EP2044331B1 - Verfahren zur ermittlung einer aussage über einen zustand einer turbomolekularpumpe sowie eine turbomolekularpumpe - Google Patents

Verfahren zur ermittlung einer aussage über einen zustand einer turbomolekularpumpe sowie eine turbomolekularpumpe Download PDF

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EP2044331B1
EP2044331B1 EP07765561A EP07765561A EP2044331B1 EP 2044331 B1 EP2044331 B1 EP 2044331B1 EP 07765561 A EP07765561 A EP 07765561A EP 07765561 A EP07765561 A EP 07765561A EP 2044331 B1 EP2044331 B1 EP 2044331B1
Authority
EP
European Patent Office
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turbomolecular pump
vibration
evaluation unit
frequency
filter
Prior art date
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Active
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EP07765561A
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English (en)
French (fr)
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EP2044331A1 (de
Inventor
Thomas Götze
Reiner HÖLZER
Christian Harig
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Leybold GmbH
Original Assignee
Oerlikon Leybold Vacuum GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/042—Turbomolecular vacuum pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/001—Testing thereof; Determination or simulation of flow characteristics; Stall or surge detection, e.g. condition monitoring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/661—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/668—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps damping or preventing mechanical vibrations

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a statement about a state of a turbomolecular pump and a turbomolecular pump.
  • Turbomolecular pumps for generating high vacuum have fast rotating pump shafts, which are usually stored in ball or plain bearings. Due to the high mechanical load of the bearings and other mechanical components of turbomolecular pumps, a sudden failure of the turbomolecular pump due to mechanical damage may occur. The failure of turbomolecular pumps sometimes occurs spontaneously and unpredictably. Due to the high requirements, the operating time of such turbomolecular pumps is very different, so that failure of the turbomolecular pump through regular service intervals is difficult to avoid, or the service intervals must be carried out in extremely short time intervals. The failure of a turbomolecular pump, which is operated for example in a clean room, often results in a production interruption. Furthermore, a bearing damage often leads to blocking of the shaft. Due to the large inertia, the turbomolecular pump is partially completely destroyed.
  • the analysis device has a vibration pickup and an evaluation device.
  • the vibration sensor is connected to the turbomolecular pump.
  • the recorded vibration spectrum is displayed by means of the evaluation device, for example in a diagram.
  • the person skilled in the art recognizes whether there is any damage to mechanical components, in particular the bearings, and thus a failure of the pump can be expected shortly.
  • turbomolecular pumps in which, for example, a bearing has a strong wear, not only individual spectral lines are pronounced, but a broadband increase in the vibration values can be seen.
  • the verification of turbomolecular pumps thus requires a complex on-site measurement by a specialist. To avoid a total failure this must be done in short, regular intervals. Despite such a testing service, there are now and then total failures of turbomolecular pumps, which can lead to considerable consequential damage.
  • EP 0851127 A2 which discloses all features of the preamble of claims 1 and 10, A2 describes a diagnostic method for detecting the wear of rotating components in vacuum pumps.
  • a warning signal is output upon reaching a predetermined degree of wear, wherein a measurement signal of a vibration sensor is transmitted to the vacuum pump in the Fourier spectrum.
  • EP 1396649 A2 describes a magnetic bearing device on a vacuum pump with the possibility to detect vibrations.
  • the object of the invention is to avoid an occurrence of total failures of a turbomolecular pump and in particular to reduce the personnel costs for verification.
  • the object is achieved by a method according to claim 1 or a turbomolecular pump according to claim 10.
  • a vibration profile is determined by means of a vibration sensor which is connected to the turbomolecular pump, at least at one frequency.
  • the vibration sensor is in particular constantly connected to the turbomolecular pump, in which case in particular a mechanical
  • the at least one vibration profile determined by the vibration sensor is transmitted to an evaluation device, which is also preferably stationary and is directly connected to the turbomolecular pump.
  • the evaluation device is integrated in the turbomolecular pump, for example arranged in the existing control of the turbomolecular pump.
  • the evaluation device has a filter, which is a tunable filter on. At the filter, a frequency is set, or is at a frequency. In this way, an associated oscillation amplitude can be determined.
  • the tuning of the filter is done by setting different frequencies.
  • the at least one specific oscillation amplitude is compared in the evaluation device with one or more limit values.
  • the limit values are, for example, values determined by means of a standard vibration course of a pump with undamaged components.
  • the limit values are determined empirically or are based on empirically determined values and are stored in a memory element of the evaluation device.
  • the evaluation device outputs a warning signal. Possibly. the output of a warning signal takes place only after multiple exceeding of the limit value, or after exceeding the limit value for a given longer period of time.
  • a variable frequency filter which is an integrated frequency filter circuit.
  • a frequency filter integrated circuit is a low-cost component.
  • the tunable filters used are preferably so-called “switched capacitor filters", which are industrially produced as highly integrated semiconductor circuits (integrated circuit) and are described in the specialist literature, for example "Semiconductor Circuit Technology; U. Tietze, Ch. Schenk”.
  • SC filter switched Capacitor filter
  • the frequency-determining filter time constant "T” is not defined by R * C, but by C / (Cs * fs).
  • the capacitor switching frequency fs at Cs is simple, precise and variable to produce by conventional micro-controller circuits. Furthermore, in integrated semiconductor circuits, capacitances are very easy to manufacture. In the described principle, the absolute size of the capacitor does not go into the determination of T, but only the ratio, which comes very close to the realization as an integrated circuit.
  • the filter characteristics can be additionally influenced, for example to achieve steeper flanks or higher attenuations.
  • the use of the already existing microprocessor of the turbomolecular pump is particularly advantageous in addition to the use of the integrated frequency filter circuit.
  • a microprocessor is available in particular for drive control and monitoring.
  • the computing capacity of the existing microprocessor is almost exhausted.
  • Due to the use according to the invention of the integrated frequency filter circuit the load on the internal microprocessor of the turbomolecular pump is reduced for carrying out the analysis, which is in particular an FFT analysis.
  • the complete recording of a waveform can take a relatively long time of several minutes or even hours, this is not detrimental to carrying out the method according to the invention, since turbomolecular pumps are usually operated over long periods, especially months or years without interruption and therefore for a Early failure detection a period of several days is sufficient.
  • the method of discrete frequency analysis described here loads a typical microprocessor typically used for turbomolecular pumps with about 1% of the resources and requires almost no real-time capability. This has the advantage that the microprocessor with respect to the vibration detection can be interrupted arbitrarily in favor of high-priority tasks, without affecting the measurement appreciable.
  • a significant advantage of the method according to the invention using an integrated frequency filter circuit in conjunction with the already existing in the turbomolecular pump microprocessor is that by exploiting the remaining residual power of the microprocessor, in conjunction with the low-cost integrated frequency filter Circuit with low additional costs and with a very compact design an online failure prediction is possible.
  • the limit value (s) can not only be determined on the basis of a standard vibration profile of an undamaged pump, but also individually for each pump or at least each type of pump immediately after production or during startup.
  • vibration amplitudes at several frequencies. This is preferably done by means of the filter to which different frequencies are applied.
  • the oscillation amplitudes are then preferably subsequently summarized, in particular added.
  • the total value determined in particular by addition is then preferably compared directly with the limit value.
  • a determination of the oscillation amplitudes takes place at predetermined time intervals at predetermined frequencies.
  • the oscillation amplitudes are determined at each test procedure in each case at the same frequencies, so that a comparison of the oscillation amplitudes or of the total value determined from the oscillation amplitudes can take place. It is thus possible to detect an amplitude change of individual amplitudes or a change of the total value. It can then be taken into account as a limit instead of or in addition to an absolute value and the temporal change. Thus, it is possible, for example, to generate a warning signal even if the predetermined limit value has not yet been exceeded, but a rapid increase of individual amplitudes or of the total value is detected.
  • the addition of several amplitude values ensures that a single increase in a value, which may occur randomly or on the basis of singular condition changes, does not lead to the triggering of a warning signal. Since a large number of individual signal values increase before the failure of a mechanical component, for example as a result of the increase in the bearing clearance, the difference between the integrated / accumulated value is several Vibration amplitudes of an undamaged pump, compared to the value of a damaged pump large. By adding the oscillation amplitudes, it can be ensured with high probability that a warning signal is actually output only when service is required. Likewise, it can be ensured that an exceeding of a limit value is determined early, so that sufficient time remains to perform the service or possibly to replace the pump.
  • the vibration sensor and the evaluation device are permanently connected to the turbomolecular pump, so that all the turbomolecular pumps to be monitored have a corresponding vibration sensor and an evaluation device.
  • the determination of the amplitudes can thus be continuous or at least at short time intervals. No service staff is required for this, as this can be done automatically.
  • the output of the warning signal preferably takes place via remote data transmission to a service facility.
  • the processor present in the turbomolecular pump For carrying out the method according to the invention, use is made of the processor present in the turbomolecular pump. This is possible because no large computing power is required to carry out the method according to the invention. Since the effort for carrying out the method according to the invention is low, the required calculations can be taken over by the existing microcontroller. The method according to the invention can thus be inexpensively implemented in existing turbomolecular pumps in a simple manner. Also, a fast processing of the monitoring data is not required since an immediate response is not necessary. This is due to the fact that in the method according to the invention, a failure occurring in the future is recognized early and insofar an immediate reaction is not required. In the method according to the invention, the required computing power and the required storage capacity is considerably lower than known FFT methods used for verification.
  • the analysis principle used according to the invention does not use FFT analysis (Fast Fourier Transformation), but rather determines the amplitude for each measured frequency range, ie each frequency to be analyzed individually (discretely). Although the corresponding data acquisition takes a long time, as stated above, this is not detrimental to the practice of the invention.
  • FFT Fast Fourier Transformation
  • the signal to be examined is recorded in the time domain and converted into a frequency spectrum by the rule of the FFT. With appropriate computing power, this is very fast, but is not in demand here.
  • the turbomolecular pump can thus be monitored online according to the invention.
  • This has the advantage that regular, in short time intervals analysis work by a specialist need not be made. The need for personnel to carry out the analysis work is thus significantly reduced. Rather, it is possible due to the inventive online monitoring that as soon as a warning signal is received by the monitoring device, a specialist performs the maintenance of the pump. This can be done an exchange of individual pump components, as well as individual bearings. Possibly. It is also possible to exchange the entire turbomolecular pump so that the damaged turbomolecular pump can be repaired if necessary subsequently. Due to the online monitoring of the turbomolecular pump, a sudden, unexpected total failure is avoided, since the limit values are exceeded even before the total failure. The amplitude at individual frequencies changes, for example, as soon as damage to a bearing occurs, the changes in the vibration amplitudes occurring before the bearing fails. This leaves sufficient time for maintenance, such as replacing the bearing.
  • turbomolecular pump It may be necessary to switch off the turbomolecular pump. This may be necessary depending on the application, for example in critical production situations. Also, a shutdown may be required depending on a second, possibly higher limit. If a second limit value is exceeded, it is to be feared that the turbomolecular pump will soon fail and that the required replacement can not be carried out in good time. This can be done automatically if necessary. As a result, the occurrence of a total failure, as well as the resulting consequential damage avoided.
  • the critical frequency range can be determined empirically depending on the pump.
  • the critical frequency range is in the range of 0.3 to 50 times the rotational frequency, in particular 8 to 16 times.
  • turbomolecular pump parameters and / or consideration of the ambient conditions preferably additionally take place.
  • the operating temperature, the operating time, the number of start cycles, the stand-by cycles and the load cycles, as well as the load condition can be considered.
  • the transmission of a control signal to the service facility in addition to the transmission of a warning signal to the monitoring device at regular time intervals, the transmission of a control signal to the service facility.
  • the transmission of the Kotrollsignals also preferably takes place via remote data transmission, so that the control signals are transmitted online.
  • it can be checked by the monitoring device whether the evaluation device operates reliably. Failure of the evaluation could be detected immediately.
  • the value determined by integration can be transmitted by the control signal. This allows the monitoring device to check whether the transmitted value is plausible. Usually, the total value would need to increase over time due to wear and tear.
  • the monitoring device can check the plausibility of the transmitted values. Such a plausibility check can also be carried out directly in the evaluation device.
  • the invention relates to a turbomolecular pump, which is modified according to the invention so that it is suitable for carrying out the method described above.
  • the turbomolecular pump has in a housing on a pumping device, which in particular has fast rotating shafts and corresponding bearings.
  • a vibration sensor is mechanically connected.
  • the vibration sensor can also be mechanically connected to a plurality of components to be monitored.
  • the vibration sensor is a part of the turbomolecular pump and in particular arranged within the housing of the turbomolecular pump. This has the advantage that a good mechanical connection with the components to be monitored is possible.
  • the integration of the vibration sensor in the turbomolecular pump is a continuous or at least frequent recording the vibrations possible.
  • a vibration sensor accelerometers piezoelectric knock sensors, body / airborne microphones, distance sensors, etc. can be used.
  • the turbomolecular pump according to the invention has an evaluation device which is electrically connected to the vibration sensor.
  • the evaluation device is preferably integrated in an existing control device of the turbomolecular pump.
  • the evaluation device uses existing components of the controller, such as the microprocessor and preferably also the memory.
  • the evaluation device has a filter to which a frequency is applied. This makes it possible to filter out an associated oscillation amplitude in order to compare it with a limit value as described above with reference to the method.
  • the filter can be tuned by applying different frequencies.
  • the evaluation device is connected to an output device for outputting a warning signal.
  • a warning signal is generated when a limit value is exceeded, with a comparison of the signals emitted by the vibration sensor with the comparison values stored in particular in the evaluation device.
  • the output device is preferably an interface for transmitting the warning signal, in particular by means of data transmission, to a monitoring device.
  • the integration of the vibration sensor into the turbomolecular pump according to the invention and the direct connection of the evaluation device with the turbomolecular pump, in particular by integration into the existing control device, is a continuous or at least frequent maintenance of the turbomolecular pump by recording a vibration spectrum and a corresponding evaluation of the Vibration spectrum possible.
  • To monitor the turbomolecular pump it is thus not necessary for an external monitoring device to be connected to the turbomolecular pump and for a person skilled in the art to carry out a monitoring. Rather, online monitoring can be carried out in a simple manner. As a result, the occurrence of total failure, and the resulting consequential damage avoided.
  • the evaluation device has a microprocessor and preferably a memory element.
  • the components present in the control of the turbomolecular pump are used. As a result, the cost can be significantly reduced.
  • the filter used is an integrated frequency filter circuit which, as described above with reference to the method, is designed.
  • the micro-processor already present in the turbomolecular pump, in particular for drive control and monitoring, as described above with reference to the method.
  • a determination device may additionally be provided.
  • the determination device which is in particular part of the evaluation device, the turbomolecular pump parameters or the environmental conditions in the output of the warning signal can be taken into account.
  • an adaptation of the limit values can take place by means of a limit value adaptation device integrated in the evaluation device.
  • the schematic representation of the individual components shows a vibration pickup 10, which is mechanically connected to the turbomolecular pump components to be monitored, in particular the bearings.
  • the vibration pick-up absorbs mechanical vibrations and converts them into an electrical signal.
  • the electrical signal is supplied to the evaluation device 12.
  • the evaluation device 12 has an amplifier 14, by means of which the voltage amplitude is increased.
  • An amplifier 14 is connected to a frequency filter 16, which is in particular an integrated frequency filter circuit.
  • the frequency filter 16 is tunable by applying different frequencies. With the aid of a signal rectifier 18 adjoining the frequency filter 16, the filtered vibration signal is converted into a DC voltage signal.
  • the DC signal is converted into a digital value by the analog-to-digital converter 20 connected to the signal rectifier 18. This digital value is then processed by the microprocessor 22.
  • the microprocessor 22 is the already for the main tasks, such as drive control and monitoring in the turbomolecular pump existing microprocessor.
  • a memory 24 is connected to the microprocessor 22.
  • the comparison values are stored in order to compare the current vibration amplitude detected by the vibration pickup 10 and processed as described above with comparison values. If it is determined in the comparison made by the microprocessor 22 that a limit value is exceeded, the issuing of a warning signal to an output device 26 takes place.
  • the output device 26 is connected to a monitoring device 30 via a remote data transmission 28.
  • the monitoring device 30 is preferably a service provider, such as a service center, and does not have to be arranged within the company in this respect.
  • microprocessor 22 may be connected to a determination device (not shown) for determining further turbomolecular pump parameters and / or for determining environmental conditions. The corresponding parameters can be taken into account when determining the warning signal or when determining the limit value.
  • a numerical value is transmitted to the digital value-frequency converter 32 by the microprocessor 22.
  • the digital value-frequency converter 32 determines therefrom an equivalent frequency by which the filter characteristic of the filter 16 is set. It is thus possible to adapt the filter characteristic depending on the requirement profile.
  • the individual oscillation amplitudes measured at predetermined frequencies are preferably summed up by the microprocessor 22.
  • the total value obtained by the summation will then be one or more Limits compared.
  • a signal is generated, on the basis of which a service or maintenance of the turbomolecular pump is then carried out.
  • the turbomolecular pump is preferably switched off automatically.
  • Fig. 2 a diagram of a vibration spectrum is shown. This is a vibration spectrum of a satisfactorily operating turbomolecular pump, in which no bearings are damaged and no other mechanically relevant components have damage.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Ermittiung einer Aussage über einen Zustand einer Turbomolekularpumpe sowie eine Turbomolekularpumpe werden mittels eines mit der Turbomolekuiarpumpe verbundenen Vibrationsaufnehmers (10) ein Schwingungsverlauf ermittelt. Der ermittelte Schwingungsverlauf wird an eine Auswerteeinrichtung (12) übermittelt, wobei in der Auswerteeinrichtung ( 12) mittels eines Filters (16) Schwingungsampütuden ermittelt werden, die mit Vergleichswerten verglichen werden. Bei Überschreiten eines Grenzwertes erfolgt über eine Datenfernübertragungseinrichtung (28) die Ausgabe eines Warnsignals an eine Überwachungseinrichtung (30). Durch das Verfahren ist eine Online-Überwachung von Turbomolekuiarpumpe möglich.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Aussage über einen Zustand einer Turbomolekularpumpe sowie eine Turbomolekularpumpe.
  • Turbomolekularpumpen zur Erzeugung von Hochvakuum weisen schnell drehende Pumpenwellen auf, die üblicherweise in Kugel- oder Gleitlagern gelagert sind. Auf Grund der hohen mechanischen Belastung der Lager sowie anderer mechanischer Bauteile von Turbomolekularpumpen kann ein plötzlicher Ausfall der Turbomolekularpumpe auf Grund mechanischer Beschädigungen auftreten. Der Ausfall von Turbomolekularpumpen tritt bisweilen spontan und unvorhersehbar auf. Auf Grund der hohen Anforderungen ist die Betriebsdauer derartiger Turbomolekularpumpen sehr unterschiedlich, so dass ein Ausfallen der Turbomolekularpumpe durch regelmäßige Serviceintervalle nur schwer vermieden werden kann, bzw. die Serviceintervalle in äußerst kurzen Zeitabständen durchgeführt werden müssen. Der Ausfall einer Turbomolekularpumpe, die beispielsweise in einem Reinraum betrieben wird, hat häufig eine Produktionsunterbrechung zur Folge. Ferner führt ein Lagerschaden häufig zum Blockieren der Welle. Auf Grund der großen Massenträgheit wird die Turbomolekularpumpe hierbei teilweise vollständig zerstört.
  • Um einen Totalausfall der Turbomolekularpumpe zu vermeiden, ist es erforderlich in kurzen, regelmäßigen Abständen eine Analyse durchzuführen. Zur Analyse ist es bekannt, mit Hilfe eines mobilen Analysegerätes die Turbomolekularpumpe zu überprüfen. Das Analysegerät weist einen Vibrationsaufnehmer, sowie eine Auswerteeinrichtung auf. Der Vibrationsaufnehmer wird mit der Turbomolekularpumpe verbunden. Das aufgenommene Vibrationsspektrum wird mittels der Auswerteeinrichtung, beispielsweise in einem Diagramm, dargestellt. Anhand der Frequenzspektrums erkennt der Fachmann, ob eine Beschädigung mechanischer Bauteile, insbesondere der Lager, vorliegt und somit in Kürze mit einem Ausfall der Pumpe zu rechnen ist. Dies liegt darin begründet, dass bei einer beschädigten Turbomolekularpumpe, bei der beispielsweise ein Lager einen starken Verschleiß aufweist, nicht nur einzelne Spektrallinien ausgeprägt sind, sondern eine breitbandige Erhöhung der Schwingungswerte zu erkennen ist. Die Überprüfung von Turbomolekularpumpen erfordert somit eine aufwändige Messung an der Pumpe vor Ort von einem Spezialisten. Um einen Totalausfall zu vermeiden muss dies in kurzen, regelmäßigen Abständen erfolgen. Trotz eines derartigen Prüfservices treten hin und wieder Totalausfälle von Turbomolekularpumpen auf, die zur erheblichen Folgeschäden führen können.
  • EP 0851127 , die alle Merkmale des Oberbegriffs der Ansprüche 1 und 10 offenbart, A2 beschreibt ein Diagnostizierverfahren zur Detektion der Abnutzung rotierender Komponenten in Vakuumpumpen. Ein Warnsignal wird bei Erreichen eines vorgegebenen Abnutzungsgrads ausgegeben, wobei ein Messsignal eines Vibrationssensors an der Vakuumpumpe in das Fourier-Spektrum übertragen wird.
  • EP 1396649 A2 beschreibt eine Magnetlagervorrichtung an einer Vakuumpumpe, mit der Möglichkeit, Vibrationen zu ermitteln.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Auftreten von Totalausfällen einer Turbomolekularpumpe zu vermeiden und insbesondere den Personalaufwand zur Überprüfung zu verringern. Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. eine Turbomolekularpumpe gemäß Anspruch 10.
  • Gemäß der Erfindung erfolgt eine Ermittlung einer Aussage über einen Zustand einer Turbomolekularpumpe. Beispielsweise kann durch eine derartige Ermittlung zu einem frühen Zeitpunkt festgestellt werden, ob die Pumpe beschädigt ist. Hierdurch kann ein zukünftiges Ausfallen der Pumpe frühzeitig erkannt und somit entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mittels eines Vibrationsaufnehmers, der mit der Turbomolekularpumpe verbunden ist, mindestens bei einer Frequenz ein Schwingungsverlauf ermittelt. Hierbei ist der Vibrationsaufnehmer insbesondere ständig mit der Turbomolekularpumpe verbunden, wobei hierbei insbesondere eine mechanische
  • Verbindung zu den zu überwachenden Turbomolekularpumpen-Komponenten, insbesondere den Lagern, erfolgt. Der von dem Vibrationsaufnehmer ermittelte mindestens eine Schwingungsverlauf wird an eine Auswerteeinrichtung, die vorzugsweise ebenfalls stationär ist und unmittelbar mit der Turbomolekularpumpe verbunden ist, übermittelt. Insbesondere ist die Auswerteeinrichtung in die Turbomolekularpumpe integriert, beispielsweise in der vorhandenen Steuerung der Turbomolekularpumpe angeordnet. Die Auswerteeinrichtung weist ein Filter, bei dem es sich um ein durchstimmbares Filter handelt, auf. An dem Filter ist eine Frequenz eingestellt, bzw. liegt eine Frequenz an. Hierdurch kann eine zugehörige Schwingungsamplitude ermittelt werden. Das Durchstimmen des Filters erfolgt durch Einstellen unterschiedlicher Frequenzen. Die mindestens eine bestimmte Schwingungsamplitude wird in der Auswerteeinrichtung mit einem oder mehreren Grenzwerten verglichen. Bei den Grenzwerten handelt es sich beispielsweise um mittels eines Standard-Schwingungsverlaufs einer Pumpe mit unbeschädigten Komponenten ermittelte Werte. Insbesondere sind die Grenzwerte empirisch ermittelt bzw. basieren auf empirisch ermittelten Werten und sind in einem Speicherelement der Auswerteeinrichtung hinterlegt. Sobald ein Grenzwert überschritten wird, wird von der Auswerteeinrichtung ein Warnsignal ausgegeben. Ggf. erfolgt die Ausgabe eines Warnsignals erst nach mehrfacher Überschreitung des Grenzwertes, bzw. nach Überschreitung des Grenzwertes für einen vorgegebenen längeren Zeitraum.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird als Filter ein veränderbares Frequenz-Filter verwendet, bei dem es sich um einen integrierten Frequenz-Filter-Schaltkreis handelt. Bei einem derartig integrierten Frequenz-Filter-Schaltkreis handelt es sich um ein kostengünstiges Bauteil. Als durchstimmbare Filter werden vorzugsweise sogenannte "Switched Capacitor Filter" eingesetzt, die als hochintegrierte Halbleiter-Schaltkreise (Integrated Circuit) industriell hergestellt zur Verfügung stehen und in der Fachliteratur z.B. "Halbleiter-Schaltungstechnik; U. Tietze, Ch. Schenk" beschrieben sind. Beim Switched Capacitor Filter (SC-Filter) wird das Prinzip des aktiven Filters - aufgebaut mit Operationsverstärkern und R-C-Beschaltungen (Widerstand und Kondensator) als Integratorschaltung - angewendet, wobei die frequenzbestimmende Filterzeitkonstante "T" nicht durch R * C definiert ist, sondern durch C/(Cs*fs).
  • Besonders vorteilhaft ist, dass die Kondensator-Umschaltfrequenz fs an Cs einfach, präzise und veränderbar durch übliche Micro-Controller-Schaltungen zu erzeugen ist. Des weiteren sind in integrierten Halbleiterschaltkreisen Kapazitäten sehr gut herzustellen. Bei dem beschriebenen Prinzip geht die absolute Größe des Kondensators nicht in die Bestimmung von T ein, sondern nur das Verhältnis, was der Realisation als integrierte Schaltung sehr entgegen kommt.
  • Geeignete Switched Capacitor Filter - ICs werden von mehreren Herstellern angeboten, wie beispielsweise:
    • Fa. MAXIM: MAX 7490
      Geeignet für Hochpass-, Tiefpass-, Bandpass- und Kerb-Filter Im Frequenzbereich 1 Hz bis zu 40 kHz
      und
    • Fa. Linear Technology: LTC1059
      Geeignet für Hochpass, Tiefpass-, Bandpass- und Kerb-Filter Im Frequenzbereich 0,1 Hz bis zu 40 kHz
  • Durch Kaskadierung mehrerer SC-Filter-Schaltkreise lassen sich ggf. die Filtereigenschaften zusätzlich beeinflussen, um z.B. steilere Flanken bzw. höhere Dämpfungen zu erzielen.
  • Besonders vorteilhaft ist erfindungsgemäß zusätzlich zu der Verwendung des integrierten Frequenz-Filter-Schaltkreises die Nutzung des bereits vorhandenen Mikroprozessors der Turbomolekularpumpe. In jeder Turbomolekularpumpe ist insbesondere zur Antriebsteuerung und Überwachung ein Mikroprozessor vorhanden. Die Rechenkapazität des vorhandenen Mikroprozessors ist nahezu ausgelastet. Aufgrund des erfindungsgemäßen Einsatzes des integrierten Frequenz-Filter-Schaltkreises verringert sich die Belastung des internen Mikroprozessors der Turbomolekularpumpe für die Durchführung der Analyse, bei der es sich insbesondere um eine FFT-Analyse handelt. Wenngleich die vollständige Aufnahme eines Schwingungsverlaufs relativ lange Zeit von mehreren Minuten oder gar Stunden in Anspruch nehmen kann, ist dies für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht nachteilig, da Turbomolekularpumpen üblicherweise über längere Zeiträume, insbesondere Monate oder Jahre ohne Unterbrechung betrieben werden und daher für eine Frühausfallerkennung eine Zeitspanne von einigen Tagen ausreichend ist.
  • Die hier beschriebene Methode der diskreten Frequenz-Analyse belastet einen typischen Mikroprozessor, wie er für Turbomolekularpumpen typischerweise zum Einsatz gelangt, mit etwa 1 % der Ressourcen und erfordert fast keine Echtzeitfähigkeit. Dies hat den Vorteil, dass der Mikroprozessor bzgl. die Schwingungs-Erfassung beliebig zugunsten hochpriorer Aufgaben unterbrochen werden kann, ohne die Messung nennenswert zu beeinflussen.
  • Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines integrierten Frequenz-Filter-Schaltkreises in Verbindung mit dem in der Turbomolekularpumpe bereits vorhandenen Mikroprozessor besteht darin, dass durch die Ausnutzung der noch vorhandenen Rest-Leistungsfähigkeit des Mikroprozessors, in Verbindung mit dem preisgünstigen integrierten Frequenz-Filter-Schaltkreis mit geringen Zusatzkosten und bei sehr kompakter Bauform eine Online-Ausfallvorhersage möglich ist.
  • Der bzw. die Grenzwerte können nicht nur anhand eines Standard-Schwingungsverlaufs einer unbeschädigten Pumpe, sondern auch individuell für jede Pumpe oder zumindest jeden Pumpentyp unmittelbar nach der Fertigung oder bei Inbetriebnahme ermittelt werden.
  • Besonders bevorzugt ist es bei mehreren Frequenzen die Schwingungsamplituden zu messen. Dies erfolgt vorzugsweise mittels des Filters, an das unterschiedliche Frequenzen angelegt werden. Die Schwingungsamplituden werden sodann vorzugsweise anschließend zusammengefasst, insbesondere addiert. Der insbesondere durch Addition ermittelte Gesamtwert wird sodann vorzugsweise unmittelbar mit dem Grenzwert verglichen.
  • Insbesondere erfolgt in vorgegebenen zeitlichen Abständen eine Bestimmung der Schwingungsamplituden bei vorgegebenen Frequenzen. Hierbei werden die Schwingungsamplituden bei jedem Prüfvorgang jeweils zu den selben Frequenzen ermittelt, so dass ein Vergleich der Schwingungsamplituden bzw. des aus den Schwingungsamplituden ermittelten Gesamtwertes erfolgen kann. Es ist somit möglich, eine Amplitudenänderung einzelner Amplituden oder eine Änderung des Gesamtwertes festzustellen. Es kann sodann als Grenzwert anstatt oder zusätzlich zu einem Absolutwert auch die zeitliche Änderung berücksichtigt werden. So ist es beispielsweise möglich, ein Warnsignal auch dann zu erzeugen, wenn der vorgegebene Grenzwert zwar noch nicht überschritten ist, jedoch ein schneller Anstieg einzelner Amplituden oder des Gesamtwertes detektiert wird.
  • Durch die Addition mehrerer Amplitudenwerte ist sichergestellt, dass nicht eine einzelne ggf. zufällig oder auf Grund singulärer Bedingungsänderungen auftretende Erhöhung eines Wertes zum Auslösen eines Warnsignals führt. Da sich vor dem Ausfall eines mechanischen Bauteils, beispielsweise durch die Vergrößerung des Lagerspiels, eine Vielzahl einzelner Signalwerte vergrößern, ist der Unterschied des integrierten/aufsummierten Wertes mehrerer Schwingungsamplituden einer unbeschädigten Pumpe, verglichen mit dem Wert einer beschädigten Pumpe groß. Durch das Addieren der Schwingungsamplituden kann mit hoher Wahrscheinlichkeit sichergestellt werden, dass ein Warnsignal tatsächlich nur dann ausgegeben wird, wenn ein Service erforderlich ist. Ebenso kann sichergestellt werden, dass ein Überschreiten eines Grenzwertes frühzeitig ermittelt wird, so dass ausreichend Zeit zur Durchführung des Services oder ggf. zum Austausch der Pumpe verbleibt.
  • Erfindungsgemäß sind der Vibrationsaufnehmer und die Auswerteeinrichtung mit der Turbomolekularpumpe ständig verbunden, so dass sämtliche Turbomolekularpumpen, die überwacht werden sollen, einen entsprechenden Vibrationsaufnehmer und eine Auswerteeinrichtung aufweisen. Die Bestimmung der Amplituden kann somit kontinuierlich oder zumindest in geringen zeitlichen Abständen erfolgen. Hierzu ist kein Servicepersonal erforderlich, da dies automatisch erfolgen kann. Vorzugsweise erfolgt die Ausgabe des Warnsignals über Datenfernübertragung an eine Serviceeinrichtung.
  • Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine Benutzung des in der Turbomolekularpumpe vorhandenen Prozessors. Dies ist möglich, da für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine großen Rechenleistungen erforderlich sind. Da der Aufwand zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gering ist, können die erforderlichen Berechnungen durch den vorhandenen Mikrokontroller mitübernommen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit auf einfache Weise in bestehende Turbomolekularpumpen kostengünstig implementierbar. Auch ist eine schnelle Verarbeitung der Überwachungsdaten nicht erforderlich, da ein unmittelbares Reagieren nicht notwendig ist. Dies liegt darin begründet, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein in der Zukunft auftretender Ausfall frühzeitig erkannt wird und insofern ein sofortiges Reagieren nicht erforderlich ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die erforderliche Rechenleistung sowie die erforderliche Speicherkapazität erheblich geringer als bei bekannten zur Überprüfung verwendeten FFT-Verfahren.
  • Das erfindungsgemäß eingesetzte Analyse-Prinzip wendet keine FFT-Analyse (Fast Fourier Transformation) an, sondern bestimmt die Amplitude zu jedem gemessenen Frequenzbereich, also jede zu analysierende Frequenz einzeln (diskret). Die entsprechende Datenerfassung benötigt zwar viel Zeit, wobei dies, wie vorstehend dargelegt, zur Durchführung der Erfindung nicht nachteilig ist. Bei der FFT wird das zu untersuchende Signal im Zeitbereich erfasst und durch die Vorschrift der FFT in ein Frequenzspektrum umgerechnet. Mit entsprechender Rechenleistung geht das sehr schnell, ist aber hier nicht gefragt.
  • Die Turbomolekularpumpe ist somit erfindungsgemäß online überwachbar. Dies hat den Vorteil, dass regelmäßige, in kurzen Zeitabständen erfolgende Analysearbeiten durch einen Spezialisten nicht erfolgen müssen. Der Personalbedarf zur Durchführung der Analysearbeiten ist somit erheblich verringert. Vielmehr ist es auf Grund der erfindungsgemäßen Onlineüberwachung möglich, dass sobald ein Warnsignal von der Überwachungseinrichtung empfangen wird, ein Spezialist die Wartung der Pumpe vornimmt. Hierbei kann ein Austausch einzelner Pumpenbauteile, sowie einzelner Lager erfolgen. Ggf. kann auch ein Austausch der gesamten Turbomolekularpumpe erfolgen, so dass die beschädigte Turbomolekularpumpe ggf. anschließend repariert werden kann. Auf Grund der Onlineüberwachung der Turbomolekularpumpe ist ein plötzlicher, unerwarteter Totalausfall vermieden, da die Überschreitung der Grenzwerte bereits vor dem Totalausfall erfolgt. Die Amplitude bei einzelnen Frequenzen ändert sich beispielsweise sobald eine Beschädigung eines Lagers auftritt, wobei die Änderungen der Schwingungsamplituden erfolgt bevor das Lager ausfällt. Es verbleibt somit ausreichend Zeit eine Wartung, wie beispielsweise das Auswechseln des Lagers vorzunehmen.
  • Ggf. kann ein Ausschalten der Turbomolekularpumpe erforderlich sein. Dies kann in Abhängigkeit des Anwendungsfalls, beispielsweise bei kritischen Produktionssituationen erforderlich sein. Auch kann in Abhängigkeit eines zweiten, ggf. höheren Grenzwertes ein Abschalten erforderlich sein. Beim Überschreiten eines zweiten Grenzwertes ist zu befürchten, dass die Turbomolekularpumpe in Kürze ausfällt und der erforderliche Austausch nicht rechtzeitig durchgeführt werden kann. Hierbei kann das Ausschalten ggf. automatisch erfolgen. Hierdurch ist das Auftreten eines Totalausfalls, ebenso wie die hierdurch auftretenden Folgeschäden, vermieden.
  • Vorzugsweise werden mehrere Frequenzen in einem kritischen Frequenzbereich gemessen. Der kritische Frequenzbereich kann je nach Pumpe empirisch ermittelt werden. Insbesondere liegt der kritische Frequenzbereich im Bereich der 0,3 bis 50-fachen Drehfrequenz, insbesondere 8 bis 16-fach. Durch Beschränken der Messungen auf einen kritischen Frequenzbereich kann ein zuverlässigerer Vergleich mit den Vergleichswerten und damit ein zuverlässigeres Erzeugen des Warnsignals gewährleistet werden. Beispielsweise bleiben auftretende erhöhte Spektralwerte in anderen Bereichen, die bezüglich eines Services nicht relevant sind, unberücksichtigt.
  • Vorzugsweise erfolgt bei der Ausgabe eines Warnsignals zusätzlich die Berücksichtigung weiterer Turbomolekularpumpen-Parameter und/oder eine Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen. Beispielsweise können die Betriebstemperatur, die Betriebsdauer, die Anzahl der Startzyklen, der Stand-By-Zyklen und der Belastungszyklen, sowie auch der Belastungszustand berücksichtigt werden. Insbesondere ist es möglich in Abhängigkeit von Turbomolekularpumpen -Parametern und/oder Umgebungsbedingungen eine Anpassung des Grenzwertes vorzunehmen. Es ist somit erfindungsgemäß möglich, den Grenzwert kontinuierlich anzupassen, wobei die Anpassung vorzugsweise automatisch, mit Hilfe der Auswerteeinrichtung und einer entsprechenden in der Auswerteeinrichtung gespeicherten Software erfolgt. Vorzugsweise erfolgt neben der Übermittlung eines Warnsignals an die Überwachungseinrichtung in regelmäßigen zeitlichen Abständen die Übermittlung eines Kontrollsignals an die Serviceeinrichtung. Die Übermittlung des Kotrollsignals erfolgt ebenfalls vorzugsweise über Datenfernübertragungen, so dass auch die Kontrollsignale online übertragen werden. Hierdurch kann von der Überwachungseinrichtung überprüft werden, ob die Auswerteeinrichtung zuverlässig arbeitet. Ein Ausfallen der Auswerteeinrichtung könnte unmittelbar festgestellt werden. Insbesondere kann durch das Kontrollsignal der durch Integration ermittelte Wert übermittelt werden. Hierdurch kann die Überwachungseinrichtung prüfen, ob der übermittelte Wert plausibel ist. Üblicherweise müsste der Gesamtwert im Laufe der Zeit auf Grund von Abnutzungen steigen. Über einen entsprechenden Algorithmus kann die Überwachungseinrichtung die Plausibilität der übermittelten Werte überprüfen. Eine derartige Plausibilitätsüberprüfung kann auch unmittelbar in der Auswerteeinrichtung erfolgen.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Turbomolekularpumpe, die erfindungsgemäß derart modifiziert ist, dass sie zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens geeignet ist. Die Turbomolekularpumpe weist in einem Gehäuse eine Pumpeinrichtung auf, die insbesondere schnell drehende Wellen und entsprechende Lager aufweist. Mit den zu überwachenden Turbomolekularpumpen-Komponenten, insbesondere den einzelnen Lagern, ist ein Vibrationsaufnehmer mechanisch verbunden. Selbstverständlich kann der Vibrationsaufnehmer mechanisch auch mit mehreren zu überwachenden Komponenten verbunden sein. Erfindungsgemäß ist der Vibrationsaufnehmer ein Teil der Turbomolekularpumpe und insbesondere innerhalb des Gehäuses der Turbomolekularpumpe angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass eine gute mechanische Verbindung mit den zu überwachenden Komponenten möglich ist. Ferner ist durch die Integration des Vibrationsaufnehmers in die Turbomolekularpumpe ein kontinuierliches oder zumindest häufiges Aufnehmen der Vibrationen möglich. Als Vibrationsaufnehmer können Beschleunigungsaufnehmer, Piezzo-Klopf-Sensoren, Körper-/Luftschall-Mikrophone, Abstandssensoren etc. eingesetzt werden.
  • Ferner weist die erfindungsgemäße Turbomolekularpumpe eine Auswerteeinrichtung auf, die elektrisch mit dem Vibrationsaufnehmer verbunden ist. Die Auswerteeinrichtung ist vorzugsweise in eine vorhandene Steuereinrichtung der Turbomolekularpumpe integriert. Insbesondere nutzt die Auswerteeinrichtung vorhandene Bauteile der Steuerung, wie den Mikroprozessor und vorzugsweise auch den Speicher.
  • Die Auswerteeinrichtung weist ein Filter auf, an dem eine Frequenz anliegt. Hierdurch ist es möglich eine zugehörige Schwingungsamplitude auszufiltern, um diese wie vorstehend anhand des Verfahrens beschrieben, mit einem Grenzwert zu vergleichen. Insbesondere ist das Filter durch Anliegen unterschiedlicher Frequenzen durchstimmbar.
  • Erfindungsgemäß ist die Auswerteeinrichtung mit einer Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe eines Warnsignals verbunden. Ein Warnsignal wird beim Überschreiten eines Grenzwertes erzeugt, wobei ein Vergleich der vom Vibrationsaufnehmer abgegebenen Signale mit insbesondere in der Auswerteeinrichtung gespeicherten Vergleichswerten erfolgt. Bei der Ausgabeeinrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine Schnittstelle, um das Warnsignal insbesondere mittels Datenübertragung an eine Überwachungseinrichtung zu übertragen.
  • Durch die erfindungsgemäße Integration des Vibrationsaufnehmers in die Turbomolekularpumpe sowie die unmittelbare Verbindung der Auswerteeinrichtung mit der Turbomolekularpumpe insbesondere durch Integration in die vorhandene Steuereinrichtung ist ein kontinuierliches oder zumindest häufiges Warten der Turbomolekularpumpe durch Aufnahme eines Schwingungsspektrums und eine entsprechende Auswertung des Schwingungsspektrums möglich. Zur Überwachung der Turbomolekularpumpe ist es somit nicht erforderlich, dass ein externes Überwachungsgerät mit der Turbomolekularpumpe verbunden wird und ein Fachmann eine Überwachung durchführen muss. Vielmehr kann eine Onlineüberwachung auf einfache Weise durchgeführt werden. Hierdurch ist das Auftreten von Totalausfällen, sowie der hierdurch hervorgerufenen Folgeschäden, vermieden.
  • Die Auswerteinrichtung weist einen Mikroprozessor und vorzugsweise ein Speicherelement auf. Vorzugsweise werden die in der Steuerung der Turbomolekularpumpe vorhandenen Komponenten genutzt. Hierdurch können die Kosten erheblich reduziert werden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Turbomolekularpumpe wird als Filter ein integrierter Frequenz-Filter-Schaltkreis verwendet, der, wie vorstehend anhand des Verfahrens beschrieben, ausgestaltet ist. Zudem erfolgt ferner ein Nutzen des in der Turbomolekularpumpe insbesondere zur Antriebssteuerung und Überwachung bereits vorhandenen Mikroprozessors, wie vorstehend anhand des Verfahrens beschrieben.
  • Zur Bestimmung zusätzlicher Turbomolekularpumpen-Parameter und/oder zur Bestimmung von Umgebungsbedingungen kann zusätzlich eine Bestimmungseinrichtung vorgesehen sein. Mit Hilfe der Bestimmungseinrichtung, die insbesondere Bestandteil der Auswerteeinrichtung ist, können die Turbomolekularpumpen-Parameter bzw. die Umgebungsbedingungen bei der Ausgabe des Warnsignals berücksichtigt werden. Insbesondere kann eine Anpassung der Grenzwerte durch eine in die Auswerteeinrichtung integrierte Grenzwertanpassungseinrichtung erfolgen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1:
    eine schematische Darstellung der einzelnen Komponenten zur Realisierung der Erfindung,
    Fig. 2
    eine prinzipielle Darstellung eines von einem Vibrationsaufnehmer aufgenommenen Schwingungsspektrums einer Pumpe mit einem unbeschädigten Lager und
    Fig. 3
    eine prinzipielle Darstellung eines von einem Vibrationsaufnehmer aufgenommenen Schwingungsspektrums einer Pumpe mit einem beschädigtem Lager.
  • Die schematische Darstellung der einzelnen Bauteile (Fig. 1) zeigt einen Vibrationsaufnehmer 10, der mechanisch mit den zu überwachenden Turbomolekularpumpen-Komponenten, insbesondere den Lagern verbunden ist. Der Vibrationsaufnehmer nimmt mechanische Schwingungen auf und wandelt diese in ein elektrisches Signal um. Das elektrische Signal wird der Auswerteeinrichtung 12 zugeführt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Auswerteeinrichtung 12 einen Verstärker 14 auf, durch den ein Anheben der Spannungs-Amplitude erfolgt. Ein Verstärker 14 ist an ein Frequenzfilter 16, bei dem es sich insbesondere um einen integrierten Frequenz-Filter-Schaltkreis handelt, angeschlossen. Durch das Frequenzfilter 16 werden die einzelnen interessierenden Amplituden der elektrischen Vibrations-signale ausgefiltert. Vorzugsweise ist das Frequenzfilter 16 durch Anlegen unterschiedlicher Frequenzen durchstimmbar. Mit Hilfe eines sich an das Frequenzfilter 16 anschließenden Signalgleichrichters 18 wird das gefilterte Vibrationssignal in ein Gleichspannungssignal umgewandelt. Das Gleichspannungssignal wird von dem mit dem Signalgleichrichter 18 verbundenen Analog-Digital-Wandler 20 in einen digitalen Wert umgewandelt. Dieser digitale Wert wird von dem Mikroprozessor 22 sodann verarbeitet. Bei dem Mikroprozessor 22 handelt es sich um den bereits für die Hauptaufgaben, wie Antriebsteuerung und Überwachung in der Turbomolekularpumpe vorhandenen Mikroprozessor.
  • Ferner ist mit dem Mikroprozessor 22 ein Speicher 24 verbunden. In dem Speicher 24 sind die Vergleichswerte gespeichert, um die aktuelle von dem Vibrationsaufnehmer 10 erfasste und wie vorstehend beschrieben bearbeitete Schwingungsamplitude mit Vergleichswerten zu vergleichen. Wird bei dem durch den Mikroprozessor 22 durchgeführten Vergleich festgestellt, dass ein Grenzwert überschritten ist, erfolgt die Ausgabe eines Warnsignals an eine Ausgabeeinrichtung 26. Die Ausgabeeinrichtung 26 ist über eine Datenfernübertragung 28 mit einer Überwachungseinrichtung 30 verbunden. Die Überwachungseinrichtung 30 ist hierbei vorzugsweise ein Dienstleistungsanbieter, wie ein Servicezentrum, und muss insofern nicht innerhalb der Firma angeordnet sein.
  • Ferner kann der Mikroprozessor 22 mit einer nicht dargestellten Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung von weiteren Turbomolekularpumpen-Parametern und/oder zur Bestimmung von Umgebungsbedingungen verbunden sein. Die entsprechenden Parameter können bei der Ermittlung des Warnsignals bzw. bei der Bestimmung des Grenzwertes berücksichtigt werden.
  • Zur Einstellung der Filter-Frequenz-Charakteristik des Frequenzfilters 16 wird von dem Mikroprozessor 22 ein Zahlenwert an den Digitalwert-Frequenz-Wandler 32 übermittelt. Der Digitalwert-Frequenz-Wandler 32 ermittelt hieraus eine äquivalente Frequenz durch die die Filter-Charakteristik des Filters 16 eingestellt wird. Es ist somit eine Anpassung der Filter-Charakteristik je nach Anforderungsprofil möglich.
  • Die einzelnen zu vorgegebenen Frequenzen gemessenen Schwingungsamplituden werden vorzugsweise durch den Mikroprozessor 22 aufsummiert. Der durch die Aufsummierung erhaltene Gesamtwert wird sodann mit einem oder mehreren Grenzwerten verglichen. Sodann wird beispielsweise beim Überschreiten eines ersten Grenzwertes ein Signal erzeugt, auf Grund dessen sodann ein Service bzw. eine Wartung der Turbomolekularpumpe durchgeführt wird. Beispielsweise beim Überschreiten eines zweiten, höheren Grenzwertes erfolgt vorzugsweise automatisch ein Abschalten der Turbomolekularpumpe.
  • Zur Veranschaulichung ist in Fig. 2 ein Diagramm eines Schwingungsspektrums dargestellt. Es handelt sich hierbei um ein Schwingungsspektrum einer zufriedenstellend arbeitenden Turbomolekularpumpe, bei der keine Lager beschädigt sind und auch keine anderen mechanisch relevanten Bauteile Beschädigungen aufweisen.
  • Im Vergleich hierzu ist aus Fig. 3 ein Schwingungsspektrum einer Turbomolekularpumpe mit beschädigtem Lager ersichtlich. Hieraus ist eindeutig zu entnehmen, dass die Amplitude einzelner Schwingungen erhöht ist. Durch das erfindungsgemäße Addieren einzelner Schwingungsamplituden beispielsweise im Bereich von 8.000 bis 20.000 Hz, in einem Frequenzabstand von beispielsweise 50 Hz, kann im Vergleich zu einem Grenzwert auf einfache Weise festgestellt werden, dass es sich hierbei um eine Turbomolekularpumpe mit beschädigtem Lager handelt.
  • Zur weiteren Verfeinerung des Verfahrens ist es möglich, Amplituden, die unterhalb eines Grenzwertes von beispielsweise 0,1 m/s2 liegen, nicht zu berücksichtigen. Dies hat zur Folge, dass Schwingungen, die auch bei Turbomolekularpumpen mit unbeschädigtem Lager und dergleichen, auftreten, bei der Bestimmung des Warnsignals nicht berücksichtigt werden.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Ermittlung einer Aussage über einen Zustand einer Turbomolekularpumpe, bei welchem
    - mittels eines mit der Turbomolekularpumpe verbundenen Vibrationssaufnehmers (10) ein Schwingungsverlauf ermittelt wird,
    - der Schwingungsverlauf an eine Auswerteeinrichtung (12) übermittelt wird,
    - in der Auswerteeinrichtung (12) ein Filter (16) in Form eines Frequenz-Filter-Schaltkreises angeordnet ist, an dem eine Frequenz zur Ermittlung einer zugehörigen Schwingungsamplitude einstellbar ist,
    - das Filter (16) durch Einstellen unterschiedlicher Frequenzen nacheinander derart durchgestimmt wird, dass zu jedem gemessenen Frequenzbereich die Schwingungsamplitude diskret ermittelt wird.
    - die aktuelle Schwingungsamplitude in der Auswerteeinrichtung (12) unter Nutzung eines Mikroprozessors (22) zur Antriebssteuerung und Überwachung der Turbomolekularpumpe mit mindestens einem Grenzwert verglichen wird, und
    - bei Überschreiten des Grenzwertes ein Signal an eine Überwachungseinrichtung (30) übermittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bei Überschreiten des Grenzwertes übermittelte Signal über eine Datenübertragungseinrichtung (28) übermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Schwingungsamplituden bei mehreren Frequenzen gemessen werden und die gemessenen Schwingungsamplituden zu einem Gesamtwert zusammengefasst werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem der Gesamtwert durch Aufsummieren der einzelnen gemessenen Schwingungsamplituden bestimmt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei welchem mehrere Frequenzen in einem kritischen Frequenzbereich gemessen werden, der insbesondere im Bereich der 0,3 bis 50-fachen Drehfrequenz der Turbomolekularpumpe liegt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem bei der Warnsignalausgabe zusätzlich Turbomolekularpumpen-Parameter und/oder die Umgebungsbedingungen insbesondere bei der Grenzwertbestimmung berücksichtigt werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem die Bestimmung des Grenzwertes variabel ist, insbesondere automatisch neu berechnet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem in regelmäßigen zeitlichen Abständen ein Kontrollsignal an die Überwachungseinrichtung (30) übermittelt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem bei Überschreiten eines ersten Grenzwertes ein Warnsignal erzeugt wird und bei welchem vorzugsweise bei Überschreiten eines zweiten Grenzwertes ein insbesondere automatisches Abschalten der Turbomolekularpumpe erfolgt.
  10. Turbomolekularpumpe zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit
    einer in einem Gehäuse angeordneten Pumpeinrichtung,
    einem mechanisch mit der zur überwachenden Turbomolekularpumpen-Komponente verbundenen Vibrationsaufnehmer (10),
    einer elektrisch mit dem Vibrationsaufnehmer (10) verbundenen Auswerteeinrichtung (12) zur Auswertung des empfangenen Vibrationssignals in Abhängigkeit von Vergleichswerten,
    einer mit der Auswerteeinrichtung (12) verbundenen Ausgabeeinrichtung (26) zur Ausgabe eines Signals bei Überschreiten eines Grenzwerts,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Auswerteeinrichtung (12) einen Mikroprozessor (22) zur Signalverarbeitung aufweist, bei dem es sich um den Mikroprozessor (22) zur Antriebssteuerung und Überwachung der Turbomolekularpumpe handelt, wobei die Auswerteeinrichtung (12) vorzugsweise über eine Datenfernübertragungseinrichtung (28) mit einer Überwachungseinrichtung (30) verbunden ist, und dass
    die Auswerteinrichtung (12) ein Filter (16) aufweist, bei dem es sich um einen Frequenz-Filter-Schaltkreis handelt, der durch Einstellen einer Frequenz zur Ermittlung einer zugehörigen Schwingungsamplitude geeignet ist und durch Einstellen unterschiedlicher Frequenzen durchstimmbar ist.
  11. Turbomolekularpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (12) zu mindestens einer Frequenz eine Schwingungsamplitude ermittelt und/oder ein Speicherelement (24) zum Speichern von Vergleichswerten aufweist.
  12. Turbomolekularpumpe nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch eine Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung von Turbomolekularpumpen-Parametern und/oder Umgebungsbedingungen und dass die Auswerteeinrichtung (12) vorzugsweise eine Grenzwertanpassungseinrichtung zur Anpassung des Grenzwertes in Abhängigkeit der ermittelten Turbomolekularpumpen-Parameter und/oder der ermittelten Umgebungsbedingungen aufweist.
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