Vakuumtechnik Ölfreie Pumpstände sorgen für effektive Entlüftung von Lampenröhren

Für eine Vielzahl von Anwendungen in der Hochvakuumtechnik ist es erforderlich, trocken laufende, das heißt ölfrei arbeitende Pumpensysteme einzusetzen. Ein Anwendungsfall ist die Herstellung von UV(Ultra-violett-Licht)-Lampen, die zum Trocknen und Härten von Lacken und Farben dienen. Zum Einsatz kommen trocken laufende Turbomolekularpumpstände mit einer Membranpumpe als Vorpumpe.

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Lutz Pumpen GmbH

JESSBERGER GmbH

AGTOS Gesellschaft für technische Oberflächensysteme mbH GmbH

Gardner Denver Thomas GmbH

Für die Herstellung von UV-Lampen (Lampen zur Erzeugung ultravioletten Lichts) werden unter anderem kombinierte Hochvakuumpumpstände zum Evakuieren und zum Füllen mit Edelgasen benötigt. Diese Pumpstände sind hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktion speziell auf den genannten Verwendungszweck ausgelegt.

Die Abstimmung von Hochvakuumpumpständen auf den jeweiligen Einsatzzweck bedeutet für die Projektierung, dass zwischen Kunde und Hersteller die einzelnen geforderten technischen Parameter genau definiert und in ein technisches Gesamtkonzept umgesetzt werden müssen.

Zunächst soll erläutert werden, an welcher Stelle des Herstellungsprozesses der UV-Lampen die Hochvakuumpumpensysteme genau zum Einsatz kommen: Der Hochvakuumpumpstand hat die Aufgabe, die Lampenkörper aus Quarzglas beim Erhitzen bis auf rund 900°C im Induktionsofen zu evakuieren.

Dieser Evakuierungsvorgang ist für die nachfolgenden Fertigungsschritte und letztlich für das Endprodukt von entscheidender Bedeutung. Es muss im Lampenkörper ein möglichst geringer Vakuumdruck erreicht werden, der ein Maximum an Sauberkeit, das heißt ein Minimum an störenden Fremdelementen, garantiert. Erst dadurch ist eine lange Lebensdauer der UV-Lampen gegeben.

Pumpstand übernimmt Spülen und Füllen der Leuchtkörper

Die Ilmvac GmbH liefert in diesem Bereich bereits seit über zehn Jahren Spezialpumpstände an die Firma UV-Technik in Wümbach. Wenn das Evakuieren und Ausheizen erfolgt ist, folgt ebenfalls mittels des Hochvakuumpumpstandes das Spülen mit Argon und anschließend das Füllen der Lampenkörper mit dem Prozessgas bei einem definierten Druck (Bild 1). Abschließend werden die fertigen Lampen vom Pumpstengel abgeschmolzen.

Auf diese Art und Weise werden UV-Mitteldrucklampen produziert, die bei Betrieb im Lampenkörper einen Druck von 4 bis 8 bar aufbauen. Verwendet werden diese Lampen unter anderem beim Trocknen und Härten von Lacken und Farben.

Neuer Hochvakuumpumpstand im Vergleich zum Vorgängermodell verbessert

Die neueste Ausführung eines Hochvakuumpumpstandes vom Typ DHV 900/2-UHL (Bild 2) ist seit August 2007 in Betrieb. Aufbauend auf den gesammelten Erfahrungen und Erkenntnissen mit dem Vorgängertyp DHV 900/1-UHL wurden beim neuen Pumpstand einige wesentliche Verbesserungen hinsichtlich der Funktion und Bedienbarkeit realisiert. Das System verfügt über ein höheres Saugvermögen der Hochvakuumpumpe (Turbomolekularpumpe), woraus sich verkürzte Evakuierungszeiten und damit eine höhere Produktivität ergeben.

Der Bedienkomfort wurde durch eine elektropneumatische Betätigung des Hochvakuum- und des Vorvakuumventiles verbessert. Darüber hinaus werden bei dem Pumpensystem verbesserte Ilmvac-Vakuummessgeräte für eine exaktere und zuverlässigere Bestimmung der Vakuum- und Gasfülldrücke eingesetzt.

Der Hochvakuumpumpstand DHV 900/2-UHL arbeitet völlig trocken, das heißt, das erzeugte Vakuum ist frei von Kohlenwasserstoffen. Diese besondere technische Spezifikation des Pumpstandes ist für die Qualität der produzierten UV-Lampen von wesentlicher Bedeutung. Die Vakuumpumpe ist für den Anschluss von maximal neun UV-Lampenkörpern mit einem Innendurchmesser von 30 mm und einer maximalen Länge von 3 m ausgelegt. Der fahrbare Pumpstand ist pultförmig gestaltet und konstruktiv in Rahmengestellbauweise ausgeführt. In diesem Rahmengestell befinden sich die Vorpumpen einschließlich der Elektrik.

Höhere Qualität der Hochvakuumpumpen durch ölfreie Kompressoren

Die geneigt angeordnete Gehäusedeckplatte beinhaltet das Bedienpult und die Vakuum-Messgeräte zur Überwachung der Arbeitsdrücke sowie die Bedien- und Kontrollelemente für die Turbomolekularpumpe, die Vorpumpe und die Ventile.

An der rechten Seite des Pumpstandes ist die Halterung für die Füllgasflasche angebracht. Die Einlass- und Regulierventile für zwei Gassorten sind direkt auf dem Pumprechen platziert, ebenso das Hauptventil mit der Turbomolekularpumpe und das Belüftungsventil.

Der Hochvakuumpumpstand verfügt über zwei getrennte Pumpensysteme. Das erste System mit der Membranpumpe MP 601 Tp dient zum Vorpumpen der Strahler bis etwa 3 mbar. Mit dem zweiten System werden die Strahler bis in den Hochvakuumbereich < 10-5 mbar evakuiert.

Hochvakuumpumpstand mit zwei separaten Pumpensystemen

Als Vorpumpsatz für die Turbomolekularpumpe wird dabei eine Kombination aus Kolbenpumpe 41 und Membranpumpe MP 030 Z verwendet. Das Hauptventil am Saugstutzen der Turbomolekularpumpe und das Vorpumpventil werden pneumatisch betätigt. Die Pumpstengel der zu evakuierenden UV-Lampenkörper werden mittels spezieller Quetschverschraubungen auf der Vorderseite des Pumprechens angeschlossen.

Bei Standardanwendungen im Hochvakuumbereich setzt Ilmvac eine Weiterentwicklung der CDK-Turbomolekularpumpenstände ein (Bild 3). Dabei handelt es sich um komplett in einem Gehäuse montierte, betriebsbereite Funktionseinheiten zur Erzeugung von Hoch- und Ultrahochvakuum.

Alle CDK-Turbomolekularpumpstände verfügen über eine automatische Abschaltung der Membranpumpe. Ist der Enddruck im Rezipienten erreicht, so wird die Membranpumpe abgeschaltet. Gleichzeitig wird das Magnetventil in der Vorvakuumleitung zur Turbomolekularpumpe geschlossen. Die rückwärtige Belüftung der Turbomolekularpumpe und des Rezipienten wird dadurch verhindert.

Abschaltautomatik erhöht die Lebensdauer der Hochvakuumpumpe

Die wesentlichen Vorteile dieser Abschaltautomatik sind eine deutliche Erhöhung der Lebensdauer der Membranpumpe auf bis zu 10000 Betriebsstunden, eine spürbare Reduzierung des Geräuschpegels um mindestens 3 dB(A) sowie eine Senkung der Betriebskosten für den Energieverbrauch; besonders deutlich wird dies beim Einsatz mehrerer CDK-Turbomolekularpumpstände.

Das hocheffektive Luftkühlsystem der CDK 180 ermöglicht auch das Evakuieren größerer Rezipientenvolumen bis 100 l, ohne dass dabei die Vakuumpumpe wegen thermischer Überlastung abschaltet. Darüber hinaus ist der Dauerbetrieb bei einem Ansaugdruck von 10-2 mbar mit einem Volumenstrom von 30 l/s mehrere Stunden möglich.

Das Anwendungsspektrum der CDK-Pumpstände beschränkt sich nicht nur auf den Laborbereich. Sie sind auch für die industrielle Anwendungen geeignet, unter anderem für:

• Röhren- und Lampenfertigung,
• Sputter- und Bedampfungsanlagen,
• Spektroskopie,
• Strahlungsführungssysteme,
• Erzeugung von Isolationsvakua sowie
• Vakuumtrocknung.

Dipl.-Ing. Hubert Engmann und Dipl.-Ing. Oliver Fickert arbeiten als Produktmanager bei der Ilmvac GmbH in 98693 Ilmenau.

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