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WO2003098045A1 - Verfahren zur erzeugung eines vakuums und vakuumpumpe zur durchführung dieses verfahrens - Google Patents

Verfahren zur erzeugung eines vakuums und vakuumpumpe zur durchführung dieses verfahrens Download PDF

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Publication number
WO2003098045A1
WO2003098045A1 PCT/EP2003/004988 EP0304988W WO03098045A1 WO 2003098045 A1 WO2003098045 A1 WO 2003098045A1 EP 0304988 W EP0304988 W EP 0304988W WO 03098045 A1 WO03098045 A1 WO 03098045A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
speed
vacuum
pump
pump drive
suction stage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2003/004988
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Erich Becker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KNF Neuberger GmbH
Original Assignee
KNF Neuberger GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=29432145&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=WO2003098045(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by KNF Neuberger GmbH filed Critical KNF Neuberger GmbH
Publication of WO2003098045A1 publication Critical patent/WO2003098045A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/0009—Special features
    • F04B43/0081—Special features systems, control, safety measures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B37/00—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
    • F04B37/10—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use
    • F04B37/14—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use to obtain high vacuum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/20—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by changing the driving speed

Definitions

  • the invention relates to a method for generating a vacuum by means of a vacuum pump.
  • the invention also relates to a vacuum pump which can be used in particular to carry out the method mentioned at the outset.
  • a vacuum pump is already known from DE 198 16 241 C1, which has a pump drive, the speed of which can be varied independently by means of a microprocessor as a function of the suction pressure in such a way that the speed of the pump drive is regulated to a minimum value of the suction pressure at which the lowest final vacuum is reached.
  • This prior art is the 'recognition that for diaphragm and piston pumps to increase the speed initially causes an increase of the attainable ultimate pressure - but that the final pressure reached a minimum value and then increases again in a further increase in speed. The final vacuum does not increase continuously, but goes through a minimum at a comparatively low speed at which the best final vacuum is achieved.
  • the vacuum pump according to the prior art according to DE 198 16 241 C1 has the disadvantage that the microprocessor required for speed adjustment and the pressure measuring element connected to it require a not inconsiderable effort. In addition, the time required to achieve the lowest final pressure is completely neglected in this prior art.
  • the vacuum pump used has a speed-switchable pump drive, the pump drive being operated at an increased speed in a first suction stage and the pump drive being operated after a time interval and / or after
  • a switch is made to a second suction stage, in which second suction stage the pump drive has a reduced speed, at which speed the vacuum pump reaches the lowest final vacuum.
  • the solution according to the invention for the vacuum pump of the type mentioned at the outset is, in particular, that this vacuum pump has a pump drive which can be switched over, the pump drive being switchable from a first suction stage at increased speed to a second suction stage at a reduced speed, at which speed the vacuum pump is the lowest Final vacuum reached.
  • the present invention is based on the finding that the lowest final pressure can only be achieved if the inlet and outlet valves work perfectly and do not overlap in their opening and closing times. Such an overlap of the valve opening and closing times is avoided if the natural frequency of the valves corresponds to the suction and discharge strokes of the pump. Due to the mass of the valve required for manufacturing reasons - depending on the output size - certain speeds cannot be exceeded the. At higher speeds, larger flow rates can be achieved despite valve timing overlaps.
  • the present invention now provides that the vacuum pump is operated in a first suction stage at an increased speed and that the pump drive is then switched over to a second suction stage with a reduced speed in comparison, at which reduced speed the vacuum pump reaches the lowest final vacuum.
  • the pumping-out process is therefore started by means of a first suction stage, in which the diaphragm or piston pump used can move the highest delivery rate at high speed. After a predetermined time interval and / or when the final vacuum is approached, the speed of the vacuum pump used can then be switched over to the optimum value for the valve function and reduced.
  • the reduced speed of the pump drive is selected so that the lowest final pressure can be expected for the pump type in question. Since the pump drive only has to be switched between two speed ranges, a complex microprocessor-controlled speed control is not absolutely necessary.
  • the effort associated with the vacuum pump according to the invention is further reduced if the pump drive can be switched between the first and the second suction stage by means of a pressure sensor and / or by means of a timing element. Instead, the pump drive can also be switched manually between the first and the second suction stage by means of a switch.
  • the speed control of the vacuum pump according to the invention can mechanically, for example, by means of a V-belt transmission with a variable V-belt pulley diameter.
  • electronic speed control is preferred.
  • the pump drive is designed as an AC motor and that a frequency converter is provided for changing the speed of the pump drive.
  • another advantageous proposal according to the invention provides that the pump drive is designed as a DC motor and that a voltage reduction is provided for changing the speed of the pump drive.
  • the time interval for the first suction stage can be varied by means of an adjustable timer.
  • a pressure sensor can also be provided to control the speed of the pump drive, which switches from the first suction stage to the second suction stage when a certain transfer pressure is reached.
  • the speed of the pump drive must be selected so that the transfer pressure is maintained.
  • the present invention can be used with all valve-controlled diaphragm or piston pumps. With the help of the present invention, the best possible final vacuum can be achieved quickly with comparatively little technical effort.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Vakuums mittels einer Vakuumpumpe. Die vorliegende Erfindung befasst sich auch mit einer Vakuumpumpe, die insbesondere zur Durchführung des eingangs erwähnten Verfahrens geeignet ist. Die erfindungsgemässe Vakuumpumpe hat einen drehzahlumschaltbaren Pumpantrieb, wobei der Pumpantrieb von einer ersten Saugstufe erhöhter Drehzahl in eine zweite Saugstufe mit einer demgegenüber verminderten Drehzahl umschaltbar ist, bei welcher Drehzahl die Vakuumpumpe das niedrigste Endvakuum erreicht.

Description

Verfahren zur Erzeugung eines Vakuums und Vakuumpumpe zur Durchführung dieses Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Vakuums mittels einer Vakuumpumpe. Die Erfindung befasst sich auch mit einer Vakuumpumpe, die insbesondere zur Durchführung des eingangs erwähnten Verfahrens einsetzbar ist.
Aus der DE 198 16 241 C1 ist bereits eine Vakuumpumpe bekannt, die einen Pumpenantrieb hat, dessen Drehzahl mittels eines Mikroprozessors in Abhängigkeit vom Ansaugdruck selbständig derart variiert werden kann, dass die Drehzahl des Pumpenan- triebs auf einen Minimalwert des Ansaugdrucks eingeregelt wird, bei dem das niedrigste Endvakuum erreicht wird. Diesem Stand der Technik liegt die ' Erkenntnis zugrunde, dass bei Membran- und Kolbenpumpen eine Erhöhung der Drehzahl zunächst eine Zunahme des erreichbaren Enddrucks bewirkt, - dass aber der Enddruck dann einen Minimalwert erreicht und anschließend bei einer weiteren Zunahme der Drehzahl wieder zunimmt. Das Endvakuum nimmt also nicht kontinuierlich zu, sondern geht bei vergleichsweise niedriger Drehzahl durch ein Minimum, bei dem ein bestes Endvakuum erreicht wird. Die zum Stand der Technik zählende Vakuumpumpe gemäß der DE 198 16 241 C1 hat jedoch den Nachteil, dass der zur Drehzahlanpassung erforderliche Mikroprozessor sowie das damit in Steuerverbindung stehende Druckmessorgan einen nicht unerheblichen Aufwand erfordern. Zudem wird bei diesem Stand der Technik der zum Erreichen des niedrigsten Enddrucks erforderliche Zeitaufwand völlig vernachlässigt .
Es besteht daher insbesondere die Aufgabe, ein Verfahren zur Erzeugung eines Vakuums sowie einen Vakuumpumpstand zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, bei denen sich mit geringstem technischen Aufwand rasch das bestmögliche Endvakuum erreichen lässt.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei dem Verfahren der eingangs erwähnten Art insbesondere darin, dass die verwendete Vakuumpumpe einen drehzahlumschaltbaren Pumpantrieb hat, wobei der Pumpantrieb in einer ersten Saugstufe mit erhÖh- ter Drehzahl betrieben wird und wobei der Pumpantrieb nach einem Zeitintervall und/oder nach Erreichen eines festgelegten Enddrucks in eine zweite Saugstufe umgeschaltet wird, in welcher zweiten Saugstufe der Pumpantrieb eine demgegenüber verminderte Drehzahl hat, bei welcher Drehzahl die Vakuumpumpe das niedrigste Endvakuum erreicht.
Die erfindungsgemäße Lösung bei der Vakuumpumpe der eingangs erwähnten Art besteht insbesondere darin, dass diese Vakuumpumpe einen drehzahlumschaltbaren Pumpantrieb hat, wobei der Pumpantrieb von einer ersten Saugstufe erhöhter Drehzahl in eine zweite Saugstufe mit einer demgegenüber verminderten Drehzahl umschaltbar ist, bei welcher Drehzahl die Vakuumpumpe das niedrigste Endvakuum erreicht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich der niedrigste Enddruck nur erreichen lässt, wenn die Einlaß- und Auslassventile perfekt arbeiten und sich in ihren Öff- nungs- und Schließzeiten nicht überschneiden. Ein solches Überschneiden der Ventilöffnungs- und -schließzeiten wird vermie- den, wenn die Eigenfrequenz der Ventile mit den Ansaug- und Ausstoßhüben der Pumpe übereinstimmt. Dabei können aufgrund der aus Fertigungsgründen notwendigen Masse des Ventils - je nach Leistungsgröße - bestimmte Drehzahlen nicht überschritten wer- den. Bei höheren Drehzahlen können aber trotz Ventilzeitenüberschneidungen größere Fördermengen erzielt werden. Die vorliegende Erfindung sieht nun vor, dass die Vakuumpumpe in einer ersten Saugstufe mit einer erhöhten Drehzahl betrieben wird und dass der Pumpantrieb anschließend in eine zweite Saugstufe mit einer demgegenüber verminderten Drehzahl umgeschaltet wird, bei welcher verminderten Drehzahl die Vakuumpumpe das niedrigste Endvakuum erreicht .
Der Auspumpvorgang wird also mittels einer ersten Saugstufe begonnen, bei der die verwendete Membran- oder Kolbenpumpe bei hoher Drehzahl die höchste Fördermenge bewegen kann. Nach einem vorgegebenen Zeitintervall und/oder bei Annäherung an das Endvakuum kann die Drehzahl der verwendeten Vakuumpumpe dann auf den für die Ventilfunktion optimalen Wert umgeschaltet und abgesenkt werden.
In der zweiten Saugstufe wird die verminderte Drehzahl des Pumpantriebs so gewählt, dass sie bei der betreffenden Pumpen- type den niedrigsten Enddruck erwarten lässt. Da der Pumpantrieb nur zwischen zwei Drehzahlbereichen umgeschaltet werden muss, ist eine aufwendige mikroprozessorgesteuerte Drehzahlsteuerung nicht zwingend erforderlich.
Der mit der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe verbundene Aufwand wird noch zusätzlich reduziert, wenn der Pumpantrieb zwischen der ersten und der zweiten Saugstufe mittels eines Drucksensors und/oder mittels eines Zeitgliedes umschaltbar ist. Stattdessen kann der Pumpantrieb aber auch mittels eines Schalters vom An- wender manuell zwischen der ersten und der zweiten Saugstufe umgeschaltet werden.
Die Drehzahlsteuerung der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe kann mechanisch beispielsweise durch eine Keilriemenübersetzung mit variablem Keilriemenscheibendurchmesser erfolgen. Bevorzugt wird jedoch eine elektronische Drehzahlsteuerung.
Dabei ist nach einem Vorschlag gemäß der Erfindung vorgesehen, dass der Pumpantrieb als Wechselstrommotor ausgebildet ist und dass zur DrehzahlVeränderung des Pumpantriebs ein Frequenzumrichter vorgesehen ist. Demgegenüber sieht ein anderer vorteilhafter Vorschlag gemäß der Erfindung vor, dass der Pumpantrieb als Gleichstrommotor ausgebildet ist und dass zur Drehzahlveränderung des Pumpantriebs eine Spannungsreduzierung vorgesehen ist.
Um das für die erste Saugstufe zur Verfügung stehende Zeitin- tervall verändern und beispielsweise bei einem größeren Vakuumbehälter derart verlängern zu können, bis rasch ein bestmögliches Endvakuum erreicht wird, ist es vorteilhaft, wenn das Zeitintervall für die erste Saugstufe mittels eines verstellbaren Zeitgliedes variierbar ist.
Zur Drehzahlsteuerung des Pumpantriebs kann auch ein Drucksensor vorgesehen sein, der bei Erreichen eines bestimmten Übergabedrucks von der ersten Saugstufe in die zweite Saugstufe umschaltet. Dabei ist die Drehzahl des Pumpantriebs so zu wählen, dass der Übergabedruck erhalten bleibt.
Die vorliegende Erfindung ist bei allen ventilgesteuerten Membran- oder Kolbenpumpen einsetzbar. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung lässt sich mit vergleichsweise geringem technischen Aufwand rasch das bestmögliche Endvakuum erreichen.
Ansprüche

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Erzeugung eines Vakuums mittels einer Vakuumpumpe, die einen drehzahlumschaltbaren Pumpantrieb hat, wo- bei der Pumpantrieb in einer ersten Saugstufe mit erhöhter Drehzahl betrieben wird und wobei der Pumpantrieb nach einem Zeitintervall und/oder nach Erreichen eines festgelegten Enddrucks in eine zweite Saugstufe umgeschaltet wird, in welcher zweiten Saugstufe der Pumpantrieb eine demgegenüber verminderte Drehzahl hat, bei welcher Drehzahl die Vakuumpumpe das niedrigste Endvakuum erreicht.
2. Vakuumpumpe, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , die einen drehzahlumschaltbaren Pumpan- trieb hat, wobei der Pumpantrieb von einer ersten Saugstufe erhöhter Drehzahl in eine zweite Saugstufe mit einer demgegenüber derart verminderten Drehzahl umschaltbar ist, bei welcher Drehzahl die Vakuumpumpe das niedrigste Endvakuum erreicht .
Vakuumpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Pumpantriebs mittels eines Drucksensors und/oder mittels eines Zeitgliedes zwischen der ersten und der zweiten Saugstufe umschaltbar ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpantrieb als Wechselstrommotor ausgebildet ist und dass zur Drehzahlveränderung des Pumpantriebs ein Frequenzumrichter vorgesehen ist.
Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpantrieb als Gleichstrommotor ausgebildet ist und dass zur Drehzahlveränderung des Pump- antriebs eine Spannungsreduzierung vorgesehen ist.
6. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitintervall für die erste Saug- stufe mittels eines verstellbaren Zeitgliedes variierbar ist .
Zusammenfassung
PCT/EP2003/004988 2002-05-17 2003-05-13 Verfahren zur erzeugung eines vakuums und vakuumpumpe zur durchführung dieses verfahrens Ceased WO2003098045A1 (de)

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DE10222130A1 (de) 2004-03-04

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