DE69718889T2

DE69718889T2 - Diagnostic method and device for vacuum pumps

Info

Publication number: DE69718889T2
Application number: DE1997618889
Authority: DE
Inventors: Mauro De Simon
Original assignee: Varian SpA
Current assignee: Varian SpA
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1997-07-12
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2017-07-13
Also published as: DE69718889D1; ITTO961091A1; EP0851127A3; IT1289811B1; EP0851127B1; EP0851127A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren und eine Diagnosevorrichtung für Vakuumpumpen, insbesondere für Vakuumpumpen vom Turbomolekulartyp.The present invention relates to a diagnostic method and a diagnostic device for vacuum pumps, in particular for vacuum pumps of the turbomolecular type.

Wie bekannt ist, umfasst eine Turbomolekular-Vakuumpumpe eine Vielzahl von Pumpstufen, die innerhalb eines im Wesentlichen zylindrischen Gehäuses aufgenommen sind und mit einem axialen Einlasskanal für die angesaugten Gase, der sich an einem Ende befindet, und mit einem radialen oder axialen Auslasskanal für die Gase, der sich am entgegengesetzten Ende befindet, versehen sind.As is known, a turbomolecular vacuum pump comprises a plurality of pumping stages housed within a substantially cylindrical housing and provided with an axial inlet channel for the sucked gases located at one end and a radial or axial outlet channel for the gases located at the opposite end.

Die Pumpstufen umfassen im Allgemeinen eine Rotorscheibe, die an der drehbaren Welle der Pumpe befestigt ist, welche von einem Elektromotor mit einer Geschwindigkeit von gewöhnlich nicht niedriger als 25000 U/min und im Fall nicht niedriger als 100000 U/min angetrieben wird.The pumping stages generally comprise a rotor disc attached to the rotary shaft of the pump, which is driven by an electric motor at a speed of usually not lower than 25,000 rpm and in case not lower than 100,000 rpm.

Die Rotorscheibe dreht sich innerhalb von Statorringen, die am Pumpengehäuse befestigt sind und den Stator der Pumpstufe festlegen, mit einem sehr kleinen Spalt dazwischen.The rotor disk rotates within stator rings that are attached to the pump housing and fix the stator of the pump stage, with a very small gap between.

In dem Raum zwischen einer Rotorscheibe und der zugehörigen Statorscheibe ist ferner ein Pumpkanal für die angesaugten Gase festgelegt.In the space between a rotor disk and the associated stator disk, a pump channel for the sucked-in gases is also defined.

Der Pumpkanal, der zwischen dem Rotor und dem Stator in jeder Pumpstufe festgelegt ist, steht sowohl mit der vorangehenden als auch der nachfolgenden Pumpstufe über einen Saugkanal bzw. einen Auslasskanal in Verbindung, der durch den Stator hindurch entsprechend dem Pumpkanal vorgesehen ist.The pumping channel defined between the rotor and the stator in each pumping stage communicates with both the preceding and subsequent pumping stages via a suction channel and an exhaust channel respectively provided through the stator corresponding to the pumping channel.

Eine Turbomolekularpumpe der obigen Art ist beispielsweise in EP-A-0 445 855 im Namen des vorliegenden Anmelders offenbart.A turbomolecular pump of the above type is disclosed, for example, in EP-A-0 445 855 in the name of the present applicant.

Die in EP-A-0 445 855 beschriebene Turbomolekularpumpe verwendet sowohl Pumpstufen, die mit Rotoren versehen sind, die als ebene Scheiben ausgebildet sind, als auch Pumpstufen, die mit Rotoren versehen sind, die mit Flügeln ausgestattet sind.The turbomolecular pump described in EP-A-0 445 855 uses both pumping stages provided with rotors designed as flat disks and pumping stages provided with rotors equipped with vanes.

Diese kombinierte Anordnung von Pumpstufen führt zu einer sehr guten Leistung der Pumpe bezüglich des Kompressionsverhältnisses, während ermöglicht wird, dass die Gase mittels einfacher Vorvakuumpumpen ohne Schmiermittel wie z. B. Membranpumpen in die äußere Umgebung bei Atmosphärendruck ausgelassen werden.This combined arrangement of pumping stages results in a very good performance of the pump in terms of compression ratio, while allowing the gases to be discharged to the external environment at atmospheric pressure by means of simple backing pumps without lubricant, such as diaphragm pumps.

Überdies ermöglicht die Konstruktion einer Vakuumpumpe vom Turbomolekulartyp, wie durch EP-A-0 445 855 gelehrt, eine beträchtliche Verringerung des Pumpenleistungsverbrauchs.Moreover, the construction of a turbomolecular type vacuum pump as taught by EP-A-0 445 855 enables a considerable reduction in pump power consumption.

Zum Speisen und Steuern des Elektromotors der Vakuumpumpe ist im Allgemeinen eine externe Speiseeinheit vorgesehen.To power and control the electric motor of the vacuum pump, an external power supply unit is generally provided.

Es ist bekannt, dass die drehbaren Bauteile der Vakuumpumpen, insbesondere die Lager zum Abstützen der drehbaren Welle, hohen Beanspruchungen ausgesetzt sind und für Verschleiß und folglich Verklemmung anfällig sind.It is known that the rotating components of the vacuum pumps, especially the bearings for supporting the rotating shaft, are subjected to high stresses and are susceptible to wear and consequently jamming.

Überdies sind eine falsche Ausrichtung von Teilen, die sich mit hoher Geschwindigkeit drehen, und jegliches Ungleichgewicht der sich drehenden Bauteile Quellen für Schwingungen, die in der Lage sind, zu einem frühen Verschleiß der Lager zu führen.In addition, misalignment of parts rotating at high speed and any imbalance of rotating components are sources of vibrations that can lead to premature bearing wear.

Da ein übermäßiger Verschleiß oder die Verklemmung der Lager in einer Vakuumpumpe während deren Arbeit andere Teile der Pumpe beschädigen können und ein verlängertes Stoppen der Pumpe aufgrund der Wartungsvorgänge verursachen können, wurden Diagnose- oder diagnostische Verfahren zum Feststellen der Anwesenheit von kritischen Betriebsbedingungen im voraus entwickelt.Since excessive wear or seizure of the bearings in a vacuum pump during its operation can damage other parts of the pump and cause prolonged stopping of the pump due to maintenance operations, diagnostic or check procedures have been developed to determine the presence of critical operating conditions in advance.

Im Allgemeinen sehen solche Diagnoseverfahren Analysegrößen der Vakuumpumpe wie z. B. die Pumpentemperatur und den Pumpenstrom vor.In general, such diagnostic procedures involve analyzing parameters of the vacuum pump, such as pump temperature and pump current.

Es ist nämlich bekannt, dass, wenn die Temperatur der Vakuumpumpe eine gegebene Schwelle übersteigt, das Ausfallrisiko ihrer Bauteile zunimmt.It is known that when the temperature of the vacuum pump exceeds a given threshold, the risk of failure of its components increases.

In ähnlicher Weise deutet eine Zunahme des Stroms, der im Vakuumpumpenmotor zirkuliert, im Allgemeinen darauf hin, dass kritische Verschleißbedingungen erreicht wurden.Similarly, an increase in the current circulating in the vacuum pump motor generally indicates that critical wear conditions have been reached.

Als allgemeine Regel werden jedoch die Werte der Pumpentemperatur und des Stroms im Motor nicht nur durch den Verschleißpegel der sich schnell drehenden Bauteile, sondern auch durch andere Faktoren im Fall außerhalb der Pumpe beeinflusst.However, as a general rule, the values of pump temperature and current in the motor are influenced not only by the level of wear of the fast rotating components, but also by other factors in the case outside the pump.

Als Beispiel hängt der Wert des entnommenen Stroms auch von der Gaslast ab, die auf die Pumpe aufgebracht wird, wohingegen die Pumpentemperatur auch eine Funktion der Temperatur der Umgebung ist.As an example, the value of the current drawn also depends on the gas load applied to the pump, whereas the pump temperature is also a function of the ambient temperature.

Theoretisch könnte ein solcher Nachteil durch Versehen der Vakuumpumpe mit einer geeigneten Anzahl von Sensoren zum Berücksichtigen aller signifikanten Bezugsparameter der Betriebsbedingungen beseitigt werden.Theoretically, such a disadvantage could be eliminated by providing the vacuum pump with an appropriate number of sensors to take into account all significant reference parameters of the operating conditions.

In dieser Weise wären zumindest eine Vielzahl von Temperaturfühlern an verschiedenen Stellen in der Pumpe erforderlich, wobei mindestens ein Sensor die Umgebungstemperatur und mindestens ein Sensor den Druck innerhalb der Vakuumkammer misst.In this way, at least a plurality of temperature sensors at different locations in the pump would be required, with at least one sensor measuring the ambient temperature and at least one sensor measuring the pressure inside the vacuum chamber.

Diese Lösung würde jedoch die Bereitstellung einer sehr großen Anzahl von Sensoren bedeuten, von denen einige in kritischen Bereichen anzuordnen sind, wie z. B. in der Vakuumkammer, und mit dem Risiko der Gefährdung der Vorrichtungseffizienz.However, this solution would imply the provision of a very large number of sensors, some of which would have to be located in critical areas, such as the vacuum chamber, and with the risk of compromising the device efficiency.

Es ist daher eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Diagnoseverfahren und eine Diagnosevorrichtung zum Verhindern von Fehlern und Ausfällen in Vakuumpumpen zu realisieren, die in der Lage sind, eine genaue Abschätzung der Verschleißbedingungen der drehbaren Bauteile in einer Vakuumpumpe ohne Verwendung einer großen Anzahl von Sensoren zu liefern, wobei die Vorrichtung eine einfache Arbeits- und rationale Konstruktion aufweist.It is therefore a first object of the present invention to realize a diagnostic method and a diagnostic device for preventing errors and failures in vacuum pumps, which are capable of providing an accurate estimation of the wear conditions of the rotary components in a vacuum pump without using a large number of sensors, the device having a simple operation and a rational construction.

Diese Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bzw. 12 gelöst.This object of the present invention is achieved by a method and a device according to claims 1 and 12, respectively.

Ein weiteres Problem, das mit den Verfahren zur Diagnose der Betriebsbedingungen von Vakuumpumpen verbunden ist, liegt darin, dass, selbst wenn anomale Werte für die kontrollierten Größen durch zweckorientierte Sensoren in der Pumpe erfasst werden, solche Werte nicht als erforderlichen Umstand implizieren, dass die Pumpe oder Teile derselben ausgetauscht werden sollen.Another problem associated with the methods for diagnosing the operating conditions of vacuum pumps is that even if anomalous values for the controlled quantities are detected by dedicated sensors in of the pump, such values do not imply as a necessary circumstance that the pump or parts thereof should be replaced.

Es ist daher von äußerster Bedeutung, die Pumpenbedingungen zweckmäßig aus den Werten, die von den Sensoren geliefert werden, zu analysieren, um sowohl das Eingehen von übermäßigen Kosten aufgrund eines verfrühten Austauschs der Pumpenbauteile als auch das Risiko von Ausfällen, die nicht im voraus diagnostiziert wurden, zu verhindern.It is therefore of utmost importance to properly analyze the pump conditions from the values provided by the sensors in order to avoid both incurring excessive costs due to premature replacement of pump components and the risk of failures that were not diagnosed in advance.

Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Diagnoseverfahren und eine Diagnosevorrichtung für Vakuumpumpen zu realisieren, die in der Lage sind, den Benutzer über die Annäherung an eine Ausfall- oder Fehlersituation in der Pumpe zu warnen, wobei eine solche Warnung ausreichend im voraus, aber nicht zu früh geschieht.A second object of the present invention is to realize a diagnostic method and a diagnostic device for vacuum pumps capable of warning the user about the approach of a failure or fault situation in the pump, such warning being given sufficiently in advance but not too early.

Diese zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch das Diagnoseverfahren und die Diagnosevorrichtung für Vakuumpumpvorrichtungen nach den Ansprüchen 8 bzw. 17 gelöst.This second object of the present invention is achieved by the diagnostic method and the diagnostic device for vacuum pumping devices according to claims 8 and 17, respectively.

Ein weiteres Problem, das mit den Verfahren zum Durchführen einer Diagnose an den Betriebsbedingungen in Vakuumpumpen verbunden ist, beruht auf der Tatsache, dass eine Diagnose mit einem konstanten Grad an Zuverlässigkeit ausgeführt werden muss, selbst wenn sich die Umgebungsbedingungen, unter denen die Pumpe arbeitet, ändern.Another problem associated with the methods for performing diagnosis of the operating conditions in vacuum pumps is due to the fact that diagnosis must be carried out with a constant degree of reliability, even if the environmental conditions in which the pump operates change.

Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Diagnoseverfahrens und einer Diagnosevorrichtung für Vakuumpumpvorrichtungen, die in der Lage sind, schnell eingestellt zu werden, um verschiedene Betriebsbedingungen zu erfüllen.A third object of the present invention is therefore to provide a diagnostic method and a diagnostic device for vacuum pumping devices that are capable of being quickly adjusted to meet various operating conditions.

Diese dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch ein Diagnoseverfahren für Vakuumpumpvorrichtungen nach Anspruch 9 gelöst.This third object of the present invention is achieved by a diagnostic method for vacuum pumping devices according to claim 9.

Zusätzliche Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch das Diagnoseverfahren und die Diagnosevorrichtung für Vakuumpumpvorrichtungen gelöst, wie in den abhängigen Ansprüchen angeführt.Additional objects of the present invention are achieved by the diagnostic method and the diagnostic device for vacuum pumping devices as set out in the dependent claims.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch eine Beschreibung eines bevorzugten, aber nicht ausschließlichen Ausführungsbeispiels des Diagnoseverfahrens und der Diagnosevorrichtung für Vakuumpumpen gemäß der Erfindung ersichtlich, welches als lediglich beispielhaft und ohne Begrenzungszwecke in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, in denen gilt:Further features and advantages of the invention will become apparent from a description of a preferred but not exclusive embodiment of the diagnostic method and device for vacuum pumps according to the invention, which is shown purely by way of example and without limitation in the accompanying drawings, in which:

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht einer Vakuumpumpe vom Turbomolekulartyp;Fig. 1 is a cross-sectional view of a turbomolecular type vacuum pump;

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm einer Vakuumpumpvorrichtung mit einer Vakuumpumpe und einer Speiseeinheit, welche mit einer erfindungsgemäßen Diagnosevorrichtung ausgestattet ist;Fig. 2 is a block diagram of a vacuum pumping device with a vacuum pump and a feed unit, which is equipped with a diagnostic device according to the invention ;

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm der Verarbeitungseinheit einer erfindungsgemäßen Diagnosevorrichtung;Fig. 3 is a block diagram of the processing unit of a diagnostic device according to the invention;

Fig. 4a und 4b stellen einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens dar;Fig. 4a and 4b show a flow chart of the diagnostic method according to the invention;

Fig. 5a und 5b sind Kurvenbilder, die das Amplitudenspektrum in zwei Frequenzbereichen zeigen;Fig. 5a and 5b are graphs showing the amplitude spectrum in two frequency ranges;

Fig. 6a bis 6d sind Kurvenbilder, die die Beschleunigung als Funktion der Frequenz für verschiedene Bereiche im Frequenzspektrum darstellen;Fig. 6a to 6d are graphs showing acceleration as a function of frequency for different regions in the frequency spectrum;

Fig. 7a bis 7c sind Kurvenbilder, die die Beschleunigung als Funktion der Frequenz für zwei Pumpen, die nahe beieinander arbeiten, darstellen.Fig. 7a to 7c are graphs showing acceleration as a function of frequency for two pumps operating close to each other.

Mit Bezug auf Fig. 1 umfasst eine Turbomolekular- Vakuumpumpe, die insgesamt mit der Bezugsziffer 100 ausgewiesen ist, ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 101 mit einem ersten Teil 101a mit einem kleineren Querschnitt, der einen Elektromotor 121 und ein Lager 122 zum Abstützen einer drehbaren Welle 123 aufnimmt, und einem zweiten Teil 101b mit einem größeren Querschnitt, der die Gaspumpstufen aufnimmt.Referring to Fig. 1, a turbomolecular vacuum pump, indicated overall by the reference numeral 100, comprises a substantially cylindrical housing 101 having a first part 101a with a smaller cross-section housing an electric motor 121 and a bearing 122 for supporting a rotatable shaft 123, and a second part 101b with a larger cross-section housing the gas pumping stages.

Rotorscheiben 113 mit ebenen Oberflächen und Rotorscheiben 114, die mit Flügeln ausgestattet sind, sind an der drehbaren Welle 123 der Vakuumpumpe 100 montiert, wobei die Scheiben mit Statorringen 115 bzw. 116 zusammenarbeiten, die am Gehäuse 101 der Pumpe 100 befestigt sind, und mit diesen Gaspumpkanäle bilden.Rotor disks 113 with flat surfaces and rotor disks 114 equipped with vanes are mounted on the rotatable shaft 123 of the vacuum pump 100, the disks cooperating with stator rings 115 and 116, respectively, which are attached to the housing 101 of the pump 100 and form with them gas pumping channels.

Der Gehäuseteil 101a ist ferner mit einem axialen Kanal 119, der sich an einem Ende desselben befindet, zum Ansaugen der Gase, und mit einem radialen Kanal (nicht dargestellt) zum Auslassen der Gase, der sich am entgegengesetzten Ende befindet, versehen.The housing part 101a is further provided with an axial channel 119 located at one end thereof for sucking in the gases and with a radial channel (not shown) for discharging the gases located at the opposite end.

Die Turbomolekularpumpe 100 ist ferner mit einem ringförmigen vorstehenden Ring oder Flansch 110 mit auf dem Umfang beabstandeten Löchern 117 zum Befestigen der Turbomolekularpumpe 100 an einem Gefäß oder einer Kammer (nicht dargestellt), in dem/der ein Vakuum erzeugt werden soll, versehen.The turbomolecular pump 100 is further provided with an annular protruding ring or flange 110 with circumferentially spaced holes 117 for attaching the turbomolecular pump 100 to a vessel or chamber (not shown) in which a vacuum is to be created.

Eine zylindrische Verlängerung 118 ist am Gehäuse 101 auf der entgegengesetzten Seite bezüglich des Flanschs 110 entsprechend der Basis des ersten, kleineren Teils 101a vorgesehen, wobei eine solche Verlängerung auf die Anwesenheit des unteren Lagers innerhalb der Pumpe 100 zurückzuführen ist.A cylindrical extension 118 is provided on the housing 101 on the opposite side with respect to the flange 110 corresponding to the base of the first, smaller part 101a such extension being due to the presence of the lower bearing within the pump 100.

Ein zweites Lager zum Abstützen der Welle 123 befindet sich im Allgemeinen zwischen dem Motor 121 und den Pumpstufen, die im Teil 101b untergebracht sind.A second bearing for supporting the shaft 123 is generally located between the motor 121 and the pump stages, which are housed in part 101b.

Mit Bezug auf das Blockdiagramm von Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Diagnosevorrichtung dargestellt, die auf eine Vakuumpumpe 100 angewendet wird.Referring to the block diagram of Fig. 2, a diagnostic device according to the invention is shown which is applied to a vacuum pump 100.

Wie mit Bezug auf die Beschreibung von Fig. 1 offenbart, umfasst die Vakuumpumpe, die in Fig. 2 schematisch dargestellt ist, einen ersten Teil mit einem kleineren Querschnitt, der mit derselben Bezugsziffer 101a wie in Fig. 1 verwendet ausgewiesen ist und den Motor 121 und das untere Lager 122 zum Abstützen der drehbaren Welle 123 aufnimmt, und einen zweiten Teil mit einem größeren Querschnitt, der mit derselben Bezugsziffer 101b wie in Fig. 1 verwendet ausgewiesen ist und die Gaspumpstufen aufnimmt.As disclosed with reference to the description of Fig. 1, the vacuum pump schematically shown in Fig. 2 comprises a first part with a smaller cross-section, indicated with the same reference numeral 101a as used in Fig. 1, which accommodates the motor 121 and the lower bearing 122 for supporting the rotatable shaft 123, and a second part with a larger cross-section, indicated with the same reference numeral 101b as used in Fig. 1, which accommodates the gas pumping stages.

Die Diagnosevorrichtung von Fig. 2 umfasst einen Temperaturfühler 30, der dazu ausgelegt ist, ein elektrisches Signal zu erzeugen, dessen Intensität zur an der Vakuumpumpe 100 gemessenen Temperatur proportional ist.The diagnostic device of Fig. 2 comprises a temperature sensor 30 which is designed to generate an electrical signal whose intensity is proportional to the temperature measured at the vacuum pump 100.

Dieser Temperaturfühler 30 ist vorzugsweise entsprechend der axialen Verlängerung 118 des Teils 101a des Gehäuses 101 der Vakuumpumpe 100 angeordnet.This temperature sensor 30 is preferably arranged corresponding to the axial extension 118 of the part 101a of the housing 101 of the vacuum pump 100.

Für Pumpen mit großer Größe kann ein zweiter Temperaturfühler zum Messen der Temperatur in einem anderen Bereich des Pumpenkörpers, beispielsweise im Bereich des zweiten Lagers, das sich zwischen den Pumpstufen und dem Pumpenmotor 121 befindet, vorgesehen sein.For large size pumps, a second temperature sensor may be provided to measure the temperature in another area of the pump body, for example in the area of the second bearing located between the pump stages and the pump motor 121.

Die erfindungsgemäße Diagnosevorrichtung sieht ferner einen Schwingungswandler 31 wie z. B. einen Beschleunigungsmesser, einen Geschwindigkeitsmesser, einen Positionssensor oder dergleichen vor, der dazu ausgelegt ist, ein elektrisches Signal mit einer Intensität zu erzeugen, die zu einer Beschleunigung, einer Geschwindigkeit oder einer Verlagerung proportional ist, die entsprechend den drehbaren Bauteilen der Vakuumpumpe 100 gemessen wird.The diagnostic device according to the invention further provides a vibration transducer 31 such as an accelerometer, a speedometer, a position sensor or the like, which is designed to generate an electrical signal with an intensity proportional to an acceleration, a velocity or a displacement measured according to the rotatable components of the vacuum pump 100.

Als Beispiel kann ein solcher Wandler 31 ein piezoelektrischer Beschleunigungsmesser sein, der vorzugsweise in Kontakt mit dem Körper der Vakuumpumpe 100 an einem ihrer Teile, der die Stützlager der drehbaren Welle 123 aufnimmt, angeordnet ist.As an example, such a transducer 31 may be a piezoelectric accelerometer, preferably arranged in contact with the body of the vacuum pump 100, at one of its parts which houses the support bearings of the rotatable shaft 123.

Wie bereits erörtert, werden während der Rotation der drehbaren Bauteile einer Vakuumpumpe diese letzteren periodischen Schwingungen mit einer Periode, die im Wesentlichen gleich der Rotationsperiode ist, unterzogen, da ihre Rotationsachsen nicht perfekt auf die Hauptträgheitsachse ausgerichtet sind.As already discussed, during the rotation of the rotating components of a vacuum pump, the latter are subjected to periodic oscillations with a period substantially equal to the rotation period, since their axes of rotation are not perfectly aligned with the principal axis of inertia.

Mit anderen Worten, da bei jeder Rotation eines drehbaren Bauteils Beanspruchungen auf den Teil 101a des Gehäuses 101 übertragen werden, entspricht die Frequenz der induzierten Schwingungen im Wesentlichen der Rotationsfrequenz.In other words, since each rotation of a rotatable component imparts stresses to the part 101a of the housing 101, the frequency of the induced vibrations essentially corresponds to the rotation frequency.

Ein Beschleunigungsmesser ist eine Vorrichtung, die in der Lage ist, das Beschleunigungsausmaß einer schwingenden Oberfläche, an der die Vorrichtung angeordnet ist, zu messen.An accelerometer is a device capable of measuring the rate of acceleration of a vibrating surface on which the device is mounted.

Im Allgemeinen liefert ein Beschleunigungsmesser ein elektrisches Signal, dessen Spannung zur Beschleunigung, die entlang der Empfindlichkeitsachse gemessen wird, gemäß der folgenden Beziehung proportional ist:In general, an accelerometer provides an electrical signal whose voltage is proportional to the acceleration measured along the sensitivity axis according to the following relationship:

Vout = Skalierungsfaktor·Beschleunigung + Versatzspannung, wobeiVout = scaling factor·acceleration + offset voltage, where

Skalierungsfaktor = Sensorempfindlichkeit in Volt/G;Scaling factor = sensor sensitivity in Volt/G;

Beschleunigung = Beschleunigung in G, gemessen entlang der Empfindlichkeitsachse des Sensors;Acceleration = acceleration in G, measured along the sensitivity axis of the sensor;

Versatzspannung = Sensorausgangsspannung bei Abwesenheit irgendeiner Beschleunigung;Offset voltage = sensor output voltage in the absence of any acceleration;

G = Gravitationsbeschleunigung.G = gravitational acceleration.

Fig. 2 zeigt außerdem eine Steuer- und Speiseeinheit 20, Zuleitungen 21 zum Speisen der Steuereinheit 20 über das öffentliche Stromverteilungsnetz und Zuleitungen 22 zum Speisen der Vakuumpumpe 100 über die Steuereinheit 20.Fig. 2 also shows a control and supply unit 20, supply lines 21 for supplying the control unit 20 via the public power distribution network and supply lines 22 for supplying the vacuum pump 100 via the control unit 20.

Immer noch mit Bezug auf Fig. 2 umfasst die Diagnosevorrichtung der vorliegenden Erfindung ferner eine Verarbeitungseinheit 40, die das Signal vom Wandler 31 an der Vakuumpumpe 100 über eine Zuleitung 33 empfängt.Still referring to Fig. 2, the diagnostic device of the present invention further comprises a processing unit 40 which receives the signal from the transducer 31 at the vacuum pump 100 via a supply line 33.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Diagnosevorrichtung der Erfindung, die in Fig. 2 dargestellt ist, wird das Ausgangssignal des Temperaturfühlers 30 an die Steuereinheit 20 über Zuleitungen 32 angelegt und wird als Ausgangssignal an einem seriellen Datenübertragungsanschluss dieser Einheit 20 zur Verfügung gestellt.According to a preferred embodiment of the diagnostic device of the invention, which is shown in Fig. 2, the output signal of the temperature sensor 30 is applied to the control unit 20 via leads 32 and is made available as an output signal at a serial data transmission port of this unit 20.

Die obige Anordnung ist bevorzugt, da die Temperaturinformation auch in den Steuerfunktionen, die durch die Steuer- und Speiseeinheit 20 erfüllt werden, verwendet wird.The above arrangement is preferred because the temperature information is also used in the control functions performed by the control and supply unit 20.

Über den seriellen Datenübertragungsanschluss 23 liefert die Steuer- und Speiseeinheit 20 ferner eine Vielzahl von Signalen, die mit signifikanten Betriebsparametern der Vakuumpumpe 100 in Beziehung stehen.Via the serial data transmission port 23, the control and supply unit 20 also supplies a variety of Signals related to significant operating parameters of the vacuum pump 100.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind diese Signale zur Speisespannung, die an den Elektromotor, vorzugsweise einen Dreiphasen-Wechselspannungs- Asynchronmotor, der die Vakuumpumpe 100 antreibt, angelegt wird, wobei eine solche Spannung durch die Steuer- und Speiseeinheit 20 (WOMO-Signal) geliefert wird, zum Strom, der im Elektromotor der Vakuumpumpe 100 zirkuliert (CUMO- Signal), zur Antriebsfrequenz des Elektromotors (FRMO- Signal), zur Art des Kühlsystems der Vakuumpumpe 100, d. h. ein luftgekühltes oder wassergekühltes System (WACO- Signal), und zur gesamten Betriebsbedingung der Vakuumpumpe, d. h. "normal", "belastet" oder mit "niedriger Geschwindigkeit" (ZUSTANDS-Signal), proportional.According to a preferred embodiment, these signals are proportional to the supply voltage applied to the electric motor, preferably a three-phase AC asynchronous motor, driving the vacuum pump 100, such voltage being supplied by the control and supply unit 20 (WOMO signal), to the current circulating in the electric motor of the vacuum pump 100 (CUMO signal), to the drive frequency of the electric motor (FRMO signal), to the type of cooling system of the vacuum pump 100, i.e. an air-cooled or water-cooled system (WACO signal), and to the overall operating condition of the vacuum pump, i.e. "normal", "loaded" or at "low speed" (STATUS signal).

Die obigen Signale werden über eine serielle Datenübertragungsleitung 34 an die Verarbeitungseinheit 40 angelegt, die wiederum mit einem seriellen Datenübertragungsanschluss 45 ausgestattet ist.The above signals are applied via a serial data transmission line 34 to the processing unit 40, which in turn is equipped with a serial data transmission port 45.

Mit Bezug auf Fig. 3 umfasst die Verarbeitungseinheit 40 einen Mikroprozessor 41, eine erste Speichervorrichtung 42, die die Steuerbefehle für den Mikroprozessor 41 speichert, eine zweite Speichervorrichtung 43, die vorbestimmte Schwellenwerte der charakteristischen Parameter der beweglichen Teile der Vakuumpumpe 100 speichert, und eine dritte Speichervorrichtung 44 zum periodischen Speichern der Werte der charakteristischen Parameter der beweglichen Teile der Vakuumpumpe 100.Referring to Fig. 3, the processing unit 40 comprises a microprocessor 41, a first storage device 42 storing the control commands for the microprocessor 41, a second storage device 43 storing predetermined threshold values of the characteristic parameters of the moving parts of the vacuum pump 100, and a third storage device 44 for periodically storing the values of the characteristic parameters of the moving parts of the vacuum pump 100.

Der Mikroprozessor 41 ist mit den obigen Speichervorrichtungen 42 bis 43 über Datenübertragungs- "Busse" verbunden, die in Fig. 3 jeweils mit den Bezugsziffern 46 bis 48 ausgewiesen sind.The microprocessor 41 is connected to the above memory devices 42 to 43 via data transfer "buses" which are indicated in Fig. 3 by the reference numerals 46 to 48, respectively.

Der Mikroprozessor 41 ist ferner mit einem zusätzlichen Datenübertragungs-"Bus" 49 zum Übertragen außerhalb die Verarbeitungseinheit 40 über den seriellen Datenübertragungsanschluss 45, der an einer solchen Einheit vorgesehen ist, versehen.The microprocessor 41 is further provided with an additional data communication "bus" 49 for communicating outside the processing unit 40 via the serial data communication port 45 provided on such unit.

Die Diagnosevorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst ferner Vorrichtungen (nicht dargestellt) für die visuellen und/oder Tonwarnsignale, die durch ein Signal aktiviert werden, das vom Mikroprozessor 41 beim Erreichen von vorbestimmten Voralarm- oder Alarmbedingungen erzeugt wird.The diagnostic device of the present invention further includes means (not shown) for the visual and/or audible warning signals activated by a signal generated by the microprocessor 41 upon the attainment of predetermined pre-alarm or alarm conditions.

Ein zusätzliches Mittel kann zum Abschalten der elektrischen Speisung für die Vakuumpumpe beim Erreichen einer vorbestimmten Alarmbedingung vorgesehen sein.An additional means may be provided for switching off the electrical supply to the vacuum pump when a predetermined alarm condition is reached.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens für Vakuumpumpen wird mit Bezug auf die Fig. 4a, 4b, 5 und 6a bis 6d offenbart.A preferred embodiment of the diagnostic method for vacuum pumps according to the invention is disclosed with reference to Figures 4a, 4b, 5 and 6a to 6d.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Steuerlogik des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens durch eine Folge von Befehlen, die in der ersten Speichervorrichtung 42 gespeichert sind, zum Steuern der Mikroprozessorarbeit implementiert.In a preferred embodiment, the control logic of the diagnostic method according to the invention is implemented by a sequence of instructions stored in the first memory device 42 for controlling the microprocessor operation.

Diese Logik kann jedoch auch direkt in einen Mikroprozessor eingebettet sein, der ausdrücklich für diesen Zweck ausgelegt ist.However, this logic can also be embedded directly into a microprocessor that is expressly designed for this purpose.

Mit Bezug auf die Ablaufpläne der Fig. 4a und 4b empfängt der Mikroprozessor 41 im Schritt oder Logikblock 200 über das ZUSTANDS-Signal von der Steuer- und Speiseeinheit 20 eine Information hinsichtlich der Arbeitsbedingung der Vakuumpumpe 100 wie z. B. "normale", "belastete" oder "Niedriggeschwindigkeits"-Bedingung.Referring to the flow charts of Figures 4a and 4b, in step or logic block 200, microprocessor 41 receives information regarding the operating condition of vacuum pump 100, such as "normal," "loaded," or "low speed" condition, via the STATUS signal from control and supply unit 20.

Wenn im nächsten Schritt oder Block 205 weder eine "normale" noch eine "belastete" Bedingung empfangen wurde, wird die Steuerung für eine weitere Erfassung des ZUSTANDS- Signals zum Logikblock 200 zurückgeführt.If neither a "normal" nor a "loaded" condition was received in the next step or block 205, control is returned to logic block 200 for another acquisition of the STATE signal.

Wenn im Block 205 entweder eine "normale" oder eine "belastete" Bedingung erfasst wird, dann wird die Steuerung andererseits zur Erfassung (durch die entsprechenden zugehörigen Signale) einer Information hinsichtlich der folgenden Parameter der Vakuumpumpe, die nachstehend mit den entsprechenden Signalen in Beziehung gebracht werden, zum nächsten Logikblock 210 übergeben:If either a "normal" or "loaded" condition is detected in block 205, then control is passed to the next logic block 210 for detecting (through the appropriate associated signals) information regarding the following parameters of the vacuum pump, which are related to the appropriate signals below:

PARAMETER SIGNALEPARAMETER SIGNALS

Wasserkühlung WACOWater cooling WACO

Vom Motor entnommener Strom CUMOCurrent drawn by the motor CUMO

Speisespannung für den Motor VOMOSupply voltage for the motor VOMO

Motorantriebsfrequenz FRMOMotor drive frequency FRMO

Pumpentemperatur TEBEPump temperature TEBE

Wenn im nächsten Logikblock 215 die Differenz zwischen der Temperatur Tbm, die über das Signal TEBE zur Verfügung steht und entsprechend dem Teil 101a, der die Lager und den Motor der Vakuumpumpe 100 aufnimmt, gemessen wird, und einer optimalen abgeschätzten Temperatur Tbs größer ist als Null (das heißt Tbm - Tbs > 0), dann wird die Steuerung an den Logikblock 216 und von dort direkt an den Logikblock 225 übergeben.If in the next logic block 215 the difference between the temperature Tbm, which is available via the signal TEBE and is measured according to the part 101a which houses the bearings and the motor of the vacuum pump 100, and an optimal estimated temperature Tbs is greater than zero (i.e. Tbm - Tbs > 0), then control is passed to the logic block 216 and from there directly to the logic block 225.

In diesem Ausführungsbeispiel wird die optimale abgeschätzte Temperatur Tbs durch die folgende Beziehung erhalten:In this embodiment, the optimal estimated temperature Tbs is obtained by the following relationship:

Tbs = Test + (Cp·Wp) + (Cb·Wb)Tbs = Test + (Cp Wp) + (Cb Wb)

wobeiwhere

Test die Raumtemperatur ist;Test the room temperature;

Cp eine Maßkonstante für irgendeine gegebene Pumpe ist;Cp is a dimensional constant for any given pump ;

Wp die von der Pumpe für eine zugehörige Gaslast entnommene Leistung ist und durch die Differenz zwischen der Gesamtleistung Wt, die von der Pumpe entnommen wird, und der Leistung Wb, die in dem (den) Lager(n) verbraucht wird, gegeben ist;Wp is the power extracted by the pump for a corresponding gas load and is given by the difference between the total power Wt extracted by the pump and the power Wb consumed in the storage(s);

Cb eine Maßkostante für irgendein gegebenes Pumpenlager ist;Cb is a dimensional constant for any given pump bearing;

Wb die von dem (den) Pumpenlager(n) verbrauchte Leistung ist.Wb is the power consumed by the pump bearing(s).

Somit kann die Temperatur Tc auch ausgedrückt werden als:Thus, the temperature Tc can also be expressed as:

Tbs = Test + [(Cp·(Wt - Wb) + (Cb·Wb)Tbs = Test + [(Cp (Wt - Wb) + (Cb Wb)

Die von dem (den) Pumpenlager(n) verbrauchte Leistung Wb und die Maßkonstante Cb des (der) Lager(s) sind variabel, aber für ein gegebenes Lager bekannt, da sie nicht von der Menge an von der Pumpe gesaugtem Gas (Last) abhängen.The power Wb consumed by the pump bearing(s) and the dimensional constant Cb of the bearing(s) are variable, but known for a given bearing since they do not depend on the amount of gas sucked by the pump (load).

Um den Mangel eines Sensors, der die Raumtemperatur misst, bei der Abschätzung der Lagertemperatur zu kompensieren, wird der maximale zulässige Wert als Raumtemperatur verwendet.To compensate for the lack of a sensor measuring room temperature, when estimating the storage temperature, the maximum permissible value is used as the room temperature.

Da das WACO-Signal eine Information über die Pumpenkühltypologie liefert, wurde in diesem Ausführungsbeispiel festgelegt:Since the WACO signal provides information about the pump cooling typology, the following was specified in this example:

Test = 25ºC, wenn die Pumpe mit Flüssigkeit gekühlt wird, undTest = 25ºC if the pump is cooled with liquid and

Test = 35ºC, wenn die Pumpe mit Luft gekühlt wird.Test = 35ºC when the pump is cooled with air.

Im Logikblock 216 wird der Inhalt einer Variable FLAG(Temp) von dem Wert, der vom Mikroprozessor 41 als einer normalen Temperaturbedingung entsprechend aufgefasst wird, beispielsweise FLAG(Temp) = 0, in einen Wert, der als einer übermäßigen Temperaturbedingung entsprechend aufgefasst wird, beispielsweise FLAG(Temp) = 1, geändert.In logic block 216, the content of a variable FLAG(Temp) is changed from the value which is perceived by microprocessor 41 as corresponding to a normal temperature condition. for example, FLAG(Temp) = 0, to a value that is considered to correspond to an excessive temperature condition, for example, FLAG(Temp) = 1.

Wenn andererseits im Logikblock 215 die Differenz zwischen der gemessenen Temperatur Tbm und dem optimalen abgeschätzten Wert Tbs geringer als oder gleich Null ist (Tbm - Tbs ≤ 0), dann wird die Steuerung an den Logikblock 220 übergeben, wo der Inhalt der Variable FLAG(Temp) vom tatsächlichen Wert auf einen Wert geändert wird, der vom Mikroprozessor 41 als einer normalen Temperaturbedingung entsprechend betrachtet wird.On the other hand, if in logic block 215 the difference between the measured temperature Tbm and the optimum estimated value Tbs is less than or equal to zero (Tbm - Tbs ≤ 0), then control is passed to logic block 220 where the content of variable FLAG(Temp) is changed from the actual value to a value considered by microprocessor 41 to correspond to a normal temperature condition.

Im nächsten Logikblock 225 empfängt der Mikroprozessor 41 Daten bezüglich der Schwingungsbeschleunigung der drehbaren Bauteile der Vakuumpumpe, die vom Beschleunigungsmesser 31 erzeugt werden.In the next logic block 225, the microprocessor 41 receives data regarding the vibration acceleration of the rotating components of the vacuum pump, which is generated by the accelerometer 31.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Diagnoseverfahrens der Erfindung ist die Datenerfassung der Beschleunigungsdaten derart, dass zwei Signale ACQSL und ACQSH für Frequenzen zwischen 0 und 2000 Hz bzw. zwischen 0 und 12 kHz erzeugt werden.According to a preferred embodiment of the diagnostic method of the invention, the data acquisition of the acceleration data is such that two signals ACQSL and ACQSH are generated for frequencies between 0 and 2000 Hz and between 0 and 12 kHz, respectively.

Fig. 5a und 5b zeigen die Beschleunigungspegel in den Frequenzbereichen, die zwischen 0 und 2000 Hz bzw. zwischen und 12 kHz liegen, für eine Turbomolekularpumpe.Fig. 5a and 5b show the acceleration levels in the frequency ranges between 0 and 2000 Hz and between and 12 kHz, respectively, for a turbomolecular pump.

Die Beschleunigungsdaten-Erfassungsprozedur sieht die Abtastung des analogen Signals vom Beschleunigungsmesser 31 mit einer Rate vor, die für eine genaue Wiedergewinnung des ursprünglichen Signals mindestens zweimal die maximale Frequenz des Signals sein muss (Nyquist-Theorem).The acceleration data acquisition procedure involves sampling the analog signal from the accelerometer 31 at a rate that must be at least twice the maximum frequency of the signal for accurate recovery of the original signal (Nyquist theorem).

Wieder mit Bezug auf die Fig. 4a und 4b werden im Logikblock 230 die erfassten Signale ACQSL und ACQSH einem FFT-(Schnelle Fouriertransformation) Algorithmus unterzogen, um die Hüllkurve der Signale in der entsprechenden Spektralverteilung zu erhalten, die in Frequenzordnung angeordnet ist, wobei somit ein Signal erzielt wird, das die Verteilung der Schwingungsbeschleunigung als Funktion der Frequenz darstellt.Referring again to Fig. 4a and 4b, in logic block 230 the acquired signals ACQSL and ACQSH are subjected to an FFT (Fast Fourier Transform) algorithm to obtain the envelope of the signals in the corresponding spectral distribution arranged in frequency order, thus obtaining a signal representing the distribution of the vibration acceleration as a function of frequency.

Gemäß dem Diagnoseverfahren der vorliegenden Erfindung werden die folgenden typischen Schwingungsfrequenzen der drehbaren Pumpenbauteile berücksichtigt:According to the diagnostic method of the present invention, the following typical vibration frequencies of the rotary pump components are taken into account:

Ft = Frequenz des Rotors der Vakuumpumpe;Ft = frequency of the rotor of the vacuum pump;

for = Frequenz des äußeren Lagerrings;for = frequency of the outer bearing ring;

fir = Frequenz des inneren Lagerrings;fir = frequency of the inner bearing ring;

frb = Frequenz der Lagerkugeln;frb = frequency of the bearing balls;

fc = Frequenz des Lagerkäfigs (Halter).fc = frequency of the bearing cage (holder).

Im Logikblock 235 schätzt der Mikroprozessor 41 die theoretische Rotationsfrequenz Ft des Vakuumpumpenrotors 1 durch die folgende Formel ab:In logic block 235, microprocessor 41 estimates the theoretical rotation frequency Ft of vacuum pump rotor 1 by the following formula:

Ft = Fecc - K·I/VFt = Fecc - K I/V

wobei:where:

Fecc die Antriebsfrequenz des Motors der Vakuumpumpe ist (durch das Signal FRMO am Ausgang des seriellen Anschlusses der Speiseeinheit 20 zur Verfügung gestellt);Fecc is the drive frequency of the vacuum pump motor (provided by the FRMO signal at the output of the serial port of the power supply unit 20);

K eine Maßkonstante in Abhängigkeit von der Art des Motors ist;K is a dimensional constant depending on the type of engine;

I der Strom ist, der im Vakuumpumpenmotor zirkuliert, und durch das Signal CUMO zur Verfügung gestellt wird;I is the current circulating in the vacuum pump motor, and is provided by the CUMO signal;

V die Speisespannung für den Motor der Vakuumpumpe ist und durch das Signal VOMO zur Verfügung gestellt wird.V is the supply voltage for the vacuum pump motor and is provided by the signal VOMO.

Im nächsten Logikblock 240 wird ein Betriebsbereich der theoretischen Rotationsfrequenz Ft entsprechend dem Bereich [Fc - 50 Hz, Ft + 50 Hz] definiert.In the next logic block 240, an operating range of the theoretical rotation frequency Ft is defined corresponding to the range [Fc - 50 Hz, Ft + 50 Hz].

Im nächsten Logikblock 245 sucht das Verfahren der Erfindung nach der Spitze mit der maximalen Amplitude innerhalb des Betriebsbereichs [Ft - 50 Hz, Ft + 50 Hz] und der der Spitze entsprechende Frequenzwert wird der experimentellen Rotationsfrequenz Fr des Rotors in der Vakuumpumpe zugeordnet.In the next logic block 245, the method of the invention searches for the peak with the maximum amplitude within the operating range [Ft - 50 Hz, Ft + 50 Hz] and the frequency value corresponding to the peak is assigned to the experimental rotation frequency Fr of the rotor in the vacuum pump.

Der nächste Logikblock 250 berechnet die typischen theoretischen Frequenzen (ftt) der Vakuumpumpe unter Verwendung der folgenden Gleichungen:The next logic block 250 calculates the typical theoretical frequencies (ftt) of the vacuum pump using the following equations:

for = Fr·0,5·z·[1 - D/dm·cos(α)];for = Fr 0.5 z [1 - D/dm cos(α)];

fir = Fr·0,5·z·[1 + D/dm·cos(α)];fir = Fr 0.5 z [1 + D/dm cos(α)];

frb = Fr·dm/D·{1 - [D/dm·cos(α)]²};frb = Fr dm/D {1 - [D/dm cos(α)]²};

fc = Fr·0,5·[1 - D/dm·cos(α)],fc = Fr 0.5 [1 - D/dm cos(α)],

wobei D, z, dm und α geometrische Parameter sind, die für die in der Pumpe vorhandenen Lager typisch sind, und genauer:where D, z, dm and α are geometric parameters typical for the bearings present in the pump, and more precisely:

D = Durchmesser der Lagerkugeln;D = diameter of the bearing balls;

z = Anzahl der Kugeln im Lager;z = number of balls in the bearing;

dm = mittlerer Durchmesser des Lagers;dm = mean diameter of the bearing;

α = Kontaktwinkel zwischen den Kugeln und dem Lager.α = contact angle between the balls and the bearing.

Da zwei Lager in der Vakuumpumpe 100 vorgesehen sind, wird die Abschätzung der typischen theoretischen Frequenzen sowohl für das obere Lager (f2) als auch das untere (f1) ausgeführt.Since two bearings are provided in the vacuum pump 100, the estimation of the typical theoretical frequencies is carried out for both the upper bearing (f2) and the lower bearing (f1).

Überdies werden für jede abgeschätzte ftt alle höheren Oberwellen bis zur Frequenz von 12 kHz betrachtet.Furthermore, for each estimated ftt, all higher harmonics up to the frequency of 12 kHz are considered.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in den Logikblöcken 255 bis 310 eine Suche - über das Spektrum, das durch die FFT-Verarbeitung der Beschleunigungssignale erhalten wird - der den experimentellen Schwingungsfrequenzen (ftr) der sich drehenden Bauteile entsprechenden Spitzen durchgeführt und die Spitzen werden dann den entsprechenden typischen theoretischen Frequenzen ftt zugeordnet.In the method according to the invention, a search is carried out in the logic blocks 255 to 310 - over the spectrum obtained by the FFT processing of the acceleration signals obtained - of the peaks corresponding to the experimental vibration frequencies (ftr) of the rotating components and the peaks are then assigned to the corresponding typical theoretical frequencies ftt.

Die obige Suche umfasst die folgenden Schritte.The above search includes the following steps.

Im Logikblock 255 wird für jede typische theoretische Frequenz fttx, die noch nicht betrachtet wurde oder der noch kein experimenteller Amplitudenwert zugeordnet wurde, ein Betriebsbereich [fttx - nΔf, fttx + nΔf] definiert, wobeiIn logic block 255, for each typical theoretical frequency fttx that has not yet been considered or to which no experimental amplitude value has yet been assigned, an operating range [fttx - nΔf, fttx + nΔf] is defined, where

n = Anzahl der betrachteten Spektrallinien (beispielsweise 5 + 10);n = number of spectral lines considered (for example 5 + 10);

Δf = Auflösung des betrachteten Spektrums.Δf = resolution of the spectrum under consideration.

Im Logikblock 260 wird die Anzahl von ftts, die innerhalb des Betriebsbereichs [fttx - nΔf, fttx + nΔf] vorhanden sind, welcher durch den vorherigen Logikblock 255 definiert wurde, berechnet.In logic block 260, the number of ftts present within the operating range [fttx - nΔf, fttx + nΔf] defined by the previous logic block 255 is calculated.

Nach dem Berechnen der Anzahl von ftts innerhalb des Betriebsbereichs findet der Logikblock 265 einen neuen Betriebsbereich [fttmin, fttmax] innerhalb des ersten Betriebsbereichs auf.After calculating the number of ftts within the operating range, logic block 265 finds a new operating range [fttmin, fttmax] within the first operating range.

Der zweite Betriebsbereich liegt zwischen den minimalen und den maximalen ftts, die sich innerhalb des ersten Betriebsbereichs [fttx - nΔf, fttx + nΔf] befinden.The second operating range is between the minimum and maximum ftts that are within the first operating range [fttx - nΔf, fttx + nΔf].

Nachdem die Grenzen des zweiten Betriebsbereichs [fttmin, fttmax] festgelegt wurden, werden sie um n.f. im Logikblock 270 erweitert, wobei somit ein dritter erweiterter Betriebsbereich [fttmin - nΔf, fttmax + nΔf] erhalten wird, der der Kürze halber als [xmin, xmax] angegeben wird.After the boundaries of the second operating range [fttmin, fttmax] have been established, they are extended by n.f. in logic block 270, thus obtaining a third extended operating range [fttmin - nΔf, fttmax + nΔf], which is denoted as [xmin, xmax] for brevity.

Der Logikblock 275 berechnet dann die Anzahl NN von ftts, die im erweiterten Betriebsbereich [xmin, xmax] vorliegen, der im vorherigen Logikblock 270 ausgewählt wurde.The logic block 275 then calculates the number NN of ftts that are in the extended operating range [xmin, xmax] selected in the previous logic block 270.

Wenn der erweiterte Betriebsbereich [xmin, xmax] zusätzliche ftts bezüglich der im ersten Betriebsbereich betrachteten enthält, deren Anzahl bereits vom Logikblock 260 berechnet wurde, werden diese ftts in den nachfolgenden Berechnungen auch berücksichtigt.If the extended operating range [xmin, xmax] contains additional ftts with respect to those considered in the first operating range, the number of which has already been calculated by the logic block 260, these ftts are also taken into account in the subsequent calculations.

Der Logikblock 280 berechnet den mittleren Amplitudenwert des Spektrums innerhalb des erweiterten Betriebsbereichs [xmin, xmax]The logic block 280 calculates the average amplitude value of the spectrum within the extended operating range [xmin, xmax]

Im nächsten Logikblock 285 wird ein Hilfsspektrum gebildet, wobei die Amplitudenwerte innerhalb des Bereichs [xmin, xmax], die niedriger sind als der vom vorherigen Logikblock 280 berechnete Mittelwert, gleich dem Mittelwert gesetzt werden.In the next logic block 285, an auxiliary spectrum is formed, where the amplitude values within the range [xmin, xmax] that are lower than the mean value calculated by the previous logic block 280 are set equal to the mean value.

Der Logikblock 290 berechnet die Anzahl NNP der Spitzen im Hilfsspektrum, die sich innerhalb des erweiterten Betriebsbereichs [Xmin, xmax] befinden.The logic block 290 calculates the number NNP of peaks in the auxiliary spectrum that are within the extended operating range [Xmin, xmax].

Das vorstehend offenbarte Verfahren, das mit Bezug auf die Logikblöcke 280 bis 290 dargestellt ist, zielt darauf ab, die Spektralkomponenten, die vom Hintergrundrauschen herrühren, aufzuheben.The method disclosed above, illustrated with reference to logic blocks 280 through 290, aims to cancel the spectral components resulting from background noise.

In den Logikblöcken 300 bis 305 werden die NNP erfassten Spitzen den NN Amplituden, die den theoretischen Frequenzen ftts im betrachteten Frequenzbereich entsprechen, gemäß dem Prinzip der Zuordnung jeder theoretischen Frequenz zu der bei der nächsten Frequenz erfassten Spitze zugeordnet.In the logic blocks 300 to 305, the NNP detected peaks are assigned to the NN amplitudes corresponding to the theoretical frequencies ftts in the frequency range under consideration, according to the principle of assigning each theoretical frequency to the peak detected at the next frequency.

Genauer muss eine der folgenden vier Bedingungen erfüllt werden, wobei jede die anderen ausschließt.More specifically, one of the following four conditions must be met, each of which excludes the others.

Wenn im Logikblock 300 die Bedingung NNP = 0 erfüllt ist, das heißt eine Bedingung, bei der keine Spitze innerhalb des erweiterten Betriebsbereichs [xmin, xmax] aufgezeichnet wurde, dann ordnet der Logikblock 301 den theoretischen Frequenzen ftts im erweiterten Betriebsbereich eine Frequenz zu, die als gleich der theoretischen erfasst wurde und eine Amplitude gleich dem unteren Niveau in dem Bereich aufweist.If the condition NNP = 0 is satisfied in logic block 300, that is, a condition where no peak was recorded within the extended operating range [xmin, xmax], then logic block 301 assigns to the theoretical frequencies ftts in the extended operating range a frequency that was recorded as equal to the theoretical one and has an amplitude equal to the lower level in the range.

Ein Beispiel bezüglich einer solchen Bedingung ist in Fig. 6a dargestellt, in der eine einzelne theoretische Frequenz (gestrichelte Linie) im betrachteten Bereich existiert, und einer solchen Frequenz wird ein Amplitudenwert zugeordnet, der relativ zum unteren Niveau (Mittelwert der Amplituden) ist, da die experimentellen Amplitudenwerte innerhalb des Bereichs immer zunehmen.An example of such a condition is shown in Fig. 6a, where a single theoretical frequency (dashed line) exists in the range under consideration, and such a frequency is assigned an amplitude value that is relative to the lower level (mean of the amplitudes) since the experimental amplitude values always increase within the range.

In Fig. 6a begrenzen die vertikalen durchgehenden Linien den erweiterten Betriebsbereich und die horizontale durchgehende Linie gibt den Mittelwert der Amplituden in dem Bereich an.In Fig. 6a, the vertical solid lines delimit the extended operating range and the horizontal solid line indicates the mean value of the amplitudes in the range.

Wenn andererseits im Logikblock 300 die Bedingung NNP#0 erfüllt ist, wird die Steuerung an den nächsten Logikblock 302 übergeben.On the other hand, if the condition NNP#0 is met in logic block 300, control is passed to the next logic block 302.

Wenn im Logikblock 302 die Bedingung NNP = NN erfüllt ist, weist der nächste Logikblock 303 jeder theoretischen Frequenz im erweiterten Betriebsbereich [xmin, xmax] die bei der nächsten Frequenz erfasste Spitze zu.If the condition NNP = NN is satisfied in logic block 302, the next logic block 303 assigns to each theoretical frequency in the extended operating range [xmin, xmax] the peak detected at the next frequency.

Fig. 6b stellt ein Beispiel hinsichtlich einer Situation dar, in der NNP = NN, wobei bei jeder theoretischen Frequenz ftt (gestrichelte Linien) der Maximalwert entsprechend der nächsten Frequenz (Kreuz) zugeordnet wird.Fig. 6b shows an example of a situation where NNP = NN, where at each theoretical frequency ftt (dashed lines) the maximum value is assigned according to the next frequency (cross).

In Fig. 6b begrenzen die vertikalen durchgehenden Linien den erweiterten Betriebsbereich [xmin, xmax] und die horizontale durchgehende Linie gibt den Mittelwert der Amplituden in dem Bereich an.In Fig. 6b, the vertical solid lines delimit the extended operating range [xmin, xmax] and the horizontal solid line indicates the mean of the amplitudes in the range.

Wenn andererseits die Bedingung NNP > NN im Logikblock 302 erfüllt ist, werden im Logikblock 304 nur diejenigen Spitzen, die am nächsten zu den theoretischen hinsichtlich der Frequenz erfasst wurden, verwendet.On the other hand, if the condition NNP > NN is satisfied in logic block 302, only those peaks detected closest to the theoretical ones in frequency are used in logic block 304.

Die Spitzen, die erfasst wurden und nicht verwendet werden, das heißt keiner ftt zugeordnet werden, werden ausgeschlossen, da sie als auf externe Störungen zurückzuführen betrachtet werden sollen.The peaks that were recorded and are not used, that is, not assigned to any ftt, are excluded because they should be considered as being due to external disturbances.

Fig. 6c stellt ein Beispiel hinsichtlich einer solchen Situation dar, in der die nächste experimentelle Spitze (Kreuz) der einzelnen theoretischen Frequenz (gestrichelte Linie) zugeordnet wird, die im betrachteten Bereich vorhanden ist.Fig. 6c presents an example of such a situation, where the nearest experimental peak (cross) is assigned to the single theoretical frequency (dashed line) present in the considered region.

In Fig. 6c begrenzen die vertikalen durchgehenden Linien den erweiterten Betriebsbereich, [xmin, xmax] und die horizontale durchgehende Linie gibt den Mittelwert der Amplituden in dem Bereich an.In Fig. 6c, the vertical solid lines delimit the extended operating range, [xmin, xmax] and the horizontal solid line indicates the mean of the amplitudes in the range.

Im Fall, dass im Logikblock 302 die Bedingung NNP < NN erfüllt ist, ordnet der Logikblock 305 jeder ftt die Spitze zu, die bei der nächsten Frequenz erfasst wird.In case the condition NNP < NN is satisfied in logic block 302, logic block 305 assigns to each ftt the peak that is detected at the next frequency.

Wenn während der Prozedur zum Zuweisen der erfassten Spitzen zu den theoretischen Frequenzen ftt, die mit Bezug auf die Blöcke 300 bis 305 offenbart ist, die Bedingung, dass ein und dieselbe experimentelle Spitze mehr als einer theoretischen Frequenz ftt zugeordnet wurde, erfüllt ist, dann wird im Block 309 die erfasste experimentelle Spitze nun der nächsten theoretischen Frequenz zugeordnet, wohingegen den anderen theoretischen Frequenzen, die vorher derselben Spitze zugeordnet wurden, nun die dem unteren Niveau im betrachteten Betriebsbereich entsprechende Amplitude zugeordnet wird.If during the procedure for assigning the detected peaks to the theoretical frequencies ftt disclosed with reference to blocks 300 to 305, the condition that one and the same experimental peak corresponds to more than one theoretical frequency ftt is fulfilled, then in block 309 the detected experimental peak is now assigned to the next theoretical frequency, whereas the other theoretical frequencies previously assigned to the same peak are now assigned the amplitude corresponding to the lower level in the operating range under consideration.

Eine solche Bedingung ist zwangsweise erfüllt, wenn NNP < NN.Such a condition is necessarily fulfilled if NNP < NN.

Fig. 6d stellt ein Beispiel hinsichtlich einer Situation dar, in der NNP < NN. In der Figur wird die einzige identifizierte experimentelle Spitze (rechtes Kreuz) der nächsten theoretischen Frequenz (rechte gestrichelte Linie) zugeordnet, wohingegen der restlichen theoretischen Frequenz (linke gestrichelte Linie) der dem unteren (mittleren) Niveau der Amplituden entsprechende Amplitudenwert (linkes Kreuz) zugeordnet wird.Fig. 6d presents an example of a situation where NNP < NN. In the figure, the only identified experimental peak (right cross) is assigned to the closest theoretical frequency (right dashed line), whereas the remaining theoretical frequency (left dashed line) is assigned the amplitude value corresponding to the lower (middle) level of the amplitudes (left cross).

In Fig. 6d begrenzen die vertikalen durchgehenden Linien den erweiterten Betriebsbereich [xmin, xmax] und die horizontale durchgehende Linie gibt den Mittelwert der Amplituden in dem Bereich an.In Fig. 6d, the vertical solid lines delimit the extended operating range [xmin, xmax] and the horizontal solid line indicates the mean of the amplitudes in the range.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens der Erfindung wird, wenn dieselbe experimentelle Spitze mehr als einer ftt zugeordnet wurde, die entsprechende zugehörige Amplitude proportional zur Anzahl von ftts verringert, denen dieselbe Spitze zugeordnet wurde.According to another embodiment of the method of the invention, if the same experimental peak has been assigned to more than one ftt, the corresponding associated amplitude is reduced in proportion to the number of ftts to which the same peak has been assigned.

Wenn beispielsweise dieselbe Spitze zwei ftts zugeordnet würde, ist die entsprechende Amplitude, die solchen zwei ftts zugeordnet wird, die Hälfte der Spitzenamplitude.For example, if the same peak were assigned to two ftts, the corresponding amplitude assigned to such two ftts is half of the peak amplitude.

Dieses zweite Ausführungsbeispiel des Verfahrens der Erfindung ist besonders vorteilhaft, wenn Pumpen mit kleiner Größe verwendet werden, an denen gleiche Lager, deren ftts übereinstimmen, montiert sind.This second embodiment of the method of the invention is particularly advantageous when pumps with smaller size, on which identical bearings with matching ftts are mounted.

Als nächstes wird im Logikblock 310 die Amplitude jeder Spitze, die den ftts zugeordnet ist, gespeichert, um die folgende Datenmatrix für den Rotor, das untere Lager und das obere Lager zu erzeugen. Next, in logic block 310, the amplitude of each peak associated with the ftts is stored to generate the following data matrix for the rotor, lower bearing, and upper bearing.

Im nächsten Logikblock 315 werden die Amplituden der Maxima, die vorher den ftts zugeordnet wurden, mit den Bezugsschwellen verglichen, die in der Speichervorrichtung 43 der Verarbeitungseinheit 40 enthalten sind.In the next logic block 315, the amplitudes of the maxima previously assigned to the ftts are compared with the reference thresholds contained in the memory device 43 of the processing unit 40.

Die Bezugsschwellen werden auf der Basis der Spektren festgelegt, die für neue Pumpen und verwendete Pumpen erhalten werden.The reference thresholds are established on the basis of the spectra obtained for new pumps and used pumps.

Wenn einer der gespeicherten Amplitudenwerte höher ist als die entsprechende Bezugsschwelle, wird im Logikblock 320 der Inhalt der Variable FLAG(ftt) von dem Wert, der vom Mikroprozessor 41 als einer regulären Amplitudenbedingung entsprechend aufgefasst wird, z. B. FLAG(ftt) = 0, in einen Wert, der einer übermäßigen Amplitudenbedingung entspricht, FLAG(ftt) = 1, geändert.If one of the stored amplitude values is higher than the corresponding reference threshold, in logic block 320 the content of the variable FLAG(ftt) is changed from the value perceived by the microprocessor 41 as corresponding to a regular amplitude condition, e.g., FLAG(ftt) = 0, to a value corresponding to an excessive amplitude condition, FLAG(ftt) = 1.

Wenn andererseits im Logikblock 315 der Amplitudenwert niedriger ist als die entsprechende Bezugsschwelle, wird im Logikblock 325 der Inhalt der Variable FLAG(ftt) von dem Wert, der vom Mikroprozessor 41 als einer übermäßigen Amplitudenbedingung entsprechend aufgefasst wird, FLAG(ftt) = 1, in den Wert, der einer regulären Amplitudenbedingung entspricht, FLAG(ftt) = 0, geändert.On the other hand, if in logic block 315 the amplitude value is lower than the corresponding reference threshold, in logic block 325 the content of the variable FLAG(ftt) is changed from the value perceived by microprocessor 41 as corresponding to an excessive amplitude condition, FLAG(ftt) = 1, to the value corresponding to a regular amplitude condition, FLAG(ftt) = 0.

Die Bezugsschwellen für die Beschleunigungsamplituden, die im dargestellten Ausführungsbeispiel verwendet werden, waren die folgenden:The reference thresholds for the acceleration amplitudes used in the illustrated embodiment were the following:

Frot 1,10 m/s²Frot 1.10 m/s²

fc oberes Lager 0,50 m/s²fc upper bearing 0.50 m/s²

fc unteres Lager 0,34 m/s²fc lower bearing 0.34 m/s²

für ftr zwischenfor ftr between

Frot und 8500 Hz 0,60 m/s²Frot and 8500 Hz 0.60 m/s²

Frot höher als 8500 Hz 1,20 m/s²Frot higher than 8500 Hz 1.20 m/s²

Die obigen Schwellen sind diejenigen für eine spezielle Art Pumpe, die in einem Ausführungsbeispiel verwendet wird, und sollten daher modifiziert werden, um das Diagnoseverfahren auf Pumpen einer anderen Art einzustellen, indem geeignete Werte in der Speichervorrichtung 43 gespeichert werden.The above thresholds are those for a specific type of pump used in one embodiment and should therefore be modified to adapt the diagnostic procedure to pumps of a different type by storing appropriate values in the memory device 43.

Wie bereits dargelegt, ist die Interpretation der vom Diagnoseverfahren gelieferten Ergebnisse von äußerster Bedeutung, da der Benutzer aus dieser Interpretation eine Information über die Fehlerwahrscheinlichkeit der Pumpe und folglich über den Bedarf zur Ausführung der Wartung erhält.As already stated, the interpretation of the results provided by the diagnostic procedure is of utmost importance, since from this interpretation the user obtains information on the probability of failure of the pump and, consequently, on the need to carry out maintenance.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Logikblock 330 die Berechnung eines Aufmerksamkeitspegels LEVEL ausgeführt, wenn die Temperatur- und Schwingungs-Sicherheitsschwellen von der Pumpe überschritten wurden.In a preferred embodiment of the inventive method, the calculation of an attention level LEVEL is carried out in the logic block 330 if the temperature and vibration safety thresholds have been exceeded by the pump.

Die Zahl LEVEL von FLAGs, die angibt, dass der entsprechende Schwellenpegel überschritten wurde, wird durch die folgende Summe berechnet, die auf allen typischen theoretischen Frequenzen gewichtet wird:The number LEVEL of FLAGs indicating that the corresponding threshold level has been exceeded is calculated by the following sum weighted at all typical theoretical frequencies:

LEVEL = Σi[W(i)·FLAG(i)] + W(Temp)·Flag(Temp)LEVEL = Σi[W(i) FLAG(i)] + W(Temp) Flag(Temp)

wobei W(i) die Gewichte sind, die den FLAGs zugewiesen werden, die den Amplituden des Schwingungsspektrums zugeordnet sind.where W(i) are the weights assigned to the FLAGs associated with the amplitudes of the vibration spectrum.

Im offenbarten Ausführungsbeispiel wurden die folgenden Gewichte verwendet:In the disclosed embodiment, the following weights were used:

W(Temp) 1W(Temp) 1

W(Frot) 1W(Frot) 1

W(Fc) 3 oberes LagerW(Fc) 3 upper bearing

W(Fc) 3 unteres LagerW(Fc) 3 lower bearing

W(ftr) 2W(ftr) 2

Im Fall, dass mehr Temperaturfühler vorgesehen sind, die sich in verschiedenen Bereichen des Pumpengehäuses befinden, z. B. wie vorher angegeben, wenn eine Pumpe mit großer Größe verwendet wird, berücksichtigt die obige Summe die Temperaturwerte, die von allen derartigen Sensoren geliefert werden, zweckmäßig gewichtet.In case more temperature sensors are provided, located in different areas of the pump casing, e.g. as previously indicated when a large size pump is used, the above sum takes into account the temperature values provided by all such sensors, suitably weighted.

Auf der Basis des Werts, der vom LEVEL-Signal angenommen wird, gibt der Mikroprozessor 41 im Logikblock 335 eine der folgenden Betriebsbedingungen an.Based on the value assumed by the LEVEL signal, the microprocessor 41 indicates one of the following operating conditions in logic block 335.

Eine erste Betriebsbedingung wird angegeben, wenn LEVEL = 0.A first operating condition is specified when LEVEL = 0.

Diese. Bedingung betrifft eine normale Betriebssituation, die keinen Eingriff erfordert.This condition concerns a normal operating situation that does not require any intervention.

Eine zweite Betriebsbedingung wird angegeben, wenn LEVEL ≤ 3.A second operating condition is specified if LEVEL ≤ 3.

Diese Bedingung betrifft eine Betriebssituation, die einen mittelfristigen Eingriff erfordert.This condition concerns an operational situation requiring medium-term intervention.

Eine dritte Betriebsbedingung wird angegeben, wenn LEVEL > 3.A third operating condition is specified when LEVEL > 3.

Diese Bedingung betrifft eine Betriebssituation, die einen sofortigen Eingriff erfordert.This condition concerns an operating situation that requires immediate intervention.

Es ist ferner vorgesehen, dass ein Alarmpegel nur dann signalisiert wird, wenn ein solcher Pegel für ein gegebenes Zeitintervall aufrechterhalten wird. Im betrachteten Ausführungsbeispiel wurde dieses Zeitintervall beispielsweise gleich 60 Minuten gesetzt.It is further provided that an alarm level is only signalled if such a level is maintained for a given time interval. In the exemplary embodiment considered, this time interval was set to 60 minutes, for example.

Es ist auch vorgesehen, dass die Parameter bezüglich der Pumpenarbeit periodisch gespeichert werden, damit sie anschließend analysiert und zum Modifizieren der vorbestimmten Schwellenpegel verwendet werden.It is also envisaged that the parameters relating to the pump operation will be periodically stored so that they can be subsequently analysed and used to modify the predetermined threshold levels.

Da, wie vorstehend angegeben, das Schwingungsspektrum auch durch Maschinenanlagen beeinflusst wird, die sich nahe einer Vakuumpumpe befinden, die einer Diagnose unterzogen werden soll, wird in einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Voranalyseschritt des Schwingungsspektrums zum Unterscheiden zwischen Signalen aufgrund beispielsweise der Anwesenheit von zwei Vakuumpumpen, die nahe beieinander arbeiten, vorgesehen.Since, as stated above, the vibration spectrum is also influenced by machinery located close to a vacuum pump to be diagnosed, a second embodiment of the method according to the invention provides for a pre-analysis step of the vibration spectrum to distinguish between signals due, for example, to the presence of two vacuum pumps operating close to each other.

Im Unterschied zum vorstehend erläuterten Verfahren werden in diesem zweiten Ausführungsbeispiel die theoretischen. Rotationsfrequenzen Ft1 und Ft2 des Pumpenrotors durch die folgende Formel berechnet:In contrast to the method explained above, in this second embodiment, the theoretical rotation frequencies Ft1 and Ft2 of the pump rotor are calculated using the following formula:

Ft1 = Fecc1 - K&sub1;·I&sub1;/V&sub1;Ft1 = Fecc1 - K1 · I1 /V1

Ft2 = Fecc2 - K&sub2;·I&sub2;/V&sub2;Ft2 = Fecc2 - K2 · I2 /V2

Ähnlich dem mit Bezug auf die Fig. 4a und 4b erläuterten Verfahren wird ein geeigneter Bereich definiert, der die zwei theoretischen Rotationsfrequenzen enthält. Unter der Annahme, dass Ft1 < Ft2, ist ein solcher Bereich beispielsweise [Ft1 - 50 Hz, Ft2 + 50 Hz].Similar to the procedure explained with reference to Figs. 4a and 4b, a suitable range is defined containing the two theoretical rotation frequencies. Assuming that Ft1 < Ft2, such a range is, for example, [Ft1 - 50 Hz, Ft2 + 50 Hz].

Innerhalb dieses Bereichs werden die zwei Spitzen mit maximaler Amplitude gesucht und die den Spitzen entsprechenden Frequenzwerte werden den experimentellen Rotationsfrequenzen Fr1 und Fr2 der Rotoren der Vakuumpumpen zugeordnet.Within this range, the two peaks with maximum amplitude are searched and the frequency values corresponding to the peaks are assigned to the experimental rotation frequencies Fr1 and Fr2 of the rotors of the vacuum pumps.

Dann wird das Verfahren in einer Weise ähnlich zu jener, die mit Bezug auf das vorherige Ausführungsbeispiel offenbart wurde, für beide Frequenzen Fr1 und Fr2 angewendet.Then, the method is applied to both frequencies Fr1 and Fr2 in a manner similar to that disclosed with reference to the previous embodiment.

Wenn der Ursprung der berechneten typischen theoretischen Frequenzen bekannt ist, ist es möglich, die experimentellen Spitzen, die durch eine der Pumpen verursacht werden, zu unterscheiden und die experimentellen Amplituden der entsprechenden Pumpe zuzuordnen.If the origin of the calculated typical theoretical frequencies is known, it is possible to distinguish the experimental peaks caused by one of the pumps and to assign the experimental amplitudes to the corresponding pump.

Die Fig. 7a, 7b und 7c stellen die Spektren, die eine Pumpe, die sich mit einer Geschwindigkeit von 680 Hz dreht, und eine benachbarte Pumpe, die sich mit einer Geschwindigkeit von 700 Hz dreht, betreffen, sowie die Überlagerung der zwei Spektren dar.Figures 7a, 7b and 7c show the spectra related to a pump rotating at a speed of 680 Hz and a neighboring pump rotating at a speed of 700 Hz, as well as the superposition of the two spectra.

In den Fig. 7a bis 7c entsprechen die vertikalen durchgehenden Linien den theoretischen Spitzen und die Kreuze den experimentellen Spitzen.In Figs. 7a to 7c, the vertical solid lines correspond to the theoretical peaks and the crosses to the experimental peaks.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens ist auch vorgesehen, den Pegel der Schwingungsamplituden der Bauteile der Vakuumpumpe auszuwerten. Insbesondere kann ein Alarmpegel definiert werden, der zur Differenz zwischen der gemessenen Amplitude und der theoretischen Amplitude proportional ist.In a further embodiment of the diagnostic method according to the invention, it is also provided to measure the level of the vibration amplitudes of the components of the vacuum pump In particular, an alarm level can be defined that is proportional to the difference between the measured amplitude and the theoretical amplitude.

Das Diagnoseverfahren der Erfindung ermöglicht es innerhalb des Schwingungsspektrums der Pumpe - die Spektrallinien zu identifizieren, die durch die Schwingungen der drehbaren Bauteile während ihrer. Rotation verursacht werden, und liefert eine Angabe des Pumpenverschleißes ungeachtet von Umgebungsstörungen, beispielsweise jenen, die durch Pumpen, die naheliegend arbeiten, Spannungstransformatoren, Relais und andere Schwingungsquellen verursacht werden. Dies wurde durch eine genaue Spektralanalyse und eine Kombination mit weiterer Information bezüglich der Arbeit der Vakuumpumpe, die jedoch vom Beschleunigungsspektrum verschieden ist, wie z. B. die Temperatur und der Strom, der vom Elektromotor, der die Pumpe antreibt, entnommen wird, erreicht.The diagnostic method of the invention enables to identify, within the vibration spectrum of the pump, the spectral lines caused by the vibrations of the rotating components during their rotation and provides an indication of the pump wear regardless of environmental disturbances, such as those caused by pumps operating nearby, voltage transformers, relays and other vibration sources. This was achieved by a precise spectral analysis and a combination with other information relating to the vacuum pump's operation, but different from the acceleration spectrum, such as the temperature and the current drawn by the electric motor driving the pump.

Claims

1. Diagnostic method for preventing errors and failures in a vacuum pump (100), the pump comprising:

- a housing (101) provided with a suction channel (119) and an outlet channel, wherein a first part (101a) and a second part (101b) are axially fixed in the housing,

a plurality of gas pumping stages formed by rotor disks (113, 114) attached to a rotatable shaft (123) of the vacuum pump, the disks cooperating with stator rings (115, 116) attached to the housing of the vacuum pump, the pumping stages being housed within the second part (101b) of the housing (101);

- an electric motor (121) for driving the rotatable shaft of the vacuum pump and at least one bearing (122) for supporting the rotatable shaft (123), the motor (121) and at least one bearing (122) being housed within the first part (101a) of the housing,

the method being characterized in that it provides the steps:

- Providing at least one signal representing the vibration acceleration of the rotating components of the vacuum pump,

- converting the signal representing the vibration acceleration of the rotating components of the vacuum pump into a corresponding spectral distribution arranged in frequency order, thereby obtaining a signal representing the amplitude distribution of the vibration acceleration as a function of frequency,

- Recording the peaks corresponding to the typical oscillation frequencies of the rotating components of the vacuum pump within the spectral distribution;

- comparing the amplitudes of the peaks with respective and predetermined reference thresholds;

- Generating an alarm signal when at least one of the reference thresholds is exceeded by the corresponding peak amplitude.

2. Diagnostic method according to claim 1, wherein the step of recording the peaks corresponding to the typical vibration frequencies of the rotary components of the vacuum pump further comprises the steps of:

- estimating a theoretical rotation frequency (Ftot) of the pump rotor as a function of the excitation frequency (Fecc) of the pump motor, the current (I) circulating in the motor and the supply voltage (V) for the motor;

- Recording the peak with the maximum amplitude within a predetermined frequency range of the spectral distribution;

- Assigning the frequency value corresponding to the peak with maximum amplitude to the experimental rotation frequency (Fr) of the vacuum pump rotor;

- Calculate the typical theoretical vibration frequencies (ftt) of the rotating components of the vacuum pump as a function of the experimental frequency (Fr);

- for each of the typical theoretical vibration frequencies (ftt) in the calculated spectral distribution, record the peaks with respect to the corresponding experimental vibration frequency (Fr).

3. Diagnostic method according to claim 2, wherein the predetermined frequency range corresponds to a range of ± 50 Hz centered on the theoretical rotation frequency (Frot) of the rotor.

4. Diagnostic method according to claim 3, wherein the step of recording - in the spectral distribution and for each of the theoretical oscillation frequencies - the corresponding experimental oscillation frequency further comprises the steps of:

- Recording an operating range for each of the typical theoretical vibration frequencies (ftt) of the rotating components of the vacuum pump in the spectral distribution;

Finding the peak with the minimum frequency (fttmin) and the peak with the maximum frequency (fttmax) within the operating range;

- from the spectral distribution, for each of the operating ranges, identify an extended operating range with an extent not smaller than the range bounded by the frequencies corresponding to the peak of minimum frequency (fttmin) and the peak of maximum frequency (fttmax);

- Calculate the number of theoretical typical vibration frequencies (ftt) that are within the extended operating range;

- Assigning to each typical theoretical vibration frequency (ftt) located within the extended operating range the amplitude corresponding to the peaks recorded according to the criterion that each typical theoretical vibration frequency (ftt) is assigned the peak which at the nearest frequency and for which the peak associated with one or more of the frequencies (ftt) is associated only with the nearest frequency (ftt), while the remaining frequencies (ftt) are associated with the mean amplitude of the extended operating range considered.

5. Diagnostic method according to claim 4, wherein the operating range determined for each typical theoretical rotation frequency (ftt) corresponds to a neighborhood of the rotation frequency (ftt) with an extension of ±n.f where .f is the spectral resolution and n is an integer between 5 and 10, and wherein the extended operating range corresponds to the range from fttmin - .f to fttmax + .f where fttmin is the typical theoretical rotation frequency corresponding to the peak with minimum frequency and where fttmax is the typical theoretical rotation frequency corresponding to the peak with maximum frequency.

6. Diagnostic method according to claim 5, further comprising the step:

- Modifying the content of alarm indicators from the value corresponding to the normal working condition of the vacuum pump to a value corresponding to the critical working conditions of the pump when the respective amplitudes exceed the thresholds.

7. Diagnostic method according to claim 5, further comprising the steps of:

- providing at least one signal representing the temperature in the first part (101a) of the vacuum pump;

- comparing the at least one signal representing the temperature in the first part of the vacuum pump with at least one corresponding reference threshold;

- Modifying the content of at least one alarm indicator from the value corresponding to the normal Operating condition of the vacuum pump into a value corresponding to the critical operating conditions of the pump when the at least one reference threshold is exceeded by the corresponding at least one signal representing the temperature.

8. Diagnostic method according to claims 6 and 7, which further provides the steps:

- storing the contents of the alarm indicators in a storage medium;

- Summing up the number of alarm indicators whose content corresponds to a normal operating condition of the pump;

- Generating a pre-alarm signal when the sum exceeds a pre-alarm threshold and an alarm signal when the sum exceeds an alarm threshold.

9. A diagnostic method according to claim 8, further comprising the step of periodically storing the data relating to the theoretical vibration frequencies (ftt), the corresponding experimental vibration frequencies and the experimental vibration amplitudes associated with the experimental vibration frequencies.

10. A diagnostic method according to claim 1, wherein the step of converting the signal representing the vibration acceleration of the rotary components of the vacuum pump into a spectral distribution is obtained by an FFT (Fast Fourier Transform).

11. Diagnostic method according to the preceding claims, wherein the vacuum pump is a turbomolecular pump.

12. Diagnostic device for preventing errors and failures in a vacuum pump (100), the pump comprising:

- a housing (101) provided with a suction channel (119) and an outlet channel in which a first part (101a) and a second part (101b) are axially fixed;

- a plurality of gas pumping stages with rotor disks (113, 114) mounted on the rotatable shaft (123) of the vacuum pump and cooperating with stator rings (115, 116) attached to the housing of the vacuum pump 100, the pumping stages being housed in the second part (101b) of the housing,

- an electric motor (121) for rotating the rotatable shaft and at least one bearing (122) for supporting the rotatable shaft (123) of the vacuum pump, the motor (121) and the at least one bearing (122) being housed in the first housing part (101a);

- an electronic unit (20) for supplying the electric motor (121) of the vacuum pump (100);

the device being characterized in that it comprises:

at least one transducer (31) capable of generating an electrical signal with an intensity proportional to a vibration acceleration measured at the rotatable components of the vacuum pump (100);

- an electronic processing unit (40) with a microprocessor (41), a storage means and a data transmission means for receiving the signal from the transducer (31) and a plurality of signals representing the operating condition of the vacuum pump and which are output from the electronic supply unit (20), a means for converting the signal from the transducer (31) into a corresponding spectral distribution arranged in the frequency order, thus obtaining a signal representing the amplitude distribution of the vibration acceleration as a function of frequency, the processing unit (40) generating a signal representing the wear state of the rotatable components of the vacuum pump.

13. Diagnostic device according to claim 12, further comprising a data transmission means (45) for receiving the plurality of signals representing the vacuum pump operating state via a data transmission line (34) from the electronic power supply unit (20).

14. Diagnostic device according to claim 13, wherein the transducer (31) is a piezoelectric accelerometer arranged in contact with the body of the vacuum pump (100) corresponding to a part thereof which accommodates the support bearings for the rotatable shaft.

15. Diagnostic device according to claim 13, further comprising at least one transducer (30) for generating an electrical signal having an intensity proportional to the temperature measured according to the rotatable components of the vacuum pump (100).

16. Diagnostic device according to claim 14 and 15, wherein the plurality of signals representing the vacuum pump operating state from the electronic supply unit (20) at least comprise:

- a signal representing the presence of a liquid coolant for cooling the vacuum pump;

- a signal representing the current circulating in the electric motor of the vacuum pump;

- a signal representing the supply voltage for the vacuum pump electric motor;

- a signal representing the drive of the electric motor of the vacuum pump;

- a signal representing the temperature of the vacuum pump.

17. Diagnostic device according to claim 16, further comprising means for determining a pre-alarm condition and a Indicates an alarm condition regarding the wear status of the rotating components of the vacuum pump.

18. Diagnostic device according to one of claims 12 to 17, wherein the vacuum pump is a turbomolecular pump.

19. Vacuum pump with:

- a housing (101) provided with a suction channel (119) and an outlet channel in which a first part (101a) and a second part (101b) are axially fixed ;

- a plurality of gas pumping stages with rotor disks (113, 114) mounted on the rotatable shaft (123) of the vacuum pump and cooperating with stator rings (115, 116) attached to the housing of the vacuum pump (100), the pumping stages being housed in the second part (101b) of the housing;

the vacuum pump being characterized in that a diagnostic device is provided which comprises means for:

- Providing at least one signal representing the vibration acceleration of the rotating components of the vacuum pump;

- converting the signal representing the vibration acceleration of the rotating components of the vacuum pump into a corresponding distribution arranged in frequency order to obtain a signal representing the amplitude distribution of the vibration acceleration as a function of frequency;

- comparing the amplitudes of the peaks with corresponding predetermined reference thresholds;

- Generating an alarm signal when the corresponding peak amplitude exceeds at least one of the reference thresholds.

20. Vacuum pump according to claim 19, wherein a means is provided for switching off the electrical supply to the pump when a predetermined number of the reference thresholds is exceeded.