KR20140134615A - Vacuum pump - Google Patents

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KR20140134615A
KR20140134615A KR20140056457A KR20140056457A KR20140134615A KR 20140134615 A KR20140134615 A KR 20140134615A KR 20140056457 A KR20140056457 A KR 20140056457A KR 20140056457 A KR20140056457 A KR 20140056457A KR 20140134615 A KR20140134615 A KR 20140134615A
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rotor
temperature
pump
vacuum pump
rotational speed
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KR20140056457A
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Korean (ko)
Inventor
토마스 드레이퍼트
롤란드 뮤엘러
매그너스 재니키
다니엘 슈나이덴바흐
Original Assignee
욀리콘 라이볼트 바쿰 게엠베하
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Abstract

A vacuum pump, particularly a dry compressing pump, includes a rotor (12) disposed inside a pump housing (16) to transport a transported medium from an inlet (22) of the vacuum pump to an outlet (24). A control device can control a rotation speed of the rotor (12) of the vacuum pump. Also, devices (28, 42, 44) for measuring heat conductivity of the transported medium and/or temperature measurement devices (26, 46) are connected to the control device.

Description

진공 펌프{VACUUM PUMP}Vacuum pump {VACUUM PUMP}

본 발명은 진공 펌프, 특히 드라이 컴프레싱(dry-compressing) 진공 펌프에 관한 것이다.The present invention relates to a vacuum pump, in particular to a dry-compressing vacuum pump.

진공 펌프는 로터 요소가 배치되고 회전 가능한 방식으로 지지되는 펌프 챔버를 구비한 펌프 하우징을 가지며, 로터 요소는 모터에 의해 구동된다. 로터 요소의 회전에 기인해, 펌핑될 매체는 진공 펌프의 흡입측(suction side)으로부터 압력측(pressure side)으로 운반된다. 특히 트윈 샤프트(twin-shaft) 펌프에서, 로터 요소는 두 개의 스크류 스핀들(spindle) 또는 클로(claw)이다. 이러한 펌프의 성능은 제한적이며, 그 이유들 중에서 특히, 운반 방향의 반대측 방향에서 로터 요소와 펌프 챔버 사이의 갭(gap)을 통해 운반된 매체의 반송류(return flow)에 의해 제한된다. 반송류를 최소화하기 위한 목적으로, 로터 요소 사이, 그리고 로터 요소와 하우징 사이에 각각 좁은 갭이 제공되며, 여기서 펌프 하우징, 특히 로터 요소의 온도 팽창에 주의를 기울일 필요가 있다. 로터와 하우징 사이의 온도 차이가 너무 작으면, 그 결과로, 너무 큰 갭이 형성되어 반송류가 크게 증가한다. 온도 차이가 최적 상태에 있을 때에만, 로터 요소와 펌프 챔버 사이에 최소의 갭이 형성된다. 그러나, 만약 온도 차이가 더 증가하면, 펌프 챔버의 로터 요소 접촉 부분의 손상 또는 심지어 펌프의 파괴를 초래하는 일이 벌어질 수 있다. 로터 및 하우징의 온도는 로터 요소의 회전 속도를 통해 영향받을 수 있다. 그러나, 최적의 펌핑 성능을 달성하기 위해서, 회전 속도는 특정 운전 지점(duty point)에서 특정 열전도율을 갖는 특정 가스를 위해서 설계되어야 한다. 일반적으로, 펌프는 공기, 즉, 특히 질소용으로 설계된다.The vacuum pump has a pump housing with a pump chamber in which the rotor element is disposed and supported in a rotatable manner, and the rotor element is driven by a motor. Due to the rotation of the rotor element, the medium to be pumped is conveyed from the suction side of the vacuum pump to the pressure side. Particularly in a twin-shaft pump, the rotor element is two screw spindles or claws. The performance of such a pump is limited and limited by the return flow of the medium conveyed through a gap between the rotor element and the pump chamber, especially in the opposite direction of the conveying direction. For the purpose of minimizing the return flow, a narrow gap is provided between the rotor elements and between the rotor element and the housing, respectively, where it is necessary to pay attention to the temperature expansion of the pump housing, in particular the rotor element. If the temperature difference between the rotor and the housing is too small, as a result, a too large gap is formed and the return flow is greatly increased. Only when the temperature difference is in the optimum state, a minimum gap is formed between the rotor element and the pump chamber. However, if the temperature difference is further increased, it may happen that damage to the rotor element contact portion of the pump chamber or even destruction of the pump occurs. The temperature of the rotor and the housing can be influenced through the rotational speed of the rotor element. However, in order to achieve optimum pumping performance, the rotational speed must be designed for a specific gas having a specific thermal conductivity at a particular duty point. Generally, the pump is designed for air, i.e., especially for nitrogen.

그러나, 공기를 펌핑하기 위해서 최적화된 펌프가 공기가 아닌 다른 가스, 특히 헬륨, 수소, 아르곤, 크립톤 또는 제논을 위해서 제공될 수도 있다. 헬륨과 수소는 로터의 열을 잘 방출되게 하는 높은 열전도율을 가지고 있다. 그러나, 이는 로터의 온도가 낮아지고 로터 요소와 펌프 챔버 사이에 큰 갭이 형성되어 펌프 내의 반송류가 강화되는 효과를 가진다. 따라서, 높은 열전도율을 갖는 가스에 대해서 펌핑 성능은 감소한다. 이와는 대조적으로, 아르곤, 크립톤 또는 제논과 같은 가스는 좋지 못한 열전도율을 가진다. 로터의 열은 이러한 가스를 통해 잘 소멸될 수 없으며, 높은 로터 온도를 야기한다. 로터 요소의 열 팽창을 야기하는 것 때문에, 열 갭은 임계 규모까지 좁혀져 펌프의 운전 안전성(operational safety)이 위험에 처해질 수 있다.However, a pump optimized for pumping air may be provided for other gases than air, especially for helium, hydrogen, argon, krypton or xenon. Helium and hydrogen have a high thermal conductivity which allows the heat of the rotor to be released well. However, this has the effect that the temperature of the rotor is lowered and a large gap is formed between the rotor element and the pump chamber to strengthen the return flow in the pump. Thus, the pumping performance decreases for gases having a high thermal conductivity. In contrast, gases such as argon, krypton or xenon have poor thermal conductivity. The heat of the rotor can not be well dissipated through these gases, resulting in high rotor temperatures. Because of the thermal expansion of the rotor element, the thermal gap may be narrowed to a critical scale and the operational safety of the pump may be compromised.

높은 열전도율을 갖는 가스에서, 캐리어(carrier) 가스를 이용하는 것이 가능할 수 있으나, 펌프의 시가(current cost)가 증가하게 된다. 낮은 열전도율을 갖는 가스에서, 일반적으로 펌프의 손상을 방지하기 위해서 작동자가 수동으로 회전 속도 및 그에 따른 펌핑 성능을 조정한다. 이러한 목적에서, 작동자가 진공 펌프의 최적의 펌핑 성능에 도달하기 위해서 가능한한 운반 매체의 구성(composition)을 최대한 정확하게 인지하는 것이 필수적이다.In a gas having a high thermal conductivity, it may be possible to use a carrier gas, but the current cost of the pump is increased. In gases with low thermal conductivity, the operator manually adjusts the rotational speed and hence the pumping performance to prevent damage to the pump in general. For this purpose, it is essential that the operator perceive the composition of the carrier medium as precisely as possible in order to reach the optimum pumping performance of the vacuum pump.

펌프의 가능한 과열이 일어나기 전에 개방되는 밸브를 포함하는 루츠 펌프(Roots pump)가 DE 10 2008 034 073으로부터 알려져 있다. 그러나, 이 펌프 또한 공기용으로 설계되었다. 수소와 헬륨을 위한 펌프의 성능이 감소하는 반면, 밸브 장치가 압력에 의해 작동되기 때문에, 아르곤, 크립톤 또는 제논이 운반될 때, 밸브 장치와 관계없이 펌프가 과열되는 것이 발생할 수 있다. 그러나, 아르곤, 크립톤 또는 제논과 같은 가스가 공기보다 작은 열전도율을 갖고 있기 때문에, 펌프의 과열은 설정된 압력에 도달하기 전에 이미 발생했을 수 있다.A roots pump is known from DE 10 2008 034 073 which comprises valves which are opened before the possible overheating of the pump takes place. However, this pump is also designed for air. While the performance of the pump for hydrogen and helium is reduced, since the valve device is actuated by pressure, it is possible that when the argon, krypton or xenon is carried, the pump may overheat irrespective of the valve arrangement. However, since gas such as argon, krypton or xenon has a smaller thermal conductivity than air, overheating of the pump may have already occurred before reaching the set pressure.

상이한 가스 또는 가스의 혼합물이 운반될 때, 진공 성능 및 운전 안전성의 향상이 현실화될 수 있는 진공 펌프, 특히 드라이 컴프레싱 진공 펌프를 제공하는 것이 본 발명의 일목적이다.It is an object of the present invention to provide a vacuum pump, in particular a dry compressing vacuum pump, in which improvements in vacuum performance and operational safety can be realized when a mixture of different gases or gases is conveyed.

상기 목적은, 본 발명에 따르면, 청구항 1의 구성 및 청구항 7에 기재된 방법에 의해 해결된다.The above object is solved according to the present invention by the constitution of claim 1 and the method described in claim 7.

본 발명의 진공 펌프, 특히, 예를 들어, 클로 펌프, 스크류 타입 펌프 또는 멀티 스테이지 루츠 펌프로 구성되는 드라이 컴프레싱 진공 펌프는, 펌프 챔버가 배치되는 펌프 하우징을 포함한다. 루츠 펌프의 경우, 루츠 피스톤 요소인 로터 요소는 펌프 챔버 내에 배치된다. 로터 요소는 회전 가능하게 지지된다. 로터 요소의 회전 운동은 운반 매체가 진공 펌프의 흡입측으로부터 유입구를 통해 펌프 챔버 내로 빠져나와서 그로부터 유출구를 통해 압력측으로 운반되도록 야기한다. 운반 매체는 공기, 예를 들어, 즉, 실질적으로 질소 또는 헬륨, 수소, 크립톤, 아르곤 또는 제논과 같은 다른 가스일 수 있다. 운반 매체는 이들, 또는 다른 가스 또는 증기의 혼합물로 구성되는 것 또한 가능하다.The vacuum compression pump of the present invention, in particular a dry compression vacuum pump comprising, for example, a claw pump, a screw type pump or a multi-stage roots pump, comprises a pump housing in which a pump chamber is arranged. In the case of a Roots pump, the rotor element, which is a roots piston element, is disposed in the pump chamber. The rotor element is rotatably supported. The rotational motion of the rotor element causes the carrier medium to flow from the suction side of the vacuum pump through the inlet port into the pump chamber and from there to the pressure side through the outlet port. The carrier medium may be air, for example, substantially nitrogen or other gas such as helium, hydrogen, krypton, argon or xenon. It is also possible that the carrier medium consists of these, or a mixture of different gases or vapors.

본 발명의 진공 펌프의 로터 요소는 로터의 회전수를 제어하기 위한 제어 장치에 접속된 모터에 의해 구동된다. 제어는 적합한 주파수 변환기 또는 펌프 제어 수단에 의해 실현될 수 있다.The rotor element of the vacuum pump of the present invention is driven by a motor connected to a control device for controlling the number of revolutions of the rotor. The control can be realized by a suitable frequency converter or pump control means.

본 발명에 따르면, 진공 펌프는 운반 매체의 열전도율을 측정하기 위한 장치를 포함한다. 이는 예를 들어, 가열된 와이어와 주위의 냉각된 벽 사이의 운반 매체를 통해 열 플럭스(heat flux)를 측정하는 피라니(Pirani) 열전도율 게이지(gauge)일 수 있다. 따라서, 만약 운반 매체가 상이한 가스의 미지의 혼합물이라고 하여도, 운반 매체의 열전도율을 직접적으로 결정하는 것이 가능하다. 생성된 열은 운반 매체를 통해 펌프 챔버로부터 방출된다. 만약 운반 매체가 아주 높은 열전도율을 가진다면, 열의 방출은 효율적이며 온도 차이는 설정된 값 아래로 떨어진다. 매우 높은 열전도율을 갖는 가스는 예를 들어, 수소 또는 헬륨이다. 그러나 만약, 운반 매체가 매우 좋지 않은 열전도율을 가지거나, 운반 매체가 이러한 가스가 큰 부분을 차지하도록 구성된다면, 펌프 내에 만들어진 열은 단지 매우 열악하게 방출되며 펌프 내에 로터 온도는 설정된 값을 넘어 상승한다. 위에서 설명한 바와 같이, 너무 낮은 로터 온도는 펌프의 출력을 감소시키는 반면, 너무 높은 온도는 펌프 하우징과 접촉하는 상태가 되어 처리 중에 손상을 입는 로터의 위험을 안는다. 따라서, 본원 발명에 따르면, 열전도율을 측정하기 위한 장치는 로터의 회전 속도를 제어하기 위한 제어 장치에 접속된다. 열전도율을 측정하기 위한 장치가 열전도율의 증가를 감지할 때, 로터의 회전 속도는 출력의 감소에 대응하여 조정된다. 열전도율을 측정하기 위한 장치가 줄어든 열전도율을 측정할 때, 제어 장치는 로터의 회전 속도가, 로터가 펌프 하우징에 접속하는 상태가 되거나 손상을 입는 것으로부터 방지되도록 조정된다.According to the present invention, the vacuum pump comprises an apparatus for measuring the thermal conductivity of a carrier medium. This may be, for example, a Pirani thermal conductivity gauge that measures the heat flux through the conveying medium between the heated wire and the surrounding cooled wall. Thus, it is possible to directly determine the thermal conductivity of the carrier medium, even if the carrier medium is an unknown mixture of different gases. The generated heat is discharged from the pump chamber through the carrier medium. If the carrier medium has a very high thermal conductivity, the release of heat is efficient and the temperature difference drops below the set value. The gas having a very high thermal conductivity is, for example, hydrogen or helium. However, if the carrier medium has a very poor thermal conductivity, or if the carrier medium is configured to take up a large portion of this gas, the heat generated in the pump is only very poorly discharged and the rotor temperature in the pump rises above the set point . As described above, too low a rotor temperature reduces the output of the pump, while too high a temperature makes contact with the pump housing, risking damage to the rotor during processing. Therefore, according to the present invention, an apparatus for measuring the thermal conductivity is connected to a control device for controlling the rotational speed of the rotor. When the device for measuring the thermal conductivity senses an increase in thermal conductivity, the rotational speed of the rotor is adjusted corresponding to the decrease in output. When the device for measuring the thermal conductivity measures a reduced thermal conductivity, the control device is adjusted so that the rotational speed of the rotor is prevented from becoming connected to the pump housing or from being damaged.

다른 실시예에서, 열전도율을 측정하기 위한 장치는 유출구의 영역 내에 배치된다. 열전도율은 온도에 대해 아주 약간 의존하기 때문에, 변화된 가스 유입구 온도, 변화된 주변 온도 또는 냉각 조건은 측정된 값에 현저한 변화를 야기하지 않는다. 따라서, 조정된 회전 속도 및 조정된 흡입 용량 또한 외부 조건에 무관하다.In another embodiment, an apparatus for measuring thermal conductivity is disposed within an area of an outlet. Because the thermal conductivity is only a bit dependent on temperature, the changed gas inlet temperature, changed ambient temperature or cooling conditions do not cause a significant change in the measured value. Thus, the adjusted rotational speed and the adjusted suction capacity are also independent of the external conditions.

본 발명에 따르면, 진공 펌프는 온도 측정 장치를 포함한다. 온도 측정 장치는 열전도율 측정을 위한 장치에 부가하여 제공될 수 있다. 두 장치의 조합에 의해, 두 장치의 측정된 값이 조합 또는 비교될 수 있기 때문에, 진공 펌프의 운전 안전성이 더 증가될 수 있다. 그러나, 열전도율을 측정하기 위한 장치 또는 온도 측정 장치만이 제공되는 것 또한 가능하다.According to the present invention, the vacuum pump includes a temperature measuring device. The temperature measuring device may be provided in addition to the device for measuring the thermal conductivity. By combining the two devices, the operational safety of the vacuum pump can be further increased since the measured values of the two devices can be combined or compared. However, it is also possible to provide only the apparatus for measuring the thermal conductivity or the temperature measuring apparatus.

온도 측정 장치 및/또는 열전도율 측정을 위한 장치를 통해서, 운전 동안, 진공 펌프를 조정하여, 예를 들어, 특히 자동 방식으로 조정을 수행하여, 운반 매체의 변화된 구성과 같은 펌핑 상황을 변화시키는 것이 가능하다.It is possible to change the pumping situation, such as the changed configuration of the carrier medium, by adjusting the vacuum pump during operation, for example, in particular by automatic adjustment, through a temperature measuring device and / or a device for measuring thermal conductivity Do.

본 발명에 의해 제공되는 온도를 감지하는 단계에 의해, 진공 펌프 내로 진입하는 운반 매체의 변화된 온도는 물론, 미확인된 운반 매체의 운반 특성이 결정될 수 있다. 그리고, 로터 요소 상의 절연 방진막(insulating dust layer)에 의해 야기된, 운반 매체에 의해 로터로부터 감소된 열 방출 또한 고려된다. 따라서, 모든 관련 파라미터가 전체로서 고려되어, 증가된 운전 안전성 및 항상 최적 펌핑 성능을 제공하는 에러 내성(error-tolerant) 해결책으로 이어진다.By sensing the temperature provided by the present invention, the transported characteristics of the unidentified transport medium, as well as the changed temperature of the transport medium entering the vacuum pump, can be determined. Also, reduced heat release from the rotor by the carrier medium, caused by an insulating dust layer on the rotor element, is also considered. Thus, all relevant parameters are taken into account as a whole, leading to an error-tolerant solution which provides increased operational safety and always optimum pumping performance.

온도 감지 장치는 바람직하게는 로터의 온도를 감지한다. 펌프 내에 생성되어 로터를 가열하는 열은 운반 매체를 통해 방출되도록 의도된다. 만약 전체 또는 상당한 규모를 갖는 운반 매체가 매우 높은 열전도율을 갖는, 헬륨 또는 수소와 같은 가스라면, 로터의 열은 잘 방출될 수 있을 것이다. 그 결과로, 온도 측정 장치에 의해 감지되는 로터의 온도는 감소한다. 그러나 만약, 전체 또는 상당한 규모를 갖는 운반 매체가 좋지 않은 열전도율을 갖는 가스라면, 로터의 열 에너지는 축적되고 로터의 온도는 증가한다. 온도 측정 장치는 로터의 회전 속도를 제어하기 위한 제어 장치에 접속된다. 로터의 회전 속도는 감지된 온도에 의존하여 조정된다.The temperature sensing device preferably senses the temperature of the rotor. The heat generated in the pump and heating the rotor is intended to be discharged through the carrier medium. If the carrier medium with a total or substantial size is a gas such as helium or hydrogen, which has a very high thermal conductivity, the heat of the rotor may well be released. As a result, the temperature of the rotor sensed by the temperature measuring device decreases. However, if the carrier medium with a full or significant scale is a gas with poor thermal conductivity, the thermal energy of the rotor accumulates and the temperature of the rotor increases. The temperature measuring device is connected to a control device for controlling the rotational speed of the rotor. The rotational speed of the rotor is adjusted depending on the sensed temperature.

선택적으로, 명목상(nominal) 회전 속도의 편차(deviation)는 선택적으로 또는 전자적으로(electronically) 펌프 사용자 또는 펌프 제어부로 전송될 수 있다.Optionally, a deviation of the nominal rotational speed may be selectively or electronically transmitted to the pump user or pump controller.

본 발명에 따른, 특히 드라이 컴프레싱 진공 펌프로 설계되는 진공 펌프는, 상이한 펌핑 원리를 이행할 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 이들은 루츠 펌프, 클로 펌프, 스크류 타입 펌프 또는 멀티 스테이지 루츠 펌프와 같은 트윈-샤프트 펌프이다. 유사하게, 이들은 또한 스크롤 펌프, 피스톤 펌프, 터보분자(turbomolecular) 펌프 및 터보 방사 블로워(turbo radial blower)일 수 있다. 멀티 유입구 터보분자 펌프 또한 고려 가능하다.A vacuum pump according to the invention, especially designed with a dry-compaction vacuum pump, can fulfill different pumping principles. In a particularly preferred embodiment, these are twin-shaft pumps, such as roots pumps, claw pumps, screw type pumps or multi-stage roots pumps. Similarly, they may also be scroll pumps, piston pumps, turbomolecular pumps and turbo radial blowers. Multi-inlet turbo-molecular pumps can also be considered.

로터 온도의 측정을 위해서, 온도 측정 장치는, 데이터를 예를 들어, 원격측정 슬립 링(telemetry slip ring), 라디오 전송 또는 RFID를 통해 전송하는 데이터 전송 유닛과 함께, 특히 로터 내에 배치된다. 이에 의해, 로터에서의 온도를 직접적으로 결정하는 것이 가능하다. For the measurement of the rotor temperature, a temperature measuring device is placed in the rotor, in particular with a data transmission unit for transmitting the data via, for example, a telemetry slip ring, radio transmission or RFID. Thereby, it is possible to directly determine the temperature in the rotor.

대안적으로, 온도 측정 장치는 로터의 열 방사(heat radiation)를 통해 간접적으로 로터 온도를 측정할 수 있다. 이러한 목적에서, 온도 측정 장치는 로터의 근방 또는 로터의 가시 범위 내에 배치되어, 로터의 열 방사가, 특히 고온계(pyrometer)에 의해 감지될 수 있도록 한다. 양 경우에서, 즉, 열 방사를 이용한 간접적 온도 측정은 물론 로터 내의 온도 측정 장치의 배치에서, 로터 온도의 직접적인 결정이 수행된다. 따라서, 로터 상의 전열 방진막이 고려될 수 있다.Alternatively, the temperature measuring device can indirectly measure the rotor temperature through heat radiation of the rotor. For this purpose, the temperature measuring device is arranged in the vicinity of the rotor or in the visible range of the rotor so that the heat radiation of the rotor can be sensed, in particular by a pyrometer. In both cases, a direct determination of the rotor temperature is performed in the arrangement of the temperature measuring device in the rotor as well as the indirect temperature measurement using heat radiation. Therefore, the heat transfer prevention film on the rotor can be considered.

대안적 실시예에서, 온도 측정 장치는 로터에 특히 가까운 운반 매체의 온도를 측정한다. 따라서, 간단한 방식으로 로터 온도의 증가를 감지하는 것이 가능하다. 이러한 측면에서, 온도 측정 장치가 유출구측 상에 배치되는 것이 바람직하다.In an alternative embodiment, the temperature measuring device measures the temperature of the carrier medium particularly close to the rotor. Thus, it is possible to detect an increase in rotor temperature in a simple manner. In this respect, it is preferable that the temperature measuring device is disposed on the outlet side.

바람직하게는, 진공 펌프는 펌프 하우징에서, 펌프 하우징의 온도를 감지하는 추가적 온도 측정 장치를 가진다. 온도 측정 장치에 의해 냉각수 온도를 또한 감지하는 것이 바람직하다. 따라서, 하우징의 열 팽창이, 운반된 매체에 의존하여 고려될 수 있으며, 또한 이전 실시예에 더하여서, 제어 장치에 의해 영향받는 회전 속도의 조정에 의해 보상될 수 있다.Preferably, the vacuum pump has an additional temperature measuring device in the pump housing that senses the temperature of the pump housing. It is also desirable to also detect the cooling water temperature by the temperature measuring device. Therefore, the thermal expansion of the housing can be considered depending on the conveyed medium, and in addition to the previous embodiment, it can be compensated by adjusting the rotational speed effected by the control device.

또한, 하나보다 많은 열전도율 측정을 위한 장치 및/또는 하나보다 많은 온도 측정 장치를 제공하는 것이 가능하다.It is also possible to provide an apparatus for more than one thermal conductivity measurement and / or more than one temperature measurement apparatus.

만약 진공 펌프가 추가적 유입구를 구비한 멀티 유입구 펌프라면, 가스 유입구 온도를 결정하기 위해서, 특히 제 2 또는 추가적 유입구의 영역 내에 추가적 온도 측정 장치를 제공하는 것이 가능하다. 만약 멀티 유입구 펌프가 둘보다 많은 유입구를 가진다면, 온도 측정 장치는 각각의 또는 하나의 개별 유입구에서만 제공될 수 있다.If the vacuum pump is a multi-inlet pump with an additional inlet, it is possible to provide an additional temperature measuring device in the region of the second or additional inlet, in order to determine the gas inlet temperature. If the multi-inlet pump has more than two inlets, the temperature measuring device may be provided at each or only one individual inlet.

모든 열전도율 측정을 위한 장치 및 모든 온도 측정 장치는, 펌프에 의해 최대 가능한 출력이 달성되고 그와 동시에 운전 안전성을 유지하도록, 제어 장치에 접속되어 로터의 회전 속도가 감지된 데이터에 의존하여 조정된다.The device for all thermal conductivity measurements and all temperature measuring devices are connected to the control device so that the rotational speed of the rotor is adjusted depending on the sensed data so that the maximum possible output is achieved by the pump while at the same time maintaining operational safety.

본 발명은 또한 진공 펌프의 회전 속도를 조정하기 위한 방법에 관한 것이며, 제어 장치는 감지된 온도 및/또는 감지된 열전도율에 의존하여 로터의 회전 속도를 변화시킨다.The present invention also relates to a method for adjusting the rotational speed of a vacuum pump, wherein the control device changes the rotational speed of the rotor depending on the sensed temperature and / or sensed thermal conductivity.

특히, 로터의 회전 속도는 로터 및/또는 운반 매체의 온도가 증가할 때에 감소한다. 로터 온도 및/또는 운반 매체 온도의 증가는 운반 매체의 줄어든 열전도율에 의해 야기된다. 진공 펌프를 과열로부터 방지하기 위해서, 로터의 회전 속도는 제어 장치를 통해 줄어든다. 이에 의해, 도입된(introduced) 열 플럭스(열/시간)는 감소하고 온도는 설정된 값으로 되돌아가도록 제어된다. 수소 또는 헬륨을 운반할 때, 로터 및 운반 매체의 온도는 헬륨 및 수소의 향상된 열전도율에 의해 줄어든다. 이에 의해, 큰 반송류가 발생한다. 이 증가된 반송류에 맞서기 위해서, 로터의 회전 속도는 진공 펌프에 영향 또는 손상을 주는 도입된 증가 열 플럭스 없이 증가된다.In particular, the rotational speed of the rotor decreases as the temperature of the rotor and / or the carrier medium increases. The increase in rotor temperature and / or carrier medium temperature is caused by the reduced thermal conductivity of the carrier medium. In order to prevent the vacuum pump from overheating, the rotational speed of the rotor is reduced through the control unit. Thereby, the introduced heat flux (heat / time) decreases and the temperature is controlled to return to the set value. When carrying hydrogen or helium, the temperature of the rotor and the carrier medium is reduced by the enhanced thermal conductivity of helium and hydrogen. Thereby, a large carry flow is generated. To counter this increased feed flow, the rotational speed of the rotor is increased without the introduced increased heat flux that affects or damages the vacuum pump.

따라서, 헬륨 및 수소와 같은 가스가 운반되는 동안 열전도율이 증가할 때, 로터의 회전 속도는 특히 증가하도록 제공된다. 반대 경우로, 아르곤, 크립톤 또는 제논 가스의 경우와 같이, 줄어든 열전도율을 갖는 매체가 운반될 때, 로터의 회전 속도는 줄어든다.Thus, when the thermal conductivity increases while a gas such as helium and hydrogen is transported, the rotational speed of the rotor is particularly increased. Conversely, when a medium with reduced thermal conductivity is delivered, such as in the case of argon, krypton or xenon gas, the rotational speed of the rotor is reduced.

다음 사항은 바람직한 실시예와 동반되는 도면에 관한 본 발명의 상세한 설명이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The following is a detailed description of the invention with reference to the accompanying drawings in which: Fig.

도 1은 루츠 펌프의 개략적 단면도이다.
도 2는 멀티 유입구 터보분자 펌프의 개략적 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a Roots pump.
2 is a schematic cross-sectional view of a multi-inlet turbo-molecular pump.

유사 또는 동일한 구성요소는 동일한 참조번호로써 나타낸다.Like or equivalent components are denoted by the same reference numerals.

본 발명에 따른 루츠 펌프는 펌프 챔버(10) 내에 배치되는 두 개의 루츠 피스톤(12)을 포함한다. 루츠 피스톤(12)은 도면 평면에 수직으로 연장하는 회전축(14)을 중심으로 회전한다. 루츠 피스톤(12)은 하우징(16) 내에 배치된다. 루츠 피스톤(12)은 화살표(18)의 방향으로 운반 매체를, 흡입측(20)으로부터 유입구(22)를 통해 압력측(30)으로 유출구(24)를 통해 운반한다. 루츠 피스톤(12)은 화살표(15)의 방향으로 규정된 회전 속도로 회전한다.A roots pump according to the present invention comprises two roots piston (12) arranged in a pump chamber (10). The roots piston 12 rotates around a rotation axis 14 extending perpendicular to the plane of the drawing. The roots piston 12 is disposed within the housing 16. The roots piston 12 carries the carrier medium from the suction side 20 through the inlet port 22 to the pressure side 30 through the outlet port 24 in the direction of the arrow 18. The roots piston 12 rotates at a rotational speed defined by the direction of the arrow 15.

운반 매체가 루츠 피스톤(12)에 의해 펌핑될 때, 운반 매체는 가열된다. 열 팽창 때문에, 루츠 피스톤(12)과 하우징(16) 사이 또는 루츠 피스톤들 사이에 갭은 더 작아져, 설정된 온도에서 최적으로 작은 갭이 존재하게 된다. 만약 온도 차이가 너무 작다면, 갭은 커지고 화살표(18) 반대 방향으로의 운반 매체의 반송류는 증가한다. 반면에, 만약 루츠 피스톤(12)의 온도가 너무 높다면, 루츠 피스톤(12)은 서로 또는 하우징(16)에 접촉할 수 있다. 이는 펌프의 손상을 야기하거나, 펌프의 파괴조차 초래할 수 있다.When the carrier medium is pumped by the roots piston 12, the carrier medium is heated. Because of the thermal expansion, the gap between the roots piston 12 and the housing 16 or between the roots piston becomes smaller, and there is an optimum small gap at the set temperature. If the temperature difference is too small, the gap becomes large and the conveying flow of the conveying medium in the direction opposite to arrow 18 increases. On the other hand, if the temperature of the roots piston 12 is too high, the roots piston 12 may contact each other or the housing 16. This can cause damage to the pump or even the destruction of the pump.

루츠 피스톤(12)은 루츠 피스톤(12)의 온도를 직접적으로 측정하는 온도 센서(26)와 함께 제공된다. 감지된 온도는 원격측정을 이용하는 전송 수단(도시되지 않음), 라디어 전송 또는 RFID를 통해 전송된다. 이에 의해, 온도 센서(26)는 회전 속도의 제어를 위한 펌프의 모터 제어부에 연결된다.The roots piston 12 is provided with a temperature sensor 26 that directly measures the temperature of the roots piston 12. The sensed temperature is transmitted via transmission means (not shown) using remote measurement, radio transmission or RFID. Thereby, the temperature sensor 26 is connected to the motor control portion of the pump for controlling the rotation speed.

열전도율 측정을 위한, 예를 들어, 피라니 게이지로 구성되는 장치(28)가 유출구(24)의 근방의 펌프 챔버(10) 내에 또한 배치된다. 유입되는 운반 매체는 루츠 피스톤(12)에 의해 유출구(24)를 향해 운반되고 피라니 게이지(28)를 지나 흐른다. 후자는 운반 매체의 열전도율을 결정한다. 피라니 게이지(28)는 결정된 열전도율에 의존하여 루츠 피스톤(12)의 회전 속도를 제어하기 위한 펌프 제어부에 접속된다.An apparatus 28, for example a pyramidal gauge, for measuring the thermal conductivity is also arranged in the pump chamber 10 in the vicinity of the outlet 24. The incoming transport medium is carried by the roots piston 12 toward the outlet 24 and flows through the pilot gage 28. [ The latter determines the thermal conductivity of the carrier medium. The pilot gauge 28 is connected to a pump control section for controlling the rotational speed of the roots piston 12 in dependence on the determined thermal conductivity.

또한, 하우징 온도를 측정하기 위한 센서(29)가 펌프 하우징(16) 상에 제공될 수 있다. 하우징 온도는 센서(28)에 의해 측정되는 열전도율에 의존하여 수행되는 회전 속도 제어에 고려될 수 있다. In addition, a sensor 29 for measuring the housing temperature may be provided on the pump housing 16. The housing temperature can be considered in controlling the rotational speed which is performed depending on the thermal conductivity measured by the sensor 28. [

다른 실시예에서(도 2), 진공 펌프는 멀티 유입구 터보분자 펌프로 구성된다. 진공 펌프는 모터(32)에 의해 구동되는 회전축(14)을 가진다. 이 목적에서, 회전축(14)은 베어링 배열(34)에 의해 회전가능하게 지지된다. 터보분자 펌프에서, 로터 요소(12)는 스테이터 요소(36) 내로 맞물리며(engaging) 펌프 챔버(10) 내에 배치되는 블레이드(blade)로 설계된다. 로터 요소(12)는 스테이터 요소(36)와 함께 운반 매체를 흡입측(20)으로부터 유입구(22)를 통해 압력측(30) 상의 유출구(24)로 운반한다. 또한, 멀티 유입구 터보분자 펌프는 추가적 유입구(38)를 가진다.In another embodiment (Figure 2), the vacuum pump comprises a multi-inlet turbo-molecular pump. The vacuum pump has a rotary shaft (14) driven by a motor (32). For this purpose, the rotary shaft 14 is rotatably supported by a bearing arrangement 34. [ In a turbo molecular pump, the rotor element 12 is designed as a blade that engages into the stator element 36 and is disposed within the pump chamber 10. The rotor element 12 conveys the carrier medium with the stator element 36 from the suction side 20 through the inlet 22 to the outlet 24 on the pressure side 30. The multi-inlet turbo-molecular pump also has an additional inlet 38.

유입구(22)의 영역 내에서, 온도 센서(40)는 가스 유입구 온도를 감지하도록 제공될 수 있다.Within the region of the inlet 22, the temperature sensor 40 may be provided to sense the gas inlet temperature.

운반 매체가 또한 제 2 유입구(38)를 통해 펌프 챔버(10)에 도달하고 나서 스테이터 요소(36) 및 로터 요소(12)에 의해 유출구(24)로 운반되기 때문에, 온도를 결정하기 위한 추가적 센서(44)가 바람직하게는 제 2 유입구(38)의 영역에 제공된다. As the carrier medium also travels through the second inlet 38 to the pump chamber 10 and then to the outlet 24 by the stator element 36 and the rotor element 12 an additional sensor (44) is preferably provided in the region of the second inlet (38).

또한, 온도 센서(46)가 로터(12) 근방의 유출구(24)의 영역에 배치되어, 이 센서를 통해 로터의 온도가, 펌프를 통해 흐르는 운반 매체의 온도를 측정함으로써 간접적으로 결정된다. 온도 센서(46)에 더하여 또는 그 대신에, 열전도율을 측정하기 위한 장치가 도 1에 도시된 실시예와 유사한 방식으로 유출구(24)의 영역에 배치될 수 있다.A temperature sensor 46 is also disposed in the region of the outlet 24 near the rotor 12 and through which the temperature of the rotor is indirectly determined by measuring the temperature of the carrier medium flowing through the pump. In addition to or instead of the temperature sensor 46, an apparatus for measuring the thermal conductivity can be arranged in the region of the outlet 24 in a similar manner to the embodiment shown in FIG.

모든 센서 또는 측정 장치는, 그들이 평가되는 곳이고 로터의 회전 속도가 획득된 데이터에 의존하여 각각의 펌핑 상황에 맞춰 조정되도록 모터를 제어하게 야기하는, 펌프 제어부(도시되지 않음)에 접속된다.All sensors or measuring devices are connected to a pump control (not shown), which is where they are evaluated and causes the rotational speed of the rotor to control the motor to be adjusted for each pumping situation depending on the data acquired.

Claims (12)

진공 펌프, 특히 드라이 컴프레싱 펌프로서,
펌프 하우징(16) 내에 배치되어, 운반 매체를 유입구(22)로부터 유출구(24)로 운반하는 로터(12),
상기 로터(12)의 회전 속도를 제어하기 위한 제어 장치, 및
상기 제어 장치에 접속되는, 상기 운반 매체의 열전도율을 측정하기 위한 장치(28, 42, 44) 및/또는 온도 측정 장치(26, 46)를 포함하는
진공 펌프.As vacuum pumps, especially dry compression pumps,
A rotor 12 disposed within the pump housing 16 for conveying the carrier medium from the inlet 22 to the outlet 24,
A control device for controlling the rotational speed of the rotor 12, and
(28, 42, 44) and / or a temperature measuring device (26, 46) for measuring the thermal conductivity of the carrier medium connected to the control device
Vacuum pump. 제 1 항에 있어서,
상기 온도 측정 장치(26, 46)는 상기 로터(12)에 배치되어 상기 로터(12)의 온도를 감지하는
진공 펌프.The method according to claim 1,
The temperature measuring device (26, 46) is disposed in the rotor (12) and detects the temperature of the rotor (12)
Vacuum pump. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 온도 측정 장치(26, 46)는 상기 로터(12)의 온도를 상기 로터(12)의 열 방사를 통해 간접적으로 측정하는
진공 펌프.3. The method according to claim 1 or 2,
The temperature measuring device (26, 46) indirectly measures the temperature of the rotor (12) through the heat radiation of the rotor (12)
Vacuum pump. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 온도 측정 장치(46)는 상기 로터(12), 특히 상기 유출구(24) 쪽에 가까운 상기 운반 매체의 온도를 감지하는
진공 펌프.3. The method according to claim 1 or 2,
The temperature measuring device 46 senses the temperature of the rotor 12, and more particularly the temperature of the carrier medium near the outlet 24
Vacuum pump. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
추가적 온도 측정 장치(29)가 상기 펌프 하우징(16)에 제공되어 상기 펌프 하우징(16)의 온도를 감지하는
진공 펌프.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
An additional temperature measuring device 29 is provided in the pump housing 16 to sense the temperature of the pump housing 16
Vacuum pump. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
열전도율을 측정하기 위한 상기 장치(28)는 상기 유출구(24)의 영역에 배치되는
진공 펌프.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The device (28) for measuring the thermal conductivity is arranged in the region of the outlet (24)
Vacuum pump. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 진공 펌프의 회전 속도를 제어하기 위한 방법으로서,
상기 로터(12)의 회전 속도는 감지된 온도 및/또는 감지된 열전도율에 의존하여 상기 제어 장치에 의해 변화되는
방법.7. A method for controlling a rotational speed of a vacuum pump according to any one of claims 1 to 6,
The rotational speed of the rotor 12 is varied by the control device depending on the sensed temperature and / or sensed heat conductivity
Way. 제 7 항에 있어서,
상기 로터(12)의 회전 속도는 온도가 증가함에 따라 줄어드는
방법.8. The method of claim 7,
The rotational speed of the rotor 12 decreases as the temperature increases
Way. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 로터(12)의 회전 속도는 온도가 감소함에 따라 증가하는
방법.9. The method according to claim 7 or 8,
The rotational speed of the rotor 12 increases as the temperature decreases
Way. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터(12)의 회전 속도는 열전도율이 증가함에 따라 증가하는
방법.10. The method according to any one of claims 7 to 9,
The rotational speed of the rotor 12 increases as the thermal conductivity increases
Way. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터(12)의 회전 속도는 열전도율이 감소함에 따라 줄어드는
방법.11. The method according to any one of claims 7 to 10,
The rotational speed of the rotor 12 decreases as the thermal conductivity decreases
Way. 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
하우징 온도가 추가적으로 감지되어 상기 회전 속도를 제어하는 데에 고려되는
방법.12. The method according to any one of claims 7 to 11,
The housing temperature is additionally sensed and considered to control the rotational speed
Way.
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