter aufweist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (14) dazu eingerichtet ist, während eines Warmlaufzeitraums der Pumpenkomponente (4) die Drehzahl des Lüfters auf null zu halten oder linear und/oder degressiv zu erhöhen.
  14. Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe (1), bevorzugt nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem zumindest eine Pumpenkomponente (4) durch eine Kühlvorrichtung (14) gekühlt wird und die Kühlvorrichtung (14) zur konvektiven Kühlung der Pumpenkomponente (4) ein Kühlmedium fördert, wobei die Kühlvorrichtung (14) einen Wärmeübergang (Q) zwischen der zu kühlenden Pumpenkomponente (4) und dem Kühlmedium durch Anpassung eines Wärmeübergangskoeffizienten (α) in Abhängigkeit und/oder zur Einhaltung eines Pumpenbetriebsparameters variabel verändert dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenbetriebsparameter ein Gasdruck, ein Gasdruckverlauf, ein Kondensations- und/oder Reaktionsverhalten eines zu verdichtenden Prozessgases im Pumpeninneren und/oder ein Differenzdruck zwischen einem Pumpeneinlass und einem Pumpenauslass ist.
  15. Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe (1) nach Anspruch 14, die Kühlvorrichtung (14) unabhängig von einem Pumpenbetrieb und/oder einer Pumpendrehzahl betrieben wird dadurch gekennzeichnet, dass während eines Warmlaufzeitraums der Pumpenkomponente (4) die Drehzahl eines Lüfters der Kühlvorrichtung (14) auf null gehalten oder linear und/oder degressiv erhöht wird.
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