EP2844878A1 - Vakuumpumpensystem zur evakuierung einer kammer sowie verfahren zur steuerung eines vakuumpumpensystems - Google Patents

Vakuumpumpensystem zur evakuierung einer kammer sowie verfahren zur steuerung eines vakuumpumpensystems

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EP2844878A1
EP2844878A1 EP13786477.3A EP13786477A EP2844878A1 EP 2844878 A1 EP2844878 A1 EP 2844878A1 EP 13786477 A EP13786477 A EP 13786477A EP 2844878 A1 EP2844878 A1 EP 2844878A1
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EP
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pump system
pressure
main
pump
auxiliary
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EP13786477.3A
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Dirk Schiller
Daniel SCHNEIDENBACH
Thomas Dreifert
Magnus Janicki
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Leybold GmbH
Original Assignee
Oerlikon Leybold Vacuum GmbH
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Publication date
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    • F04C2270/00—Control; Monitoring or safety arrangements
    • F04C2270/56—Number of pump/machine units in operation

Definitions

  • Vacuum pump system for evacuating a chamber and method for controlling a vacuum pump system
  • the invention relates to a vacuum pump system for evacuating a chamber or to keep a chamber at a predetermined negative pressure of in particular less than 10 mbar and a method for controlling such a vacuum pump system.
  • Vacuum pump systems have multiple vacuum pumps. It is known to provide a main pump system with one or more vacuum pumps, which is supported by an auxiliary pump system.
  • the auxiliary pump system is usually arranged downstream of the main pump system in the conveying direction or connected to the outlet of the main pump system.
  • the auxiliary pump system pumps the gas against atmospheric pressure and reduces the pressure in the outlet region of the main pump system, so that the main pump system does not have to pump against atmospheric pressure. This makes it possible to realize very low final pressures in the chamber to be evacuated or the recipient.
  • Such vacuum pump systems are described, for example, in WO 03/023229, US Pat. No. 5,709,537 or WO 03/093678.
  • the object of the invention is to increase the energy efficiency of a vacuum pump system for evacuating a chamber.
  • the object is achieved by a vacuum pump system according to claim 1 or a method for controlling a vacuum pump system according to claim 8.
  • the vacuum pump system according to the invention for evacuating a chamber or a recipient has a main pump system, which in particular is directly connected to the chamber.
  • the main pump system may have at least one, in particular a plurality of vacuum pumps.
  • the vacuum pumps provided in the main pump system are preferably screw vacuum pumps or roots pumps.
  • pumps with a high internal compression are used in the main pump system. Internal compression describes the ratio of the volume at the pump inlet prior to compression to the volume at the pump outlet after compression. By high internal densities of, for example, 1:10, it is possible to promote large volumes of gas. At the beginning of the evacuation such, a large volume in a short time promoting pumps are very well suited.
  • the auxiliary pump system according to the invention comprises an ejector.
  • Ejector pumps have the advantage, in particular during operation of the vacuum system in the end pressure range, that the remaining relatively small amounts of gas can be pumped through them with little energy requirement.
  • This has the significant advantage according to the invention that it is possible, by providing an ejector in the auxiliary pump system in the end pressure range, the speed of the at least one pump of the Reduce main pumping system. As a result, the energy consumption of this pump of the main pump system drops significantly. By providing an ejector in the auxiliary pump system thus energy efficiency can be significantly increased.
  • the ejector may be a liquid or a gas ejector.
  • a gas ejector pump may be advantageous in the delivery of gases, with a liquid ejector pump on the one hand having the advantage that the liquid can be separated from the conveyed gas in a simple manner.
  • the vacuum pumping system With the aid of the vacuum pump system according to the invention, it is possible, with high effective pumping speed, to realize or maintain low inlet pressures. Particularly preferred is the use of the vacuum pumping system to after evacuating a chamber, i. for example, after a chamber has been evacuated from, for example, ambient pressure to a low pressure, more particularly less than 10 mbar, to maintain this low pressure over a longer process period.
  • a valve device is provided parallel to the ejector.
  • the valve device may, for example, have a switchable valve or, for example, a spring-loaded check valve.
  • the provision of such a valve device has the advantage that, especially at the beginning of an evacuation in which large amounts of gas are conveyed, the main pump system promotes the medium to be conveyed directly against the atmosphere. This is particularly possible at the beginning of the evacuation, since the pressure difference is still relatively low.
  • a delivery via the valve device has the advantage that gas quantities can be conveyed that could not be conveyed by the ejector pump due to the limited throughput. It is also preferable, in particular in the outlet region of the main pump system, to arrange a pressure sensor.
  • An essential advantage of the vacuum pump system according to the invention is that the pressure in the outlet region of the main pump system is reduced by providing the ejector pump. This results in a reduction in the pressure difference between the inlet and the outlet of the at least one pump of the main pump system, whereby the tightness of the pump is improved. In particular, this improves the tightness of the sealing gaps of the corresponding pump.
  • a pressure difference meter is provided which measures the pressure difference between the auxiliary pump system and the valve device. This makes it possible, when falling below a predetermined pressure difference, the auxiliary pump system completely or partially off. This is particularly advantageous at the beginning of an evacuation, since the auxiliary pump system is not yet required at this time and by switching off the auxiliary pump system, the power consumption of the entire system can be reduced. It is thus according to the invention preferred that the auxiliary pump system is switched on only when a certain pressure difference is exceeded, so that the energy efficiency can be further improved.
  • a pressure sensor in the outlet region of the main pump system instead of providing a pressure sensor in the outlet region of the main pump system, it is also possible to provide a pressure sensor in the inlet region of the main pump system. This is particularly advantageous in combination with a switchable valve provided parallel to the ejector pump. When the valve is open, the pressure in the outlet area of the main pump system is reduced, so that the pressure measurement in this area has only a low significance. In this respect, it is preferable, when providing a switchable valve, to control the switching of the valve in response to the pressure in an inlet region of the main pump system or an inlet region of one of the pumps of the main pump system.
  • a control device is provided, which is preferably a common central control device, with which all pumps of the main pump system and the auxiliary pump system are controlled. Furthermore, preferably by this control device, a control of an optionally provided switchable valve. In particular, the control device controls the rotational speed of the at least one pump of the main pump system as a function of the pressure measured by the at least one pressure sensor.
  • the invention relates to a method for controlling a pump system for evacuating a chamber.
  • a pump system has a main pumping system connected to the chamber.
  • An auxiliary pump system is connected to the outlet of the main pump system.
  • the vacuum pump system is preferably developed advantageously, but does not necessarily have to have an ejector pump for implementing the method according to the invention in the auxiliary pump system.
  • a pressure is determined in the outlet and / or inlet region of the main pump system. Based on the measured pressure then takes place a regulation of the speed of the at least one pump of the main pump system.
  • the pump system has a pressure sensor in the region of the outlet and / or in the region of the inlet.
  • the aid of the method according to the invention it is possible with the aid of the method according to the invention to increase the energy efficiency during operation of the vacuum pump system in the end pressure range. In the final pressure range only very small amounts of gas have to be conveyed, so that the speed of the at least one pump of the main pump system can be reduced.
  • the gas to be delivered is also conveyed by the auxiliary pump, the power consumption of the auxiliary pump being considerably lower than that of the main pump system.
  • a lowering of the speed of the at least one pump of the main pump system takes place when falling below a predetermined pressure limit value. Furthermore, it is possible to define a further lower pressure limit at a further lowering of the pressure, in which then takes place again reducing the speed.
  • the speed change of the at least one pump of the main pump system can also be infinitely variable.
  • a pressure difference between the auxiliary pump system and a valve device arranged parallel to the auxiliary pump system is determined.
  • the at least one pump of the auxiliary pump system is switched on or off.
  • a limit value of a pressure difference a shutdown of the auxiliary pump system. This is an area in which the auxiliary pump system does not or only slightly supports the main pump system and insofar as the power consumption by the auxiliary pump system can be saved by switching off.
  • the cooling water flow can be controlled. This is because reducing the pressure in the outlet area of the main pumping system by providing the auxiliary pumping system can reduce the compression capacity of the main pumping system. This leads to a reduction of the mechanical friction and thus to a reduction of the amount of heat generated. As a result, a significantly lower heating of a coolant, such as a coolant can be achieved. As a result, the cooling liquid heated by the vacuum pump system preferably has to be cooled less before being returned to the cooling system. This already leads to energy savings. Also, a cooling fluid can be pumped through the cooling system, for example, at a lower speed, because due to the lower heat generation still enough heat is dissipated by the cooling fluid. This too leads to a considerable energy saving.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of the vacuum pump system
  • FIG. 2 shows a flowchart of a possible control of the
  • Figure 3 is a schematic representation of a second embodiment of the vacuum pumping system.
  • Figure 4 is a schematic representation of a third embodiment of the vacuum pump system.
  • a chamber or a recipient 10 in series first with a Roots pump 12 and then with a screw pump 14 is connected.
  • the two pumps 12, 14 in this case form the main pump system.
  • an auxiliary pump 20 which is in the illustrated embodiment, in particular a gas ejector connected.
  • a valve device in the form of a check valve 22 is provided in the illustrated embodiment.
  • the connected to the outlet of the ejector 20 and the check valve 22 lines 24, 26 are brought together to form a line 28, which is connected for example to the atmosphere.
  • means for recovering an ejector gas or the like may also be provided.
  • a pressure sensor 30 is provided in the area of the outlet 16 of the main pump system.
  • the pressure sensor 30 is connected to control devices 32.
  • the two control devices 32 which are in particular to Frequency converter acts, serve to control the two pumps 12, 14, in particular the speed of these two pumps.
  • the speed, at least one of the two pumps 12, 14 of the main pump system is regulated. This takes place as a function of the pressure measured by the pressure sensor 30 in the outlet region 16.
  • the rotational speed of at least one of the two pumps 12, 14 can be reduced. This is possible in this operating state, since only small amounts of gas are conveyed out of the chamber 10. Such a small volume of gas can be conveyed by the ejector 20. If the pressure measured by the pressure sensor 30 exceeds a limit again, this is due to the fact that the amount of gas to be delivered has increased and can not be completely removed by the ejector 20. In the case of the control according to the invention, this leads to the speed of at least one, in particular of both pumps 12, 14 of the main pump system being increased again.
  • pex means the pressure measured by the pressure gauge 30 at the outlet 16 of the main pump system.
  • a step 34 it is determined whether this pressure is ⁇ 800 mbar. As long as this is not the case, for example, a renewed determination of the pressure takes place at regular intervals.
  • a timer 36 for example, is set to 60 s.
  • step 38 it is checked whether the period of 60 s has expired. Only then, in step 40, again check the pressure of the outlet 16. By providing the timer can be ensured that a change in the speed of the pump is not already at low pressure fluctuations.
  • step 44 a further determination of the pressure at the outlet 16 takes place. If the latter exceeds an upper limit of, for example, 900 mbar, the rotational speed of the pumps 12, 14 is increased again in step 46. As long as the pressure is below 900 mbar, the speed of the pumps 12, 14 remains reduced. After increasing the speed in step 46, then again checking the pressure according to step 34.
  • FIGS. 3 and 4 which represent alternative further preferred embodiments of the device according to the invention and of the corresponding method according to the invention, similar and / or identical components are identified by the same reference numerals.
  • a pressure differential meter 48 is provided in addition to the components according to the embodiment in FIG. 1, in addition to the components according to the embodiment in FIG. 1, a pressure differential meter 48 is provided. With the help of the pressure difference meter, the pressure difference between the auxiliary pump 20 and the check valve 22 is measured. If the pressure difference exceeds a predetermined limit, the ejector 20 is switched off. Such high pressure differences prevail, in particular, at the beginning of the process in which large quantities of gas are pumped out of the chamber 10. Such large amounts of gas can not be promoted by the ejector 20, but are conveyed directly through the check valve 22. This is because the pressure difference compared to the main pump system is still relatively low, possible. At the beginning of operation, the pump 14 of the main pump system can still pump against the atmosphere.
  • control is carried out in the embodiment shown in Figure 4 via an intermediate control device 56 which is connected to both the pressure sensor 52 and the switchable valve 54. Further, the controller 56 is connected to the ejector 20 to turn on or off depending on the operating state. Also, with the aid of the control device 56 via the frequency converter 32, a regulation of the pump speed of the two pumps 12, 14 takes place.

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Abstract

Ein Vakuumpumpensystem zur Evakuierung einer Kammer (10) weist ein Hauptpumpensystem (12, 14) auf, das mit der Kammer (10) verbunden ist. Mit dem Hauptpumpensystem (12, 14) ist ein Hilfspumpensystem (20) verbunden, wobei das Hilfspumpensystem (20) eine Ejektorpumpe aufweist. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Regeln der Drehzahl der mindestens einen Pumpe des Hauptpumpensystems (12, 14) in Abhängigkeit eines am Auslass (16) oder am Einlass (50) des Hauptpumpensystems (12, 14) gemessenen Drucks.

Description

Vakuumpumpensvstem zur Evakuierung einer Kammer sowie Verfahren zur Steuerung eines Vakuumpumpensystems
Die Erfindung betrifft ein Vakuumpumpensystem zur Evakuierung einer Kammer bzw. um eine Kammer auf einem vorgegebenen Unterdruck von insbesondere weniger als 10 mbar zu halten sowie ein Verfahren zur Steuerung eines derartigen Vakuumpumpensystems.
Vakuumpumpensysteme weisen mehrere Vakuumpumpen auf. Hierbei ist es bekannt, ein Hauptpumpensystem mit einer oder mehrerer Vakuumpumpen vorzusehen, das von einem Hilfspumpensystem unterstützt wird . Üblicherweise ist das Hilfspumpensystem dem Hauptpumpensystem in Förderrichtung nachgeordnet bzw. mit dem Auslass des Hauptpumpensystems verbunden. Das Hilfspumpensystem pumpt das Gas gegen Atmosphärendruck und verringert den Druck im Auslassbereich des Hauptpumpensystems, so dass das Hauptpumpensystem nicht gegen Atmosphärendruck fördern muss. Hierdurch ist es möglich, sehr niedrige Enddrücke in der zu evakuierenden Kammer bzw. dem Rezipienten zu realisieren. Derartige Vakuumpumpensysteme sind beispielsweise in WO 03/023229, US 5,709,537 oder WO 03/093678 beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Energieeffizienz eines Vakuumpumpensystems zur Evakuierung einer Kammer zu steigern . Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Vakuumpumpensystem gemäß Anspruch 1 bzw. ein Verfahren zur Steuerung eines Vakuumpumpensystems gemäß Anspruch 8.
Das erfindungsgemäße Vakuumpumpensystem zur Evakuierung einer Kammer bzw. eines Rezipienten weist ein Hauptpumpensystem auf, das insbesondere unmittelbar mit der Kammer verbunden ist. Hierbei kann das Hauptpumpensystem mindestens ein, insbesondere mehrere Vakuumpumpen aufweisen. Bei den im Hauptpumpensystem vorgesehenen Vakuumpumpen handelt es sich vorzugsweise um Schraubenvakuumpumpen oder Rootspumpen. Insbesondere werden im Hauptpumpensystem Pumpen mit einer hohen inneren Verdichtung eingesetzt. Die innere Verdichtung beschreibt das Verhältnis des Volumens am Pumpeneinlass vor dem Komprimieren zu dem Volumen am Pumpenauslass nach dem Komprimieren. Durch hohe innere Verdichtungen von beispielsweise 1 : 10 ist es möglich, große Gasvolumina zu fördern. Zu Beginn der Evakuierung sind derartige, ein großes Volumen in kurzer Zeit fördernde Pumpen sehr gut geeignet. Bei Erreichen des Enddrucks in der Kammer müssen derartige großvolumige Pumpen zur Aufrechterhaltung des geringen Drucks in der Kammer weiter bei hoher Leistungsaufnahme betrieben werden, um das Vakuum bzw. den geringen Enddruck aufrecht zu erhalten. Da insbesondere im Bereich des Enddrucks von dem Hauptpumpensystem nur noch geringe Gasmengen gefördert werden müssen, ist ein dem Hauptpumpensystem nachgeschaltetes Hilfspumpensystem vorgesehen, das mit dem Auslass des Hauptpumpensystems verbunden ist.
Das Hilfspumpensystem weist erfindungsgemäß eine Ejektorpumpe auf. Ejektorpumpen weisen insbesondere beim Betrieb des Vakuumsystems im Enddruckbereich den Vorteil auf, dass durch diese die verbleibenden relativ geringen Gasmengen bei geringem Energiebedarf gefördert werden können. Dies hat den erfindungsgemäßen wesentlichen Vorteil, dass es möglich ist, durch Vorsehen einer Ejektorpumpe im Hilfspumpensystem im Enddruckbereich die Drehzahl der mindestens einen Pumpe des Hauptpumpensystems zu verringern. Hierdurch sinkt die Energieaufnahme dieser Pumpe des Hauptpumpensystems deutlich. Durch Vorsehen einer Ejektorpumpe im Hilfspumpensystem kann somit die Energieeffizienz deutlich gesteigert werden.
Bei der Ejektorpumpe kann es sich um eine Flüssigkeits- oder eine Gasejektorpumpe handeln. Je nach Einsatzgebiet kann beim Fördern von Gasen das Vorsehen einer Gasejektorpumpe vorteilhaft sein, wobei eine Flüssigkeitsejektorpumpe einerseits den Vorteil aufweist, dass die Flüssigkeit auf einfache Weise von dem geförderten Gas wieder getrennt werden kann.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Vakuumpumpensystems ist es möglich, bei hohem effektiven Saugvermögen, niedrige Einlassdrücke zu realisieren bzw. diese aufrecht zu erhalten. Besonders bevorzugt ist der Einsatz des Vakuumpumpensystems um nach dem Evakuieren einer Kammer, d.h. nachdem eine Kammer von beispielsweise Umgebungsdruck auf einen niedrigen Druck von insbesondere weniger als 10 mbar evakuiert wurde, diesen niedrigen Druck über einen längeren Prozesszeitraum aufrecht zu erhalten.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Vakuumpumpensystems ist parallel zu der Ejektorpumpe eine Ventileinrichtung vorgesehen. Die Ventileinrichtung kann hierbei beispielsweise ein schaltbares Ventil oder ein beispielsweise federbelastetes Rückschlagventil aufweisen. Das Vorsehen einer derartigen Ventileinrichtung hat den Vorteil, dass insbesondere zu Beginn einer Evakuierung, bei der große Gasmengen gefördert werden, das Hauptpumpensystem das zu fördernde Medium unmittelbar gegen Atmosphäre fördert. Dies ist insbesondere zu Beginn der Evakuierung möglich, da die Druckdifferenz noch relativ gering ist. Ein Fördern über die Ventileinrichtung hat den Vorteil, dass Gasmengen gefördert werden können, die von der Ejektorpumpe aufgrund des begrenzten Durchsatzes nicht gefördert werden könnten. Bevorzugt ist es ferner, insbesondere im Auslassbereich des Hauptpumpensystems einen Drucksensor anzuordnen. Hierdurch ist es möglich, beispielsweise bei Erreichen eines Grenzdrucks, der insbesondere nahe dem geplanten Enddruck liegt, die Drehzahl der mindestens einen Pumpe des Hauptpumpensystems zu verringern. Insbesondere, wenn im Auslassbereich des Hauptpumpensystems bereits ein relativ geringer Druck herrscht, ist die zu fördernde Gasmenge verhältnismäßig klein. Dies hat zur Folge, dass die Gasmenge von der mindestens einen Pumpe des Hauptpumpensystems auch bei niedriger Drehzahl gefördert werden kann, zumal diese Gasmenge von der Ejektorpumpe auf einfache Weise gefördert werden kann. Das sodann mögliche Absenken der Drehzahl der mindestens einen Pumpe des Hauptpumpensystems führt zu erheblichen Energieeinsparungen. Hierbei ist es vorteilhaft, dass auch bei niedrigen Drehzahlen keine Rückströmung des Fördermediums auftritt.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Vakuumpumpensystems besteht darin, dass durch Vorsehen der Ejektorpumpe der Druck im Auslassbereich des Hauptpumpensystems verringert wird. Dies hat eine Verringerung der Druckdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass der mindestens einen Pumpe des Hauptpumpensystems zur Folge, wodurch die Dichtigkeit der Pumpe verbessert wird. Insbesondere ist hierdurch die Dichtigkeit der Dichtspalte der entsprechenden Pumpe verbessert.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Druckdifferenzmesser vorgesehen, der die Druckdifferenz zwischen dem Hilfspumpensystem und der Ventileinrichtung misst. Hierdurch ist es möglich, bei Unterschreiten einer vorgegebenen Druckdifferenz das Hilfspumpensystem ganz oder teilweise abzuschalten. Dies ist insbesondere zu Beginn einer Evakuierung vorteilhaft, da das Hilfspumpensystem zu diesem Zeitpunkt noch nicht erforderlich ist und durch Abschalten des Hilfspumpensystems die Leistungsaufnahme des Gesamtsystems verringert werden kann. Erfindungsgemäß ist es somit bevorzugt, dass das Hilfspumpensystem erst bei Überschreiten einer gewissen Druckdifferenz zugeschaltet wird, so dass die Energieeffizienz weiter verbessert werden kann.
Anstelle des Vorsehens eines Drucksensors im Auslassbereich des Hauptpumpensystems ist es auch möglich, einen Drucksensor im Einlassbereich des Hauptpumpensystems vorzusehen. Dies ist insbesondere in Kombination mit einem parallel zur Ejektorpumpe vorgesehenen schaltbaren Ventil vorteilhaft. Bei geöffnetem Ventil verringert sich der Druck im Auslassbereich des Hauptpumpensystems, so dass die Druckmessung in diesem Bereich nur noch eine geringe Aussagekraft hat. Insofern ist es bevorzugt, beim Vorsehen eines schaltbaren Ventils das Schalten des Ventils in Abhängigkeit des Drucks in einem Einlassbereich des Hauptpumpensystems oder einem Einlassbereich einer der Pumpen des Hauptpumpensystems zu steuern.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, wobei es sich vorzugsweise um eine gemeinsame zentrale Steuereinrichtung handelt, mit der sämtliche Pumpen des Hauptpumpensystems sowie des Hilfspumpensystems gesteuert werden. Des Weiteren erfolgt vorzugsweise durch diese Steuereinrichtung ein Steuern eines gegebenenfalls vorgesehenen schaltbaren Ventils. Insbesondere erfolgt durch die Steuereinrichtung ein Steuern der Drehzahl der mindestens einen Pumpe des Hauptpumpensystems in Abhängigkeit des von dem mindestens einen Drucksensor gemessenen Drucks.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Pumpensystems zur Evakuierung einer Kammer. Ein derartiges Pumpensystem weist ein Hauptpumpensystem auf, das mit der Kammer verbunden ist. Mit dem Auslass des Hauptpumpensystems ist ein Hilfspumpensystem verbunden. Das Vakuumpumpensystem ist wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise vorteilhaft weitergebildet, muss zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Hilfspumpensystem jedoch nicht unbedingt eine Ejektorpumpe aufweisen.
Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Auslass- und/ oder Einlassbereich des Hauptpumpensystems ein Druck bestimmt. Anhand des gemessenen Drucks erfolgt sodann ein Regeln der Drehzahl der mindestens einen Pumpe des Hauptpumpensystems. Zur Durchführung dieser Verfahrensschritte ist es bevorzugt, dass das Pumpensystem im Bereich des Auslasses und/ oder im Bereich des Einlasses einen Drucksensor aufweist. Insbesondere ist es mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, bei Betrieb des Vakuumpumpensystems im Enddruckbereich die Energieeffizienz zu steigern. Im Enddruckbereich müssen nur noch sehr geringe Mengen an Gas gefördert werden, so dass die Drehzahl der mindestens einen Pumpe des Hauptpumpensystems verringert werden kann. Das zu fördernde Gas wird insbesondere auch durch die Hilfspumpe gefördert, wobei die Leistungsaufnahme der Hilfspumpe erheblich niedriger als diejenige des Hauptpumpensystems ist.
Vorzugsweise erfolgt ein Absenken der Drehzahl der mindestens einen Pumpe des Hauptpumpensystems bei Unterschreiten eines vorgegebenen Druckgrenzwertes. Des Weiteren ist es möglich, bei einem weiteren Absenken des Drucks einen weiteren niedrigeren Druckgrenzwert zu definieren, bei dem sodann ein erneutes Verringern der Drehzahl erfolgt. Insbesondere kann die Drehzahländerung der mindestens einen Pumpe des Hauptpumpensystems auch stufenlos erfolgen.
Um beispielsweise Schwankungen des Drucks und/ oder Ungenauigkeiten des Drucksensors auszugleichen, ist es bevorzugt, dass ein Absenken der Drehzahl erst nach einer vorgegebenen Zeitspanne erfolgt. Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Druckdifferenz zwischen dem Hilfspumpensystem und einer parallel zum Hilfspumpensystem angeordneten Ventileinrichtung bestimmt. In Abhängigkeit der Druckdifferenz wird die mindestens eine Pumpe des Hilfspumpensystems ein- oder ausgeschaltet. Insbesondere erfolgt bei Unterschreiten eines Grenzwertes einer Druckdifferenz ein Abschalten des Hilfspumpensystems. Hierbei handelt es sich um einen Bereich, in dem das Hilfspumpensystem das Hauptpumpensystem nicht oder nur geringfügig unterstützt und insofern die durch das Hilfspumpensystem erfolgte Leistungsaufnahme durch Abschalten eingespart werden kann.
Aufgrund des Vorsehens eines insbesondere erfindungsgemäß gesteuerten Hilfspumpensystems kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Steuern des Kühlwasserflusses erfolgen. Dies liegt darin begründet, dass durch die Reduzierung des Drucks im Auslassbereich des Hauptpumpensystems durch das Vorsehen des Hilfspumpensystems die Verdichtungsleistung des Hauptpumpensystems reduziert werden kann. Dies führt zu einer Reduzierung der mechanischen Reibung und somit zu einer Verringerung der erzeugten Wärmemenge. Hierdurch kann eine deutlich geringere Erwärmung eines Kühlmittels, wie einer Kühlflüssigkeit erzielt werden. Dies hat zur Folge, dass die durch das Vakuumpumpensystem erwärmte Kühlflüssigkeit vorzugsweise geringer gekühlt werden muss, bevor sie dem Kühlsystem wieder zugeleitet wird. Dies führt bereits zu einer Energieeinsparung. Auch kann ein Kühlfluid beispielsweise mit geringerer Geschwindigkeit durch das Kühlsystem gepumpt werden, da aufgrund der geringeren Wärmeerzeugung dennoch genug Wärme durch das Kühlfluid abgeführt wird . Auch dies führt zu einer erheblichen Energieeinsparung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen :
Figur 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Vakuumpumpensystems,
Figur 2 ein Ablaufdiagramm einer möglichen Steuerung des
Vakuumpumpensystems,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Vakuumpumpensystems, und
Figur 4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des Vakuumpumpensystems.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Kammer bzw. einer Rezipient 10 in Reihe zunächst mit einer Rootspumpe 12 und sodann mit einer Schraubenpumpe 14 verbunden. Die beiden Pumpen 12, 14 bilden hierbei das Hauptpumpensystem. Mit einem Auslass 16 der Schraubenpumpe 14 bzw. des Hauptpumpensystems ist über eine Leitung 18 eine Hilfspumpe 20, bei der es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere um eine Gasejektorpumpe handelt, verbunden. Parallel zu der Hilfspumpe 20 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Ventileinrichtung in Form eines Rückschlagventils 22 vorgesehen. Die mit dem Auslass der Ejektorpumpe 20 sowie des Rückschlagventils 22 verbundenen Leitungen 24, 26 sind zu einer Leitung 28 zusammengeführt, die beispielsweise mit der Atmosphäre verbunden ist. Selbstverständlich können Einrichtungen zur Rückgewinnung eines Ejektorgases oder dergleichen ebenfalls vorgesehen sein.
Im Bereich des Auslasses 16 des Hauptpumpensystems ist ein Drucksensor 30 vorgesehen. Der Drucksensor 30 ist mit Steuereinrichtungen 32 verbunden. Die beiden Steuereinrichtungen 32, bei denen es sich insbesondere um Frequenzumrichter handelt, dienen zur Steuerung der beiden Pumpen 12, 14, insbesondere der Drehzahl dieser beiden Pumpen.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Regeln der Drehzahl, mindestens einer der beiden Pumpen 12, 14 des Hauptpumpensystems. Dies erfolgt in Abhängigkeit des von dem Drucksensor 30 im Auslassbereich 16 gemessenen Drucks. So kann insbesondere bei Erreichen des Enddrucks in der Kammer 10 oder eines Drucks nahe dem Enddruck, die Drehzahl zumindest einer der beiden Pumpen 12, 14 verringert werden. Dies ist in diesem Betriebszustand möglich, da nur noch geringe Mengen an Gas aus der Kammer 10 gefördert werden. Ein derartig geringes Gasvolumen kann von der Ejektorpumpe 20 gefördert werden. Sollte der von dem Drucksensor 30 gemessene Druck einen Grenzwert wieder überschreiten, ist dies dadurch begründet, dass die zu fördernde Gasmenge gestiegen ist und von der Ejektorpumpe 20 nicht vollständig abtransportiert werden kann. Dies führt bei der erfindungsgemäßen Steuerung dazu, dass die Drehzahl zumindest einer, insbesondere beider Pumpen 12, 14 des Hauptpumpensystems wieder erhöht wird.
Eine derartige Steuerung ist in Figur 2 schematisch dargestellt. Hierin bedeutet "pex" den vom Druckmesser 30 gemessenen Druck am Auslass 16 des Hauptpumpensystems. In einem Schritt 34 wird bestimmt, ob dieser Druck <800 mbar ist. Solange dies nicht der Fall ist, erfolgt beispielsweise in regelmäßigen Abständen eine erneute Bestimmung des Drucks. Sobald der Druck "pex" am Auslass 16 unter 800 mbar sinkt, wird zunächst ein Timer 36, beispielsweise auf 60 s gesetzt. Im Schritt 38 wird überprüft, ob die Zeitspanne von 60 s abgelaufen ist. Erst danach erfolgt in Schritt 40 wiederum ein Überprüfen des Drucks des Auslasses 16. Durch Vorsehen des Timers kann sichergestellt werden, dass eine Veränderung der Drehzahl der Pumpe nicht bereits bei geringen Druckschwankungen erfolgt. Ist der Druck am Auslass 16 immer noch <800 mbar erfolgt ein Reduzieren der Drehzahl, insbesondere beider Pumpen 12, 14 mit Hilfe der Frequenzumrichter 32 im Schritt 42. Ist der Druck am Auslass wieder über 800 mbar gestiegen, wird die gesamte Abfrageschleife ab Schritt 34 erneut gestartet. Im Schritt 44 erfolgt ein weiteres Bestimmen des Drucks am Auslass 16. Überschreitet dieser eine Obergrenze von beispielsweise 900 mbar, wird die Drehzahl der Pumpen 12, 14 im Schritt 46 wieder erhöht. Solange der Druck unter 900 mbar ist, bleibt die Drehzahl der Pumpen 12, 14 reduziert. Nach Erhöhung der Drehzahl im Schritt 46 erfolgt sodann wiederum ein Überprüfen des Drucks gemäß Schritt 34.
In den Figuren 3 und 4, die alternative weitere bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des entsprechenden erfindungsgemäßen Verfahrens darstellen, sind ähnlich und/ oder identische Bauteile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform ist zusätzlich zu den Bauteilen gemäß der Ausführungsform in Figur 1 ein Druckdifferenzmesser 48 vorgesehen. Mit Hilfe des Druckdifferenzmessers wird die Druckdifferenz zwischen der Hilfspumpe 20 und dem Rückschlagventil 22 gemessen. Überschreitet die Druckdifferenz einen vorgegebenen Grenzwert erfolgt ein Abschalten der Ejektorpumpe 20. Derartig hohe Druckdifferenzen herrschen insbesondere zu Prozessbeginn, bei dem aus der Kammer 10 große Gasmengen abgepumpt werden. Derartige große Gasmengen können nicht von der Ejektorpumpe 20 gefördert werden, sondern werden unmittelbar über das Rückschlagventil 22 gefördert. Dies ist, da die Druckdifferenz gegenüber dem Hauptpumpensystem noch verhältnismäßig gering ist, möglich. Zu Beginn des Betriebes kann die Pumpe 14 des Hauptpumpensystems noch gegen Atmosphäre pumpen. Erst bei entsprechend geringen Druckdifferenz zwischen dem Rückschlagventil 22 und der Ejektorpumpe 20 erfolgt ein Zuschalten der Ejektorpumpe, da sodann zumindest ein Großteil des geförderten Gases durch die Ejektorpumpe 20 gefördert wird. Bei einer weiteren in Figur 4 dargestellten Ausführungsform ist anstelle des mit dem Auslass 16 verbundenen Drucksensors 30 ein mit einem Einlass 50 des Hauptpumpensystems verbundener Drucksensor 52 vorgesehen . Ferner ist anstelle eines Rückschlagventils 22 ein schaltbares Ventil 54 vorgesehen. Aufgrund des Vorsehens eines schaltbaren Ventils 54 ist eine Steuerung über dem Druck im Bereich des Auslasses 16 nicht mehr möglich, da ein schaltbares Ventil im Unterschied zu einem Rückschlagventil keinen Gegendruck erzeugt. Die Steuerung erfolgt bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel über ein zwischengeschaltetes Steuergerät 56, das sowohl mit dem Drucksensor 52 als auch mit dem schaltbaren Ventil 54 verbunden ist. Ferner ist das Steuergerät 56 mit der Ejektorpumpe 20 verbunden, um diese je nach Betriebszustand zu oder abzuschalten. Auch erfolgt mit Hilfe des Steuerungsgeräts 56 über die Frequenzumrichter 32 ein Regeln der Pumpendrehzahl der beiden Pumpen 12, 14.

Claims

Ansprüche
1. Vakuumpumpensystem zur Evakuierung einer Kammer (10), mit einem Hauptpumpensystem (12, 14), das mit der Kammer (10) verbunden ist und einem Hilfspumpensystem (20), das mit einem Auslass (16) des Hauptpumpensystems (12, 14) verbunden ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Hilfspumpensystem (20) eine Ejektorpumpe, insbesondere eine Gasejektorpumpe aufweist.
2. Vakuumpumpensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hilfspumpensystem (20) eine Ventileinrichtung (22), insbesondere ein Rückschlagventil parallel geschaltet ist.
3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen den Druck im Auslassbereich (16) des Hauptpumpensystems (12, 14) bestimmenden Drucksensors (30).
4. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen die Druckdifferenz zwischen dem Hilfspumpensystem (20) und der Ventileinrichtung (22) messenden Druckdifferenzmessers (48).
5. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen den Druck in einem Einlassbereich (50) bestimmenden Drucksensors (52).
6. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptpumpensystem (12, 14) eine Schraubenvakuumpumpe (14) und/ oder eine Rootspumpe (12) aufweist.
7. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Steuereinrichtung (56) zur Steuerung der Drehzahl der mindestens einen Pumpe (12, 14) des Hauptpumpensystems in Abhängigkeit des von dem mindestens einen Drucksensor (22, 52) gemessenen Drucks.
8. Verfahren zur Steuerung eines Vakuumpumpensystems zur Evakuierung einer Kammer (10), mit einem Hauptpumpensystem (12, 14), das mit der Kammer (10) verbunden ist und einem Hilfspumpensystem (20), das mit einem Auslass (16) des Hauptpumpensystems (12, 14) verbunden ist, mit den Schritten :
Bestimmen eines Drucks im Auslassbereich (16) und/ oder im Einlassbereich (50) des Hauptpumpensystems (12, 14) und
Regeln der Drehzahl der mindestens einen Pumpe (12, 14) des Hauptpumpensystems in Abhängigkeit des gemessenen Drucks.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem die Drehzahl der mindestens einen Pumpe des Hauptpumpensystems (12, 14) bei Unterschreiten eines Druckgrenzwerts verringert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem ein Verringern der Drehzahl bei Unterschreiten der Druckgrenze mindestens über eine vorgegebene Zeitspanne erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei welchem das Hilfspumpensystem (20) bei Unterschreiten eines Grenzwertes einer Druckdifferenz zwischen Hilfspumpensystem (20) und einer parallel zum Hilfspumpensystem (20) angeordneten Ventileinrichtung (22) abgeschaltet wird .
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei welchem ein Kühlmittelfluss in Abhängigkeit einer Temperatur des Hauptpumpensystems (12, 14) geregelt wird .
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