[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung einer Membranvakuumpumpe sowie
eine Membranvakuumpumpe.
[0002] Membranvakuumpumpen sind trockene Verdrängerpumpen. Aus der Praxis ist bekannt, dass
ein von einer Kurbelwelle angetriebener Pleuel eine zwischen einem Kopfdeckel und
einem Gehäuse der Membranvakuumpumpe eingespannte Membran bewegt, die mit dem Raum
im Kopfdeckel einen Schöpfraum bildet. Membranvakuumpumpen benötigen Einlass- und
Auslassventile, um eine gerichtete Gasförderung zu erreichen. Als Ventile ist es aus
der Praxis bekannt, druckgesteuerte Flatterventile aus Elastomerwerkstoffen zu verwenden.
Da der Schöpfraum durch die Membran zum Antrieb hin hermetisch abgedichtet ist, wird
das geforderte Medium weder durch Öl verunreinigt, noch können aggressive Medien die
Technik angreifen. Das Totvolumen zwischen dem Auslassventil und dem Schöpfraum führt
zu einem begrenzten Kompressionsverhältnis, so dass mit einer Pumpstufe üblicherweise
ein Enddruck von circa 70 Hektopascal erreicht werden kann.
[0003] Aufgrund ihres kohlenstofffreien Schöpfraumes sind Membranvakuumpumpen besonders
gut als trockene Vorpumpen für Turbomolekularpumpen mit Holweckstufe geeignet. Schon
zweistufige Membranvakuumpumpen, die etwa 5 Hektopascal Enddruck erreichen, kann man
als Vorpumpen für Holweckturbopumpen verwenden.
[0004] Zum Stand der Technik (
DE 1 960 371) gehört eine Membranpumpe, die nach einem Schwingspulenprinzip arbeitet. Im Allgemeinen
arbeiten diese Pumpen in der Weise, dass bei bekannten Kolbenpumpen der Kolben durch
eine Membran ersetzt ist, welche periodisch deformiert wird. Bei Membranpumpen nach
dem Schwingspulenprinzip erfolgt der Antrieb durch einen mit einer Schwingspule gekoppelten
Kolben.
[0005] Diese zum Stand der Technik gehörende Membranpumpe weist den Nachteil auf, dass der
Totpunkt des Kolbens, das heißt der Maximalhub, manuell eingestellt werden muss, damit
die Membran am Membrankopf optimal anliegt. Liegt sie nicht optimal an, bleibt in
dem Förderraum ein Totvolumen, was zu einem begrenzten Kompressionsverhältnis führt.
Andererseits darf die Membran nicht zu fest an dem Membrankopf angedrückt werden,
um einem vorzeitigen Verschleiß vorzubeugen.
[0006] Zum Stand der Technik (
DE 10 2006 044 248 B3) gehört ebenfalls eine Membranpumpe. Diese zum Stand der Technik gehörende Membranpumpe
versucht, eine exakte Dosierung eines zu fördernden Fluids zu ermöglichen. Hierzu
wird der Kolben mit einer Bodenfläche des Kolbenarbeitsraumes in Verbindung gebracht
und hierdurch wird ein exakter, unterer Totpunkt definiert, der nicht von weiteren
Toleranzen abhängig ist.
[0007] Diese zum Stand der Technik gehörende Membranpumpe weist den Nachteil auf, dass bei
dieser Membranpumpe mit einer sehr hohen Fertigungsgenauigkeit gearbeitet werden muss.
Verschleißt die Membran, ist der Totpunkt nicht verstellbar, so dass ein Totvolumen
in dem Schöpfraum nach und nach im Betrieb entstehen kann, welches nicht ausgeglichen
werden kann.
[0008] Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, ein Verfahren
zur Kalibrierung einer Membranvakuumpumpe sowie eine Membranvakuumpumpe anzugeben,
mit denen die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können.
[0009] Dieses technische Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1 sowie durch eine Membranvakuumpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 7 sowie mit
einer Membranvakuumpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 9 gelöst.
[0010] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kalibrierung einer Membranvakuumpumpe zur Förderung
eines Gases und Dosierung eines Mediums mit einem mit dem Medium füllbaren Förderraum
mit einem mit einem Schwingspulenantrieb linear antreibbaren Kolben in einem Antriebsraum
mit einer Membran, die den Förderraum und den Antriebsraum trennt und zwischen Förderraum
und Antriebsraum schwingend angeordnet ist, mit einem Membrankopf, der mit der Membran
den Förderraum bildet, wobei der Kolben als ein die Membran in Bewegung versetzender
und um eine vorbestimmte Wegstrecke bewegbarer Kolben ausgebildet ist, zeichnet sich
dadurch aus, dass eine Vorrichtung zur Erfassung eines Totpunktes und/oder einer Position
des Kolbens vorgesehen ist und dass eine Steuervorrichtung den Totpunkt in Abhängigkeit
von dem erfassten Signal der Vorrichtung verstellt.
[0011] Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass die Membranvakuumpumpe
als eine selbstkalibrierende Membranvakuumpumpe ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße
Verfahren wird von der Steuervorrichtung durchgeführt. Mit der Steuervorrichtung und
dem Schwingspulenantrieb der Membranvakuumpumpe ist eine Kalibrierung des Totpunktes
vor jedem Start oder einmalig nach der Fertigung möglich. Die mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren selbstkalibrierende Membranvakuumpumpe erzielt hierdurch einen optimalen
Enddruck. Des Weiteren können durch das erfindungsgemäße Verfahren Fertigungstoleranzen
kompensiert und/oder erhöht werden. Die dadurch verbundene Kostenersparnis der mechanischen
Kalibrierung und der schnelleren und preiswerteren Fertigung liefert eine optimale
Membranvakuumpumpe.
[0012] Mit einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung verstellt die Steuereinrichtung
aufgrund eines Signales wenigstens eines Klopfsensors den Totpunkt. Bei dieser Ausführung
regelt sich die Pumpe durch einen Regelkreis selbst. Schlägt die Membran gegen den
wenigstens einen Klopfsensor, bekommt der Kolben mit der Membran beim nächsten Hub
den Befehl, den Hub um einen bestimmten Wert schrittweise zu minimieren, um schließlich
den optimalen Totpunkt zu finden.
[0013] Die Steuereinrichtung verstellt den Totpunkt vorteilhaft lediglich während einer
Kalibrierfahrt. Diese Selbstkalibrierung wird vor Inbetriebnahme der Pumpe durchgeführt.
Während des Pumpbetriebes wird der Totpunkt nicht verstellt.
[0014] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der
Kolben zu Beginn der Kalibrierfahrt mit gegenüber dem Pumpbetrieb reduzierter Kraft
die Membran in den Membrankopf oder gegen einen mechanischen Endpunkt der Membran
fährt.
[0015] Das erfindungsgemäße Verfahren erspart den Zeitaufwand einer manuellen Kalibrierung
und verbessert den Enddruck der Membranvakuumpumpe.
[0016] Vor jedem Start der Membranvakuumpumpe wird vorteilhaft eine automatische Kalibrierfahrt
durchgeführt.
[0017] Bei dieser Kalibrierfahrt wird das Bewegungslimit des Kolbens in positiver Richtung
festgestellt, indem der Kolben mit gegenüber dem Pumpbetrieb reduzierter Kraft die
Membran in den Membrankopf oder gegen einen mechanischen Endpunkt der Membran fährt.
[0018] Vorteilhaft erfasst die Steuereinrichtung kontinuierlich eine Ist-Position des Kolbens
und vergleicht diese mit einer Soll-Position. Aus der Ist-Position und der Soll-Position
ermittelt die Steuervorrichtung den Endpunkt der Bewegung der Membran.
[0019] Der Vorteil, der durch diese Selbstkalibrierung entsteht, resultiert aus der Kostenersparnis,
die durch den geringeren Fertigungsaufwand zustande kommt. Gleichzeitig können die
Bauteile einer solchen Pumpe geringere Fertigungstoleranzen aufweisen, da die Kalibrierung
diese kompensiert, was zu einer effizienteren und kostengünstigeren Fertigung führt.
Der Enddruck und das Saugvermögen der Membranvakuumpumpe können über das erfindungsgemäße
Verfahren variiert werden.
[0020] Der ermittelte Endpunkt der Membran wird vorteilhaft abgespeichert und der Endpunkt
wird während des Pumpbetriebes als Maximalhub verwendet.
[0021] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird vor jeder Inbetriebnahme
der Membranvakuumpumpe oder einmalig nach der Fertigung eine Kalibrierfahrt durchgeführt.
Hierdurch ist es möglich, das Saugvermögen und den Enddruck der Membranvakuumpumpe
zu optimieren.
[0022] Der Totpunkt des Kolbens kann vorteilhaft derart eingestellt werden, dass die Membran
an dem Membrankopf anliegt. Hierdurch ist gewährleistet, dass kein Totraum in dem
Förderraum entsteht, was besonders vorteilhaft ist und das Saugvermögen der Membranvakuumpumpe
optimiert.
[0023] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Totpunkt
derart eingestellt, dass die Membran in den Membrankopf gedrückt wird. Das bedeutet,
dass die Membran "in den Membrankopf" gefahren wird, beziehungsweise mit einem gewissen
Druck angedrückt wird, wodurch das Totvolumen auf ein Minimum reduziert wird, was
sich wiederum positiv auf Enddruck und Saugvermögen der Membranvakuumpumpe auswirkt.
Der dabei verwendete Druck sollte nicht zu einer plastischen Dehnung oder einer Zerstörung
des Membranwerkstoffes führen.
[0024] Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass der Totpunkt derart eingestellt
wird, dass zwischen Membran und Membrankopf ein Abstand von weniger als 0,5 Millimeter,
besonders vorteilhaft von weniger als 0,3 Millimeter verbleibt. Gemäß dieser Ausführungsform
ist zwar ein geringes Totvolumen in dem Membrankopf vorhanden. Hierdurch wird jedoch
ein Verschleiß der Membran vermieden.
[0025] Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Kalibrierung vollautomatisch
durchgeführt. Hierdurch erhält man eine erhebliche Zeitersparnis, da eine manuelle
Kalibrierung sehr zeitaufwendig ist.
[0026] Eine Kalibrierfahrt umfasst vorzugsweise wenigstens einen Hub des Kolbens. Bei der
Kalibrierfahrt führt der Kolben in der Regel vorteilhaft mehrere Hübe durch, um eine
möglichst gute Kalibrierung zu erzielen.
[0027] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
dass bei der Verwendung eines Klopfsensors der Hub des Kolbens verringert wird, wenn
die Steuereinrichtung ein Signal von dem Klopfsensor erhält. Erhält der Klopfsensor
ein Signal, ist die Membran gegen den Klopfsensor gefahren. Hierbei erfasst die Steuervorrichtung,
dass der Hub zu groß ist, beziehungsweise dass der Totpunkt für eine optimale Kalibrierung
überschritten wurde. In diesem Falle wird vorteilhaft der Hub des Kolbens entweder
um einen vordefinierten Wert verringert oder der Hub wird schrittweise verringert
und nach jedem Schritt wird erneut ein Hub ausgeführt, um zu prüfen, ob der Klopfsensor
bei verringertem Hub immer noch ein Signal liefert.
[0028] Der vordefinierte Wert wird im Vorfeld festgelegt. Beispielsweise kann der Hub, wenn
der Klopfsensor ein Signal gibt, im Zehntel Millimeterbereich verringert werden. Es
ist auch von vornherein möglich festzulegen, dass der Hub des Kolbens um 0,3 Millimeter
oder 0,5 Millimeter verringert wird.
[0029] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
dass eine Haltekraft eingestellt wird, mit der die Membran gegen den Membrankopf gedrückt
wird, und dass diese Ist-Position des Kolbens erfasst und gespeichert wird. Diese
Haltekraft wird benötigt, um die Membran, nachdem sie vorteilhaft langsam in den mechanischen
Endpunkt gedrückt wurde, dort kurzzeitig zu halten, wodurch die Möglichkeit besteht,
den Endpunkt zu erfassen und abzuspeichern.
[0030] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
dass der maximale Hub des Kolbens während der Kalibrierfahrt die ermittelte Ist-Position
überschreitet. Es besteht die Möglichkeit, den maximalen Hub zu Beginn der Kalibrierfahrt
absichtlich höher einzustellen als eigentlich vorgesehen. In diesem Fall drückt der
Kolben die Membran in den Endpunkt und es wird so der maximale Hub von der Steuereinrichtung
ermittelt.
[0031] Wird die Membran gegen den Membrankopf gefahren, stellt die Steuereinrichtung diese
Bewegung als fehlerhaft fest. Um die Bewegung fortsetzen zu können, wird verhindert,
dass der Kolben stoppt.
[0032] Die durch den Kontakt der Membran mit dem Membrankopf beziehungsweise dem ständigen
Vergleich der Soll- und Ist-position des Kolbens entstehenden Bewegungsfehler werden
vorteilhaft gezählt. Erreicht der Zähler dabei einen definierten Wert, beendet die
Steuervorrichtung die Bewegung, da der Endpunkt der Bewegung erreicht wurde. Das bedeutet,
dass gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vor Aufnahme des Pumpbetriebes
der Membranvakuumpumpe die Membran gegen den Membrankopf gefahren wird, dass die Steuereinrichtung
diese Bewegung als fehlerhaft erfasst und dass nach wenigstens zwei fehlerhaften Bewegungen
die Steuereinrichtung die Ist-Position des Totpunktes des Kolbens erfasst und verringert.
Diese Maßnahme dient dazu, den Verschleiß der Membran zu minimieren.
[0033] Die Verringerung der Ist-Position des Totpunktes des Kolbens erfolgt vorzugsweise
um einen vordefinierten Wert. Wie schon ausgeführt, kann der Wert vorher festgelegt
werden, beispielsweise in Zehntel Millimeterschritten (abhängig von der Auflösung
des verbauten Messsystems).
[0034] Die Größe des vordefinierten Wertes bestimmt vorteilhafterweise, ob die Membran im
Totpunkt des Kolbens mit Abstand zu dem Membrankopf, anliegend an dem Membrankopf
oder gegen den Membrankopf gedrückt angeordnet ist.
[0035] Je nachdem, welcher Betrieb mit der Membranvakuumpumpe gewünscht ist, wird der definierte
Wert im Vorfeld festgelegt.
[0036] Wird die Membran in den Membrankopf gedrückt, wird das Totvolumen möglichst verkleinert.
[0037] Liegt die Membran lediglich am Membrankopf an oder ist ein minimaler Spalt zwischen
Membran und Membrankopf enthalten, ist der Verschleiß der Membran geringer.
[0038] Vor jedem Einschalten der Pumpe ist es gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung möglich, dass der Kolben mit der Membran (Aktor) absichtlich gegen den
Membrankopf fährt. Hierdurch misst die Steuereinrichtung eine fehlerhafte Bewegung
in Form von "Moving Errors". Nach einer gewissen Anzahl von Fehlbewegungen über einen
bestimmten Zeitraum nimmt die Steuereinrichtung den Ist-Wert des inkrementalen Sensors
und subtrahiert eine gewisse Wegstrecke von dem Ist-Wert.
[0039] Die definierte Strecke kann dabei in Millimetern angegeben werden. Es ist auch möglich,
eine andere Zähleinheit, beispielsweise "Counts" zu verwenden, die zu den Längeneinheiten
proportional ist.
[0040] Die festgelegte Strecke oder die festgelegte Menge an "Counts" hängt unter anderem
von den Fertigungstoleranzen ab.
[0041] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
dass ein durch einen hochfrequenten Betrieb auftretender Überschwung des Totpunktes
des Kolbens bei der Einstellung des Totpunktes des Kolbens berücksichtigt wird.
[0042] Im hochfrequenten Betrieb wird ein so genannter "Over-Shot", also ein Überschwung
des eigentlichen anzufahrenden Endpunktes erzeugt. Dies ist bei der Kalkulation des
Totpunktes und somit bei der abzuziehenden Wegstrecke oder der "Counts" ebenfalls
zu berücksichtigen. Den so ermittelten Maximalwert speichert die Steuereinrichtung
für den Dauerbetrieb als Totpunkt ab.
[0043] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein unteres
Bewegungslimit des Kolbens ermittelt und abgespeichert. Ein unteres Bewegungslimit,
das heißt, wenn der Kolben sich von dem Membrankopf wegbewegt, wird vorteilhaft wie
das obere Limit berechnet und abgespeichert. Um einen möglichst symmetrischen Bewegungsablauf
der Membran zu erzeugen, wird bei der Berechnung angestrebt, dass die Membran möglichst
dieselbe Wegstrecke in positiver wie in negativer Richtung zurücklegt.
[0044] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine zur Verkleinerung
der Aktoreinheit, bestehend aus Schwingspulenantrieb, Kolben und Membran, beitragende
Differenzdruckminimierung durch Abdichten des Antriebsraumes gegen den Atmosphärendruck
erreicht. Wird der Differenzdruck durch selbstständiges Auspumpen des Rückraumes der
Membran gesenkt, kann ein kleinerer Schwingspulenantrieb oder eine niedrigere Stromstärke
verwendet werden.
[0045] Besonders gut wird die Differenzdruckminimierung erreicht bei einer zweiköpfigen
Membranpumpe, bei der sich die Kräfte beider Köpfe aufheben.
[0046] Zur weiteren Optimierung beziehungsweise Reduzierung der Kraft kann wenigstens eine
Feder im Membrankopf oder im Linearantrieb integriert werden. Hierdurch wird der Aktor
bei der Rückstellung der Membran unterstützt.
[0047] Die erfindungsgemäße Membranvakuumpumpe zur Förderung eines Gases mit einem mit dem
Gas füllbaren Förderraum mit einem mit einem Schwingspulenantrieb linear antreibbaren
Kolben in einem Antriebsraum mit einer Membran, die den Förderraum und den Antriebsraum
trennt und zwischen Förderraum und Antriebsraum schwingend angeordnet ist, mit einem
Membrankopf, der mit der Membran den Förderraum bildet, wobei der Kolben als ein die
Membran in Bewegung versetzender und um eine vorbestimmte Wegstrecke bewegbarer Kolben
ausgebildet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass eine Vorrichtung zur Erfassung eines
Totpunktes und/oder einer Position des Kolbens vorgesehen ist und dass eine Steuervorrichtung
vorgesehen ist, die als eine den Totpunkt in Abhängigkeit von dem erfassten Signal
der Vorrichtung verstellbare Steuervorrichtung ausgebildet ist.
[0048] Die erfindungsgemäße Membranvakuumpumpe weist den Vorteil auf, dass mit ihr Selbstkalibrierungsverfahren
durchführbar sind, wie es in den Ansprüchen 1 bis 16 beschrieben ist.
[0049] Mit der erfindungsgemäßen Membranvakuumpumpe kann der optimale Totpunkt über eine
Selbstkalibrierung erfasst und eingestellt werden, so dass die Membranvakuumpumpe
einen optimalen Enddruck und ein optimales Kompressionsverhältnis erreicht.
[0050] Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein
Klopfsensor vorgesehen. Die in der Membranvakuumpumpe angeordnete Steuervorrichtung
verstellt vorteilhaft aufgrund eines Signales des Klopfsensors den Totpunkt des Kolbens.
Das bedeutet, dass der Klopfsensor ein Signal abgibt, wenn die Membran gegen den Klopfsensor
fährt. In diesem Fall ist der Druckpunkt nicht korrekt eingestellt und der maximale
Hub des Kolbens wird verringert. Die Verringerung kann schrittweise um vorbestimmte
Weglängen oder "Counts" erfolgen. Es ist auch möglich, einen vordefinierten Wert vorzusehen,
um den der Maximalhub verringert wird.
[0051] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Steuervorrichtung
als eine den Totpunkt des Kolbens lediglich während einer Kalibrierfahrt verstellende
Steuereinrichtung ausgebildet.
[0052] Während der Kalibrierfahrt, die aus wenigstens einem Hub, vorteilhaft aus mehreren
Hüben des Kolbens bestehen kann, kann der Druckpunkt des Kolbens von der Steuereinrichtung
verstellt werden. Ist der Totpunkt optimal eingestellt, wird dieser abgespeichert
und im Betrieb der Pumpe, das heißt im Pumpbetrieb, nicht mehr verändert.
[0053] Erst wenn eine neue Kalibrierfahrt durchgeführt wird, beispielsweise nach einer Standzeit
der Pumpe, wird der Totpunkt durch die Steuereinrichtung bei Bedarf wieder verstellt.
[0054] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung
zur Erfassung eines Totpunktes und/oder einer Position des Kolbens als Hallsensor
ausgebildet.
[0055] Vorteilhaft ist die Vorrichtung zur Erfassung eines Totpunktes und/oder einer Position
des Kolbens als inkrementaler Hallsensor ausgebildet.
[0056] Hallsensoren eignen sich sehr gut als Wegsensoren, um die Position des Kolbens zu
erfassen.
[0057] Die Membranvakuumpumpe kann als einköpfige, zweiköpfige oder mehrköpfige Membranvakuumpumpe
ausgebildet sein.
[0058] Es besteht zum Beispiel die Möglichkeit, eine zweiköpfige Membranvakuumpumpe vorzusehen,
wobei der Kolben auf jeder Seite in axialer Richtung gesehen eine Membran in Bewegung
versetzt.
[0059] Es besteht auch die Möglichkeit, auf einer Seite zwei Membranköpfe und auf der anderen
Seite des Kolbens einen Membrankopf vorzusehen.
[0060] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Antriebsraum gegen
Atmosphärendruck abgedichtet ausgebildet. Die zur Verkleinerung der Aktoreinheit beitragende
Differenzdruckminimierung wird durch Abdichten des Antriebsraumes gegen den Atmosphärendruck
erreicht.
[0061] Vorteilhaft ist der Antriebsraum als ausgepumpter Antriebsraum ausgebildet. Wird
der Differenzdruck durch selbstständiges Auspumpen des Rückraumes der Membran gesenkt,
kann ein kleinerer Schwingspulenantrieb oder eine niedrigere Stromstärke verwendet
werden.
[0062] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Membranvakuumpumpe ist zur
Rückstellung des Kolbens und der Membran wenigstens eine Feder im Membrankopf und/oder
im Linearantrieb vorgesehen. Durch die Feder wird eine Optimierung und Reduzierung
der Kraft erreicht. Der Aktor wird bei Rückstellung der Membran durch die Feder unterstützt.
[0063] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Membranvakuumpumpe
wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil auf, die mit dem Förderraum
in Verbindung stehen. Die Ventile sind vorteilhaft als Zungenventile und/oder Kugelventile
und/oder Scheibenventile ausgebildet. Andere Arten von Ventilen sind ebenfalls möglich.
[0064] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Membranvakuumpumpe
vorgesehen, wobei ein Schwingspulenantrieb wenigstens eine Spule und wenigstens einen
der Spule zugeordneten Magneten aufweist, bei dem die Spule als Stator und der Magnet
als Läufer ausgebildet sind. Hierbei wechselt die Spule des Antriebes von der Position
des Läufers auf die Position des Stators. Gleichzeitig wird der Magnetstator zum neuen
Läufer des Antriebes. Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass
die Wärme, die primär durch die Spule entsteht, deutlich besser abgeführt werden kann.
Hierzu ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen,
dass der Stator mit einem Gehäuse temperaturleitend verbunden ist, und dass an dem
Gehäuse Kühlrippen angeordnet sind. Hierdurch ist es möglich, die Temperatur des Systems
sehr gut abzuleiten. Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, ein strömungsgünstiges
Anblasen des Gehäuses vorzusehen, um die Temperatur des Systems auf einem konstanten
Niveau zu halten.
[0065] Der Läufer kann vorteilhaft auf wenigstens zwei Gleitlagern oder wenigstens zwei
Kugelhülsen gelagert werden.
[0066] Hierdurch ist es möglich, den Spalt zwischen Spule und Magnet effektiv zu verkleinern,
wodurch der Wirkungsgrad des Antriebes steigt.
[0067] Die erfindungsgemäße Membranvakuumpumpe zur Förderung eines Gases mit einem mit dem
Gas füllbaren Förderraum, mit einem mit einem Schwingspulenantrieb linear antreibbaren
Kolben in einem Antriebsraum, mit einer Membran, die den Förderraum und den Antriebsraum
trennt und zwischen Förderraum und Antriebsraum schwingend angeordnet ist, mit einem
Membrankopf, der mit der Membran den Förderraum bildet, wobei der Kolben als ein die
Membran in Bewegung versetzender und um eine vorbestimmte Wegstrecke bewegbarer Kolben
ausgebildet ist, wobei der Schwingspulenantrieb wenigstens eine Spule und wenigstens
einen der Spule zugeordneten Magneten aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die
Spule als Stator und der Magnet als Läufer ausgebildet sind.
[0068] Bei aus der Praxis bekannten Schwingspulenantrieben ist die Spule als Läufer und
der Magnet als Stator ausgebildet. Bei diesen Schwingspulenantrieben treten sehr hohe
Temperaturen in dem Schwingspulenantrieb auf, da die Spule als Läufer schlecht gekühlt
werden kann.
[0069] Gemäß der Erfindung wechselt die Spule des Antriebes von der Position des Läufers
auf die Position des Stators. Gleichzeitig wird der Magnetstator zum neuen Läufer
des Antriebes. Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Wärme, die
primär durch die Spule entsteht, deutlich besser abgeführt werden kann. Die Spule
ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung mit einem Gehäuse temperaturleitend
verbunden, wobei an dem Gehäuse vorteilhaft Kühlrippen angeordnet sind. Hierdurch
ist es möglich, die Temperatur des Systems sehr gut abzuleiten. Es kann beispielsweise
auch vorgesehen sein, ein strömungsgünstiges Anblasen des Gehäuses vorzusehen, um
die Temperatur des Systems auf einem konstanten Niveau zu halten.
[0070] Der Läufer kann vorteilhaft auf wenigstens zwei Gleitlagern oder wenigstens zwei
Kugelhülsen gelagert werden.
[0071] Hierdurch ist es möglich, den Spalt zwischen Spule und Magnet effektiv zu verkleinern,
wodurch der Wirkungsgrad des Antriebes steigt.
[0072] Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Membranvakuumpumpe mit der
Spule als Stator und den Dauermagneten als Läufer ist eine Vorrichtung zur Erfassung
eines Totpunktes und/oder einer Position des Kolbens und eine Steuervorrichtung vorgesehen,
die als eine den Totpunkt in Abhängigkeit von dem erfassten Signal der Vorrichtung
verstellbare Steuervorrichtung ausgebildet ist.
[0073] Diese erfindungsgemäße Membranvakuumpumpe weist den Vorteil auf, dass mit ihr Selbstkalibrierungsverfahren
durchführbar sind, wie es in den Ansprüchen 1 bis 16 beschrieben ist.
[0074] Mit der erfindungsgemäßen Membranvakuumpumpe kann der optimale Totpunkt über eine
Selbstkalibrierung erfasst und eingestellt werden, so dass die Membranvakuumpumpe
einen optimalen Enddruck erreicht, wobei gleichzeitig eine effektive Kühlung der Spulen
möglich ist.
[0075] Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein
Klopfsensor vorgesehen und die Steuervorrichtung ist als eine aufgrund eines Signales
des Klopfsensors den Totpunkt verstellende Steuervorrichtung ausgebildet. Das bedeutet,
dass der Klopfsensor ein Signal abgibt, wenn die Membran gegen den Klopfsensor fährt.
In diesem Fall ist der Druckpunkt nicht korrekt eingestellt und der maximale Hub des
Kolbens wird verringert. Die Verringerung kann schrittweise um vorbestimmte Weglängen
oder "Counts" erfolgen. Es ist auch möglich, einen vordefinierten Wert vorzusehen,
um den der Maximalhub verringert wird.
[0076] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Steuervorrichtung
als eine den Totpunkt des Kolbens lediglich während einer Kalibrierfahrt verstellende
Steuereinrichtung ausgebildet.
[0077] Während der Kalibrierfahrt, die aus wenigstens einem Hub, vorteilhaft aus mehreren
Hüben des Kolbens bestehen kann, kann der Druckpunkt des Kolbens von der Steuereinrichtung
verstellt werden. Ist der Totpunkt optimal eingestellt, wird dieser abgespeichert
und im Betrieb der Pumpe, das heißt im Pumpbetrieb, nicht mehr verändert.
[0078] Erst wenn eine neue Kalibrierfahrt durchgeführt wird, beispielsweise nach einer Standzeit
der Pumpe wird der Totpunkt durch die Steuereinrichtung bei Bedarf wieder verstellt.
[0079] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung
zur Erfassung eines Totpunktes oder einer Position des Kolbens als Hallsensor ausgebildet.
Vorteilhaft ist die Vorrichtung zur Erfassung eines Totpunktes oder einer Position
des Kolbens als inkrementaler Hallsensor ausgebildet.
[0080] Hallsensoren eignen sich sehr gut als Wegsensoren, um die Position des Kolbens zu
erfassen.
[0081] Die Membranvakuumpumpe kann als einköpfige, zweiköpfige oder mehrköpfige Membranvakuumpumpe
ausgebildet sein.
[0082] Es besteht zum Beispiel die Möglichkeit, eine zweiköpfige Membranvakuumpumpe vorzusehen,
wobei der Kolben auf jeder Seite in axialer Richtung gesehen eine Membran in Bewegung
versetzt.
[0083] Es besteht auch die Möglichkeit, auf einer Seite zwei Membranköpfe und auf der anderen
Seite des Kolbens einen Membrankopf vorzusehen.
[0084] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Antriebsraum gegen
Atmosphärendruck abgedichtet ausgebildet. Die zur Verkleinerung der Aktoreinheit beitragende
Differenzdruckminimierung wird durch Abdichten des Antriebsraumes gegen den Atmosphärendruck
erreicht. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der
Antriebsraum als ausgepumpter Antriebsraum ausgebildet. Wird der Differenzdruck durch
selbstständiges Auspumpen des Rückraumes der Membran gesenkt, kann ein kleinerer Schwingspulenantrieb
oder eine niedrigere Stromstärke verwendet werden.
[0085] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Membranvakuumpumpe ist zur
Rückstellung des Kolbens und der Membran wenigstens eine Feder im Membrankopf und/oder
im Linearantrieb vorgesehen. Durch die Feder wird eine Optimierung und Reduzierung
der Kraft erreicht. Der Aktor wird bei Rückstellung der Membran durch die Feder unterstützt.
[0086] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Membranvakuumpumpe
wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil auf. Die Ventile stehen
vorteilhaft mit dem Förderraum in Verbindung. Die Ventile sind vorteilhaft als Zungenventile
und/oder Kugelventile und/oder Scheibenventile ausgebildet. Andere Arten von Ventilen
sind ebenfalls möglich.
[0087] Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit sämtlichen Merkmalen bei den in der Anmeldung
beschriebenen Membranvakuumpumpen einsetzbar. Die beschriebenen Membranvakuumpumpen
sind mit ihren in der Anmeldung offenbarten Merkmalen ebenfalls kombinierbar.
[0088] Die Membranvakuumpumpe kann vorteilhaft als zweiköpfige Membranvakuumpumpe mit einem
Schwingspulenantrieb ausgebildet sein.
[0089] Zweiköpfige Membranvakuumpumpe bedeutet, dass auf beiden Seiten des Kolbens eine
Membran von dem sich hin- und herbewegenden Kolben angetrieben wird.
[0090] Es kann hierbei eine Energierückgewinnung durch Federn auf beiden Seiten des Kolbens
vorgesehen sein. Anstelle der Federn können auch Kondensatoren vorgesehen sein.
[0091] In diesem Fall ist eine Differenzdruckminimierung nicht notwendig, da zwei Membranen
in einer Achse liegen. Hierdurch heben sich die Kräfte auf, die durch den Differenzdruck
entstehen.
[0092] Mit den erfindungsgemäßen Membranvakuumpumpen können tiefere Enddrücke erreicht werden,
da das Totvolumen gegenüber dem Stand der Technik deutlich verkleinert wird.
[0093] Die Anbindung der wenigstens einen Spule des Schwingspulenantriebes oder der Spulenpaare
des Schwingspulenantriebes direkt an das Gehäuse ermöglichen eine effektive Kühlung,
beispielsweise durch Anblasen einer Gehäuseverrippung.
[0094] Die erfindungsgemäße Membranpumpe mit Schwingspulenantrieb weist folgende Vorteile
auf:
- 1. Kipp- beziehungsweise Pendelbewegungen der Membran von konventionellen, zum Stand
der Technik gehörenden Membranpumpen mit Kurbelwelle werden durch eine rein lineare
Bewegung verhindert. Ein Verschleiß der Membran im Membrankopf durch Schleifen oder
Reiben am Membrankopf wird dadurch eliminiert.
- 2. Die erfindungsgemäße Membranpumpe weist einen optimal angepassten Membrankopf an
eine reine Linearbewegung der Membran auf, wodurch effektiv das Totvolumen verringert
wird.
- 3. Die Verringerung oder Verkleinerung der Ventilkanäle verringert das Totvolumen
und verbessert damit den Enddruck beziehungsweise das Kompressionsverhältnis.
[0095] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der zugehörigen Zeichnung,
in der mehrere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Membranvakuumpumpe nur
beispielhaft dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:
- Fig. 1
- einen Längsschnitt durch eine zweiköpfige Membranvakuumpumpe;
- Fig. 2
- eine perspektivische Ansicht mit Längsschnitt durch eine Membranvakuumpumpe gemäß
Fig. 1;
- Fig. 3
- eine Seitenansicht in Längsrichtung der Membranvakuumpumpe der Fig. 1;
- Fig. 4
- eine perspektivische Ansicht einer Membranvakuumpumpe;
- Fig. 5
- einen Längsschnitt durch eine dreiköpfige Membranvakuumpumpe;
- Fig. 6
- ein Schnittbild durch eine Membranvakuumpumpe in vier Phasen in Funktion.
[0096] Fig. 1 zeigt eine Membranvakuumpumpe 1 mit zwei mit einem Kolben 2 kraftschlüssig
in Verbindung stehenden Membranen 3, 4. Den Membranen 3, 4 ist jeweils ein Membrankopf
5, 6 zugeordnet, gegen den die Membranen 3, 4 bei maximaler Auslenkung des Kolbens
2 fahren.
[0097] Um eine kontinuierliche Schwingung beziehungsweise oszillierende Bewegung des Kolbens
2 zu erzeugen, werden Spulen 7, also stromdurchflossene Leiter in einem Magnetfeld
von Permanentmagneten 8 mit ständig wechselnder Stromrichtung betrieben. Zwischen
den Spulen 7 und den Dauermagneten 8 ist ein Luftspalt vorhanden. Dieser sollte möglichst
gering sein, um den Wirkungsgrad des Aktuators, bestehend aus Kolben 2 sowie Membranen
3, 4 zu erhöhen.
[0098] Der Kolben 2 ist unmagnetisch ausgebildet und ist auf Gleitlagern 9 gelagert. Es
ist auch eine Lagerung ohne Gleitlager möglich mit optimierter positiver (stabilisierender)
Radialsteifigkeit der Membrananordnungen (senkrecht zur Hubrichtung) und negativer
(destabilisierender) Radialsteifigkeit der Spulenanordnung (senkrecht zur Hubrichtung).
[0099] Um permanent die Position des Kolbens 2 feststellen zu können, befindet sich ein
inkrementaler Hallsensor 10, der in der Fig. 1 nur schematisch dargestellt ist, zur
Erfassung des Weges im Bereich des Kolbens 2. Der Hallsensor 10 wird auch zur Stromumkehr
verwendet, indem abhängig von der Position des Kolbens 2 die Stromrichtung frühzeitig
umgekehrt wird. Zur Energierückgewinnung sind Federn 11 vorgesehen. Die Federn 11
sind auf beiden Seiten des Kolbens 2 angeordnet. Es können auch Kondensatoren (nicht
dargestellt) zur Energierückgewinnung vorgesehen sein.
[0100] Die Membranen 3, 4 sind zwischen einem Gehäuse 12 und den Membranköpfen 5, 6 eingeklemmt,
so dass ein Förderraum 13, 14 gasdicht von einem Antriebsraum 15 getrennt ist.
[0101] Gegenüber einem herkömmlichen Schwingspulenantrieb weist der in Fig. 1 dargestellte
Antrieb die Spule 7 auf, die als Stator ausgebildet ist. Die Dauermagneten 8 sind
als Läufer ausgebildet. Hierdurch ist eine sehr gute Wärmeabfuhr aus der Spule 7 durch
direkten Kontakt mit dem Gehäuse 12 möglich. Das Gehäuse 12 weist insbesondere im
Bereich der Spule 7 Kühlrippen 16 auf. Diese Kühlrippen können beispielsweise mit
Raumluft, die im Vergleich zur Gehäusetemperatur eine geringere Temperatur aufweist,
umströmt werden, wodurch die Spule 7 auf einer konstanten Temperatur gehalten werden
kann.
[0102] Die in Fig. 1 dargestellte Spule 7 besteht vorteilhaft aus mehreren Spulenpaaren,
die unterschiedlich bestromt werden können, um den Dauermagnetläufer bewegen zu können.
[0103] In Fig. 2 ist die Vakuumpumpe 1 in aufgeschnittener Form dargestellt. Gleiche Teile
sind mit gleichen Bezugszahlen versehen. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf
die Figurenbeschreibung von Fig. 1 verwiesen.
[0104] In Fig. 2 sind die Kühlrippen 16 erkennbar, die zur Kühlung der Spule 7 dienen.
[0105] Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht der Vakuumpumpe 1 mit den Kühlrippen 16.
[0106] Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Membranpumpe 1. Ebenfalls deutlich
sind die Kühlrippen 16 erkennbar.
[0107] Die Vakuumpumpe 1, die in Fig. 1 dargestellt ist, weist den Hallsensor 10 auf, der
dazu dient, die Position des Kolbens 2 zu erfassen. Eine lediglich schematisch angedeutete
Steuervorrichtung 17, an die die Signale des Hallsensors 10 übermittelt werden, erfasst
den Totpunkt des Kolbens 2. Die Steuervorrichtung 17 erfasst in Abhängigkeit von der
Position des Kolbens 2 den Totpunkt des Kolbens. Vor Inbetriebnahme der Pumpe, das
heißt vor einem Pumpvorgang wird eine Kalibrierfahrt durchgeführt. Hierbei fährt der
Kolben 2 mit gegenüber dem Pumpbetrieb reduzierter Kraft die Membran 3 in den Membrankopf
5 oder gegen einen mechanischen Endpunkt der Membran 3. Hierbei detektiert die Steuervorrichtung
17 die Ist-Position des Kolbens 2 kontinuierlich und vergleicht diese mit einer Soll-Position.
Aus einem Vergleich der Ist-Position mit der Soll-Position ermittelt die Steuervorrichtung
17 den Endpunkt der Bewegung der Membran. Dieser Endpunkt wird während des Pumpbetriebes
der Membranvakuumpumpe 1 kontinuierlich als Maximalhub verwendet.
[0108] Der Totpunkt des Kolbens 2 kann derart eingestellt werden, dass die Membran 3 an
dem Membrankopf 5 anliegend angeordnet ist. Der Totpunkt kann auch derart eingestellt
werden, dass zwischen Membran und Membrankopf ein Abstand von weniger als 0,3 mm verbleibt.
Der Totpunkt kann auch derart eingestellt werden, dass die Membran 3 mit einer gewissen
Kraft gegen den Membrankopf 5 gedrückt wird.
[0109] Vorteilhaft ist der Totpunkt derart eingestellt, dass die Membran 3 vollständig an
dem Membrankopf 5 anliegt, damit der Förderraum 13 kein Totvolumen aufweist, so dass
die Pumpleistung der Pumpe optimiert wird.
[0110] Gemäß der in Fig. 1 dargestellten zweiköpfigen Membranpumpe wird die beschriebene
Kalibrierung auch für die Membran 4 und den Membrankopf 6 entsprechend durchgeführt.
[0111] Der Antriebsraum 15 ist gegen Atmosphärendruck abgedichtet. Vorteilhaft ist der Antriebsraum
15 zusätzlich ausgepumpt. Die Membranvakuumpumpe 1 gemäß Fig. 1 weist ein Einlassventil
sowie ein Auslassventil für jeden Förderraum 13, 14 auf.
[0112] Fig. 5 zeigt ein geändertes Ausführungsbeispiel einer Membranvakuumpumpe 20. Die
Membranvakuumpumpe 20 weist ein Gehäuse 21 auf, in dem der Kolben 22 linear gelagert
ist.
[0113] Der Linearantrieb, bestehend aus Spulen und Magneten, ist in Fig. 5 nicht dargestellt,
erfolgt jedoch nach dem Prinzip der Fig. 1.
[0114] Gemäß Fig. 5 weist die Vakuumpumpe drei Membranköpfe 22, 23, 24 auf. Den Membranköpfen
22, 23, 24 sind Membranen 25, 26, 27 zugeordnet. Die Bewegung der Membran 27 durch
den Kolben 22 erfolgt unmittelbar über eine Stange 28. Die Bewegung der Membranen
25, 26 durch den Kolben 22 erfolgt über ein T-Stück 29. Die Membranköpfe 22, 23 können
parallel oder in Reihe geschaltet sein.
[0115] In Fig. 5 sind lediglich die Membranköpfe 22, 23, 24 schematisch dargestellt. Ein-
und Auslässe sind nicht dargestellt.
[0116] Fig. 6 zeigt der Vollständigkeit halber das Funktionsprinzip einer Membranvakuumpumpe
gemäß dem Stand der Technik.
[0117] Fig. 6 zeigt eine Membranvakuumpumpe 1 mit einem Gehäuse 12 mit einer Membran 30,
die im Gehäuse 12 randseitig eingespannt ist und von einem Antriebspleuel 31 eines
motorischen Antriebes in eine taumelnde Abwärtsbewegung versetzt werden kann.
[0118] Im Gehäuse 12 befindet sich ein von der Membran 3 von einem Gehäusekopf 32 begrenzter
Schöpfraum 13, der gegenüber der Membran 3 von dem Gehäusekopf 5 des Gehäuses 12 begrenzt
ist.
[0119] Im Gehäusekopf 5 befindet sich mindestens eine in den Förderraum 13 führende Ansaugleitung
18 mit einer Einlassventilanordnung 33 und mindestens einer aus dem Schöpfraum 13
führende Ausstoßleitung 19 mit einer Auslassventilanordnung 34.
[0120] Generell gilt, dass die Einlassventilanordnung 33 eine Einlassventilöffnung 35 und
einen die Einlassventilöffnung 35 bei Überdruck im Schöpfraum 13 schließenden Einlassventilkörper
36 aufweist. In entsprechender Weise weist die Auslassventilanordnung 34 bei Unterdruck
im Schöpfraum 13 einen schließenden Auslassventilkörper 37 auf.
[0121] Bei der Abwärtsbewegung der Membran 3 entsteht im Förderraum 13 ein Unterdruck, wodurch
am Einlassventilkörper 36 ein Differenzdruck ansteht, der den Ventilkörper 36 in Richtung
Förderraum 13 drückt. Durch das geöffnete Einlassventil strömt Gas aus der Ansaugleitung
18 in den Schöpfraum 13. Bei der Aufwärtsbewegung der Membran 3 entsteht im Förderraum
13 ein Überdruck, wodurch am Einlassventilkörper 36 ein Differenzdruck ansteht, der
den Ventilkörper 36 in Richtung Ventilöffnung 35 drückt. Bei der Abwärtsbewegung der
Membran 3 entsteht im Förderraum 13 ein Unterdruck, wodurch am Auslassventilkörper
38 ein Differenzdruck entsteht, der den Ventilkörper 38 in Richtung Förderraum 13
und in die Ventilöffnung 39 drückt. Bei der Aufwärtsbewegung der Membran 3 entsteht
im Förderraum 13 ein Überdruck, wodurch am Auslassventilkörper 38 ein Differenzdruck
ansteht, der den Ventilkörper 38 in Richtung Gehäusedeckel 40 drückt. Das bedeutet,
dass sich bei Abwärtsbewegung des Pleuels 31 die Einlassventilanordnung 33 öffnet,
so dass Gas aus der Leitung 18 in den Förderraum 13 strömt. Bei Aufwärtsbewegung des
Pleuels 31 schließt die Einlassventilanordnung 33 und die Auslassventilanordnung 34
öffnet, so dass das in dem Förderraum 13 befindliche Gas in die Leitung 19 strömt.
Bezugszahlen
[0122]
- 1
- Membranvakuumpumpe
- 2
- Kolben
- 3
- Membran
- 4
- Membran
- 5
- Membrankopf
- 6
- Spule
- 7
- Spule
- 8
- Magnet
- 9
- Gleitlager
- 10
- Hallsensor
- 11
- Federn
- 12
- Gehäuse
- 13
- Förderraum
- 14
- Förderraum
- 15
- Antriebsraum
- 16
- Kühlrippen
- 17
- Steuervorrichtung
- 18
- Einlass
- 19
- Auslass
- 20
- Membranpumpe
- 21
- Gehäuse
- 22
- Membrankopf
- 23
- Membrankopf
- 24
- Membrankopf
- 25
- Membran
- 26
- Membran
- 27
- Membran
- 28
- Stange
- 29
- T-Stück
- 30
- Membran
- 31
- Pleuel
- 32
- Gehäusekopf
- 33
- Einlassventilanordnung
- 34
- Auslassventilanordnung
- 35
- Einlassventilöffnung
- 36
- Ventilkörper
- 37
- Ventilkörper
- 38
- Ventilkörper
- 39
- Auslassventilöffnung
- 40
- Gehäusedeckel
1. Verfahren zur Kalibrierung einer Membranvakuumpumpe zur Förderung eines Mediums, mit
einem mit dem Medium füllbaren Förderraum, mit einem mit einem Schwingspulenantrieb
linear antreibbaren Kolben in einem Antriebsraum, mit einer Membran, die den Förderraum
und den Antriebsraum trennt und zwischen Förderraum und Antriebsraum schwingend angeordnet
ist, mit einem Membrankopf, der mit der Membran den Förderraum bildet, wobei der Kolben
als ein die Membran in Bewegung versetzender und um eine vorbestimmte Wegstrecke bewegbarer
Kolben ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (10) zur Erfassung eines Totpunktes und/oder Position des Kolbens
(2) vorgesehen ist, und dass eine Steuervorrichtung (17) den Totpunkt in Abhängigkeit
von dem erfassten Signal der Vorrichtung (10) verstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (17) aufgrund eines Signales wenigstens eines Klopfsensors
den Totpunkt verstellt, und/oder dass die Steuereinrichtung (17) den Totpunkt des
Kolbens (2) lediglich während einer Kalibrierfahrt verstellt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (17) eine Ist-Position des Kolbens (2) kontinuierlich detektiert
und mit einer Soll-Position vergleicht, und dass die Steuervorrichtung (17) aus der
Ist-Position und der Soll-Position den Endpunkt der Bewegung der Membran (3, 4) ermittelt,
insbesondere dass der ermittelte Endpunkt der Membran (3, 4) abgespeichert wird und
dass der Endpunkt während des Pumpbetriebes als Maximalhub verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Totpunkt derart eingestellt wird, dass zwischen Membran (3, 4) und Membrankopf
(5, 6) ein Abstand von weniger als 0,5 Millimeter verbleibt, insbesondere dass der
Totpunkt derart eingestellt wird, dass die Membran (3, 4) an dem Membrankopf (5, 6)
anliegt, insbesondere dass der Totpunkt derart eingestellt wird, dass die Membran
(3, 4) in den Membrankopf (5, 6) gedrückt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung vollautomatisch durchgeführt wird, und dass eine Kalibrierfahrt
wenigstens einen Hub des Kolbens (2) umfasst, insbesondere dass bei der Verwendung
eines Klopfsensors der Hub des Kolbens (2) verringert wird, wenn die Steuereinrichtung
(17) ein Signal von dem Klopfsensor erhält.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Aufnahme des Pumpbetriebes der Membranvakuumpumpe (1) die Membran (3, 4) gegen
den Membrankopf (5, 6) gefahren wird, und dass die Steuereinrichtung (17) diese Bewegung
als fehlerhaft erfasst, und dass nach wenigstens zwei fehlerhaften Bewegungen die
Steuereinrichtung (17) die Ist-Position des Totpunktes des Kolbens (2) erfasst und
verringert, und dass die Verringerung der Ist-Position des Totpunktes des Kolbens
(2) um einen vordefinierten Wert erfolgt, insbesondere dass die Größe des vordefinierten
Wertes bestimmt, ob die Membran (3, 4) im Totpunkt des Kolbens (2) mit Abstand zu
dem Membrankopf (5, 6), anliegend an dem Membrankopf (5, 6) oder gegen den Membrankopf
(5, 6) gedrückt angeordnet ist.
7. Membranvakuumpumpe zur Förderung und Dosierung eines Gases, mit einem mit dem Gas
füllbaren Förderraum, mit einem mit einem Schwingspulenantrieb linear antreibbaren
Kolben in einem Antriebsraum, mit einer Membran, die den Förderraum und den Antriebsraum
trennt und zwischen Förderraum und Antriebsraum schwingend angeordnet ist, mit einem
Membrankopf, der mit der Membran den Förderraum bildet, wobei der Kolben als ein die
Membran in Bewegung versetzender und um eine vorbestimmte Wegstrecke bewegbarer Kolben
ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (10) zur Erfassung eines Totpunktes und/oder einer Position des
Kolbens (2) vorgesehen ist, und dass eine Steuervorrichtung (17) vorgesehen ist, die
als eine den Totpunkt in Abhängigkeit von dem erfassten Signal der Vorrichtung (10)
verstellbare Steuervorrichtung (17) ausgebildet ist.
8. Membranvakuumpumpe nach Anspruch 7, wobei ein Schwingspulenantrieb wenigstens eine
Spule und wenigstens einen der Spule zugeordneten Magneten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (7) als Stator und der Magnet (8) als Läufer ausgebildet sind.
9. Membranvakuumpumpe zur Förderung eines Gases mit einem mit dem Gas füllbaren Förderraum,
mit einem mit einem Schwingspulenantrieb linear antreibbaren Kolben in einem Antriebsraum,
mit einer Membran, die den Förderraum und den Antriebsraum trennt und zwischen Förderraum
und Antriebsraum schwingend angeordnet ist, mit einem Membrankopf, der mit der Membran
den Förderraum bildet, wobei der Kolben als ein die Membran in Bewegung versetzender
und um eine vorbestimmte Wegstrecke bewegbarer Kolben ausgebildet ist, wobei der Schwingspulenantrieb
wenigstens eine Spule und wenigstens einen der Spule zugeordneten Magneten aufweist
dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (7) als Stator und der Magnet (8) als Läufer ausgebildet sind.
10. Membranvakuumpumpe nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator mit einem Gehäuse (12) temperaturleitend verbunden ist, und dass an dem
Gehäuse (12) Kühlrippen (16) angeordnet sind.
11. Membranvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (10) zur Erfassung eines Totpunktes und/oder einer Position des
Kolbens (2) vorgesehen ist, und dass eine Steuervorrichtung (17) vorgesehen ist, die
als eine den Totpunkt in Abhängigkeit von dem erfassten Signal der Vorrichtung (10)
verstellbare Steuervorrichtung (17) ausgebildet ist.
12. Membranvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Klopfsensor vorgesehen ist, und dass die Steuervorrichtung (17) als
eine aufgrund eines Signales des Klopfsensors den Totpunkt verstellende Steuervorrichtung
(17) ausgebildet ist, und/oder dass die Steuereinrichtung (17) als eine den Totpunkt
des Kolbens (2) lediglich während einer Kalibrierfahrt verstellende Steuereinrichtung
(2) ausgebildet ist, und/oder dass die Vorrichtung (10) zur Erfassung eines Totpunktes
und/oder einer Position des Kolbens (2) als Hallsensor ausgebildet ist, und/oder dass
die Vorrichtung (10) zur Erfassung eines Totpunktes und/oder einer Position des Kolbens
(2) als inkrementaler Hallsensor ausgebildet ist.
13. Membranvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranvakuumpumpe (1, 21) als einköpfige, zweiköpfige oder mehrköpfige Membranvakuumpumpe
(1, 21) ausgebildet ist, insbesondere dass der Antriebsraum (15) gegen Atmosphärendruck
abgedichtet ausgebildet ist.
14. Membranvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsraum (15) als ausgepumpter Antriebsraum (15) ausgebildet ist.
15. Membranvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Rückstellung des Kolbens (2) und der Membran (3, 4) wenigstens eine Feder (11)
im Membrankopf (5, 6) und/oder im Linearantrieb vorgesehen ist.
16. Membranvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranvakuumpumpe (1, 21) wenigstens ein Einlassventil (18) und wenigstens ein
Auslassventil (19) aufweist, und dass die Ventile (18, 19) als Zungenventile und/oder
Kugelventile und/oder Scheibenventile ausgebildet sind.