WO2009127483A1 - Vakuumpumpe - Google Patents

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WO2009127483A1
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vacuum pump
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Alois Greven
Christian Beyer
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Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps

Definitions

  • the invention relates to a vacuum pump with a pump rotor and a pump stator, the pump rotor having a transponder with a rotor antenna and the pump stator having a reader with a stator antenna for transmitting data from the rotor to the stator.
  • WO 2007/025854 A1 (Leybold Vacuum GmbH) describes a vacuum pump in which the pump rotor carries an electrical measuring wall, for example a temperature sensor. On the pump rotor, a transmitting antenna is provided, which transmits data of the transducer to a receiving antenna of the stator. This allows accurate readings to be transferred from the pump rotor to the pump stator.
  • Vacuum pumps in particular snow-driven turbomolecular pumps with speeds between 10,000 and 100,000 rpm, are sophisticated devices whose components are subjected to extreme loads due to heat of compression, frictional heat and centrifugal forces. Excessively high rotor temperatures increase the risk of a crash, accelerate material fatigue and change other characteristics of the pump rotor.
  • the vacuum pumps require regular maintenance, where the pump is disassembled. This is particularly good for the pump rotor, where a high degree of safety must be maintained. Rotors must also be cleaned regularly. In such maintenance, it happens that rotors of different types of vacuum pumps are interchanged. Another source of danger is externally manufactured rotors, which are offered as replacement parts for Origsnal rotors. Such rotors are not approved by the manufacturer. They often do not meet the high quality requirements with the result that sooner or later this will lead to a crash.
  • the invention has for its object to provide a vacuum pump, are excluded in the impermissible permutations of rotors.
  • the vacuum pump according to the invention is defined by the patent claim 1. It is characterized in that the rotor contains an identity protection memory in which at least one rotor information is stored, which can be transmitted via the transponder to the reader, and in that a control device is provided which permits operation of the vacuum pump only if the rotor information is a predetermined criterion Fulfills.
  • the invention makes use of the transponder technology to ensure the originality and the approval conformity of rotors.
  • an RFID camouflage is attached, which with a Identity protection memory provided or connected.
  • the transponder delivers the identity information to the stator.
  • the identity information is processed.
  • the identity information may consist of a unique identifier or of multiple identifiers that vary in time or depending on another criterion, such as temperature or date.
  • the transponder can also receive complex query information from the reader and process it according to a criterion in order to generate the rotor information therefrom.
  • the rotor information should also contain an indication of the rotor type.
  • the transponder may be a passive transponder powered by the reader via inductive coupling. It can also be an active transponder with its own power supply. In any case, the transponder preferably contains its own memory and optionally also a microprocessor.
  • the transponder system is designed for bidirectional information transmission.
  • the invention provides protection against interchange of rotors and against the use of unauthorized (copied) rotors in vacuum pumps. As a result, damage and breakdowns can be avoided by maintaining the required level of safety.
  • the pump stator contains a memory in which at least one stator information is stored and that the predetermined criterion is that the rotor information and the stator information form a previously defined permitted information pair.
  • This ensures that the pump stator and pump rotor are always matched, d. h ,, that the pump rotor fits to the stator.
  • the invention provides a transmission of rotor parameters via a transponder system with Hüfe the RFID technology. In this case, an individual identification of each rotor can take place on the basis of a unique rotor information or also a group identification according to rotor types. The same applies to the identification of the stator.
  • the pump stator and / or the pump rotor includes a memory that stores Verschiebißparameter, and that the control device allows the operation of the vacuum pump only if the Purnpenstator or the pump rotor or both, does not fall below a predetermined Verschi constitutive , As a result, an additional security against the installation of approved, but not sufficiently maintained, rotors is achieved.
  • the structure of the vacuum pump is the same as in WO 2007/025854 Al r to which reference is expressly made.
  • the vacuum pump is a turbomolecular pump with high-speed pump rotor.
  • On the pump rotor and on the pump stator are interlocking rows of wings.
  • the pump rotor 11 and the pump stator 10 are shown only schematically, because it is in the context of the invention mainly to the information transmission system.
  • the pump stator contains a reader 12 of an RFI D system.
  • the reader is connected to a stator antenna 13.
  • the pump rotor contains an RFID transponder 14 or tag with a rotor antenna 15.
  • reader 12 and transponder 14 takes place wirelessly bidirectionally via the antennas 13 and 15.
  • the reader 12 is provided with a power supply (not shown).
  • the power supply of the transponder 14 can be made wirelessly via the antennas 13 and 15 from the reader.
  • the pump stator 10 includes a memory 16 that communicates bidirectionally with the reader 12.
  • the reservoir 16 is connected to various sensors 17, which may include a speed sensor, an engine temperature sensor, a housing temperature sensor, and a cooling water sensor.
  • a parameter memory 18 contains information about the type of pump as well as the set operating values of current, voltage, power and speed and other parameters.
  • the memory 16 communicates with a control unit 20 containing a microprocessor.
  • the control unit 20 controls the motor 21, which drives the pump rotor 11.
  • the transponder 14 is connected to an identity protection memory 25 containing rotor information as a copy protection data.
  • the rotor information may be a PIN or TAN.
  • the pump rotor 11 includes sensors 26, for example in the form of temperature sensors and / or strain gauges.
  • the rotor information passes via the reader 12 and the memory 16 to the control unit 20.
  • the stator information passes from the parameter memory 18 via the memory 16 also to the control unit 20.
  • the control unit 20 decides on the basis of a given criterion whether the rotor in question may be used at all. It also decides whether the pump rotor 11 is allowed in combination with the respective pump stator 10. Only when both are the case does the control unit 20 put the motor 21 into operation so that the vacuum pump can run. Alternatively, in the case of a non-optimal pump rotor, the controller may reduce certain operating data, e.g. For example, the speed is 30%.
  • the operation of the vacuum pump is further inhibited if the histories of the stator and rotor sensor values stored in the memory 16 indicate that stator or rotor operation is lacking or must be done with reduced operating data, for example because a new maintenance is due.

Abstract

Die Vakuumpumpe weist einen Pumpenstator (10) und einen Pumpenrotor (11) auf. Der Pumpenrotor (11) enthält einen Transponder (14), der über einen Reader (12) des Pumpenstators auslesbar ist. Der Pumpenrotor (11) enthält fernern einen Identitätsschutzspeicher (25), in dem eine Rotorinformation gespeichert ist. Eine Steuereinheit (20) bewirkt, dass der Motor (21) der Vakuumpumpe nur dann laufen kann, wenn der betreffende Pumpenrotor (11) zugelassen ist und zu dem Pumpenstator (10) passt. Dadurch wird die Verwendung unzulässiger (kopierter) Rotoren vermieden. Außerdem wird sichergestellt, dass die Pumpenrotoren bei einer Wartung nicht vertauscht werden können und Rotoren bis zum Ende der Gebrauchszeit schadensfrei betrieben werden können bzw. der Verbrauch der Lebensdauer signalisiert wird.

Description

Vakuumpumpe
Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe mit einem Pumpenrotor und einem Pumpenstator, wobei der Pumpenrotor einen Transponder mit einer Rotorantenne und der Pumpenstator einen Reader mit einer Statorantenne aufweist zum Übertragen von Daten von den Rotor zu dem Stator.
In WO 2007/025854 Al (Leybold Vacuum GmbH) ist eine Vakuumpumpe beschrieben, bei der der Pumpenrotor einen elektrischen Messwandier trägt, beispielsweise einen Temperatursensor. An dem Pumpenrotor ist eine Sendeantenne vorgesehen, die Daten des Messwandlers an eine Empfangsantenne des Stators überträgt. Dadurch können genaue Messwerte von dem Pumpenrotor zu dem Pumpenstator übertragen werden. Vakuumpumpen, insbesondere schneildrehende Turbomolekularpumpen mit Drehzahlen zwischen 10.000 und 100.000 U/min, sind hochentwickelte Geräte, deren Komponenten extremen Belastungen durch Kompressionswärme, Reibungswärme und Zentrifugalkräfte ausgesetzt sind. Durch zu hohe Rotortemperaturen erhöht sich die Crash-Gefahr, beschleunigt sich die Materialermüdung und ändern sich andere Eigenschaften des Pumpenrotors. Fertigung und Materialwahl des Pumpenrotors unterliegen höchsten Qualitätsanforderungen. Die Vakuumpumpen erfordern regelmäßige Wartungen, bei denen die Pumpe zerlegt wird. Dies gut insbesondere für den Pumpenrotor, bei dem ein hoher Sicherheitsgrad eingehalten werden muss. Rotoren müssen auch regelmäßig gereinigt werden. Bei derartigen Wartungsarbeiten kommt es vor, dass Rotoren verschiedenartiger Vakuumpumpen miteinander vertauscht werden. Eine andere Gefahrenquelle bilden fremdgefertigte Rotoren, die als Austauschteile für Origsnalrotoren angeboten werden. Solche Rotoren sind nicht vom Hersteller zugelassen. Sie erfüllen häufig nicht die hohen QuaSitätsanforderungen mit der Folge, dass dies früher oder später zum Crash führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumpumpe zu schaffen, bei der unzulässige Vertauschungen von Rotoren ausgeschlossen sind.
Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe ist durch den Patentanspruch 1 definiert. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor einen Identitätsschutzspeicher enthält, in dem mindestens eine Rotorinformation gespeichert ist, die über den Transponder zum Reader übertragbar ist, und dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die einen Betrieb der Vakuumpumpe nur zulässt, wenn die Rotorinformation ein vorgegebenes Kriterium erfüllt.
Die Erfindung macht zur Sicherung der Originalität und der Zulassungskonformität von Rotoren von der Transpondertechnik Gebrauch. An dem Pumpenrotor wird ein RFID-Tarnsponder angebracht, der mit einem Identitätsschutzspeicher versehen oder verbunden ist. Der Transponder liefert die Identttätsinformation an den Stator. In der Steuereinrichtung wird die Identitätsinformation verarbeitet. Die Identitätsinformation kann aus einer unverwechselbaren Kennzeichnung bestehen oder aus mehreren Kennzeichnungen, die sich zeitlich oder in Abhängigkeit von einem anderen Kriterium, beispielsweise der Temperatur oder dem Datum, verändern. Der Transponder kann auch von dem Reader eine komplexe Abfrageinformation empfangen und diese nach einem Kriterium verarbeiten, um daraus die Rotorinformation zu erzeugen. Zweckmäßigerweise sollte die Rotorinformation auch eine Angabe über den Rotortyp enthalten.
Der Transponder kann ein passiver Transponder sein, der von dem Reader über induktive Kopplung mit Strom versorgt wird. Es kann sich aber auch um einen aktiven Transponder mit eigener Stromversorgung handein. In jedem Fall enthält der Transponder vorzugsweise einen eigenen Speicher und ggf. auch einen Mikroprozessor. Das Transpondersystem ist zur bidirektionalen Informationsübertragung ausgelegt.
Die Erfindung bietet einen Schutz gegen Vertauschung von Rotoren und gegen die Verwendung nicht zugelassener (kopierter) Rotoren in Vakuumpumpen. Dadurch können Schäden und Betriebsausfälle durch Einhaltung des erforderlichen Sicherheitsgrades vermieden werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Pumpenstator einen Speicher enthält, in dem mindestens eine Statorinformation gespeichert ist und dass das vorgegebene Kriterium dahin besteht, dass die Rotorinformation und die Statorinformation ein zuvor festgelegtes zugelassenes Informationspaar bilden. Damit wird erreicht, dass Pumpenstator und Pumpenrotor stets aufeinander abgestimmt sind, d. h,, dass der Pumpenrotor zu dem Stator passt. Die Erfindung sieht eine Übertragung von Rotorparametern über ein Transpondersystem mit HÜfe der RFID-Technik vor. Dabei kann eine Einzeiidentifizierung jeden Rotors anhand einer einzigartigen Rotorinformation erfolgen oder auch eine Gruppenidentifizierung nach Rotortypen. Entsprechendes gilt auch für die Identifizierung des Stators.
Gemäß einer Weiterbiidung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Pumpenstator und/oder der Pumpenrotor einen Speicher enthält, der Verschieißparameter speichert, und dass die Steuereinrichtung den Betrieb der Vakuumpumpen nur zulässt, wenn der Purnpenstator bzw. der Pumpenrotor oder beide, ein vorgegebenes Verschieißmaß nicht unterschreiten. Hierdurch wird eine zusätziiche Sicherheit gegen den Einbau zugelassener, jedoch nicht hinreichend gewarteter, Rotoren erreicht.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
In der Zeichnung ist das Kommunikationssystem zur Informationsübertragung zwischen Stator 10 und Rotor 11 einer Vakuumpumpe schematisch dargestellt.
Der Aufbau der Vakuumpumpe ist der gleiche wie in WO 2007/025854 Alr auf die ausdrücklich Bezug genommen wird. Die Vakuumpumpe ist eine Turbomolekularpumpe mit schnelllaufendem Pumpenrotor. Am Pumpenrotor und am Pumpenstator befinden sich ineinandergreifende Flügelreihen. In der Zeichnung sind der Pumpenrotor 11 und der Pumpenstator 10 nur schematisch dargestellt, weil es im Zusammenhang mit der Erfindung hauptsächlich um das Informationsübermittlungssystem geht.
Der Pumpenstator enthält einen Reader 12 eines RFI D-Systems. Der Reader ist mit einer Statorantenne 13 verbunden. Der Pumpenrotor enthält einen RFID- Transponder 14 oder Tag mit einer Rotorantenne 15. Die Datenübertragung ~~ O ~~
zwischen Reader 12 und Transponder 14 erfolgt drahtlos bidirektional über die Antennen 13 und 15.
Der Reader 12 ist mit einer (nicht dargestellten) Stromversorgung versehen. Die Stromversorgung des Transponders 14 kann drahtlos über die Antennen 13 und 15 vom Reader aus erfolgen.
Der Pumpenstator 10 enthält einen Speicher 16, der bidirektional mit dem Reader 12 kommuniziert. Der Speicher 16 ist mit verschiedenen Sensoren 17 verbunden, zu denen ein Drehzahlsensor, ein Motortemperatursensor, ein Gehäusetemperatursensor und ein Kühiwassersensor gehören können. Ein Parameterspeicher 18 enthält eine Information über den Pumpentyp sowie die festgelegten Betriebswerte von Strom, Spannung, Leistung und Drehzahl und andere Parameter.
Der Speicher 16 kommuniziert mit einer Steuereinheit 20, die einen Mikroprozessor enthält. Die Steuereinheit 20 steuert den Motor 21, der den Pumpenrotor 11 antreibt.
Der Transponder 14 ist mit einem Identitätsschutzspeicher 25 verbunden, der eine Rotorinformation als Kopierschutzdatum enthält. Die Rotorinformation kann eine PIN oder TAN sein.
Ferner enthält der Pumpenrotor 11 Sensoren 26, beispielsweise in Form von Temperatursensoren und/oder Dehnmessstreifen.
Auf Anforderung der Steuereinheit 20 Nest der Transponder 14 die Rotorinformation aus dem Identϊtätsschutzspeicher 25 aus. Die Rotorinformation gelangt über den Reader 12 und den Speicher 16 zur Steuereinheit 20. Die Statorinformation gelangt vom Parameterspeicher 18 über den Speicher 16 ebenfalls zu der Steuereinheit 20. Die Steuereinheit 20 entscheidet anhand eines vorgegebenen Kriteriums, ob der betreffende Rotor überhaupt verwendet werden darf. Außerdem entscheidet sie, ob der Pumpenrotor 11 in Kombination mit dem jeweiligen Pumpenstator 10 zugelassen ist. Nur wenn beides der Fall ist, setzt die Steuereinheit 20 den Motor 21 in Betrieb, so dass die Vakuumpumpe laufen kann. Alternativ kann die Steuereinheit im FaMe eines nicht optimalen Pumpenrotors gewisse Betriebsdaten herabsetzen, z. B. die DrehzahS auf 30 %.
Der Betrieb der Vakuumpumpe wird ferner unterbunden, wenn die in dem Speicher 16 gespeicherten Historien der Sensorwerte von Stator und Rotor ergeben, dass ein Betrieb von Stator oder Rotor unterbleiben oder mit verringerten Betriebsdaten erfolgen muss, beispielsweise weil eine neue Wartung ansteht.

Claims

Patentansprüche
1. Vakuumpumpe mit einem Pumpenrotor (11) und einem Pumpenstator (10), wobei der Pumpenrotor einen Transponder (14) mit einer Rotorantenne (15) und der Pumpenstator (10) einen Reader (12) mit einer Statorantenne (13) aufweist, zum Übertragen von Daten von dem Pumpenrotor zu dem Pumpenstator,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass der Pumpenrotor einen Identitätsschutzspeicher (25) enthält, in dem mindestens eine Rotorinformation gespeichert ist, die über den Transponder (14) zum Reader (12) übertragbar ist, und dass eine Steuereinheit (20) vorgesehen ist, die einen Betrieb der Vakuumpumpe nur zulässt, wenn die Rotorinformation ein vorgegebenes Kriterium erfüllt.
2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenstator (10) einen Parameterspeicher (18) enthält, in dem mindestens eine Statorinformation gespeichert ist, und dass das vorgegebene Kriterium darin besteht, dass die Rotorinformation und die Statorinformation ein zuvor festgelegtes zugelassenes Informationspaar bilden,
3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorinformation eine nur an einen Rotor vergebene einzigartige Information ist.
4. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorinformation den Rotortyp angibt.
5. Vakuumpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorinformation eine nur an einen Stator vergebene einzigartige Information ist.
6. Vakuumpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorinformation den Statortyp angibt.
7. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenstator und/oder der Pumpenrotor einen Speicher (16) enthält, der Verschleißparameter und/oder Information zur Restlebensdauer speichert und dass die Steuereinheit (20) den Betrieb der Vakuumpumpe nur zuiässt, wenn der Pumpenstator (10) bzw. der Pumpenrotor (11), oder beide, ein vorgegebenes Verschleißmaßoder eine Schädigungsgrenze nicht überschreiten.
8. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenstator und/oder der Pumpenrotor einen Speicher (16) enthält, der Verschleißparameter speichert und dass die Steuereinheit (20) nur einen Betrieb mit reduzierten Betriebsdaten zuiässt, wenn der Pumpenstator (10) bzw. der Pumpenrotor (11), oder beide, ein vorgegebenes Verschleißmaß nicht überschreiten.
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