Vakuumpumpsystem und Signalerzeugungsverfahren

Abstract

 Ein Vakuumpumpsystem und ein Signalerzeugungsverfahren werden vorgestellt, bei dem aus den Zustand des Vakuumpumpsystems kennzeichnende Größen mittels Vergleiche und logischen Verknüpfungen Signale erzeugt werden. Der Benutzer des Vakuumpumpsystems wird in die Lage versetzt, selbst die Art und Anzahl dieser Vergleiche und logischen Verknüpfungen zu wählen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb eines Vakuumpumpsystems.

[0002] Vakuumpumpen sind wichtige Bestandteile vieler Systeme zur Erzeugung von Produkten oder zur Analyse von Stoffen. Die Fertigungsprozesse sind zunehmend komplex und hocheffizient geworden, weshalb auch die Anforderungen an die Vakuumpumpen gestiegen sind. Insbesondere sind heute eine hohe Flexibilität und gute Bedienbarkeit bei hoher Betriebssicherheit gefragt.
Um diesen Anforderungen zu genügen, besitzen Vakuumpumpen eine Vielzahl von Sensoren, die den Betriebszustand überwachen. Hierzu zählen Temperaturfiihler, Drehzahlmesser und viele andere mehr. Auch solche Größen, die ohne Sensor bestimmt werden, charakterisieren den Zustand der Pumpe, beispielsweise Fehlercodes, die in einem Fehlerspeicher abgespeichert werden, oder die Schaltzustände von Heizelementen u.ä.. Die Integration der Vakuumpumpe und ein sicherer Betrieb erfordern, dass die Messwerte der Sensoren und die weiteren Größen ständig überwacht und Steuersignale generiert werden können. Mit Hilfe dieser Steuersignale ist es dem Anwender der Pumpe möglich, die Pumpe in sein System zu integrieren. Insbesondere erlauben sie eine Reaktion auf einen sich ändernden Betriebszustand der Pumpe.
Die Steuersignale werden erzeugt, indem zunächst diejenigen Größen erfasst werden, die den Betriebszustand des Vakuumpumpsystems kennzeichnen. Anschließend werden diese Größen mit Vorgabewerten verglichen. Das Ergebnis dieses Vergleichs kann dann logisch mit anderen solchen Ergebnissen verknüpft werden und bilden ein Endergebnis. Aus diesem wird dann ein Steuersignal generiert und auf der Steuerleitung zur Verfügung gestellt.
Im Stand der Technik geschieht dies in fest vorgegebenen Form, d.h. bei Herstellung der Pumpe wird festgelegt, welche Verknüpfungen möglich sind.

[0003] Dies macht die Pumpen erheblich unflexibel, denn die Steuersignale sind nur auf die Fälle angepasst, die bei der Herstellung ersichtlich waren. Treten Sonderfälle auf, muss die Software durch den Hersteller der Pumpe geändert werden, wodurch natürlich Kosten und Zeitverlust entstehen. Für den Benutzer der Pumpe ist überdies meist nicht klar, wie die Sensorsignale zu Steuersignalen verknüpft werden, er kann nicht davon ausgehen, dass das ausgegebene Steuersignal seinen Anforderungen entspricht.

[0004] Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Vakuumpumpsystem zu schaffen, in welchem die Anpassung der Erzeugung von Steuersignalen flexibler und insgesamt kostensparend ist.

[0005] Gelöst wird diese Aufgabe durch das Signalerzeugungsverfahren nach Anspruch 1 und die Vorrichtung nach Anspruch 9.
Entgegen dem Stand der Technik ist die Erzeugung der Steuersignale innerhalb des Vakuumpumpsystems anpassbar. Damit kann das Vakuumpumpsystem an aktuelle Bedürfnisse ausgerichtet werden, ohne dass der Hersteller konsultiert werden muss. Die Einstellung geschieht vor Ort und kann durch den Benutzer des Vakuumpumpsystems oder einem Servicemitarbeiter erfolgen, was insgesamt Arbeitszeit bei Vakuumpumpsystembesitzer und Vakuumpumpsystemhersteller spart. Eine kostenintensive Variantenvielfalt wird vermieden, da jede Variante durch Anpassung vor Ort aus demselben Grundtyp des Vakuumpumpsystems hervorgeht.

[0006] Der Benutzer bzw. Servicemitarbeiter kann auch eine Anpassung verwenden, die ein Dritter erstellt hat. In dem Fall kann die Einstellung quasi auch fern der Vakuumpumpsystems erfolgen. Oder als Kombination kann die Einstellung auch durch einen Dritten per geeignetem Medium (z.B. Internet) direkt auf das Vakuumpumpsystem verbracht werden, ohne dass jemand vor Ort sein muss

[0007] Die Erfindung soll im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert werden.

Fig. 1:

Schematische Darstellung des Verfahrens in der einfachsten Form.

Fig. 2:

Komplexere Verarbeitung mehrerer Größen zur Erzeugung mehrerer Steuersignale.

Fig. 3:

Maskierung und eine Rückkopplungsschleife in der ein Endergebnis zurück auf den Eingang gekoppelt wird.

Fig. 4:

Vakuumpumpsystem mit einer Zustandsverarbeitungseinheit und einem Hilfsmittel zur Durchführung der Änderung an der Erzeugung der Steuersignale.

[0008] Das erfindungsgemäße Verfahren ist in seiner einfachsten Form in Fig. 1 dargestellt. Es liegen mindestens zwei Ausgangswerte vor (linke Seite der Fig. 1a), wobei es sich im hier gezeigten Beispiel um die Drehzahl als eine den Zustand der Vakuumpumpe kennzeichnende Größe und einen Vorgabewert handelt. Diese beiden Werte werden im Schritt "Vergleichen" miteinander verglichen und damit ein Vergleichsergebnis erzeugt. Im gezeigten Beispiel werden die Werte auf Gleichheit überprüft, es kann hier aber jeder Vergleichsoperator angewendet werden, also auch "größer als", "kleiner als", "kleiner gleich", "größer gleich" und "ungleich". Durch den Vergleich entsteht ein Ergebnis in Form eines logischen Zustands. Dieser Zustand wird dann zur Erzeugung eines Signals genutzt, beispielsweise wird eine Leuchtdiode angesteuert, eine Signalleitung auf einen logischen Pegel (z.B. 5V oder 0V) gesetzt oder ein Logikwert über ein Bussystem übertragen. Durch die Wahl des Benutzers entsteht ein individuelles Schaubild, dass einer Konfiguration des Vakuumpumpsystems entspricht.
Als Ausgangswerte für den Vergleichsschritt können auch mehrere den Zustand der Vakuumpumpe kennzeichnende Größen dienen. Dies ist in Figur 1b gezeigt, wo zwei gemessene Temperaturen 1 und 2 miteinander verglichen werden. Dargestellt ist der Vergleich "Temperatur 1 größer als Temperatur 2". Daraus resultiert wiederum ein Vergleichsergebnis "Ergebnis 2", woraus ein Signal 2 erzeugt wird. Erfindungsgemäß wird der Benutzer des Vakuumpumpsystems in die Lage versetzt, die Art und die Anzahl der Vergleiche selbst zu wählen. Dadurch kann er kann beispielsweise selbst den Vergleich "größer als" in Fig. 1b durch einen anderen Vergleich, z.B. "kleiner als", ersetzen. In diesem Beispiel gibt die Erfindung dem Benutzer die Möglichkeit, Art und Anzahl der Vergleiche zu wählen, was bei einer vorgefertigten Konfiguration wie im Stand der Technik nicht zutrifft.

[0009] Die höhere Flexibilität und Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Fig. 2 am Beispiel eines komplexeres Systems veranschaulicht. Im ersten Schritt ganz links in der Abbildung werden mehrere Größen erfasst, hier die Drehzahl, ein Fehlercode und eine Temperatur 1. Der Fehlercode ist eine binäre Zahl, die repräsentiert, ob eine Komponente fehlerfrei funktioniert oder nicht. Im Fehlercode können auch Zeitüberschreitungen oder ähnliche Fehler enthalten sein. Erfindungsgemäß kann der Benutzer nun diese erfassten Größen von ihm gewählten Vergleichen unterziehen. In der Figur von oben nach unten sind dies: der Vergleich der Drehzahl mit der Vorgabe "50 Hz" durch den Vergleichsoperator "größer als"; der Vergleich der Drehzahl mit dem der Vorgabe "250 Hz" mit dem Vergleichsoperator "kleiner als"; der Vergleich des Fehlercodes mit der Vorgabe "0100101" mit dem Vergleichsoperator "ist gleich" und in der unteren Zeile der Vergleich der Temperatur 1 mit der Vorgabe "100°C" mit dem Vergleichsoperator "größer als". Im nächsten Schritt werden die Ergebnisse der Vergleiche zumindest teilweise logisch miteinander verknüpft, wobei die Art und Anzahl der logischen Verknüpfungen ebenfalls und damit in einem weiteren Aspekt der Erfindung, vom Benutzer gewählt werden. Gezeigt ist im Beispiel der Figur 2, das die Vergleiche der ersten beiden Zeilen durch "und" miteinander verknüpft werden. Dieses Ergebnis wird anschließend mit dem Ergebnis der Zeile 3 durch "oder" verknüpft, wodurch ein Ergebnis 1 entsteht, aus dem dann in der Folge das Signal 1 erzeugt wird. Im Beispiel wird das Ergebnis des Vergleichs der Temperatur 1 mit der Vorgabe direkt als Ergebnis 2 zur Erzeugung des Signals 2 benutzt.

[0010] Eine weiteres Beispiel eines vom Benutzer gewählten Schemas von Vergleichen und logischen Verknüpfungen ist in Fig. 3 gezeigt. Gegenüber dem Beispiel in Figur 2 wurde der Vergleich der Temperatur 1 weggelassen. Zusätzlich wurde eine Maskierung des Fehlercodes vorgenommen, d.h. nur ein Teil des Fehlercodes wird für den Vergleich mit der Vorgabe "0101" benutzt, beispielsweise die letzten vier Stellen bzw. "bits" (unterstrichen). Die Maskierung kann durch bitweises UND, bitweises ODER, bitweises EXKLUSIV-ODER oder ähnliche bitweise Operationen erfolgen. Das Ergebnis der Maskierung ist immer noch ein Wert und wird erst durch den nachfolgenden Vergleich zu einem logischen Zustand. Ebenfalls neu gegenüber Figur 2 ist, dass das Ergebnis 1 der logischen Verknüpfung der Ergebnisse der beiden Vergleiche in den Zeilen 1 und 2 als Grundlage des Vergleiches in Zeile 3 benutzt wird.

[0011] Figur 4 zeigt ein Vakuumpumpsystem, das zur Durchführung des erfindungsgemäße Verfahrens gestaltet ist. Gezeigt sind eine Turbomolekularpumpe 41, eine Vorvakuumpumpe 42, eine Zustandsverarbeitungseinheit 43 und ein Hilfsmittel 44. Der Rotor 50 der Turbomolekularpumpe wird durch einen Antrieb 45 in Drehung versetzt und durch Lager 51 drehbar unterstützt. Temperatursensoren 46 und 47 überwachen die Temperatur von verschiedenen Bereichen der Turbomolekularpumpe. Ein Ventil 48 dient beispielsweise zum Fluten der Turbomolekularpumpe. Die Zustandsverarbeitungseinheit 43 überwacht den Zustand der Turbomolekularpumpe. Dazu steht sie in Verbindung mit deren Sensoren, beispielsweise den Temperatursensoren, dem Antrieb, dem Flutventil und den Lagersensoren 52. Die Zustandsverarbeitungseinheit beinhaltet elektrische und elektronische Schaltungen 53 zur Durchführung der Verfahrensschritte "Vergleichen" und "Erzeugen eines Signals". Die erzeugten Signale werden auf den Leitungen 56 zur Verfügung gestellt, es kann sich bei 56 auch um ein digitales Bussystem oder eine Anzeigeeinheit handeln. Die Wahl der Art der Vergleiche kann auf verschiedene Art geschehen. Denkbar ist beispielsweise bei diskreten elektronischen Schaltungen, dass auf der Platine Wählschalter vorgesehen sind, mit denen einzelne Teile der Schaltung (jeweils entsprechend einzelnen Vergleichen) abgeschaltet oder Umgehungen freigeschaltet werden können. In einer anderen Form könnte es möglich sein, elektronische Platinen auszutauschen, die Schaltungen mit Vergleichen enthalten. Je nach Bedürfnis würde eine andere Platine eingesetzt. Bei Vakuumpumpsystemen mit Mikroprozessoren können die Vergleiche durch ein Programm auf dem Mikroprozessor durchgeführt werden. Der Benutzer oder ein anderer Bediener der Pumpe ist erfindungsgemäß in der Lage, die aktiven Teile der Software und damit die Vergleiche zu bestimmen.
Das Hilfsmittel 44, welches als Bestandteil der Zustandsverarbeitungseinheit 43 oder als eigenständiges Gerät ausgebildet sein kann, versetzt den Benutzer in die Lage, die Art der Vergleiche und logischen Verknüpfungen zu wählen. Denkbar ist, dass die Konfiguration der Vergleiche im Hilfsmittel 44 durchgeführt wird, während Hilfsmittel 44 und Zustandsverarbeitungseinheit 43 voneinander getrennt sind. Durch eine Verbindung oder ein Übertragungsmedium wird dann die neue Konfiguration in die Zustandsverarbeitungseinheit übertragen.

[0012] Denkbar ist auch, dass dieses Hilfsmittel als Rechner ausgestaltet ist, der über ein Bussystem mit der Zustandsverarbeitungseinheit in Kontakt steht und Daten austauscht.

[0013] Die Zustandsverarbeitungseinheit kann einen oder mehrere Physikalische Wandler 54 enthalten, beispielsweise in Form eines oder mehrerer Analog-to-Digital-Converter.

[0014] Weiterhin kann die Zustandsverarbeitungseinheit 43 oder das Hilfsmittel 44 eine Prüfeinheit 55 beinhalten. Diese Einheit überprüft die vom Benutzer gewählten Vergleiche und logischen Verknüpfungen auf logische Richtigkeit.

[0015] In einer Ausführungsform kann die Zustandsverarbeitungseinheit einen Mikroprozessor enthalten, der mindestens einen Teil der Funktionen der elektrischen und elektronischen Schaltungen 53, des physikalischen Wandlers 54 und der Prüfeinheit 55 übernimmt.

[0016] In einer weiteren Ausführungsform ist die Zustandsverarbeitungseinheit 43 Bestandteil der Turbomolekularpumpe 41. Sie kann auch Teil der Steuerelektronik sein, die Antrieb und eventuell vorhandene Magnetlager ansteuert.

Ansprüche

1. Verfahren zum Erzeugen mindestens eines den Zustand eines Vakuumpumpsystems kennzeichnenden Signals, welches als Verfahrensschritte beinhaltet:

- den Vergleich mindestens zweier Werte zur Erzeugung eines Vergleichsergebnisses, wobei die Werte den Betriebszustand des Vakuumpumpsystems kennzeichnende Größen oder Vorgabewerte sind, und

- Erzeugen eines Signals aus dem Vergleichsergebnis,

dadurch gekennzeichnet, dass die Art des Vergleiches veränderbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als weiteren Schritt das logische Verknüpfen von logischen Zuständen umfasst, wobei die logischen Zustände Vergleichsergebnisse oder Vorgabewerte sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es als weiteren Schritt das Maskieren der den Betriebszustand des Vakuumpumpsystems kennzeichnende Größen umfasst.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als weiteren Schritt das Physikalische Wandeln von logischen Zuständen umfasst.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Vergleichsergebnisse als Ausgangswert für wenigstens einen Vergleich dient.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellungen auf logische Richtigkeit getestet werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumpumpsystem Sensoren (46, 47) und eine Zustandsverarbeitungseinheit (43) aufweist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumpumpsystem Mittel (44) zum Wählen der Art und Anzahl der Vergleiche umfasst.

9. Vakuumpumpsystem umfassend eine Vakuumpumpe (41), Sensoren (46, 47) und eine Zustandsverarbeitungseinheit (43), wobei die Zustandsverarbeitungseinheit mindestens eines den Zustand eines Vakuumpumpsystems kennzeichnenden Signals erzeugt, wobei

- mindestens zwei Werte zur Erzeugung eines Vergleichsergebnisses verglichen werden, wobei die Werte den Betriebszustand des Vakuumpumpsystems kennzeichnende Größen oder Vorgabewerte sind, und

- das Signal aus dem Vergleichsergebnis erzeugt wird

dadurch gekennzeichnet, dass die Art des Vergleiches veränderbar ist.

10. Vakuumpumpsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsverarbeitungseinheit mindestens einen Mikroprozessor enthält, der mindestens einen Teil der Funktionen der elektrischen und elektronischen Schaltungen (53), des physikalischen Wandlers (54) und der Prüfeinheit (55) übernimmt.

11. Vakuumpumpsystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass Zustandsverarbeitungseinheit (43) und Hilfsmittel (44) voneinander trennbar sind.

Zeichnung