Vorschlag für eine UHV Reinigung - Hasylab - Desy

PETRA III 

UHV Pumpstand 

M. Hesse DESY FS-BT Beamline Technology 

DESY

Eigenschaften: 

• Mobiler Pumpstand; fahrbar in Hallen und engen Experimentiergebieten 

• Kohlenwasserstofffrei 

• Einfache Bedienung; auch für Nutzer geeignet 

• für Ausheizungen von Beamlines zur Steuerung der Heizung einsetzbar 

• partikelarm; wenig Partikeltransport in UHV Systeme 

• Qualifizierung von Vakuumsystemen durch Einbau von MSP, Lecksucher 

• Fernbedienbar über Ethernet; Statusanzeige; Loggingfile 

• Einfache Programmierung des Pumpstandes 

• Änderung der Programme über Schnittstelle einspielbar 

• Einsatz der Steuerung für Anwendungen an Experimenten z. Bsp. Monochr. 


DESY

Konzeption: 

• Ölfrei durch Verwendung von trockenen Vorvakuumpumpen 

SCROLL Pumpen der Firmen EDWARDS 

• Einsatz von Turbomolekulapumpen der Firma Pfeiffer wegen der höheren Lebensdauer 

• Verhinderung der Partikelrückströmung von der SCROLL- Pumpe durch Sperrventile 

• Anpumpen über Bypass → Verbesserung des Leitwertes 

• Reduzierung der SCROLL Laufzeit bei Dauerbetrieb durch Einsatz eines Puffers 

• möglichst hoher Leitwert im Pumpstand durch angepasste Rohrdurchmesser 

• Verwendung einer SPS auf Basis eines Altera Bausteins 

• Lecksuche im Gegenstrom möglich (BYPASS) 


DESY

Blockschaltbild: 

Handventil/ DN40 / DN63 

Pirani 2 

Vatterfly-Ventil 

Penning 

TMP TMU 071 

Puffervolumen 

Pirani 1 

SECUVAC 

Scrollpumpe 10 m 3 / h 


P2 

P3 

P1 

BLV incl. Partikelfilter 

Bypassventil 

DESY

Test Pumpen mit Bypass: 

1. Rezipient : 485 l 

- Behälter: 324 l 

- Rohrleitung: 161 l 

2. TMP: V70LP 

3. SCROLL: 10m 3 

4. Startdruck : 1000mbar 

5. Enddruck: 4*10 -3mbar 

30cm/h 


Pumpkurve ohne Bypass 

Zeit: ca.:60min. 

Pumpkurven mit Bypass 

ca.: 35min. 

DESY

Ölfreie SCROLL- Vakuumpumpe 

- Kohlenwasserstofffreies Vakuum-> einzig völlig 

ölfreie Vorpumpe 

- Problem: Heliumrückströmung beim Lecksuchen -> 

Abgasleitung verwenden 


DESY


ca. 21h ohne Vorpumpe 

ca.5 min mit Vorpumpe 

DESY

3D Ansicht 

Pumpstand: 

Massenspektrometer/ 

Lecksucher 

SECUVAC 

Thermovac 


Bypass Ventil 

Vatterfly- Ventil 

Puffervolumen 

TMP 

Ionivac 

Scrollpumpe 10 m 3 / h 

DESY

Bedienpanel Pumpstand lokal 


Bedienpanel Pumpstand über Ethernet 

DESY

Steuerung: 

LED 

22 

8 

Main Board 

PControl 

State Machine, Timer, Multiplexer, ADC Control 

EPM9320ARQ208 

3 

12 

4-fold ADC 

AD7864-2 

P1 P2 P3 P4 

Front Panel 

Taster 

16 

Vom Pumpstand 

Inverter 

16 

9 

Remote Inputs 

3 

12 

SEL[2..0] 

12 

12 

Level Converter 

Ethernet Board 

24V Relais 

12 

9 

3 

12 

Relais Board 

12 - N 

Web_IO 

Digital 

220V Relais 

Zum Pumpstand 


N = 0 .. 7 

Ethernet 

Eigenschaften: 

• Ablaufsteuerung 

• binäre Basis ist ein CPLD 

Baustein (ALTERA) 

• modularer Aufbau 

• frei programmierbar 

• geeignet für alle binären 

Prozesse 

• 16 Eingänge potentialfrei 

• 12 Ausgänge 24V; 230V 

• Ethernet Schnittstelle 

DESY

Programmstruktur für Teil “Abpumpen” 


Das Programm besteht aus drei Hauptteilen: 

DESY 

Selbsttest des Pumpstandes: 

Der Pumpstand beginnt mit geschlossenem Bypass und 

Eckventil. Vordefinierte Druckschwellen müssen innerhalb 

von bestimmten Zeitspannen erreicht werden. 

Danach kann das Vakuumsystem gepumpt werden. 

Abpumpen 

Die Steuerung öffnet automatisch den Bypass oder das 

Eckventil in Abhängigkeit der vorhandenen 

Druckschwellen. Die Schaltreihenfolge der Ventile 

verhindert einen Gas-Rückstrom. 

Heizen 

Die Steuerung schaltet über einen Schütz die Heizung der 

UHV Komponente ein. Bei Überschreiten der 

Druckschwelle wird der Heizvorgang unterbrochen, bis die 

Druckschwellen durch das Abkühlen der Komponenten 

wieder erreicht werden. 

Abschalten der Vorpumpe 

Die Vorpumpe wird im Betrieb ein – und ausgeschaltet in 

Abhängigkeit vom Vorvakuumdruck.

Bauteil Typ Eigenschaften Begründung 

Vorpumpe SCROLL 

Edwards XPS 10 

Ventil Vatterfly Ventil VAT Klappenventil 

DN63 

Ventil Handventil VAT DN 40/DN63 Anpassung an DN der 

Beamline 

Puffer Volumen zwischen Scroll /TMP 

alternativ 

FESTO - 20l Edelstahl Volumen 

SN =11m3 /h 

PE = 7*10-2 mbar 

Turbo Pumpe Pfeiffer TMU 071P SN = 60 l/s N2 DN 63 

ca. 5*10-10mbar Messgeräte Leybold Center Three 

1*Combi Transmitter 

2*Thermovac Transmitter 

Controller 

Ionivac ITR 90 

TTR 90 (Pirani) 

Ventil Sperrventil Scrollpumpe Leybold SECUVAC 

DN 40 

Ventil Bypassventil VAT Balgventil 

DN40 

vollkommen ölfreie 

Lagerung 

hohe Standzeit; gute 

Bedienbarkeit 

Sehr gute Bedienbarkeit; 

hohe Zuverlässigkeit 

• p- Kontrolliertes 

Anpumpen der Scroll 

• Belüften der Scroll von 

Vakuumseite 

DN 40 Flansche Hohe Lebensdauer der 

Scrollpumpe 

Dichtungen Metalldichtungen ISO- K ausheizbar 


DESY

Kostenübersicht: 

SECUVAC 600,- 

Ventil (VP/TP) 800,- 

Wellschlauch 125,- 

Scroll Pumpe 3200,- 

Eckventil 1600,- 

Combivac 1300,- 

Ionivac ITR 90 700,- 

Pirani 2* TTR 90 500,- 

Turbo 3000,- 

UHV- Teile 600,- 

Steuerung 3000,- 

Gestell 1000,- 

Summe (extern/ intern) € 16.425,- 


DESY

Status Prototyp: 


DESY

Status der Fertigung: 

1. 15 Gestelle -> fertig 

2. 15 Steuerungen -> fertig 

3. Montage der Vakuumkomponenten->läuft 


DESY

Vielen Dank 

Spezieller Dank an die beteiligten Kollegen und Kolleginnen: 

N.v Bargen, M. Degenhardt, B. Dickert, U. Hahn, T. Hans, 

E. Untiedt, 

J. Schütt, R. v. Staa (2. Institut der Uni HH) 


DESY

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