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EP3557072A1 - Monitoring the bearing assembly of a vacuum pump - Google Patents

Monitoring the bearing assembly of a vacuum pump Download PDF

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Publication number
EP3557072A1
EP3557072A1 EP19159776.4A EP19159776A EP3557072A1 EP 3557072 A1 EP3557072 A1 EP 3557072A1 EP 19159776 A EP19159776 A EP 19159776A EP 3557072 A1 EP3557072 A1 EP 3557072A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vacuum pump
operating
bearing
bearing device
parameter
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.)
Granted
Application number
EP19159776.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3557072B1 (en
Inventor
Jochen BĂ–TTCHER
Johannes Schnarr
Tobias Stoll
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 GmbH
Original Assignee
Pfeiffer Vacuum GmbH
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 GmbH filed Critical Pfeiffer Vacuum GmbH
Priority to EP19159776.4A priority Critical patent/EP3557072B1/en
Publication of EP3557072A1 publication Critical patent/EP3557072A1/en
Priority to JP2020028168A priority patent/JP7239510B2/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3557072B1 publication Critical patent/EP3557072B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • 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
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0292—Stop safety or alarm devices, e.g. stop-and-go control; Disposition of check-valves
    • 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
    • F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/056—Bearings

Definitions

  • the present invention relates to a vacuum pump, in particular turbomolecular pump, with at least one pumping stage, which comprises at least one rotor, which is rotatably mounted by means of at least one bearing device.
  • Such vacuum pumps are known in principle and find a wide application, for example in industry and / or in the scientific environment. Not only their (operating) costs, performance or size are significant factors that are important for the respective user. They must also be reliable, as failure can lead to damage to the vacuum equipment to which they are assigned.
  • the vacuum pump has a first sensor device, which is arranged adjacent to the bearing device and with which an operating parameter of the bearing device can be determined directly or indirectly, and a second sensor device, which is arranged at a distance from the bearing device and with which an operating parameter of the vacuum pump , In particular, an operating parameter of a housing of the vacuum pump, can be determined.
  • a control device is provided which is designed and configured to compare the operating parameters of the bearing device and the operating parameters of the vacuum pump with one another and to determine an operating state of the bearing device on the basis of the comparison. In case of damage or just before it gives way the determined operating state often from a characteristic of the respective operating mode normal operating condition. Recognition of such a deviation can then be used to initiate appropriate countermeasures.
  • the determination of the operating parameter of the storage device can be made directly on it itself. However, it is also possible to determine the corresponding parameter in the vicinity of the bearing device, in particular on components which are in close - preferably direct - contact with the bearing device. When determining the parameter in the immediate vicinity of the bearing device, it can be assumed that the specific value essentially corresponds to that which would be determined directly at the bearing device.
  • the second sensor device determines the state of the vacuum pump in a spatial distance in order to obtain at least one further parameter which is not or only slightly influenced by the state of the bearing device.
  • the controller recognizes that the vacuum pump is functioning properly when the two different parameters change coherently within predetermined limits.
  • the pump starts up, an increase in both parameters can be expected.
  • this can be taken as an indication of an imminent bearing damage.
  • other scenarios of the temporal evolution of the parameters are also conceivable, which speak in favor of or against a change in the operating state of the storage facility.
  • more than two sensor devices can also be provided whose measurement data are used to determine the operating state of the bearing device in order to increase the reliability of the analysis and / or to meet particular requirements of the pump.
  • the first and the second sensor device are designed to determine the same measured variable. This facilitates the analysis of the particular data. However, it is basically also conceivable that different physical measured variables are compared in order to detect the operating state of the bearing device.
  • the first and / or the second sensor device comprise a temperature sensor and / or a vibration sensor and / or an acoustic sensor.
  • a damaged or worn bearing often shows Damage to components of the bearing (eg in the case of a ball bearing damage to the raceways of the balls and / or the ball cage), which leads to an increased bearing friction, which in turn reflected in a temperature increase and / or in a change in the vibration behavior of the bearing.
  • the design of the vacuum pump may be optimized to achieve a certain level of thermal conductivity between the temperature sensors. With an optimal thermal resistance between the sensors, the evaluation of the determined temperature spread is simplified.
  • the bearing device may comprise at least one rolling bearing, in particular at least one ball bearing.
  • the concept of the invention is also applicable to other types of bearings, e.g. in plain bearings, can be used.
  • the first sensor device can be arranged such that the operating parameter of a component of the vacuum pump can be determined - directly or indirectly - that the bearing device receives.
  • a temperature sensor is provided which detects the temperature of a bearing holder or of a bearing device adjacent component.
  • the operating parameter of the storage facility can also be measured directly on itself. When detecting the temperature can be used, for example, with a conventional temperature sensor or with an IR sensor. Even vibrations can be recorded indirectly or measured directly at the storage facility.
  • the vacuum pump may comprise an active cooling device, which is provided in particular at least for cooling a component of the vacuum pump whose operating parameters can be determined by the second sensor device.
  • This component may be, for example, a housing component.
  • the bearing device is received by a first component of the vacuum pump, which is formed separately from a second component of the vacuum pump, in particular a housing component (for example a lower part) of the vacuum pump to which the second sensor device is assigned.
  • a first component of the vacuum pump which is formed separately from a second component of the vacuum pump, in particular a housing component (for example a lower part) of the vacuum pump to which the second sensor device is assigned.
  • the first and second components are preferably connected to one another in a thermally conductive manner.
  • the first and the second sensor device or their measuring range are arranged on a component, e.g. on a lower part of the pump.
  • the sensor devices are also spatially spaced in this case, i. the first sensor device is arranged near the bearing, while the second sensor device is arranged remote from the bearing.
  • the present invention further relates to a method for operating a vacuum pump, in particular for operating a vacuum pump according to at least one of the embodiments described above, with at least one pump stage, which comprises at least one rotor which is rotatably supported by at least one bearing device, with a first sensor device, with which an operating parameter of the bearing device is determined directly or indirectly, and with a second sensor device with which an operating parameter of the vacuum pump, in particular an operating parameter of a housing of the vacuum pump, is determined in a distance from the bearing device portion, wherein the operating parameters of the bearing device and the Operating parameters of the vacuum pump are compared with each other and based on the comparison, an operating condition of the bearing device is determined.
  • the comparison may be preceded by data filtering and / or conversion or may include these or similar methods. It may also be provided that stability criteria are taken into account in the data processing and / or analysis. The aim of these measures is, inter alia, that non-relevant (eg short-term) fluctuations in the data, which could draw a wrong picture of the state of the camp, are eliminated.
  • the first sensor device is either arranged so that it can directly measure the operating parameter of the bearing device. But it is also conceivable that the measurement is carried out in the vicinity of the storage facility. Then, it can be assumed that the measured value is substantially equal to that which would be obtained in a direct measurement.
  • the second sensor device should deliver a value of an operating state which is hardly or hardly influenced by the state of the bearing device. It is therefore determined at some distance from the storage facility.
  • the operating parameter of the storage device and the operating parameters of the vacuum pump may be the same physical quantity.
  • the operating parameters of the bearing device and / or the operating parameters of the vacuum pump are a temperature, a measure of mechanical vibrations, in particular a vibration amplitude and / or a vibration frequency, and / or an acoustic parameter.
  • a temperature of the bearing device or an adjacent component that is in direct or direct contact with the bearing device, and a temperature of a portion of a housing of the vacuum pump can be used as the basis for determining the operating state of the bearing device.
  • the comparison of the operating parameter of the bearing device and the operating parameter of the vacuum pump comprises the formation of a comparison parameter.
  • a fault is detected.
  • a parameter space can also be defined which corresponds to a normal or abnormal state.
  • the comparison of the operating parameter of the bearing device and the operating parameter of the vacuum pump may include a formation of a difference of the operating parameters, wherein a fault is detected when exceeding a predefined or learned threshold value of the difference.
  • the comparison can also be a quotient or the like.
  • a warning signal can be issued.
  • the reaction to the occurrence of the accident can be selected depending on the determined severity of the accident.
  • the operating state of the vacuum pump is determined only when the operating parameter of the vacuum pump has reached a static or quasi-static value or value range. For example, the temperature distribution in the vacuum pump oscillates when the pump starts up only after some time.
  • the particular operating parameters of the sensor devices may still provide an image that does not necessarily allow reliable conclusions to be drawn about the actual state of the bearing device.
  • the corresponding analysis is only begun or the corresponding measurement data are taken into account only when the pump has reached a stable state in order to minimize the probability of false alarms.
  • determining the operating state of the vacuum pump further factors may be taken into account, in particular external and / or internal parameters, preferably a running time and / or an age of the vacuum pump, an external mechanical load of the vacuum pump, an external temperature load of the vacuum pump and / or an operating mode of the vacuum pump vacuum pump.
  • the operating parameters of the storage device and / or the vacuum pump are also influenced by factors other than the condition of the storage device and / or e.g. depend on a speed of the pump. Also, an age of the pump, a running time after the last service interval, a "history" of the pump (how long it was operated at what speeds or in which operating modes), an age of the lubricant used or similar. affect the operating parameters during operation of the pump. The same applies to external factors, such as a mechanical load and / or vibration load of the pump and / or a temperature load of the pump.
  • the threshold value described above is adjusted accordingly.
  • the data obtained in determining the operating state of the storage device can also be used to determine a time at which a maintenance of the pump or the storage device should be made.
  • the user can also be given a remaining time of the maintenance interval.
  • the data mentioned can be used to optimize the maintenance, since the maintenance intervals can be adjusted as needed and depending on the intensity of use of the pump.
  • turbomolecular pump 111 comprises a pump inlet 115 surrounded by an inlet flange 113, to which in a conventional manner, a non-illustrated recipient can be connected.
  • the gas from the recipient may be drawn from the recipient via the pump inlet 115 and conveyed through the pump to a pump outlet 117 to which a backing pump, such as a rotary vane pump, may be connected.
  • the inlet flange 113 forms according to the orientation of the vacuum pump Fig. 1 the upper end of the housing 119 of the vacuum pump 111.
  • the housing 119 comprises a lower part 121, on which an electronics housing 123 is arranged laterally.
  • Housed in the electronics housing 123 are electrical and / or electronic components of the vacuum pump 111, eg for operating an electric motor 125 arranged in the vacuum pump.
  • a plurality of connections 127 for accessories are provided on the electronics housing 123.
  • a data interface 129 for example, according to the RS485 standard, and a power supply terminal 131 on the electronics housing 123 are arranged.
  • a flood inlet 133 On the housing 119 of the turbomolecular pump 111, a flood inlet 133, in particular in the form of a flood valve, is provided, via which the vacuum pump 111 can be flooded.
  • a sealing gas connection 135, which is also referred to as flushing gas connection is furthermore arranged, via which flushing gas for protecting the electric motor 125 (see, for example, US Pat Fig. 3 ) can be brought before the pumped by the pump gas in the engine compartment 137, in which the electric motor 125 is housed in the vacuum pump 111.
  • two coolant connections 139 are further arranged, wherein one of the coolant connections is provided as an inlet and the other coolant connection as an outlet for coolant, which can be passed for cooling purposes in the vacuum pump.
  • the lower side 141 of the vacuum pump can serve as a base, so that the vacuum pump 111 can be operated standing on the bottom 141.
  • the vacuum pump 111 can also be fastened to a recipient via the inlet flange 113 and thus be operated to a certain extent suspended.
  • the vacuum pump 111 can be designed so that it can also be put into operation, if it is aligned differently than in Fig. 1 is shown.
  • Embodiments of the vacuum pump can also be implemented in which the lower side 141 can not be turned down but can be turned to the side or directed upwards.
  • a bearing cap 145 is attached to the bottom 141.
  • mounting holes 147 are arranged, via which the pump 111 can be attached, for example, to a support surface.
  • a coolant line 148 is shown, in which the coolant introduced and discharged via the coolant connections 139 can circulate.
  • the vacuum pump comprises a plurality of process gas pumping stages for conveying the process gas pending at the pump inlet 115 to the pump outlet 117.
  • a rotor 149 is arranged, which has a about a rotation axis 151 rotatable rotor shaft 153.
  • Turbomolecular pump 111 includes a plurality of turbomolecular pump stages operatively connected in series with a plurality of rotor disks 155 mounted on rotor shaft 153 and stator disks 157 disposed between rotor disks 155 and housed in housing 119.
  • a rotor disk 155 and an adjacent stator disk 157 each form a turbomolecular one pump stage.
  • the stator disks 157 are held by spacer rings 159 at a desired axial distance from each other.
  • the vacuum pump further comprises Holweck pumping stages which are arranged one inside the other in the radial direction and which are pumpingly connected to one another in series.
  • the rotor of the Holweck pump stages comprises a rotor hub 161 arranged on the rotor shaft 153 and two cylinder shell-shaped Holweck rotor sleeves 163, 165 fastened to the rotor hub 161 and oriented coaxially with the rotation axis 151 and nested in the radial direction.
  • two cylinder jacket-shaped Holweck stator sleeves 167, 169 are provided, which are also oriented coaxially to the rotation axis 151 and, as seen in the radial direction, are nested one inside the other.
  • the pump-active surfaces of the Holweck pump stages are formed by the lateral surfaces, ie by the radial inner and / or outer surfaces, the Holweck rotor sleeves 163, 165 and the Holweck stator sleeves 167, 169.
  • the radially inner surface of the outer Holweck stator sleeve 167 faces the radially outer surface of the outer Holweck rotor sleeve 163, forming a radial Holweck gap 171, and forms with it the first Holweck pump stage subsequent to the turbomolecular pumps.
  • the radially inner surface of the outer Holweck rotor sleeve 163 faces the radially outer surface of the inner Holweck stator sleeve 169 forming a radial Holweck gap 173 and forms with this a second Holweck pumping stage.
  • the radially inner surface of the inner Holweck stator sleeve 169 faces the radially outer surface of the inner Holweck rotor sleeve 165 to form a radial Holweck gap 175 and forms with this the third Holweck pumping stage.
  • a radially extending channel may be provided, via which the radially outer Holweck gap 171 is connected to the middle Holweck gap 173.
  • a radially extending channel may be provided, via which the middle Holweck gap 173 is connected to the radially inner Holweck gap 175.
  • the nested Holweck pump stages are connected in series.
  • the radially inner Holweck rotor sleeve 165 may also be provided a connection channel 179 to the outlet 117.
  • the above-mentioned pump-active surfaces of the Holweck stator sleeves 163, 165 each have a plurality of Holweck grooves running around the axis of rotation 151 in the axial direction, while the opposite lateral surfaces of the Holweck rotor sleeves 163, 165 are smooth and the gas for operating the Drive vacuum pump 111 in the Holweck grooves.
  • a roller bearing 181 in the region of the pump outlet 117 and a permanent magnet bearing 183 in the region of the pump inlet 115 are provided.
  • a conical spray nut 185 with an outer diameter increasing toward the rolling bearing 181 is provided on the rotor shaft 153.
  • the spray nut 185 is in sliding contact with at least one scraper of a resource storage.
  • the resource storage comprises a plurality of stackable absorbent discs 187 provided with a rolling bearing bearing means 181, e.g. with a lubricant, soaked.
  • the operating medium is transferred by capillary action of the resource storage on the scraper on the rotating sprayer nut 185 and promoted in the direction of increasing outer diameter of the spray nut 185 to the roller bearing 181 through where the centrifugal force along the spray nut 185 eg fulfills a lubricating function.
  • the rolling bearing 181 and the resource storage are enclosed by a trough-shaped insert 189 and the bearing cap 145 in the vacuum pump.
  • the permanent magnet bearing 183 comprises a rotor-side bearing half 191 and a stator-side bearing half 193, which each have a ring stack of several in the axial direction stacked permanent magnetic rings 195, 197 include.
  • the ring magnets 195, 197 are opposed to each other to form a radial bearing gap 199, wherein the rotor-side ring magnets 195 are disposed radially outward and the stator-side ring magnets 197 radially inward.
  • the magnetic field present in the bearing gap 199 causes magnetic repulsive forces between the ring magnets 195, 197, which cause a radial bearing of the rotor shaft 153.
  • the rotor-side ring magnets 195 are supported by a carrier section 201 of the rotor shaft 153, which surrounds the ring magnets 195 radially on the outside.
  • the stator-side ring magnets 197 are supported by a stator-side support portion 203, which extends through the ring magnets 197 and is suspended on radial struts 205 of the housing 119.
  • Parallel to the axis of rotation 151, the rotor-side ring magnets 195 are fixed by a lid element 207 coupled to the carrier section 203.
  • the stator-side ring magnets 197 are fixed parallel to the axis of rotation 151 in one direction by a fastening ring 209 connected to the carrier section 203 and a fastening ring 211 connected to the carrier section 203. Between the fastening ring 211 and the ring magnet 197, a plate spring 213 may also be provided.
  • an emergency bearing 215 which runs empty in the normal operation of the vacuum pump 111 without contact and engages only with an excessive radial deflection of the rotor 149 relative to the stator to a radial stop for the rotor 149th to form, since a collision of the rotor-side structures with the stator-side structures is prevented.
  • the safety bearing 215 is designed as an unlubricated rolling bearing and forms with the rotor 149 and / or the stator a radial gap, which causes the safety bearing 215 is disengaged in the normal pumping operation.
  • the radial deflection at which the fishing camp 215 engages is sized large enough so that the fishing camp 215 in normal operation of the vacuum pump is not engaged, and at the same time small enough so that a collision of the rotor-side structures with the stator-side structures is prevented under all circumstances.
  • the vacuum pump 111 includes the electric motor 125 for rotationally driving the rotor 149.
  • the armature of the electric motor 125 is formed by the rotor 149 whose rotor shaft 153 extends through the motor stator 217.
  • On the extending through the motor stator 217 through portion of the rotor shaft 153 may be arranged radially outside or embedded a permanent magnet arrangement.
  • a gap 219 is arranged, which comprises a radial motor gap, via which the motor stator 217 and the permanent magnet arrangement for the transmission of the drive torque can influence magnetically.
  • the motor stator 217 is fixed in the housing within the motor space 137 provided for the electric motor 125.
  • a sealing gas which is also referred to as purge gas, and which may be, for example, air or nitrogen, enter the engine compartment 137.
  • the electric motor 125 can be provided with process gas, e.g. against corrosive fractions of the process gas.
  • the engine compartment 137 may also be evacuated via the pump outlet 117, i. In the engine compartment 137, at least approximately, the vacuum pressure caused by the backing pump connected to the pump outlet 117 prevails.
  • a turbomolecular pump between the rotor hub 161 and a motor space 137 delimiting wall 221 may also be a so-called.
  • labyrinth seal 223 may be provided, in particular to achieve a better seal of the engine compartment 217 against the Holweck pump stages located radially outside.
  • Fig. 6 shows a further embodiment of a turbomolecular pump, in which, however, examples are given areas in which the respective measuring range of the above-described first and the second sensor device is located.
  • at least one temperature sensor (not shown) is provided which is arranged such that it can determine the temperature prevailing in a region T1.
  • the area T1 is associated with the insert 189, which receives the ball bearing 181.
  • a temperature measurement can take place in a region T1 '.
  • the region T1 ' lies in the lower part 121 and is in direct contact with the insert 189.
  • the temperature sensor or sensors measure - directly or indirectly - ie the temperatures prevailing there, which allows direct conclusions about the temperature of the rolling bearing 181, since the regions T1 and T1 'are in spatial proximity to the bearing 181. Also, a temperature measurement directly on a component of the bearing 181, e.g. on the outer ring, is conceivable.
  • a control device of the pump which detects and evaluates the data mentioned, detects this and initiates (automatically) countermeasures (eg warning signal, stopping the pump, changing the operating mode, adjusting the maintenance interval, etc.).
  • the area T2 and the areas T1, T1 ' are thermally coupled to allow temperature compensation in normal operation.
  • a static or quasi-static temperature distribution arises after a certain time at a given load state.
  • the condition of the bearing 181 is not monitored until such a condition has been reached to minimize the risk of false alarms.
  • an active cooling for example, a water cooling, provided, which mainly affects the range T2.
  • the cooling increases the spread between the temperature values measured in the regions T1, T1 'on the one hand and T2 on the other hand, which simplifies the data analysis. From a corresponding cooling device is in Fig. 6 only one coolant port 225 is shown.
  • Exemplary spreads are - depending on the cooling - temperature differences of 1 ° C to 5 ° C in a normal storage condition. For an imminent bearing damage, the spread increases to values of e.g. more than 5 ° C, more than 6 ° C, more than 15 ° C or even greater values.

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  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, mit zumindest einer Pumpstufe, die zumindest einen Rotor umfasst, der mittels zumindest einer Lagereinrichtung drehbar gelagert ist, mit einer ersten Sensoreinrichtung, die benachbart zu der Lagereinrichtung angeordnet ist und mit der ein Betriebsparameter der Lagereinrichtung bestimmbar ist, und mit einer zweiten Sensoreinrichtung, die beabstandet von der Lagereinrichtung angeordnet ist und mit der ein Betriebsparameter der Vakuumpumpe, insbesondere ein Betriebsparameter eines Gehäuses der Vakuumpumpe, bestimmbar ist, wobei eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, den Betriebsparameter der Lagereinrichtung und den Betriebsparameter der Vakuumpumpe zu vergleichen und auf Basis des Vergleichs einen Betriebszustand der Lagereinrichtung zu ermitteln. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb einer Vakuumpumpe.The present invention relates to a vacuum pump, in particular a turbo-molecular pump, with at least one pumping stage, which comprises at least one rotor, which is rotatably mounted by means of at least one bearing device, with a first sensor device, which is arranged adjacent to the bearing device and with which an operating parameter of the bearing device can be determined is, and with a second sensor device which is arranged at a distance from the bearing device and with which an operating parameter of the vacuum pump, in particular an operating parameter of a housing of the vacuum pump, can be determined, a control device being provided which is designed and set up to measure the operating parameters of the To compare storage facility and the operating parameters of the vacuum pump and to determine an operating state of the storage facility based on the comparison. The present invention also relates to a method for operating a vacuum pump.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, mit zumindest einer Pumpstufe, die zumindest einen Rotor umfasst, der mittels zumindest einer Lagereinrichtung drehbar gelagert ist.The present invention relates to a vacuum pump, in particular turbomolecular pump, with at least one pumping stage, which comprises at least one rotor, which is rotatably mounted by means of at least one bearing device.

Derartige Vakuumpumpen sind grundsätzlich bekannt und finden eine breite Anwendung, beispielsweise in der Industrie und/oder im wissenschaftlichen Umfeld. Dabei sind nicht nur deren (Betriebs-)Kosten, Leistungsfähigkeit oder Baugröße wesentliche Faktoren, die für den jeweiligen Anwender von Bedeutung sind. Sie müssen auch zuverlässig sein, da ein Ausfall zu Schäden an den Vakuumanlagen führen kann, denen sie zugeordnet sind.Such vacuum pumps are known in principle and find a wide application, for example in industry and / or in the scientific environment. Not only their (operating) costs, performance or size are significant factors that are important for the respective user. They must also be reliable, as failure can lead to damage to the vacuum equipment to which they are assigned.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vakuumpumpe der eingangs genannten Bauart zu schaffen, bei der sich anbahnende Schäden frühzeitig erkannt werden können, im Idealfall bevor diese tatsächlich ausfällt.It is an object of the present invention to provide a vacuum pump of the type mentioned in the beginning, in which emerging damage can be detected early, ideally before it actually fails.

Erfindungsgemäß weist die Vakuumpumpe eine ersten Sensoreinrichtung, die benachbart zu der Lagereinrichtung angeordnet ist und mit der ein Betriebsparameter der Lagereinrichtung - direkt oder indirekt - bestimmbar ist, und eine zweiten Sensoreinrichtung auf, die beabstandet von der Lagereinrichtung angeordnet ist und mit der ein Betriebsparameter der Vakuumpumpe, insbesondere ein Betriebsparameter eines Gehäuses der Vakuumpumpe, bestimmbar ist. Ferner ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, den Betriebsparameter der Lagereinrichtung und den Betriebsparameter der Vakuumpumpe miteinander zu vergleichen und auf Basis des Vergleichs einen Betriebszustand der Lagereinrichtung zu ermitteln. Im Schadensfall oder kurz davor weicht der ermittelte Betriebszustand häufig von einem für den jeweiligen Betriebsmodus charakteristischen normalen Betriebszustand ab. Ein Erkennen einer solchen Abweichung kann dann zur Einleitung entsprechender Gegenmaßnahmen genutzt werden.According to the invention, the vacuum pump has a first sensor device, which is arranged adjacent to the bearing device and with which an operating parameter of the bearing device can be determined directly or indirectly, and a second sensor device, which is arranged at a distance from the bearing device and with which an operating parameter of the vacuum pump , In particular, an operating parameter of a housing of the vacuum pump, can be determined. Furthermore, a control device is provided which is designed and configured to compare the operating parameters of the bearing device and the operating parameters of the vacuum pump with one another and to determine an operating state of the bearing device on the basis of the comparison. In case of damage or just before it gives way the determined operating state often from a characteristic of the respective operating mode normal operating condition. Recognition of such a deviation can then be used to initiate appropriate countermeasures.

Die Bestimmung des Betriebsparameters der Lagereinrichtung kann direkt an ihr selbst vorgenommen werden. Es ist jedoch auch möglich, den entsprechenden Parameter in der Nähe der Lagereinrichtung zu bestimmen, insbesondere an Bauteilen, die in einem engen - bevorzugt direktem - Kontakt mit der Lagereinrichtung stehen. Bei einer Bestimmung des Parameters im nahen Umfeld der Lagereinrichtung kann davon ausgegangen werden, dass der bestimmte Wert im Wesentlichen dem entspricht, der direkt an der Lagereinrichtung bestimmt werden würde.The determination of the operating parameter of the storage device can be made directly on it itself. However, it is also possible to determine the corresponding parameter in the vicinity of the bearing device, in particular on components which are in close - preferably direct - contact with the bearing device. When determining the parameter in the immediate vicinity of the bearing device, it can be assumed that the specific value essentially corresponds to that which would be determined directly at the bearing device.

Durch eine Bestimmung eines Betriebsparameters der Lagereinrichtung mittels der räumlich nahe bei dieser angeordneten ersten Sensoreinrichtung kann auf ihren Zustand rückgeschlossen werden. Da dieser Betriebsparameter allerdings auch in einem fehlerfreien Zustand der Lagereinrichtung bzw. der Vakuumpumpe innerhalb vergleichsweise breiter Grenzen variieren kann, ist die Analyse dieses Parameters alleine jedoch nicht in jedem Fall aufschlussreich.By determining an operating parameter of the bearing device by means of the first sensor device arranged spatially close to it, its state can be deduced. However, since this operating parameter can vary within relatively wide limits even in a fault-free state of the bearing device or the vacuum pump, the analysis of this parameter alone is not always instructive in any case.

Um eine verlässlichere Analyse des tatsächlichen Zustands der Lagereinrichtung zu ermöglichen, ist daher die zweite Sensoreinrichtung vorgesehen. Sie bestimmt den Zustand der Vakuumpumpe in einem räumlichen Abstand, um zumindest einen weiteren Parameter zu erhalten, der von dem Zustand der Lagereinrichtung nicht oder nur wenig beeinflusst wird.In order to enable a more reliable analysis of the actual state of the bearing device, therefore, the second sensor device is provided. It determines the state of the vacuum pump in a spatial distance in order to obtain at least one further parameter which is not or only slightly influenced by the state of the bearing device.

Letztlich werden somit Parameter verglichen, die einerseits stark und andererseits wenig bis im Wesentlichen gar nicht durch den Zustand der Lagereinrichtung beeinflusst werden. Durch diesen Vergleich können Rückschlüsse auf den Betriebszustand der Lagereinrichtung und/oder dessen zeitliche Änderung gezogen werden. Bei dem Vergleich der Parameter können deren diskrete Werte und/oder deren zeitliche Veränderung berücksichtigt werden.Ultimately, therefore, parameters are compared that on the one hand are strong and on the other hand little to essentially not affected by the condition of the storage facility. Through this comparison, conclusions can be drawn on the operating state of the bearing device and / or its temporal change. When comparing the parameters, their discrete values and / or their temporal change can be taken into account.

Beispielsweise erkennt die Steuereinrichtung auf Basis des Vergleichs, dass die Vakuumpumpe ordnungsgemäß funktioniert, wenn sich die beiden unterschiedlichen Parameter innerhalb vorgegebener Grenzen kohärent verändern. Bei einem Hochfahren der Pumpe kann etwa ein Anwachsen beider Parameter zu erwarten sein. Sobald sie jedoch auseinanderlaufen, kann dies als Hinweis auf einen sich anbahnenden Lagerschaden aufgefasst werden. Es sind jedoch auch andere Szenarien der zeitlichen Entwicklung der Parameter denkbar, die für oder gegen eine Veränderung des Betriebszustands der Lagereinrichtung sprechen.For example, based on the comparison, the controller recognizes that the vacuum pump is functioning properly when the two different parameters change coherently within predetermined limits. When the pump starts up, an increase in both parameters can be expected. However, as soon as they diverge, this can be taken as an indication of an imminent bearing damage. However, other scenarios of the temporal evolution of the parameters are also conceivable, which speak in favor of or against a change in the operating state of the storage facility.

In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass auch mehr als zwei Sensoreinrichtungen vorgesehen sein können, deren Messdaten zur Bestimmung des Betriebszustands der Lagereinrichtung herangezogen werden, um die Zuverlässigkeit der Analyse zu erhöhen und/oder besonderen Anforderungen der Pumpe gerecht zu werden.In this context, it is pointed out that more than two sensor devices can also be provided whose measurement data are used to determine the operating state of the bearing device in order to increase the reliability of the analysis and / or to meet particular requirements of the pump.

Weitere AusfĂĽhrungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, den AnsprĂĽchen sowie den beigefĂĽgten Zeichnungen angegeben.Further embodiments of the invention are indicated in the description, the claims and the accompanying drawings.

Gemäß einer Ausführungsform sind die erste und die zweite Sensoreinrichtung zur Bestimmung der gleichen Messgröße ausgebildet. Dies erleichtert die Analyse der bestimmten Daten. Es ist jedoch grundsätzlich auch denkbar, dass unterschiedliche physikalische Messgrößen verglichen werden, um den Betriebszustand der Lagereinrichtung zu erfassen.According to one embodiment, the first and the second sensor device are designed to determine the same measured variable. This facilitates the analysis of the particular data. However, it is basically also conceivable that different physical measured variables are compared in order to detect the operating state of the bearing device.

Beispielsweise umfassen die erste und/oder die zweite Sensoreinrichtung einen Temperatursensor und/oder einen Schwingungssensor und/oder einen akustischen Sensor. Ein schadhaftes oder verschlissenes Lager weist nämlich oftmals Schäden an Komponenten des Lagers auf (z.B. bei einem Kugellager Schäden an den Laufbahnen der Kugeln und/oder am Kugelkäfig), was zu einer erhöhten Lagerreibung führt, die sich wiederum in einer Temperaturerhöhung und/oder in einer Änderungen des Schwingungsverhaltens des Lagers niederschlägt.For example, the first and / or the second sensor device comprise a temperature sensor and / or a vibration sensor and / or an acoustic sensor. A damaged or worn bearing often shows Damage to components of the bearing (eg in the case of a ball bearing damage to the raceways of the balls and / or the ball cage), which leads to an increased bearing friction, which in turn reflected in a temperature increase and / or in a change in the vibration behavior of the bearing.

Die Konstruktion der Vakuumpumpe kann dahingehend optimiert sein, einen bestimmten Wert der Wärmeleitfähigkeit zwischen den Temperatursensoren zu erreichen. Bei einem optimalen Wärmewiderstand zwischen den Sensoren wird die Auswertung der ermittelten Temperaturspreizung vereinfacht.The design of the vacuum pump may be optimized to achieve a certain level of thermal conductivity between the temperature sensors. With an optimal thermal resistance between the sensors, the evaluation of the determined temperature spread is simplified.

Die Lagereinrichtung kann zumindest ein Wälzlager, insbesondere zumindest ein Kugellager umfassen. Das Erfindungskonzept ist jedoch auch bei anderen Lagertypen, z.B. bei Gleitlagern, einsetzbar.The bearing device may comprise at least one rolling bearing, in particular at least one ball bearing. However, the concept of the invention is also applicable to other types of bearings, e.g. in plain bearings, can be used.

Die erste Sensoreinrichtung kann derart angeordnet sein, dass der Betriebsparameter eines Bauteils der Vakuumpumpe - direkt oder indirekt - bestimmbar ist, das die Lagereinrichtung aufnimmt. Beispielsweise ist ein Temperatursensor vorgesehen, der die Temperatur einer Lagerfassung oder eines der Lagereinrichtung benachbarten Bauteils erfasst. Der Betriebsparameter der Lagereinrichtung kann aber auch direkt an ihr selbst gemessen werden. Bei der Erfassung der Temperatur kann beispielsweise mit einem herkömmlichen Temperatursensor oder mit einem IR-Sensor gearbeitet werden. Auch Schwingungen können indirekt erfasst oder direkt an der Lagereinrichtung gemessen werden.The first sensor device can be arranged such that the operating parameter of a component of the vacuum pump can be determined - directly or indirectly - that the bearing device receives. For example, a temperature sensor is provided which detects the temperature of a bearing holder or of a bearing device adjacent component. The operating parameter of the storage facility can also be measured directly on itself. When detecting the temperature can be used, for example, with a conventional temperature sensor or with an IR sensor. Even vibrations can be recorded indirectly or measured directly at the storage facility.

Die Vakuumpumpe kann eine aktive Kühleinrichtung umfassen, die insbesondere zumindest zu einer Kühlung eines Bauteils der Vakuumpumpe vorgesehen ist, dessen Betriebsparameter durch die zweite Sensoreinrichtung bestimmbar ist. Dieses Bauteil kann beispielsweise ein Gehäusebauteil sein.The vacuum pump may comprise an active cooling device, which is provided in particular at least for cooling a component of the vacuum pump whose operating parameters can be determined by the second sensor device. This component may be, for example, a housing component.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Lagereinrichtung von einem ersten Bauteil der Vakuumpumpe aufgenommen, das separat von einem zweiten Bauteil der Vakuumpumpe, insbesondere einem Gehäusebauteil (z.B. ein Unterteil) der Vakuumpumpe, ausgebildet ist, dem die zweite Sensoreinrichtung zugeordnet ist. Zwar sind Bauformen denkbar, bei denen die beiden Bauteile durch eine thermische Isolierung voneinander (weitgehend) thermisch entkoppelt sind, bevorzugt stehen das erste und das zweite Bauteil jedoch thermisch leitend miteinander in Verbindung. Es ist aber auch denkbar, dass die erste und die zweite Sensoreinrichtung bzw. deren Messbereich an einem Bauteil angeordnet sind, z.B. an einem Unterteil der Pumpe. Die Sensoreinrichtungen sind auch in diesem Fall räumlich beabstandet, d.h. die erste Sensoreinrichtung ist lagernah angeordnet, während die zweite Sensoreinrichtung lagerfern angeordnet ist.According to a further embodiment, the bearing device is received by a first component of the vacuum pump, which is formed separately from a second component of the vacuum pump, in particular a housing component (for example a lower part) of the vacuum pump to which the second sensor device is assigned. Although designs are conceivable in which the two components are (largely) thermally decoupled from one another by thermal insulation, the first and second components are preferably connected to one another in a thermally conductive manner. However, it is also conceivable that the first and the second sensor device or their measuring range are arranged on a component, e.g. on a lower part of the pump. The sensor devices are also spatially spaced in this case, i. the first sensor device is arranged near the bearing, while the second sensor device is arranged remote from the bearing.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb einer Vakuumpumpe, insbesondere zum Betrieb einer Vakuumpumpe gemäß zumindest einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, mit zumindest einer Pumpstufe, die zumindest einen Rotor umfasst, der mittels zumindest einer Lagereinrichtung drehbar gelagert ist, mit einer ersten Sensoreinrichtung, mit der ein Betriebsparameter der Lagereinrichtung direkt oder indirekt bestimmt wird, und mit einer zweiten Sensoreinrichtung, mit der ein Betriebsparameter der Vakuumpumpe, insbesondere ein Betriebsparameter eines Gehäuses der Vakuumpumpe, in einem von der Lagereinrichtung beabstandeten Abschnitt bestimmt wird, wobei der Betriebsparameter der Lagereinrichtung und der Betriebsparameter der Vakuumpumpe miteinander verglichen werden und auf Basis des Vergleichs ein Betriebszustand der Lagereinrichtung ermittelt wird.The present invention further relates to a method for operating a vacuum pump, in particular for operating a vacuum pump according to at least one of the embodiments described above, with at least one pump stage, which comprises at least one rotor which is rotatably supported by at least one bearing device, with a first sensor device, with which an operating parameter of the bearing device is determined directly or indirectly, and with a second sensor device with which an operating parameter of the vacuum pump, in particular an operating parameter of a housing of the vacuum pump, is determined in a distance from the bearing device portion, wherein the operating parameters of the bearing device and the Operating parameters of the vacuum pump are compared with each other and based on the comparison, an operating condition of the bearing device is determined.

Dem Vergleich kann eine Datenfilterung und/oder -konversion vorangehen oder er kann diese oder ähnliche Verfahren umfassen. Es kann auch vorgesehen sein, dass bei der Datenbearbeitung und/oder -analyse Stabilitätskriterien berücksichtigt werden. Ziel dieser Maßnahmen ist unter anderem, dass nicht relevante (z.B. kurzfristige) Schwankungen in den Daten, die ein falsches Bild vom Zustand des Lagers zeichnen könnten, eliminiert werden.The comparison may be preceded by data filtering and / or conversion or may include these or similar methods. It may also be provided that stability criteria are taken into account in the data processing and / or analysis. The aim of these measures is, inter alia, that non-relevant (eg short-term) fluctuations in the data, which could draw a wrong picture of the state of the camp, are eliminated.

D.h. die erste Sensoreinrichtung ist entweder so angeordnet, dass sie den Betriebsparameter der Lagereinrichtung direkt messen kann. Es ist aber auch denkbar, dass die Messung in der näheren Umgebung der Lagereinrichtung durchgeführt wird. Dann kann davon ausgegangen werden, dass der gemessene Wert im Wesentlichen dem entspricht, den man bei einer direkten Messung erhalten würde. Die zweite Sensoreinrichtung soll dahingegen einen Wert eines Betriebszustands liefern, der wenig bis kaum von dem Zustand der Lagereinrichtung beeinflusst wird. Er wird daher in einiger Entfernung von der Lagereinrichtung bestimmt.That the first sensor device is either arranged so that it can directly measure the operating parameter of the bearing device. But it is also conceivable that the measurement is carried out in the vicinity of the storage facility. Then, it can be assumed that the measured value is substantially equal to that which would be obtained in a direct measurement. On the other hand, the second sensor device should deliver a value of an operating state which is hardly or hardly influenced by the state of the bearing device. It is therefore determined at some distance from the storage facility.

Der Betriebsparameter der Lagereinrichtung und der Betriebsparameter der Vakuumpumpe können die gleiche physikalische Messgröße sein.The operating parameter of the storage device and the operating parameters of the vacuum pump may be the same physical quantity.

Beispielsweise sind der Betriebsparameter der Lagereinrichtung und/oder der Betriebsparameter der Vakuumpumpe eine Temperatur, ein MaĂź fĂĽr mechanische Schwingungen, insbesondere eine Schwingungsamplitude und/oder eine Schwingungsfrequenz, und/oder ein akustischer Parameter sind.For example, the operating parameters of the bearing device and / or the operating parameters of the vacuum pump are a temperature, a measure of mechanical vibrations, in particular a vibration amplitude and / or a vibration frequency, and / or an acoustic parameter.

Gemäß einer Aufführungsform des Verfahrens können also beispielsweise eine Temperatur der Lagereinrichtung oder eines benachbarten Bauteils, das in direktem oder in direkten Kontakt mit der Lagereinrichtung steht, und eine Temperatur eines Abschnitts eines Gehäuses der Vakuumpumpe als Basis zur Ermittlung des Betriebszustands der Lagereinrichtung herangezogen werden. Analoges gilt für Schwingungen und andere physikalische Messgrößen.Thus, according to one embodiment of the method, for example, a temperature of the bearing device or an adjacent component that is in direct or direct contact with the bearing device, and a temperature of a portion of a housing of the vacuum pump can be used as the basis for determining the operating state of the bearing device. The same applies to vibrations and other physical parameters.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Vergleich des Betriebsparameters der Lagereinrichtung und des Betriebsparameters der Vakuumpumpe eine Bildung eines Vergleichsparameters. Bei einer Unter- und/oder Überschreitung eines vordefinierten oder erlernten Schwellwerts des Vergleichsparameters wird ein Störfall festgestellt. Für den Vergleichsparameter kann auch ein Parameterraum definiert werden, der einem normalen oder abnormen Zustand entspricht.According to a further embodiment of the method, the comparison of the operating parameter of the bearing device and the operating parameter of the vacuum pump comprises the formation of a comparison parameter. In one and / or exceeding a predefined or learned threshold value of the comparison parameter, a fault is detected. For the comparison parameter, a parameter space can also be defined which corresponds to a normal or abnormal state.

Der Vergleich des Betriebsparameters der Lagereinrichtung und des Betriebsparameters der Vakuumpumpe kann eine Bildung einer Differenz der Betriebsparameter umfassen, wobei bei einer Überschreitung eines vordefinierten oder erlernten Schwellwerts der Differenz ein Störfall festgestellt wird. Der Vergleich kann aber auch eine Quotientenbildung o.ä. unfassenThe comparison of the operating parameter of the bearing device and the operating parameter of the vacuum pump may include a formation of a difference of the operating parameters, wherein a fault is detected when exceeding a predefined or learned threshold value of the difference. The comparison can also be a quotient or the like. unfassen

Bei Feststellung des Störfalls kann ein Warnsignal ausgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich wird automatisch - z.B. durch die Steuereinrichtung - in den Betrieb der Vakuumpumpe eingegriffen, wenn der Störfall eintritt. Beispielsweise wird die Pumpe schonend oder abrupt stillgesetzt oder die Drehzahl der Pumpe wird reduziert, um sie in einen "sicheren" Betriebsmodus zu versetzen. Die Reaktion auf den Eintritt des Störfalls kann in Abhängigkeit von der ermittelten Schwere des Störfalls gewählt werden.Upon detection of the fault, a warning signal can be issued. Alternatively or additionally, automatically - e.g. by the control device - intervened in the operation of the vacuum pump when the accident occurs. For example, the pump is shut down gently or abruptly or the speed of the pump is reduced to put them in a "safe" mode of operation. The reaction to the occurrence of the accident can be selected depending on the determined severity of the accident.

Um die Zuverlässigkeit der Ermittlung des Betriebszustands zu erhöhen, kann vorgesehen sein, dass der Betriebszustand der Vakuumpumpe erst bestimmt wird, wenn der Betriebsparameter der Vakuumpumpe einen statischen oder quasi-statischen Wert oder Wertebereich erreicht hat. Beispielsweise schwingt sich die Temperaturverteilung in der Vakuumpumpe bei einem Hochfahren der Pumpe erst nach einiger Zeit ein. Die bestimmten Betriebsparameter der Sensoreinrichtungen liefern währenddessen daher womöglich noch ein Bild, das nicht unbedingt zuverlässige Rückschlüsse auf den tatsächlichen Zustand der Lagereinrichtung zulässt. Es wird mit der entsprechenden Analyse also erst begonnen bzw. die entsprechenden Messdaten werden erst berücksichtigt, wenn die Pumpe einen stabilen Zustand erreicht hat, um die Wahrscheinlichkeit von Fehlalarmen zu minimieren. Bei der Bestimmung des Betriebszustands der Vakuumpumpe können weitere Faktoren berücksichtigt werden, insbesondere externe und/oder interne Parameter, bevorzugt eine Laufzeit und/oder ein Alter der Vakuumpumpe, eine externe mechanische Belastung der Vakuumpumpe, eine externe Temperaturbelastung der Vakuumpumpe und/oder ein Betriebsmodus der Vakuumpumpe.In order to increase the reliability of the determination of the operating state, it may be provided that the operating state of the vacuum pump is determined only when the operating parameter of the vacuum pump has reached a static or quasi-static value or value range. For example, the temperature distribution in the vacuum pump oscillates when the pump starts up only after some time. In the meantime, the particular operating parameters of the sensor devices may still provide an image that does not necessarily allow reliable conclusions to be drawn about the actual state of the bearing device. Thus, the corresponding analysis is only begun or the corresponding measurement data are taken into account only when the pump has reached a stable state in order to minimize the probability of false alarms. In determining the operating state of the vacuum pump, further factors may be taken into account, in particular external and / or internal parameters, preferably a running time and / or an age of the vacuum pump, an external mechanical load of the vacuum pump, an external temperature load of the vacuum pump and / or an operating mode of the vacuum pump vacuum pump.

In vielen Fällen werden die Betriebsparameter der Lagereinrichtung und/oder der Vakuumpumpe auch von Faktoren beeinflusst, die nicht nur von dem Zustand der Lagereinrichtung und/oder z.B. einer Drehzahl der Pumpe abhängen. Auch ein Alter der Pumpe, eine Laufzeit nach dem letzten Serviceintervall, eine "Historie" der Pumpe (wie lange wurde sie bei welchen Drehzahlen bzw. in welchen Betriebsmodi betrieben), ein Alter des verwendeten Schmiermittel o.ä. beeinflussen die Betriebsparameter bei einem Betrieb der Pumpe. Gleiches gilt für externe Faktoren, wie etwa eine mechanische Belastung und/oder Schwingungsbelastung der Pumpe und/oder eine Temperaturbelastung der Pumpe.In many cases, the operating parameters of the storage device and / or the vacuum pump are also influenced by factors other than the condition of the storage device and / or e.g. depend on a speed of the pump. Also, an age of the pump, a running time after the last service interval, a "history" of the pump (how long it was operated at what speeds or in which operating modes), an age of the lubricant used or similar. affect the operating parameters during operation of the pump. The same applies to external factors, such as a mechanical load and / or vibration load of the pump and / or a temperature load of the pump.

So Daten zu diesen Faktoren vorliegen, können sie bei der Ermittlung des Betriebszustands der Lagereinrichtung berücksichtigt werden. Beispielsweise wird der vorstehend beschriebene Schwellwert entsprechend angepasst.If there are data on these factors, they can be taken into account when determining the operating status of the storage facility. For example, the threshold value described above is adjusted accordingly.

Die bei der Ermittlung des Betriebszustands der Lagereinrichtung erhaltenen Daten können auch genutzt werden, um einen Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem eine Wartung der Pumpe bzw. der Lagereinrichtung vorgenommen werden sollte. Dem Anwender kann auch eine Restlaufzeit des Wartungsintervalls ausgegeben werden. Mit anderen Worten können die genannten Daten zur Optimierung der Wartung genutzt werden, da die Wartungsintervalle bedarfsgerecht und abhängig von der Intensität der Nutzung der Pumpe angepasst werden können.The data obtained in determining the operating state of the storage device can also be used to determine a time at which a maintenance of the pump or the storage device should be made. The user can also be given a remaining time of the maintenance interval. In other words, the data mentioned can be used to optimize the maintenance, since the maintenance intervals can be adjusted as needed and depending on the intensity of use of the pump.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand vorteilhafter AusfĂĽhrungsformen unter Bezugnahme auf die beigefĂĽgten Figuren beschrieben. Es zeigen, jeweils schematisch:

Fig. 1
eine perspektivische Ansicht einer Turbomolekularpumpe,
Fig. 2
eine Ansicht der Unterseite der Turbomolekularpumpe von Fig. 1,
Fig. 3
einen Querschnitt der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie A-A,
Fig. 4
eine Querschnittsansicht der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie B-B,
Fig. 5
eine Querschnittsansicht der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie C-C und
Fig. 6
einen Querschnitt einer weiteren AusfĂĽhrungsform einer Turbomolekularpumpe.
The invention will be described by way of example with reference to advantageous embodiments with reference to the accompanying figures. It show, each schematically:
Fig. 1
a perspective view of a turbomolecular pump,
Fig. 2
a view of the bottom of the turbomolecular pump from Fig. 1 .
Fig. 3
a cross section of the turbomolecular pump along in Fig. 2 shown section line AA,
Fig. 4
a cross-sectional view of the turbomolecular pump along in Fig. 2 shown section line BB,
Fig. 5
a cross-sectional view of the turbomolecular pump along in Fig. 2 shown section line CC and
Fig. 6
a cross section of another embodiment of a turbomolecular pump.

Die in Fig. 1 gezeigte Turbomolekularpumpe 111 umfasst einen von einem Einlassflansch 113 umgebenen Pumpeneinlass 115, an welchen in an sich bekannter Weise ein nicht dargestellter Rezipient angeschlossen werden kann. Das Gas aus dem Rezipienten kann über den Pumpeneinlass 115 aus dem Rezipienten gesaugt und durch die Pumpe hindurch zu einem Pumpenauslass 117 gefördert werden, an den eine Vorvakuumpumpe, wie etwa eine Drehschieberpumpe, angeschlossen sein kann.In the Fig. 1 shown turbomolecular pump 111 comprises a pump inlet 115 surrounded by an inlet flange 113, to which in a conventional manner, a non-illustrated recipient can be connected. The gas from the recipient may be drawn from the recipient via the pump inlet 115 and conveyed through the pump to a pump outlet 117 to which a backing pump, such as a rotary vane pump, may be connected.

Der Einlassflansch 113 bildet bei der Ausrichtung der Vakuumpumpe gemäß Fig. 1 das obere Ende des Gehäuses 119 der Vakuumpumpe 111. Das Gehäuse 119 umfasst ein Unterteil 121, an welchem seitlich ein Elektronikgehäuse 123 angeordnet ist. In dem Elektronikgehäuse 123 sind elektrische und/oder elektronische Komponenten der Vakuumpumpe 111 untergebracht, z.B. zum Betreiben eines in der Vakuumpumpe angeordneten Elektromotors 125. Am Elektronikgehäuse 123 sind mehrere Anschlüsse 127 für Zubehör vorgesehen. Außerdem sind eine Datenschnittstelle 129, z.B. gemäß dem RS485-Standard, und ein Stromversorgungsanschluss 131 am Elektronikgehäuse 123 angeordnet.The inlet flange 113 forms according to the orientation of the vacuum pump Fig. 1 the upper end of the housing 119 of the vacuum pump 111. The housing 119 comprises a lower part 121, on which an electronics housing 123 is arranged laterally. Housed in the electronics housing 123 are electrical and / or electronic components of the vacuum pump 111, eg for operating an electric motor 125 arranged in the vacuum pump. A plurality of connections 127 for accessories are provided on the electronics housing 123. In addition, a data interface 129, for example, according to the RS485 standard, and a power supply terminal 131 on the electronics housing 123 are arranged.

Am Gehäuse 119 der Turbomolekularpumpe 111 ist ein Fluteinlass 133, insbesondere in Form eines Flutventils, vorgesehen, über den die Vakuumpumpe 111 geflutet werden kann. Im Bereich des Unterteils 121 ist ferner noch ein Sperrgasanschluss 135, der auch als Spülgasanschluss bezeichnet wird, angeordnet, über welchen Spülgas zum Schutz des Elektromotors 125 (siehe z.B. Fig. 3) vor dem von der Pumpe geförderten Gas in den Motorraum 137, in welchem der Elektromotor 125 in der Vakuumpumpe 111 untergebracht ist, gebracht werden kann. Im Unterteil 121 sind ferner noch zwei Kühlmittelanschlüsse 139 angeordnet, wobei einer der Kühlmittelanschlüsse als Einlass und der andere Kühlmittelanschluss als Auslass für Kühlmittel vorgesehen ist, das zu Kühlzwecken in die Vakuumpumpe geleitet werden kann.On the housing 119 of the turbomolecular pump 111, a flood inlet 133, in particular in the form of a flood valve, is provided, via which the vacuum pump 111 can be flooded. In the region of the lower part 121, a sealing gas connection 135, which is also referred to as flushing gas connection, is furthermore arranged, via which flushing gas for protecting the electric motor 125 (see, for example, US Pat Fig. 3 ) can be brought before the pumped by the pump gas in the engine compartment 137, in which the electric motor 125 is housed in the vacuum pump 111. In the lower part 121 two coolant connections 139 are further arranged, wherein one of the coolant connections is provided as an inlet and the other coolant connection as an outlet for coolant, which can be passed for cooling purposes in the vacuum pump.

Die untere Seite 141 der Vakuumpumpe kann als Standfläche dienen, sodass die Vakuumpumpe 111 auf der Unterseite 141 stehend betrieben werden kann. Die Vakuumpumpe 111 kann aber auch über den Einlassflansch 113 an einem Rezipienten befestigt werden und somit gewissermaßen hängend betrieben werden. Außerdem kann die Vakuumpumpe 111 so gestaltet sein, dass sie auch in Betrieb genommen werden kann, wenn sie auf andere Weise ausgerichtet ist als in Fig. 1 gezeigt ist. Es lassen sich auch Ausführungsformen der Vakuumpumpe realisieren, bei der die Unterseite 141 nicht nach unten, sondern zur Seite gewandt oder nach oben gerichtet angeordnet werden kann.The lower side 141 of the vacuum pump can serve as a base, so that the vacuum pump 111 can be operated standing on the bottom 141. However, the vacuum pump 111 can also be fastened to a recipient via the inlet flange 113 and thus be operated to a certain extent suspended. In addition, the vacuum pump 111 can be designed so that it can also be put into operation, if it is aligned differently than in Fig. 1 is shown. Embodiments of the vacuum pump can also be implemented in which the lower side 141 can not be turned down but can be turned to the side or directed upwards.

An der Unterseite 141, die in Fig. 2 dargestellt ist, sind noch diverse Schrauben 143 angeordnet, mittels denen hier nicht weiter spezifizierte Bauteile der Vakuumpumpe aneinander befestigt sind. Beispielsweise ist ein Lagerdeckel 145 an der Unterseite 141 befestigt.At the bottom 141, the in Fig. 2 is shown, various screws 143 are still arranged, by means of which here unspecified components of the vacuum pump are attached to each other. For example, a bearing cap 145 is attached to the bottom 141.

An der Unterseite 141 sind außerdem Befestigungsbohrungen 147 angeordnet, über welche die Pumpe 111 beispielsweise an einer Auflagefläche befestigt werden kann.On the bottom 141 also mounting holes 147 are arranged, via which the pump 111 can be attached, for example, to a support surface.

In den Figuren 2 bis 5 ist eine KĂĽhlmittelleitung 148 dargestellt, in welcher das ĂĽber die KĂĽhlmittelanschlĂĽsse 139 ein- und ausgeleitete KĂĽhlmittel zirkulieren kann.In the FIGS. 2 to 5 For example, a coolant line 148 is shown, in which the coolant introduced and discharged via the coolant connections 139 can circulate.

Wie die Schnittdarstellungen der Figuren 3 bis 5 zeigen, umfasst die Vakuumpumpe mehrere Prozessgaspumpstufen zur Förderung des an dem Pumpeneinlass 115 anstehenden Prozessgases zu dem Pumpenauslass 117.Like the sectional views of the FIGS. 3 to 5 1, the vacuum pump comprises a plurality of process gas pumping stages for conveying the process gas pending at the pump inlet 115 to the pump outlet 117.

In dem Gehäuse 119 ist ein Rotor 149 angeordnet, der eine um eine Rotationsachse 151 drehbare Rotorwelle 153 aufweist.In the housing 119, a rotor 149 is arranged, which has a about a rotation axis 151 rotatable rotor shaft 153.

Die Turbomolekularpumpe 111 umfasst mehrere pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete turbomolekulare Pumpstufen mit mehreren an der Rotorwelle 153 befestigten radialen Rotorscheiben 155 und zwischen den Rotorscheiben 155 angeordneten und in dem Gehäuse 119 festgelegten Statorscheiben 157. Dabei bilden eine Rotorscheibe 155 und eine benachbarte Statorscheibe 157 jeweils eine turbomolekulare Pumpstufe. Die Statorscheiben 157 sind durch Abstandsringe 159 in einem gewünschten axialen Abstand zueinander gehalten.Turbomolecular pump 111 includes a plurality of turbomolecular pump stages operatively connected in series with a plurality of rotor disks 155 mounted on rotor shaft 153 and stator disks 157 disposed between rotor disks 155 and housed in housing 119. A rotor disk 155 and an adjacent stator disk 157 each form a turbomolecular one pump stage. The stator disks 157 are held by spacer rings 159 at a desired axial distance from each other.

Die Vakuumpumpe umfasst außerdem in radialer Richtung ineinander angeordnete und pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete Holweck-Pumpstufen. Der Rotor der Holweck-Pumpstufen umfasst eine an der Rotorwelle 153 angeordnete Rotornabe 161 und zwei an der Rotornabe 161 befestigte und von dieser getragene zylindermantelförmige Holweck-Rotorhülsen 163, 165, die koaxial zur Rotationsachse 151 orientiert und in radialer Richtung ineinander geschachtelt sind. Ferner sind zwei zylindermantelförmige Holweck-Statorhülsen 167, 169 vorgesehen, die ebenfalls koaxial zu der Rotationsachse 151 orientiert und in radialer Richtung gesehen ineinander geschachtelt sind.The vacuum pump further comprises Holweck pumping stages which are arranged one inside the other in the radial direction and which are pumpingly connected to one another in series. Of the The rotor of the Holweck pump stages comprises a rotor hub 161 arranged on the rotor shaft 153 and two cylinder shell-shaped Holweck rotor sleeves 163, 165 fastened to the rotor hub 161 and oriented coaxially with the rotation axis 151 and nested in the radial direction. Furthermore, two cylinder jacket-shaped Holweck stator sleeves 167, 169 are provided, which are also oriented coaxially to the rotation axis 151 and, as seen in the radial direction, are nested one inside the other.

Die pumpaktiven Oberflächen der Holweck-Pumpstufen sind durch die Mantelflächen, also durch die radialen Innen- und/oder Außenflächen, der Holweck-Rotorhülsen 163, 165 und der Holweck-Statorhülsen 167, 169 gebildet. Die radiale Innenfläche der äußeren Holweck-Statorhülse 167 liegt der radialen Außenfläche der äußeren Holweck-Rotorhülse 163 unter Ausbildung eines radialen Holweck-Spalts 171 gegenüber und bildet mit dieser die der Turbomolekularpumpen nachfolgende erste Holweck-Pumpstufe. Die radiale Innenfläche der äußeren Holweck-Rotorhülse 163 steht der radialen Außenfläche der inneren Holweck-Statorhülse 169 unter Ausbildung eines radialen Holweck-Spalts 173 gegenüber und bildet mit dieser eine zweite Holweck-Pumpstufe. Die radiale Innenfläche der inneren Holweck-Statorhülse 169 liegt der radialen Außenfläche der inneren Holweck-Rotorhülse 165 unter Ausbildung eines radialen Holweck-Spalts 175 gegenüber und bildet mit dieser die dritte Holweck-Pumpstufe.The pump-active surfaces of the Holweck pump stages are formed by the lateral surfaces, ie by the radial inner and / or outer surfaces, the Holweck rotor sleeves 163, 165 and the Holweck stator sleeves 167, 169. The radially inner surface of the outer Holweck stator sleeve 167 faces the radially outer surface of the outer Holweck rotor sleeve 163, forming a radial Holweck gap 171, and forms with it the first Holweck pump stage subsequent to the turbomolecular pumps. The radially inner surface of the outer Holweck rotor sleeve 163 faces the radially outer surface of the inner Holweck stator sleeve 169 forming a radial Holweck gap 173 and forms with this a second Holweck pumping stage. The radially inner surface of the inner Holweck stator sleeve 169 faces the radially outer surface of the inner Holweck rotor sleeve 165 to form a radial Holweck gap 175 and forms with this the third Holweck pumping stage.

Am unteren Ende der Holweck-RotorhĂĽlse 163 kann ein radial verlaufender Kanal vorgesehen sein, ĂĽber den der radial auĂźenliegende Holweck-Spalt 171 mit dem mittleren Holweck-Spalt 173 verbunden ist. AuĂźerdem kann am oberen Ende der inneren Holweck-StatorhĂĽlse 169 ein radial verlaufender Kanal vorgesehen sein, ĂĽber den der mittlere Holweck-Spalt 173 mit dem radial innenliegenden Holweck-Spalt 175 verbunden ist. Dadurch werden die ineinander geschachtelten Holweck-Pumpstufen in Serie miteinander geschaltet. Am unteren Ende der radial innenliegenden Holweck-RotorhĂĽlse 165 kann ferner ein Verbindungskanal 179 zum Auslass 117 vorgesehen sein.At the lower end of the Holweck rotor sleeve 163, a radially extending channel may be provided, via which the radially outer Holweck gap 171 is connected to the middle Holweck gap 173. In addition, at the upper end of the inner Holweck stator sleeve 169, a radially extending channel may be provided, via which the middle Holweck gap 173 is connected to the radially inner Holweck gap 175. As a result, the nested Holweck pump stages are connected in series. At the lower end of the radially inner Holweck rotor sleeve 165 may also be provided a connection channel 179 to the outlet 117.

Die vorstehend genannten pumpaktiven Oberflächen der Holweck-Statorhülsen 163, 165 weisen jeweils mehrere spiralförmig um die Rotationsachse 151 herum in axialer Richtung verlaufende Holweck-Nuten auf, während die gegenüberliegenden Mantelflächen der Holweck-Rotorhülsen 163, 165 glatt ausgebildet sind und das Gas zum Betrieb der Vakuumpumpe 111 in den Holweck-Nuten vorantreiben.The above-mentioned pump-active surfaces of the Holweck stator sleeves 163, 165 each have a plurality of Holweck grooves running around the axis of rotation 151 in the axial direction, while the opposite lateral surfaces of the Holweck rotor sleeves 163, 165 are smooth and the gas for operating the Drive vacuum pump 111 in the Holweck grooves.

Zur drehbaren Lagerung der Rotorwelle 153 sind ein Wälzlager 181 im Bereich des Pumpenauslasses 117 und ein Permanentmagnetlager 183 im Bereich des Pumpeneinlasses 115 vorgesehen.For rotatably supporting the rotor shaft 153, a roller bearing 181 in the region of the pump outlet 117 and a permanent magnet bearing 183 in the region of the pump inlet 115 are provided.

Im Bereich des Wälzlagers 181 ist an der Rotorwelle 153 eine konische Spritzmutter 185 mit einem zu dem Wälzlager 181 hin zunehmenden Außendurchmesser vorgesehen. Die Spritzmutter 185 steht mit mindestens einem Abstreifer eines Betriebsmittelspeichers in gleitendem Kontakt. Der Betriebsmittelspeicher umfasst mehrere aufeinander gestapelte saugfähige Scheiben 187, die mit einem Betriebsmittel für das Wälzlager 181, z.B. mit einem Schmiermittel, getränkt sind.In the area of the roller bearing 181, a conical spray nut 185 with an outer diameter increasing toward the rolling bearing 181 is provided on the rotor shaft 153. The spray nut 185 is in sliding contact with at least one scraper of a resource storage. The resource storage comprises a plurality of stackable absorbent discs 187 provided with a rolling bearing bearing means 181, e.g. with a lubricant, soaked.

Im Betrieb der Vakuumpumpe 111 wird das Betriebsmittel durch kapillare Wirkung von dem Betriebsmittelspeicher über den Abstreifer auf die rotierende Spritzmutter 185 übertragen und in Folge der Zentrifugalkraft entlang der Spritzmutter 185 in Richtung des größer werdenden Außendurchmessers der Spritzmutter 185 zu dem Wälzlager 181 hin gefördert, wo es z.B. eine schmierende Funktion erfüllt. Das Wälzlager 181 und der Betriebsmittelspeicher sind durch einen wannenförmigen Einsatz 189 und den Lagerdeckel 145 in der Vakuumpumpe eingefasst.During operation of the vacuum pump 111, the operating medium is transferred by capillary action of the resource storage on the scraper on the rotating sprayer nut 185 and promoted in the direction of increasing outer diameter of the spray nut 185 to the roller bearing 181 through where the centrifugal force along the spray nut 185 eg fulfills a lubricating function. The rolling bearing 181 and the resource storage are enclosed by a trough-shaped insert 189 and the bearing cap 145 in the vacuum pump.

Das Permanentmagnetlager 183 umfasst eine rotorseitige Lagerhälfte 191 und eine statorseitige Lagerhälfte 193, welche jeweils einen Ringstapel aus mehreren in axialer Richtung aufeinander gestapelten permanentmagnetischen Ringen 195, 197 umfassen. Die Ringmagnete 195, 197 liegen einander unter Ausbildung eines radialen Lagerspalts 199 gegenüber, wobei die rotorseitigen Ringmagnete 195 radial außen und die statorseitigen Ringmagnete 197 radial innen angeordnet sind. Das in dem Lagerspalt 199 vorhandene magnetische Feld ruft magnetische Abstoßungskräfte zwischen den Ringmagneten 195, 197 hervor, welche eine radiale Lagerung der Rotorwelle 153 bewirken. Die rotorseitigen Ringmagnete 195 sind von einem Trägerabschnitt 201 der Rotorwelle 153 getragen, welcher die Ringmagnete 195 radial außenseitig umgibt. Die statorseitigen Ringmagnete 197 sind von einem statorseitigen Trägerabschnitt 203 getragen, welcher sich durch die Ringmagnete 197 hindurch erstreckt und an radialen Streben 205 des Gehäuses 119 aufgehängt ist. Parallel zu der Rotationsachse 151 sind die rotorseitigen Ringmagnete 195 durch ein mit dem Trägerabschnitt 203 gekoppeltes Deckelelement 207 festgelegt. Die statorseitigen Ringmagnete 197 sind parallel zu der Rotationsachse 151 in der einen Richtung durch einen mit dem Trägerabschnitt 203 verbundenen Befestigungsring 209 sowie einen mit dem Trägerabschnitt 203 verbundenen Befestigungsring 211 festgelegt. Zwischen dem Befestigungsring 211 und den Ringmagneten 197 kann außerdem eine Tellerfeder 213 vorgesehen sein.The permanent magnet bearing 183 comprises a rotor-side bearing half 191 and a stator-side bearing half 193, which each have a ring stack of several in the axial direction stacked permanent magnetic rings 195, 197 include. The ring magnets 195, 197 are opposed to each other to form a radial bearing gap 199, wherein the rotor-side ring magnets 195 are disposed radially outward and the stator-side ring magnets 197 radially inward. The magnetic field present in the bearing gap 199 causes magnetic repulsive forces between the ring magnets 195, 197, which cause a radial bearing of the rotor shaft 153. The rotor-side ring magnets 195 are supported by a carrier section 201 of the rotor shaft 153, which surrounds the ring magnets 195 radially on the outside. The stator-side ring magnets 197 are supported by a stator-side support portion 203, which extends through the ring magnets 197 and is suspended on radial struts 205 of the housing 119. Parallel to the axis of rotation 151, the rotor-side ring magnets 195 are fixed by a lid element 207 coupled to the carrier section 203. The stator-side ring magnets 197 are fixed parallel to the axis of rotation 151 in one direction by a fastening ring 209 connected to the carrier section 203 and a fastening ring 211 connected to the carrier section 203. Between the fastening ring 211 and the ring magnet 197, a plate spring 213 may also be provided.

Innerhalb des Magnetlagers ist ein Not- bzw. Fanglager 215 vorgesehen, welches im normalen Betrieb der Vakuumpumpe 111 ohne Berührung leer läuft und erst bei einer übermäßigen radialen Auslenkung des Rotors 149 relativ zu dem Stator in Eingriff gelangt, um einen radialen Anschlag für den Rotor 149 zu bilden, da eine Kollision der rotorseitigen Strukturen mit den statorseitigen Strukturen verhindert wird. Das Fanglager 215 ist als ungeschmiertes Wälzlager ausgebildet und bildet mit dem Rotor 149 und/oder dem Stator einen radialen Spalt, welcher bewirkt, dass das Fanglager 215 im normalen Pumpbetrieb außer Eingriff ist. Die radiale Auslenkung, bei der das Fanglager 215 in Eingriff gelangt, ist groß genug bemessen, sodass das Fanglager 215 im normalen Betrieb der Vakuumpumpe nicht in Eingriff gelangt, und gleichzeitig klein genug, sodass eine Kollision der rotorseitigen Strukturen mit den statorseitigen Strukturen unter allen Umständen verhindert wird.Within the magnetic bearing, an emergency bearing 215 is provided, which runs empty in the normal operation of the vacuum pump 111 without contact and engages only with an excessive radial deflection of the rotor 149 relative to the stator to a radial stop for the rotor 149th to form, since a collision of the rotor-side structures with the stator-side structures is prevented. The safety bearing 215 is designed as an unlubricated rolling bearing and forms with the rotor 149 and / or the stator a radial gap, which causes the safety bearing 215 is disengaged in the normal pumping operation. The radial deflection at which the fishing camp 215 engages is sized large enough so that the fishing camp 215 in normal operation of the vacuum pump is not engaged, and at the same time small enough so that a collision of the rotor-side structures with the stator-side structures is prevented under all circumstances.

Die Vakuumpumpe 111 umfasst den Elektromotor 125 zum drehenden Antreiben des Rotors 149. Der Anker des Elektromotors 125 ist durch den Rotor 149 gebildet, dessen Rotorwelle 153 sich durch den Motorstator 217 hindurch erstreckt. Auf den sich durch den Motorstator 217 hindurch erstreckenden Abschnitt der Rotorwelle 153 kann radial außenseitig oder eingebettet eine Permanentmagnetanordnung angeordnet sein. Zwischen dem Motorstator 217 und dem sich durch den Motorstator 217 hindurch erstreckenden Abschnitt des Rotors 149 ist ein Zwischenraum 219 angeordnet, welcher einen radialen Motorspalt umfasst, über den sich der Motorstator 217 und die Permanentmagnetanordnung zur Übertragung des Antriebsmoments magnetisch beeinflussen können.The vacuum pump 111 includes the electric motor 125 for rotationally driving the rotor 149. The armature of the electric motor 125 is formed by the rotor 149 whose rotor shaft 153 extends through the motor stator 217. On the extending through the motor stator 217 through portion of the rotor shaft 153 may be arranged radially outside or embedded a permanent magnet arrangement. Between the motor stator 217 and the portion of the rotor 149 extending through the motor stator 217, a gap 219 is arranged, which comprises a radial motor gap, via which the motor stator 217 and the permanent magnet arrangement for the transmission of the drive torque can influence magnetically.

Der Motorstator 217 ist in dem Gehäuse innerhalb des für den Elektromotor 125 vorgesehenen Motorraums 137 festgelegt. Über den Sperrgasanschluss 135 kann ein Sperrgas, das auch als Spülgas bezeichnet wird, und bei dem es sich beispielsweise um Luft oder um Stickstoff handeln kann, in den Motorraum 137 gelangen. Über das Sperrgas kann der Elektromotor 125 vor Prozessgas, z.B. vor korrosiv wirkenden Anteilen des Prozessgases, geschützt werden. Der Motorraum 137 kann auch über den Pumpenauslass 117 evakuiert werden, d.h. im Motorraum 137 herrscht zumindest annäherungsweise der von der am Pumpenauslass 117 angeschlossenen Vorvakuumpumpe bewirkte Vakuumdruck.The motor stator 217 is fixed in the housing within the motor space 137 provided for the electric motor 125. About the sealing gas port 135, a sealing gas, which is also referred to as purge gas, and which may be, for example, air or nitrogen, enter the engine compartment 137. Via the blocking gas, the electric motor 125 can be provided with process gas, e.g. against corrosive fractions of the process gas. The engine compartment 137 may also be evacuated via the pump outlet 117, i. In the engine compartment 137, at least approximately, the vacuum pressure caused by the backing pump connected to the pump outlet 117 prevails.

Zwischen der Rotornabe 161 und einer den Motorraum 137 begrenzenden Wandung 221 kann außerdem eine sog. und an sich bekannte Labyrinthdichtung 223 vorgesehen sein, insbesondere um eine bessere Abdichtung des Motorraums 217 gegenüber den radial außerhalb liegenden Holweck-Pumpstufen zu erreichen. Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Turbomolekularpumpe, bei der jedoch beispielhaft Bereiche angegeben sind, in denen der jeweilige Messbereich der eingangs beschriebenen ersten und die zweiten Sensoreinrichtung liegt. Im vorliegenden Beispiel ist einerseits zumindest ein Temperatursensor (nicht gezeigt) vorgesehen, der derart angeordnet ist, dass er die in einem Bereich T1 herrschende Temperatur bestimmen kann. Der Bereich T1 ist dem Einsatz 189 zugeordnet, der das Kugellager 181 aufnimmt. Alternativ oder zusätzlich kann eine Temperaturmessung in einem Bereich T1' erfolgen. Der Bereich T1' liegt in dem Unterteil 121 und steht in direktem Kontakt mit dem Einsatz 189.Between the rotor hub 161 and a motor space 137 delimiting wall 221 may also be a so-called. And per se known labyrinth seal 223 may be provided, in particular to achieve a better seal of the engine compartment 217 against the Holweck pump stages located radially outside. Fig. 6 shows a further embodiment of a turbomolecular pump, in which, however, examples are given areas in which the respective measuring range of the above-described first and the second sensor device is located. In the present example, on the one hand at least one temperature sensor (not shown) is provided which is arranged such that it can determine the temperature prevailing in a region T1. The area T1 is associated with the insert 189, which receives the ball bearing 181. Alternatively or additionally, a temperature measurement can take place in a region T1 '. The region T1 'lies in the lower part 121 and is in direct contact with the insert 189.

Der oder die Temperatursensoren messen - direkt oder indirekt - also die dort herrschenden Temperaturen, was direkte Rückschlüsse auf die Temperatur des Wälzlagers 181 ermöglicht, da sich die Bereiche T1 und T1' in räumlicher Nähe zu dem Lager 181 befinden. Auch eine Temperaturmessung direkt an einer Komponente des Lagers 181, z.B. an dessen Außenring, ist denkbar.The temperature sensor or sensors measure - directly or indirectly - ie the temperatures prevailing there, which allows direct conclusions about the temperature of the rolling bearing 181, since the regions T1 and T1 'are in spatial proximity to the bearing 181. Also, a temperature measurement directly on a component of the bearing 181, e.g. on the outer ring, is conceivable.

Bei einem Lagerschaden und/oder einem Verschleiß des Lagers 181 erhitzt sich dieses stärker als normal. Um trennen zu können, ob eine Temperaturerhöhung des Lagers 181 - diese führt dann auch zu einer Temperaturerhöhung in den Bereichen T1, T1' - nicht ihre Ursache in einer höheren Belastung der Pumpe an sich hat, werden die in den Bereichen T1, T1' ermittelten Temperaturdaten mit Daten verglichen, die in zumindest einem Bereich gemessen werden, die nicht oder nur kaum von einer Temperaturerhöhung des Lagers 181 beeinflusst wird. Im vorliegenden Beispiel ist der von dem Lager 181 räumlich beabstandete Bereich T2 des Unterteils 121.When bearing damage and / or wear of the bearing 181 this heats up more than normal. In order to be able to separate whether a temperature increase of the bearing 181 - which then also leads to a temperature increase in the regions T1, T1 '- does not have its cause in a higher load on the pump per se, those determined in the regions T1, T1' Temperature data compared with data that are measured in at least one area that is not or only slightly influenced by a temperature increase of the bearing 181. In the present example, the area T2 of the lower part 121 that is spatially separated from the bearing 181 is 121.

Steigt dort in einer bestimmten Situation ebenfalls die Temperatur, so kann auf einen normalen Temperaturanstieg geschlossen werden, der z.B. vom Betriebsmodus der Pumpe und/oder von externen Faktoren bestimmt wird. Bei einer ungewöhnlichen Spreizung der in den Bereichen T1, T1' einerseits und im Bereich T2 andererseits gemessenen Daten und/oder bei einem Temperaturanstieg nur in den Bereichen T1, T1' kann dies auf einen zunehmenden Verschleiß des Lagers 181 oder einen anstehenden Schaden zurückzuführen sein. Eine Steuereinrichtung der Pumpe, die die genannten Daten erfasst und auswertet, erkennt dies und leitet (automatisch) Gegenmaßnahmen ein (z.B. Warnsignal, Stillsetzung der Pumpe, Änderung des Betriebsmodus, Anpassung des Wartungsintervalls o.ä.). Bei der Auswertung der genannten Daten können - wie eingangs erläutert - auch externe Faktoren und/oder die "Geschichte" der Pumpe sowie der Betriebsmodus, mit dem die Pumpe jeweils aktuell betrieben wird, berücksichtigt werden, um die Lagerüberwachung zu optimieren. Die für die Lagerüberwachung verwendeten Schwellenwerte und/oder Vergleichsparameter können in der Steuereinrichtung hinterlegt sein und/oder erlernt werden. Es kann vorgesehen sein, dass die im Rahmen der Lagerüberwachung ermittelten Daten bzw. die daraus hervorgegangenen Analysen abgespeichert und/oder an externe Datenspeicher (z.B. einen Server des Pumpenherstellers) übermittelt werden, um Wartungsintervalle anpassen und/oder Fehler frühzeitig erkennen und deren Ursachen besser analysieren zu können.If the temperature also rises there in a certain situation, it can be concluded that there is a normal temperature rise, which is determined, for example, by the operating mode of the pump and / or by external factors. In an unusual spread in the areas T1, T1 'on the one hand and in the area On the other hand measured data on the other hand, and / or with a temperature increase only in the areas T1, T1 ', this may be due to an increasing wear of the bearing 181 or pending damage. A control device of the pump, which detects and evaluates the data mentioned, detects this and initiates (automatically) countermeasures (eg warning signal, stopping the pump, changing the operating mode, adjusting the maintenance interval, etc.). In the evaluation of said data can - as explained above - external factors and / or the "history" of the pump and the operating mode, with which the pump is currently operated, are taken into account in order to optimize the storage monitoring. The threshold values and / or comparison parameters used for the bearing monitoring can be stored and / or learned in the control device. It can be provided that the data ascertained in the context of bearing control or the resulting analyzes are stored and / or transmitted to external data stores (eg a server of the pump manufacturer) in order to adapt maintenance intervals and / or detect errors early and better analyze their causes to be able to.

Der Bereich T2 und die Bereiche T1, T1' sind thermisch gekoppelt, um in einem normalen Betrieb einen Temperaturausgleich zu ermöglichen. Bei einem ordnungsgemäßen Betrieb der Pumpe stellt sich nämlich bei einem gegebenen Lastzustand nach einer gewissen Zeit eine statische oder quasi-statische Temperaturverteilung ein. Bevorzugt wird der Zustand des Lagers 181 erst überwacht, wenn ein solcher Zustand erreicht wurde, um die Gefahr von Fehlalarmen zu minimieren.The area T2 and the areas T1, T1 'are thermally coupled to allow temperature compensation in normal operation. In the case of a proper operation of the pump, a static or quasi-static temperature distribution arises after a certain time at a given load state. Preferably, the condition of the bearing 181 is not monitored until such a condition has been reached to minimize the risk of false alarms.

Bevorzugt ist eine aktive Kühlung, z.B. eine Wasserkühlung, vorgesehen, die vor allem den Bereich T2 beeinflusst. Die Kühlung vergrößert die Spreizung zwischen den in den Bereichen T1, T1' einerseits und T2 andererseits gemessenen Temperaturwerten, was die Datenanalyse vereinfacht. Von einer entsprechenden Kühleinrichtung ist in Fig. 6 nur ein Kühlmittelanschluss 225 gezeigt.Preferably, an active cooling, for example, a water cooling, provided, which mainly affects the range T2. The cooling increases the spread between the temperature values measured in the regions T1, T1 'on the one hand and T2 on the other hand, which simplifies the data analysis. From a corresponding cooling device is in Fig. 6 only one coolant port 225 is shown.

Beispielhafte Spreizungen sind - abhängig von der Kühlung - Temperaturdifferenzen von 1°C bis 5°C bei einem normalen Lagerzustand. Bei einem sich anbahnenden Lagerschaden steigt die Spreizung auf Werte von z.B. mehr als 5°C, mehr als 6°C, mehr als 15°C oder sogar noch größere Werte.Exemplary spreads are - depending on the cooling - temperature differences of 1 ° C to 5 ° C in a normal storage condition. For an imminent bearing damage, the spread increases to values of e.g. more than 5 ° C, more than 6 ° C, more than 15 ° C or even greater values.

Vorstehend wurde das Konzept der vorliegenden Erfindung anhand von Temperatursensoren erläutert. Deren lagernahen und lagerfernen Messbereiche T1, T1' bzw. T2 sind rein beispielhaft angegeben. Es versteht sich, dass auch andere physikalische Parameter - bei einer geeigneten Anordnung entsprechender Sensoren - in analoger Weise genutzt werden können, um den Betriebszustand einer Lagereinrichtung zu überwachen. Auch können die genannten Parameter an mehreren Stellen gemessen werden, um eine noch bessere Datenbasis zu erhalten. Das Erfindungskonzept ist nicht auf Turbomolekularpumpen beschränkt, sondern kann auch bei anderen Pumpentypen zum Einsatz gelangen.In the foregoing, the concept of the present invention has been explained with reference to temperature sensors. Their near-bearing and bearing remote measuring ranges T1, T1 'and T2 are given purely by way of example. It is understood that other physical parameters - with a suitable arrangement of corresponding sensors - can be used in an analogous manner to monitor the operating state of a storage facility. Also, these parameters can be measured in several places to get an even better database. The inventive concept is not limited to turbomolecular pumps, but can also be used in other types of pumps.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

111111
TurbomolekularpumpeTurbo molecular pump
113113
Einlassflanschinlet flange
115115
Pumpeneinlasspump inlet
117117
Pumpenauslasspump outlet
119119
Gehäusecasing
121121
Unterteillower part
123123
Elektronikgehäuseelectronics housing
125125
Elektromotorelectric motor
127127
Zubehöranschlussaccessory port
129129
DatenschnittstelleData Interface
131131
StromversorgungsanschlussPower connector
133133
Fluteinlassflood inlet
135135
SperrgasanschlussSealing gas connection
137137
Motorraumengine compartment
139139
KĂĽhlmittelanschlussCoolant connection
141141
Unterseitebottom
143143
Schraubescrew
145145
Lagerdeckelbearing cap
147147
Befestigungsbohrungmounting hole
148148
KĂĽhlmittelleitungCoolant line
149149
Rotorrotor
151151
Rotationsachseaxis of rotation
153153
Rotorwellerotor shaft
155155
Rotorscheiberotor disc
157157
Statorscheibestator
159159
Abstandsringspacer ring
161161
Rotornaberotor hub
163163
Holweck-RotorhĂĽlseHolweck rotor sleeve
165165
Holweck-RotorhĂĽlseHolweck rotor sleeve
167167
Holweck-StatorhĂĽlseHolweck stator
169169
Holweck-StatorhĂĽlseHolweck stator
171171
Holweck-SpaltHolweck gap
173173
Holweck-SpaltHolweck gap
175175
Holweck-SpaltHolweck gap
179179
Verbindungskanalconnecting channel
181181
Wälzlagerroller bearing
183183
PermanentmagnetlagerPermanent magnetic bearings
185185
Spritzmutterspray mother
187187
Scheibedisc
189189
Einsatzcommitment
191191
rotorseitige LagerhälfteRotor-side bearing half
193193
statorseitige Lagerhälftestator side half
195195
Ringmagnetring magnet
197197
Ringmagnetring magnet
199199
Lagerspaltbearing gap
201201
Trägerabschnittsupport section
203203
Trägerabschnittsupport section
205205
radiale Streberadial strut
207207
Deckelelementcover element
209209
StĂĽtzringsupport ring
211211
Befestigungsringfixing ring
213213
TellerfederBelleville spring
215215
Not- bzw. FanglagerEmergency or catch camp
217217
Motorstatormotor stator
219219
Zwischenraumgap
221221
Wandungwall
223223
Labyrinthdichtunglabyrinth seal
225225
KĂĽhlmittelanschlussCoolant connection
T1, T1'T1, T1 '
lagernaher Messbereichnear-bearing measuring range
T2T2
lagerferner MessbereichStorage remote measuring range

Claims (15)

Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, mit zumindest einer Pumpstufe, die zumindest einen Rotor umfasst, der mittels zumindest einer Lagereinrichtung drehbar gelagert ist, mit einer ersten Sensoreinrichtung, die benachbart zu der Lagereinrichtung angeordnet ist und mit der ein Betriebsparameter der Lagereinrichtung bestimmbar ist, und mit einer zweiten Sensoreinrichtung, die beabstandet von der Lagereinrichtung angeordnet ist und mit der ein Betriebsparameter der Vakuumpumpe, insbesondere ein Betriebsparameter eines Gehäuses der Vakuumpumpe, bestimmbar ist, wobei eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, den Betriebsparameter der Lagereinrichtung und den Betriebsparameter der Vakuumpumpe miteinander zu vergleichen und auf Basis des Vergleichs einen Betriebszustand der Lagereinrichtung zu ermitteln.Vacuum pump, in particular turbomolecular pump, with at least one pumping stage comprising at least one rotor which is rotatably supported by at least one bearing means, with a first sensor means which is arranged adjacent to the bearing means and with which an operating parameter of the bearing device can be determined, and with a second sensor device, which is arranged at a distance from the bearing device and with which an operating parameter of the vacuum pump, in particular an operating parameter of a housing of the vacuum pump, can be determined, wherein a control device is provided, which is designed and set up, the operating parameters of the bearing device and the operating parameters of the To compare vacuum pump with each other and to determine an operating condition of the bearing device based on the comparison. Vakuumpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste und die zweite Sensoreinrichtung zur Bestimmung der gleichen Messgröße ausgebildet sind.Vacuum pump according to claim 1,
characterized in that
the first and the second sensor device are designed to determine the same measured variable. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste und/oder die zweite Sensoreinrichtung einen Temperatursensor und/oder einen Schwingungssensor und/oder einen akustischen Sensor umfasst.Vacuum pump according to claim 1 or 2,
characterized in that
the first and / or the second sensor device comprises a temperature sensor and / or a vibration sensor and / or an acoustic sensor. Vakuumpumpe nach zumindest einem der vorstehenden AnsprĂĽche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Lagereinrichtung zumindest ein Wälzlager, insbesondere zumindest ein Kugellager umfasst.Vacuum pump according to at least one of the preceding claims,
characterized in that
the bearing device comprises at least one roller bearing, in particular at least one ball bearing. Vakuumpumpe nach zumindest einem der vorstehenden AnsprĂĽche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Sensoreinrichtung derart angeordnet ist, dass der Betriebsparameter eines Bauteils der Vakuumpumpe - direkt oder indirekt - bestimmbar ist, das die Lagereinrichtung aufnimmt.Vacuum pump according to at least one of the preceding claims,
characterized in that
the first sensor device is arranged such that the operating parameter of a component of the vacuum pump - directly or indirectly - can be determined, which receives the bearing device. Vakuumpumpe nach zumindest einem der vorstehenden AnsprĂĽche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vakuumpumpe eine aktive KĂĽhleinrichtung umfasst, die insbesondere zumindest zu einer KĂĽhlung eines Bauteils der Vakuumpumpe vorgesehen ist, dessen Betriebsparameter durch die zweite Sensoreinrichtung bestimmbar ist.Vacuum pump according to at least one of the preceding claims,
characterized in that
the vacuum pump comprises an active cooling device, which is provided in particular at least for cooling a component of the vacuum pump whose operating parameters can be determined by the second sensor device. Vakuumpumpe nach zumindest einem der vorstehenden AnsprĂĽche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Lagereinrichtung von einem ersten Bauteil der Vakuumpumpe aufgenommen wird, das separat von einem zweiten Bauteil der Vakuumpumpe, insbesondere einem Gehäusebauteil der Vakuumpumpe, ausgebildet ist, dem die zweite Sensoreinrichtung zugeordnet ist, insbesondere wobei das erste und das zweite Bauteil thermisch leitend miteinander gekoppelt sind.Vacuum pump according to at least one of the preceding claims,
characterized in that
the bearing device is received by a first component of the vacuum pump, which is formed separately from a second component of the vacuum pump, in particular a housing component of the vacuum pump, to which the second sensor device is associated, in particular wherein the first and the second component are thermally conductively coupled together. Verfahren zum Betrieb einer Vakuumpumpe, insbesondere zum Betrieb einer Vakuumpumpe gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, mit zumindest einer Pumpstufe, die zumindest einen Rotor umfasst, der mittels zumindest einer Lagereinrichtung drehbar gelagert ist, mit einer ersten Sensoreinrichtung, mit der ein Betriebsparameter der Lagereinrichtung direkt oder indirekt bestimmt wird, und mit einer zweiten Sensoreinrichtung, mit der ein Betriebsparameter der Vakuumpumpe, insbesondere ein Betriebsparameter eines Gehäuses der Vakuumpumpe, in einem von der Lagereinrichtung beabstandeten Abschnitt bestimmt wird, wobei der Betriebsparameter der Lagereinrichtung und der Betriebsparameter der Vakuumpumpe miteinander verglichen werden und auf Basis des Vergleichs ein Betriebszustand der Lagereinrichtung ermittelt wird.Method for operating a vacuum pump, in particular for operating a vacuum pump according to at least one of claims 1 to 7, with at least one pumping stage comprising at least one rotor which is rotatably supported by at least one bearing device, with a first Sensor device with which an operating parameter of the bearing device is determined directly or indirectly, and with a second sensor device with which an operating parameter of the vacuum pump, in particular an operating parameter of a housing of the vacuum pump is determined in a spaced-apart from the bearing device portion, wherein the operating parameters of the bearing device and the operating parameters of the vacuum pump are compared with each other and based on the comparison, an operating condition of the bearing device is determined. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Betriebsparameter der Lagereinrichtung und der Betriebsparameter der Vakuumpumpe die gleiche physikalische Messgröße sind.Method according to claim 8,
characterized in that
the operating parameters of the storage device and the operating parameters of the vacuum pump are the same physical measurand. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Betriebsparameter der Lagereinrichtung und/oder der Betriebsparameter der Vakuumpumpe eine Temperatur, ein MaĂź fĂĽr mechanische Schwingungen, insbesondere eine Schwingungsamplitude und/oder eine Schwingungsfrequenz, und/oder ein akustischer Parameter sind.Method according to claim 8 or 9,
characterized in that
the operating parameters of the bearing device and / or the operating parameters of the vacuum pump are a temperature, a measure of mechanical vibrations, in particular a vibration amplitude and / or a vibration frequency, and / or an acoustic parameter. Verfahren nach zumindest einem der AnsprĂĽche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Vergleich des Betriebsparameters der Lagereinrichtung und des Betriebsparameters der Vakuumpumpe eine Bildung eines Vergleichsparameters umfasst und dass bei einer Unter- und/oder Überschreitung eines Schwellwerts des Vergleichsparameters ein Störfall festgestellt wird.Method according to at least one of claims 8 to 10,
characterized in that
the comparison of the operating parameter of the bearing device and the operating parameter of the vacuum pump comprises the formation of a comparison parameter, and that a failure is detected when the threshold value of the comparison parameter is undershot and / or exceeded. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Vergleich des Betriebsparameters der Lagereinrichtung und des Betriebsparameters der Vakuumpumpe eine Bildung einer Differenz der Betriebsparameter umfasst und dass bei einer Überschreitung eines Schwellwerts der Differenz ein Störfall festgestellt wird.Method according to claim 11,
characterized in that
the comparison of the operating parameter of the bearing device and the operating parameter of the vacuum pump comprises a formation of a difference of the operating parameters and that an accident is detected when exceeding a threshold value of the difference. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei Feststellung des Störfalls ein Warnsignal ausgegeben wird und/oder automatisch in den Betrieb der Vakuumpumpe eingegriffen wird.Method according to claim 11 or 12,
characterized in that
upon detection of the accident, a warning signal is output and / or automatically intervened in the operation of the vacuum pump. Verfahren nach zumindest einem der AnsprĂĽche 8 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Betriebszustand der Vakuumpumpe erst bestimmt wird, wenn der Betriebsparameter der Vakuumpumpe einen statischen oder quasi-statischen Wert oder Wertebereich erreicht hat.Method according to at least one of claims 8 to 13,
characterized in that
the operating state of the vacuum pump is determined only when the operating parameter of the vacuum pump has reached a static or quasi-static value or range of values. Verfahren nach zumindest einem der AnsprĂĽche 8 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei der Bestimmung des Betriebszustands der Vakuumpumpe weitere Faktoren berĂĽcksichtigt werden, insbesondere externe und/oder interne Parameter, bevorzugt eine Laufzeit und/oder ein Alter der Vakuumpumpe, eine externe mechanische Belastung der Vakuumpumpe, eine externe Temperaturbelastung der Vakuumpumpe und/oder ein Betriebsmodus der Vakuumpumpe.Method according to at least one of claims 8 to 14,
characterized in that
in the determination of the operating state of the vacuum pump further factors are taken into account, in particular external and / or internal parameters, preferably a running time and / or an age of the vacuum pump, an external mechanical load of the vacuum pump, an external temperature load of the vacuum pump and / or an operating mode of the vacuum pump ,
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