Edwards baut mobile, trockenlaufende Vakuumpumpstände für das DESY

Der bekannte PETRA-Speicherring beim DESY wurde zur dritten Generation der Synchrotronstrahlquelle PETRA III (PETRA III-Projekt) mit 14 Messplätzen ausgebaut, die unter Ultrahochvakuum (UHV) betrieben werden. Die Vakuum-Spezifikation erfordert ein kohlenwasserstofffreies Vakuum, außerdem werden nur minimale Vibrationen aus dem Pumpsystem akzeptiert. Aus diesen Gründen werden Ionen-Pumpen verwendet, um die Strahlbereiche kontinuierlich abzupumpen. Da der Eingangsdruck von Ionen-Pumpen unter 10-6 mbar liegt, werden mobile Pumpstände eingesetzt, um das UHV-System vorzupumpen. Nach Erreichen des Ultrahochvakuums werden die Ionen-Pumpen ein- und die mobilen Pumpstände abgeschaltet. Dies erforderte die Konzeption eines innovativen, mobilen und trockenverdichtenden Pumpstandes mit Scroll-Pumpen von Edwards.

Das DESY-Team setzte sich mit Edwards bezüglich der Konzeption dieser mobilen trockenlaufenden Pumpstände für die neue Photonen-Strahlbereiche in Verbindung. Beim DESY sind bereits Scroll-Pumpen von Edwards bei zahlreichen Verfahren im Einsatz. Aufgrund dieser guten Erfahrungen wurde das Modell XDS10 ausgewählt, welches durch schnelles Abpumpen und Erreichen des Vorvakuums dazu beiträgt, die Hochvakuum-Bedingungen in den Photonen-Strahlbereiche und Experimentier-Stationen der Nutzer herzustellen.

Konzeption der mobilen Pumpstände

Da die mobilen Pumpstände eingesetzt werden, wann immer ein trockenes und reines Vakuum benötigt wird, können sie auch Nutzern der Strahlbereiche zur Verfügung gestellt werden, um deren Experimentierkammern abzupumpen. Darüber hinaus bieten sie den Anwendern weitere Optionen wie Lecksuche, Restgas-Analyse und Unterstützung ihrer Ausheiz-Systeme.

Das neue mobile trockenlaufende Pumpsystem, das vom DESY-Team entwickelt wurde, um diesen Anforderungen gerecht zu werden, verwendet zwei Pumpen. Hierbei verfügt die Vorpumpe über eine Umwegleitung zum schnellen Evakuieren der angeschlossenen Kammer.

"Bei der Vorpumpe handelt es sich um einen Trockenläufer - die Edwards XDS10 Scrollpumpe", sagt Frank Wagner, Edwards Key Account Manager, Scientific Deutschland Nord. "Das war ideal für DESY’s Anforderungen, denn die Pumpe erzielt bei hohem Saugvermögen einen ausreichend niedrigen Druck, um das System schnell abzupumpen." Die XDS10 bietet ein Saugvermögen von bis zu 10m³/h und ein Endvakuum von 7 x 10-² mbar.

Am Anfang des Pumpvorgangs arbeitet nur die Vorpumpe und das Ventil zwischen Kammer und Turbomolekularpumpe ist geschlossen. Wenn auf beiden Seiten Hochvakuum erreicht ist, öffnet sich das Hauptventil des Systems, die UHV-Pumpe wird ein- und die Vorpumpe ausgeschaltet. Ein Puffer-Volumen ermöglicht es dann, die Vorpumpe wieder zuzuschalten, wann immer dies erforderlich ist.

Das Puffer-Konzept erlaubt, die Betriebszeit der Vorpumpe auf weniger als fünf Prozent der gesamten Pumpzeit zu reduzieren und so deren Wartungsintervalle zu verlängern und die Lebensdauer zu erhöhen.

Die Vorteile trockenverdichtenden Pumpen

Das DESY-Team wählte Trockenläufer, da sie über eine Reihe wesentlicher Vorteile verfügen. Trockene Pumpen benötigen kein Schmiermittel im Vakuumbereich, wodurch regelmäßige Ölwechsel überflüssig werden, dies wiederum reduziert sowohl die Wartungsanforderungen als auch die Umweltbelastung. Gleichzeitig wird auch die Möglichkeit der Prozess-Kontamination ausgeschlossen - von entscheidender Bedeutung beim Einsatz in einem Synchrotron.

Edwards Scroll-Pumpen der XDS-Baureihe verwenden ein innovatives Lagerschild, um den Vakuumbereich von allen Arten von Schmiermitteln zu isolieren, so dass das Vakuum nicht nur völlig trocken, sondern auch hermetisch abgedichtet ist. Diese Abschirmung schützt zudem die Lager vor Dämpfen aus dem Prozess und verhindert so Kontaminationen in beiden Richtungen.

Der einstellbare Gasballast ermöglicht das Pumpen von Dämpfen und eröffnet damit eine Reihe weitere Einsatzmöglichkeiten, für die Scroll-Pumpen bisher nicht geeignet waren. All diese Eigenschaften machen die Pumpen ideal für die anspruchsvollen Anforderungen einer Synchrotron-Strahlungsquelle.

XDS-Scroll-Pumpen von Edwards werden in einer großen Palette von Verfahren in der wissenschaftlichen Forschung eingesetzt, z. B. in Ultrahochgeschwindigkeits-Zentrifugen, analytischen Instrumenten, Lasern, Raster-Elektronenmikroskopen sowie Vakuumsystemen für Photonen-Experimente.

"Jede einzelne Komponente unserer mobilen, trockenlaufenden Pumpsysteme wurde gewählt, um höchste Leistung zu gewährleisten. Die Edwards-Pumpen spielen eine zentrale Rolle in diesen Stationen, und sie haben genau geliefert, was wir benötigten ", sagt M. Hesse vom DESY.