Vakuumpumpe sowie Verfahren zum Reinigen von Vakuumpumpen

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe sowie ein Verfahren zum Reinigen von Vakuumpumpen.

Mit Hilfe von Vakuumpumpen werden beispielsweise zur Durchführung von Beschichtungs-, Trocknungs- und Sinterprozessen Gase, insbesondere Luft, aus Beschichtungskammern oder dergleichen abgesaugt. Die abgesaugten Gase enthalten je nach Anwendung eine unterschiedliche Menge an Partikeln. Derartige Verschmutzungen lagern sich in dem Schöpfraum der Vakuumpumpe an der Innenseite des den Schöpfraum bildenden Gehäuses und/ oder an den Pumpetementen ab. In derartigen Prozessen werden üblicherweise trockene Vakuumpumpen eingesetzt. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Schraubenpumpen, Drehschieberpumpen, Wälzkolben- Pumpen oder entsprechend geeignete, insbesondere trockene Vakuumpumpen. Die Vakuumpumpen weisen stets einen Schöpfraum auf, in dem die Pumpelemente wie die Schrauben, die Schieber oder die Wälzkolben angeordnet sind.

Um Beschädigungen der Vakuumpumpe durch Verschmutzungen zu vermeiden ist es erforderlich, die Verunreinigungen im Schöpfraum zu entfernen. Hierzu ist es häufig erforderlich, die Pumpe zu demontieren und die Pumpelemente aus dem Schöpfraum zu entfernen, um die Verunreinigungen sodann

mechanisch zu beseitigen. Eine derartige Reinigung der Vakuumpumpe ist zeit- und kostenintensiv. Ferner ist es erforderlich, den Prozess für einen längeren Zeitraum zu unterbrechen oder die zu reinigende Pumpe durch eine entsprechende Pumpe zu ersetzen. Dies setzt voraus, dass eine entsprechende Anzahl an Ersatzpumpen vorhanden ist, wodurch die Kosten des HerstelSungsprozesses erhöht werden.

Ferner ist es bekannt, den Schöpfraum mittels einer Reinigungsfiüssigkeit zu reinigen. Hierzu wird die Vakuumpumpe vom Prozess getrennt und eine geringe Menge an Reinigungsflüssigkeit dem Schöpfraum im Pumpbetrieb zugeführt Aufgrund des in dem Schöpfraum herrschenden geringen Drucks erfolgt ein unmittelbares Verdampfen der Reinigungsfiüssigkeit. Durch das Auftreten von Kavitation erfolgt ein Absprengen bzw. Entfernen der Verschmutzungen von der Innenwand des Schutzraums bzw. von Purnpeiementen. Zur Durchführung dieses Reinigungsverfahrens ist es erforderlich, dass ein entsprechend geringer Druck im Schöpfraum herrscht Da die zugeführte Reinigungsflüssigkeit den Spalt zwischen Innenwand und Pumpelement bzw. zwischen zwei Pumpelementen zumindest teilweise verschließt, steigt beim Zuführen der Reinigungsflüssigkeit die Leistungsaufnahme der Vakuumpumpe stark an. Dies ist selbst bei der Zufuhr geringer Mengen an Reinigungsflüssigkeit der Fall. Die erhöhte Leistungsaufnahme führt zu unerwünschten Belastungen des Stromnetzes und kann ferner Beschädigungen des Antriebsrnotors der Vakuumpumpe hervorrufen. Ferner ist es erforderlich während des Spülvorgangs Gas zuzuführen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vakuumpumpe mit einer Reinigungseinrichtung zu schaffen, durch die eine kostengünstige und zuverlässige Reinigung möglich ist, wobei vorzugsweise eine starke Belastung des Stromnetzes sowie des Pumpenmotors vermieden werden soll. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Reinigen von Vakuumpumpen zu schaffen-

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Vakuumpumpe gemäß Anspruch 1 bzw. ein Verfahren zum Reinigen von Vakuumpumpen gemäß Anspruch 5,

Das Zuführen der Reinigungsflüssigkeit in den Schöpfraum kann über eine gesonderte Zuführöffnung, die über Rohrleitungen mit dem Behälter für die Reinigungsflüssigkeit verbindbar bzw. verbunden Ist, erfolgen. Ebenso ist es möglich, das Reinigungsmittel über die Ansaugöffnung und/ oder eine Auslassöffnung bzw. eine mit Ansaug-/ Auslassöffnung verbundene Rohrleitung dem Schöpfraum zuzuführen.

Die Vakuumpumpe weist einen durch ein Gehäuse ausgebildeten Schöpfraum auf. Das Gehäuse weist eine Ansaugöffnung, durch die das zu pumpende Gas gesaugt wird, auf. Die Ansaugöffnung ist im Betrieb beispielsweise mit einer Beschichtungskammer, einem Sinterofen oder dergleichen verbunden. Ferner weist das Gehäuse eine Ausstoßöffnung auf, durch die das abgesaugte Gas ausgestoßen wird. Innerhalb des Schöpfraums sind die Pumpelemente zum Fördern des Gases in Richtung der Ausstoßöffnung angeordnet. Je nach Typ der eingesetzten Vakuumpumpe handelt es sich bei den Pumpelementen beispielsweise um Schrauben, Drehschieber, Wälzkolben etc. Mit dem Schöpfraum oder einer mit dem Schöpfraum über die Aπsaug- oder die Auslassöffnung verbundenen Leitung ist ferner ein Behälter zur Aufnahme von Reinigungsflüssigkeit verbunden. Erfindungsgemäß ist mindestens ein Schallgenerator zur Erzeugung von Schallwellen vorgesehen.

Zum Reinigen des Schöpfraums und/ oder der in dem Schöpfraum vorhandenen Pumpelemente wird Reinigungsflüssigkeit aus dem Behälter dem Schöpfraum zugeführt. Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen mindestens einen Schallgenerator werden in die Reinigungsflüssigkeit und/ oder in mindestens eines der Pumpelemente und/ oder in das Gehäuse SchailweSien eingekoppelt Durch dieses insbesondere vollständige Befüllen des

Schöpfraums mit Reinigungsflüssigkeit und dem Einkoppein von Schallwellen kommt es an Grenzübergängen zwischen der Reinigungsflüssigkeit und einem Fremdmaterial zur Ausbildung von Kavitäten, d.h. Hohlräumen aufgrund von Druckminima der Schallwellen. Verschmutzungen, die insbesondere an den Pumpenelementen oder den Wandungen des Schöpfraums anhaften, stellen auch ein derartiges Fremdmaterial dar. Aufgrund der auftretenden Druckmaxima fallen die mit Gas aus der Reinigungsflüssigkeit gefüllten Hohlräume implosionsartig zusammen. Hierdurch entstehen lokal hohe Drücke und hohe Temperaturen. Dieser zyklisch auftretende Vorgang bewirkt durch Absprengen bzw. Abplatzen der Verunreinigungen an den Grenzübergängen das Entfernen von Verunreinigungen von Pumpeiementen und/ oder den Wandungen des Schöpfraums.

Der mindestens eine Schallgenerator kann innerhalb des Schöpfraums angeordnet sein. Sobald die Pumpe vom Prozess getrennt ist und die Ansaugöffnung verschlossen ist, um den Schöpfraum mit Reinigungsflüssigkeit zu befuilen, ist es somit mögiich, mit einem derart angeordneten Schallgenerator Schallwellen unmittelbar in die Reinigungsflüssigkeit einzukoppeln.

Ferner ist es möglich, einen Schallgenerator, insbesondere außen am Gehäuse oder innerhalb einer Gehäusewand anzuordnen. Die Schallwellen werden somit durch das Gehäuse hindurch bzw. über das Gehäuse in die sich in dem Schöpfraum befindende Flüssigkeit eingekoppelt.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Schallwellen unmittelbar in mindestens eines der Pumpelemente bzw. ein mit dem entsprechenden Pumpelement verbundenes Bauteil einzukuppeln. Beispielsweise ist es bei Schraubenpumpen möglich, die Einkopplung der Schallwellen in die mit dem Schraubenrotor verbundene Rotorwelle vorzunehmen. Dies hat den Vorteil, dass der Schalfgenerator außerhalb des Schöpfraums angeordnet werden kann oder beispielsweise bei zweiseitig gelagerten Pumpenelementen, wie

Schraubenrnotoren, im Bereich der der Antriebsseite gegenüberliegenden Lagerung. Ferner kann einer oder mehrere SchaSlgeneratoren im inneren des Pumpenelements angeordnet sein.

Beim Vorsehen mehrerer Schallgeneratoren ist es erfindungsgemäß bevorzugt, die vorstehenden Anordnungsmöglichkeiten der Schallgeneratoren zu kombinieren.

Der mindestens eine Schallgenerator ist vorzugsweise als Ultraschallgenerator ausgebildet. Der Schallgenerator erzeugt hierbei vorzugsweise Schallwellen im Bereich von 20 kHz bis 1 GHz. Beim Vorsehen mehrerer Schallgeneratoren ist es bevorzugt, durch die einzelnen Schaügeneratoren Schallweilen unterschiedlicher Frequenz zu erzeugen. Besonders bevorzugt ist es, über eine Modulationseinrichtung, die insbesondere einen Frequenzumrichter aufweist, die Frequenz der von den mindestens einem Schallgenerator abgegebenen Schallwellen zu variieren. Ferner ist es möglich, durch die Modulationseiπrichtung gegebenenfalls auch die Amplitude der abgegebenen Schallwellen zu variieren. Durch die Veränderung der Frequenz und/ oder der Amplitude der erzeugten Schallwellen kann das Auftreten permanenter lokaler Wellenminima und Wellenmaxima innerhalb des Schöpfraums vermieden werden. Dies führt zu einer Vergleichmäßigung der Reinigung. Vorzugsweise ist die Modulationseinrichtung Teil einer Steuereinrichtung, wobei insbesondere eine automatische Steuerung der Prozessabläufe einschließlich des Variierens der Frequenz und/ oder der Amplitude erfolgt. Durch das Vorsehen mehrerer Schallgeneratoren, die gegebenenfalls mit unterschiedlichen Frequenzen oder Amplituden betrieben werden, erfolgt ein Anpassen an Strukturöffnungen. Insbesondere sollte der Abstand zwischen Schallgenerator und Verschmutzung kleiner als die halbe Wellenlänge sein. Ebenso kann ein SchaNgenerator frequenz- und/ oder amplitudenmodulierbar sein.

Bei der verwendeten Reinigungsflüssigkeit handelt es sich vorzugsweise um Wasser, dem gegebenenfalls Additive wie Lösungsmittel, Säuren oder Laugen

zugesetzt sein können. Eine weitere Verbesserung des Reiπigungseffekts kann durch die Verwendung von warmer Reinigungsflüssigkeit erzielt werden. Die Temperatur der Reinigungsfiüssigkeit liegt vorzugsweise oberhalb der Betriebstemperatur der Vakuumpumpe, und unterhalb der Siedetemperatur, Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Reinigen von Vakuumpumpen, wobei das Verfahren vorzugsweise mit der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäß ausgestalteten Vakuumpumpe erfolgt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt in einem ersten Schritt ein insbesondere vollständiges Befύllen des Schöpfraums mit Reinigungsfiüssigkeit. Anschließend erfolgt ein Einkoppeln von Schallwellen, um die an den Pumpelementen und/ oder der Innenwand des Schöpfraums haftenden Verunreinigungen zu entfernen, Erfindungsgernäß werden die Schallwellen entweder unmittelbar in die Reinigungsfiüssigkeit und/ oder in mindestens eines der Pumpelemente und/ oder in das Gehäuse eingekoppelt. Die Reinigung bzw. das Lösen der Verunreinigungen erfolgt, wie vorstehend anhand der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe beschrieben, durch Kavitation,

Bevorzugt ist es hierbei, hoch energetische Schallwellen einzukoppeln, die insbesondere im Bereich von 20 kHz bis 1 GHz liegen. Ferner ist es bevorzugt, dass die Amplitude und/ oder die Frequenz der Schallwellen moduliert wird.

Während des Reinigungsvorgangs kann die Vakuumpumpe abgeschaltet sein, so dass sich die Pumpelemente nicht bewegen. Ferner ist ein insbesondere langsames Drehen der Pumpelemente möglich, so dass insbesondere alle Oberflächen in den Bereich der Schallwellen gelangen undum das Abtransportieren bzw. Ausspülen der gelösten Verunreinigungen sicherzustellen. Ferner weist das langsame Drehen der Pumpelemente den Vorteil auf, dass sichergestellt ist, dass die Schallwellen auf sämtliche Bereiche der Pumpelemente auftreffen.

Das erfindungsgernäße Verfahren ist vorzugsweise, wie anhand der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe beschrieben, vorteilhaft weitergebildet.

Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe sowie das erfindungsgemäße Verfahren zum Reinigen von Vakuumpumpen weist insbesondere den Vorteil auf, dass es sich um einen äußerst umweltverträglichen Prozess handelt, da überwiegend wässrige Lösungen als Reinigungsmittel eingesetzt werden können. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein gleichmäßiges Reinigen erfolgt. Dies kann insbesondere durch die Anordnung mehrerer Schallgeneratoren sowie gegebenenfalls ein zusätzliches langsames Drehen der Pumpelemente erfolgen. Gegenüber mechanischen Reinigungsmethoden weist die Erfindung ferner den Vorteil auf, dass auch komplexe Teilegeometrien, wie sie beispielsweise bei Schraubenrotoren auftreten, auf einfache Weise gereinigt werden können. Ferner ist der Aufwand zum Reinigen der Vakuumpumpe erheblich reduziert. Insbesondere ist eine zuverlässige Reinigung vor Ort möglich, so dass die Reinigung der Vakuumpumpe erheblich kostengünstiger und auch kundenfreundlicher ist Des Weiteren kann die teilweise aufwändige Konstruktion von Vakuumpumpen vereinfacht werden, da beispielsweise ein auf einfache Weise abnehmbares Gehäuse zum mechanischen Reinigen der Pumpe nicht vorgesehen sein muss.

Gegenüber dem Einbringen einer geringen Menge an Reinigungsflussigkeit bei im Schöpfraum herrschenden geringen Drucken, um ein Verdampfen der Flüssigkeit zu bewirken, weist die Erfindung den Vorteil auf, dass erhöhte Leistungsaufnahmen und eine entsprechende Belastung des Stromnetzes sowie des Pumpenmotors nicht auftreten. Auch können beim Einbringen geringer Mengen von Reinigungsflussigkeit von beispielsweise ll/rnin, die im Schöpfraum verdampfen, durch Wasserschläge über längere Zeiträume Langzeitschäden auftreten, Hierbei handelt es sich um Ausbrüche an der Oberfläche des Materials aufgrund der Kavitationskräfte, Des Weiteren können bei diesem Verfahren Lagerbeschädigungen auftreten. Dies ist durch die Erfindung vermieden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausfuhrungsform unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt eine schematische teilweise geschnittene Seitenansicht einer Schrauben-Vakuumpumpe.

Ein Gehäuse 10 der Vakuumpumpe bildet einen Schöpfraurn 12 aus, in dem in der Zeichnung hintereinander zwei Pumpelemente in Form von schraubenförmigen Rotoren 14 angeordnet sind. Die beiden Rotoren 14 sind jeweils mit einer Welle 16 verbunden, die aus dem Schöpfraum 12 heraus in einen Lager- und Getrieberaum 18 geführt sind. In dem Lager- und Getrieberaum 18 ist üblicherweise ein Synchronisationsgetriebe zur Synchronisation der beiden Rotoren 14 angeordnet. Ferner kann in dem Lagerund Getrieberaum 18 der Antriebsmotor zum unmittelbaren oder mittelbaren Antreiben einer der beiden Rotorwellen 16 angeordnet sein. Der Lager- und Getrieberaum 18 ist durch Dichtungen 20 von dem Schöpfraum 12 getrennt.

Das Gehäuse weist eine Ansaugöffnung 22 auf, durch die das aus einem nicht dargestellten Raum abzusaugende Gas in den Schöpfraum 12 eingesaugt wird. Durch die Rotoren 14 erfolgt ein Fördern des Gases in Richtung einer Ausstoßöffπung 24.

Erfindungsgemäß ist über eine Rohrleitung 26 mit dem Schöpfraum ein Behälter 28 verbunden, in dem Reinigungsflüssigkeit aufbewahrt ist. Der Behälter 28 kann hierbei ständig während des Betriebs mit der Vakuumpumpe verbunden sein oder zum Reinigen der Vakuumpumpe, beispielsweise über einen Ventilanschluss 30 verbunden werden. Ferner kann der Behälter 28 auch mit einer mit der Ansaugöffnung 22 verbundenen Saugleitung verbunden sein, so dass die Reinigungsflüssigkeit über die Ansaugöffnung 22 in den Schöpfraum 12 gefeitet wird.

Im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ist der Behälter 28 über die Rohrleitung 26 mit einer von der Ansaugöffnung 22 gesonderten Zufuhröffnung 32 verbunden.

Innerhalb des Schöpfraums 12 ist ein erster Schallgenerator 34 bzw. der Schalikopf eines Schailgenerators angeordnet. Mehrere weitere Schallgeneratoren 36 sind an einer Außenseite 38 des Gehäuses 10 vorgesehen. Vorzugsweise sind die Schallgeneratoren 36 unmittelbar mit der Außenseite 38 des Gehäuses 10 verbunden oder innerhalb der Gehäusewand angeordnet. In Längsrichtung des Rotors 14 sind die Schallgeneratoren 36 seitlich neben bzw. radial zum Rotor 14 angeordnet und gleichzeitig über die Länge des Rotors 14 verteilt. Der Schalikopf kann vorzugsweise manuefl oder mittels Steuerung in Längsrichtung des Rotors bewegt werden. Insbesondere in Verbindung mit einer Rotordrehung können sehr gute Reinigungsergebnisse erzielt werden.

Gegebenenfalls kann ein weiterer Schalfgenerator 40 vorgesehen sein. Dieser ist im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel innerhalb des Rotors 14 angeordnet, so dass Schallwellen in den Rotorl4 und von diesem in die Reinigungsflussigkeit eingekoppelt werden.

über den Schallgenerator 34 erfolgt eine unmittelbare Einkopplung von Schallwellen in die zum Reinigen in den Schöpfraum 12 geförderte Reinigungsflüssigkeit. Der Schallgenerator 36 koppelt die Schallwellen über das Gehäuse 10 in die Reinigungsflussigkeit ein.

Vorzugsweise ist je Pumpelement 14 mindestens ein Schallgenerator vorgesehen.

Die Schaügeneratoren 34, 36, 40, von denen auch nur ein oder zwei Schallgeneratoren vorgesehen sein können, sind über elektrische Leitungen 42 mit einer Steuereinrichtung 44 verbunden. Innerhalb der Steuereinrichtung 44

kann eine Modulationseinrichtung zur Modulation der Frequenz und/ oder der Amplitude der einzelnen Schallgeneratoren 34, 36, 40 vorgesehen sein.

Zum Reinigen der Pumpenelernente 14 und/ oder einer Innenwand 46 des Schöpfraums 12 wird zunächst die Ansaugöffnung 22 geschlossen. Ferner wird zumindest zunächst vor dem Beruhen auch die Ausstoßöffnung 24 verschlossen. Anschließend erfolgt ein öffnen des Ventils 30, so dass Reinigungsflüssigkeit aus dem Behälter 28 in den Schöpfraum gelangt bis der gesamte Innenraum des Gehäuses 10 befüllt ist. Im nächsten Schritt wird einer oder mehrere der dargestellten Schallgeneratoren 34, 36, 40 durch die Steuereinrichtung 44 angesteuert, so dass der bzw. die Schallgeneratoren 34, 36, 40 insbesondere hochenergetische Ultraschalfwellen erzeugen. Gegebenenfalls wird die Ausstoßöffnung 24 zumindest geringfügig geöffnet, um ein Herausspülen der gelösten Verunreinigungen zu ermöglichen. Hierzu werden die Pumpeiemente 14 zusätzlich langsam gedreht. Durch Drehen mit beispielsweise 0,5 - 2 rpm der Pumpelemente 14 erfolgt ein Reinigen aller Oberflächen. Des Weiteren erfolgt vorzugsweise eine Modulierung der Frequenzen und/ oder Amplituden der von den Schallgeneratoren 34, 36, 40 abgegebenen Schallwellen.