EP4506572A2 - Vakuumpumpe mit rfid-transponder und rfid-lesegerät - Google Patents

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EP4506572A2
EP4506572A2 EP24220715.7A EP24220715A EP4506572A2 EP 4506572 A2 EP4506572 A2 EP 4506572A2 EP 24220715 A EP24220715 A EP 24220715A EP 4506572 A2 EP4506572 A2 EP 4506572A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rfid
vacuum pump
rfid transponder
component
rfid reader
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.)
Pending
Application number
EP24220715.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4506572A3 (de
Inventor
Pascal Wielsch
Adrian Wirth
Mirko Mekota
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 EP24220715.7A priority Critical patent/EP4506572A3/de
Publication of EP4506572A2 publication Critical patent/EP4506572A2/de
Publication of EP4506572A3 publication Critical patent/EP4506572A3/de
Pending legal-status Critical Current

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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
    • F04D19/042—Turbomolecular vacuum pumps

Definitions

  • the invention relates to a vacuum pump with a sensor which is arranged on a component of the vacuum pump and is designed to measure a physical property of this component, as well as a method for operating such a vacuum pump.
  • a pyrometer with thermal or photoelectric detectors can be used to measure the temperature of a rotor shaft.
  • the emissivity of a measuring surface on the rotor shaft which is detected by the pyrometer, must be known precisely.
  • it is usually assumed that such a measurement parameter as the emissivity of the measuring surface does not change during operation of the vacuum pump.
  • this assumption may not be correct under the specific operating conditions of the vacuum pump. For example, due to Properties of the gases to be pumped may cause a coating on the surfaces of the vacuum pump to occur, which changes the emissivity of the measuring surface.
  • performance characteristics can be used to indirectly measure the temperature of the vacuum pump rotor, in which the rotor temperature is assigned to a specific power consumption of the vacuum pump.
  • magnetic-inductive measuring methods can be used to measure the rotor temperature indirectly.
  • the known contactless measurement methods for certain physical or chemical properties of vacuum pump components therefore usually require certain assumptions, for example regarding the temporal constancy of known measurement parameters, as explained above.
  • the known contactless measurement methods usually require a specific calibration of the vacuum pump before it can be delivered, which can be associated with considerable costs.
  • the known contactless measurement methods can be surface-sensitive, and their reliability can depend on the respective operating situation or the current load case of the vacuum pump.
  • An object of the invention is to provide a vacuum pump and a method for operating such a vacuum pump, with which a contactless measurement of a predetermined physical or chemical property of a component of the vacuum pump is possible in a reliable manner without complex calibration.
  • the vacuum pump comprises a sensor which is arranged on a first component of the vacuum pump and is designed to measure a physical property of the first component, and an RFID transponder which is attached to the first component and is in a communicative connection with the sensor.
  • the RFID transponder is a device with a transmitter and receiver for identification which operates in the radio frequency range (RFID).
  • the vacuum pump further comprises an RFID reader which is attached to a second component of the vacuum pump, which is different from the first component, at such a distance from the RFID transponder that the RFID reader and the RFID transponder are in a communicative connection.
  • the vacuum pump can be, for example, a turbomolecular pump
  • the first component can be, for example, a rotor of such a turbomolecular pump.
  • the first component can also be another, hard-to-reach component of the vacuum pump that does not rotate.
  • the sensor is, for example, a temperature sensor attached to a rotor of a turbomolecular pump, or another sensor such as a gyroscope or a strain gauge.
  • the RFID transponder and the RFID reader form an RFID system that identifies the RFID transponder, for example by storing a unique identifier on a microchip of the RFID transponder, which is queried by means of a query signal from the RFID reader after the RFID transponder has been woken up and sent to the RFID reader. This identification ensures that the RFID reader is in a communicative connection with the desired RFID transponder and not with any other device.
  • the RFID transponder and the sensor preferably do not require their own energy storage device, such as a battery. Instead, the RFID transponder and the sensor can be supplied with energy using electromagnetic waves emitted by the RFID reader. Signals sent by the RFID reader, for example the query signal mentioned above or other signals, can be received and rectified by the RFID transponder in order to supply the RFID transponder and the sensor with energy using such a rectified signal.
  • measured values of the sensor which represent the physical property of the first component, can be transmitted from the sensor to the RFID transponder and from there to the RFID reader, which is also communicatively connected to the RFID transponder.
  • the RFID reader can be designed to evaluate the measured values recorded by the sensor and to pass on corresponding information, e.g. regarding the temperature of a rotor of the vacuum pump, to a control device of the vacuum pump.
  • the use of the RFID transponder and the RFID reader thus allows wireless transmission or recording of measured values of the physical properties of the first component, for example the temperature of the rotor of the turbomolecular pump.
  • Such wireless recording of the sensor's measured values requires little effort, since no individual calibration of the entire system is required, for example before delivery of the vacuum pump.
  • the emissivity a measuring surface in a pyrometric temperature measurement.
  • the sensor can be pre-calibrated and placed on the first component of the vacuum pump to perform a direct measurement of the physical property of the first component without any further assumptions. This allows an accurate determination of the physical property of the first component.
  • the distance between the RFID reader and the RFID transponder is preferably selected such that an electrical oscillating circuit of the RFID transponder can be adapted to a resonance frequency of the RFID communication between the RFID reader and the RFID transponder. If the distance is too large or if the geometry between the RFID transponder and the RFID reader changes, communication between them may no longer be possible.
  • the RFID transponder and the RFID reader are arranged adjacent to one another in an interior of the vacuum pump.
  • the interior can be located within a housing of the vacuum pump and also preferably comprise the evacuated area of the vacuum pump.
  • the RFID reader can therefore be connected to one or more vacuum feedthroughs, which, for example, enable the RFID reader to communicate with a control unit of the vacuum pump and to transmit measured values to it.
  • the arrangement of the RFID transponder and the RFID reader in the interior of the vacuum pump enables direct recording of measured values of the physical property of the first component when this is arranged in the interior of the vacuum pump and is possibly not accessible from the outside, i.e. from outside the housing of the vacuum pump.
  • the sensor can be integrated into the RFID transponder. Such a combination of the sensor with the RFID transponder requires little installation space and thus allows a flexible arrangement of the RFID transponder with integrated sensor on the first component.
  • the sensor and the RFID transponder can be arranged at a distance from one another on the first component. If the sensor detects the temperature of the first component, for example the temperature of a rotor of the vacuum pump, the temperature on the first component at a desired installation position of the sensor can be too high for the RFID transponder to operate. If the sensor is attached to a rotor of a turbomolecular pump, for example, temperatures greater than 85°C can occur at certain points on the rotor, at which it is not possible to operate an RFID transponder with an integrated sensor. In such a case, only the sensor can be attached at the desired installation position, while the RFID transponder can be attached at a position where temperatures that are too high for its operation are not expected. If the sensor and the RFID transponder are arranged at a distance from one another on the first component, they can communicate with each other either wirelessly or via cable.
  • the RFID transponder can also be designed as a printed circuit board (PCB board) that is embedded in the first component.
  • PCB board printed circuit board
  • the components of the RFID transponder can be integrated into the material of the printed circuit board and thus protected, for example, from high centrifugal forces if the first component is the rotor of the vacuum pump.
  • the components of the RFID transponder can first be applied to the printed circuit board using standardized manufacturing processes and then sealed with a suitable potting compound, for example based on a Two-component epoxy. This provides additional protection for the components against the centrifugal forces that occur.
  • a shield can be arranged between the RFID transponder and the first component.
  • a shield can comprise a ferrite layer, for example.
  • the shield can prevent electromagnetic losses in the material of the first component. If no shield is desired between the RFID transponder and the first component, an adequate distance of the RFID transponder, for example in an axial direction along a rotor shaft of the vacuum pump, of at least 2 to 3 mm in relation to metallic surfaces within the vacuum pump can be provided.
  • the first component can comprise a rotating element of the vacuum pump to which the RFID transponder and the sensor are attached, while the second component can comprise a non-rotating element of the vacuum pump to which the RFID reader is attached.
  • the rotating element can be, for example, a rotor of a turbomolecular pump, while the non-rotating element can be a stator of such a turbomolecular pump.
  • the RFID transponder When installing the RFID transponder on the rotating element or rotor, the RFID transponder can be positioned as close as possible to a rotation axis of the rotating element in order to minimize the centrifugal forces acting on the RFID transponder. In addition, the RFID transponder can have a reinforcement to further protect the RFID transponder from the effects of the centrifugal forces.
  • Elements or components of the RFID transponder and the sensor can also be arranged on the rotating element or rotor in such a way that imbalances of the rotating element compensate each other.
  • the elements of the RFID transponder and the sensor can be distributed over the first component in such a way that the imbalance of the rotating element or rotor is minimized and ideally zero. Such an arrangement prevents malfunctions due to imbalance during operation of the vacuum pump.
  • the RFID transponder can also be inserted into the rotating element using a screw connection. This can allow the RFID transponder to be easily replaced.
  • the RFID reader can have integrated electronics. This can enable a compact design of the RFID reader.
  • the integrated electronics also allow the RFID reader to output data that has already been evaluated.
  • At least one electronic component that is assigned to the RFID reader can be integrated into a control unit of the vacuum pump. This allows a simple structure of the RFID reader. However, in this case an electrical connection between the electronic component and the RFID reader is required, for example by means of a coaxial cable.
  • the RFID transponder and/or the RFID reader can also be designed to transmit a measurement signal from the sensor from the RFID transponder to the RFID reader by means of load modulation.
  • load modulation includes switching a load resistor of the RFID transponder and/or the RFID reader on and off in order to achieve amplitude modulation.
  • a modulated signal can be generated at subcarrier frequencies, i.e. at frequencies outside the frequency bands that are usually intended for RFID communication.
  • the RFID reader can have a bandpass filter for those subcarrier frequencies at which the RFID transponder transmits the sensor's measurement signal, for example by means of amplitude or load modulation. Such a bandpass filter ensures that the desired measurement signal and no interference signals are received by the RFID reader.
  • the RFID reader and the RFID transponder can each have an antenna, which can be concentrically circular or have a half-shell shape.
  • Such antenna shapes can ensure secure data transmission between the RFID transponder and the RFID reader even when the first component with the RFID transponder rotates quickly relative to the second component with the RFID reader.
  • the invention further relates to a method for measuring a physical property of a first component in a vacuum pump, which has a sensor attached to the first component.
  • an RFID reader attached to a second component of the vacuum pump which is different from the first component, sends a signal to an RFID transponder attached to the first component and in a communicative connection with the sensor.
  • the signal from the RFID reader is received by the RFID transponder in order to supply the RFID transponder and the sensor with energy.
  • At least one measured value of the physical property of the first component is recorded by means of the sensor and transmitted from the sensor to the RFID transponder.
  • the at least one measured value is then transmitted from the RFID transponder to the sensor by means of a load modulation in the RFID transponder and/or in the RFID reader. the RFID reader.
  • the RFID reader can then evaluate the measured value.
  • the method is therefore intended for the operation of the vacuum pump described above in order to measure the physical property of the first component, for example the temperature of a rotor of the vacuum pump, during this operation.
  • the above statements on the vacuum pump therefore apply accordingly to the method, and this applies in particular with regard to the advantages and the preferred embodiments. Furthermore, it is understood that all features mentioned herein can be combined with one another, unless explicitly stated otherwise.
  • Fig. 1 shows schematically a section of a vacuum pump 100, which is designed as a turbomolecular pump.
  • the turbomolecular pump 100 comprises a rotor 110 with a rotor shaft 112 and several rotor disks, of which a rotor disk 114 is in the area of a labyrinth seal 116 in Fig. 1 shown.
  • turbomolecular pump 110 comprises a stator 120, of which Fig. 1 however, only one labyrinth hub 122 is shown.
  • the rotor 110 rotates very quickly relative to the stator 120, for example at a speed of several 10,000 revolutions per minute.
  • the rotor hub 112 and the rotor disk 114 are therefore among the rotating components of the vacuum pump or turbomolecular pump 100, while the stator 120 with the labyrinth hub 122 are among the non-rotating components of the turbomolecular pump 100.
  • turbomolecular pump 100 During operation of the turbomolecular pump 100, for example, it is necessary to record or measure physical or chemical properties of components of the turbomolecular pump 100 in order to ensure long-term operational stability. These properties include, for example, the temperature of the rotor 110.
  • the turbomolecular pump 110 comprises an RFID transponder 130, which is attached to the rotor disk 114 by means of a screw connection 132.
  • the RFID transponder 130 is also referred to as an RFID tag.
  • a temperature sensor 134 is integrated into the RFID transponder 130.
  • the counterpart to the RFID transponder is an RFID reader 140, which is attached to the labyrinth hub 122 of the stator 120, for example by means of a screw connection or by gluing.
  • the RFID transponder 130 and the RFID reader 140 together form an RFID system, i.e. a system for identification that operates in the radio frequency range (RFID).
  • RFID transponder 130 has a microchip on which a unique identifier is stored.
  • the RFID transponder 130 is a passive device that does not include an energy storage device such as a battery. This means that the temperature sensor 134 also does not have its own energy source. Instead, the RFID transponder 130 and the temperature sensor 134 are supplied with energy by means of the RFID reader 140, i.e. by means of electromagnetic waves that the RFID reader 140 emits.
  • the RFID reader 140 sends a query signal in the direction of the RFID transponder 130 by means of an antenna, which is described in more detail below.
  • the query signal is received by an antenna of the RFID transponder 130 and serves on the one hand to activate or "wake up" the RFID transponder 130.
  • the query signal and/or other signals of the RFID reader 140 are converted by means of a rectifier of the RFID transponder 130 into signals for supplying energy to both the RFID transponder 130 and the integrated temperature sensor 134.
  • the query signal of the RFID reader 140 is read by the electronics of the RFID transponder 130 in order to send a signal with the unique identifier of the RFID transponder 130 back to the RFID reader 140 in response to this signal. This ensures that correct communication between the RFID transponder 130 and the RFID reader 140 and no signals from other devices or interference signals are received.
  • the microchip of the RFID transponder 130 is used to record measured values or data from the integrated temperature sensor 134.
  • the RFID transponder 130 includes a microcontroller and a voltage regulator, which are mounted on a common circuit board 300 (see FIG. Fig. 3 ) or are integrated into it together with an antenna 310.
  • the recorded measured values or data of the temperature sensor 134 are transmitted to the RFID reader 140 via an amplitude modulation of the electromagnetic field emitted by the RFID transponder 130.
  • the amplitude modulation is carried out, for example, by switching a load resistor on and off, which is also referred to as load modulation.
  • load modulation At frequencies that are used for RFID communication and are, for example, 13.56 MHz, switching the additional load resistor creates signals of additional frequencies, i.e. so-called subcarrier frequencies. These subcarrier frequencies are used for data transmission between the RFID transponder 130 and the RFID reader 140.
  • the RFID reader 140 includes a bandpass filter for the subcarrier frequencies. By demodulating the signals received by the RFID reader 140, signals or data are generated that can be identified and interpreted as measurement data from the temperature sensor 134 using electronics in the RFID reader 140. In the present embodiment, evaluation electronics for the measurement data from the temperature sensor 134 are therefore integrated into the RFID reader 140.
  • the RFID reader 140 comprises an antenna for sending and receiving the signals described above, a high-frequency reader chip, a microcontroller and an adaptation circuit which comprises, for example, coils and digitally tunable capacitors.
  • the electronics of the RFID reader 140 serve, on the one hand, to regulate the transmission power of the antenna of the RFID reader 140 and to decode the modulated electromagnetic field in order to interpret the signals transmitted by the RFID transponder 130 as data from the temperature sensor 134.
  • the electronics of the RFID reader 140 are also connected to a drive electronics (not shown) of the vacuum pump 100, so that the drive electronics of the vacuum pump 100 can be used to access the RFID reader 140 or the data provided by it.
  • drive electronics not shown
  • known software protocols are used, for example.
  • the RFID transponder 130 is arranged within the range of the RFID reader 140 in order to ensure wireless energy transmission and data communication between the RFID transponder 130 and the RFID reader 140.
  • the distance between the respective antennas of the RFID transponder 130 and the RFID reader 140 is typically in the range of a few millimeters.
  • a pump-specific adaptation of an electrical oscillating circuit of the RFID transponder 130 to a resonance frequency of the RFID communication is required.
  • such an electrical oscillating circuit of the RFID transponder 130 is calibrated taking into account the given distance between the RFID transponder 130 and the RFID reader 140 or between their antennas.
  • the antennas of the RFID transponder 130 and the RFID reader 140 should also have a sufficient axial distance, ie along the rotor axis 112, ie in Fig. 1 in the vertical direction, relative to surfaces of other metallic parts or components of the vacuum pump 110, in order to prevent electromagnetic losses in the material of these components.
  • a sufficient axial distance is, for example, 2 to 3 mm. If such a distance between the antennas of the RFID transponder 130 and the RFID reader 140 relative to metallic components of the vacuum pump 100 is to be undercut, suitable shielding, for example by means of a ferrite layer (not shown), is necessary.
  • the temperature sensor 134 is integrated into the RFID transponder 130, no further components are required to measure the temperature of the rotor 110, ie in addition to the RFID transponder 130 and the RFID reader 140. Since high centrifugal forces occur during operation of the turbomolecular pump 100 due to the high speeds of the rotor 110, the transponder 130 is arranged as close as possible to a rotational axis of the rotor shaft 112 (see also Fig. 2 ), ie radially in the region of the inner diameter of the rotor disk 114, ie as close as possible to this inner diameter.
  • the RFID transponder 130 including its antenna 310 and the temperature sensor 134 is designed as an embedded printed circuit board 300 or embedded PCB board (see also Fig. 2 and 3 ).
  • the components of the RFID transponder 130, including the antenna and the temperature sensor 134, are integrated into the material of the circuit board 300 in order to protect these components, including the antenna 310 and the temperature sensor 134, from the high centrifugal forces.
  • the components of the RFID transponder 130 are applied to a PCB board using standardized manufacturing processes, for example, and reinforced with a suitable potting compound based on a two-component epoxy in order to achieve additional protection against the centrifugal forces that occur through such reinforcement using potting compound.
  • a circuit board substrate and/or antenna substrate is advantageously used which has a suitably high yield strength with corresponding temperature stability at a specified temperature and a specified speed of the rotor 110 of the turbomolecular pump 100.
  • the temperature sensor 134 is designed as a digital temperature sensor, wherein the thermal coupling between the temperature sensor 134 and the rotor shaft 112 can be optimized, for example, by means of a "thermal pad" (i.e. by means of a solder contact for thermal coupling).
  • a copper line in the circuit board 300 of the RFID transponder 130 is guided to a position that has direct contact, for example by means of a metallic contact surface, or indirect contact, for example by means of a contact surface of a screw head when screwing the circuit board of the RFID transponder, with the material of the rotor shaft 112.
  • the temperature sensor 134 can also be implemented by a temperature-sensitive design of the antenna 310 of the RFID transponder 130.
  • other electronic components of the RFID transponder 130 can also have temperature-dependent properties that can be detected in order to determine the temperature of the RFID transponder 130 and thus of the rotor 110 based on these detected properties.
  • the temperature sensor 134 can also be arranged outside the RFID transponder 130.
  • the Temperature sensor 134 can, for example, be arranged at a position where the temperature at the rotor 110 of the turbomolecular pump 100 is expected to be more than 85°C during operation. In such a case, the electronics of the RFID transponder 130 should be arranged at a position on the rotor 110 where the temperature is always less than 85°C.
  • the electronics of the RFID reader 140 are connected via signal lines (not shown) via vacuum feedthroughs of the turbomolecular pump 100 to its drive electronics or control electronics (not shown).
  • the evaluation electronics for the measurement data of the temperature sensor 134 are integrated into the RFID reader 140 in the present embodiment.
  • the evaluation electronics for the data that the RFID reader 140 receives from the RFID transponder 130 can also be integrated into the drive electronics of the turbomolecular pump 100 or into a separate module outside the turbomolecular pump 100.
  • the entire electronics of the RFID reader 140 i.e. not just the evaluation electronics, can be integrated in a controller of the turbomolecular pump 100 and thus be arranged away from the antenna of the RFID reader 140.
  • the antenna of the RFID reader 140 is connected to the electronics integrated in the controller of the turbomolecular pump 100 via a coaxial cable.
  • the length of such a coaxial cable should, however, be as short as possible, and separating the shielding of such a coaxial cable to create a vacuum feedthrough can lead to energy losses.
  • the electronics of the RFID reader 140 are arranged on a common board with the antenna of the RFID reader 140 in the interior of the turbomolecular pump 100, ie within its vacuum area.
  • a coaxial cable is therefore not required in this embodiment. required.
  • the electronics of the RFID reader 140 are controlled via a digital interface, for example 12C or SPI, and the required signal lines are connected to the controller of the turbomolecular pump 100 via a vacuum feedthrough.
  • the components For communication between the RFID transponder 130 and the RFID reader 140, their components, for example their oscillating circuits, are adapted to the frequency for communication between the RFID transponder 130 and the RFID reader 140.
  • the frequencies for such RFID communication are, for example, between 10 and 15 MHz.
  • a frequency range between 800 and 900 MHz or between 2 and 5 GHz (as a UHF system) can be used, for example for using the RFID transponder 130 at high temperatures.
  • the RFID reader 140 supplies the RFID transponder 130 with the integrated temperature sensor 134 with energy at predefined time intervals, for example at a short predefined time interval for every second.
  • predefined time intervals for example at a short predefined time interval for every second.
  • one or more respective measured values of the temperature sensor 134 i.e. measured values of the temperature of the rotor 110, are transmitted from the RFID transponder 130 to the RFID reader 140 by means of the load modulation described above and evaluated by means of the integrated electronics of the RFID reader 140.
  • Fig. 2 shows two perspective views of the section of the vacuum pump or turbomolecular pump 100 according to the invention, which is shown as a sectional view in Fig. 1 and includes the area of the labyrinth seal 116.
  • Fig. 2A shows a bottom view of the rotor disk 114 and the labyrinth hub 122
  • Fig. 2B a top view of the rotor disk 114 and the labyrinth hub 122.
  • the circuit board 300 of the RFID transponder 130 (see also Fig. 3 ) and the circuit board of the RFID reader 140 are designed in a ring shape such that the respective circuit board encloses the rotor shaft 112.
  • the two circuit boards of the RFID transponder 130 and the RFID reader 140 enclose the rotor shaft 112 within the labyrinth seal 116 such that the distance of the respective circuit board relative to the axis of rotation of the rotor shaft 112 is minimized.
  • the centrifugal forces exerted on the components or elements of the RFID transponder 130 during operation of the turbomolecular pump 100 are also minimized when the RFID transponder 130 rotates together with the rotor 110 of the turbomolecular pump 100.
  • the elements or components on the circuit board 300 of the RFID transponder 130, together with the screw connection 132, can cause an additional imbalance of the rotor 110.
  • the elements or components of the RFID transponder 130, including the screw connection 132 are distributed over the circumference of the circuit board of the RFID transponder 130 in such a way that a sum vector of individual imbalances of the components and the antenna of the RFID transponder 130, including the screw connection 132, is minimized in terms of magnitude and is ideally the zero vector.
  • the components or parts of the RFID transponder 130 are to be arranged or distributed over the circumference of the circuit board 300 of the RFID transponder 130 in such a way that the individual imbalances of these components or parts compensate each other.
  • Fig. 3 shows a top view of a respective embodiment of the circuit board 300 of the RFID transponder 130 (cf. Fig. 1 and 2 ) with a respective embodiment of the antenna 310.
  • Fig. 3A shows a first embodiment of the antenna 310, in which individual turns of a conductor track 320 run concentrically and circularly on the circuit board 300. Starting with an outer turn, the diameter of the conductor track 320 decreases with each revolution over the circular Board 300 to the innermost winding.
  • Fig. 3B shows a second embodiment of the antenna 310 with a half-shell-shaped arrangement of conductor tracks 320.
  • a larger shape of the antenna 310 can be achieved compared to the half-shell arrangement of the conductor track 320 of Fig. 3B
  • the maximum of the electromagnetic field emitted by the antenna 310 is in the first embodiment of Fig. 3A
  • the centre of the antenna i.e. in the area of the axis of rotation of the rotor shaft 112 (cf. Fig. 1 and 2 ).
  • the electromagnetic field is created coaxially around the rotor shaft 112. This makes the second embodiment of Fig. 3B less susceptible to interference with the RFID communication between the RFID transponder 130 and the RFID reader 140.
  • Fig. 4 shows an alternative embodiment for the arrangement of the RFID transponder 130 on the rotor 110 of the turbomolecular pump 100 and the RFID reader 140 on the stator 120 of the turbomolecular pump 100, specifically in the region of a magnetic bearing 400.
  • the magnetic bearing 400 is designed as a permanent bearing and comprises two stacks of permanent magnets 410, one of which is arranged on the rotor shaft 112 and another on a pin of a high vacuum star 420 of the stator 120.
  • the RFID transponder 130 is in turn designed as a circuit board in which the components of the RFID transponder 130 are embedded. Furthermore, the RFID transponder 130 or its circuit board is arranged concentrically to the axis of rotation of the rotor shaft 112, so that the axis of rotation of the rotor shaft 112 represents a central axis or axis of symmetry for the RFID transponder 130. This also applies to the RFID reader 140, the components of which are consequently also embedded in a circuit board and which is also symmetrical to the axis of rotation of the Rotor shaft 112 is arranged. The axis of rotation of the rotor shaft 112 thus forms a common central axis or axis of symmetry for both the RFID transponder and the RFID reader 140.
  • the above statements regarding the features of the circuit boards of the RFID transponder 130 and the RFID reader 140 also apply mutatis mutandis to the embodiment of Fig. 4 .
  • the features include, among others, the possibly required shielding of the RFID transponder 130, its armouring with the aid of a potting compound, the cabling including a vacuum feedthrough for the RFID reader 140, the two embodiments of the antennas, which are shown in Fig. 3 and the cyclical energy and data transmission between the RFID transponder 130 and the RFID reader 140.
  • Fig. 5 shows a further embodiment of the vacuum pump or turbomolecular pump 100 according to the invention, in which an RFID communication between the RFID transponder 130 and the RFID reader 140 is provided in a different area of the rotor shaft 112 than in the embodiments of Fig. 1 to 4 .
  • the RFID transponder and the RFID reader are arranged in an area of a drive motor of the vacuum pump, ie in the axial direction along the rotor shaft 112 in an axial area of a Holweck pump stage 500 of the vacuum pump 100 and beyond or below a projection 510 of the rotor shaft 112.
  • the RFID transponder and the RFID reader are arranged either in an area of drive magnets 520 of the rotor shaft 112 or in an area of a balancing ring 530 of the rotor shaft 112.
  • the RFID transponder 130 and the RFID reader 140 are in Fig. 5 not explicitly shown. However, their arrangement is basically the same as in Fig. 4 shown arrangement, except that the RFID transponder 130 and the RFID reader 140 are not attached to radially extending surfaces as in Fig. 4 , but are arranged on axially extending surfaces of the rotor shaft 112 or a corresponding element of a stator (not shown) of the drive motor. Otherwise, the above statements regarding the RFID transponder 130 and the RFID reader 140 also apply analogously to the embodiment of Fig. 5 .
  • the RFID transponder 130 can comprise further sensors or be communicatively connected to such sensors on the rotor shaft 112. Examples of such sensors are gyroscopes or strain gauges.
  • the combination of RFID transponder 130 and RFID reader 140 can be used to determine a coating thickness, for example on the rotor shaft 112, if deposits on components of the turbomolecular pump 100 are to be expected due to the vacuum process or the use of the turbomolecular pump 100. This can be caused, for example, by reactive gases that are conveyed by means of the turbomolecular pump 100. From a predetermined coating thickness or limit thickness, such deposits impair the operation of the turbomolecular pump 100.
  • the power radiated by the RFID reader 140 which is necessary for RFID communication, represents a measure of the coating of the antennas of the RFID transponder 130 and the RFID reader 140 with metals or semiconductor materials.
  • the coating thickness due to deposits in the turbomolecular pump 100, ie, for example, on the rotor shaft 112, can be estimated by recording the power radiated by the RFID reader 140 as a function of time, ie at regular time intervals.
  • the power of the RFID reader 140 required to establish the RFID communication provides information about the existing layer thickness of deposits on the antennas of the RFID transponder 130 and the RFID reader 140 and thus on the rotor shaft 112.
  • the change in the layer thickness of the deposits can be recorded and monitored based on the change in the power required for RFID communication at predetermined time intervals.

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Abstract

Eine Vakuumpumpe umfasst einen Sensor, der an einer ersten Komponente der Vakuumpumpe angeordnet ist und ausgebildet ist, eine physikalische Eigenschaft der ersten Komponente zu messen, und einen RFID-Transponder, der an der ersten Komponente angebracht ist und mit dem Sensor in einer kommunikativen Verbindung steht. Die Vakuumpumpe umfasst ferner ein RFID-Lesegerät, das an einer zweiten Komponente der Vakuumpumpe, die von der ersten Komponente verschieden ist, mit einem derartigen Abstand bezogen auf den RFID-Transponder angebracht ist, dass das RFID-Lesegerät und der RFID-Transponder in einer kommunikativen Verbindung stehen. Ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vakuumpumpe ist ebenfalls beschreiben.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe mit einem Sensor, der an einer Komponente der Vakuumpumpe angeordnet und ausgebildet ist, eine physikalische Eigenschaft dieser Komponente zu messen, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vakuumpumpe.
  • Während des Betriebs einer Vakuumpumpe ist es notwendig, bestimmte physikalische Eigenschaften von Komponenten der Vakuumpumpe zu erfassen. Beispiele solcher Eigenschaften sind die Temperatur eines Rotors der Vakuumpumpe oder dessen Drehzahl. Um beispielsweise das bestmögliche Leistungsverhalten und gleichzeitig die erforderliche Betriebssicherheit bzw. Betriebsfestigkeit der Vakuumpumpe dauerhaft zu erreichen, ist die Erfassung solcher Eigenschaften unerlässlich.
  • Um physikalische oder chemische Eigenschaften von Komponenten der Vakuumpumpe messen zu können, die sich schnell drehen, beispielsweise physikalische oder chemische Eigenschaften einer Rotorwelle, werden häufig kontaktlose Messverfahren verwendet. Zur Messung der Temperatur einer Rotorwelle kann beispielsweise ein Pyrometer mit thermischen oder fotoelektrischen Detektoren eingesetzt werden. Um die Temperatur der Rotorwelle auf zuverlässige Weise zu ermitteln, muss jedoch der Emissionsgrad einer Messoberfläche an der Rotorwelle genau bekannt sein, die mittels des Pyrometers erfasst wird. Außerdem wird meistens angenommen, dass sich ein solcher Messparameter wie der Emissionsgrad der Messoberfläche während des Betriebs der Vakuumpumpe nicht ändert. Diese Annahme ist jedoch unter den spezifischen Betriebsbedingungen der Vakuumpumpe möglicherweise nicht korrekt. Beispielsweise kann aufgrund von Eigenschaften der zu fördernden Gase eine Beschichtung der Oberflächen der Vakuumpumpe auftreten, die den Emissionsgrad der Messoberfläche ändert.
  • Alternativ können zur indirekten Messung der Temperatur des Rotors der Vakuumpumpe Leistungskennlinien verwendet werden, bei denen die Rotortemperatur einer bestimmten Leistungsaufnahme der Vakuumpumpe zugeordnet ist. Darüber hinaus können magnetisch-induktive Messmethoden eingesetzt werden, um die Rotortemperatur indirekt zu messen.
  • Die bekannten kontaktlosen Messmethoden für bestimmte physikalische oder chemische Eigenschaften von Komponenten der Vakuumpumpe erfordern daher meistens bestimmte Annahmen, beispielsweise bezüglich der zeitlichen Konstanz bekannter Messparameter, wie vorstehend erläutert. Darüber hinaus erfordern die bekannten kontaktlosen Messmethoden meist eine spezifische Kalibrierung der Vakuumpumpe, bevor diese ausgeliefert werden kann, was mit erheblichen Kosten verbunden sein kann. Ferner können die bekannten kontaktlosen Messmethoden oberflächenempfindlich sein, und ihre Zuverlässigkeit kann von der jeweiligen Betriebssituation bzw. dem momentanen Lastfall der Vakuumpumpe abhängen.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vakuumpumpe und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen zu schaffen, mit denen eine kontaktlose Messung einer vorgegebenen physikalischen oder chemischen Eigenschaft einer Komponente der Vakuumpumpe auf zuverlässige Weise ohne aufwändige Kalibrierung möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vakuumpumpe und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben.
  • Die Vakuumpumpe umfasst einen Sensor, der an einer ersten Komponente der Vakuumpumpe angeordnet ist und ausgebildet ist, eine physikalische Eigenschaft der ersten Komponente zu messen, und einen RFID-Transponder, der an der ersten Komponente angebracht ist und mit dem Sensor in einer kommunikativen Verbindung steht. Der RFID-Transponder ist eine Einrichtung mit Sender und Empfänger zur Identifikation, welche im Radiofrequenzbereich arbeitet (RFID von Engl.: Radio Frequency Identification). Die Vakuumpumpe umfasst ferner ein RFID-Lesegerät, das an einer zweiten Komponente der Vakuumpumpe, die von der ersten Komponente verschieden ist, mit einem derartigen Abstand bezogen auf den RFID-Transponder angebracht ist, dass das RFID-Lesegerät und der RFID-Transponder in einer kommunikativen Verbindung stehen.
  • Die Vakuumpumpe kann beispielsweise eine Turbomolekularpumpe sein, und die erste Komponente kann beispielsweise ein Rotor einer solchen Turbomolekularpumpe sein. Die erste Komponente kann jedoch auch eine andere, schwer zugängliche Komponente der Vakuumpumpe sein, die nicht rotiert. Der Sensor ist beispielsweise ein Temperatursensor, der an einem Rotor einer Turbomolekularpumpe angebracht ist, oder ein anderer Sensor wie etwa ein Gyroskop oder ein Dehnungsmessstreifen.
  • Der RFID-Transponder und das RFID-Lesegerät bilden ein RFID-System, das einerseits eine Identifikation des RFID-Transponders durchführt, indem beispielsweise auf einem Mikrochip des RFID-Transponders eine eindeutige Kennung gespeichert ist, die mittels eines Abfragesignals des RFID-Lesegeräts sozusagen nach dem Aufwecken des RFID-Transponders abgefragt und an das RFID-Lesegerät gesendet wird. Durch diese Identifikation ist sichergestellt, dass das RFID-Lesegerät mit dem gewünschten RFID-Transponder und mit keiner anderen Einrichtung in einer kommunikativen Verbindung steht.
  • Der RFID-Transponder und der Sensor benötigen vorzugsweise keinen eigenen Energiespeicher wie etwa eine Batterie. Stattdessen kann die Energieversorgung des RFID-Transponders und des Sensors mittels elektromagnetischer Wellen erfolgen, die das RFID-Lesegerät emittiert. Gesendete Signale des RFID-Lesegeräts, beispielsweise das vorstehend genannte Abfragesignal oder weitere Signale, können von dem RFID-Transponder empfangen und gleichgerichtet werden, um den RFID-Transponder und den Sensor mittels eines solchen gleichgerichteten Signals mit Energie zu versorgen.
  • Da der RFID-Transponder und der Sensor beide an der ersten Komponente angebracht sind, beispielsweise an einem Rotor einer Turbomolekularpumpe, und kommunikativ in Verbindung stehen, können Messwerte des Sensors, welche die physikalische Eigenschaft der ersten Komponente repräsentieren, von den Sensor auf den RFID-Transponder und von diesem auf das RFID-Lesegerät übertragen werden, das ebenfalls mit dem RFID-Transponder in kommunikativer Verbindung steht. Das RFID-Lesegerät kann ausgebildet sein, die erfassten Messwerte des Sensors auszuwerten und entsprechende Informationen, z.B. bezüglich der Temperatur eines Rotors der Vakuumpumpe, an eine Steuereinrichtung der Vakuumpumpe weiterzugeben.
  • Die Verwendung des RFID-Transponders und des RFID-Lesegeräts gestattet somit eine drahtlose Übertragung bzw. Erfassung von Messwerten der physikalischen Eigenschaft der ersten Komponente, beispielsweise der Temperatur des Rotors der Turbomolekularpumpe. Eine solche drahtlose Erfassung der Messwerte des Sensors erfordert einen geringen Aufwand, da keine individuelle Kalibrierung des Gesamtsystems beispielsweise vor Auslieferung der Vakuumpumpe erforderlich ist.
  • Außerdem sind keine zusätzlichen Annahmen bezüglich bestimmter Eigenschaften der ersten Komponente erforderlich, wie etwa bezüglich des Emissionsgrads einer Messoberfläche bei einer pyrometrischen Temperaturmessung. Stattdessen kann der Sensor vorab kalibriert und an der ersten Komponente der Vakuumpumpe angeordnet werden, um eine direkte Messung der physikalischen Eigenschaft der ersten Komponente ohne weitere Annahmen durchzuführen. Dies gestattet eine genaue Ermittlung der physikalischen Eigenschaft der ersten Komponente.
  • Der Abstand zwischen dem RFID-Lesegerät und dem RFID-Transponder ist vorzugsweise derart gewählt, dass ein elektrischer Schwingkreis des RFID-Transponders an eine Resonanzfrequenz der RFID-Kommunikation zwischen dem RFID-Lesegerät und dem RFID-Transponder angepasst werden kann. Bei einem zu gro-βen Abstand oder bei Veränderungen der Geometrie zwischen dem RFID-Transponder und dem RFID-Lesegerät ist eine Kommunikation zwischen diesen unter Umständen nicht mehr möglich.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind der RFID-Transponder und das RFID-Lesegerät benachbart zueinander in einem Innenraum der Vakuumpumpe angeordnet. Der Innenraum kann sich innerhalb eines Gehäuses der Vakuumpumpe befinden und außerdem bevorzugt den evakuierten Bereich der Vakuumpumpe umfassen. Das RFID-Lesegerät kann daher mit einer oder mehreren Vakuumdurchführungen in Verbindung stehen, die beispielsweise eine Kommunikation des RFID-Lesegeräts mit einem Steuergerät der Vakuumpumpe und eine Übertragung von Messwerten an dieses ermöglichen. Die Anordnung des RFID-Transponders und des RFID-Lesegeräts in dem Innenraum der Vakuumpumpe ermöglicht eine direkte Erfassung von Messwerten der physikalischen Eigenschaft der ersten Komponente, wenn diese in dem Innenraum der Vakuumpumpe angeordnet und gegebenenfalls von außen, d.h. von außerhalb des Gehäuses der Vakuumpumpe, nicht zugänglich ist.
  • Der Sensor kann in den RFID-Transponder integriert sein. Eine solche Kombination des Sensors mit dem RFID-Transponder benötigt wenig Bauraum und gestattet dadurch eine flexible Anordnung des RFID-Transponders mit integriertem Sensors an der ersten Komponente.
  • Alternativ können der Sensor und der RFID-Transponder voneinander beabstandet an der ersten Komponente angeordnet sein. Wenn der Sensor die Temperatur der ersten Komponente erfasst, beispielsweise die Temperatur eines Rotors der Vakuumpumpe, kann die Temperatur an der ersten Komponente an einer gewünschten Installationsposition des Sensors für den Betrieb des RFID-Transponders zu hoch sein. Wenn der Sensor beispielsweise an einem Rotor einer Turbomolekularpumpe angebracht ist, können an bestimmten Stellen des Rotors Temperaturen größer als 85°C auftreten, bei denen ein Betrieb eines RFID-Transponders mit integriertem Sensor nicht möglich ist. In einem solchen Fall kann lediglich der Sensor an der gewünschten Installationsposition angebracht sein, während der RFID-Transponder an einer Position angebracht sein kann, an der zu hohe Temperaturen für dessen Betrieb nicht zu erwarten sind. Bei der voneinander beabstandeten Anordnung des Sensors und des RFID-Transponders an der ersten Komponente können diese entweder drahtlos oder über Kabel miteinander kommunizieren.
  • Der RFID-Transponder kann ferner als Leiterplatine (PCB-Board) ausgebildet sein, die in die erste Komponente eingebettet ist. Die Komponenten des RFID-Transponders können bei einer solchen Ausführungsform in das Material der Leiterplatine integriert und dadurch beispielsweise vor hohen Fliehkräften geschützt sein, wenn die erste Komponente der Rotor der Vakuumpumpe ist. Die Komponenten des RFID-Transponders können bei einer solchen Ausführung zunächst mittels standardisierter Fertigungsverfahren auf die Leiterplatine aufgebracht und anschließend mit einer geeigneten Vergussmasse, beispielsweise auf Basis eines Zweikomponenten-Epoxids, armiert werden. Dadurch können die Komponenten zusätzlich gegenüber den auftretenden Fliehkräften geschützt werden.
  • Zwischen dem RFID-Transponder und der ersten Komponente kann eine Abschirmung angeordnet sein. Eine solche Abschirmung kann beispielsweise eine Ferritschicht umfassen. Durch die Abschirmung können elektromagnetische Verluste in dem Material der ersten Komponente verhindert werden. Falls keine Abschirmung zwischen dem RFID-Transponder und der ersten Komponente gewünscht ist, kann alternativ ein ausreichender Abstand des RFID-Transponders, beispielsweise in einer axialen Richtung entlang einer Rotorwelle der Vakuumpumpe, von mindestens 2 bis 3 mm bezogen auf metallische Oberflächen innerhalb der Vakuumpumpe vorgesehen sein.
  • Die erste Komponente kann ein rotierendes Element der Vakuumpumpe umfassen, an dem der RFID-Transponder und der Sensor angebracht sind, während die zweite Komponente ein nicht rotierendes Element der Vakuumpumpe umfassen kann, an dem das RFID-Lesegerät angebracht ist. Das rotierende Element kann beispielsweise ein Rotor einer Turbomolekularpumpe sein, während das nicht rotierende Element ein Stator einer solchen Turbomolekularpumpe sein kann. Die Verwendung des RFID-Transponders und des RFID-Lesegeräts zur Übertragung von Messwerten des Sensors gestattet somit eine direkte und kostengünstige Erfassung von Messwerten der physikalischen Eigenschaften des rotierenden Elements bzw. Rotors ohne zusätzliche Aufwände und Annahmen.
  • Bei der Installation des RFID-Transponders an dem rotierenden Element bzw. Rotor kann der RFID-Transponder möglichst nah an einer Drehachse des rotierenden Elements positioniert sein, um die Fliehkräfte zu minimieren, die auf den RFID-Transponder wirken. Zusätzlich kann der RFID-Transponder eine Armierung aufweisen, um den RFID-Transponder zusätzlich vor der Wirkung der Fliehkräfte zu schützen.
  • Elemente oder Bauteile des RFID-Transponders und des Sensors können ferner derart an dem rotierenden Element bzw. Rotor angeordnet sein, dass sich Unwuchten des rotierenden Elements gegenseitig kompensieren. Mit anderen Worten können die Elemente des RFID-Transponders und des Sensors derart über die erste Komponente verteilt sein, dass die Unwucht des rotierenden Elements bzw. Rotors minimiert und im Idealfall gleich Null ist. Eine solche Anordnung verhindert Störungen aufgrund einer Unwucht während des Betriebs der Vakuumpumpe.
  • Der RFID-Transponder kann darüber hinaus mittels einer Verschraubung in das rotierende Element eingefügt sein. Dies kann einen einfachen Austausch des RFID-Transponders gestatten.
  • Das RFID-Lesegerät kann eine integrierte Elektronik aufweisen. Dies kann einen kompakten Aufbau des RFID-Lesegeräts ermöglichen. Durch die integrierte Elektronik kann das RFID-Lesegeräts ferner bereits ausgewertete Daten ausgeben.
  • Alternativ oder zusätzlich kann mindestens eine Elektronikkomponente, die dem RFID-Lesegerät zugeordnet ist, in ein Steuergerät der Vakuumpumpe integriert sein. Dies gestattet einen einfachen Aufbau des RFID-Lesegeräts. Allerdings ist in diesem Fall eine elektrische Verbindung zwischen der Elektronikkomponente und dem RFID-Lesegerät erforderlich, beispielsweise mittels eines Koaxialkabels.
  • Der RFID-Transponder und/oder das RFID-Lesegerät können ferner ausgebildet sein, ein Messsignal des Sensors mittels einer Lastmodulation von dem RFID-Transponder auf das RFID-Lesegerät zu übertragen. Eine solche Lastmodulation umfasst das Einschalten und Ausschalten eines Lastwiderstands des RFID-Transponders und/oder des RFID-Lesegeräts, um eine Amplitudenmodulation zu erreichen.
  • Mittels der Lastmodulation bzw. des Schaltens des Lastwiderstands kann ein moduliertes Signal bei Hilfsträgerfrequenzen erzeugt werden, d.h. bei Frequenzen außerhalb der Frequenzbänder, die üblicherweise für die RFID-Kommunikation vorgesehen sind. Das RFID-Lesegerät kann ein Bandpassfilter für solche Hilfsträgerfrequenzen aufweisen, bei denen der RFID-Transponder das Messsignal des Sensors überträgt, beispielsweise mittels der Amplituden- bzw. Lastmodulation. Durch ein solches Bandpassfilter wird sichergestellt, dass das gewünschte Messsignal und keine Störsignale mittels des RFID-Lesegeräts empfangen werden.
  • Ferner können das RFID-Lesegerät und der RFID-Transponder jeweils eine Antenne aufweisen, die konzentrisch kreisförmig ausgebildet sein kann oder eine Halbschalenform aufweisen kann. Solche Antennenformen können eine sichere Datenübertragung zwischen dem RFID-Transponder und dem RFID-Lesegerät auch dann sicherstellen, wenn die erste Komponente mit dem RFID-Transponder bezogen auf die zweite Komponente mit dem RFID-Lesegerät schnell rotiert.
  • Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Messen einer physikalischen Eigenschaft einer ersten Komponente in einer Vakuumpumpe, die einen Sensor aufweist, der an der erste Komponente angebracht ist. Gemäß dem Verfahren sendet ein RFID-Lesegerät, das an einer zweiten Komponente der Vakuumpumpe angebracht ist, die von der ersten Komponente verschieden ist, ein Signal an einen RFID-Transponder, der an der ersten Komponente angebracht ist und mit dem Sensor in einer kommunikativen Verbindung steht. Das Signal des RFID-Lesegeräts wird von dem RFID-Transponder empfangen, um den RFID-Transponder und den Sensor mit Energie zu versorgen. Mittels des Sensors wird mindestens ein Messwert der physikalischen Eigenschaft der ersten Komponente erfasst und von dem Sensor zu dem RFID-Transponder übertragen. Anschließend wird der mindestens eine Messwert mittels einer Lastmodulation in dem RFID-Transponder und/oder in dem RFID-Lesegerät von dem RFID-Transponder zu dem RFID-Lesegerät übertragen. Das RFID-Lesegerät kann den Messwert anschließend auswerten.
  • Das Verfahren ist folglich für den Betrieb der vorstehend beschriebenen Vakuumpumpe vorgesehen, um während dieses Betriebs die physikalische Eigenschaft der ersten Komponente, beispielsweise die Temperatur eines Rotors der Vakuumpumpe, zu messen. Daher gelten für das Verfahren die vorstehenden Ausführungen zu der Vakuumpumpe entsprechend, und dies gilt insbesondere hinsichtlich der Vorteile und der bevorzugten Ausführungsformen. Ferner versteht es sich, dass sämtliche hierin genannten Merkmale miteinander kombinierbar sind, sofern nicht explizit etwas Gegenteiliges angegeben ist.
  • Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen, jeweils schematisch:
    • Fig. 1
    eine Schnittansicht eines Abschnitts einer erfindungsgemä-βen Vakuumpumpe, in welchem ein RFID-Transponder und ein RFID-Lesegerät angeordnet sind,
    Fig. 2
    perspektivische Ansichten der Anordnung von Fig. 1,
    Fig. 3
    zwei Ausführungen von Antennen für den RFID-Transponder und das RFID-Lesegerät von Fig. 1 und 2,
    Fig. 4
    eine Schnittansicht eines anderen Abschnitts einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe, in welchem ein RFID-Transponder und ein RFID-Lesegerät angeordnet sind, und
    Fig. 5
    eine Schnittansicht eines weiteren Abschnitts einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe mit RFID-Transponder und ein RFID-Lesegerät.
  • Fig. 1 zeigt schematisch einen Abschnitt einer Vakuumpumpe 100, die als Turbomolekularpumpe ausgebildet ist. Die Turbomolekularpumpe 100 umfasst einen Rotor 110 mit einer Rotorwelle 112 und mehreren Rotorscheiben, von denen eine Rotorscheibe 114 im Bereich einer Labyrinth-Dichtung 116 in Fig. 1 gezeigt ist.
  • Ferner umfasst die Turbomolekularpumpe 110 einen Stator 120, von dem in Fig. 1 jedoch lediglich eine Labyrinth-Nabe 122 dargestellt ist. Die Oberseite der Labyrinth-Nabe 122 und die Unterseite der dargestellten Rotorscheibe 114 bilden zusammen die Labyrinth-Dichtung 116.
  • Im Betrieb der Turbomolekularpumpe 100 dreht sich der Rotor 110 sehr schnell gegenüber dem Stator 120, beispielsweise mit einer Drehzahl von mehreren 10.000 Umdrehungen pro Minute. Die Rotornabe 112 und die Rotorscheibe 114 gehören somit zu den drehenden Komponenten der Vakuumpumpe bzw. Turbomolekularpumpe 100, während der Stator 120 mit der Labyrinth-Nabe 122 zu den nicht drehenden Komponenten der Turbomolekularpumpe 100 gehört.
  • Im Betrieb der Turbomolekularpumpe 100 ist es beispielsweise zum Sicherstellen einer dauerhaften Betriebsfestigkeit erforderlich, physikalische oder chemische Eigenschaften von Komponenten der Turbomolekularpumpe 100 zu erfassen bzw. zu messen. Zu diesen Eigenschaften gehört beispielsweise die Temperatur des Rotors 110.
  • Um die Temperatur des Rotors 110 zu erfassen bzw. zu messen, umfasst die Turbomolekularpumpe 110 einen RFID-Transponder 130, der mittels einer Verschraubung 132 an der Rotorscheibe 114 angebracht ist. Der RFID-Transponder 130 wird auch als RFID-Tag bezeichnet. In den RFID-Transponder 130 ist ein Temperatursensor 134 integriert. Das Gegenstück zu dem RFID-Transponder bildet ein RFID-Lesegerät 140, das an der Labyrinth-Nabe 122 des Stators 120 angebracht ist, beispielsweise mittels einer Verschraubung oder durch Verkleben.
  • Der RFID-Transponder 130 und das RFID-Lesegerät 140 bilden zusammen ein RFID-System, d.h. ein System zur Identifikation, das im Radiofrequenzbereich arbeitet (RFID von Engl.: Radio Frequency Identification). Der RFID-Transponder 130 weist einen Mikrochip auf, auf dem eine eindeutige Kennung gespeichert ist. Ferner ist der RFID-Transponder 130 eine passive Einrichtung, die keinen Energiespeicher wie etwa eine Batterie umfasst. Dies bedeutet, dass der Temperatursensor 134 ebenfalls keine eigene Energiequelle aufweist. Stattdessen erfolgt die Energieversorgung des RFID-Transponders 130 und des Temperatursensors 134 mittels des RFID-Lesegeräts 140, d.h. mittels elektromagnetischer Wellen, die das RFID-Lesegerät 140 emittiert.
  • Genauer gesagt sendet das RFID-Lesegerät 140 mittels einer Antenne, die nachstehend näher beschrieben ist, ein Abfragesignal in Richtung des RFID-Transponders 130. Das Abfragesignal wird mittels einer Antenne des RFID-Transponders 130 empfangen und dient einerseits zum Aktivieren bzw. "Aufwecken" des RFID-Transponders 130. Ferner werden das Abfragesignal und/oder weitere Signale des RFID-Lesegeräts 140 mittels eines Gleichrichters des RFID-Transponders 130 in Signale zur Energieversorgung sowohl des RFID-Transponders 130 als auch des integrierten Temperatursensors 134 umgewandelt.
  • Außerdem wird das Abfragesignal des RFID-Lesegeräts 140 von der Elektronik des RFID-Transponders 130 ausgelesen, um in Ansprechen auf dieses Signal ein Signal mit der eindeutigen Kennung des RFID-Transponders 130 an das RFID-Lesegerät 140 zurückzusenden. Dadurch wird sichergestellt, dass eine korrekte Kommunikation zwischen dem RFID-Transponders 130 und dem RFID-Lesegerät 140 erfolgt und von diesem keine Signale anderer Einrichtungen bzw. Störsignale empfangen werden.
  • Mittels des Mikrochips des RFID-Transponders 130 werden Messwerte bzw. Daten des integrierten Temperatursensors 134 erfasst. Der RFID-Transponder 130 umfasst neben dem Temperatursensor 134 auf seinem Mikrochip einen MikroController und einen Spannungsregler, die auf einer gemeinsamen Platine 300 (vgl. Fig. 3) montiert bzw. zusammen mit einer Antenne 310 in diese integriert sind.
  • Die erfassten Messwerte bzw. Daten des Temperatursensors 134 werden über eine Amplitudenmodulation des von dem RFID-Transponder 130 emittierten elektromagnetischen Feldes an das RFID-Lesegerät 140 übertragen. Die Amplitudenmodulation erfolgt beispielsweise durch Ein- und Ausschalten eines Lastwiderstands, was auch als Lastmodulation bezeichnet wird. Bei Frequenzen, die zur RFID-Kommunikation verwendet werden und beispielsweise 13,56 MHz betragen, entstehen durch das Schalten des zusätzlichen Lastwiderstands Signale weitere Frequenzen, d.h. sogenannte Hilfsträgerfrequenzen. Diese Hilfsträgerfrequenzen werden zur Datenübertragung zwischen dem RFID-Transponder 130 und dem RFID-Lesegerät 140 genutzt.
  • Das RFID-Lesegerät 140 umfasst ein Bandpassfilter für die Hilfsträgerfrequenzen. Mittels einer Demodulation der Signale, die von dem RFID-Lesegerät 140 empfangen werden, werden Signale bzw. Daten erzeugt, die mittels einer Elektronik des RFID-Lesegeräts 140 als Messdaten des Temperatursensors 134 identifiziert und interpretiert werden können. Eine Auswerteelektronik für die Messdaten des Temperatursensors 134 ist folglich bei der vorliegenden Ausführungsform in das RFID-Lesegerät 140 integriert.
  • Im Einzelnen umfasst das RFID-Lesegerät 140 neben einer Antenne zum Senden und Empfangen der vorstehend beschriebenen Signale einen Hochfrequenz-Reader-Chip, einen Mikrocontroller und eine Anpassungsschaltung, die beispielsweise Spulen und digital durchstimmbare Kondensatoren umfasst. Die Elektronik des RFID-Lesegeräts 140 dient einerseits zur Regelung der Sendeleistung der Antenne des RFID-Lesegeräts 140 und zum Decodieren des modulierten elektromagnetischen Feldes, um dadurch die von dem RFID-Transponder 130 übertragenen Signale als Daten des Temperatursensors 134 zu interpretieren.
  • Die Elektronik des RFID-Lesegeräts 140 ist darüber hinaus mit einer nicht dargestellten Antriebselektronik der Vakuumpumpe 100 verbunden, so dass mittels der Antriebselektronik der Vakuumpumpe 100 ein Zugriff auf das RFID-Lesegerät 140 bzw. die von diesem bereitgestellten Daten erfolgen kann. Für eine solche Kommunikation zwischen der Antriebselektronik der Vakuumpumpe und dem RFID-Lesegerät 140 werden beispielsweise bekannte Softwareprotokolle verwendet.
  • Der RFID-Transponder 130 ist innerhalb der Reichweite des RFID-Lesegeräts 140 angeordnet, um eine drahtlose Energieübertragung und Datenkommunikation zwischen dem RFID-Transponder 130 und dem RFID-Lesegerät 140 zu gewährleisten. Der Abstand der jeweiligen Antennen des RFID-Transponders 130 und des RFID-Lesegeräts 140 liegt typischerweise im Bereich einiger Millimeter. Bei der Ausgestaltung der Antenne 310 (vgl. Fig. 3) des RFID-Transponders 130 ist eine pumpenspezifische Anpassung eines elektrischen Schwingkreises des RFID-Transponders 130 an eine Resonanzfrequenz der RFID-Kommunikation erforderlich. Mit anderen Worten wird ein solcher elektrischer Schwingkreis des RFID-Transponders 130 unter Berücksichtigung des gegebenen Abstands zwischen dem RFID-Transponder 130 und dem RFID-Lesegerät 140 bzw. zwischen deren Antennen kalibriert.
  • Die Antennen des RFID-Transponders 130 und des RFID-Lesegeräts 140 sollten außerdem einen ausreichenden axialen Abstand, d.h. entlang der Rotorachse 112, d.h. in Fig. 1 in vertikaler Richtung, bezogen auf Oberflächen anderer metallischer Bauteile bzw. Komponenten der Vakuumpumpe 110 aufweisen, um elektromagnetische Verluste in dem Material dieser Komponenten zu verhindern. Ein solcher ausreichender axialer Abstand beträgt beispielsweise 2 bis 3 mm. Wenn ein solcher Abstand zwischen den Antennen des RFID-Transponders 130 und des RFID-Lesegeräts 140 bezogen auf metallische Komponenten der Vakuumpumpe 100 unterschritten werden soll, ist eine geeignete Abschirmung beispielsweise mittels einer Ferritschicht (nicht dargestellt) notwendig.
  • Da der Temperatursensor 134 in den RFID-Transponder 130 integriert ist, sind zur Messung der Temperatur des Rotors 110 keine weiteren Komponenten erforderlich, d.h. zusätzlich zu dem RFID-Transponder 130 und dem RFID-Lesegerät 140. Da während des Betriebs der Turbomolekularpumpe 100 aufgrund der hohen Drehzahlen des Rotors 110 hohe Fliehkräfte auftreten, ist der Transponder 130 möglichst nah an einer Drehachse der Rotorwelle 112 angeordnet (vgl. auch Fig. 2), d.h. radial im Bereich des Innendurchmessers der Rotorscheibe 114, d.h. möglichst nahe an diesem Innendurchmesser.
  • Um den Transponder 130 einschließlich des integrierten Temperatursensors 134 zusätzlich gegenüber den im Betrieb der Turbomolekularpumpe 100 auftretenden Fliehkräften zu schützen, ist der RFID-Transponder 130 einschließlich seiner Antenne 310 und des Temperatursensors 134 als eingebettete Leiterplatine 300 bzw. Embedded PCB-Board ausgestaltet (vgl. auch Fig. 2 und 3). Die Komponenten des RFID-Transponders 130 einschließlich der Antenne und des Temperatursensors 134 sind hierbei in das Material der Platine 300 eingebunden, um diese Komponenten einschließlich der Antenne 310 und des Temperatursensors 134 gegenüber den hohen Fliehkräften zu schützen.
  • Die Komponenten des RFID-Transponders 130 werden beispielsweise mittels standardisierter Fertigungsverfahren auf ein PCB-Board aufgebracht und mit einer geeigneten Vergussmasse auf Basis eines Zweikomponenten-Epoxids armiert, um durch eine solche Armierung mittels Vergussmasse eine zusätzliche Sicherung gegenüber den auftretenden Fliehkräften zu erreichen. Außerdem wird vorteilhafterweise ein Platinensubstrat und/oder Antennensubstrat verwendet, das bei einer vorgesehenen Temperatur und einer vorgesehenen Drehzahl des Rotors 110 der Turbomolekularpumpe 100 eine geeignet hohe Streckgrenze mit entsprechender Temperaturstabilität aufweist.
  • Der Temperatursensor 134 ist als digitaler Temperatursensor ausgestaltet, wobei die thermische Kopplung zwischen dem Temperatursensor 134 und der Rotorwelle 112 beispielsweise mittels eines "Thermal Pads" (d.h. mittels eines Lötkontakts zur thermischen Kopplung) optimiert werden kann. Bei einer solchen Optimierung wird eine Kupferleitung in der Leiterplatte 300 des RFID-Transponders 130 an eine Position geführt, die einen direkten Kontakt, beispielsweise mittels einer metallischen Auflagefläche, oder einen indirekten Kontakt, beispielsweise mittels einer Auflagefläche eines Schraubenkopfs bei einer Verschraubung der Platine des RFID-Transponders, mit dem Material der Rotorwelle 112 aufweist.
  • Neben einer solchen Ausgestaltung mit bereits integriertem Temperatursensor 134 kann der Temperatursensor 134 auch durch eine temperatursensitive Ausgestaltung der Antenne 310 des RFID-Transponders 130 realisiert werden. Alternativ oder zusätzlich können auch weitere elektronische Bauteile des RFID-Transponders 130 temperaturabhängige Eigenschaften aufweisen, die erfasst werden können, um anhand dieser erfassten Eigenschaften die Temperatur des RFID-Transponders 130 und damit des Rotors 110 zu ermitteln.
  • Bei einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann der Temperatursensor 134 auch außerhalb des RFID-Transponders 130 angeordnet sein. Der Temperatursensor 134 kann beispielsweise an einer Position angeordnet sein, von der zu erwarten ist, dass die Temperatur während des Betriebs der Turbomolekularpumpe 100 an deren Rotor 110 mehr als 85°C beträgt. In einem solchen Fall sollte die Elektronik des RFID-Transponders 130 an einer Position an dem Rotor 110 angeordnet werden, an der die Temperatur stets geringer als 85°C ist.
  • Die Elektronik des RFID-Lesegeräts 140 ist über Signalleitungen (nicht dargestellt) über Vakuumdurchführungen der Turbomolekularpumpe 100 mit deren Antriebselektronik bzw. Steuerelektronik (nicht dargestellt) verbunden. Wie vorstehend erläutert, ist die Auswerteelektronik für die Messdaten des Temperatursensors 134 bei der vorliegenden Ausführungsform in das RFID-Lesegerät 140 integriert. Alternativ kann die Auswerteelektronik für die Daten, die das RFID-Lesegerät 140 von dem RFID-Transponder 130 empfängt, jedoch auch in die Antriebselektronik der Turbomolekularpumpe 100 oder in ein separates Modul außerhalb der Turbomolekularpumpe 100 integriert sein.
  • Ferner kann auch die gesamte Elektronik des RFID-Lesegeräts 140, d.h. nicht nur die Auswerteelektronik, in einem Controller der Turbomolekularpumpe 100 integriert werden und damit entfernt von der Antenne des RFID-Lesegeräts 140 angeordnet sein. In einem solchen Fall ist die Antenne des RFID-Lesegeräts 140 mit der in den Controller der Turbomolekularpumpe 100 integrierten Elektronik über ein Koaxialkabel verbunden. Die Länge eines solchen Koaxialkabels sollte jedoch möglichst gering sein, und eine Auftrennung einer Abschirmung eines solchen Koaxialkabels zum Herstellen einer Vakuumdurchführung kann zu Energieverlusten führen.
  • Daher ist im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 die Elektronik des RFID-Lesegeräts 140 auf einer gemeinsamen Platine mit der Antenne des RFID-Lesegeräts 140 im Innenraum der Turbomolekularpumpe 100 angeordnet, d.h. innerhalb deren Vakuumbereich. Ein Koaxialkabel ist folglich bei dieser Ausführungsform nicht erforderlich. Die Elektronik des RFID-Lesegeräts 140 wird über eine digitale Schnittstelle angesteuert, beispielsweise 12C oder SPI, und die erforderlichen Signalleitungen sind über eine Vakuumdurchführung mit dem Controller der Turbomolekularpumpe 100 verbunden.
  • Zur Kommunikation zwischen dem RFID-Transponder 130 und dem RFID-Lesegerät 140 sind deren Komponenten, beispielsweise deren Schwingkreise, an die Frequenz zur Kommunikation zwischen dem RFID-Transponder 130 und dem RFID-Lesegerät 140 angepasst. Die Frequenzen für eine solche RFID-Kommunikation liegen beispielsweise zwischen 10 und 15 MHz. Alternativ kann auch ein Frequenzbereich zwischen 800 und 900 MHz oder zwischen 2 und 5 GHz (als UHF-System) verwendet werden, beispielsweise für eine Verwendung des RFID-Transponders 130 bei hohen Temperaturen.
  • Im Betrieb der Turbomolekularpumpe 100 versorgt das RFID-Lesegerät 140 den RFID-Transponder 130 mit dem integrierten Temperatursensor 134 in vordefinierten Zeitintervallen mit Energie, beispielsweise in einem kurzen vordefinierten Zeitintervall für jede Sekunde. Innerhalb eines solchen Zeitintervalls werden ein oder mehrere jeweilige Messwerte des Temperatursensors 134, d.h. Messwerte der Temperatur des Rotors 110, mittels der vorstehend beschriebenen Lastmodulation von dem RFID-Transponder 130 auf das RFID-Lesegerät 140 übertragen und mittels der integrierten Elektronik des RFID-Lesegeräts 140 ausgewertet.
  • Fig. 2 zeigt zwei perspektivische Ansichten des Abschnitts der erfindungsgemä-ßen Vakuumpumpe bzw. Turbomolekularpumpe 100, der als Schnittansicht in Fig. 1 dargestellt ist und den Bereich der Labyrinth-Dichtung 116 umfasst. Fig. 2A zeigt eine Ansicht von unten auf die Rotorscheibe 114 und die Labyrinth-Nabe 122, während Fig. 2B eine Ansicht von oben auf die Rotorscheibe 114 und die Labyrinth-Nabe 122 zeigt.
  • Wie man erkennen kann, sind die Platine 300 des RFID-Transponders 130 (vgl. auch Fig. 3) und die Platine des RFID-Lesegeräts 140 derart ringförmig ausgebildet, dass die jeweilige Platine die Rotorwelle 112 umschließt. Die beiden Platinen des RFID-Transponders 130 und des RFID-Lesegeräts 140 umschließen die Rotorwelle 112 innerhalb der Labyrinth-Dichtung 116 derart, dass der Abstand der jeweiligen Platine bezogen auf die Drehachse der Rotorwelle 112 minimiert ist. Dadurch werden die Fliehkräfte, die während des Betriebs der Turbomolekularpumpe 100 auf die Komponenten bzw. Elemente des RFID-Transponders 130 ausgeübt werden, ebenfalls minimiert, wenn sich der RFID-Transponder 130 zusammen mit dem Rotor 110 der Turbomolekularpumpe 100 dreht.
  • Die Elemente bzw. Bauteile auf der Platine 300 des RFID-Transponders 130 können zusammen mit der Verschraubung 132 eine zusätzliche Unwucht des Rotors 110 hervorrufen. Um eine solche zusätzliche Unwucht zu minimieren, werden die Elemente bzw. Bauteile des RFID-Transponders 130 einschließlich der Verschraubung 132 derart über den Umfang der Platine des RFID-Transponders 130 verteilt, dass ein Summenvektor von Einzelunwuchten der Bauteile und der Antenne des RFID-Transponders 130 einschließlich der Verschraubung 132 bezüglich des Betrags minimiert und im Idealfall der Nullvektor ist. Mit anderen Worten sind die Komponenten bzw. Bauteile des RFID-Transponders 130 einschließlich der Antenne und der Verschraubung 132 derart über den Umfang der Platine 300 des RFID-Transponders 130 anzuordnen bzw. zu verteilen, dass sich die Einzelunwuchten dieser Komponenten bzw. Bauteile gegenseitig kompensieren.
  • Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine jeweilige Ausführungsform der Platine 300 des RFID-Transponders 130 (vgl. Fig. 1 und 2) mit einer jeweiligen Ausführungsform der Antenne 310. Fig. 3A zeigt eine erste Ausführungsform der Antenne 310, bei der einzelne Windungen einer Leiterbahn 320 konzentrisch und kreisförmig auf der Platine 300 verlaufen. Beginnend mit einer äußeren Windung verringert sich der Durchmesser der Leiterbahn 320 bei jedem Umlauf über die kreisförmige Platine 300 bis zur innersten Windung. Fig. 3B zeigt hingegen eine zweite Ausführungsform der Antenne 310 mit einer halbschalenförmigen Anordnung von Leiterbahnen 320.
  • Mittels der konzentrischen Anordnung der Leiterbahn 320 von Fig. 3A lässt sich eine größere Form der Antenne 310 im Vergleich zur halbschalenförmigen Anordnung der Leiterbahn 320 von Fig. 3B realisieren. Das Maximum des elektromagnetischen Feldes, das die Antenne 310 emittiert, liegt bei der ersten Ausführungsform von Fig. 3A jedoch im Zentrum der Antenne, d.h. im Bereich der Drehachse der Rotorwelle 112 (vgl. Fig. 1 und 2). Bei der Halbschalenform der Leiterbahn 320 von Fig. 3B entsteht das elektromagnetische Feld hingegen koaxial um die Rotorwelle 112 herum. Dadurch ist die zweite Ausführungsform von Fig. 3B weniger anfällig gegenüber Störungen bei der RFID-Kommunikation zwischen dem RFID-Transponder 130 und dem RFID-Lesegerät 140.
  • Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform für die Anordnung des RFID-Transponders 130 an dem Rotor 110 der Turbomolekularpumpe 100 und des RFID-Lesegeräts 140 an dem Stator 120 der Turbomolekularpumpe 100, und zwar im Bereich einer magnetischen Lagerung 400. Die magnetische Lagerung 400 ist als Permanentlager ausgebildet und umfasst zwei Stapel von Permanentmagneten 410, von denen einer an der Rotorwelle 112 und ein weiterer an einem Zapfen eines Hochvakuumsterns 420 des Stators 120 angeordnet ist.
  • Der RFID-Transponder 130 ist wiederum als Platine ausgebildet, in welche die Komponenten des RFID-Transponders 130 eingebettet sind. Ferner ist der RFID-Transponder 130 bzw. dessen Platine konzentrisch zu der Drehachse der Rotorwelle 112 angeordnet, so dass die Drehachse der Rotorwelle 112 eine Mittelachse bzw. Symmetrieachse für den RFID-Transponder 130 darstellt. Dies gilt ebenso für das RFID-Lesegerät 140, dessen Komponenten folglich ebenfalls in eine Platine eingebettet sind und das ebenso symmetrisch zu der Drehachse der Rotorwelle 112 angeordnet ist. Die Drehachse der Rotorwelle 112 bildet folglich eine gemeinsame Mittelachse bzw. Symmetrieachse sowohl für den RFID-Transponder als auch für das RFID-Lesegerät 140.
  • Darüber hinaus gelten die vorstehenden Ausführungen bezüglich der Merkmale der Platinen des RFID-Transponders 130 und des RFID-Lesegeräts 140 sinngemäß ebenso für die Ausführungsform von Fig. 4. Die Merkmale umfassen unter anderem die möglicherweise erforderliche Abschirmung des RFID-Transponders 130, dessen Armierung mit Hilfe einer Vergussmasse, die Verkabelung einschließlich einer Vakuumdurchführung für das RFID-Lesegerät 140, die beiden Ausführungsformen der Antennen, die in Fig. 3 dargestellt sind, und die zyklische Energie- und Datenübertragung zwischen dem RFID-Transponder 130 und dem RFID-Lesegerät 140.
  • Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe bzw. Turbomolekularpumpe 100, bei der eine RFID-Kommunikation zwischen dem RFID-Transponder 130 und dem RFID-Lesegerät 140 in einem anderen Bereich der Rotorwelle 112 vorgesehen ist als bei den Ausführungsformen von Fig. 1 bis 4. Bei der Ausführungsform von Fig. 5 sind der RFID-Transponder und das RFID-Lesegerät in einem Bereich eines Antriebsmotors der Vakuumpumpe angeordnet, d.h. in axialer Richtung entlang der Rotorwelle 112 in einem axialen Bereich einer Holweck-Pumpstufe 500 der Vakuumpumpe 100 und jenseits bzw. unterhalb eines Vorsprungs 510 der Rotorwelle 112. Im Detail sind der RFID-Transponder und das RFID-Lesegerät entweder in einem Bereich von Antriebsmagneten 520 der Rotorwelle 112 oder in einem Bereich eines Wuchtrings 530 der Rotorwelle 112 angeordnet.
  • Der Übersichtlichkeit halber sind der RFID-Transponder 130 und das RFID-Lesegerät 140 in Fig. 5 nicht explizit dargestellt. Ihre Anordnung ist jedoch grundsätzlich der in Fig. 4 gezeigten Anordnung ähnlich, außer dass der RFID-Transponder 130 und das RFID-Lesegerät 140 nicht an radial verlaufenden Flächen wie in Fig. 4, sondern an axial verlaufenden Flächen der Rotorwelle 112 bzw. eines entsprechenden Elements eines Stators (nicht dargestellt) des Antriebsmotors angeordnet sind. Ansonsten gelten die vorstehenden Ausführungen bezüglich des RFID-Transponders 130 und des RFID-Lesegeräts 140 sinngemäß wiederum auch für die Ausführungsform von Fig. 5.
  • Zusätzlich zu dem Temperatursensor 134 (vgl. Fig. 1) kann der RFID-Transponder 130 weitere Sensoren umfassen bzw. mit solchen Sensoren an der Rotorwelle 112 kommunikativ in Verbindung stehen. Beispiele solcher Sensoren sind Gyroskope oder Dehnungsmessstreifen.
  • Darüber hinaus kann die Kombination aus RFID-Transponder 130 und RFID-Lesegerät 140 verwendet werden, um eine Beschichtungsdicke beispielsweise an der Rotorwelle 112 zu ermitteln, falls aufgrund des Vakuumprozesses bzw. der Verwendung der Turbomolekularpumpe 100 Ablagerungen an Komponenten der Turbomolekularpumpe 100 zu erwarten sind. Dies kann beispielsweise durch reaktive Gase bedingt sein, die mittels der Turbomolekularpumpe 100 gefördert werden. Ab einer vorbestimmten Beschichtungsdicke oder Grenzdicke beeinträchtigen solche Ablagerungen den Betrieb der Turbomolekularpumpe 100.
  • Die von dem RFID-Lesegerät 140 abgestrahlte Leistung, die für die RFID-Kommunikation notwendig ist, stellt ein Maß für die Beschichtung der Antennen des RFID-Transponders 130 und des RFID-Lesegeräts 140 mit Metallen oder Halbleitermaterialien dar. Die Beschichtungsdicke aufgrund von Ablagerungen in der Turbomolekularpumpe 100, d.h. beispielsweise an der Rotorwelle 112, kann geschätzt werden, indem die von dem RFID-Lesegerät 140 abgestrahlte Leistung als Funktion der Zeit erfasst wird, d.h. in regelmäßigen Zeitintervallen.
  • Mit anderen Worten gibt die zum Aufbau der RFID-Kommunikation erforderliche Leistung des RFID-Lesegeräts 140 Aufschluss über die bereits vorhandene Schichtdicke von Ablagerungen an den Antennen des RFID-Transponders 130 und des RFID-Lesegeräts 140 und damit an der Rotorwelle 112. Alternativ kann lediglich die Veränderung der Schichtdicke der Ablagerungen anhand der Änderung der zur RFID-Kommunikation erforderlichen Leistung in vorbestimmten Zeitintervallen erfasst und überwacht werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 100
    Vakuumpumpe bzw. Turbomolekularpumpe
    110
    Rotor
    112
    Rotorwelle
    114
    Rotorscheibe im Bereich einer Labyrinth-Dichtung
    116
    Labyrinth-Dichtung
    120
    Stator
    122
    Labyrinth-Nabe
    130
    RFID-Transponder
    132
    Verschraubung
    134
    Temperatursensor
    140
    RFID-Lesegerät
    300
    Platine des RFID-Transponders
    310
    Antenne des RFID-Transponders
    320
    Leiterbahn der Antenne
    400
    Magnetlager
    410
    Permanentmagnet
    420
    Hochvakuumstern
    500
    Holweck-Pumpstufe
    510
    Vorsprung der Rotorwelle
    520
    Antriebsmagnet
    530
    Wuchtring

Claims (15)

  1. Vakuumpumpe (100), umfassend:
    einen Sensor (134), der an einer ersten Komponente (110) der Vakuumpumpe (100) angeordnet ist und ausgebildet ist, eine physikalische Eigenschaft der ersten Komponente (110) zu messen,
    einen RFID-Transponder (130), der an der ersten Komponente (110) angebracht ist und mit dem Sensor (134) in einer kommunikativen Verbindung steht, und
    ein RFID-Lesegerät (140), das an einer zweiten Komponente (120) der Vakuumpumpe (100) mit einem derartigen Abstand bezogen auf den RFID-Transponder (130) angebracht ist, dass das RFID-Lesegerät (140) und der RFID-Transponder (130) in einer kommunikativen Verbindung stehen.
  2. Vakuumpumpe (100) nach Anspruch 1, wobei
    der RFID-Transponder (130) und das RFID-Lesegerät (140) benachbart zueinander in einem Innenraum der Vakuumpumpe (100) angeordnet sind.
  3. Vakuumpumpe (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei
    der Sensor (134) in den RFID-Transponder (130) integriert ist.
  4. Vakuumpumpe (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei
    der Sensor (134) und der RFID-Transponder (130) voneinander beabstandet angeordnet sind.
  5. Vakuumpumpe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei
    der RFID-Transponder (130) als eine in die erste Komponente (110) eingebettete Leiterplatine (300) ausgebildet ist.
  6. Vakuumpumpe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei
    eine Abschirmung zwischen dem RFID-Transponder (130) und der ersten Komponente (110) angeordnet ist.
  7. Vakuumpumpe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei
    die erste Komponente (110) ein rotierendes Element der Vakuumpumpe (100) umfasst, an dem der RFID-Transponder (130) und der Sensor (134) angebracht sind, und
    die zweite Komponente (120) ein nicht rotierendes Element der Vakuumpumpe (100) umfasst, an dem das RFID-Lesegerät (140) angeordnet ist.
  8. Vakuumpumpe (100) nach Anspruch 7, wobei
    der RFID-Transponder (130) eine Armierung aufweist.
  9. Vakuumpumpe (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei
    Elemente des RFID-Transponders (130) und des Sensors (134) derart an dem rotierenden Element (110) angeordnet sind, dass sich Unwuchten des rotierenden Elements (110) gegenseitig kompensieren.
  10. Vakuumpumpe (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei
    der RFID-Transponder (130) mittels einer Verschraubung in das rotierende Element (110) eingefügt ist.
  11. Vakuumpumpe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei
    das RFID-Lesegerät (140) eine integrierte Elektronik aufweist.
  12. Vakuumpumpe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei mindestens eine Elektronikkomponente, die dem RFID-Lesegerät (140) zugeordnet ist, in ein Steuergerät der Vakuumpumpe (100) integriert sind.
  13. Vakuumpumpe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei
    der RFID-Transponder (130) und/oder das RFID-Lesegerät (140) ausgebildet sind, ein Messignal des Sensors (134) mittels einer Lastmodulation von dem RFID-Transponder (130) auf das RFID-Lesegerät (140) zu übertragen.
  14. Vakuumpumpe (100) nach Anspruch 13, wobei
    das RFID-Lesegerät (140) ein Bandpassfilter für Hilfsträgerfrequenzen aufweist, bei denen der RFID-Transponder (130) das Messignal des Sensors (134) überträgt.
  15. Verfahren zum Messen einer physikalischen Eigenschaft einer ersten Komponente (110) in einer Vakuumpumpe (100), die einen Sensor (134) aufweist, der an der ersten Komponente (110) angebracht ist, wobei das Verfahren umfasst, dass:
    ein RFID-Lesegerät (140), das an einer zweiten Komponente (120) der Vakuumpumpe (100) angebracht ist, die von der ersten Komponente (110) verschieden ist, ein Signal an einen RFID-Transponder (130) sendet, der an der ersten Komponente (110) angebracht ist und mit dem Sensor (134) in einer kommunikativen Verbindung steht,
    das Signal des RFID-Lesegeräts (140) von dem RFID-Transponder (130) empfangen wird, um den RFID-Transponder (130) und den Sensor (134) mit Energie zu versorgen,
    mindestens ein Messwert der physikalischen Eigenschaft der ersten Komponente (110) mittels des Sensors (134) erfasst und von dem Sensor (134) zu dem RFID-Transponder (130) übertragen wird und
    der mindestens eine Messwert mittels einer Lastmodulation in dem RFID-Transponder (130) und/oder in dem RFID-Lesegerät (140) von dem RFID-Transponder (130) zu dem RFID-Lesegerät (140) übertragen wird.
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