Modularer Pumpstand

Dr. Klaus Deutscher

An der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne wird das physikalische Verhalten verschiedener Plasmen für Beschichtungsprozesse und Oberflächenbehandlungen untersucht. Einer dieser Prozesse arbeitet mit einer Plasmafackel, von der ein gerichteter Plasmastrom ausgeht. Die Untersuchung des Verhaltens dieser Plasmaströme findet bei genau definierten Vakuumbedingungen statt. Während des Prozesses wird dem Kessel ein konstanter Gasfluss von 60 sccm Argon zugeführt. Der Vakuumpumpstand soll diesen Gasstrom im Druckbereich zwischen 1 und 500 mbar übernehmen und auf Atmosphäre verdichten. Dies entspricht einer Saugvermögensvariation von 7,2 bis 3600 m3/h, die mit einer einzigen Pumpe nicht abzudecken wäre. Dabei darf die Regelabweichung maximal 1% des gewählten Drucks betragen. Zusätzlich muss der Pumpstand einen Enddruck erreichen, der die Reinigung des Kessels bei einem Druck von 1 x 10-3 mbar ermöglicht.

In Abbildung 1 wird das Saugvermögen als Funktion des Ansaugdrucks dargestellt. Um die konstante Gaslast von 60 sccm absaugen zu können, muss das Saugvermögen des Pumpsystems für die jeweiligen Ansaugdrücke oberhalb der Geraden liegen. Im Bereich von 1 bis 500 mbar wurden dazu drei sinnvolle Druckbereiche A, B und C definiert. Der Bereich A reicht von 100 bis 500 mbar. Dies entspricht einem Saugvermögen von 7,2 bis 36 m3/h. Diese Anforderung kann mit einer Drehschieberpumpe PAC400 und einem Regelventil DN 40 abgedeckt werden. Das Ventil ist mit einen Kv-Wert von 25 m3/h ausgerüstet. Der Bereich B reicht von 5 bis 100 mbar. Die Variation im Saugvermögen liegt in diesem Bereich zwischen 36 und 720 m3/h. An dieser Stelle kommt die Vakuumpumpenkombination aus einer Wälzkolbenpumpe WKP1000A mit einer Drehschieberpumpe PAC400 zum Einsatz. Als Regelorgan dient hier ein Regelventil der Größe DN 100 mit einem Kv-Wert von 100 m3/h. Im Druckbereich C von 1 bis 10 mbar, dies entspricht dem Saugvermögensbereich von 360 bis 3600 m3/h, arbeitet eine Kombination aus einer Drehschieberpumpe PAC400 und den in Serie geschalteten Wälzkolbenpumpen WKP1000A und WKP6000A. Die Saugvermögensanpassung erfolgt in diesem Fall jedoch nicht durch ein Regelventil, sondern über Frequenzumrichtung an der WKP6000A. Die Frequenz kann stufenlos zwischen 5 und 60 Hz variiert werden. Die eingesetzte Klappe der Nennweite DN 250 dient nur als Absperrorgan.

Der erzielbare Enddruck dieser Kombination liegt unterhalb von 1 x 10-3 mbar. Werden alle drei Lösungsansätze zusammen betrachtet, kann der modulare Pumpstand WWD5500 von Pfeiffer Vacuum (Abb. 2) für alle Druckbereiche definiert werden.

Die Ansteuerung der Regelventile und des Frequenzumrichters erfolgt von einem separaten Schaltschrank aus. Mit der Steuerung werden neben der manuellen Druckvorwahl auch die Schaltlogik und die Verriegelungen zwischen den Pumpen realisiert. Die Regelfunktion für die Ventile und den Frequenzumrichter übernimmt ein Regler. Der Schaltschrank ist mit einer Schnittstelle ausgerüstet, die eine Steuerung von einem PC aus ermöglicht. Das zur Steuerung notwendige Drucksignal aus dem Kessel wird von zwei Vakuumdruckmessröhren in den Druckbereichen von 1 bis 1000 mbar und 0,1 bis 100 mbar zur Verfügung gestellt.

E cav 235