DE102020128369A1

DE102020128369A1 - Verfahren zum Betrieb einer Scroll-Pumpe sowie Scroll-Pumpe

Info

Publication number: DE102020128369A1
Application number: DE102020128369.5A
Authority: DE
Inventors: Alexander Kaiser
Original assignee: Leybold GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 2020-10-28
Filing date: 2020-10-28
Publication date: 2022-04-28
Also published as: CN116438378A; EP4237687A1; US20230392600A1; WO2022090191A1; JP2023547422A

Abstract

Verfahren zum Betrieb und insbesondere Überwachung einer Scroll-Pumpe mit den Schritten: Erzeugen eines Vakuums mittels der Scroll-Pumpe; Ermitteln eines Drucks der Scroll-Pumpe; Vergleichen des erfassten Drucks mit einem vorgegebenen Schwellwert; und wenn der erfasste Druck oberhalb des vorgegebenen Schwellwertes liegt, ausgeben eines Warnsignals. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Scrollpumpe zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Scroll-Pumpe und insbesondere zur Überwachung einer Scroll-Pumpe sowie eine solche Scroll-Pumpe.
Bekannte Scroll-Pumpen weisen ein Gehäuse auf mit einem Einlass und einem Auslass. Dabei ist ein erstes Scroll-Element im Gehäuse angeordnet und mit dem Gehäuse verbunden, sodass das erste Scroll-Element als Stator wirkt. Dabei hat das erste Scroll-Element eine Basis und eine im Wesentlichen spiralförmige Wand, welche sich von der Basis aus erstreckt. Weiterhin ist ein zweites Scroll-Element in dem Gehäuse angeordnet, welches um das erst Scroll-Element kreist, angetrieben von einem Elektromotor. Dabei weist auch das zweite Scroll-Element eine Basis auf und eine im Wesentlichen spiralförmige Wand, die sich von der Basis ausgehend erstreckt. Dabei ist die Wand des ersten Scroll-Elements und die Wand des zweiten Scroll-Elements ineinander verschachtelt, sodass zumindest teilweise einzelne Pumpkammern erzeugt werden. Durch die Bewegung des zweiten Scroll-Elements relativ zum ersten Scroll-Element wird sodann ein gasförmiges Medium von dem Einlass zum Auslass befördert.
Um die Pumpkammer möglichst gasdicht auszugestalten, ist zwischen dem der Basis gegenüberliegenden Ende der spiralförmigen Wand des ersten Scroll-Elements und der Basis des zweiten Scroll-Elements eine Dichtung angeordnet. Ebenso ist zwischen dem der Basis gegenüberliegenden Ende der spiralförmigen Wand des zweiten Scroll-Elements und der Basis des ersten Scroll-Elements ebenfalls eine Dichtung angeordnet. Aufgrund der relativen Bewegung zwischen dem ersten Scroll-Element und dem zweiten Scroll-Element nutzt sich diese Dichtung ab. Somit reduziert sich die Gasdichtigkeit der einzelnen Pumpkammern über die Betriebsdauer und die jeweiligen Dichtungen müssen im Rahmen einer Wartung der Scroll-Pumpe ausgetauscht werden.
Dabei wird bei bekannten Scroll-Pumpen eine solche Wartung nach einer vorgegebenen Laufzeit vorgesehen. Dabei ist die Laufzeit vom Hersteller vorgegeben und richtet sich nicht nach den tatsächlichen Betriebsparametern der Scroll-Pumpe. Somit ist die vorgegebene Laufzeit bis zur nächsten Wartung unabhängig beispielsweise von der Betriebslast, dem geförderten Gas oder auch von Abweichungen in der Fertigungsqualität, welche allesamt Einfluss auf die Abnutzung und Verschleiß der Dichtungen haben. Somit erfolgt ein Austausch der Dichtungen unter anderem bei erhöhtem Verschleiß zu spät, sodass bereits durch die Scroll-Pumpe nicht mehr die volle Leistung erbracht werden kann. Dies hat jedoch negativen Einfluss auf die Anwendung, der die Scroll-Pumpe das Vakuum bereitstellt. Alternativ erfolgt bei verringertem Verschleiß der Austausch der Dichtungen zu früh, was wiederum zu zu kurzen Wartungsintervallen und erhöhten Kosten führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren sowie eine Scroll-Pumpe zu schaffen bei der eine optimale Leistung gewährleistet ist bei Verringerung der Wartungskosten.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Scroll-Pump gemäß Anspruch 1 oder 2 sowie einer Scroll-Pumpe gemäß Anspruch 12.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Scroll-Pumpe und insbesondere zur Überwachung einer Scroll-Pumpe weist die folgenden Schritte auf:

a) Erzeugen eines Vakuums mittels der Scroll-Pumpe.
b) Ermitteln eines Drucks der Scroll-Pumpe.
c) Vergleichen des erfassten Drucks mit einem vorgegebenen Schwellwert; und
d) Wenn der erfasste Druck oberhalb des vorgegebenen Schwellwertes liegt, ausgeben eines Warnsignals.

Dabei handelt es sich bei dem erfassten Druck insbesondere um einen Enddruck, d.h. um das maximale Vakuum bzw. den geringsten Druck, welcher von der Scroll-Pumpe erzeugt werden kann. Alternativ kann es sich auch um einen Druck handeln, welcher unter gleichen Pumpbedingungen erfasst wird, so dass eine Vergleichbarkeit besteht zwischen dem ermittelten Druck zu einem ersten Zeitpunkt und dem ermittelten Druck zu einem späteren Zeitpunkt.
Dabei kann es sich bei dem vorgegebenen Schwellwert um die Spezifikation des möglichen erreichbaren Drucks des Scroll-Pumpe und insbesondere des Enddrucks handeln oder sich beispielsweise durch die Anforderungen des Benutzers gegeben sein. Dabei kann der Schwellwert für eine Vielzahl von Scroll-Pumpen gleich sein oder ist gegeben durch den Typ bzw. der Bauweise der Scroll-Pumpe. Erreicht die Scroll-Pumpe dabei einen Enddruck, welcher oberhalb des vorgegebenen Schwellwerts liegt, d.h. größer ist als der vorgegebene Schwellwert, sodass durch die Scroll-Pumpe kein ausreichendes Vakuum erzeugt wird, wird ein Warnsignal ausgegeben. Anhand des Warnsignals ist für den Benutzer ersichtlich, dass eine Wartung und insbesondere ein Austausch der Dichtungen in der Scroll-Pumpe erfolgen muss. Somit richtet sich der Austausch bzw. die Wartung der Scroll-Pumpe nach dem tatsächlich erreichten Enddruck der Scroll-Pumpe, welcher im Wesentlichen beeinflusst ist vom Verschleiß der Dichtungen, sodass die Wartungsintervalle unabhängig sind von einer vorgegebenen Laufzeit und insbesondere Betriebslast, das geförderte Gas und/oder Abweichungen in der Fertigungsqualität der Scroll-Pumpe berücksichtigt werden. So könne die Wartungsintervalle beispielsweise deutlich länger sein als die derzeit vorgegebene Laufzeit bei einem geringeren Verschleiß. Hierdurch können die Wartungsintervalle verlängert werden und Kosten gespart werden. Ergibt sich jedoch im Betrieb des Scroll-Pumpe ein größerer Verschleiß, sodass der erforderliche Enddruck durch die Scroll-Pumpe bereits vor der bisher vorgegebenen Laufzeit erreicht wird und damit einhergehend ein Leistungsabfall der Scroll-Pumpe erfolgt, wird eine Wartung der Scroll-Pumpe früher ausgelöst, um die optimale Leistung der Scroll-Pumpe stets zu gewährleisten.
Vorzugsweise wird der Enddruck am Einlass ermittelt. Hierbei spielen Strömungseigenschaften innerhalb des Scroll-Mechanismus keine Rolle und der Eindruck kann unmittelbar erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu wird der Druck nicht unmittelbar am Einlass erfasst, sondern der Druck wird mittels eines Drucksensors innerhalb des Scroll-Mechanismus erfasst und auf Grundlage des erfassten Drucks auf einen Enddruck bzw. die Abnutzung der Dichtungen geschlossen.
Vorzugsweise wird ein erstes Warnsignal bei Überschreiten eines ersten vorgegebenen Schwellwertes erzeugt und ein zweites Warnsignal bei Überschreiten eines zweiten vorgegebenen Schwellwertes erzeugt. Dabei ist insbesondere der erste Schwellwert unterhalb des zweiten Schwellwertes. Somit kann für den Benutzer der Zustand der Dichtungen angezeigt werden. Insbesondere kann der erste Schwellwert und/oder der zweite Schwellwert mit einer Dichtungsqualität assoziiert werden. Wird somit beispielsweise der erste Grenzwert überschritten und ein erstes Warnsignal ausgelöst, hat sich die Dichtungsqualität reduziert, jedoch ist ein weiterer Betrieb möglich. Eine entsprechende Wartung kann veranlasst werden. Wir der zweite Schwellwert überschritten, hat sich die Dichtungsqualität so weit reduziert, dass es zu Performanceverlusten kommt und ein zuverlässiger Betrieb unter Umständen nicht mehr möglich ist. Eine Wartung ist erforderlich. Insbesondere können weitere Schwellwerte vorgesehen sein und bevorzugt ein kontinuierlicher Vergleich des erreichten Enddrucks mit einem vorgegebenen Enddruck erfolgen und eine beispielsweise prozentuale kontinuierliche Anzeige der Dichtungsqualität erfolgen.
Vorzugsweise wird aus dem erreichten Enddruck eine Restlaufzeit prognostiziert und angezeigt. Dabei kann sich die Restlaufzeit berechnen anhand der Belastung der Vakuumpumpe in einem vergangenen Zeitraum, Abnutzung der Dichtung in einem vergangenen Zeitraum, erforderlicher Betriebsdruck, Betriebstemperatur oder dergleichen. Somit kann eine Wartung frühzeitig geplant werden und Ausfälle der Vakuumpumpe vorgebeugt werden.
Vorzugsweise wird vor dem Erzeugen des Enddrucks ein am Einlass der Scroll-Pumpe angeordnetes Einlassventil geschlossen. Dabei erfolgt die Messung bzw. Erfassung des Enddrucks vor dem Einlassventil ausgehend von der Scroll-Pumpe. Insbesondere ist im Betrieb nicht unmittelbar ersichtlich, ob es sich bei dem erreichten Druck um einen Enddruck, also dem maximal erzeugbaren Vakuum bzw. den kleinsten erreichbaren Druck handelt, oder ob es sich bei dem erreichten Druck um einen Betriebsdruck mit einer Gaslast handelt. Durch Schließen des Einlassventils wird die Scroll-Pumpe gerade von der Gaslast getrennt, sodass der nun erzeugte und erfasste Druck in jedem Fall dem Enddruck der Scroll-Pumpe entspricht. Somit ist sichergestellt, dass stets der richtige Enddruck erfasst wird unabhängig von einer möglichen Gaslast.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Warnsignal um ein optisches Signal und/oder ein akustisches Signal und/oder ein mittels einer Kommunikationsvorrichtung übertragbares Datensignal. Dabei kann das optische bzw. akustische Warnsignal unmittelbar durch die Scroll-Pumpe bzw. mittels einen Warnvorrichtung an der Scroll-Pumpe erzeugt werden. Alternativ hierzu wird das optische Signal und/oder das akustische Signal an einer weiteren Einrichtung wie beispielsweise einer externen Steuereinrichtung erzeugt. Insbesondere wird das Datensignal mittels der Kommunikationsvorrichtung an ein Nutzerinterface weitergeleitet zur Steuerung der Scroll-Pumpe durch den Benutzer. Alternativ oder zusätzlich hierzu wird das Datensignal an den Hersteller weitergeleitet zur automatischen Auslösung einer Wartung der Scroll-Pumpe.
Vorzugsweise wird das vorstehend beschrieben Verfahren in vorgegebenen Zeitintervallen ausgeführt. Insbesondere können sie vorgegebenen Zeitintervalle kleiner werden, je näher der Enddruck dem vorgegebenen Schwellwert kommt ohne ihn zu überschreiten. Alternativ hierzu wird das vorstehende Verfahren aufgrund eine Benutzereingabe bzw. einem Eingabesignal durch den Benutzer ausgelöst, sodass durch den Benutzer die Überwachung der Scroll-Pumpe ausgelöst werden kann.
Vorzugsweise wird im Betrieb der Betriebsdruck am Einlass der Scroll-Pumpe gemessen und wenn der gemessene Betriebsdruck einen zweiten Schwellwert unterschreitet, wird die Drehzahl der Scroll-Pumpe reduziert. Hierbei kann es sich um eine kontinuierliche Anpassung der Drehzahl handeln in Abhängigkeit des Betriebsdrucks. Alternativ hierzu kann die Drehzahl der Scroll-Pumpe schrittweise reduziert werden bis der Betriebsdruck am Einlass der Scroll-Pumpe oberhalb des zweiten Schwellwerts liegt. Insbesondere da am Einlass der Scroll-Pumpe ein Drucksensor vorgesehen ist zur Erfassung des erreichten Enddrucks, kann dieser Drucksensor im Betrieb der Scroll-Pumpe genutzt werden, um den erzeugten Betriebsdruck beispielsweise mit einer Gaslast zu erfassen. Unterschreitet der Betriebsdruck den zweiten Schwellwert, kann die Leistung der Scroll-Pumpe durch Reduktion der Drehzahl reduziert werden, wodurch Energie eingespart werden kann. Dabei ist insbesondere der erste Schwellwert größer als der zweite Schwellwert.
Vorzugsweise wird das Einlassventil geschlossen beim Ausschalten der Scroll-Pumpe. Alternativ oder zusätzlich wird das Einlassventil geschlossen bei einer Fehlfunktion der Scroll-Pumpe. Somit ist das vorgesehene Einlassventil vorgesehen sowohl zur Überwachung der Scroll-Pumpe bei der Erzeugung des Enddrucks. Zusätzlich hierzu kann das Einlassventil eine Rückbelüftung der angeschlossenen Vakuumapparatur bei Ausschalten der Scroll-Pumpe bzw. bei Vorliegen einer Fehlfunktion der Scroll-Pumpe verhindert werden.
Vorzugsweise wird eine Gaslast am Einlass erfasst. Bei Vorliegen einer Gaslast wird entweder keine Messung des Druckes durchgeführt, da es sich hierbei nicht um einen Enddruck handeln würde, oder die erfasste Gaslast berücksichtigt wird bei der Ermittlung des Enddruckes.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Scroll-Pumpe und insbesondere zur Überwachung einer Scroll-Pumpe und weist die folgenden Schritte auf:

a) Erzeugen eines Vakuums mittels der Scroll-Pumpe;
b) Erfassen eines ersten Drucks der Scroll-Pumpe und eines zweiten Drucks der Scroll-Pumpe;
c) Vergleichen der Differenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck mit einem vorgegebenen Schwellwert; und
d) wenn die Druckdifferenz unterhalb des vorgegebenen Schwellwertes liegt, ausgeben eines Warnsignals.

Dabei wird der erste Druck und der zweite Druck an unterschiedlichen Positionen innerhalb der Scroll-Pumpe erfasst. So kann beispielsweise der erste Druck unmittelbar am Einlass erfasst werden und der zweite Druck wird innerhalb des Scroll-Mechanismus erfasst. Alternativ hierzu werden der erste Druck und der zweite Druck an unterschiedlichen Positionen entlang des Scroll-Mechanismus erfasst. Auf Grund der Druckdifferent lässt sich auf den Verschleiß der Dichtung schließen. Da die Position der ersten Druckerfassung und der zweiten Druckerfassung nicht ändern, wird eine Änderungen der Druckdifferenz verursacht durch einen Verschleiß der Dichtungen. Reduziert sich dabei die Dichtwirkung der Dichtungen, reduziert sich im Verhältnis die Druckdifferenz zwischen zwei Punkten entlang des Strömungsweges in der Scroll-Pumpe. Somit kann auf Grundlage der Druckdifferenz auf den Zustand der Dichtungen des Scroll-Mechanismus geschlossen werden. Unterschreitet die Druckdifferenz einen vorgegebenen Schwellwert, so wird ein Warnsignal ausgegeben. Dabei kann der Schwellwert für eine Vielzahl von Scroll-Pumpen gleich sein oder ist gegeben durch den Typ bzw. der Bauweise der Scroll-Pumpe. Anhand des Warnsignals ist für den Benutzer ersichtlich, dass eine Wartung und insbesondere ein Austausch der Dichtungen in der Scroll-Pumpe erfolgen muss. Somit richtet sich der Austausch bzw. die Wartung der Scroll-Pumpe nach dem tatsächlich erreichten Enddruck der Scroll-Pumpe, welcher im Wesentlichen beeinflusst ist vom Verschleiß der Dichtungen, sodass die Wartungsintervalle unabhängig sind von einer vorgegebenen Laufzeit und insbesondere Betriebslast, das geförderte Gas und/oder Abweichungen in der Fertigungsqualität der Scroll-Pumpe berücksichtigt werden. So könne die Wartungsintervalle beispielsweise deutlich länger sein als die derzeit vorgegebene Laufzeit bei einem geringeren Verschleiß. Hierdurch können die Wartungsintervalle verlängert werden und Kosten gespart werden. Ergibt sich jedoch im Betrieb des Scroll-Pumpe ein größerer Verschleiß, sodass der erforderliche Enddruck durch die Scroll-Pumpe bereits vor der bisher vorgegebenen Laufzeit erreicht wird und damit einhergehend ein Leistungsabfall der Scroll-Pumpe erfolgt, wird eine Wartung der Scroll-Pumpe früher ausgelöst, um die optimale Leistung der Scroll-Pumpe stets zu gewährleisten.
Weiterhin ist das Verfahren weitergebildet anhand der Merkmale wie vorstehend beschrieben. Insbesondere können die Merkmale der beiden vorstehend beschriebenen Verfahren frei miteinander kombiniert werden. So kann beispielsweise ein erster Druck und ein zweiter Druck stets im Betrieb erfasst werden, wobei beispielsweise der erste Druck unmittelbar am Einlass erfasst wird. Aus der Druckdifferenz lässt sich sodann auf den Zustand der Dichtungen schließen. Liegt jedoch keine Gaslast an, kann der erste Druck herangezogen werden als Enddruck und mit einem Schwellwert verglichen werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann aus der ermittelten Druckdifferenz auf den Enddruck geschlossen werden und dann der ermittelte Enddruck mit einem Schwellwert vergleichen werden. Somit können die Ergebnisse der beiden Verfahren miteinander kombiniert werden und zu einer verbesserten Vorhersagegenauigkeit des Verschleißes der Dichtungen herangezogen werden.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Scroll-Pumpe mit einem Gehäuse, welches einen Einlass und einen Auslass aufweist. Insbesondere ist ein erstes Scroll-Element im Gehäuse angeordnet und mit dem Gehäuse verbunden, sodass das erste Scroll-Element als Stator wirkt. Dabei hat das erste Scroll-Element eine Basis und eine im Wesentlichen spiralförmige Wand, welche sich von der Basis aus erstreckt. Weiterhin ist ein zweites Scroll-Element in dem Gehäuse angeordnet, welches um das erst Scroll-Element kreist, angetrieben von einem Elektromotor. Dabei weist auch das zweite Scroll-Element eine Basis auf und eine im Wesentlichen spiralförmige Wand, die sich von der Basis ausgehend erstreckt. Dabei ist die Wand des ersten Scroll-Elements und die Wand des zweiten Scroll-Elements ineinander verschachtelt, sodass zumindest teilweise einzelne Pumpkammern erzeugt werden. Durch die Bewegung des zweiten Scroll-Elements relativ zum ersten Scroll-Element wird sodann ein gasförmiges Medium von dem Einlass zum Auslass befördert. Um die Pumpkammer möglichst gasdicht auszugestalten, ist zwischen dem der Basis gegenüberliegenden Ende der spiralförmigen Wand des ersten Scroll-Elements und der Basis des zweiten Scroll-Elements eine Dichtung angeordnet. Ebenso ist zwischen dem der Basis gegenüberliegenden Ende der spiralförmigen Wand des zweiten Scroll-Elements und der Basis des ersten Scroll-Elements ebenfalls eine Dichtung angeordnet.
Erfindungsgemäß ist mit der Scroll-Pumpe eine Steuervorrichtung verbunden zur Steuerung der Scroll-Pumpe. Weiterhin ist mindestens ein Drucksensor vorgesehen zur Erfassung eines Drucks der Scroll-Pumpe. Der Drucksensor ist mit der Steuervorrichtung verbunden. Dabei ist die Steuervorrichtung ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens wie vorstehend beschrieben.
Vorzugsweise ist der Drucksensor am Einlass der Scroll-Pumpe angeordnet zur unmittelbaren Erfassung des Drucks am Einlass und insbesondere des Enddrucks, wenn kein Gaslast vorliegt. Alternativ hierzu handelt es sich bei dem erfassten Druck um einen Betriebsdruck insbesondere mit Gaslast.
Vorzugsweise ist der Drucksensor angeordnet innerhalb dem Scroll-Mechanismus gebildet aus dem ersten Scroll-Element und dem zweiten Scroll-Element. Hierbei wird nicht der tatsächliche Enddruck gemessen, sondern ein Druck, der höher ist als der Enddruck. Jedoch kann auf den Enddruck entsprechend geschlossen werden bzw. aus dem innerhalb des Scroll-Mechanismus erfassten Druck ebenfalls auf die Abnutzung der Dichtung geschlossen werden. Hierdurch kann der Drucksensor einfacher und somit kostengünstiger ausgebildet werden.
Vorzugsweise ist ein erster Drucksensor und ein zweiter Drucksensor vorgesehen, wobei erster Drucksensor und zweiter Drucksensor innerhalb des Scroll-Mechanismus angeordnet sind und mit der Steuervorrichtung verbunden sind. Alternativ hierzu ist der erste Drucksensoren am Einlass der Scroll-Pumpe angeordnet und der zweite Drucksensor innerhalb dem Scroll-Mechanismus. Somit werden zwei Drücke erfasst, wobei insbesondere aus der Druckdifferenz des ersten Drucksensors und des zweiten Drucksensors auf den Zustand der Dichtungen geschlossen werden kann.
Vorzugsweise ist am Einlass der Scroll-Pumpe ein Einlassventil angeordnet, wobei das Einlassventil mit der Steuervorrichtung verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung ausgebildet ist, das Einlassventil zu schließen zur Bestimmung ist Enddrucks. Zusätzlich hierzu kann das Einlassventil geschlossen werden durch die Steuervorrichtung beim Ausschalten der Scroll-Pumpe und/oder bei einer Fehlfunktion der Scroll-Pumpe, um eine Rückbelüftung der angeschlossenen Vakuumapparatur zu verhindern.
Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung und/oder der Drucksensor und/oder das Einlassventil im Gehäuse der Scroll-Pumpe angeordnet. Hierdurch wird ein besonders einfacher und kompakter Aufbau der Scroll-Pumpe erzeugt. Gleichzeitig wird sichergestellt, dass sowohl Drucksensor als auch Einlassventil, welche zur Durchführung des Verfahrens zur Überwachung der Scroll-Pumpe vorhanden sind und nicht vom Benutzer separat vorgesehen sein müssen.
Vorzugsweise weist die Scroll-Pumpe eine Kommunikationsvorrichtung auf zur Übertragung eines mittels dem Drucksensor erfassten Betriebsdrucks und/oder dem erfassten Enddruck und/oder dem erzeugten Warnsignal. Dabei kann die Übertragung des Betriebsdrucks, des Enddrucks und/oder dem erzeugten Warnsignal an ein Interface des Benutzers erfolgen, sodass der erfasste Betriebsdruck, der erfasste Enddruck und/oder das erzeugte Warnsignal für den Benutzer ersichtlich ist. Alternativ oder zusätzlich hierzu können diese Informationen an den Hersteller der Vakuumpumpe übertragen werden zur Überwachung der Scroll-Pumpe.
Alternativ oder zusätzlich hierzu weist die Scroll-Pumpe eine Warnvorrichtung auf zur Ausgabe einer optischen und/oder akustischen Warnung, sofern der erreichte Enddruck oberhalb des vorgegebenen Schwellwerts liegt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Scroll-Pumpe,
2 eine Detailansicht der Scroll-Pumpe,
3 ein Ablauf der erfindungsmäßen Verfahrens,
4 eine schematische Darstellung der Scroll-Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung und
5 ein Ablauf einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1A zeigt ein Querschnitt einer Scroll-Pumpe mit einem Gehäuse, welches einen Einlass 12 und einen Auslass 14 definiert. Mit dem Gehäuse ist ein erstes Scroll-Element 16 verbunden, welches als Stator wirkt. Weiterhin ist in dem Gehäuse 10 ein zweites Scroll-Element 18 angeordnet, wobei das zweite Scroll-Element 18 um das erste Scroll-Element 16 kreist. Dabei ist das zweite Scroll-Element 18 mit einer Welle 20 verbunden, die von einem Elektromotor 22 angetrieben wird, sodass in das zweite Scroll-Element 18 um eine gemeinsame Achse 34 gedreht wird.
Das erste Scroll-Element 16 hat eine Basis 26 und eine im Wesentlichen spiralförmige erste Wand 28, die sich von der Basis 26 erstreckt. Ferner hat das zweite Spiralelement 18 eine zweite Basis 30 und eine im Wesentlichen spiralförmige zweite Wand 32, die sich von der zweiten Basis 30 erstreckt und in die erste Wand 28 eingreift bzw. sich in diese einfügt. Die erste Wand 28 und die zweite Wand 32 definieren mindestens ein Teil einer Pumpkammer 33, sodass während der Bewegung des zweiten Scroll-Elements 18 ein gasförmiges Medium vom Einlass 12 zum Auslass 14 befördert wird.
2 zeigt eine exemplarische Detailansicht der ersten Wand 28. Dabei hat die erste Wand 28 des ersten Scroll-Elements 16 ein erstes Ende 40, welches der zweiten Basis 30 des zweiten Scroll-Elements 28 zugewandt ist und der ersten Basis 26 des ersten Scroll-Elements 16 gegenüberliegend angeordnet ist. Dabei ist an dem ersten Ende 40 der ersten Wand 28 ein Dichtelement 42 angeordnet, welches in Kontakt ist mit der zweiten Basis 30 des zweiten Scroll-Elements 18. Dabei erstreckt sich das Dichtelement zumindest über einen Teil und bevorzugt über die gesamte Länge der im Wesentlichen spiralförmigen ersten Wand 28. In gleicher Weise ist ein Dichtelement am Ende der spiralförmigen Wand des zweiten Scroll-Elements 28 vorgesehen, welches im Kontakt mit der Basis 26 ist.
Durch die Berührung zwischen dem Dichtelement 42 und der Oberfläche 44 des gegenüberliegenden zweiten Scroll-Elements 18 erfolgt auf Grund der relativen Bewegung zwischen dem ersten Scroll-Element 16 und dem zweiten Scroll-Element 18 ein Verschleiß des Dichtelements 42. Durch diesen Verschleiß reduziert sich die Dichtwirkung des Dichtelements 42, sodass die Gasdichtigkeit der jeweiligen Pumpkammern 33 reduziert werden und die Leistung der Scroll-Pumpe ebenfalls reduziert wird.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb bzw. Überwachung einer Scroll-Pumpe mit den Schritten:

a) Erzeugen eines Enddrucks mittels der Scroll-Pumpe S01;
b) Erfassen des erreichten Enddrucks am Einlass der Scroll-Pumpe S02;
c) Vergleichen des erreichten Enddrucks mit einem vorgegebenen Schwellwert S03; und
d) Wenn der erreichte Enddruck oberhalb des vorgegebenen Schwellwertes liegt, ausgeben eines Warnsignals S04.

Somit kann anhand des erreichten Enddrucks entschieden werden, ob die Dichtelemente 42 ausgetauscht werden müssen oder nicht. Hierdurch können die Wartungsintervalle an den tatsächlichen Verschleiß der Dichtelemente angepasst werden, sodass eine zu frühe Wartung oder eine späte Wartung verhindert wird.
In 4 ist der schematische Aufbau der Scroll-Pumpe dargestellt. Dabei ist ein Scroll-Mechanismus 60 vorgesehen gemäß der 1. Der Scroll-Mechanismus 60 ist mit einer Steuervorrichtung 62 verbunden zur Steuerung des Betriebs des Scroll-Mechanismus 60. Mit dem Einlass 12 des Scroll-Mechanismus 60 ist ein Einlassventil 64 verbunden. Mit dem Einlassventil 64 kann eine Vakuumapparatur oder ein Rezipient 66 verbunden werden. Dabei weist das Einlassventil 64 eine Verbindung zur Steuereinrichtung 62 auf. Zwischen dem Einlassventil 64 und dem Scroll-Mechanismus 60 erfolgt mittels einem Drucksensor 68 die Messung des Drucks am Einlass 12 des Scroll-Mechanismus 60. Dabei wird gemäß Schritt S01 durch den Scroll-Mechanismus 60 ein Enddruck erzeugt und dieser Enddruck von dem Drucksensor 68 erfasst. Liegt dieser Enddruck oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts so wird durch eine Warnvorrichtung 70 ein Warnsignal ausgegeben, welche dem Benutzer anzeigt, dass eine Wartung der Scroll-Pumpe und insbesondere der Dichtelemente 42 erfolgen muss. Alternativ hierzu kann durch die Steuervorrichtung 62 ein Datensignal mittels einer Kommunikationsvorrichtung (nicht dargestellt) ausgegeben werden, welches mittels ein Datenschnittstelle 72 an einen Benutzerinterface des Benutzers oder an den Hersteller zur Überwachung der Vakuumpumpe übertragbar ist. Dabei ist der Scroll-Mechanismus 60, das Einlassventil 64, der Drucksensor 68 und die Steuervorrichtung 62 innerhalb einem gemeinsamen Gehäuse 74 angeordnet, wodurch ein besonders kompakter Aufbau erreicht wird.
Gemäß 5 wird dabei vor Erzeugung des Enddrucks durch die Scroll-Pumpe im Schritt S11 das Einlassventil 64 geschlossen. Somit wird eine Gaslast am Scroll-Mechanismus 60 verhindert und durch den Drucksensor 68 wird das tatsächlich maximal erreichbare Vakuum bzw. der geringste Druck, welche durch den Scroll-Mechanismus 60 erreicht werden kann, erfasst. Auf Grundlage des so erfassten Enddrucks kann zuverlässig auf den Verschleiß bzw. den Zustand der Dichtelemente 42 im Scroll-Mechanismus 60 geschlossen werden und eventuell eine Wartung entsprechend ausgelöst werden.
Dabei kann ebenfalls im Betrieb durch den Drucksensor 68 ein Betriebsdruck erfasst werden, welcher beispielsweise auch eine Gaslast erfasst. Sollte dieser Betriebsdruck einen zweiten vorgegeben Schwellwert unterschreiten so kann durch die Steuervorrichtung 62 die Drehzahl bzw. Leistung des Scroll-Mechanismus 60 reduziert werden, wodurch der Scroll-Mechanismus weiterhin ein ausreichendes Vakuum gemäß dem zweiten Schwellwert erzeugt, dies jedoch energiesparend. Somit weist der Drucksensor zwei Funktionen auf: Erstens die Erfassung des Enddrucks zur Bestimmung des Verschleißes der Dichtelemente 42 und zweitens die Erfassung des Betriebsdrucks zur Energieeinsparung.
Ebenso kann das Einlassventil 64 zwei Funktionen aufweisen: Erstens kann das Einlassventil 64 wie vorstehend beschrieben dazu genutzt werden eine Gaslast aus dem Rezipienten 66 abzutrennen, sodass zuverlässig der durch den Scroll-Mechanismus 60 erzeugbare Enddruck bestimmt werden kann. Weiterhin kann das Einlassventil 64 beim Ausschalten der Scroll-Pumpe bzw. einer Fehlfunktion des Scroll-Mechanismus 60 geschlossen werden, sodass eine Rückbelüftung des Rezipienten durch die Scroll-Pumpe verhindert wird.

Claims

Verfahren zum Betrieb und insbesondere Überwachung einer Scroll-Pumpe mit den Schritten: a) Erzeugen eines Vakuums mittels der Scroll-Pumpe; b) Ermitteln eines Drucks der Scroll-Pumpe; c) Vergleichen des erfassten Drucks mit einem vorgegebenen Schwellwert; und d) Wenn der erfasste Druck oberhalb des vorgegebenen Schwellwertes liegt, ausgeben eines Warnsignals.
Verfahren zum Betrieb und insbesondere Überwachung einer Scroll-Pumpe mit den Schritten: e) Erzeugen eines Vakuums mittels der Scroll-Pumpe; f) Erfassen eines ersten Drucks der Scroll-Pumpe und eines zweiten Drucks der Scroll-Pumpe; g) Vergleichen der Differenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck mit einem vorgegebenen Schwellwert; und h) wenn die Druckdifferenz unterhalb des vorgegebenen Schwellwertes liegt, ausgeben eines Warnsignals.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Druck am Einlass der Scroll-Pumpe erfasst wird und/oder innerhalb eines Scroll-Mechanismus der Scroll-Pumpe.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem es sich bei dem erfassten Druck um einen Enddruck handelt.
Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem vor dem Erzeugen des Enddrucks der Schritt ausgeführt wird: Schließen eines am Einlass der Scroll-Pumpe angeordneten Einlassventils.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem es sich bei dem Warnsignal um ein optisches Signal und/oder ein akustisches Signal und/oder ein mittels einer Kommunikationsvorrichtung übertragbares Datensignal handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem es sich bei dem Warnsignal um eine aus dem erreichten Enddruck prognostizierte Restlaufzeit handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem das Verfahren in vorgegebenen Zeitintervallen ausgeführt wird oder auf Grund eines Eingabesignals.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem im Betrieb der Betriebsdruck am Einlass der Scroll-Pumpe gemessen wird und wenn der gemessene Betriebsdruck einen zweiten Schwellwert unterschreitet, die Drehzahl der Scroll-Pumpe reduziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem das Einlassventil geschlossen wird bei Ausschalten und/oder bei einer Fehfunktion der Scroll-Pumpe.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem eine Gaslast erfasst wird und der Enddruck bzw. die Druckdifferenz nicht erfasst wird bei Vorliegen eines Gaslast.
Scroll-Pumpe mit einem Gehäuse, welches einen Einlass und einen Auslass aufweist, einer mit der Scroll-Pumpe verbundene Steuervorrichtung, mindestens einem an der Scroll-Pumpe angeordneten Drucksensor zur Erfassung eines Drucks der Scroll-Pumpe, wobei der Drucksensor mit der Steuervorrichtung verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung ausgebildet ist zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Scroll-Pumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor am Einlass der Scroll-Pumpe angeordnet ist.
Scroll-Pumpe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem erfassten Druck um einen Enddruck oder einen Betriebsdruck handelt.
Scroll-Pumpe nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor innerhalb einem Scroll-Mechanismus der Scroll-Pumpe angeordnet ist.
Scroll-Pumpe nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Drucksensoren vorgesehen sind zur Erfassung eines ersten Drucks und eines zweiten Drucks, wobei aus der Differenz des ersten Drucks und des zweiten Drucks der erfasste Druck ermittelt wird.
Scroll-Pumpen nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass am Einlass ein Einlassventil angeordnet ist, wobei das Einlassventil mit der Steuervorrichtung verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung ausgebildet ist das Einlassventil zu schließen zur Bestimmung des Enddrucks.
Scroll-Pumpen nach einem der Ansprüche 12 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung und/oder der Drucksensor und/oder das Einlassventil im Gehäuse der Scroll-Pumpe angeordnet sind.
Scroll-Pumpen nach einem der Ansprüche 12 bis 18, gekennzeichnet durch eine Kommunikationsvorrichtung zur Übertragung eines mittels dem Drucksensor erfassten Betriebsdrucks und/oder dem erfassten Enddruck und/oder dem erzeugten Warnsignal.