DE2837512A1 - Vorrichtung und verfahren zur steuerung des druckes in hochvakuumpumpen - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR. CLAUS REINLÄNDER DIPL.-ING. KLAUS BERNHARDT

OrthttraOe 12 . D-8000 München 60 ■ Telefon 832024/5 Telex 5212744 · Telegramme Interpatent

ς 28375Τ2

Vl P478 D

23. Aug. 1Ö78

Varian Associates, Inc. Palo Alto, CaI., USA

Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung des Druckes in Hochvakuumpumpen

Priorität: 29. August 1977 - USA - Serial No. 828,835 Kurzfassung:

Bei einer Vakuumdiffusionspumpe mit einem Ölbad, wobei das öl durch eine Heizung verdampft wird, wird ein vorbestimmtes Druckverhältnis zwischen einer Vorvakuumleitung und einem Sauganschluß (auf der Hochvakuumseite) aufrechterhalten. Eine charakteristische Große der Pumpe wird abgetastet, um ein Signal zu erzeugen, welches ein Indikator für das Druckverhältnis ist. Das Signal wird mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen, um ein Fehlersignal zu erzeugen, welches die Leistungszufuhr der Heizung an das

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ölbad steuert. Die abgetastete Größe kann beispielsweise der quadratische Mittelwert der Leistungszufuhr an die Heizung, die dem Bad zugeführte Wärme oder die Dichte der verdampften Flüssigkeit in der Pumpe sein.

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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Vakuumdampfpumpen, insbesondere Vakuumdampfpumpen, bei denen die Leistung, die kontinuierlich der Flüssigkeit mittels einer Heizung zugeführt wird, in Abhängigkeit von einem abgetasteten Signal gesteuert wird, welches ein Indikator für ein Druckverhältnis zwischen einer Vorvakuumleitung und einem Sauganschluß der Pumpe ist. Es ist bekannt, daß das Druckverhältnis P · /P zwischen einer Vorvakuumleitung und einem Sauganschluß einer Vakuumdampfpumpe, welche wie bei einer Diffusionspumpe ein Bad mit einer verdampfbaren Flüssigkeit besitzt, eine Funktion der Leistung ist, die durch eine Heizung an das Bad der verdampfbaren Flüssigkeit zugeführt wird. Solche Heizungen werden gewöhnlich mit einer nicht regulierten Wechsel-Stromquelle betrieben. Da die Spannung der nicht regulierten Wechselstromquelle variiert, verändert sich die der Heizung zugeführte Leistung, dies führt zu Veränderungen des Verhältnisses P-.-_/P._lie.. Auch wenn es möglich

el Π uUS

ist, eine regulierte Wechselspannungsquelle für die Leistungszufuhr an die Heizung vorzusehen, so sind doch solche Spannungsquellen relativ teuer und bieten oftmals nicht die Möglichkeit, die an die Heizung zugeführte Leistung zu verändern. Deshalb kann eine genaue Steuerung des

Druckverhältnisses P„,· ,,/P₃₁₁- mit bekannten Vorrichtungen im allgemeinen

ein aus

nicht erreicht werden, außerdem ist es schwierig, einen eingestellten Sollwert für das Druckverhältnis zu verändern.

Erfindungsgemäß wird ein vorgegebenes Verhältnis zwischen einer Vorvakuumleitung und einem Sauganschluß einer Vakuumdampfpumpe, welche eine Flüssigkeitsquelle (typischerweise ein Ölbad) besitzt, wobei die Flüssigkeit durch eine Heizung verdampft wird, aufrechterhalten, dazu wird eine charakteristische Größe der Pumpe abgetastet. Die abgetastete charakteristische Größe wird in ein Signal umgewandelt, welches das augenblickliche tatsächliche Druckverhältnis zwischen der Vorvakuumleitung und dem Sauganschluß anzeigt. In Abhängigkeit von diesem Signal, welches das augenblickliche Druckverhältnis anzeigt, wird die Leistung gesteuert, die der Flüssigkeit kontinuierlich durch die Heizung zugeführt wird, so daß das vorbestimmte Druckverhältnis erreicht wird. Das vorbestimmte Druckverhältnis kann ein vorgegebener Sollwert sein, der bei Bedarf innerhalb

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eines vorgegebenen Bereiches verändert werden kann. Durch Verwendung einer Rückkopplungsanordnung zur Abtastung einer charakteristischen Größe der Pumpe werden die Kosten, die mit einer regulierten Spannungsversorgung für die Heizung verbunden sind, vermieden.

Vorzugsweise findet die Erfindung ihre Anwendung bei Diffus ions pumpen, insbesondere bei Diffusionspumpen, bei denen der Heliumpartialdruck eine Rolle spielt, wie in dem US-Patent 3 690 151 offenbart ist. Dort bestehen Schwierigkeiten, den Partial druck des Heliums in der Vorvakuumleitung einer Diffusionspumpe zu messen, da in der Vorvakuumleitung ein hoher Druck herrscht, so daß das direkte Verfahren, d.h., den Druck in der Vorvakuumleitung (P_aus) und den Druck im Sauganschluß (P . ) zu messen, nicht anwendbar ist. Deshalb ist es notwendig, das Verhältnis P . /P, „

ein aus

indirekt zu bestimmen, indem an der Pumpe charakteristische Größen abgetastet werden, die von P„,-„/P_ailt. abhängig sind.

ein aus

Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung wird die kontinuierlich erfolgende Wärmezufuhr an die Quelle der verdampfbaren Flüssigkeit dadurch gesteuert, daß der quadratische Mittelwert der Leistungszufuhr an eine elektrische Heizung für die verdampfbare Flüssigkeit abgetastet wird. Der quadratische Mittelwert der der Heizung zugeführten Leistung ist direkt proportional der kontinuierlich erfolgenden Leistungszufuhr der Heizung an die verdampfbare Flüssigkeit.

Entsprechend einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Leistungszufuhr an die verdampfbare Flüssigkeit mit einem Wärmesensor bestimmt, beispielsweise mit einem Thermoelement, welches in einer Heizung angeordnet ist, welche die Wärme an die verdampfbare Flüssigkeit über einen Metallblock zuführt, der einen Weg mit hoher thermischer Leitfähigkeit bildet. Es ist notwendig, den Wärmesensor von der Flüssigkeit zu isolieren, da die Temperatur der Heizung und nicht die der Flüssigkeit aufgezeigt werden muß. Die Aufzeichnung der Flüssigkeitstemperatür zeigt nicht an, wieviel Wärmeleistung von der Heizung an die Flüssigkeit zugeführt wurde,

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da die Flüssigkeit eine große thermische Kapazität und damit eine Tendenz dazu hat, für eine lange Zeit eine konstante Temperatur zu behalten, unabhängig von der der Flüssigkeit zugeführten Wärme.

Die Leistung P, die von der Heizung an die verdampfbare Flüssigkeit zugeführt wird, ist von P_. und P,_1IC in folgender Weise abhängig:

61Π cLu5

Waus ■

Dabei sind IC, und K„ Konstanten, die durch Parameter der Pumpe bestimmt sind, und e ist die Basis des natürlichen Logarithmus.

Die Werte K₁ und K₂ sind in einer typischen Diffusionspumpe so ausgewählt, daß eine Pumpe mit einer hohen Empfindlichkeit erreicht wird. Die Empfindlichkeit ist so groß, daß eine Veränderung der an die Heizung zugeführten Wärmeleistung um einen Faktor 2 eine Veränderung des Verhältnisses P_,-_/P_ail_ in gleicher Größenordnung oder höherer Größenordnung

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bewirkt. Aufgrund der Werte von K, und K₂ verursacht eine nicht gesteuerte

Leistungszufuhr an die Heizung starke Veränderungen im Wert von P„,-„/P,_llf.»

sin aus

dies wird durch die Erfindung vermieden.

Obwohl es bekannt ist, die Temperatur eines Bades einer verdampfbaren Flüssigkeit in einer Hochvakuumpumpe zu steuern, um die Dampftemperatür innerhalb eines gewünschten Bereiches zu halten, bewirkt diese bekannte Dampftemperatur-Steuerung wenig für eine Stabilisierung des Druckverhältnisses P ._n/P_aus- Di^e bekannte Temperatursteuerung für die Badflüssigkeit benutzt einen thermostatischen Schalter, der in Kontakt mit der Badflüssigkeit ist, um die Temperatur der Flüssigkeit im Bad abzutasten und zu steuern, ob ein Strom an die Heizung zugeführt wird oder nicht. Der thermostatische Schalter kann tatsächlich die Stabilisierung des Druckverhältnisses P„,-„/P,_llc. verschlechtern, da ein thermostatischer Schalter ει η aus

kleine Veränderungen in der Spannung einer nicht regulierten Wechselstromquelle nicht kompensieren kann. Solch ein Schalter bewirkt, daß die der

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Heizung zugeführte Leistung für relativ lange Zeitspannen entweder voll ein- oder ganz abgeschaltet ist, abhängig davon, ob die Temperatur der Badflüssigkeit unterhalb oder oberhalb einer gewünschten Temperatur ist. Diese starken Änderungen in der der Heizung zugeführten Leistung führen zu starken Änderungen des Verhältnisses P.--„/P.. ,.. Außerdem ist die

θ Ι Π äUS

Temperaturabtastung der Badflüssigkeit eine ineffektive Maßnahme, da die Dichte des aus den Düsen der Diffusionspumpe ausströmenden Dampfes und damit der Druck der Flüssigkeit oder des üles im Wärmebad das Verhältnis P . /P steuert. Die Dichte des aus den Düsen der Pumpe ausströmenden Dampfes ist eine Funktion der Dampfmenge, die vom Wärmebad abdampft. Die Temperatur der Flüssigkeit bleibt unabhängig von der Wärmezufuhr am Punkt des Phasenwechsels der Flüssigkeit vom flüssigen Zustand zum dampfförmigen Zustand nahezu konstant.

Durch Steuerung der Leistungszufuhr an die Heizung, wobei die Leistung kontinuierlich und nicht intermittierend zugeführt wird, wird eine dauernde Steuerung der Dampfmenge erreicht, die von der Flüssigkeit des Ölbades abdampft.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verhältnis P_--_/P_ail- indirekt dadurch bestimmt, daß die Dichte des öldampfes,

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der vom Bad verdampft,abgetastet wird,und zv/ar bevor dieser Dampf durch irgendeine der Düsen der Diffusionspumpe strömt. Solch eine Dichtemessung kann beispielsweise durch eine bekannte Ionenquelle und einen Detektor im Dampfstrom erreicht werden, dabei sind die Ionenquelle und der Detektor in Strömungsrichtung hinter dem Bad und vor den Düsen der Diffusionspumpe angeordnet.

Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue verbesserte Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zur Einhaltung eines vorbestimmten Druckverhältnisses zwischen einer Vorvakuumleitung und einem Sauganschluß einer Vakuumdampfpumpe₉ welche eine Flüssigkeitsquelle besitzt, deren Flüssigkeit mittels einer Heizung verdampft wird, aufzuzeigen.

...Il

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Außerdem wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung mit geschlossenem Regelkreis und negativer Rückkopplung aufgezeigt, um ein vorbestimmtes Druckverhältnis zwischen einer Vorvakuumleitung und einem Sauganschluß einer Vakuumdampfpumpe, welche eine Flüssigkeitsquelle besitzt, deren Flüssigkeit mittels einer Heizung verdampft wird, aufrechtzuerhalten.

Außerdem wird erfindungsgemäß eine Rückkopplungssteuerung aufgezeigt, um ein vorbestimmtes Verhältnis zwischen einer Vorvakuumleitung und einem Sauganschluß einer Vakuumdampfpumpe aufrechtzuerhalten, die eine Flüssigkeitsquelle mit einer verdampfbaren Flüssigkeit besitzt, dabei wird die Rückkopplungssteuerung indirekt durchgeführt, ohne einen der Druckwerte zu messen.

Außerdem werden erfindungsgemäß eine Vorrichtung und ein Verfahren aufgezeigt, um ein vorbestimmtes Druckverhältnis zwischen einer Vorvakuumleitung und einem Sauganschluß einer Vakuumdampfpumpe, die eine Flüssigkeits· quelle besitzt, deren Flüssigkeit mittels einer Heizung verdampft wird, aufrechtzuerhalten, wobei eine charakteristische Größe der Pumpe abgetastet wird, um die der Heizung kontinuierlich zugeführte Leistung zu steuern.

Außerdem wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung aufgezeigt, um ein Druckverhältnis zwischen einer Vorvakuumleitung und einem Sauganschluß einer Vakuumpumpe, die eine Flüssigkeitsquelle besitzt, deren Flüssigkeit mittels einer Heizung verdampft wird, in einem vorgegebenen Punktbereich zu halten.

Fig. 1 ist eine Blockdarsteilung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Blockdarstellung der Erfindung, wobei ein Wärmesensor für die Heizung vorgesehen ist.

Fig. 3 ist eine Blockdarstellung einer modifizierten Steuerung entsprechend der Erfindung, wobei ein Dampfdichte-Meßgerät verwendet wird.

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In Fig. 1 ist eine konventionelle Diffusionspumpe 11 abgebildet, welche ein ölbad oder ein Bad 12 mit einer verdampfbaren Flüssigkeit besitzt, welche mittels einer elektrischen Widerstandsheizung bis zum Dampfzustand aufgeheizt wird. Die aus dem Bad 12 verdampfte Flüssigkeit strömt durch die Diffusionsdüsen 14 gegen die Wand einer zylindrischen Kammer der Pumpe 11. Der Dampf kondensiert auf der zylindrischen Wand des Gehäuses 15 und fließt abwärts in das Bad 12, wo er in bekannter Weise wiederum aufgeheizt wird. Die Vakuumkammer 16, die auf einen relativ geringen Druck evakuiert wird (auf typischerweise in der Größenordnung von 10 Torr), ist über den Flansch 17 mit einer Eingangsöffnung 18 am Oberteil des Gehäuses 15 verbunden. Die Wand des Gehäuses 15 besitzt eine Ausgangsöffnung 19, die zwischen der untersten Düse 14 und der Badoberfläche 12 angeordnet ist und mit der Vorvakuumleitung 20 verbunden ist, die durch die Vorvakuumpumpe 21 evakuiert wird. Die vorangehend geschilderte Konstruktion ist bekannt und dient als Hintergrund für die Erfindung.

Erfindungsgemäß wird das Druckverhältnis P_niJP_a„_r der Druckwerte an den öffnungen 18 und 19 konstant gehalten. Dabei ist P . der Druck an der öffnung 18,

de·" Druck an der öffnung 19.
Das Verhältnis P .-,/P₃₁₁- wird durch Steuerung der von der Heizung 13 an

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das Bad 12 zugeführten Leistung auf einem vorbestimmten, einstellbaren Wert gehalten. Durch Steuerung der von der Heizung 13 an das Bad 12 zugeführten Leistung wird das Verhältnis P_e-j_n/P_aus entsprechend der folgenden Gleichung gesteuert:

Waus - Φ^?

Dabei sind K. und K₂ Parameter, die durch die Eigenschaften der Pumpe vorgegeben werden,

e ist die Basis des natürlichen Logarithmus,

P ist die kontinuierlich von der Heizung 13 an das Bad 12 zugeführte Wärmeleistung.

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Entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 1 wird die an das Bad 12 zugeführte Wärmeleistung durch Steuerung des quadratischen Mittelwertes der Leistung, die an die konventionelle Heizung 13 zugeführt wird, gesteuert. Dafür wird der quadratische Mittelwert der an die Heizung 13 zugeführten Leistung abgetastet und mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen, um ein Fehlersignal zu erzeugen, welches die Leistung steuert, die von einer nicht regulierten Wechselspannungsquelle 23, beispielsweise von einer Wechsel stromleitung mit 110 Volt und 60 Hertz,kontinuierlich an die Heizung zugeführt wird. Die Leistung von der Quelle 23 wird über das Triac 24 an die Heizung 13 gegeben, dieses Triac liegt in Reihe zwischen der Stromquelle und der Heizung. Das Triac 24 besitzt eine Gate-Elektrode, die auf ein Signal reagiert, welches den quadratischen Mittelwert der Leistung, die der Heizung 13 zugeführt wird, und einen vorgegebenen Punktwert für die Leistung anzeigt, wobei dieser Sollwert durch eine Gleichspannung bestimmt wird, die vom Schieber 26 eines Potentiometers 27 abgegriffen wird, welches parallel zu einer Gleichstromquelle am Anschluß 28 und an der Erde angeschlossen ist.

Der quadratische Mittelwert der an die Heizung 13 gegebenen Leistungszufuhr wird durch die Schaltung 30 überwacht, die parallel zur Heizung geschaltet wird und einen Reihenwiderstand 31 und eine weißglühende Lampe '. 32 besitzt. Die Intensität des von der Lampe 32 ausgehenden Lichtes zeigt unmittelbar die der Heizung 13 zugeführte Leistung an. Das von der Lampe 32 ausgehende Licht wird über einen abgeschirmten optischen Weg auf eine Halbleiterphotozelle 33 gegeben, deren eine Elektrode am Anschluß 34 mit einer Gleichstromquelle verbunden ist, und deren zweite Elektrode mit dem Lastwiderstand 35 verbunden ist. Die Photozelle 33 hat eine relativ lange Reaktionszeit, so daß die am Widerstand 35 abfallende Spannung direkt proportional zum quadratischen Mittelwert der der Heizung 13 zugeführten Leistung ist.

Die Spannung am Widerstand 35, die den quadratischen Mittelwert der der Heizung 13 zugefUhrten Leistung anzeigt, wird mit einem vorgegebenen

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Sollwert für die Eingangsleistung der Heizung 13 (diese Eingangsleistung ist wiederum direkt proportional zu der Leistung, die von der Heizung 13 an das Bad 12 gegeben wird) verglichen, dieser vorgegebene bzw. eingestellte Sollwert wird vom Schieber 26 abgegriffen. Der Vergleich wird im Differential verstärker 37 ausgeführt, der invertierende und nicht invertierende Eingangsanschlüsse 38 und 39 besitzt, die auf die Gleichspannungen am Widerstand 35 bzw. am Schieber 26 reagieren. Diese Gleichspannungen sind über die Reihenwiderstände 41 bzw. 42 an die Anschlüsse gekoppelt. Der Verstärker 37 erzeugt ein Fehlersignal, welches proportional zur Differenz zwischen dem Widerstand 35 und dem Schieber 26 ist, außerdem besitzt der Verstärker eine Leitung mit negativer Rückkopplung, diese Leitung enthält die Parallelschaltung des Kondensators 43 und des Widerstandes 44 und glättet alle kurzzeitigen Schwankungen in der Differenz zwischen den Eingangssignalen des Verstärkers.

Das Ausgangssignal des Different!al Verstärkers 37 wird auf die Basis eines PNP-Transistors 45 gegeben, diese Basis wird durch einen Reihenwiderstand 40 und durch eine im Nebenschluß geschaltete Zenerdiode 46 geschützt. Der Kollektor des Transistors 45 ist über den Kondensator 47 mit einer ungefilterten, ganzwellig gleichgerichteten Resultierenden der von der Quelle erzeugten Spannung verbunden. Die Ganzwellen-Resultierende wird dadurch erzeugt, daß die Quelle 23 parallel zur Primärwicklung 48 des Transformators 49 geschaltet wird, dieser Transformator hat eine Sekundärwicklung 50, deren gegenüberliegende Enden mit den Kathoden der Dioden 51 und 52 verbunden sind. Die Anoden der Dioden 51 und 52 sind direkt miteinander und mit der anderen Elektrode des Kondensators 47 verbunden.

Der Kondensator 47 wird auf einen Pegel aufgeladen, der ein Indikator der different!eil en Irrtums-Spannung vom Verstärker 37 ist, dieser Pegel wird von der ganzwellig gleichgerichteten Spannung überlagert, welche von den Anoden der Dioden 51 und 52 kommt. Die ganzwellig gleichgerichtete Spannung, die über den Kondensator 47 aufgekoppelt wird, und die Irrtums-Spannung vom Kollektor des Transistors 45, die aus dem Ausgangssignal des Ver stärkers 37 resultiert, werden kombiniert, um die Zündungszeit eines

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spannungsabhängigen Schalters zu steuern, der hier die Form eines Unijunktions-Transistors 53 hat. Die Spannung am Kollektor des Transistors wird direkt auf die Gate-Elektrode des Unijunktions-Transistors 53 gegeben, damit wird der Unijunktions-Transistor aktiviert und in einen Zustand der Leitfähigkeit zwischen seinen Ausgangselektroden gebracht, und zwar während jeder Halbperiode der ganzwellig gleichgerichteten Spannung, die an den Kondensator 47 gegeben wird, jeweils einmal. Die Zeit, während der das Gate 48 während jeder Halbperiode leitend gemacht wird, wird durch die Höhe der Irrtumsspannung bestimmt. Eine Ausgangselektrode des Unijunktions-Transistors 53 ist über die Primärwicklung 54 des Transformators 55 mit den Anoden der Dioden 51 und 52 verbunden. Die andere Ausgangselektrode des Unijunktions-Transistors 53 ist über den Widerstand mit der Erde verbunden.

Dadurch, daß die Ausgangselektroden des Unijunktions-Transistors 53 mit der Verbindung zwischen den Anoden der Dioden 51 und 52 über den Transformator 54 verbunden sind, wird während jeder Halbperiode der Wechsel-Spannungsquelle 23 eine Abschaltung des Unijunktions-Transistors sichergestellt. Wenn Schwankungen in der Leistungszufuhr auftauchen, so folgen auch die Spannungen, die an die Ausgangsanschlüsse des Unijunktions-Transistors 53 gegeben werden, den Schwankungen der ganzwellig gleichgerichteten Spannung, die über den Kondensator 47 an die Gate-Elektrode des Unijunktions-Transistors gegeben wird. Aus der vorangegangenen Darstellung geht hervor, daß während jeder Halbperiode der 60 Hz-Quelle 23 die Wicklung 54 auf Zeitgeberimpulse reagiert, deren vordere Flanke eine Zeitposition relativ zum Nullpunktdurchgang der Quelle 23 hat, diese Zeitposition wird durch die Irrtumsspannung, die vom Verstärker 37 kommt, effektiv gesteuert und ist invers verknüpft mit der Amplitude der Wechselspannungsquelle 28. Die hintere Flanke eines jeden der Zeitgeberimpulse wird relativ zu jeder Halbperiode der Quelle 23 ausgelöst.

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Die Zeitgeberimpulse werden über die Sekundärwicklung 56 des Transformators 55 auf die Gate-Elektrode des Triacs 24 gekoppelt, um den Arbeitszyklus einer jeden Halbperiode des Stromes zu steuern, der von der Quelle 23 zur Heizung 13 fließt. Im einzelnen wird das Triac 24 aktiviert und in einen leitenden Zustand gebracht, und zwar einmal während jeder Halbperiode der Quelle 23, und zwar zu einem Zeitpunkt, der im wesentlichen von der Größe der Irrtumsspannung vom Verstärker 37 abhängt und schwach abhängig ist von der Amplitude der Wechselspannungsquelle. Die Abhängigkeit des Arbeitszyklus von der Amplitude der Wechselspannungsquelle 23 wird etwas durch die Amplitude des Stromes kompensiert, der von der Quelle 23 und dem Triac 24 an die Heizung 13 fließt. Durch Steuerung der Leitfähigkeitszeit des Triacs 24 während jeder Halbperiode der Quelle werden die kontinuierlich von der Quelle an die Heizung 13 zugeführte Leistung und das Druckverhältnis P_,-_/P_ail_ auf einen Wert eingesteuert,

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der durch die Stellung des Schiebers 26 des Potentiometers 27 bestimmt ist.

Der Verstärker 37 und andere Gleichspannung benötigende Schaltungskreise, die mit der Pumpe 11 verbunden sind» werden durch eine Gleichspannungsquelle versorgt, die dadurch gebildet wird, daß eine Ganzwellen-Gleichrichtungs-Brücke 61 parallel zur Sekundärwicklung 50 des Transformators 49 geschaltet ist. Die Brücke 61 besitzt Eckpunkte, an denen eine Gleichspannung abgegriffen wird. Die Eckpunkte sind mit einer geeigneten Spannungsversorgungs-FilterschaTtung 62 verbunden, welche Ausgangsanschlüsse und 64 für positive und negative Versorgungsgleichspannungen besitzt.

Entsprechend einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, wird die der elektrischen Heizung 71 zugeführte Wärme direkt durch eine geeignete Wärmesensorvorrichtung überwacht, beispielsweise durch ein Thermoelement 72. Das Thermoelement 72 und die Heizung 71 sind in einem Heizblock 73 angeordnet, welcher die Wärme über einen Metallblock 74 an das ölbad 12 der Diffusionspumpe 11 überträgt, dieser Metal!block 74 hat eine Wärmeübertragung und eine thermische Leit fähigkeit, wie sie bei Eisen vorhanden 1st. Damit entsteht ein Wärmefluß

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vom Block 73 durch den Metallblock 74 zum ölbad 12. Es ist notwendig, den Wärmesensor 72 vom Bad 12 durch den Block 74 zu isolieren, so daß die Leistung, die der Heizung 71 und damit dem Bad 12 zugeführt wird, überwacht wird. Wenn die Temperatur der Flüssigkeit im Bad 12 direkt überwacht würde, so träten Ungenau!gkeiten auf, da das Bad eine hohe thermische Kapazität besitzt, so daß die Temperatur des Bades 12 keine Anzeige der augenblicklich an das Bad zugeführten Leistung abgibt.

Das Ausgangssignal des Thermoelementes 72, eine Gleichspannung, die die Wärmezufuhr an das Bad 12 anzeigt, wird mit einem eingestellten Punktwert verglichen, der vom Schieber 26 des Potentiometers 27 abgegriffen wird. Der Vergleich wird in einer Steuerung 74 ausgeführt, die ebenso aufgebaut ist wie die Steuerung nach Fig. 1. Damit erzeugt die Steuerung 74 während jeder Halbperiode der Wechsel stromquelle 23 eine Zeitgeberwelle, welche eine vordere Flanke besitzt, die gegenüber dem Nulldurchgang der Ausgangswechselspannung der Quelle 23 um einen Betrag verschoben ist, der die Differenz zwischen den Spannungen anzeigt, die vom Thermoelement 72 und dem Schieber 26 abgegriffen werden. Die Zeitgeberwelle steuert die Zündzeit des Triacs 24 während jeder Halbperiode der Quelle 23, so daß die kontinuierlich an die Heizung 71 und das Bad 12 zugeführte Leistung gesteuert wird.

Entsprechend einer weiteren Abänderung der Erfindung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, wird die dem ölbad 12 zugeführte Wärmeleistung als eine Funktion der Dichte des Dampfes der Pumpe gesteuert. Bei einer Ausführungsform wird die Dichte des öldampfes dadurch bestimmt, daß ein Dichtemesser 81 im Strömungsweg des Dampfes vom Bad 12 zu den Düsen 14 angeordnet ist. Der Dichtemesser besitzt eine Ionenquelle 82, beispielsweise eine IsotopenqueUe, und einen Ionendetektor 83. Ein Strahl von der Ionenquelle 82 zum Detektor 83 verläuft senkrecht zur allgemeinen Strömungsrichtung der verdampften Moleküle, die vom Bad 12 zu den Düsen 14 strömen. Alternativ ist der Dichtemesser 81 in Strömungsrichtung hinter

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einer der Düsen 14 und vor der Kondensator-Gehäusewand 15 angeordnet. Die letztere Ausführungsform kann vorteilhaft sein, da der Gesamtdruck in Strömungsrichtung hinter den Düsen wesentlich geringer ist.

Der Detektor 83 erzeugt eine Gleichstromspannung, die von der Dichte des Dampfstromes abhängt. Das Gleichstromausgangssignal des Detektors 83 wird als Eingangssignal an die Steuerung 84 gegeben, welche die gleiche Ausbildung wie die Steuerung nach Fig. 1 hat. In der Steuerung wird das Gleichspannungsausgangssignal des Detektors 83 mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen, der vom Schieber 26 des Potentiometers 27 abgegriffen wird. Die Steuerung erzeugt ein Signal, wie es genau anhand der Fig. 1 und beschrieben wurde, um die Triggerzeit des Triacs 24 während jeder Halbperiode der Wechsel Spannungsquelle 23 zu steuern.

Vorangehend wurden mehrere spezielle AusfUhrungsformen der Erfindung beschrieben.

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Leerseite

Claims (16)

1. Vl P478 D

   Patentansprüche

   γVorrichtung zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Druckverhältnisses zwischen einer Eingangsöffnung und einer Ausgangsöffnung einer Vakuumdampfpumpe, welche eine Flüssigkeitsquelle besitzt, deren Flüssigkeit mittels einer Heizung verdampft wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abtastvorrichtung vorgesehen ist, die auf eine charakteristische Größe der Pumpe reagiert, wobei diese Größe das tatsächliche Druckverhältnis anzeigt, und ein Signal erzeugt, welches das tatsächliche Druckverhältnis anzeigt, und daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die auf das Signal reagiert und die Leistung steuert, die kontinuierlich durch die Heizung an die Flüssigkeitsquelle zugeführt wird, so daß das vorbestimmte Verhältnis erreicht wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Veränderung eines vorgegebenen Sollwertes für den vorbestimmten Druck vorgesehen ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung eine Vorrichtung zum Vergleich des Signals mit einem Parameter besitzt, der das vorbestimmte Verhältnis anzeigt, um ein Irrtumssignal zur Steuerung der Heizung zu erzeugen.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Abtastung der charakteristischen Größe eine Vorrichtung umfaßt, um den quadratischen Mittelwert der der Heizung zugeführten Leistung abzutasten.

   .,./A2

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5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper aus einem Material mit einer Wärmeübertragung und thermischen Leitfähigkeit zwischen der Heizung und der Flüssigkeitsquelle angeordnet ist, so daß die Wärme von der Heizung durch den Körper zur Flüssigkeitsquelle fließt, wobei die Heizung entfernt von der Flüssigkeitsquelle angeordnet ist, und daß die Vorrichtung zur Abtastung eine Vorrichtung zur Abtastung der Heizungstemperatür enthält.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung eine Vorrichtung zur Abtastung der Dichte der verdampften Flüssigkeit besitzt.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung eine elektrische Heizung ist, die mit einer nicht regulierten Wechselspannungsquelle verbunden ist, wobei die Abtastvorrichtung eine Vorrichtung zur Abtastung des quadratischen Mittelwertes der von der Wechselspannungsquelle an die elektrische Heizung zugeführten Wärme besitzt, und daß die Vorrichtung zur Steuerung eine Vorrichtung zur Steuerung des quadratischen Mittelwertes der von der Wechselspannungsquelle der elektrischen Heizung zugeführten Leistung besitzt.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Abtastung eine weißglühende Lampe besitzt, welche parallel zur Heizung angeschlossen ist, so daß die mittlere Intensität des von der Lampe emittierten Lichtes eine Anzeige der der Heizung zugeführten Leistung ist, und daß eine Photozellenvorrichtung vorgesehen ist, um die mittlere Intensität des von der Lampe emittierten Lichtes abzutasten und ein Signal zu erzeugen.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung eine Vorrichtung umfaßt» die auf die Wechsel Spannungsquelle reagiert, um eine ungefiltertes ganzwellige Entsprechung der Wechsel spannungsquelle zu erzeugen, daß eine Vorrichtung_s die auf das Signal

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   und einen eingestellten Wert, der das vorbestimmte Verhältnis anzeigt, reagiert, um ein Gleichspannungsfehlersignal zu erzeugen, und daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die auf die Entsprechung und das Fehlersignal reagiert, um den Arbeitszyklus der von der Wechsel Spannungsquelle an die Heizung zugeführten Leistung zu steuern.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsvorrichtung eine Vorrichtung umfaßt, die auf die Wechsel Spannungsquelle reagiert, um eine ungefilterte, ganzwellige Entsprechung der Wechsel-Spannungsquelle zu erzeugen, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die auf das Signal und den eingestellten Wert, der das vorbestimmte Verhältnis anzeigt, vorgesehen ist, um ein Gleichspannungsfehlersignal zu erzeugen* und daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die auf die Entsprechung und das Fehlersignal reagiert, um den Arbeitszyklus der von der Wechselspannungsquelle an die Heizung zugeführten Leistung zu steuern.
11. 11. Verfahren zur Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Druckverhältnisses zwischen einer Eingangsöffnung und einer Ausgangsöffnung einer Vakuumdampfpumpe, welche eine Flüssigkeitsquelle besitzt, deren Flüssigkeit mittels einer Heizung verdampft wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine charakteristische Größe der Pumpe abgetastet wird, wobei diese Größe eine Anzeige des Druckverhältnisses ist, und daß die Leistung gesteuert wird, die kontinuierlich von der Heizung an die Flüssigkeitsquelle abhängig von der abgetasteten Größe zugeführt wird, um das vorbestimmte Druckverhältnis zu erreichen.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung dadurch gesteuert wird, daß die abgetastete Größe mit einem Parameter verglichen wird, der das vorbestimmte Verhältnis anzeigt.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die abgetastete Größe der quadratische Mittelwert des Leistung ist, die der Heizung zugeführt wird.

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14. 14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung entfernt von der Flüssigkeit angeordnet wird, und daß die Wärme von der Heizung über einen Körper aus einem Material mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit zur Flüssigkeit fließt, und daß die abgetastete Größe die Temperatur der Heizung ist.
15. 15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die abgetastete Größe die Dichte der verdampften Flüssigkeit ist.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizung eine elektrische Heizung benutzt wird, die mit einer nicht regulierten Wechsel spannungsquelle verbunden ist, daß die abgetastete Größe der quadratische Mittelwert der Leistung ist, die von der Wechselspannungsquelle an die elektrische Heizung zugeführt wird, und daß der quadratische Mittelwert der Leistung gesteuert wird, die von der Wechselspannungsquelle an die elektrische Heizung zugeführt wird.

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