DE602004005154T2

DE602004005154T2 - Vakuumpumpenanlage

Info

Publication number: DE602004005154T2
Application number: DE602004005154T
Authority: DE
Inventors: Cristian Maccarrone; Massimiliano Titolo
Original assignee: Varian SpA
Current assignee: Varian SpA
Priority date: 2004-03-15
Filing date: 2004-03-15
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2024-03-16
Also published as: EP1577559B2; DE602004005154D1; EP1577559B1; EP1577559A1; US20050201882A1; JP2005264938A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vakuumpumpsystem.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Vakuumpumpsystem der Art mit einer oder mehreren Vakuumpumpvorrichtungen und einer entsprechenden elektronischen Steuereinheit zum Steuern und Überwachen des Betriebs der Vorrichtungen.
Vakuumpumpsysteme sind beispielsweise aus der US 5 733 014 bekannt.
Im Fall von Hochvakuum, d.h. im Fall von Drücken im Bereich von 10^–4 bis 10^–8 mbar, umfassen die Pumpsysteme im Allgemeinen eine Turbomolekular-Vakuumpumpe, die einer Grobpumpe oder Vorpumpe beispielsweise vom mechanischen Typ zugeordnet ist, was ermöglicht, dass die Turbomolekularpumpe Gas bei Atmosphärendruck auspumpt.
Ein Beispiel einer Turbomolekularpumpe ist in der US 5 238 362 im Namen des vorliegenden Anmelders offenbart.
Sowohl die Turbomolekularpumpe als auch die Vorpupe benötigen eine lokale elektronische Steuereinheit zum Steuern und Überwachen des Betriebs der Pumpe und der Zubehörvorrichtungen, falls vorhanden, die an der Vorrichtung montiert oder der Pumpvorrichtung zugeordnet sind, wie beispielsweise Ventile, Druckdetektoren, Kühlsysteme usw..
Elektronische Steuereinheiten für Vakuumpumpen sind beispielsweise aus der EP 597 365 bekannt.
Damit der Vakuumpumpenbetrieb von einer entfernten elektronischen Steuereinheit gesteuert werden kann, sind die entfernte Einheit und die lokale elektronische Steuereinheit der Pumpe im Allgemeinen mit seriellen Schnittstellen ausgestattet und sie können durch Kabel dauerhaft oder nur gelegentlich, wenn es erforderlich ist, miteinander verbunden werden.
Die EP 1 041 471 offenbart eine Vorrichtung für die Fernsteuerung einer Vakuumpumpe, insbesondere einer mit magnetischen Aufhängungen ausgestatteten Turbomolekularpumpe mit einer lokalen Steuereinheit, die an der Pumpe montiert ist, und einer Fernsteuereinheit, wobei die Einheiten so angeordnet sind, dass sie dank einer Verbindung mittels eines seriellen RS232-Kabels miteinander kommunizieren.
Im Fall von komplexeren Pumpsystemen, die eine Vielzahl von Pumpen verschiedener Arten aufweisen, die entweder über eine Vakuumleitung miteinander verbunden sind oder voneinander unabhängig sind, umfasst die Fernsteuereinheit eine Mehrfachschnittstelle, die in der Lage ist, gleichzeitig mit den Schnittstellen aller lokalen Steuereinheiten zu kommunizieren, um die entsprechenden Vakuumpumpen zu überwachen und zu steuern.
Ein Pumpsystem der obigen Art ist beispielsweise in der US 5 971 711 offenbart, die ein System offenbart, das aus mehreren Pumpen verschiedener Arten (Turbomolekular-, mechanischen, Kryo- ... Pumpen) besteht, wobei jede ihre eigene lokale Steuereinheit aufweist, die über ein serielles RS232-Kabel mit einem entsprechenden Kommunikationsgate einer einzelnen Fernsteuereinheit verbunden ist.
US 5 696 495 offenbart ein System zum Steuern und Regeln einer Konstruktionsanlage mit einer Vielzahl von Komponenten, wobei die Komponenten über Kabel mit einer einzelnen Steuereinheit gekoppelt sind, die wiederum mit einer entfernten Weiterleitungsstation über ein Kommunikationsnetzwerk kommuniziert.
Verbindungen mittels serieller Kabel zwischen der Fernsteuereinheit und den lokalen Steuereinheiten sind ein beträchtlicher Nachteil, da sie eine Anzahl von Problemen in der Installationsphase des Vakuumpumpsystems verursachen, soweit es sowohl die Anordnung der einzelnen Vakuumpumpen als auch die Abstände zwischen den Vakuumpumpen betrifft.
Während des Betriebs können die seriellen Kabel überdies versehentlich getrennt oder beschädigt werden, mit einer daraus folgenden Unterbrechung der Kommunikation zwischen der Fernsteuereinheit und der entsprechenden lokalen Steuereinheit.
Je höher die Anzahl von Vakuumpumpen im Pumpsystem ist, desto größer sind natürlich die Nachteile.
Es ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Vakuumpumpsystem bereitzustellen, das mit einer zentralen Fernsteuereinheit ausgestattet ist, bei dem die Nachteile beseitigt sind.
Die obigen und weitere Aufgaben werden durch das Vakuumpumpsystem, wie in den beigefügten Ansprüchen beansprucht, erreicht.
Durch die Verwendung von drahtlosen Datenübertragungsschnittstellen für die Kommunikation zwischen der Fernsteuereinheit und den lokalen Steuereinheiten der Vakuumpumpen werden die Einschränkungen für die Pumpsysteminstallation, die mit der Verwendung von seriellen Kabeln in Zusammenhang stehen, beseitigt. Die Vakuumpumpen, die das System bilden, können folglich an den am besten geeigneten Positionen und in größeren gegenseitigen Abständen angeordnet werden, ohne irgendeine Begrenzung bezüglich der Verwendung von verdrahteten Verbindungen.
Gemäß der Erfindung, die die Fernsteuereinheit frei von irgendeiner physikalischen Verbindung mit den lokalen Steuereinheiten vorsieht, könnte eine bewegliche und tragbare Ferneinheit anstelle einer festen Station wie im Stand der Technik bereitgestellt werden.
Das Pumpsystem gemäß der Erfindung kann vorteilhafterweise ausgehend von herkömmlichen Steuereinheiten aufgebaut werden, da es ausreicht, die Steuereinheiten (sowohl die lokalen Einheiten als auch die entfernte) mit entsprechenden drahtlosen Schnittstellenmodulen zu verbinden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Vakuumpumpsystems gemäß der Erfindung, das als nicht-begrenzendes Beispiel gegeben wird, wird nachstehend mit Bezug auf die zugehörige Zeichnung genauer beschrieben, die ein Blockdiagramm zeigt, das den Betrieb des Vakuumpumpsystems gemäß der Erfindung darstellt.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das Vakuumpumpsystem 1 eine Hochvakuumpumpvorrichtung 11 und eine Grob- oder Vorpumpvorrichtung 31.
Die Pumpvorrichtungen 11 und 31 sind über eine Vakuumleitung (nicht dargestellt) miteinander verbunden, so dass der unter Hochvakuumbedingungen durch die Hochvakuumpumpvorrichtung 11 aus einer Kammer gesaugte Gasstrom durch die Grobpumpvorrichtung auf Atmosphärendruck 31 ausgepumpt werden kann.
Die Pumpvorrichtung 11 ist vorzugsweise mit einer Hochvakuumpumpe 13, beispielsweise einer Turbomolekularpumpe, ausgestattet und umfasst ferner eine lokale elektronische Steuereinheit 15 zum Überwachen und Steuern der Betriebsparameter der Hochvakuumpumpe 13 durch das Antreiben des Elektromotors der Pumpe und anderer elektromechanischer Vorrichtungen, die nachstehend beschrieben werden.
Ähnlich ist die Pumpvorrichtung 31 mit einer Vorpumpe 33, vorzugsweise einer mechanischen Pumpe, beispielsweise einer Ölpumpe, ausgestattet und umfasst eine lokale elektronische Steuereinheit 35.
Die lokalen elektronischen Steuereinheiten 15, 35 werden vorzugsweise durch die Netzspannung mittels entsprechender Stromversorgungskabel 17, 37 gespeist.
Die Pumpvorrichtung 11 ist ferner mit einem Satz von sekundären Vorrichtungen ausgestattet, die auch durch die lokale Steuereinheit 15 gesteuert werden können. Wenn die Hochvakuumpumpe 13 eine Turbomolekularpumpe ist, können die Vorrichtungen einen Druckdetektor 19 zum Überwachen des Restdrucks innerhalb der Pumpe, ein Kühlgebläse 21, ein Lüftungsventil 23, das den Einlass eines Gases zum Verlangsamen der Pumpe während der Stoppphase steuert, ein Spülventil 25, das den Einlass eines Verdünnungsgases vor dem Auslassen des gepumpten Gases an die äußere Umgebung steuert, wenn das gepumpte Gas ein korrosives oder schädliches Gas ist, umfassen.
Ähnlich kann die lokale Steuereinheit 35 die sekundären Vorrichtungen, mit denen die Pumpvorrichtung 31 ausgestattet ist, steuern. Wenn die Vorpumpe 33 eine mechanische Ölpumpe ist, können die Vorrichtungen einen Druckdetektor 39 zum Überwachen des Restdrucks innerhalb der Pumpe, einen Öldetektor 41 zum Überwachen des Pegels und der Temperatur des Ölbades, ein Vorleitungsventil 43, das sich in der Vakuumleitung befindet, die die Hochvakuumpumpvorrichtung 11 mit der Grobpumpvorrichtung 31 verbindet, umfassen.
Das Pumpsystem 1 umfasst ferner eine einzelne Fernsteuerstation 51 mit einer Fernsteuereinheit 53, die gewöhnlich mit einem elektronischen Prozessor für die zentrale Leitung und Steuerung des Pumpsystems 1 ausgestattet oder verbunden ist.
Hierfür müssen sowohl die Fernsteuereinheit 53 als auch die lokalen Steuereinheiten 15, 35 der Pumpvorrichtungen 11, 31 mit Schnittstellen für eine Zweiweg-Kommunikation von Daten und Befehlen zum Steuern des Pumpsystembetriebs ausgestattet sein.
Gemäß der Erfindung ist jede lokale Steuereinheit 15, 35 mit einem drahtlosen Datenübertragungsmodul 27, 47 ausgestattet, das ermöglicht, dass die lokalen Steuereinheiten 15, 35 in Dialog stehen mit einem entsprechenden Datenübertragungsmodul 55, auch vom drahtlosen Typ, das mit der Fernsteuereinheit 53 verbunden ist.
Wie bekannt, sind die am meisten verwendeten Technologien auf dem Gebiet der drahtlosen Technologie jene, bei denen die Übertragung Radiofrequenzen (RF) oder Infrarotstrahlung verwendet. Da solche Technologien und die sie nutzenden Vorrichtungen gut bekannt sind, werden sie hierin nicht weiter beschrieben.
Das drahtlose Datenübertragungsmodul 55 der Fernsteuereinheit 53 wird so gewählt, dass es mit den drahtlosen Datenübertragungsmodulen 27, 47 jeder lokalen Steuereinheit 15, 35 in Dialog stehen kann.
Das Modul 55 kann beispielsweise ein Mehrkanal-Datenübertragungsmodul sein, das auf jedem Kanal mit dem Datenübertragungsmodul einer anderen lokalen Steuereinheit kommuniziert. Diese Lösung ermöglicht unter anderem das Vermeiden von potentiell störendem Übersprechen zwischen den Datenübertragungssignalen von benachbarten Pumpvorrichtungen oder von verschiedenen Pumpsystemen, die jeweils mit ihrer Steuerstation ausgestattet sind und nahe beieinander angeordnet sind.
Als Alternative kann die Verwendung eines Codiersystems in Erwägung gezogen werden, so dass die Signale, die zu den einzelnen lokalen Steuereinheiten gerichtet sind und/oder von diesen kommen, unterschieden werden können.
Folglich können die lokalen Steuereinheiten einer Vielzahl von Pumpen selbst von verschiedenen Arten mittels einer einzelnen Fernsteuerstation 51 geleitet werden, sowohl wenn die Pumpen durch eine Vakuumleitung miteinander verbunden sind, wie im offenbarten Beispiel, als auch wenn sie voneinander unabhängig sind und zum Entgasen von verschiedenen Umgebungen verwendet werden.
Vorteilhafterweise können gemäß der Erfindung alle verdrahteten Verbindungen zwischen der Steuerstation 51 und den durch die Station gesteuerten Pumpvorrichtungen 11, 31 beseitigt werden, so dass die einzigen verdrahteten Verbindungen im Pumpsystem 1 aus den Stromversorgungskabeln 17, 37, 57 des Pumpsystems und der Steuerstation zur Verbindung mit dem Versorgungsnetz bestehen.
Vorteilhafterweise kann ebenso die Steuerstation 51, wenn sie nicht mit dem Versorgungsnetz verbunden ist, sondern anderweitig gespeist wird, beispielsweise mittels Batterien, als tragbare Vorrichtung aufgebaut werden, anstatt einer festen Station.
Man beachte auch, dass das Pumpsystem 1 gemäß der Erfindung nicht die Verwendung von speziellen Steuereinheiten erfordert, sondern durch Verbinden von herkömmlichen Steuereinheiten 15, 35, 53 mit entsprechenden drahtlosen Kommunikationsmodulen 27, 47, 55 aufgebaut werden kann, beispielsweise über serielle Verbindungen 29, 49, 59.
Die obige Beschreibung zeigt deutlich, dass die Erfindung die gewünschten Ziele erreicht. Durch die Verwendung von drahtlosen Datenübertragungsmodulen ist es tatsächlich möglich, eine Vielzahl von Vakuumpumpvorrichtungen, die auf eine beliebige Weise angeordnet sind und in einem großen Abstand voneinander liegen, von einer Fernsteuerstation aus zu steuern. Aus diesem Grund ist die Verwendung des Pumpsystems gemäß der Erfindung besonders vorteilhaft im Fall von komplexen Anwendungen unter Verwendung eines Pumpsystems, das mehrere Vakuumpumpen verschiedener Arten aufweist, die durch eine Vakuumleitung miteinander verbunden sind, wie im offenbarten Beispiel, oder die unabhängig arbeiten.
Überdies ist es klar, dass die obige Beschreibung nur als nicht-begrenzendes Beispiel dargestellt ist und dass Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.

Claims

Vakuumpumpsystem (1) mit: – einer Vielzahl von Vakuumpumpvorrichtungen (11; 31), wobei jede der Vakuumpumpvorrichtungen eine Vakuumpumpe (13; 33) und eine lokale elektronische Steuereinheit (15; 35) zum Überwachen und Steuern der Betriebsparameter der Pumpe aufweist; – einer Steuerstation (51), die relativ zur Vielzahl von Vakuumpumpvorrichtungen (11; 31) entfernt angeordnet ist und mit einer entsprechenden Fernsteuereinheit (53) ausgestattet ist; wobei die Fernsteuereinheit (53) und die lokalen elektronischen Steuereinheiten (15; 35) mit entsprechenden Datenübertragungsmodulen (27, 55; 47, 55) für Daten und Befehle zum Steuern des Betriebs der Vielzahl von Vakuumpumpvorrichtungen ausgestattet sind; wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, dass die Datenübertragungsmodule (27, 55; 47, 55) drahtlose Datenübertragungsmodule sind, so dass das Datenübertragungsmodul (55) der Fernsteuereinheit (53) direkt mit den Datenübertragungsmodulen (27, 47) jeder lokalen Einheit (15, 35) kommuniziert.
Vakuumpumpsystem (1) nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Pumpvorrichtungen mindestens zwei Pumpvorrichtungen aufweist.
Vakuumpumpsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Datenübertragungsmodul (55) der Fernsteuereinheit (53) ein Mehrkanal-Datenübertragungsmodul zum Kommunizieren mit dem Datenübertragungsmodul (27; 47) der lokalen Steuereinheit (15; 35) jeder der Vielzahl von Pumpvorrichtungen auf jedem Kanal ist, wobei somit Nebensprechen zwischen den Datenübertragungssignalen vermieden wird, die an verschiedene Pumpvorrichtungen adressiert sind.
Vakuumpumpsystem (1) nach Anspruch 1, wobei die Pumpvorrichtungen (11, 31) bei Drücken arbeiten, die niedriger sind als 10^–4 Millibar.
Vakuumpumpsystem (1) nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der Pumpvorrichtungen (11) eine Turbomolekularpumpe (13) aufweist.
Vakuumpumpsystem (1) nach Anspruch 1 oder 4, wobei mindestens eine der Pumpvorrichtungen (11) eine Vorpumpe (33) aufweist.
Vakuumpumpsystem (1) nach Anspruch 1, wobei das System mindestens zwei Vakuumpumpvorrichtungen (11, 31) aufweist, die durch eine Vakuumleitung verbunden sind und jeweils eine Vakuumpumpe (13, 33) und eine lokale elektronische Steuereinheit (15, 35) zum Überwachen und Steuern der Betriebsparameter der jeweiligen Pumpe aufweisen, wobei beide lokalen Steuereinheiten (15, 35) mit einem drahtlosen Datenübertragungsmodul (27, 47) für den Dialog mit dem drahtlosen Datenübertragungsmodul (55) der Fernsteuereinheit (53) ausgestattet sind.
Vakuumpumpsystem (1) nach Anspruch 7, wobei die zwei Pumpvorrichtungen (11, 31) eine Turbomolekularpumpe (13) bzw. eine mechanische Ölpumpe (33) aufweisen.
Vakuumpumpsystem (1) nach Anspruch 1, wobei das System mindestens zwei unabhängig arbeitende Vakuumpumpvorrichtungen aufweist, die jeweils eine Vakuumpumpe und eine lokale elektronische Steuereinheit zum Überwachen und Steuern der Betriebsparameter der jeweiligen Pumpe aufweisen, wobei beide lokalen Steuereinheiten mit einem drahtlosen Datenübertragungsmodul für den Dialog mit dem drahtlosen Datenübertragungsmodul (55) der Fernsteuereinheit (53) ausgestattet sind.
Vakuumpumpsystem (1) nach Anspruch 1 oder 7 oder 9, wobei die Pumpvorrichtungen ferner eine Vielzahl von sekundären Vorrichtungen aufweisen, wie beispielsweise einen Druckdetektor (19, 39) zum Überwachen des Restdrucks innerhalb der Vorrichtung, ein Gebläse (21) zum Kühlen der Vorrichtung, ein Lüftungsventil (23), ein Spülventil (25), einen Öldetektor (41) zum Überwachen des Pegels und der Temperatur eines Ölbades, ein Ventil (43) zum Steuern des Öffnens/Schließens einer Vakuumleitung zur Verbindung mit einer weiteren Pumpvorrichtung, falls vorhanden.
Vakuumpumpsystem (1) nach Anspruch 1 oder 7 oder 9, wobei die Fernsteuereinheit (53) einem elektronischen Prozessor zugeordnet ist, durch den die Betriebsparameter der Vakuumpumpen (13, 33) über die lokalen Steuereinheiten (15, 35) überwacht und gesteuert werden können.
Vakuumpumpsystem (1) nach den Ansprüchen 10 und 11, wobei die Betriebsparameter von einer oder mehreren der sekundären Vorrichtungen mittels des elektronischen Prozessors überwacht und gesteuert werden können.
Vakuumpumpsystem (1) nach einem vorangehenden Anspruch, wobei die drahtlosen Datenübertragungsmodule (27, 47, 55) Infrarot-Datenübertragungsmodule sind.
Vakuumpumpsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die drahtlosen Datenübertragungsmodule (27, 47, 55) Hochfrequenz-Datenübertragungsmodule sind.
Vakuumpumpsystem (1) nach einem vorangehenden Anspruch, wobei die Steuerstation (51) aus einer tragbaren Vorrichtung besteht.