EP3736447A1 - Vakuumpumpe und verfahren zum überwachen einer vakuumpumpe - Google Patents

Vakuumpumpe und verfahren zum überwachen einer vakuumpumpe Download PDF

Info

Publication number
EP3736447A1
EP3736447A1 EP20170014.3A EP20170014A EP3736447A1 EP 3736447 A1 EP3736447 A1 EP 3736447A1 EP 20170014 A EP20170014 A EP 20170014A EP 3736447 A1 EP3736447 A1 EP 3736447A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vacuum pump
vacuum
rotor
measurement data
pump
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20170014.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen BÖTTCHER
Viktor Dorscht
Mirko Mekota
Michael Schweighöfer
Daniel Sieben
Herbert Stammler
Tobias Stoll
Pascal Wielsch
Adrian Wirth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pfeiffer Vacuum Technology AG
Original Assignee
Pfeiffer Vacuum Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pfeiffer Vacuum Technology AG filed Critical Pfeiffer Vacuum Technology AG
Priority to EP20170014.3A priority Critical patent/EP3736447A1/de
Publication of EP3736447A1 publication Critical patent/EP3736447A1/de
Priority to EP21161837.6A priority patent/EP3808988B1/de
Priority to JP2021040051A priority patent/JP7160978B2/ja
Priority to CN202110336661.1A priority patent/CN113446243A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • 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
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/334—Vibration measurements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/80—Devices generating input signals, e.g. transducers, sensors, cameras or strain gauges
    • F05B2270/807—Accelerometers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/80—Diagnostics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/82—Forecasts

Definitions

  • the invention relates to a vacuum pump, in particular a turbo-molecular vacuum pump.
  • the invention also relates to a vacuum system with at least one vacuum pump, in particular with a turbo-molecular vacuum pump.
  • the invention also relates to a method for monitoring a vacuum pump or a vacuum system comprising at least one vacuum pump.
  • a vacuum system is to be understood, for example, as an arrangement of one or more vacuum pumps and one or more vacuum chambers or recipients to be evacuated. Such an arrangement is sometimes referred to as a pumping station.
  • condition monitoring ie the acquisition and evaluation of status information about the individual components of a vacuum system or an individual vacuum pump
  • the goals associated with condition monitoring are extremely diverse and range, for example, from increasing the service life of a vacuum pump to simplifying and improving the maintenance and service of the vacuum pump and vacuum system to improving the operational options for the operator and increasing customer friendliness by providing vacuum pumps and Information relating to the vacuum system.
  • the customer is usually understood to be the operator of the vacuum pump or of a vacuum system comprising the vacuum pump, who purchases the vacuum pump from the pump manufacturer.
  • Condition monitoring can also play an important role with regard to possible disputes between the pump manufacturer and operator, e.g. due to warranty claims and complaints.
  • the object of the invention is therefore to create the simplest, most reliable and inexpensive possible way of monitoring the status of a vacuum pump or of a vacuum system comprising at least one vacuum pump.
  • an inertial measuring unit assigned to the vacuum pump is provided according to the invention, which comprises at least one inertial sensor which is designed to detect movements of the vacuum pump and / or the orientation of the vacuum pump and provide related measurement data and / or information obtained by evaluating these measurement data.
  • An inertial sensor can be, for example, an acceleration sensor or a rotation rate sensor.
  • a rotation rate sensor is also referred to as a gyroscope sensor or a gyroscopic sensor.
  • Such inertial sensors are nowadays in use en masse and are available on the market in a wide variety of designs and qualities.
  • An acceleration sensor typically supplies linear acceleration values for a translational movement with respect to a translation axis.
  • a rotation rate sensor typically supplies angular velocities related to an axis of rotation. By integrating the acceleration values of an acceleration sensor twice, path information can be obtained, that is to say information about the path covered in relation to a reference position or reference position. By integrating the angular velocities of a rotation rate sensor once, information on the angle of rotation can be obtained, that is to say information about a respective angle of rotation covered in relation to a reference position or reference orientation.
  • inertial sensors are typically used for navigation tasks, for example for drones. But inertial sensors are also used in large numbers for other applications, for example as sensors in mobile phones or for measuring vibrations on buildings and machines.
  • Inertial sensors available on the market can be designed in such a way that they directly deliver acceleration or speed signals (i.e. raw measured values or raw data), which consequently do not require any further preparation or processing in order to provide information relating to the respective acceleration or speed directly from the inertial sensor itself receive.
  • the inertial measuring unit used according to the invention which can comprise one or more inertial sensors, can consequently directly provide one or more acceleration or speed signals.
  • the inertial measuring unit can also be designed and, for this purpose, in particular equipped with appropriate electronics, so that basically any signal preparation and processing and storage of either the "raw data" or information obtained therefrom can take place.
  • the “position” of an object is to be understood in the context of this disclosure as its position and orientation in a respective coordinate system.
  • a translation of the object changes its position and a rotation of the object changes its orientation.
  • a movement of the object can include only translations with respect to one, two or three translation axes or exclusively rotations with respect to one, two or three rotation axes or both translations and rotations, in particular with respect to all six possible degrees of freedom.
  • movements of an object are to be understood, among other things, to include vibrations or oscillations of the vacuum pump.
  • the movement of an object also leads to a sound emission in the vicinity of the object. Vibrations or oscillations also typically lead to undesirably emitted sound levels.
  • the resulting sound pressure or sound level or the sound spectrum of the object can be recorded with a sound pressure sensor or a sound level frequency sensor, in particular a microphone.
  • the general term “inertial sensor” also applies synonymously for sound pressure or sound level sensors, even if these are not separately mentioned again as a special embodiment.
  • the measurement data that are provided according to the invention by the at least one inertial sensor of the inertial measuring unit assigned to the vacuum pump, in particular integrated into the vacuum pump, can be raw measurement data, in particular acceleration or speed signals generated directly by the inertial sensor. These raw measurement data can, for example, be stored in the vacuum pump and thus, for example, be kept available for later evaluation. Immediate signal processing, especially in real time, is therefore not required here.
  • the measurement data provided can also be processed measurement data, for example by means of a device belonging to the inertial measurement unit Electronics - obtained from the signals supplied directly by the inertial sensor through conditioning or processing.
  • the inertial measuring unit assigned to the vacuum pump preferably integrated into the vacuum pump, consequently comprises one or more inertial sensors, each of which directly supplies an acceleration signal or a speed signal.
  • movements of the vacuum pump and / or its orientation and / or movements of the vacuum system are recorded by means of the inertial measuring unit of the vacuum pump before, during and / or after operation of the vacuum pump or the vacuum system, and the relevant measurement data are obtained and / or by evaluating these measurement data Information provided.
  • these measurement data can be raw measurement data from the inertial sensor and / or processed measurement data.
  • the monitoring according to the invention includes in particular the acquisition or detection or recognition of states or changes in state of the vacuum pump and / or the vacuum system as well as the provision and / or storage of related state information.
  • the invention it is possible, but not mandatory, to evaluate the measurement data during operation and to intervene in the ongoing operation of the vacuum pump and / or the vacuum system as a reaction to this evaluation.
  • the inertial measuring unit can be integrated into the vacuum pump.
  • the inertial measuring unit can be integrated into an external accessory part that can be detachably attached to the pump.
  • the inertial measuring unit can be integrated into an electronics housing of the vacuum pump, which is arranged outside the actual pump housing of the vacuum pump and, in particular, is detachably connected to the vacuum pump.
  • the processing or evaluation of the measurement data can take place in the mentioned accessory part, in the electronics housing or in drive electronics of the vacuum pump.
  • the drive electronics can be located in the electronics housing mentioned.
  • the inertial measuring unit can be connected to a display, output, evaluation, data forwarding or other data processing unit with connectors, wired or wirelessly.
  • the vacuum pump is assigned a control device connected to the inertial measuring unit, which control device is designed to evaluate the measurement data from the inertial measuring unit.
  • the vacuum pump is assigned an output device via which the measurement data of the inertial measurement unit and / or information obtained by evaluating these measurement data can be output or called up.
  • This output device can be, for example, a data interface of the vacuum pump or an accessory connection of the vacuum pump, also referred to as an accessory port. Alternatively or additionally, the output can also be wireless.
  • the vacuum pump is assigned a storage device which is designed to store the measurement data of the inertial measurement unit and / or information obtained by evaluating this measurement data.
  • control device and / or the storage device can be integrated in the vacuum pump, in an electronics housing of the vacuum pump, in an accessory part of the vacuum pump or in a data storage and processing device connected via data forwarding to a possibly remote location his.
  • the invention can consequently make use of infrastructures such as edge, cloud and / or fog computing.
  • the control device can be integrated into the inertial measuring unit. Alternatively, it is possible that the inertial measuring unit forms part of the control device.
  • the storage device can be integrated in the control device or in the inertial measuring unit or provided separately therefrom.
  • the inertial measuring unit and / or the control device and / or the storage device can be integrated into drive electronics of the vacuum pump.
  • the inertial measuring unit preferably comprises a spatial arrangement of a plurality of inertial sensors, the inertial measuring unit in particular comprising two or three acceleration sensors, each of which is assigned one of three translation axes of the vacuum pump that are perpendicular to one another in pairs, and / or two or three rotation rate sensors, each of which comprises one of three perpendicularly in pairs is assigned to mutually extending axes of rotation of the vacuum pump.
  • MEMS micro-electro-mechanical system
  • inertial measuring units and also other specific configurations of inertial measuring units or IMUs are - as already mentioned above - familiar to the person skilled in the art, so that they do not need to be discussed in more detail.
  • the inertial measuring unit can in principle be attached at any point on the vacuum pump. Depending on the specific design of the vacuum pump as well as depending on the respective application, one or certain points of the vacuum pump can prove to be particularly advantageous for the arrangement of the inertial measuring unit.
  • a possible location for arranging the inertial measuring unit is a vacuum feed-through of the vacuum pump.
  • Such vacuum feedthroughs are known in principle.
  • a vacuum feedthrough of a vacuum pump can for example be formed by a circuit board.
  • the inertial measuring unit can be arranged on such a board which forms a vacuum feedthrough. In this way, existing vacuum pumps can be retrofitted with an inertial measuring unit with comparatively little effort and at relatively low cost. Another advantage is that for such an arrangement of the inertial measuring unit, series production of vacuum pumps only needs to be changed relatively slightly.
  • the inertial measuring unit or any other desired sensor (eg temperature measuring sensor), to its own circuit board fastened within the pump.
  • This board can then be connected to another board or a vacuum feed-through or a board as a vacuum feed-through, for example detachably by means of a cable (eg with a plug-in connection), partially detachable (eg with a clamp-cut connection), or non-detachable (eg soldered).
  • a cable eg with a plug-in connection
  • partially detachable eg with a clamp-cut connection
  • non-detachable eg soldered
  • one or more items of status information of the vacuum pump and / or the vacuum system are determined on the basis of the measurement data.
  • the or each piece of status information can be output via an output device of the vacuum pump and / or stored in a storage device of the vacuum pump.
  • Status information can, for example, only be a “snapshot” of the vacuum pump or one or more predetermined components of the vacuum pump.
  • status information can reflect the behavior over time or the development over time of the vacuum pump or of a respective component, in particular in relation to one or more parameters or signals of the vacuum pump or of the respective component.
  • the inertial measurement unit repeatedly provides the measurement data with basically any predetermined or predeterminable temporal resolution.
  • the orientation of the vacuum pump in space and / or the orientation of the vacuum pump relative to one or more other components of the vacuum system is determined as status information of the vacuum pump and / or the vacuum system.
  • control device of the vacuum pump can be designed to either allow or prevent an operational start of the vacuum pump as a function of the determined orientation of the vacuum pump.
  • the vacuum pump can determine for itself whether it is oriented that an operation would be impermissible and make it impossible for a user to inadvertently initiate an impermissible start of operation.
  • the determined orientation of the vacuum pump can be taken into account when evaluating a frequency spectrum relating to vibrations of the vacuum pump and / or of the vacuum system.
  • the fact that the vibration behavior of a vacuum pump is dependent on the orientation of the pump in space can be used here. As a result, the vibration behavior can be specifically evaluated and assessed depending on the determined orientation of the vacuum pump.
  • the orientation of the vacuum pump is only stored in the event of special, predetermined events.
  • the determined orientation is not actively used here in the sense that, depending on the determined orientation, there is active intervention in the ongoing operation of the pump, but the mere storage of the information serves a passive use of this information.
  • An event in the sense of this exemplary embodiment can be, for example, energizing the vacuum pump, starting the vacuum pump, starting one or more specified components - with the exception of the vacuum pump itself - of a vacuum system that includes the vacuum pump, or changing the installation position of the vacuum pump.
  • the stored information can then be used at a later time, e.g. can be used for an evaluation in the event of service or a complaint.
  • the vacuum pump comprises a rotor set in rotation during operation by means of a drive motor, an imbalance of the rotor and / or a vibration state of the vacuum pump and / or the vacuum system being determined as status information of the vacuum pump and / or the vacuum system .
  • the rotor unbalance and / or the vibration state is preferably determined repeatedly during operation of the vacuum pump.
  • the temporal behavior of the rotor unbalance or the vibration state in particular the temporal development of the vibration behavior of the vacuum pump, for example, monitored and recorded, i.e. can be saved for later evaluation.
  • At least one measure of a change over time, in particular a rate of change, of the rotor unbalance and / or of the oscillation state can be calculated. In particular, this takes place in relation to a respective basic state of the rotor unbalance and / or the oscillation state determined at a constant operating speed of the rotor.
  • the basic state can be determined in the event of one or more one-off events such as the final production test, the initial start-up of a vacuum system or during the acceptance or the first start of production of a vacuum system in such a way that this basic state is saved and used as a permanent reference basis for the im further operation taking place recordings of status information can serve.
  • a reaction is triggered when a relative or absolute limit value is exceeded.
  • a warning is issued.
  • the limit value is, for example, a limit value for the rotor unbalance and / or for the vibration state or a limit value for a change in the rotor unbalance and / or the vibration state over time.
  • the oscillation amplitudes can be determined over time, and a compensation curve can be computed from these support points, the local slope of which represents a measure of the change in the oscillation behavior over time, that of an evaluation or again can be subjected to a temporal consideration.
  • the support points can be evaluated in detail with the aid of statistical procedures such as trend or distribution analyzes, stability or outlier analyzes.
  • a measure for a utilization reserve of the vacuum pump is calculated, e.g. based on an initial value of 100% set when the vacuum pump was delivered, from which the countdown is made while the vacuum pump is in operation.
  • a recommendation value for a time until the next maintenance of the vacuum pump can be calculated and kept available via a data interface or output directly via an output unit. This takes place in particular taking into account the previous usage profile of the vacuum pump and thus individually for each individual vacuum pump.
  • the evaluation of the measurement data of the inertial measuring unit can be limited to movements in the radial direction - based on the axis of rotation of the rotor.
  • the determination of the rotor unbalance and / or the vibration state consequently represents a powerful diagnostic tool with which both the operator and the manufacturer of the vacuum pump have a wide range of options for checking and monitoring of the functionality and operational safety of the vacuum pump.
  • the determined rotor unbalance and / or the determined vibration behavior can be evaluated in the sense that this parameter of the vacuum pump is evaluated as a change index.
  • KPI Key Performance Indicator
  • the parameter can form a so-called health KPI, which allows an assessment of the current functional state of the vacuum pump.
  • the rotor unbalance can be evaluated by the 1st harmonic, which corresponds to the frequency of the operating speed of the rotor.
  • the higher harmonics can also be used for this evaluation of the rotor imbalance. But this is not absolutely necessary.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • Such an FFT can, for example, be created on the basis of a digital time signal.
  • special methods of digital signal processing can be used in the evaluation of the measurement data, for example a Görtzel algorithm or another type of discrete Fourier transformation.
  • a Görtzel algorithm allows the calculation of individual discrete spectral components of the frequency spectrum. In this way, for example, the so-called running peak can be considered when evaluating the measurement data.
  • the invention enables a comparatively simple procedure, in particular does without successively tuning through frequencies and without the use of so-called frequency filter circuits.
  • Vibrations of the vacuum pump can for example be caused by a rotor imbalance, but also by external sources, for example by other pumps or components having moving parts of the respective vacuum system to which the vacuum pump provided with the inertial measuring unit belongs.
  • a state of vibration of the vacuum pump and / or of the vacuum system can be determined as status information of the vacuum pump and / or the vacuum system.
  • a frequency spectrum relating to vibrations of the vacuum pump and / or of the vacuum system is determined.
  • Vibrations of the vacuum pump during operation arise in particular when the vacuum pump comprises a rotor which is set in rotation during operation by means of a drive motor.
  • vibrations of the vacuum pump can also have other, for example external, but also other internal causes.
  • the invention is consequently not restricted to such vacuum pumps which comprise a rotor which is set in rotation during operation by means of a drive motor.
  • So-called scroll vacuum pumps for example, do not have a rotor that rotates during operation, but rather one or more other moving components that perform what is known as an orbiting movement.
  • the invention can also be used in connection with such vacuum pumps.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • the acquisition of the frequency spectrum can be limited to individual frequencies or frequency bands.
  • the storage of a determined frequency spectrum can be limited to the storage of certain points, areas or sections of the frequency spectrum, for example in such a way that only a certain number of the relatively highest peaks are saved.
  • an oscillation state of the vacuum pump and / or the vacuum system is determined as state information, then it can be provided in particular that the oscillation state is determined and in particular stored while the vacuum pump is running up.
  • the oscillation state is thus determined during an initial operating phase of the vacuum pump, during which the speed of the rotor increases.
  • the oscillation state can additionally be determined after the run-up with the rotor running at operating speed.
  • resonance states of the vacuum pump and / or the vacuum system are determined in this case, that is to say while the vacuum pump is running up.
  • the pump acts here as a stimulator.
  • How the pump and the system respond to the excitation provides information about existing resonances over a broad frequency spectrum, in particular from 0 Hz up to the operating speed.
  • Information relating to such resonance states can be used, for example, for output to or for retrieval by an external device, e.g. a system control of the vacuum system, and in this way e.g. made available to the operator of the vacuum system.
  • the aforementioned procedure for determining resonance states can be used not only when a vacuum pump is started up, but also vice versa Cycle or process end of a vacuum system and thus be used when the vacuum pump is running down or running down.
  • This method may require additional operating time, for example additional measuring time after or at the intended end of the process to determine the vibration state with the rotor still running at operating speed, possibly with at least a portion of the process gas flow still active.
  • the venting of the vacuum system may be delayed, in particular actively controlled, so that the vacuum pump can decelerate optimally in order to achieve the best possible resonance measurement.
  • Potential advantages of the measurement in the run-down compared to a determination during the run-up of the vacuum pump are, for example, a lower potential electromagnetic and mechanical interference spectrum for the inertial measuring unit, which is usually arranged spatially close by the drive motor, which is not active at all or only with low braking power instead of maximum power their signal lines.
  • Another advantage is that at the end of the cycle or process, the status information is determined during a stable, thermally steady state of the vacuum pump and the vacuum system.
  • the previous operating sequence typically takes place in the same way and thus generates a long-term stable basis for comparison of the recorded operating states. Unwanted influences or the variability of unspecific, rarely occurring conditions and their effects on the status information can be significantly reduced.
  • the "cold start" of a system that is to say the first run-up of the vacuum pump and the vacuum system at the beginning of an operating day or also the first operating cycle after a longer process pause, is mentioned here as an example.
  • the operational reliability and / or the service life of the vacuum pump and / or the vacuum system can be increased according to the invention with the aid of the determined resonance states by removing the vacuum pump and / or the vacuum system at a predetermined point in time, in particular when the speed of the rotor is that of a Approaches the resonance state, a warning is issued or the speed of the rotor is automatically adjusted. Operation of the vacuum pump in a resonance state can hereby be avoided.
  • the determination of a vibration state of the vacuum pump and / or the vacuum system can alternatively or additionally also be used according to the invention to automatically change the speed of the rotor of the vacuum pump if, based on the vibration state determined by a control device of the vacuum pump or from a system controller of the vacuum system, one or more further vacuum pumps are recognized within the vacuum system, which are operated with at least approximately the same operating speed as the vacuum pump. In this way, undesirable beat conditions can be prevented.
  • the determination of a vibration state of the vacuum pump and / or the vacuum system can also be used according to a further embodiment of the invention to monitor one or more predetermined parameters of the vacuum pump and / or one or more signals from one or more sensors of the vacuum pump based on the determined vibration state. This monitoring can take place in particular with regard to the behavior over time of the parameter or parameters or the signal or signals.
  • Such monitoring is preferably carried out based on a setpoint state of the vacuum pump and / or the vacuum system determined in a learning phase, with a control device of the vacuum pump subsequently checking whether the monitored parameter (s) and / or the monitored signal (s) correspond to the Correspond to the target state or not. If, during this check, a deviation from the target state - taking into account given tolerances - is detected, then this change in the relevant parameter or signal is subjected to an evaluation and / or evaluation, preferably taking into account given criteria.
  • the aforementioned learning to determine the target state is preferably carried out automatically.
  • such learning can also be carried out in a very general way, i.e. independently of the determination of a vibration state and also independently of a monitoring based on it, e.g. mentioned above, in order to provide a, in particular permanent, basis for comparison for any measurements carried out with the aid of the inertial measuring unit.
  • one or more special events are determined as status information of the vacuum pump and / or of the vacuum system.
  • the event or events determined ie information or data relating to the event or events, can be output via an output device of the vacuum pump and / or stored in a storage device of the vacuum pump.
  • the permanently determined measurement data are only buffered and only stored when an event actually occurs. What is rated as an "event" depends on the respective application and can be specified by certain criteria. Predefined limit values, e.g. for the oscillation amplitude measured as a parameter, the exceeding of which is assessed as the occurrence of an event. According to the invention, one or more limit values can be assigned to any parameters or signals.
  • the vacuum pump comprises a rotor set in rotation during operation by means of a drive motor, and that as a special event during operation of the vacuum pump, an axial displacement of the rotor between a first axial position and a second axial position is detected becomes.
  • the first axial position is a so-called fore-vacuum position of the rotor and the second axial position is a so-called high-vacuum position.
  • Hybrid mounting means that a magnetic bearing, in particular a passive, repulsive radial bearing with permanent magnets, is located on the high vacuum side (HV side) of the pump between the rotor and a stator of the pump.
  • HV side high vacuum side
  • W-side fore-vacuum side
  • the bearing concept identifies the magnetic bearing as a floating bearing with a radial and the roller bearing as a fixed bearing with a radial and axial bearing effect in relation to the axis of rotation.
  • the cause of a "rotor jump" is an operational heating of the rotor and the resulting axial thermal expansion of the rotor along its axis of rotation, which leads to a change in the axial relative position on the floating bearing side between a rotor-side magnetic bearing package and a stator-side magnetic bearing package of the magnetic bearing between the rotor and stator .
  • This change leads to a change in the system-related, undesirably occurring axial repulsive forces of the magnetic bearing in a magnetic bearing, with the result that at a certain point in time the rotor executes a sudden movement in the direction of the high vacuum side.
  • This movement is made possible and limited by the axial backlash on the fixed bearing side for technical reasons.
  • the backlash is composed in particular of the rolling bearing play, in particular the bearing clearance or the operating play, and the elasticities of the other adjacent components, in particular a vibration isolating and / or damping elastomer bearing embedding.
  • the event of the rotor jump can in particular be described as a change in sign of the axial bearing load carried in the fixed bearing.
  • This bearing load sets is made up of the weight force of the rotor, which varies in strength depending on the spatial orientation or assembly orientation of the vacuum pump, and the axial repulsive force caused by the magnetic bearing.
  • the maximum axial repulsive force of the magnetic bearing in limit operating states such as the operation of the vacuum pump with a rotor at maximum temperature and a very well cooled stator or the first, "fully cooled" start of the vacuum pump at minimum temperatures as the other extreme is usually greater than the absolute weight of the Rotor.
  • rotor jumps occur independently of the spatial orientation of the pump during certain operating phases, in particular after a brief warm-up phase or after the vacuum pump has been shut down, regularly once per phase.
  • the so-called "setting" of the hybrid bearing can be done in such a way that at a standard temperature the direction and amount of the axial repulsive forces are adjusted to a value optimally selected for later operation of the vacuum pump with the help of mechanical control and setting means or devices is changed. This is done in particular through the mechanical variation of the axial distance between the floating and fixed bearings on the stator side by auxiliary devices such as the addition of washers or the adjustment of pretensioned, self-locking thread adjustment elements.
  • a setting can be used to ensure various goals, in particular the maximum axial bearing forces should be kept low in all possible operating states in order to increase the rolling bearing service life, and it can also be an objective to carry out the necessary rotor jump safely at a specific operating time, e.g. during warming up .
  • a movement of the vacuum pump as a whole can be detected as a special event.
  • This movement can be analyzed, for example, with regard to the direction and amount of translations and / or rotations of the vacuum pump.
  • the movement of the vacuum pump can be analyzed, for example, while the vacuum pump is operating in mobile or so-called semi-mobile vacuum systems.
  • the speed of rotation rate changes that do not take place coaxially with respect to the axis of rotation of the rotor of the vacuum pump plays a decisive role in the radial bearing load of a rotating system such as a vacuum pump.
  • the analysis of the rate of rotation can therefore be used to provide information and / or warnings about the permissible speed the rate of rotation change during operation of the vacuum pump.
  • the permissible loads and thus the rate of change can be defined at different levels depending on the direction of rotation.
  • Information can be output for each spatial axis or as a calculated, resulting comparison value.
  • shocks are events which each lead to a predetermined acceleration limit value being exceeded for a short time.
  • shocks can occur, for example, by hitting valves or slides used in the vacuum system, by hitting the vacuum pump or by other mechanical effects on the vacuum system or on the vacuum pump, for example when the vacuum pump or the vacuum system falls.
  • the measurement data and / or the information obtained therefrom can be used in a variety of ways.
  • the data / information can only be stored in the vacuum pump, in such a way that only the manufacturer of the vacuum pump has access to this data / information.
  • the data / information can be made available to the operator of the vacuum pump or of a vacuum system comprising the vacuum pump. As already mentioned elsewhere, in practice this operator is often a customer of the manufacturer of the vacuum pump.
  • the measurement data and / or the information obtained by evaluating these measurement data can only be output or retrieved if an authorization is present. This can take place in particular via an interface of the vacuum pump or an accessory connection of the vacuum pump.
  • the required authorization can be provided, for example, by the manufacturer of the vacuum pump.
  • the data / information can be output to a system control of a vacuum system comprising the vacuum pump and / or can be called up by this system control. Access to the data / information does not therefore have to be done directly via the vacuum pump, but can take place via the system control, in which the vacuum pump is integrated, in particular via its control device.
  • the turbo-molecular pump 111 shown comprises a pump inlet 115 which is surrounded by an inlet flange 113 and to which a recipient (not shown) can be connected in a manner known per se.
  • the gas from the recipient can be sucked out of the recipient via the pump inlet 115 and conveyed through the pump to a pump outlet 117 to which a backing pump, such as a rotary vane pump, can be connected.
  • the inlet flange 113 forms according to FIG Fig. 1 the upper end of the housing 119 of the vacuum pump 111.
  • the housing 119 comprises a lower part 121 on which an electronics housing 123 is arranged laterally. Electrical and / or electronic components of the vacuum pump 111 are accommodated in the electronics housing 123, for example for operating an electric motor 125 arranged in the vacuum pump (see also FIG Fig. 3 ).
  • connections 127 for accessories are provided on the electronics housing 123.
  • a data interface 129 e.g. according to the RS485 standard
  • a power supply connection 131 is arranged on the electronics housing 123.
  • turbomolecular pumps that do not have an electronic housing attached in this way, but are connected to external drive electronics.
  • a flood inlet 133 in particular in the form of a flood valve, is provided on the housing 119 of the turbo molecular pump 111, via which the vacuum pump 111 can be flooded.
  • a sealing gas connection 135, which is also referred to as a purging gas connection via which purging gas to protect the electric motor 125 (see e.g. Fig. 3 ) can be admitted into the engine compartment 137, in which the electric motor 125 in the vacuum pump 111 is accommodated, before the gas conveyed by the pump.
  • Two coolant connections 139 are also arranged in the lower part 121, one of the coolant connections being provided as an inlet and the other coolant connection being provided as an outlet for coolant which can be passed into the vacuum pump for cooling purposes.
  • Other existing turbo-molecular vacuum pumps (not shown) are operated exclusively with air cooling.
  • the lower side 141 of the vacuum pump can serve as a standing surface, so that the vacuum pump 111 can be operated standing on the lower side 141.
  • the vacuum pump 111 can, however, also be attached to a recipient via the inlet flange 113 and can thus be operated in a suspended manner, as it were.
  • the vacuum pump 111 can be designed in such a way that it can also be put into operation when it is oriented in a different way than in FIG Fig. 1 is shown.
  • Embodiments of the vacuum pump can also be implemented in which the underside 141 does not face downwards but rather to the side or can be arranged facing upwards. In principle, any angle is possible.
  • a bearing cap 145 is attached to the underside 141.
  • Fastening bores 147 are also arranged on the underside 141, via which the pump 111 can be fastened to a support surface, for example. This is not possible with other existing turbo-molecular vacuum pumps (not shown), which are in particular larger than the pump shown here.
  • a coolant line 148 is shown, in which the coolant introduced and discharged via the coolant connections 139 can circulate.
  • the vacuum pump comprises several process gas pump stages for conveying the process gas present at the pump inlet 115 to the pump outlet 117.
  • a rotor 149 is arranged in the housing 119 and has a rotor shaft 153 rotatable about an axis of rotation 151.
  • the turbo-molecular pump 111 comprises several turbo-molecular pump stages connected in series with one another with several radial rotor disks 155 attached to the rotor shaft 153 and stator disks 157 arranged between the rotor disks 155 and fixed in the housing 119.
  • a rotor disk 155 and an adjacent stator disk 157 each form a turbomolecular one Pumping stage.
  • the stator disks 157 are held at a desired axial distance from one another by spacer rings 159.
  • the vacuum pump also comprises Holweck pump stages which are arranged one inside the other in the radial direction and are connected in series with one another for effective pumping. There are other turbo-molecular vacuum pumps (not shown) that do not have Holweck pump stages.
  • the rotor of the Holweck pump stages comprises a rotor hub 161 arranged on the rotor shaft 153 and two cylinder-shell-shaped Holweck rotor sleeves 163, 165 which are attached to the rotor hub 161 and carried by the latter, which are oriented coaxially to the axis of rotation 151 and nested in one another in the radial direction. Furthermore, two cylinder jacket-shaped Holweck stator sleeves 167, 169 are provided, which are also oriented coaxially to the axis of rotation 151 and, viewed in the radial direction, are nested inside one another.
  • the active pumping surfaces of the Holweck pump stages are formed by the jacket surfaces, that is to say by the radial inner and / or outer surfaces, of the Holweck rotor sleeves 163, 165 and the Holweck stator sleeves 167, 169.
  • the radial inner surface of the outer Holweck stator sleeve 167 lies opposite the radial outer surface of the outer Holweck rotor sleeve 163, forming a radial Holweck gap 171 and with this forms the first Holweck pumping stage following the turbo molecular pumps.
  • the radial inner surface of the outer Holweck rotor sleeve 163 faces the radial outer surface of the inner Holweck stator sleeve 169 with the formation of a radial Holweck gap 173 and forms with it this a second Holweck pumping stage.
  • the radial inner surface of the inner Holweck stator sleeve 169 lies opposite the radial outer surface of the inner Holweck rotor sleeve 165 with the formation of a radial Holweck gap 175 and with this forms the third Holweck pumping stage.
  • a radially running channel can be provided, via which the radially outer Holweck gap 171 is connected to the central Holweck gap 173.
  • a radially running channel can be provided at the upper end of the inner Holweck stator sleeve 169, via which the middle Holweck gap 173 is connected to the radially inner Holweck gap 175.
  • the nested Holweck pump stages are connected in series with one another.
  • a connection channel 179 to the outlet 117 can also be provided.
  • the aforementioned pump-active surfaces of the Holweck stator sleeves 167, 169 each have a plurality of Holweck grooves running helically around the axis of rotation 151 in the axial direction, while the opposing lateral surfaces of the Holweck rotor sleeves 163, 165 are smooth and the gas for operating the Drive vacuum pump 111 in the Holweck grooves.
  • a roller bearing 181 is provided in the area of the pump outlet 117 and a permanent magnetic bearing 183 in the area of the pump inlet 115.
  • a conical injection molded nut 185 is provided on the rotor shaft 153 with an outer diameter that increases towards the roller bearing 181.
  • the injection-molded nut 185 is in sliding contact with at least one stripper of an operating medium store.
  • a Spray screw be provided instead of an injection nut. Since different designs are thus possible, the term "spray tip" is also used in this context.
  • the operating medium storage comprises a plurality of absorbent disks 187 stacked on top of one another, which are provided with an operating medium for the roller bearing 181, e.g. with a lubricant.
  • the operating medium is transferred by capillary action from the operating medium reservoir via the scraper to the rotating injection nut 185 and, as a result of the centrifugal force, is conveyed along the injection nut 185 in the direction of the increasing outer diameter of the injection nut 185 to the roller bearing 181, where it e.g. fulfills a lubricating function.
  • the roller bearing 181 and the operating medium store are enclosed in the vacuum pump by a trough-shaped insert 189 and the bearing cover 145.
  • the permanent magnetic bearing 183 comprises a rotor-side bearing half 191 and a stator-side bearing half 193, each of which comprises a ring stack of several permanent magnetic rings 195, 197 stacked on top of one another in the axial direction.
  • the ring magnets 195, 197 are opposite one another with the formation of a radial bearing gap 199, the rotor-side ring magnets 195 being arranged radially on the outside and the stator-side ring magnets 197 being arranged radially on the inside.
  • the magnetic field present in the bearing gap 199 causes magnetic repulsive forces between the ring magnets 195, 197, which cause the rotor shaft 153 to be supported radially.
  • the rotor-side ring magnets 195 are carried by a carrier section 201 of the rotor shaft 153 which surrounds the ring magnets 195 radially on the outside.
  • the stator-side ring magnets 197 are carried by a stator-side support section 203 which extends through the ring magnets 197 and is suspended from radial struts 205 of the housing 119.
  • the ring magnets 195 on the rotor side are parallel to the axis of rotation 151 by means of a cover element coupled to the carrier section 201 207 set.
  • the stator-side ring magnets 197 are fixed parallel to the axis of rotation 151 in one direction by a fastening ring 209 connected to the carrier section 203 and a fastening ring 211 connected to the carrier section 203.
  • a plate spring 213 can also be provided between the fastening ring 211 and the ring magnet 197.
  • An emergency or retainer bearing 215 is provided inside the magnetic bearing, which runs empty during normal operation of the vacuum pump 111 without contact and only comes into engagement with an excessive radial deflection of the rotor 149 relative to the stator to create a radial stop for the rotor 149 to form so that a collision of the rotor-side structures with the stator-side structures is prevented.
  • the backup bearing 215 is designed as an unlubricated roller bearing and forms a radial gap with the rotor 149 and / or the stator, which has the effect that the backup bearing 215 is disengaged during normal pumping operation.
  • the radial deflection at which the backup bearing 215 engages is dimensioned large enough that the backup bearing 215 does not come into engagement during normal operation of the vacuum pump, and at the same time small enough so that a collision of the rotor-side structures with the stator-side structures under all circumstances is prevented.
  • the vacuum pump 111 comprises the electric motor 125 for rotatingly driving the rotor 149.
  • the armature of the electric motor 125 is formed by the rotor 149, the rotor shaft 153 of which extends through the motor stator 217.
  • a permanent magnet arrangement can be arranged radially on the outside or embedded in the section of the rotor shaft 153 extending through the motor stator 217.
  • an intermediate space 219 is arranged which comprises a radial motor gap over which the motor stator 217 and the permanent magnet arrangement for transmitting the drive torque can influence each other magnetically.
  • the motor stator 217 is fixed in the housing within the motor compartment 137 provided for the electric motor 125.
  • a sealing gas which is also referred to as a flushing gas and which can be air or nitrogen, for example, can enter the engine compartment 137 via the sealing gas connection 135.
  • the electric motor 125 can protect against process gas, e.g. protected against corrosive components of the process gas.
  • the engine compartment 137 can also be evacuated via the pump outlet 117, i. The vacuum pressure produced by the backing pump connected to the pump outlet 117 prevails in the engine compartment 137 at least approximately.
  • a so-called labyrinth seal 223, known per se, can also be provided between the rotor hub 161 and a wall 221 delimiting the engine compartment 137, in particular in order to achieve a better sealing of the motor compartment 217 from the Holweck pump stages located radially outside.
  • Fig. 6 is based on the representation of the Fig. 3 and shows the turbo-molecular vacuum pump according to the invention, which is also referred to below simply as a turbo-molecular pump or as a turbo pump, in a cross section through the turbo pump according to the invention, which corresponds to the cross section of FIG Fig. 3 corresponds.
  • the invention can consequently be used in connection with a turbo molecular pump, as described above with reference to FIG Figs. 1 to 5 has been described.
  • the turbo pump 11 consequently has a rotor 49 with a shaft 53 which, during operation, is set in rotation about an axis of rotation 51 by means of an electric motor 25.
  • the rotor 49 is provided with a hybrid bearing. On the VV side (in Fig. 6 below) a roller bearing 81 is provided for the rotor 49. On the AGM side (in Fig. 6 above) the rotor 49 is supported by a permanent magnetic bearing 83 which has a rotor-side bearing half 91 and a stator-side bearing half 93.
  • the vacuum pump 11 has an outer housing 19 which is connected to a lower part 21.
  • the housing 19 On the HV side, that is to say at the pump inlet, the housing 19 has a so-called star in the region of an inlet flange 13, which comprises several radial struts 105 which converge in the center, that is to say on the axis of rotation 51.
  • An electronics housing 23 is detachably attached to the outside of the housing 19 and the lower part 21.
  • control and drive electronics for the vacuum pump 11, in particular for the electric motor 25, but also for possible other components (not shown) of the vacuum pump 11 such as sensors etc.
  • the electronics housing 23 is connected via electrical plug-in contacts, the pump-side contacts being formed on a circuit board 22 serving as a vacuum feed-through in the area of the lower part 21 of the vacuum pump 11.
  • the vacuum pump 11 is part of a vacuum system 12, which is only indicated schematically here by a dashed line.
  • the vacuum system 12 can form, for example, a pumping station which comprises a vacuum chamber to be evacuated by means of the vacuum pump 11 and a backing pump (not shown) assigned to the vacuum pump 11.
  • the vacuum system 12 can have any complex structure and, for example, comprise one or more vacuum chambers and, in addition to the vacuum pump according to the invention, one or more further vacuum pumps, which may or may not be designed according to the invention.
  • the vacuum system 12 can be designed to be mobile or semi-mobile.
  • the vacuum system 12 has a system controller 24 by means of which all parts and components of the vacuum system 12 can be controlled and which enables an exchange of control signals and data.
  • the vacuum pump 11 can be connected to the system controller 24, for example, via a data interface 29 which is formed on the electronics housing 23 of the vacuum pump 11. As Fig. 6 shows, an accessory port 27 is also provided on this electronics housing 23.
  • the vacuum pump 11 according to the invention is designed to carry out one or more exemplary embodiments of the monitoring method according to the invention.
  • the vacuum system 12 according to the invention is also designed to carry out one or more exemplary embodiments of the monitoring method according to the invention.
  • the vacuum pump 11 is provided with an inertial measuring unit 14 which is permanently attached to a component part of the pump 11.
  • an inertial measuring unit 14 which is permanently attached to a component part of the pump 11.
  • the inertial measuring unit 14 is arranged on the aforementioned star comprising a plurality of radial struts 105 at the pump inlet, specifically centrally with respect to the axis of rotation 51.
  • an eccentric arrangement of the inertial measuring unit 14 on the star of the vacuum pump 11 can also be provided.
  • the inertial measuring unit 14 is attached to the mentioned circuit board 22, which forms a vacuum feed-through on the lower part 21 of the pump 11.
  • the inertial measuring unit 14 comprises several - in this example six - inertial sensors 16.
  • six acceleration sensors and three rotation rate sensors are provided in order to in this way all six possible degrees of freedom of movements of the vacuum pump 11 to cover.
  • the invention thus creates a simple, reliable and inexpensive option for monitoring the status of vacuum pumps and vacuum systems on the basis of measurement data from an inertial measuring unit assigned to the vacuum pump.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe oder ein zumindest eine Vakuumpumpe umfassendes Vakuumsystem, wobei der Vakuumpumpe eine Inertialmesseinheit zugeordnet ist, die zumindest einen Inertialsensor umfasst, der dazu ausgebildet ist, Bewegungen der Vakuumpumpe und/oder die Orientierung der Vakuumpumpe zu erfassen und diesbezügliche Messdaten und/oder durch Auswerten dieser Messdaten erhaltene Informationen bereitzustellen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Turbomolekularvakuumpumpe. Außerdem betrifft die Erfindung ein Vakuumsystem mit zumindest einer Vakuumpumpe, insbesondere mit einer Turbomolekularvakuumpumpe. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Überwachen einer Vakuumpumpe oder eines zumindest eine Vakuumpumpe umfassenden Vakuumsystems.
  • Unter einem Vakuumsystem ist im Rahmen dieser Offenbarung beispielsweise eine Anordnung aus einer oder mehreren Vakuumpumpen und einer oder mehreren zu evakuierenden Vakuumkammern oder Rezipienten zu verstehen. Eine derartige Anordnung wird manchmal auch als Pumpstand bezeichnet.
  • Auf vielen technischen Gebieten und dabei auch auf dem Gebiet der Vakuumtechnik kommt der Zustandsüberwachung, d.h. dem Erfassen und Auswerten von Zustandsinformationen über die einzelnen Komponenten eines Vakuumsystems oder einer einzelnen Vakuumpumpe, in der Praxis eine immer größer werdende Bedeutung zu. Die mit einer Zustandsüberwachung verbundenen Ziele sind überaus vielfältig und reichen beispielsweise von einer Erhöhung der Lebensdauer einer Vakuumpumpe über eine Vereinfachung und Verbesserung von Wartung und Service von Vakuumpumpe und Vakuumsystem bis zu einer Verbesserung der Einsatzmöglichkeiten beim Betreiber und einer Erhöhung der Kundenfreundlichkeit durch Bereitstellen von Vakuumpumpe und Vakuumsystem betreffenden Informationen. Als Kunde ist in diesem Zusammenhang meist der Betreiber der Vakuumpumpe bzw. eines die Vakuumpumpe umfassenden Vakuumsystems zu verstehen, der die Vakuumpumpe vom Pumpenhersteller erwirbt. Vor diesem Hintergrund kann die Zustandsüberwachung auch im Hinblick auf mögliche Auseinandersetzungen zwischen Pumpenhersteller und -betreiber z.B. wegen Gewährleistungsansprüchen und bei Reklamationen eine wichtige Rolle spielen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine möglichst einfache, zuverlässige und kostengünstige Möglichkeit für eine Zustandsüberwachung einer Vakuumpumpe oder eines zumindest eine Vakuumpumpe umfassenden Vakuumsystems zu schaffen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt jeweils durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe und bei dem erfindungsgemäßen Vakuumsystem, das zumindest eine Vakuumpumpe umfasst, ist erfindungsgemäß jeweils eine der Vakuumpumpe zugeordnete Inertialmesseinheit vorgesehen, die zumindest einen Inertialsensor umfasst, der dazu ausgebildet ist, Bewegungen der Vakuumpumpe und/oder die Orientierung der Vakuumpumpe zu erfassen und diesbezügliche Messdaten und/oder durch Auswerten dieser Messdaten erhaltene Informationen bereitzustellen.
  • Bei einer Inertialmesseinheit, die im Fachgebiet auch als IMU (IMU = Inertial Measurement Unit) bezeichnet wird, handelt es sich um eine räumliche Anordnung von mehreren Inertialsensoren. Ein Inertialsensor kann beispielsweise ein Beschleunigungssensor oder ein Drehratensensor sein. Ein Drehratensensor wird auch als Gyroskopsensor oder gyroskopischer Sensor bezeichnet. Derartige Inertialsensoren sind heutzutage massenhaft im Einsatz und in den unterschiedlichsten Ausgestaltungen und Qualitäten auf dem Markt erhältlich.
  • Ein Beschleunigungssensor liefert typischerweise lineare Beschleunigungswerte für eine translatorische Bewegung bezüglich einer Translationsachse. Ein Drehratensensor liefert typischerweise Winkelgeschwindigkeiten bezogen auf eine Rotationsachse. Durch zweimaliges Integrieren der Beschleunigungswerte eines Beschleunigungssensors können Weginformationen erhalten werden, also Informationen über den zurückgelegten Weg bezogen auf eine Referenzlage oder Referenzposition. Durch einmaliges integrieren der Winkelgeschwindigkeiten eines Drehratensensors können Drehwinkelinformationen erhalten werden, also Informationen über einen jeweils zurückgelegten Drehwinkel bezogen auf eine Referenzlage oder Referenzorientierung. Aus diesem Grund werden Inertialsensoren typischerweise für Navigationsaufgaben eingesetzt, beispielweise für Drohnen. Aber auch für andere Anwendungen, z.B. als Sensoren in Mobiltelefonen oder zur Messung von Vibrationen an Gebäuden und Maschinen, finden Inertialsensoren massenhaft Anwendung.
  • Am Markt erhältliche Inertialsensoren können derart ausgebildet sein, dass sie unmittelbar Beschleunigungs- bzw. Geschwindigkeitssignale (d.h. Roh-Messwerte oder Rohdaten) liefern, die folglich keiner weiteren Aufbereitung oder Verarbeitung bedürfen, um die jeweilige Beschleunigung oder Geschwindigkeit betreffende Informationen direkt von dem Inertialsensor selbst zu erhalten. Die erfindungsgemäß eingesetzte Inertialmesseinheit, die einen oder mehrere Inertialsensoren umfassen kann, kann folglich direkt ein oder mehrere Beschleunigungs- bzw. Geschwindigkeitssignale bereitstellen. Alternativ kann die Inertialmesseinheit aber auch derart ausgebildet und hierzu insbesondere mit entsprechender Elektronik ausgestattet sein, dass eine grundsätzlich beliebige Signalaufbereitung und -verarbeitung sowie Speicherung entweder der "Rohdaten" oder von daraus erhaltenen Informationen erfolgen kann.
  • Unter der "Lage" eines Gegenstandes, insbesondere einer Vakuumpumpe, ist im Rahmen dieser Offenbarung dessen Position und Orientierung in einem jeweiligen Koordinatensystem zu verstehen. Eine Translation des Gegenstandes ändert dessen Position, und eine Rotation des Gegenstandes ändert dessen Orientierung. Eine Bewegung des Gegenstandes kann ausschließlich Translationen bezüglich einer, zwei oder drei Translationsachsen oder ausschließlich Rotationen bezüglich einer, zwei oder drei Rotationsachsen oder sowohl Translationen als auch Rotationen insbesondere bezüglich aller sechs möglicher Freiheitsgrade umfassen.
  • Unter "Bewegungen" eines Gegenstandes, insbesondere einer Vakuumpumpe, sind im Rahmen dieser Offenbarung unter anderem auch Vibrationen oder Schwingungen der Vakuumpumpe zu verstehen.
  • Die Bewegung eines Gegenstandes, insbesondere einer Vakuumpumpe, führt auch zu einer Schallemission in der Umgebung des Gegenstandes. Typischerweise führen Vibrationen oder Schwingungen auch zu unerwünscht emittierten Schallpegeln. Mit einem Schalldrucksensor oder einem Schallpegel-Frequenzsensor, insbesondere also einem Mikrofon, kann der resultierende Schalldruck oder Schallpegel oder das Schallspektrum des Gegenstands erfasst werden. Im Rahmen dieser Offenbarung gilt zur Vereinfachung der allgemeine Begriff "Inertialsensor" gleichbedeutend auch für Schalldruck- oder Schallpegelsensoren, auch wenn diese als spezielle Ausführung nicht jeweils erneut gesondert erwähnt werden.
  • Bei den Messdaten, die erfindungsgemäß von dem wenigstens einen Inertialsensor der der Vakuumpumpe zugeordneten, insbesondere in die Vakuumpumpe integrierten, Inertialmesseinheit bereitgestellt werden, kann es sich um Roh-Messdaten handeln, insbesondere also um von dem Inertialsensor unmittelbar erzeugte Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitssignale. Diese Roh-Messdaten können beispielsweise in der Vakuumpumpe abgespeichert und so beispielsweise für eine spätere Auswertung vorgehalten werden. Eine sofortige Signalverarbeitung, insbesondere in Echtzeit, ist hierbei also nicht erforderlich. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei den bereitgestellten Messdaten auch um aufbereitete Messdaten handeln, die - beispielsweise mittels einer zur Inertialmesseinheit gehörenden Elektronik - aus den direkt vom Inertialsensor gelieferten Signalen durch Aufbereitung oder Verarbeitung erhalten werden.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die der Vakuumpumpe zugeordnete, bevorzugt in die Vakuumpumpe integrierte, Inertialmesseinheit folglich einen oder mehrere Inertialsensoren, die jeweils direkt ein Beschleunigungssignal oder ein Geschwindigkeitssignal liefern.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Überwachungsverfahren werden vor, während und/oder nach einem Betrieb der Vakuumpumpe oder des Vakuumsystems Bewegungen der Vakuumpumpe und/oder deren Orientierung und/oder Bewegungen des Vakuumsystems mittels der Inertialmesseinheit der Vakuumpumpe erfasst und diesbezügliche Messdaten und/oder durch Auswerten dieser Messdaten erhaltene Informationen bereitgestellt. Wie bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe und dem erfindungsgemäßen Vakuumsystem erwähnt, kann es sich bei diesen Messdaten um Roh-Messdaten des Inertialsensors und/oder um aufbereitete Messdaten handeln.
  • Das erfindungsgemäße Überwachen umfasst insbesondere das Erfassen oder Detektieren oder Erkennen von Zuständen oder Zustandsänderungen der Vakuumpumpe und/oder des Vakuumsystems sowie das Bereitstellen und/oder Speichern von diesbezüglichen Zustandsinformationen.
  • Erfindungsgemäß ist es möglich, aber nicht zwingend, die Messdaten während des Betriebs auszuwerten und als Reaktion auf diese Auswertung in den laufenden Betrieb der Vakuumpumpe und/oder des Vakuumsystems einzugreifen. So ist es erfindungsgemäß beispielsweise möglich, die Messdaten oder durch deren Auswertung erhaltene Informationen während des Betriebs der Vakuumpumpe lediglich zu speichern und zu einem späteren Zeitpunkt auszuwerten, beispielsweise in einem Servicefall oder bei einem regulären Wartungstermin.
  • Die Inertialmesseinheit kann erfindungsgemäß in die Vakuumpumpe integriert sein. Alternativ kann die Inertialmesseinheit in ein externes Zubehörteil integriert sein, das lösbar an der Pumpe anbringbar ist. Beispielsweise kann die Inertialmesseinheit in ein Elektronikgehäuse der Vakuumpumpe integriert sein, das au-βerhalb des eigentlichen Pumpengehäuses der Vakuumpumpe angeordnet und, insbesondere lösbar, mit der Vakuumpumpe verbunden ist. Die Aufbereitung oder Auswertung der Messdaten kann in dem erwähnten Zubehörteil, in dem Elektronikgehäuse oder in einer Antriebselektronik der Vakuumpumpe erfolgen. Die Antriebselektronik kann sich in dem erwähnten Elektronikgehäuse befinden. Sowohl als Zubehörteil wie auch als integrierte Lösung kann die Inertialmesseinheit mit Steckverbindern, kabelgebunden oder per Funkverbindung mit einer Anzeige-, Ausgabe-, Auswerte-, Datenweiterleitungs- oder sonstigen DatenverarbeitungsEinheit verbunden sein.
  • Weitere mögliche Ausführungsformen der Erfindung, nämlich der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe und des erfindungsgemäßen Vakuumsystems sowie des erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens, sind nachstehend angegeben.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Vakuumpumpe eine mit der Inertialmesseinheit verbundene Steuereinrichtung zugeordnet, die dazu ausgebildet ist, die Messdaten der Inertialmesseinheit auszuwerten.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Vakuumpumpe eine Ausgabeeinrichtung zugeordnet, über welche die Messdaten der Inertialmesseinheit und/oder durch Auswerten dieser Messdaten erhaltene Informationen ausgegeben oder abgerufen werden können. Bei dieser Ausgabeeinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Datenschnittstelle der Vakuumpumpe oder um einen auch als Zubehörport bezeichneten Zubehöranschluss der Vakuumpumpe handeln. Die Ausgabe kann alternativ oder zusätzlich auch drahtlos erfolgen. Des Weiteren kann gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen sein, dass der Vakuumpumpe eine Speichereinrichtung zugeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, die Messdaten der Inertialmesseinheit und/oder durch Auswerten dieser Messdaten erhaltene Informationen zu speichern.
  • Wie bereits im Zusammenhang mit der Inertialmesseinheit erwähnt, können die Steuereinrichtung und/oder die Speichereinrichtung in die Vakuumpumpe, in ein Elektronikgehäuse der Vakuumpumpe, in ein Zubehörteil der Vakuumpumpe oder in eine per Datenweiterleitung an einem ggf. ortsfremden Standort angebundene Datenspeicherungs- und -verarbeitungseinrichtung integriert sein. Die Erfindung kann sich folglich Infrastrukturen wie Edge-, Cloud- und/oder Fog-Computing zunutze machen.
  • Die Steuereinrichtung kann in die Inertialmesseinheit integriert sein. Alternativ ist es möglich, dass die Inertialmesseinheit einen Bestandteil der Steuereinrichtung bildet. Die Speichereinrichtung kann in die Steuereinrichtung oder in die Inertialmesseinheit integriert oder davon separat vorgesehen sein.
  • Die Inertialmesseinheit und/oder die Steuereinrichtung und/oder die Speichereinrichtung können in eine Antriebselektronik der Vakuumpumpe integriert sein.
  • Vorzugsweise umfasst die Inertialmesseinheit eine räumliche Anordnung mehrerer Inertialsensoren, wobei insbesondere die Inertialmesseinheit zwei oder drei Beschleunigungssensoren, denen jeweils eine von drei paarweise senkrecht zueinander verlaufenden Translationsachsen der Vakuumpumpe zugeordnet ist, und/oder zwei oder drei Drehratensensoren umfasst, denen jeweils eine von drei paarweise senkrecht zueinander verlaufenden Rotationsachsen der Vakuumpumpe zugeordnet ist.
  • Die Inertialmesseinheit kann beispielsweise als MEMS (MEMS = Mikro-Elektro-Mechanisches System) ausgebildet sein oder ein Bestandteil eines MEMS sein oder als optisches System ausgebildet sein.
  • Der Aufbau und die Funktionsweise derartiger Inertialmesseinheiten und auch anderer konkreter Ausgestaltungen von Inertialmesseinheiten bzw. IMUs sind - wie vorstehend bereits erwähnt - dem Fachmann vertraut, so dass hierauf nicht näher eingegangen zu werden braucht.
  • Erfindungsgemäß kann die Inertialmesseinheit grundsätzlich an einer beliebigen Stelle der Vakuumpumpe angebracht werden. In Abhängigkeit von der konkreten Ausgestaltung der Vakuumpumpe sowie in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung können sich eine oder bestimmte Stellen der Vakuumpumpe als besonders vorteilhaft für die Anordnung der Inertialmesseinheit erweisen. Eine mögliche Stelle zum Anordnen der Inertialmesseinheit ist erfindungsgemäß eine Vakuumdurchführung der Vakuumpumpe. Derartige Vakuumdurchführungen sind grundsätzlich bekannt. Eine Vakuumdurchführung einer Vakuumpumpe kann beispielsweise von einer Platine gebildet werden. Erfindungsgemäß kann die Inertialmesseinheit auf einer solchen, eine Vakuumdurchführung bildenden Platine angeordnet werden. Auf diese Weise können existierende Vakuumpumpen mit vergleichsweise geringem Aufwand und bei relativ geringen Kosten mit einer Inertialmesseinheit nachgerüstet werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass für eine solche Anordnung der Inertialmesseinheit eine Serienfertigung von Vakuumpumpen nur relativ geringfügig geändert zu werden braucht.
  • Es ist aber durchaus auch möglich, die Inertialmesseinheit, oder einen beliebigen anderen Sensor (z.B. Temperaturmesssensor), auf einer eigenen, innerhalb der Pumpe befestigten Platine aufzubringen. Diese Platine kann dann mit einer anderen Platine oder einer Vakuumdurchführung oder einer Platine als Vakuumdurchführung verbunden werden, und zwar zum Beispiel mittels eines Kabels lösbar (z.B. mit einer Steckverbindung), eingeschränkt lösbar (z.B. mit einer Klemmschneidverbindung), oder unlösbar (z.B. gelötet).
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens ist vorgesehen, dass anhand der Messdaten eine oder mehrere Zustandsinformationen der Vakuumpumpe und/oder des Vakuumsystems ermittelt werden. Die oder jede Zustandsinformation kann erfindungsgemäß über eine Ausgabeeinrichtung der Vakuumpumpe ausgegeben und/oder in einer Speichereinrichtung der Vakuumpumpe gespeichert werden.
  • Eine Zustandsinformation kann beispielsweise lediglich eine "Momentaufnahme" der Vakuumpumpe oder eines oder mehrerer vorgegebener Bestandteile der Vakuumpumpe sein. Alternativ kann eine Zustandsinformation das zeitliche Verhalten oder die zeitliche Entwicklung der Vakuumpumpe bzw. eines jeweiligen Bestandteils widerspiegeln, insbesondere jeweils bezüglich eines oder mehrerer Parameter oder Signale der Vakuumpumpe bzw. der betreffenden Komponente. In diesem Fall stellt die Inertialmesseinheit die Messdaten wiederholt mit grundsätzlich beliebiger, vorgegebener oder vorgebbarer zeitlicher Auflösung bereit.
  • Gemäß einem möglichen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird als eine Zustandsinformation der Vakuumpumpe und/oder des Vakuumsystems die Orientierung der Vakuumpumpe im Raum und/oder die Orientierung der Vakuumpumpe relativ zu einer oder mehreren anderen Komponenten des Vakuumsystems ermittelt.
  • In diesem Zusammenhang kann die Steuereinrichtung der Vakuumpumpe dazu ausgebildet sein, in Abhängigkeit von der ermittelten Orientierung der Vakuumpumpe einen Betriebsstart der Vakuumpumpe entweder zu gestatten oder zu unterbinden. Die Vakuumpumpe kann also selbst feststellen, ob sie so orientiert ist, dass ein Betrieb unzulässig wäre, und es einem Benutzer unmöglich machen, versehentlich einen unzulässigen Betriebsstart zu veranlassen.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die ermittelte Orientierung der Vakuumpumpe bei einer Auswertung eines Schwingungen der Vakuumpumpe und/oder des Vakuumsystems betreffenden Frequenzspektrums berücksichtigt werden. Hierbei kann der Umstand ausgenutzt werden, dass das Schwingungsverhalten einer Vakuumpumpe von der Orientierung der Pumpe im Raum abhängig ist. Folglich kann das Schwingungsverhalten spezifisch in Abhängigkeit von der ermittelten Orientierung der Vakuumpumpe ausgewertet und bewertet werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Orientierung der Vakuumpumpe lediglich bei besonderen, vorgegebenen Ereignissen gespeichert. Die ermittelte Orientierung wird hier also nicht aktiv in dem Sinne genutzt, dass in Abhängigkeit von der ermittelten Orientierung aktiv in den laufenden Betrieb der Pumpe eingegriffen wird, sondern das bloße Speichern der Informationen dient einer passiven Nutzung dieser Informationen. Ein Ereignis im Sinne dieses Ausführungsbeispiels kann beispielsweise ein Bestromen der Vakuumpumpe, ein Betriebsstart der Vakuumpumpe, ein Betriebsstart einer oder mehrerer vorgegebener Komponenten - mit Ausnahme der Vakuumpumpe selbst - eines die Vakuumpumpe umfassenden Vakuumsystems oder eine Veränderung der Einbaulage der Vakuumpumpe sein. Die gespeicherten Informationen können dann zu einem späteren Zeitpunkt, z.B. in einem Servicefall oder bei einer Reklamation, für eine Auswertung herangezogen werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Vakuumpumpe einen während des Betriebs mittels eines Antriebsmotors in Drehung versetzten Rotor, wobei als eine Zustandsinformation der Vakuumpumpe und/oder des Vakuumsystems eine Unwucht des Rotors und/oder ein Schwingungszustand der Vakuumpumpe und/oder des Vakuumsystems ermittelt wird.
  • Vorzugsweise wird während des Betriebs der Vakuumpumpe die Rotorunwucht und/oder der Schwingungszustand wiederholt ermittelt. Auf diese Weise kann das zeitliche Verhalten der Rotorunwucht bzw. des Schwingungszustandes, insbesondere also die zeitliche Entwicklung des Schwingungsverhaltens der Vakuumpumpe, zum Beispiel überwacht und aufgezeichnet, d.h. für eine spätere Auswertung gespeichert werden.
  • Hierbei kann beispielsweise zumindest ein Maß für eine zeitliche Änderung, insbesondere eine Änderungsrate, der Rotorunwucht und/oder des Schwingungszustandes berechnet werden. Insbesondere erfolgt dies bezogen auf einen jeweiligen, bei konstanter Betriebsdrehzahl des Rotors ermittelten Grundzustand der Rotorunwucht und/oder des Schwingungszustandes.
  • Die Ermittlung des Grundzustands kann bei einem oder mehreren einmaligen Ereignissen wie dem Herstellungs-Endtest, der Erst-Inbetriebnahme eines Vakuumsystems oder auch während der Abnahme oder dem ersten Produktionsstart eines Vakuumsystems in der Art erfolgen, dass dieser Grundzustand gespeichert und als dauerhafte Referenzbasis für die im weiteren Betrieb stattfindenden Erfassungen von Zustandsinformationen dienen kann.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird bei Überschreiten eines relativen oder absoluten Grenzwertes eine Reaktion ausgelöst. Insbesondere wird ein Warnhinweis ausgegeben. Bei dem Grenzwert handelt es sich beispielsweise um einen Grenzwert für die Rotorunwucht und/oder für den Schwingungszustand oder um einen Grenzwert für eine zeitliche Änderung der Rotorunwucht und/oder des Schwingungszustandes. Beispielsweise können die Schwingungsamplituden über die Zeit ermittelt werden, und aus diesen Stützpunkten kann rechnerisch eine Ausgleichskurve abgeleitet werden, deren lokale Steigung ein Maß für die zeitliche Änderung des Schwingungsverhaltens darstellt, die einer Bewertung oder wiederum einer zeitlichen Betrachtung unterzogen werden kann. Weiterhin können die Stützpunkte unter Zuhilfenahme von statistischen Verfahren wie z.B. Trend- oder Verteilungsanalysen, Stabilitäts- oder auch Ausreißerbetrachtungen im Detail bewertet werden.
  • Alternativ oder zusätzlich wird gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel bei Annäherung an einen relativen oder absoluten Grenzwert für die Rotorunwucht und/oder für den Schwingungszustand oder bei Annäherung an einen relativen oder absoluten Grenzwert für eine zeitliche Änderung der Rotorunwucht und/oder des Schwingungszustandes ein Schätzwert für den nächsten Wartungstermin der Vakuumpumpe berechnet oder wird ein aktuell vorgesehenes Wartungsintervall angepasst.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Maß für eine Nutzungsreserve der Vakuumpumpe berechnet, z.B. bezogen auf einen bei Auslieferung der Vakuumpumpe eingestellten Ausgangswert von 100%, von dem aus während des Betriebs der Vakuumpumpe rückwärts gezählt wird. Des Weiteren kann alternativ oder zusätzlich ein Empfehlungswert für eine Zeit bis zur nächsten Wartung der Vakuumpumpe berechnet und über eine Datenschnittstelle bereitgehalten oder über eine Ausgabeeinheit direkt ausgegeben werden. Dies erfolgt insbesondere unter Berücksichtigung des bisherigen Nutzungsprofils der Vakuumpumpe und somit individuell für jede einzelne Vakuumpumpe.
  • Bei der Ermittlung der Rotorunwucht und/oder des Schwingungsverhaltens kann die Auswertung der Messdaten der Inertialmesseinheit auf Bewegungen in radialer Richtung - bezogen auf die Drehachse des Rotors - beschränkt werden.
  • Das Ermitteln der Rotorunwucht und/oder des Schwingungszustandes stellt folglich ein mächtiges Diagnosetool dar, mit dem sich sowohl für den Betreiber als auch für den Hersteller der Vakuumpumpe vielfältige Möglichkeiten zur Überprüfung und Überwachung der Funktionsfähigkeit und Betriebssicherheit der Vakuumpumpe ergeben.
  • Eine Bewertung der ermittelten Rotorunwucht und/oder des ermittelten Schwingungsverhaltens kann erfindungsgemäß in dem Sinne erfolgen, dass dieser Parameter der Vakuumpumpe als ein Veränderungsindex bewertet wird. In diesem Zusammenhang kann dieser Parameter, also z.B. die Rotorunwucht, einen von vorzugsweise mehreren vordefinierten KPIs (KPI = Key Performance Indicator) bilden. Insbesondere kann der Parameter einen sogenannten Health-KPI bilden, der eine Beurteilung des momentanen Funktionszustandes der Vakuumpumpe erlaubt.
  • Erfindungsgemäß kann die Rotorunwucht durch die 1. Harmonische bewertet werden, die der Frequenz der Betriebsdrehzahl des Rotors entspricht. Auch die höheren Harmonischen können für diese Bewertung der Rotorunwucht herangezogen werden. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich.
  • Bei der Auswertung der Messdaten können erfindungsgemäß Methoden aus dem Bereich der Fourier-Analyse zum Einsatz kommen, beispielsweise eine FFT (FFT = Fast Fourier Transform). Eine solche FFT kann beispielsweise auf der Basis eines digitalen Zeitsignals erstellt werden. Ferner können erfindungsgemäß bei der Auswertung der Messdaten spezielle Verfahren der digitalen Signalverarbeitung zum Einsatz kommen, beispielsweise ein Görtzel-Algorithmus oder eine andere Art von diskreter Fourier-Transformation. Ein Görtzel-Algorithmus erlaubt die Berechnung einzelner diskreter Spektralanteile des Frequenzspektrums. Auf diese Weise kann bei der Auswertung der Messdaten beispielsweise der sogenannte Laufpeak betrachtet werden.
  • Was die Signalverarbeitung bei der Auswertung der Messdaten anbetrifft, so ermöglicht die Erfindung eine vergleichsweise einfache Vorgehensweise, die insbesondere ohne ein nacheinander erfolgendes Durchstimmen von Frequenzen und ohne Verwendung sogenannter Frequenzfilter-Schaltkreise auskommt.
  • Die vorstehend genannten Möglichkeiten bei der Auswertung der Messdaten können miteinander kombiniert werden und sind nicht auf bestimmte Ursachen für Schwingungen der Vakuumpumpe beschränkt. Schwingungen der Vakuumpumpe können zum Beispiel durch eine Rotorunwucht, aber auch durch externe Quellen verursacht werden, beispielsweise durch andere Pumpen oder bewegliche Teile aufweisende Komponenten des jeweiligen Vakuumsystems, zu dem die mit der Inertialmesseinheit versehene Vakuumpumpe gehört.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann als eine Zustandsinformation der Vakuumpumpe und/oder des Vakuumsystems ein Schwingungszustand der Vakuumpumpe und/oder des Vakuumsystems ermittelt werden. Insbesondere wird dabei ein Schwingungen der Vakuumpumpe und/oder des Vakuumsystems betreffendes Frequenzspektrum ermittelt.
  • Schwingungen der Vakuumpumpe während des Betriebs entstehen insbesondere dann, wenn die Vakuumpumpe einen während des Betriebs mittels eines Antriebsmotors in Drehung versetzten Rotor umfasst. Wie bereits erwähnt, können Schwingungen der Vakuumpumpe aber auch andere, z.B. externe, aber auch andere interne Ursache haben. Die Erfindung ist folglich nicht auf solche Vakuumpumpen beschränkt, die einen während des Betriebs mittels eines Antriebsmotors in Drehung versetzten Rotor umfassen. Sogenannte Scroll-Vakuumpumpen beispielsweise besitzen keinen sich während des Betriebs drehenden Rotor, sondern eine oder mehrere andere bewegliche Komponenten, die eine sogenannte orbitierende Bewegung ausführen. Auch in Verbindung mit derartigen Vakuumpumpen kann die Erfindung zum Einsatz kommen.
  • Wie bereits erwähnt, kann erfindungsgemäß das Ermitteln eines Frequenzspektrums der Vakuumpumpe Methoden aus dem Bereich der Fourier-Analyse umfassen, beispielsweise eine sogenannte FFT (FFT = Fast Fourier Transform). Die Erfassung des Frequenzspektrums kann sich auf einzelne Frequenzen oder Frequenzbänder beschränken. Das Abspeichern eines ermittelten Frequenzspektrums kann sich auf die Speicherung bestimmter Punkte, Bereiche oder Abschnitte des Frequenzspektrums beschränken, beispielsweise dergestalt, dass lediglich eine bestimmte Anzahl der relativ höchsten Peaks abgespeichert wird.
  • Wenn als eine Zustandsinformation ein Schwingungszustand der Vakuumpumpe und/oder des Vakuumsystems ermittelt wird, dann kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Schwingungszustand während eines Hochlaufens der Vakuumpumpe ermittelt und insbesondere abgespeichert wird. Der Schwingungszustand wird also während einer anfänglichen Betriebsphase der Vakuumpumpe ermittelt, während der die Drehzahl des Rotors zunimmt. Insbesondere kann zusätzlich nach dem Hochlaufen bei mit Betriebsdrehzahl laufendem Rotor der Schwingungszustand ermittelt werden.
  • Vorzugsweise werden hierbei, also während eines Hochlaufens der Vakuumpumpe, Resonanzzustände der Vakuumpumpe und/oder des Vakuumsystems ermittelt. Die Pumpe agiert hier als Anreger. Wie die Pumpe und das System auf die Anregung antwortet, gibt Aufschluss über vorliegende Resonanzen über ein breites Frequenzspektrum, insbesondere von 0 Hz bis zur Betriebsdrehzahl. Derartige Resonanzzustände betreffende Informationen können beispielsweise für eine Ausgabe an oder für den Abruf durch eine externe Einrichtung, z.B. eine Systemsteuerung des Vakuumsystems, bereitgestellt und auf diese Weise z.B. dem Betreiber des Vakuumsystems zur Verfügung gestellt werden.
  • Die vorgenannte Vorgehensweise zur Ermittlung von Resonanzzuständen kann nicht nur beim Hochlaufen einer Vakuumpumpe, sondern auch umgekehrt am Zyklus- oder Prozessende eines Vakuumsystems und damit beim Herunterlaufen oder dem Auslauf der Vakuumpumpe angewendet werden. Diese Methode benötigt ggf. zusätzliche Betriebszeit, zum Beispiel zusätzliche Messzeit nach dem oder zum vorgesehenen Prozessende für die Ermittlung des Schwingungszustands bei noch mit Betriebsdrehzahl laufendem Rotor, ggf. mit zumindest anteilig weiterhin aktivem Prozessgasfluss. Weiterhin ist ggf. das Belüften des Vakuumsystems verzögert, insbesondere aktiv geregelt, vorzunehmen, damit die Vakuumpumpe optimal entschleunigen kann, um eine bestmögliche Resonanzmessung zu erzielen.
  • Potentielle Vorteile der Messung im Auslauf gegenüber einer Ermittlung während des Hochlaufens der Vakuumpumpe sind zum Beispiel ein durch den statt mit Maximalleistung überhaupt nicht oder nur mit geringer Bremsleistung aktiven Antriebsmotor sich ergebendes geringeres potentielles elektromagnetisches und -mechanisches Störspektrum für die meist umständehalber räumlich nah angeordnete Inertialmesseinheit und ihre Signalleitungen.
  • Ein weiterer Vorteil ist, dass zum Zyklus- bzw. Prozessende die Ermittlung der Zustandsinformation während eines stabilen, thermisch eingeschwungenen Zustands der Vakuumpumpe und des Vakuumsystems stattfindet. Der vorhergehende Betriebsablauf findet typischerweise regelmäßig gleichartig statt und erzeugt damit eine langfristig stabile Vergleichsbasis der erfassten Betriebszustände. Ungewollte Einflüsse bzw. die Variabilität von unspezifischen, selten auftretenden Zuständen und ihre Auswirkungen auf die Zustandsinformation können deutlich reduziert werden. Beispielhaft sei hier der "Kaltstart" eines Systems, also der erste Hochlauf der Vakuumpumpe und des Vakuumsystems zu Beginn eines Betriebstages oder auch der erste Betriebszyklus nach einer längeren Prozesspause genannt.
  • Zuletzt sei der organisatorische Vorteil genannt, eine möglichst aktuelle Zustandsinformation zum Ende eines ggf. längeren Betriebsablaufs bzw. einer Charge zu erhalten, die den Benutzer/Betreiber bestmöglich über die verbleibende Nutzungsreserve noch vor dem, möglicherweise später geplanten, potentiellen Start eines weiteren ggf. längeren Betriebsablaufs bzw. einer Charge informiert.
  • Alternativ oder zusätzlich kann erfindungsgemäß mithilfe der ermittelten Resonanzzustände die Betriebssicherheit und/oder die Lebensdauer der Vakuumpumpe und/oder des Vakuumsystems erhöht werden, indem von der Vakuumpumpe und/oder von dem Vakuumsystem zu einem vorgegebenen Zeitpunkt, insbesondere wenn sich die Drehzahl des Rotors derjenigen eines Resonanzzustandes nähert, ein Warnhinweis ausgegeben wird oder automatisch eine Anpassung der Drehzahl des Rotors vorgenommen wird. Hierdurch kann ein Betrieb der Vakuumpumpe in einem Resonanzzustand vermieden werden.
  • Das Ermitteln eines Schwingungszustandes der Vakuumpumpe und/oder des Vakuumsystems kann erfindungsgemäß alternativ oder zusätzlich auch dazu verwendet werden, die Drehzahl des Rotors der Vakuumpumpe automatisch zu verändern, wenn anhand des ermittelten Schwingungszustandes von einer Steuereinrichtung der Vakuumpumpe oder von einer Systemsteuerung des Vakuumsystems eine oder mehrere weitere Vakuumpumpen innerhalb des Vakuumsystems erkannt werden, die mit der zumindest näherungsweise gleichen Betriebsdrehzahl betrieben werden wie die Vakuumpumpe. Auf diese Weise können unerwünschte Schwebungszustände verhindert werden.
  • Die Ermittlung eines Schwingungszustandes der Vakuumpumpe und/oder des Vakuumsystems kann außerdem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung dazu verwendet werden, anhand des ermittelten Schwingungszustandes einen oder mehrere vorgegebene Parameter der Vakuumpumpe und/oder ein oder mehrere Signale eines oder mehrerer Sensoren der Vakuumpumpe zu überwachen. Diese Überwachung kann insbesondere hinsichtlich des zeitlichen Verhaltens des oder der Parameter bzw. des oder der Signale erfolgen.
  • Vorzugsweise erfolgt eine derartige Überwachung bezogen auf einen in einer Anlernphase ermittelten Sollzustand der Vakuumpumpe und/oder des Vakuumsystems, wobei im Anschluss an diese Anlernphase von einer Steuereinrichtung der Vakuumpumpe überprüft wird, ob der oder die überwachten Parameter und/oder das oder die überwachten Signale dem Sollzustand entsprechen oder nicht. Wenn bei dieser Überprüfung eine Abweichung von dem Sollzustand - unter Berücksichtigung vorgegebener Toleranzen - erkannt wird, dann wird diese Veränderung des betreffenden Parameters bzw. Signals einer Auswertung und/oder Bewertung unterzogen, vorzugsweise unter Berücksichtigung vorgegebener Kriterien.
  • Das erwähnte Anlernen zur Ermittlung des Sollzustandes erfolgt vorzugsweise automatisch.
  • Ein solches Anlernen kann erfindungsgemäß auch ganz allgemein, also unabhängig von der Ermittlung eines Schwingungszustandes und auch unabhängig von einer darauf basierenden Überwachung, wie z.B. vorstehend erwähnt, erfolgen, um eine, insbesondere dauerhafte, Vergleichsbasis für jedwede mithilfe der Inertialmesseinheit durchgeführten Messungen bereitzustellen.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden als eine Zustandsinformation der Vakuumpumpe und/oder des Vakuumsystems ein oder mehrere besondere Ereignisse ermittelt. Dabei können das oder die ermittelten Ereignisse, d.h. das oder die Ereignisse betreffende Informationen oder Daten, über eine Ausgabeeinrichtung der Vakuumpumpe ausgegeben und/oder in einer Speichereinrichtung der Vakuumpumpe gespeichert werden.
  • Dabei kann vorgesehen sein, dass die permanent ermittelten Messdaten lediglich gepuffert und nur dann gespeichert werden, wenn ein Ereignis tatsächlich eintritt. Was als "Ereignis" gewertet wird, hängt von der jeweiligen Anwendung ab und kann durch bestimmte Kriterien vorgegeben werden. Dabei können vorgegebene Grenzwerte, z.B. für die als Parameter gemessene Schwingungsamplitude, verwendet werden, deren Überschreiten als Eintreten eines Ereignisses gewertet wird. Ein oder mehrere Grenzwerte können erfindungsgemäß beliebigen Parametern oder Signalen zugeordnet werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht darin, dass die Vakuumpumpe einen während des Betriebs mittels eines Antriebsmotors in Drehung versetzten Rotor umfasst, und dass als ein besonderes Ereignis während des Betriebs der Vakuumpumpe eine axiale Verlagerung des Rotors zwischen einer ersten axialen Position und einer zweiten axialen Position detektiert wird. Beispielsweise handelt es sich bei der ersten axialen Position um eine sogenannte Vorvakuum-Position des Rotors und bei der zweiten axialen Position um eine sogenannte Hochvakuum-Position.
  • Derartige Verlagerungen des Rotors, die auch als Sprünge bezeichnet werden, sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Dieses in der Praxis beobachtete Phänomen tritt insbesondere bei hybridgelagerten Rotoren von Turbomolekularvakuumpumpen auf. Dabei bedeutet Hybridlagerung, dass sich auf der Hochvakuumseite (HV-Seite) der Pumpe ein Magnetlager, insbesondere ein passives, repulsiv wirkendes Radiallager mit Permanentmagneten, zwischen dem Rotor und einem Stator der Pumpe befindet. Auf der Vorvakuumseite (W-Seite) dagegen ist der Rotor mittels eines Wälzlagers, insbesondere eines Kugellagers, gelagert. Das Lagerungskonzept identifiziert entsprechend das Magnetlager als Loslager mit radialer und das Wälzlager als Festlager mit radialer und axialer Lagerwirkung in Bezug zur Rotationsachse.
  • Die Ursache für einen "Rotorsprung" ist eine betriebsbedingte Erwärmung des Rotors und die daraus resultierende axiale Wärmeausdehnung des Rotors entlang seiner Rotationsachse, die an der Loslagerseite zu einer Änderung der axialen Relativposition zwischen einem rotorseitigen Magnetlagerpaket und einem statorseitigen Magnetlagerpaket des Magnetlagers zwischen Rotor und Stator führt. Diese Änderung führt zu einer Veränderung der bei einem Magnetlager systembedingten, unerwünscht auftretenden axialen Abstoßungskräfte des Magnetlagers, was zur Folge hat, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt der Rotor eine plötzliche Bewegung in Richtung der Hochvakuumseite ausführt. Diese Bewegung wird durch das technisch bedingt vorhandene axiale Umkehrspiel der Festlagerseite ermöglicht und begrenzt. Das Umkehrspiel setzt sich insbesondere aus dem Wälzlagerspiel, insbesondere der Lagerluft oder dem Betriebsspiel, und den Elastizitäten der weiteren angrenzenden Komponenten, insbesondere einer schwingungsisolierenden und/oder -dämpfenden Elastomer-Lagereinbettung, zusammen.
  • Bei einer Abkühlung des Rotors ist auch ein Sprung zurück auf die Vorvakuumseite möglich, insbesondere erfolgt dieser bei Abkühlung der Vakuumpumpe nach Außerbetriebnahme bzw. Stopp des Vakuumsystems. Auch die je nach Betriebszustand unterschiedliche Temperatur und damit Wärmeausdehnung der Statorkomponenten, die zwischen den Lagerstellen angeordnet sind, beeinflusst die axiale Verlagerung der Magnetlagerkomponenten der Loslagerseite, üblicherweise ist jedoch durch die geringeren Temperaturveränderungen im Betrieb dieser Einfluss geringer als der des Rotors. Durch die gemeinsame Erwärmung während des Betriebs kompensieren sich ggf. Teilbeträge der Ausdehnungen von Rotor- und Statorkomponenten, dies ist jedoch stark von der Materialwahl, z.B. den jeweiligen Ausdehnungskoeffizienten, als auch von der Art der ggf. primär am Stator angeordneten Kühleinrichtungen abhängig.
  • Das Ereignis des Rotorsprungs lässt sich insbesondere als ein Vorzeichenwechsel der im Festlager getragenen axialen Lagerlast beschreiben. Diese Lagerlast setzt sich aus der je nach Raumorientierung bzw. Montageausrichtung der Vakuumpumpe unterschiedlich stark eingehenden Gewichtskraft des Rotors und der durch das Magnetlager verursachten axialen Abstoßungskraft zusammen. Die maximale axiale Abstoßungskraft des Magnetlagers bei Grenz-Betriebszuständen wie dem Betrieb der Vakuumpumpe mit einem Rotor bei Maximaltemperatur und sehr gut gekühltem Stator oder dem ersten, "durchgekühlten" Start der Vakuumpumpe bei Minimaltemperaturen als anderem Extrem ist betraglich gesehen meist größer als die absolute Gewichtskraft des Rotors. Rotorsprünge treten entsprechend unabhängig von der Raumorientierung der Pumpe während bestimmter Betriebsphasen, insbesondere nach einer kurzen Warmlaufphase oder nach Stillsetzung der Vakuumpumpe regelmäßig einmalig je Phase auf.
  • Während der Herstellung oder Wartung einer Vakuumpumpe kann die sogenannte "Einstellung" der Hybridlagerung derart erfolgen, dass bei einer Normtemperatur Wirkrichtung und Betrag der axialen Abstoßungskräfte mit Hilfe von mechanischen Kontroll- und Einstellmitteln oder-vorrichtungen auf einen für den späteren Betrieb der Vakuumpumpe optimal gewählten Wert verändert wird. Insbesondere geschieht dies durch die mechanische Variation des axialen Abstands von Los-und Festlager auf der Statorseite durch Hilfseinrichtungen wie die Zugabe von Beilagscheiben oder dem Verstellen von vorgespannten, selbsthemmenden Gewinde-Einstellelem enten.
  • Durch eine Einstellung können verschiedene Ziele sichergestellt werden, insbesondere sollen in allen möglichen Betriebszuständen die maximalen axialen Lagerkräfte zur Erhöhung der Wälzlagerlebensdauer niedrig gehalten werden, weiterhin kann es auch ein Ziel sein, den notwendigen Rotorsprung sicher zu einem bestimmten Betriebszeitpunkt, z.B. während des Warmlaufens, durchzuführen. Deshalb spricht man in diesem Zusammenhang von einem "Springen" des zuvor "vorvakuumseitig laufenden" Rotors, der anschließend "hochvakuumseitig läuft", oder entsprechend umgekehrt.
  • Da derartige Rotorsprünge jeweils eine (kurzzeitige) Bewegung der Vakuumpumpe zur Folge haben, kann ein solches Ereignis mittels der erfindungsgemäßen Inertialmesseinheit detektiert werden. Beispielsweise bei einer späteren Auswertung kann z.B. geprüft werden, zu welchem Anteil an den gesamten Betriebsstunden der Pumpe der Rotor vorvakuumseitig gestanden ist und zu welchem Anteil der Rotor sich in der Hochvakuumposition befunden hat. Der Abgleich der Rotortemperatur und einzelner oder mehrerer Pumpenkörper-Temperaturen kann dazu dienen, die im jeweiligen Zustand vorherrschenden, durch die axialen Absto-βungskräfte des Magnetlagers verursachten Lagerlasten zu ermitteln, die als zusätzliche Komponente zu den üblichen statischen und dynamischen Lagerlasten des Wälzlagers hinzukommen. Auch der Punkt des Rotorsprungs kann so bewertet werden, insbesondere kann eine Meldung generiert werden, falls eine Wartung zur Neueinstellung bzw. Revision der Lagereinstellung notwendig wird.
  • Alternativ oder zusätzlich kann erfindungsgemäß als ein besonderes Ereignis eine Bewegung der Vakuumpumpe als Ganzes detektiert werden. Diese Bewegung kann beispielsweise hinsichtlich Richtung und Betrag von Translationen und/oder Rotationen der Vakuumpumpe analysiert werden. Eine Analyse der Bewegung der Vakuumpumpe kann beispielsweise während des Betriebs der Vakuumpumpe in mobilen oder sogenannten semi-mobilen Vakuumsystemen erfolgen.
  • Aufgrund der gyroskopischen Kräfte spielt die Geschwindigkeit von Drehratenänderungen, die nicht koaxial bezogen auf die Drehachse des Rotors der Vakuumpumpe stattfinden, eine entscheidende Rolle bei der radialen Lagerlast eines drehenden Systems wie einer Vakuumpumpe. Die Analyse der Drehrate kann daher dafür genutzt werden, Informationen und/oder Warnungen über die zulässige Geschwindigkeit der Drehratenänderung im Betrieb der Vakuumpumpe zu geben. Die zulässigen Belastungen und damit Änderungsgeschwindigkeiten können dabei drehrichtungsabhängig unterschiedlich hoch definiert sein. Eine Information kann sowohl je Raumachse oder auch als berechneter, resultierender Vergleichswert ausgegeben werden.
  • Bei Vakuumpumpen mit berührungsloser Magnetlagerung ist typischerweise die Aufzehrung des radialen und des ggf. auch vorhandenen axialen Lagerspalts die limitierende Größe zur Definition der zulässigen Drehratenänderungen als auch der Translationsgeschwindigkeitsänderungen. Vor allem bei Vakuumpumpen mit Hybridlagerung ist eine direkte Messung des Fanglagerspalts während des Betriebs kaum möglich. Eine richtungsabhängige Überwachung der Bewegungsänderungen sowohl rotatorisch wie translatorisch ermöglicht eine Zustandsinformation, in welchem Belastungsbereich sich die Magnetlagerung befindet und ob ausreichend Sicherheitsreserve zu den Warn- oder Fehlerschwellen hin besteht.
  • Weitere mögliche besondere Ereignisse, die erfindungsgemäß ermittelt werden können, sind Änderungen der Einbaulage der Vakuumpumpe, sogenannte "Schocks", bei denen es sich um Ereignisse handelt, die jeweils zu einer kurzfristigen Überschreitung eines vorgegebenen Beschleunigungsgrenzwertes führen. Derartige Schocks können beispielsweise durch Schläge von im Vakuumsystem eingesetzten Ventilen, bzw. Schiebern, durch Schläge gegen die Vakuumpumpe oder durch andere mechanische Einwirkungen auf das Vakuumsystem oder auf die Vakuumpumpe, beispielsweise durch Stürze der Vakuumpumpe oder des Vakuumsystems, erfolgen.
  • Erfindungsgemäß kann die Nutzung der Messdaten und/oder der daraus erhaltenen Informationen auf vielfältige Art und Weise erfolgen. Beispielsweise können die Daten/Informationen ausschließlich in der Vakuumpumpe gespeichert werden, und zwar derart, dass ausschließlich der Hersteller der Vakuumpumpe einen Zugriff auf diese Daten/Informationen hat.
  • Alternativ können die Daten/Informationen dem Betreiber der Vakuumpumpe oder eines die Vakuumpumpe umfassenden Vakuumsystems zur Verfügung gestellt werden. Wie an anderer Stelle bereits erwähnt, handelt es sich bei diesem Betreiber in der Praxis häufig um einen Kunden des Herstellers der Vakuumpumpe.
  • Generell kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Messdaten und/oder die durch Auswerten dieser Messdaten erhaltenen Informationen ausschließlich bei Vorliegen einer Autorisierung ausgegeben oder abgerufen werden können. Dies kann insbesondere über eine Schnittstelle der Vakuumpumpe oder einen Zubehöranschluss der Vakuumpumpe erfolgen. Die erforderliche Autorisierung kann beispielsweise durch den Hersteller der Vakuumpumpe erfolgen. Manchen Betreibern der Vakuumpumpe kann folglich ein Zugriff auf die Daten/Informationen gewährt, anderen Betreibern verwehrt werden.
  • Alternativ oder zusätzlich können die Daten/Informationen an eine Systemsteuerung eines die Vakuumpumpe umfassenden Vakuumsystems ausgegeben und/oder von dieser Systemsteuerung abgerufen werden. Der Zugriff auf die Daten/Informationen muss hierbei folglich nicht direkt über die Vakuumpumpe, sondern kann über die Systemsteuerung erfolgen, in welche die Vakuumpumpe insbesondere über ihre Steuereinrichtung integriert ist.
  • Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen, jeweils schematisch:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Ansicht einer Turbomolekularpumpe,
    Fig. 2
    eine Ansicht der Unterseite der Turbomolekularpumpe von Fig. 1,
    Fig. 3
    einen Querschnitt der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie A-A,
    Fig. 4
    eine Querschnittsansicht der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie B-B,
    Fig. 5
    eine Querschnittsansicht der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie C-C, und
    Fig. 6
    ein mögliches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe als Bestandteil eines erfindungsgemäßen Vakuumsystems.
  • Die in Fig. 1 gezeigte Turbomolekularpumpe 111 umfasst einen von einem Einlassflansch 113 umgebenen Pumpeneinlass 115, an welchen in an sich bekannter Weise ein nicht dargestellter Rezipient angeschlossen werden kann. Das Gas aus dem Rezipienten kann über den Pumpeneinlass 115 aus dem Rezipienten gesaugt und durch die Pumpe hindurch zu einem Pumpenauslass 117 gefördert werden, an den eine Vorvakuumpumpe, wie etwa eine Drehschieberpumpe, angeschlossen sein kann.
  • Der Einlassflansch 113 bildet bei der Ausrichtung der Vakuumpumpe gemäß Fig. 1 das obere Ende des Gehäuses 119 der Vakuumpumpe 111. Das Gehäuse 119 umfasst ein Unterteil 121, an welchem seitlich ein Elektronikgehäuse 123 angeordnet ist. In dem Elektronikgehäuse 123 sind elektrische und/oder elektronische Komponenten der Vakuumpumpe 111 untergebracht, z.B. zum Betreiben eines in der Vakuumpumpe angeordneten Elektromotors 125 (vgl. auch Fig. 3).
  • Am Elektronikgehäuse 123 sind mehrere Anschlüsse 127 für Zubehör vorgesehen. Außerdem sind eine Datenschnittstelle 129, z.B. gemäß dem RS485-Standard, und ein Stromversorgungsanschluss 131 am Elektronikgehäuse 123 angeordnet.
  • Es existieren auch Turbomolekularpumpen, die kein derartiges angebrachtes Elektronikgehäuse aufweisen, sondern an eine externe Antriebselektronik angeschlossen werden.
  • Am Gehäuse 119 der Turbomolekularpumpe 111 ist ein Fluteinlass 133, insbesondere in Form eines Flutventils, vorgesehen, über den die Vakuumpumpe 111 geflutet werden kann. Im Bereich des Unterteils 121 ist ferner noch ein Sperrgasanschluss 135, der auch als Spülgasanschluss bezeichnet wird, angeordnet, über welchen Spülgas zum Schutz des Elektromotors 125 (siehe z.B. Fig. 3) vor dem von der Pumpe geförderten Gas in den Motorraum 137, in welchem der Elektromotor 125 in der Vakuumpumpe 111 untergebracht ist, eingelassen werden kann. Im Unterteil 121 sind ferner noch zwei Kühlmittelanschlüsse 139 angeordnet, wobei einer der Kühlmittelanschlüsse als Einlass und der andere Kühlmittelanschluss als Auslass für Kühlmittel vorgesehen ist, das zu Kühlzwecken in die Vakuumpumpe geleitet werden kann. Andere existierende Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt) werden ausschließlich mit Luftkühlung betrieben.
  • Die untere Seite 141 der Vakuumpumpe kann als Standfläche dienen, sodass die Vakuumpumpe 111 auf der Unterseite 141 stehend betrieben werden kann. Die Vakuumpumpe 111 kann aber auch über den Einlassflansch 113 an einem Rezipienten befestigt werden und somit gewissermaßen hängend betrieben werden. Außerdem kann die Vakuumpumpe 111 so gestaltet sein, dass sie auch in Betrieb genommen werden kann, wenn sie auf andere Weise ausgerichtet ist als in Fig. 1 gezeigt ist. Es lassen sich auch Ausführungsformen der Vakuumpumpe realisieren, bei der die Unterseite 141 nicht nach unten, sondern zur Seite gewandt oder nach oben gerichtet angeordnet werden kann. Grundsätzlich sind dabei beliebige Winkel möglich.
  • Andere existierende Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt), die insbesondere größer sind als die hier dargestellte Pumpe, können nicht stehend betrieben werden.
  • An der Unterseite 141, die in Fig. 2 dargestellt ist, sind noch diverse Schrauben 143 angeordnet, mittels denen hier nicht weiter spezifizierte Bauteile der Vakuumpumpe aneinander befestigt sind. Beispielsweise ist ein Lagerdeckel 145 an der Unterseite 141 befestigt.
  • An der Unterseite 141 sind außerdem Befestigungsbohrungen 147 angeordnet, über welche die Pumpe 111 beispielsweise an einer Auflagefläche befestigt werden kann. Dies ist bei anderen existierenden Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt), die insbesondere größer sind als die hier dargestellte Pumpe, nicht möglich.
  • In den Figuren 2 bis 5 ist eine Kühlmittelleitung 148 dargestellt, in welcher das über die Kühlmittelanschlüsse 139 ein- und ausgeleitete Kühlmittel zirkulieren kann.
  • Wie die Schnittdarstellungen der Figuren 3 bis 5 zeigen, umfasst die Vakuumpumpe mehrere Prozessgaspumpstufen zur Förderung des an dem Pumpeneinlass 115 anstehenden Prozessgases zu dem Pumpenauslass 117.
  • In dem Gehäuse 119 ist ein Rotor 149 angeordnet, der eine um eine Rotationsachse 151 drehbare Rotorwelle 153 aufweist.
  • Die Turbomolekularpumpe 111 umfasst mehrere pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete turbomolekulare Pumpstufen mit mehreren an der Rotorwelle 153 befestigten radialen Rotorscheiben 155 und zwischen den Rotorscheiben 155 angeordneten und in dem Gehäuse 119 festgelegten Statorscheiben 157. Dabei bilden eine Rotorscheibe 155 und eine benachbarte Statorscheibe 157 jeweils eine turbomolekulare Pumpstufe. Die Statorscheiben 157 sind durch Abstandsringe 159 in einem gewünschten axialen Abstand zueinander gehalten.
  • Die Vakuumpumpe umfasst außerdem in radialer Richtung ineinander angeordnete und pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete Holweck-Pumpstufen. Es existieren andere Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt), die keine Holweck-Pumpstufen aufweisen.
  • Der Rotor der Holweck-Pumpstufen umfasst eine an der Rotorwelle 153 angeordnete Rotornabe 161 und zwei an der Rotornabe 161 befestigte und von dieser getragene zylindermantelförmige Holweck-Rotorhülsen 163, 165, die koaxial zur Rotationsachse 151 orientiert und in radialer Richtung ineinander geschachtelt sind. Ferner sind zwei zylindermantelförmige Holweck-Statorhülsen 167, 169 vorgesehen, die ebenfalls koaxial zu der Rotationsachse 151 orientiert und in radialer Richtung gesehen ineinander geschachtelt sind.
  • Die pumpaktiven Oberflächen der Holweck-Pumpstufen sind durch die Mantelflächen, also durch die radialen Innen- und/oder Außenflächen, der Holweck-Rotorhülsen 163, 165 und der Holweck-Statorhülsen 167, 169 gebildet. Die radiale Innenfläche der äußeren Holweck-Statorhülse 167 liegt der radialen Außenfläche der äußeren Holweck-Rotorhülse 163 unter Ausbildung eines radialen Holweck-Spalts 171 gegenüber und bildet mit dieser die der Turbomolekularpumpen nachfolgende erste Holweck-Pumpstufe. Die radiale Innenfläche der äußeren Holweck-Rotorhülse 163 steht der radialen Außenfläche der inneren Holweck-Statorhülse 169 unter Ausbildung eines radialen Holweck-Spalts 173 gegenüber und bildet mit dieser eine zweite Holweck-Pumpstufe. Die radiale Innenfläche der inneren Holweck-Statorhülse 169 liegt der radialen Außenfläche der inneren Holweck-Rotorhülse 165 unter Ausbildung eines radialen Holweck-Spalts 175 gegenüber und bildet mit dieser die dritte Holweck-Pumpstufe.
  • Am unteren Ende der Holweck-Rotorhülse 163 kann ein radial verlaufender Kanal vorgesehen sein, über den der radial außenliegende Holweck-Spalt 171 mit dem mittleren Holweck-Spalt 173 verbunden ist. Außerdem kann am oberen Ende der inneren Holweck-Statorhülse 169 ein radial verlaufender Kanal vorgesehen sein, über den der mittlere Holweck-Spalt 173 mit dem radial innenliegenden Holweck-Spalt 175 verbunden ist. Dadurch werden die ineinander geschachtelten Holweck-Pumpstufen in Serie miteinander geschaltet. Am unteren Ende der radial innenliegenden Holweck-Rotorhülse 165 kann ferner ein Verbindungskanal 179 zum Auslass 117 vorgesehen sein.
  • Die vorstehend genannten pumpaktiven Oberflächen der Holweck-Statorhülsen 167, 169 weisen jeweils mehrere spiralförmig um die Rotationsachse 151 herum in axialer Richtung verlaufende Holweck-Nuten auf, während die gegenüberliegenden Mantelflächen der Holweck-Rotorhülsen 163, 165 glatt ausgebildet sind und das Gas zum Betrieb der Vakuumpumpe 111 in den Holweck-Nuten vorantreiben.
  • Zur drehbaren Lagerung der Rotorwelle 153 sind ein Wälzlager 181 im Bereich des Pumpenauslasses 117 und ein Permanentmagnetlager 183 im Bereich des Pumpeneinlasses 115 vorgesehen.
  • Im Bereich des Wälzlagers 181 ist an der Rotorwelle 153 eine konische Spritzmutter 185 mit einem zu dem Wälzlager 181 hin zunehmenden Außendurchmesser vorgesehen. Die Spritzmutter 185 steht mit mindestens einem Abstreifer eines Betriebsmittelspeichers in gleitendem Kontakt. Bei anderen existierenden Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt) kann anstelle einer Spritzmutter eine Spritzschraube vorgesehen sein. Da somit unterschiedliche Ausführungen möglich sind, wird in diesem Zusammenhang auch der Begriff "Spritzspitze" verwendet.
  • Der Betriebsmittelspeicher umfasst mehrere aufeinander gestapelte saugfähige Scheiben 187, die mit einem Betriebsmittel für das Wälzlager 181, z.B. mit einem Schmiermittel, getränkt sind.
  • Im Betrieb der Vakuumpumpe 111 wird das Betriebsmittel durch kapillare Wirkung von dem Betriebsmittelspeicher über den Abstreifer auf die rotierende Spritzmutter 185 übertragen und in Folge der Zentrifugalkraft entlang der Spritzmutter 185 in Richtung des größer werdenden Außendurchmessers der Spritzmutter 185 zu dem Wälzlager 181 hin gefördert, wo es z.B. eine schmierende Funktion erfüllt. Das Wälzlager 181 und der Betriebsmittelspeicher sind durch einen wannenförmigen Einsatz 189 und den Lagerdeckel 145 in der Vakuumpumpe eingefasst.
  • Das Permanentmagnetlager 183 umfasst eine rotorseitige Lagerhälfte 191 und eine statorseitige Lagerhälfte 193, welche jeweils einen Ringstapel aus mehreren in axialer Richtung aufeinander gestapelten permanentmagnetischen Ringen 195, 197 umfassen. Die Ringmagnete 195, 197 liegen einander unter Ausbildung eines radialen Lagerspalts 199 gegenüber, wobei die rotorseitigen Ringmagnete 195 radial außen und die statorseitigen Ringmagnete 197 radial innen angeordnet sind. Das in dem Lagerspalt 199 vorhandene magnetische Feld ruft magnetische Abstoßungskräfte zwischen den Ringmagneten 195, 197 hervor, welche eine radiale Lagerung der Rotorwelle 153 bewirken. Die rotorseitigen Ringmagnete 195 sind von einem Trägerabschnitt 201 der Rotorwelle 153 getragen, welcher die Ringmagnete 195 radial außenseitig umgibt. Die statorseitigen Ringmagnete 197 sind von einem statorseitigen Trägerabschnitt 203 getragen, welcher sich durch die Ringmagnete 197 hindurch erstreckt und an radialen Streben 205 des Gehäuses 119 aufgehängt ist. Parallel zu der Rotationsachse 151 sind die rotorseitigen Ringmagnete 195 durch ein mit dem Trägerabschnitt 201 gekoppeltes Deckelelement 207 festgelegt. Die statorseitigen Ringmagnete 197 sind parallel zu der Rotationsachse 151 in der einen Richtung durch einen mit dem Trägerabschnitt 203 verbundenen Befestigungsring 209 sowie einen mit dem Trägerabschnitt 203 verbundenen Befestigungsring 211 festgelegt. Zwischen dem Befestigungsring 211 und den Ringmagneten 197 kann außerdem eine Tellerfeder 213 vorgesehen sein.
  • Innerhalb des Magnetlagers ist ein Not- bzw. Fanglager 215 vorgesehen, welches im normalen Betrieb der Vakuumpumpe 111 ohne Berührung leer läuft und erst bei einer übermäßigen radialen Auslenkung des Rotors 149 relativ zu dem Stator in Eingriff gelangt, um einen radialen Anschlag für den Rotor 149 zu bilden, damit eine Kollision der rotorseitigen Strukturen mit den statorseitigen Strukturen verhindert wird. Das Fanglager 215 ist als ungeschmiertes Wälzlager ausgebildet und bildet mit dem Rotor 149 und/oder dem Stator einen radialen Spalt, welcher bewirkt, dass das Fanglager 215 im normalen Pumpbetrieb außer Eingriff ist. Die radiale Auslenkung, bei der das Fanglager 215 in Eingriff gelangt, ist groß genug bemessen, sodass das Fanglager 215 im normalen Betrieb der Vakuumpumpe nicht in Eingriff gelangt, und gleichzeitig klein genug, sodass eine Kollision der rotorseitigen Strukturen mit den statorseitigen Strukturen unter allen Umständen verhindert wird.
  • Die Vakuumpumpe 111 umfasst den Elektromotor 125 zum drehenden Antreiben des Rotors 149. Der Anker des Elektromotors 125 ist durch den Rotor 149 gebildet, dessen Rotorwelle 153 sich durch den Motorstator 217 hindurch erstreckt. Auf den sich durch den Motorstator 217 hindurch erstreckenden Abschnitt der Rotorwelle 153 kann radial außenseitig oder eingebettet eine Permanentmagnetanordnung angeordnet sein. Zwischen dem Motorstator 217 und dem sich durch den Motorstator 217 hindurch erstreckenden Abschnitt des Rotors 149 ist ein Zwischenraum 219 angeordnet, welcher einen radialen Motorspalt umfasst, über den sich der Motorstator 217 und die Permanentmagnetanordnung zur Übertragung des Antriebsmoments magnetisch beeinflussen können.
  • Der Motorstator 217 ist in dem Gehäuse innerhalb des für den Elektromotor 125 vorgesehenen Motorraums 137 festgelegt. Über den Sperrgasanschluss 135 kann ein Sperrgas, das auch als Spülgas bezeichnet wird, und bei dem es sich beispielsweise um Luft oder um Stickstoff handeln kann, in den Motorraum 137 gelangen. Über das Sperrgas kann der Elektromotor 125 vor Prozessgas, z.B. vor korrosiv wirkenden Anteilen des Prozessgases, geschützt werden. Der Motorraum 137 kann auch über den Pumpenauslass 117 evakuiert werden, d.h. im Motorraum 137 herrscht zumindest annäherungsweise der von der am Pumpenauslass 117 angeschlossenen Vorvakuumpumpe bewirkte Vakuumdruck.
  • Zwischen der Rotornabe 161 und einer den Motorraum 137 begrenzenden Wandung 221 kann außerdem eine sog. und an sich bekannte Labyrinthdichtung 223 vorgesehen sein, insbesondere um eine bessere Abdichtung des Motorraums 217 gegenüber den radial außerhalb liegenden Holweck-Pumpstufen zu erreichen.
  • Fig. 6 basiert auf der Darstellung der Fig. 3 und zeigt die erfindungsgemäße Turbomolekularvakuumpumpe, die im Folgenden auch einfach als Turbomolekularpumpe oder als Turbopumpe bezeichnet wird, in einem Querschnitt durch die erfindungsgemäße Turbopumpe, der dem Querschnitt der Fig. 3 entspricht.
  • Wie in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 gezeigt, kann die Erfindung folglich in Verbindung mit einer Turbomolekularpumpe Verwendung finden, wie sie zuvor anhand der Fig. 1 bis 5 beschrieben wurde.
  • Die erfindungsgemäße Turbopumpe 11 besitzt folglich einen Rotor 49 mit einer Welle 53, die im Betrieb mittels eines Elektromotors 25 um eine Rotationsachse 51 in Drehung versetzt wird.
  • Der Rotor 49 ist mit einer Hybridlagerung versehen. Auf der VV-Seite (in Fig. 6 unten) ist für den Rotor 49 ein Wälzlager 81 vorgesehen. Auf der HV-Seite (in Fig. 6 oben) ist der Rotor 49 durch ein Permanentmagnetlager 83 gelagert, das eine rotorseitige Lagerhälfte 91 und eine statorseitige Lagerhälfte 93 aufweist.
  • Die Vakuumpumpe 11 besitzt ein äußeres Gehäuse 19, das mit einem Unterteil 21 verbunden ist. Auf der HV-Seite, also am Pumpeneinlass, besitzt das Gehäuse 19 im Bereich eines Einlassflansches 13 einen sogenannten Stern, der mehrere radiale Streben 105 umfasst, die im Zentrum, also auf der Rotationsachse 51, zusammenlaufen.
  • An der Außenseite des Gehäuses 19 und des Unterteils 21 ist ein Elektronikgehäuse 23 lösbar angebracht. In dem Elektronikgehäuse 23 befindet sich unter anderem eine Steuer- und Antriebselektronik (nicht dargestellt) für die Vakuumpumpe 11, insbesondere für den Elektromotor 25, aber auch für mögliche andere Komponenten (nicht dargestellt) der Vakuumpumpe 11 wie beispielsweise Sensoren etc.
  • Das Elektronikgehäuse 23 ist über elektrische Steckkontakte verbunden, wobei die pumpenseitigen Kontakte an einer als Vakuumdurchführung dienenden Platine 22 im Bereich des Unterteils 21 der Vakuumpumpe 11 ausgebildet sind.
  • In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Vakuumpumpe 11 ein Bestandteil eines Vakuumsystems 12, was hier lediglich schematisch durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Das Vakuumsystem 12 kann beispielsweise einen Pumpstand bilden, der eine mittels der Vakuumpumpe 11 zu evakuierende Vakuumkammer sowie eine der Vakuumpumpe 11 zugeordnete Vorpumpe (nicht dargestellt) umfasst.
  • Grundsätzlich kann das Vakuumsystem 12 beliebig komplex aufgebaut sein und beispielsweise eine oder mehrere Vakuumkammern und zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe eine oder mehrere weitere Vakuumpumpen umfassen, die in erfindungsgemäßer Weise ausgebildet sein können oder nicht. Das Vakuumsystem 12 kann mobil oder semi-mobil ausgeführt sein.
  • Das Vakuumsystem 12 besitzt eine Systemsteuerung 24, über die alle Bestandteile und Komponenten des Vakuumsystems 12 angesteuert werden können und die einen Austausch von Steuersignalen und von Daten ermöglicht.
  • Mit der Systemsteuerung 24 kann die erfindungsgemäße Vakuumpumpe 11 beispielsweise über eine Datenschnittstelle 29 verbunden sein, die am Elektronikgehäuse 23 der Vakuumpumpe 11 ausgebildet ist. Wie Fig. 6 zeigt, ist an diesem Elektronikgehäuse 23 außerdem ein Zubehörport 27 vorgesehen.
  • Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe 11 ist zur Durchführung eines oder mehrerer Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens ausgebildet. Ebenso ist das erfindungsgemäße Vakuumsystem 12 zur Durchführung eines oder mehrerer Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens ausgebildet.
  • Erfindungsgemäß ist die Vakuumpumpe 11 mit einer Inertialmesseinheit 14 versehen, die fest an einem Bestandteil der Pumpe 11 angebracht ist. Um zu veranschaulichen, dass es im Rahmen der Erfindung möglich ist, eine Inertialmesseinheit 14 an unterschiedlichen Stellen der Vakuumpumpe 11 anzuordnen, sind in Fig. 6 rein beispielhaft zwei unterschiedliche Anbringungsorte dargestellt.
  • Gemäß einer möglichen erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die Inertialmesseinheit 14 an dem vorstehend erwähnten, mehrere radiale Streben 105 umfassenden Stern am Pumpeneinlass angeordnet, und zwar zentrisch bezüglich der Rotationsachse 51. Alternativ kann auch eine exzentrische Anordnung der Inertialmesseinheit 14 am Stern der Vakuumpumpe 11 vorgesehen sein.
  • Gemäß einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die Inertialmesseinheit 14 an der erwähnten Platine 22 angebracht, die eine Vakuumdurchführung am Unterteil 21 der Pumpe 11 bildet.
  • Grundsätzlich ist es erfindungsgemäß möglich, mehr als eine Inertialmesseinheit 14 an der Vakuumpumpe 11 anzuordnen.
  • Wie die vergrößerte, schematische Darstellung oben links in Fig. 6 zeigt, umfasst die Inertialmesseinheit 14 mehrere - in diesem Beispiel sechs - Inertialsensoren 16. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind - wie bereits als Beispiel im Einleitungsteil erwähnt - drei Beschleunigungssensoren sowie drei Drehratensensoren vorgesehen, um auf diese Weise alle sechs möglichen Freiheitsgrade von Bewegungen der Vakuumpumpe 11 abzudecken.
  • Was mögliche Anwendungen der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe 11 sowie des erfindungsgemäßen Vakuumsystems 12 und insbesondere mögliche Überwachungsverfahren anbetrifft, die mit der vorstehend anhand von Fig. 6 beschriebenen erfindungsgemäßen Vakuumpumpe 11 bzw. des beschriebenen Vakuumsystems 12 durchgeführt werden können, wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den Einleitungsteil verwiesen.
  • Die Erfindung schafft somit eine einfache, zuverlässige und kostengünstige Möglichkeit für eine Zustandsüberwachung von Vakuumpumpen und Vakuumsystemen auf der Grundlage von Messdaten einer der Vakuumpumpe zugeordneten Inertialmesseinheit.
    • Bezugszeichenliste
    • 111, 11
    Turbomolekularpumpe
    113, 13
    Einlassflansch
    115
    Pumpeneinlass
    117
    Pumpenauslass
    119, 19
    Gehäuse
    121,21
    Unterteil
    123, 23
    Elektronikgehäuse
    125, 25
    Elektromotor
    127,27
    Zubehöranschluss
    129, 29
    Datenschnittstelle
    131
    Stromversorgungsanschluss
    133
    Fluteinlass
    135
    Sperrgasanschluss
    137
    Motorraum
    139
    Kühlmittelanschluss
    141
    Unterseite
    143
    Schraube
    145
    Lagerdeckel
    147
    Befestigungsbohrung
    148
    Kühlmittelleitung
    149, 49
    Rotor
    151, 51
    Rotationsachse
    153. 53
    Rotorwelle
    155
    Rotorscheibe
    157
    Statorscheibe
    159
    Abstandsring
    161
    Rotornabe
    163
    Holweck-Rotorhülse
    165
    Holweck-Rotorhülse
    167
    Holweck-Statorhülse
    169
    Holweck-Statorhülse
    171
    Holweck-Spalt
    173
    Holweck-Spalt
    175
    Holweck-Spalt
    179
    Verbindungskanal
    181, 81
    Wälzlager
    183, 83
    Permanentmagnetlager
    185
    Spritzmutter
    187
    Scheibe
    189
    Einsatz
    191, 91
    rotorseitige Lagerhälfte
    193, 93
    statorseitige Lagerhälfte
    195
    Ringmagnet
    197
    Ringmagnet
    199
    Lagerspalt
    201
    Trägerabschnitt
    203
    Trägerabschnitt
    205, 105
    radiale Strebe
    207
    Deckelelement
    209
    Stützring
    211
    Befestigungsring
    213
    Tellerfeder
    215
    Not- bzw. Fanglager
    217
    Motorstator
    219
    Zwischenraum
    221
    Wandung
    223
    Labyrinthdichtung
    12
    Vakuumsystem
    14
    Inertialmesseinheit
    16
    Inertialsensor
    18
    Steuereinrichtung
    20
    Speichereinrichtung
    22
    Vakuumdurchführung, Platine
    24
    Systemsteuerung des Vakuumsystems

Claims (15)

  1. Vakuumpumpe (11), insbesondere Turbomolekularvakuumpumpe, oder Vakuumsystem (12) mit zumindest einer Vakuumpumpe (11), insbesondere Turbomolekularvakuumpumpe,
    mit einer der Vakuumpumpe (11) zugeordneten Inertialmesseinheit (14), die zumindest einen Inertialsensor (16), insbesondere einen Beschleunigungssensor oder Drehratensensor, umfasst, der dazu ausgebildet ist, Bewegungen der Vakuumpumpe (11) und/oder die Orientierung der Vakuumpumpe (11) zu erfassen und diesbezügliche Messdaten, insbesondere als Roh-Messdaten und/oder als aufbereitete Messdaten, und/oder durch Auswerten dieser Messdaten erhaltene Informationen bereitzustellen.
  2. Vakuumpumpe (11) nach Anspruch 1,
    wobei der Vakuumpumpe (11) eine mit der Inertialmesseinheit (14) verbundene Steuereinrichtung (18) zugeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, die Messdaten der Inertialmesseinheit (14) auszuwerten, und/oder wobei der Vakuumpumpe (11) eine Ausgabeeinrichtung zugeordnet ist, insbesondere eine Schnittstelle (29) oder ein Zubehöranschluss (27), über welche die Messdaten der Inertialmesseinheit (14) und/oder durch Auswerten dieser Messdaten erhaltene Informationen ausgegeben oder abgerufen werden können, und/oder
    wobei der Vakuumpumpe (11) eine Speichereinrichtung (20) zugeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, die Messdaten der Inertialmesseinheit (14) und/oder durch Auswerten dieser Messdaten erhaltene Informationen zu speichern.
  3. Vakuumpumpe (11) nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei die Inertialmesseinheit (14) eine räumliche Anordnung mehrerer Inertialsensoren (16) umfasst, wobei insbesondere die Inertialmesseinheit (14) zwei oder drei Beschleunigungssensoren, denen jeweils eine von drei paarweise senkrecht zueinander verlaufenden Translationsachsen der Vakuumpumpe (11) zugeordnet ist, und/oder zwei oder drei Drehratensensoren umfasst, denen jeweils eine von drei paarweise senkrecht zueinander verlaufenden Rotationsachsen der Vakuumpumpe (11) zugeordnet ist.
  4. Vakuumpumpe (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Inertialmesseinheit (14) als MEMS (mikro-elektro-mechanisches System) ausgebildet ist oder ein Bestandteil eines MEMS ist oder als optisches System ausgebildet ist,
    und/oder wobei die Inertialmesseinheit (14) in eine Vakuumdurchführung (22) der Vakuumpumpe (11) integriert ist, wobei insbesondere die Inertialmesseinheit (14) auf einer die Vakuumdurchführung (22) bildenden Platine angeordnet ist.
  5. Verfahren zum Überwachen einer Vakuumpumpe (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, oder zum Überwachen eines Vakuumsystems (12), das zumindest eine Vakuumpumpe (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst,
    wobei vor, während und/oder nach einem Betrieb der Vakuumpumpe (11) oder des Vakuumsystems (12) Bewegungen der Vakuumpumpe (11) und/oder deren Orientierung und/oder Bewegungen des Vakuumsystems (12) mittels der Inertialmesseinheit (14) der Vakuumpumpe (11) erfasst und diesbezügliche Messdaten, insbesondere als Roh-Messdaten des Inertialsensors (16) und/oder als aufbereitete Messdaten, und/oder durch Auswerten dieser Messdaten erhaltene Informationen bereitgestellt werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    wobei anhand der Messdaten eine oder mehrere Zustandsinformationen der Vakuumpumpe (11) und/oder des Vakuumsystems (12) ermittelt werden,
    insbesondere wobei die oder jede Zustandsinformation über eine Ausgabeeinrichtung (27, 29) der Vakuumpumpe (11) ausgegeben und/oder in einer Speichereinrichtung (20) der Vakuumpumpe (11) gespeichert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
    wobei als eine Zustandsinformation der Vakuumpumpe (11) und/oder des Vakuumsystems (12) die Orientierung der Vakuumpumpe (11) im Raum und/oder relativ zu einer oder mehreren anderen Komponenten des Vakuumsystems (12) ermittelt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    wobei die Steuereinrichtung (18) der Vakuumpumpe (11) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von der ermittelten Orientierung der Vakuumpumpe (11) einen Betriebsstart der Vakuumpumpe (11) entweder zu gestatten oder zu unterbinden, und/oder
    wobei die ermittelte Orientierung der Vakuumpumpe (11) bei einer Auswertung eines Schwingungen der Vakuumpumpe (11) und/oder des Vakuumsystems (12) betreffenden Frequenzspektrums berücksichtigt wird, und/oder
    wobei die Orientierung der Vakuumpumpe (11) lediglich bei besonderen, vorgegeben Ereignissen gespeichert wird, insbesondere bei einem Bestromen der Vakuumpumpe (11),
    bei einem Betriebsstart der Vakuumpumpe (11),
    bei einem Betriebsstart von vorgegebenen Komponenten - mit Ausnahme der Vakuumpumpe (11) - eines die Vakuumpumpe (11) umfassenden Vakuumsystems (12), und/oder
    bei einer Veränderung der Einbaulage der Vakuumpumpe (11).
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
    wobei die Vakuumpumpe (11) einen während des Betriebs mittels eines Antriebsmotors (25) in Drehung versetzten Rotor (49) umfasst, und wobei als eine Zustandsinformation der Vakuumpumpe (11) und/oder des Vakuumsystems (12) eine Unwucht des Rotors (49) und/oder ein Schwingungszustand der Vakuumpumpe (11) und/oder des Vakuumsystems (12) ermittelt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    wobei während des Betriebs der Vakuumpumpe (11) die Rotorunwucht und/oder der Schwingungszustand wiederholt ermittelt werden und
    - zumindest ein Maß für eine zeitliche Änderung, insbesondere eine Änderungsrate, der Rotorunwucht und/oder des Schwingungszustandes berechnet wird, insbesondere bezogen auf einen jeweiligen, bei konstanter Betriebsdrehzahl des Rotors (49) ermittelten Grundzustand der Rotorunwucht und/oder des Schwingungszustandes,
    - bei Überschreiten eines relativen oder absoluten Grenzwertes für die Rotorunwucht und/oder den Schwingungszustand oder für eine zeitliche Änderung der Rotorunwucht und/oder des Schwingungszustandes eine Reaktion ausgelöst, insbesondere ein Warnhinweis ausgegeben, wird, oder
    bei Annäherung an einen relativen oder absoluten Grenzwert für die Rotorunwucht und/oder den Schwingungszustand oder für eine zeitliche Änderung der Rotorunwucht und/oder des Schwingungszustandes ein Schätzwert für den nächsten Wartungstermin der Vakuumpumpe (11) berechnet oder ein aktuell vorgesehenes Wartungsintervall angepasst wird,
    - ein Maß für eine Nutzungsreserve der Vakuumpumpe (11) berechnet wird, und/oder
    - ein Empfehlungswert für eine Zeit bis zur nächsten Wartung der Vakuumpumpe (11) berechnet und ausgegeben wird, insbesondere unter Berücksichtigung des bisherigen Nutzungsprofils der Vakuumpumpe (11).
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10,
    wobei als eine Zustandsinformation der Vakuumpumpe (11) und/oder des Vakuumsystems (12) ein Schwingungszustand der Vakuumpumpe (11) und/oder des Vakuumsystems (12) ermittelt wird, insbesondere wobei ein Schwingungen der Vakuumpumpe (11) und/oder des Vakuumsystems (12) betreffendes Frequenzspektrum ermittelt wird, insbesondere wobei die Vakuumpumpe (11) einen während des Betriebs mittels eines Antriebsmotors (25) in Drehung versetzten Rotor (49) umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    wobei der Schwingungszustand während eines Hochlaufens der Vakuumpumpe (11), also bei zunehmender Drehzahl eines Rotors (49) der Vakuumpumpe (11), insbesondere außerdem nach dem Hochlaufen bei mit der Betriebsdrehzahl laufendem Rotor, und/oder während eines Herunterlaufens oder Auslaufs der Vakuumpumpe (11), also bei abnehmender Drehzahl eines Rotors (49) der Vakuumpumpe (11), ermittelt, und insbesondere abgespeichert, wird, insbesondere wobei hierbei Resonanzzustände der Vakuumpumpe (11) und/oder des Vakuumsystems (12) ermittelt werden, insbesondere wobei diese Resonanzzustände betreffende Informationen für eine Ausgabe an oder für den Abruf durch eine externe Einrichtung, insbesondere eine Systemsteuerung (24) des Vakuumsystems (12), bereitgestellt werden und/oder wobei von der Vakuumpumpe (11) und/oder von dem Vakuumsystem (12) ein Warnhinweis ausgegeben oder automatisch eine Anpassung der Drehzahl des Rotors (49) vorgenommen wird, um einen Betrieb der Vakuumpumpe (11) in einem Resonanzzustand zu vermeiden,
    und/oder wobei die Drehzahl des Rotors (49) automatisch verändert wird, wenn anhand des ermittelten Schwingungszustandes von einer Steuereinrichtung (18) der Vakuumpumpe (11) oder von einer Systemsteuerung (24) des Vakuumsystems (12) eine oder mehrere weitere Vakuumpumpen erkannt werden, die mit der zumindest näherungsweise gleichen Betriebsdrehzahl betrieben werden wie die Vakuumpumpe (11), um Schwebungszustände zu verhindern,
    und/oder wobei anhand des ermittelten Schwingungszustandes ein oder mehrere vorgegebene Parameter der Vakuumpumpe (11) und/oder die Signale eines oder mehrerer Sensoren der Vakuumpumpe (11), insbesondere hinsichtlich ihres zeitlichen Verhalten, überwacht werden, insbesondere bezogen auf einen in einer, insbesondere automatischen, Anlernphase ermittelten Sollzustand der Vakuumpumpe (11) und/oder des Vakuumsystems (12), wobei im Anschluss an die Anlernphase von einer Steuereinrichtung (18) der Vakuumpumpe (11) überprüft wird, ob der oder die überwachten Parameter und/oder das oder die überwachten Signale dem Sollzustand entsprechen oder nicht, und bei einer bei dieser Überprüfung erkannten Abweichung von dem Sollzustand diese Veränderung des betreffenden Parameters oder Signals einer Auswertung und/oder Bewertung insbesondere hinsichtlich vorgegebener Kriterien, unterzogen wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12,
    wobei als eine Zustandsinformation der Vakuumpumpe (11) und/oder des Vakuumsystems (12) ein oder mehrere besondere Ereignisse ermittelt werden,
    insbesondere wobei das oder die Ereignisse über eine Ausgabeeinrichtung (27, 29) der Vakuumpumpe (11) ausgegeben und/oder in einer Speichereinrichtung (20) der Vakuumpumpe (11) gespeichert werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 13,
    wobei die Vakuumpumpe (11) einen während des Betriebs mittels eines Antriebsmotors (25) in Drehung versetzten Rotor (49) umfasst und als ein besonderes Ereignis während des Betriebs der Vakuumpumpe (11) eine axiale Verlagerung des Rotors (49) zwischen einer ersten axialen Position, insbesondere einer Vorvakuum-Position, und einer zweiten axialen Position, insbesondere einer Hochvakuum-Position, detektiert wird, und/oder wobei als ein besonderes Ereignis eine Bewegung der Vakuumpumpe (11) als Ganzes detektiert wird, insbesondere wobei diese Bewegung hinsichtlich Richtung und Betrag von Translationen und/oder Rotationen der Vakuumpumpe analysiert wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 14,
    wobei die Messdaten und/oder durch Auswerten dieser Messdaten erhaltene Informationen ausschließlich bei Vorliegen einer Autorisierung ausgegeben oder abgerufen werden können, insbesondere über eine Schnittstelle (29) oder einen Zubehöranschluss (27) der Vakuumpumpe (11), und/oder wobei die Messdaten und/oder durch Auswerten dieser Messdaten erhaltene Informationen an eine Systemsteuerung (24) eines die Vakuumpumpe (11) umfassenden Vakuumsystems (12) ausgegeben und/oder von dieser Systemsteuerung (24) abgerufen werden, insbesondere über eine Schnittstelle (29) oder einen Zubehöranschluss (27) der Vakuumpumpe (11).
EP20170014.3A 2020-03-27 2020-04-17 Vakuumpumpe und verfahren zum überwachen einer vakuumpumpe Withdrawn EP3736447A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20170014.3A EP3736447A1 (de) 2020-04-17 2020-04-17 Vakuumpumpe und verfahren zum überwachen einer vakuumpumpe
EP21161837.6A EP3808988B1 (de) 2020-03-27 2021-03-10 Vakuumpumpe und verfahren zum überwachen einer vakuumpumpe
JP2021040051A JP7160978B2 (ja) 2020-03-27 2021-03-12 真空ポンプ及び真空ポンプを監視する方法
CN202110336661.1A CN113446243A (zh) 2020-03-27 2021-03-29 真空泵和用于监控真空泵的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20170014.3A EP3736447A1 (de) 2020-04-17 2020-04-17 Vakuumpumpe und verfahren zum überwachen einer vakuumpumpe

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3736447A1 true EP3736447A1 (de) 2020-11-11

Family

ID=70294986

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20170014.3A Withdrawn EP3736447A1 (de) 2020-03-27 2020-04-17 Vakuumpumpe und verfahren zum überwachen einer vakuumpumpe

Country Status (1)

Country Link
EP (1) EP3736447A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007270829A (ja) * 2006-03-06 2007-10-18 Shimadzu Corp 真空ポンプ
DE202015003927U1 (de) * 2015-05-29 2015-07-13 Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh Steuerungselektronik für eine Vakuumpumpe sowie Vakuumpumpe
WO2017216514A1 (en) * 2016-06-13 2017-12-21 Edwards Limited Pump assembly, method and computer program
US20190383296A1 (en) * 2018-06-14 2019-12-19 Shimadzu Corporation Vacuum pump and diagnosis system
EP3686432A1 (de) * 2020-03-27 2020-07-29 Pfeiffer Vacuum Technology AG Vakuumpumpe

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007270829A (ja) * 2006-03-06 2007-10-18 Shimadzu Corp 真空ポンプ
DE202015003927U1 (de) * 2015-05-29 2015-07-13 Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh Steuerungselektronik für eine Vakuumpumpe sowie Vakuumpumpe
WO2017216514A1 (en) * 2016-06-13 2017-12-21 Edwards Limited Pump assembly, method and computer program
US20190383296A1 (en) * 2018-06-14 2019-12-19 Shimadzu Corporation Vacuum pump and diagnosis system
EP3686432A1 (de) * 2020-03-27 2020-07-29 Pfeiffer Vacuum Technology AG Vakuumpumpe

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0344503B1 (de) Magnetlagerung für eine schnell rotierende Vakuumpumpe
DE102007032933B4 (de) Turbomaschine
DE112006003333T5 (de) In einen Motor eingebaute Magnetlagervorrichtung
EP2884125B1 (de) Rotierendes system
EP3444478B1 (de) Vakuumpumpe
EP3832141B1 (de) Verfahren zum betreiben einer vakuumpumpe
WO2009000711A2 (de) Lagereinrichtung zur berührungsfreien lagerung eines rotors gegen einen stator
EP3808988B1 (de) Vakuumpumpe und verfahren zum überwachen einer vakuumpumpe
EP3106668A1 (de) Vakuumpumpe
EP3557072B1 (de) Überwachung der lagereinrichtung einer vakuumpumpe
EP3736447A1 (de) Vakuumpumpe und verfahren zum überwachen einer vakuumpumpe
EP3653884B1 (de) Vakuumpumpe
EP3653885B1 (de) Verfahren zum ermitteln einer zustandsinformation in einem vakuumgerät
EP3683449B1 (de) Magnetlager und vakuumgerät
EP3708843B1 (de) Verfahren zur herstellung eines elektromotors oder eines vakuumgeräts mit einem solchen
EP3438460A1 (de) Vakuumpumpe
EP3536965B1 (de) Vakuumpumpe, wobei der träger eines wälzlagers eine veränderbare steifigkeit und/oder dämpfungswirkung hat
EP3473858B1 (de) Verfahren zur lebensdaueroptimierung von wälzlagern einer vakuumpumpe
EP3623654B1 (de) Magnetlagerung und schwungradspeicher
EP3633204B1 (de) Vakuumpumpe
EP4269805A1 (de) Vakuumpumpe
EP3611383B1 (de) Drehzahlregelung eines rotors einer vakuumpumpe
EP3926174B1 (de) Vakuumpumpe
EP3611381A1 (de) Verfahren zur herstellung einer vakuumpumpe
EP4137699A1 (de) Vakuumgerät und verfahren zum betreiben eines solchen

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20210512