Sekundärpumpen benötigen eine Primärpumpe, um sie zunächst für den Betrieb und/oder den Dauerbetrieb „vorpumpen“ zu lassen. Es gibt mehrere Faktoren, die für die richtige Kombination oder „Abstimmung“ von Primär- und Sekundärpumpen zu berücksichtigen sind, um eine sichere und optimierte Leistung zu gewährleisten.
Warum ist es wichtig, die richtige Pumpenkombination auszuwählen?
Die Folgen einer falschen Wahl können gravierend sein – von einer „ausgefallenen“ Diffusionspumpe (und starker Ölverunreinigung) bis hin zu Überhitzung einer Turbomolekularpumpe.
Im Folgenden werden die entsprechenden Anforderungen anhand von gängigen Beispielen beschrieben.
Wofür werden Primär- und Sekundärpumpen verwendet?
Eine primäre Vakuumpumpe (PP) entlüftet bei atmosphärischen Druck. Dazu gehören ölabgedichtete Drehschieber- (OSRV), Membran-, Scroll-, mehrstufige Wälzkolben-, Kolben-, Schraub- und Flüssigkeitsringpumpen.
Sekundärpumpen (SP) erfordern eine anfängliche Evakuierung durch Primär- und manchmal andere Sekundärpumpen auf den erforderlichen Druck vor dem Betrieb. Zum Beispiel Öldiffusionspumpen (ODP), Turbomolekularpumpen (TMP), Dampfverstärker (VB), mechanische Verstärker (MB), Ionengetterpumpen (IGP), Titan-Sublimationspumpen (TSP), nicht verdampfbare Getterpumpen (NEG), kryogene, molekulare Schlepp- und Regenerationspumpen.
In einigen Fällen sind für den Dauerbetrieb unterstützende Vorvakuumpumpen erforderlich. Dies ist bei ODP-, TMP- und VB-Pumpen der Fall.
Faktoren, die bei der Abstimmung von Primär- und Sekundärpumpen zu berücksichtigen sind
Um eine Primärpumpe und eine Sekundärpumpe aufeinander abzustimmen, müssen mehrere Punkte berücksichtigt werden:
- Anfängliche Abpumpzeit durch die Primärpumpe bis zu einem Punkt, an dem die Sekundärpumpe den Pumpprozess „übernimmt“. Dies ist besonders wichtig, wenn die Sekundärpumpe zur gleichen Zeit wie die Primärpumpe startet und ein bestimmter Druck innerhalb einer bestimmten Zeit erreicht werden muss, um eine Verzögerung der Sekundärpumpe zu verhindern.
- Anfänglicher „Druckstoß“ des Gasstroms und Druckspitze beim Start der Sekundärpumpe. Dies ist auf der Abbildung unten dargestellt, wobei eine nXDS15i-Scrollpumpe die Primärpumpe und eine nEXT300D die sekundäre Turbomolekularpumpe darstellt; der Spitzendurchsatz entspricht dem Druckanstieg, wenn die Sekundärpumpe (nEXT300D) das Pumpen „übernimmt“.
Dies würde zu einem entsprechenden Anstieg auf ca. 1,5 mbar in der Primärpumpe führen, wie unten dargestellt:
- Der maximale Vordruck (MBP)/kritische Vordruck (CBP) darf nicht überschritten werden. Dadurch wird der maximale Gasstrom begrenzt. Die Primärpumpe muss bei dem erforderlichen Vordruck eine ausreichende Drehzahlleistung aufweisen, anstatt von der Spitzen-/Nenndrehzahl der Primärpumpe auszugehen.
- Der MBP-Wert kann vom Hersteller für keinen Durchfluss anstelle von Durchfluss angegeben werden.
- Sauberkeit (ist eine trockenlaufende Pumpe erforderlich?).
- Muss die Primärpumpe in die Sekundärpumpe integriert werden können?
- Was ist die typische Restatmosphäre der Primärpumpe – insbesondere in Kombination mit TMP im Hinblick auf Verdichtung? Dies ist wichtig, da beispielsweise das relativ niedrige Verdichtungsverhältnis einer TMP für H2 ihren erreichbaren Enddruck begrenzen kann, wenn der H2-Partialdruck in der Vorpumpe signifikant ist.
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