GÖTTLICH, Hagen (Obere Wartstraße 2, Pfäfers, CH-7312, CH)
SCHNEIDER, Stefan (Lavadielstraße 10, Valens, CH-7317, CH)
OERLIKON SOLAR AG, TRÜBBACH (Hauptstraße 1a, Trübbach, CH-9477, CH)
KANNEN, Ingo (Zollstrockgürtel 3, Köln, 50969, DE)
GÖTTLICH, Hagen (Obere Wartstraße 2, Pfäfers, CH-7312, CH)
SCHNEIDER, Stefan (Lavadielstraße 10, Valens, CH-7317, CH)
| Patentansprüche 1. Verfahren zum Reinigen einer Vakuumpumpe (10), die eine Pumpenkammer (12) mit mindestens einem Pumpenrotor (14) aufweist, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Schritte: a) Einfüllen einer Reinigungsflüssigkeit (28) in die Pumpenkammer (12), b) Verteilen der Reinigungsflüssigkeit (28) in der Pumpenkammer (12), c) Lösen von Verunreinigungen mit der Reinigungsflüssigkeit (28), d) Ablassen der Reinigungsflüssigkeit (28) aus der Pumpenkammer (12). 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: e) Spülen der Pumpenkammer (12) mit einer Spülflüssigkeit, f) Trocknen der Pumpenkammer (12). 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsflüssigkeit (28) eine säurehaltige Reinigungslösung ist, und/oder dass die Spülflüssigkeit Wasser ist. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsflüssigkeit durch Bewegen des Rotors (14) in der Pumpenkammer (12) verteilt wird. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass vor Durchführen des Schrittes a) der Pumpenbetrieb gestoppt wird und/oder der Pumpenkammer-Einlass (20) und der Pumpenkammer- Auslass (22) verschlossen werden. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a)-c) wiederholt werden. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsflüssigkeit (28) Zitronensäure enthält und einen Säureanteil von etwa 2% bis 15% aufweist. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Säureanteil ca. 10% beträgt. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr eines Gasballasts, der ein Kondensieren des komprimierten Gases verhindert, zu der Pumpenkammer (12) gestoppt wird. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtgas-Bereich zwischen Pumpenkammer (12) und angrenzendem Getriebegehäuse des Pumpenrotors (14) vermindert wird. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem oberen Bereich der Pumpenkammer (12) eine Entgasungsöffnung (24) hergestellt wird, damit Gasansammlungen, welche ein Reagieren der Reinigungsflüssigkeit (28) mit zu entfernenden Verunreinigungen verhindern, durch die Entgasungsöffnung (24) aus der Pumpenkammer (12) entweichen können. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungsöffnung (24) in dem Bereich oberhalb des Austrittes (38) einer Rotorwellen-Durchführung (17) von der Getriebekammer (16) in die Pumpenkammer (12) hergestellt wird. 13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Entgasungsöffnung (24) eine Entgasungsrohrleitung (26) aufgesetzt wird, wobei das entweichende Gas durch die Rohrleitung (26) zur Atmosphäre hin geführt wird. 14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Entgasungsöffnung (24) eine Entgasungsrohrleitung (26) aufgesetzt wird, die in eine an den Pumpenkammer-Auslass (22) angeschlossene Abgasleitung (30) mündet. |
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen einer Vakuumpumpe, die eine Pumpenkammer mit mindestens einem Pumpenrotor aufweist.
Bei verschiedenen Anwendungen derartiger Vakuumpumpen besteht das Problem von Verunreinigungen, die während des Betriebs entstehen und sich im Schöpfraum der Pumpe (Pumpenkammer) anreichem. Solche Anwendungen sind zum Beispiel MOCVD-Prozesse, LPCVD- Prozesse, PECVD-Prozesse, PVD-Prozesse oder Lamination von z.B. Photovoltaik Modulen. Es handelt sich um Prozesse, bei denen Prozess-Gase eingesetzt werden oder in der Prozesskammer Reaktionsprodukte entstehen, die sich in der Vakuumpumpe aufgrund der Druck- /Temperaturverhältnisse zersetzen oder miteinander reagieren. Als Folge entstehen Partikel, die als Schichten aufwachsen oder staubförmig anfallen.
Eine solche Anwendung einer Vakuumpumpe ist beispielsweise das Auftragen transparenter leitfähiger Oxidschichten (TCO-Schichten) für die Herstellung von Solarzellen mit Hilfe von Vakuumpumpen. TCO-Schichten werden beispielsweise durch Kombination von Wasser und Diethylzink hergestellt. Wasser und Diethylzink können bei atmosphärischem Druck heftig miteinander reagieren. Bei geringem Druck von wenigen Millibar ist die Reaktion deutlich langsamer. Zur Herstellung der TCO-Schichten werden die beiden Materialien daher in Prozesskammern unter Vakuum zur Reaktion gebracht, um eine langsame Reaktion zu erzwingen. Bei der Reaktion von Wasser mit Diethylzink entstehen als Nebenprodukt Verunreinigungen in Form von Staubpartikeln, die zu Ablagerungen in dem Pumpengehäuse und an dem Rotor führen. Diese Reaktionen können auch in der Pumpe erfolgen. Durch diese Ablagerungen ist die maximale Betriebsdauer der Pumpe reduziert. Das Reinigen einer Vakuumpumpe ist umständlich und zeitaufwändig und erfordert in der Regel eine komplette Demontage der Pumpe.
Aus DE 10 2004 063 058 Al ist ein Spülverfahren zum Reinigen einer Vakuumschraubenpumpe bekannt, bei dem die Pumpe während des Betriebs mit Nenndrehzahl mit einem Reinigungsfluid gespült wird, wobei das Reinϊgungsfluid ein Gemisch aus einer Spülflüssigkeit und einem Spülgas ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zum Reinigen einer Vakuumpumpe zu schaffen, ohne dass die Pumpe dazu demontiert oder aus der Anlage ausgebaut werden muss.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist definiert durch die Merkmale von Patentanspruch 1. In die Pumpenkammer wird eine Reinigungsflüssigkeit z.B. in Form einer Säure, einer Lauge, eines Lösungsmittels oder eines Weichmachers eingefüllt. Durch Bewegen des Rotors wird die Reinigungslösung in der Pumpenkammer verteilt, so dass die Reinigungslösung auch schwer zugängliche Bereiche in der Pumpenkammer erreicht. Durch Bewegen des Rotors entsteht ein Gemisch aus Reinigungsflüssigkeit und gelösten Verunreinigungen. Dieses Gemisch wird anschließend aus der Pumpenkammer abgelassen. Durch das Auflösen der Verunreinigungen mit der Reinigungsflüssigkeit wird ein einfaches Reinigungsverfahren geschaffen, mit dem die maximale Betriebsdauer der Vakuumpumpe erhöht werden kann. Ein Verstopfen der Pumpe mit den Verunreinigungsablagerungen und somit ein mögliches Beschädigen oder gar Zerstören der Pumpe ist durch Anwendung des Reinigungsverfahrens vermeidbar. Das Reinigungsverfahren ist effizienter als herkömmliche einfache Spülverfahren. Die Dauer des Reinigungsvorgangs ist gegenüber herkömmlichen Verfahren verkürzt, wodurch die verfügbare Nutzungszeit der Pumpe erhöht ist.
Gegenüber dem bekannten Spülverfahren unter Verwendung eines Spülfluids während des Pumpenbetriebs mit Nenndrehzahl besteht der Vorteil darin, dass durch Einfüllen einer Reinigungsflüssigkeit in die Pumpenkammer und Verteilen der Reinigungsflüssigkeit innerhalb der Pumpenkammer unabhängig von dem eigentlich Spülvorgang Verunreinigungen besser gelöst werden können. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Reinigungsvorgang nicht während des Pumpenbetriebs mit Nenndrehzahl erfolgt. Hierzu sollte der Pumpenkammer- Einlass und der Pumpenkammer-Auslass verschlossen werden und die Pumpenkammer vollständig mit der Reinigungsflüssigkeit geflutet werden. Nach dem Reinigungsvorgang kann die Vakuumpumpe z.B. durch Anwenden des bekannten Spülverfahrens gespült werden.
Vorzugsweise wird nach Ablassen der Reinigungsflüssigkeit die Pumpenkammer mit einer Spülflüssigkeit, beispielsweise Wasser, gespült und anschließend getrocknet, bevor die Pumpe wieder in Betrieb genommen wird. Die Reinigungsflüssigkeit kann eine säurehaltige Reinigungslösung sein. Die säurehaltige Reinigungslösung löst zinkhaltige Ablagerungen.
Zur Erhöhung der Effektivität des Reinigungsverfahrens wird vorteilhafterweise Reinigungsflüssigkeit in die Pumpenkammer nachgefüllt und durch erneutes Bewegen des Rotors in der Pumpenkammer verteilt, damit frische Reinigungsflüssigkeit an die noch verbliebenen Ablagerungen zum Lösen derselben gelangt. Da die gelösten Ablagerungen die Reinigungsflüssigkeit aufbrauchen, kann ein mehrmaliges Nachfüllen und Bewegen des Rotors zur Steigerung der Effektivität notwendig sein.
Bevor die Reinigungsflüssigkeit in die Pumpenkammer eingefüllt wird, sollte der Pumpenbetrieb gestoppt werden. Der Pumpenkammer-Einlass und der Pumpenkammer-Auslass werden dann verschlossen. Insbesondere ist es vorteilhaft, mögliche Sekundärgase während des Reinigungsvorgangs aus der Pumpenkammer entweichen zu lassen. Ein Sekundärgas ist zum Beispiel Stickstoff, der als Dichtgas ("seal shaft purge") zwischen Pumpenkammer und angrenzendem Getriebegehäuse des Pumpenrotors oder als Gasballast, der ein Kondensieren des komprimierten Gases verhindern soll, verwendet wird. So wird beispielsweise die Zufuhr des Gasballasts gestoppt und der Dichtgasstrom vermindert. Zur Ableitung kann im oberen Bereich der Pumpenkammer eine Entgasungsöffnung hergestellt werden, durch die das Sekundärgas nach oben aus der Pumpenkammer zur Atmosphäre hin entweichen kann. Sekundärgase können ein gleichmäßiges Verteilen der Reinigungsflüssigkeit verhindern und somit die Effektivität des Reinigungsvorganges senken. Die Entgasungsöffnung kann mit einem abnehmbaren Stopfen versehen sein. Zum Entweichenlassen der Sekundärgase kann auf die Entgasungsöffnung eine Entgasungsrohrleitung aufgesetzt werden, durch die das entweichende Sekundärgas zur Atmosphäre hin geführt wird. Vorzugsweise ist die Entgasungsrohrleitung mit einer Abgasleitung für den Pumpenkammer-Auslass verbunden. Bei Verwendung einer säurehaltigen Reinigungslösung sollte der Säureanteil der Reinigungslösung ausreichend hoch für eine effektive Reinigung und hierbei ausreichend gering sein, um die Pumpenkomponenten nicht unnötig anzugreifen. Diese Eigenschaften sind bei einem Säureanteil zwischen 2% und 15% erfüllt. Ein besonders vorteilhafter Säureanteil beträgt etwa 10%. Eine vorteilhafte Säure für die Reinigungslösung ist Zitronensäure.
Im Folgenden wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 einen Schnitt durch eine Vakuumpumpe mit einer Pumpenkammer und mit einem Pumpenrotor und
Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1.
Die dargestellte Vakuumpumpe 10 weist eine Pumpenkammer 12 (Schöpfraum) auf, in der ein Rotor 14 axial verdichtend gelagert ist. Der Rotor 14 wird von einem außerhalb der Pumpenkammer 12 angeordneten Getriebe angetrieben, das in einem Getrieberaum 16 enthalten ist. Die Pumpenkammer 12 ist von einem Gehäuse 18 umgeben. Das Gehäuse 18 weist einen Pumpenkammer- Einlass 20 und einen Pumpenkammer-Auslass 22 auf. Die Welle 15 des Rotors 14 ist durch eine Durchführung 17 zwischen Gehäuse 18 und Getrieberaum 16 von der Pumpenkammer 12 in den Getrieberaum 16 geführt. Die Durchführung 17 ist im Detail in Figur 2 gezeigt.
In der Oberseite des Gehäuses ist eine Entgasungsöffnung 24 ausgebildet, auf die eine Entgasungsrohrleitung 26 aufgesetzt ist. Die Entgasungsrohrleitung 26 ist mit einer Abgasleitung 30, die mit dem Pumpenkammer-Auslass 22 verbunden ist, verbunden. Beim Betrieb der Vakuumpumpe mit Wasserdampf und Diethylzink reagieren diese miteinander bei steigendem Druck und bilden metallische oder oxidische Ablagerungen in Form von Zink oder Zinkoxid in der Pumpenkammer. Zum Lösen dieser Verunreinigungen wird zunächst der Betrieb der Pumpe 10 gestoppt und Pumpenkammer-Einlass 20 und Pumpenkammer-Auslass 22 verschlossen. Anschließend wird die Pumpenkammer 12 mit einer Reinigungsflüssigkeit 28 in Form einer zitronensäurehaltigen Reinigungslösung geflutet. Durch anschließendes Bewegen des Rotors 14 wird die Reinigungsflüssigkeit 28 gleichmäßig verteilt und gelangt dadurch an alle innenliegenden Flächen in der Pumpenkammer 12 und insbesondere auch in schwer zugängliche Bereiche der Pumpenkammer und Rotore. Die Reinigungsflüssigkeit löst die Ablagerungen und bildet mit diesen eine Lösung. Durch mehrmaliges Nachfüllen frischer Reinigungsflüssigkeit 28 und Bewegen des Rotors 14 zum Verteilen der Reinigungsflüssigkeit kann noch frische Reinigungsflüssigkeit an verbliebene Verunreinigungen gelangen und auch diese lösen.
Um zu verhindern, dass Ansammlungen von Sekundärgas die Reinigungslösung von Ablagerungen fernhalten, werden Sekundärgase durch die Entgasungsöffnung 24 abgeführt. Da die Entgasungsöffnung 24 im oberen Bereich des Gehäuses 18 ausgebildet ist, kann Sekundärgas in Form von nach oben in der Reinigungslösung aufsteigenden Gasblasen durch die Entgasungsöffnung 24 entweichen. Auf die Entgasungsöffnung 24 ist eine Entgasungsrohrleitung 26 aufgesetzt, die das entwichene Sekundärgas zur Atmosphäre hin abführt. In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Entgasungsrohrleitung 26 in die Abgasleitung 30 des Pumpenkammer-Auslasses 22 geführt.
Ein typisches Sekundärgas ist Stickstoff. Stickstoff wird beispielsweise als Gasballast eingesetzt, um zu vermeiden, dass der Wasserdampf beim Betrieb der Pumpe kondensiert. Stickstoff wird ferner als Dϊchtgas eingesetzt, um die Durchführung 17 der Rotorwelle vom Getrieberaum 16 in die Pumpenkammer 12 abzudichten, damit keine Verunreinigungen aus der Pumpe in den Getrieberaum gelangen und damit die Reinigungsflüssigkeit nicht in das Getriebe entweichen kann. Hierbei wird das Dichtgas über eine Dichtgaszuführleitung 32 dem Spalt 34 der Wellendichtung 36 zugeführt und strömt aus dem Spalt 34 in die Pumpenkammer 12. Dadurch wird mit Hilfe des Dichtgases Stickstoff im Bereich des Austritts 38 der Durchführung 17 eine dichtende Gasansammlung gebildet, die ein Eindringen der Reinigungsflüssigkeit 28 in den abzudichtenden Bereich verhindern kann. Um zu vermeiden, dass sich darüber hinaus Dichtgas ansammelt und die zu reinigende Oberfläche abschirmt, ist eine Ableitung erforderlich. Diese Ableitung wird dadurch geschaffen, dass die Entgasungsöffnung 24 oberhalb des Austritts 38 der Durchführung 17 ausgebildet wird, weil das aus dem Spalt 34 austretende Dichtgas in der Reinigungsflüssigkeit 28 innerhalb der Pumpenkammer 12 aufsteigt und sich in dem Bereich oberhalb des Durchführungsaustritts 38 ansammelt. Durch die Entgasungsöffnung 24 wird das Dichtgas abgeleitet.
Nachdem die Verunreinigungen von der Reinigungslösung gelöst wurden, wird die Reinigungsflüssigkeit 28 zusammen mit den gelösten Verunreinigungen aus der Pumpenkammer 12 abgelassen. Anschließend wird die Pumpenkammer 12 mit klarem Wasser gespült und danach getrocknet. Hierbei kann insbesondere ein aus dem Stand der Technik bekanntes Spülverfahren zum Einsatz kommen. Nach dem Trocknen ist der Reinigungsvorgang beendet und die Vakuumpumpe 10 kann wieder in Betrieb genommen werden.
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