EP3832141B1

EP3832141B1 - Method for operating a vacuum pump

Info

Publication number: EP3832141B1
Application number: EP20205911.9A
Authority: EP
Inventors: Herbert Stammler
Original assignee: Pfeiffer Vacuum Technology AG
Current assignee: Pfeiffer Vacuum Technology AG
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2020-11-05
Publication date: 2023-01-04
Anticipated expiration: 2040-11-05
Also published as: JP2022075494A; EP3832141A1; JP7209054B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe und eine Vakuumpumpe mit einer Steuerungseinrichtung, die ausgebildet ist, um ein solches Verfahren auszuführen.The invention relates to a method for operating a vacuum pump and a vacuum pump with a control device that is designed to carry out such a method.

Viele Typen von Vakuumpumpen, beispielsweise Turbomolekularpumpen und/oder Vakuumpumpen mit Siegbahnpumpstufen, sind mit einem Rotor ausgestattet, der eine aktive Magnetlagerung aufweist. Da die aktive Magnetlagerung berührungs- und schmiermittellos ist, erfolgt der Normalbetrieb einer solchen Vakuumpumpe mit aktiver Magnetlagerung nahezu verschleiß- und wartungsfrei.Many types of vacuum pumps, for example turbomolecular pumps and/or vacuum pumps with Siegbahn pump stages, are equipped with a rotor that has an active magnetic bearing. Since the active magnetic bearing is non-contact and lubricant-free, the normal operation of such a vacuum pump with active magnetic bearing is almost wear-free and maintenance-free.

Begrenzend für die Lebensdauer der Vakuumpumpe mit aktiver Magnetlagerung wirken jedoch die allgemeine Bauteilalterung durch übliche Betriebslasten, zum Beispiel elektrische, mechanische, thermische und/oder elektrochemische sowie korrosive Einwirkungen und/oder stoffliche Ablagerungen oder Blockierungen, die hauptsächlich durch Pump- und/oder Hilfsmedien sowie aus der Umgebungsatmosphäre eingebracht werden können.However, general component aging due to normal operating loads, such as electrical, mechanical, thermal and/or electrochemical and corrosive effects and/or material deposits or blockages, which are mainly caused by pumping and/or auxiliary media and can be introduced from the surrounding atmosphere.

Ferner können jegliche Formen von Betriebsstörungen die Lebensdauer der Vakuumpumpe mit aktiver Magnetlagerung begrenzen. Solche Betriebsstörungen sind beispielsweise Ausfälle der Versorgungsspannung oder über den zulässigen Rahmen hinaus wirkende impulsartige oder andauernde äußere mechanische Einwirkungen. Diese Einwirkungen werden beispielsweise durch Erdbeben, Stöße, Vibrationen, Resonanzereignisse oder durch elektrische, magnetische oder andere hochenergetische Felder oder Strahlungen hervorgerufen. Weiterhin können Betriebsstörungen durch Prozesseinflüsse auftreten, die eine schlagartige Änderung von Durchflussmengen der zu pumpenden Medien und/oder Hilfsmedien bewirken, zum Beispiel während des Flutens, Evakuierens oder bei einem Prozessstart oder Prozessstopp. Solche Betriebsstörungen können in vielen Fällen zur Überlastung und/oder zum Ausfall der aktiven Magnetlagerung der Vakuumpumpe führen.Any form of malfunction can also limit the service life of the vacuum pump with active magnetic bearing. Such malfunctions are, for example, failures of the supply voltage or impulse-like or continuous external mechanical influences that go beyond the permissible framework. These effects are caused, for example, by earthquakes, impacts, vibrations, resonance events or by electric, magnetic or other high-energy fields or radiation. Furthermore, malfunctions can occur due to process influences that cause a sudden change of flow rates of the media to be pumped and/or auxiliary media, for example during flooding, evacuation or when starting or stopping a process. In many cases, such malfunctions can lead to overloading and/or failure of the active magnetic bearing of the vacuum pump.

Für einen solchen Fall der Überlastung oder des Ausfalls der aktiven Magnetlagerung ist üblicherweise ein sekundäres mechanisches Lagerungssystem vorgesehen, das im Normalbetrieb nur mit dem Rotor oder mit einem entsprechenden Stator der Vakuumpumpe in Eingriff steht und nur bei Inaktivität oder Störung der aktiven Magnetlagerung einen sicheren mechanischen Kontakt zwischen dem Rotor und dem Stator herstellt, wobei dieser Kontakt weiterhin eine Drehung des Rotors gegenüber dem Stator der Vakuumpumpe zulässt. Für den Zeitraum der Überlastung oder des Ausfalls der aktiven Magnetlagerung gewährleistet das sekundäre mechanische Lagerungssystem eine Notlagerung und eine ausreichende Zentrierung des Rotors innerhalb des Stators. Das sekundäre mechanische Lagerungssystem ist allgemein bekannt als Notlager, Sicherungslager, Schutzlager, Landungslager, Stützlager, Anlauflager oder auch Fanglager. Dieser letzte Begriff wird im Folgenden verwendet. Der Betriebszustand der Notlagerung unter Einsatz eines oder mehrerer Fanglager wird im Folgenden Fanglagerbetrieb genannt.In such a case of overloading or failure of the active magnetic bearing, a secondary mechanical bearing system is usually provided, which during normal operation only engages with the rotor or a corresponding stator of the vacuum pump and only has a secure mechanical contact when the active magnetic bearing is inactive or defective between the rotor and the stator, this contact still allowing rotation of the rotor with respect to the stator of the vacuum pump. For the period of overload or failure of the active magnetic bearing, the secondary mechanical bearing system ensures emergency bearing and adequate centering of the rotor within the stator. The secondary mechanical storage system is commonly known as an emergency camp, backup camp, protection camp, landing camp, support camp, run-up camp or catch camp. This last term will be used below. The operating state of emergency storage using one or more safety camps is referred to below as safety camp operation.

Üblicherweise ist ein Fanglager auf der Seite des Stators bzw. an diesem fest eingespannt, und es steht im Normalbetrieb vollständig still. Das Fanglager kann jedoch auch auf der Seite des Rotors bzw. an diesem fest eingespannt sein und mit dem Rotor im Normalbetrieb der Vakuumpumpe vollständig mitdrehen. "Vollständig Stillstehen" und "Vollständig Mitdrehen" bedeuten in diesem Zusammenhang jeweils, dass alle Komponenten des Fanglagers ohne Einwirkung von Lagerlasten während des Normalbetriebs untereinander nahezu keine Relativbewegungen ausführen und damit während des Normalbetriebs keine Rotationslagerungsaufgabe erfüllen.A backup bearing is usually clamped firmly on the side of the stator or on it, and it is completely stationary during normal operation. However, the safety bearing can also be firmly clamped on the side of the rotor or on it and rotate completely with the rotor during normal operation of the vacuum pump. "Completely stationary" and "completely rotating" in this context mean that all components of the safety bearing perform almost no relative movements with one another during normal operation without the effect of bearing loads and therefore do not fulfill any rotational bearing task during normal operation.

Fanglager für Vakuumpumpen sind üblicherweise nicht für einen dauerhaften Betrieb ausgelegt. Vielmehr beträgt die Lebensdauer eines Fanglagers während des Fanglagerbetriebs üblicherweise nur einige Minuten bis hin zu wenigen Stunden. Daher werden die Fanglager für Vakuumpumpen als lediglich "zeitfest" bezeichnet. Selbst wenn ein Fanglager als ein Vollkugellager ausgebildet ist, weist es im zur Verfügung stehenden Bauraum keine ausreichende Traglast für einen Dauerbetrieb auf. Weiterhin besteht für den Betrieb einer Vakuumpumpe mit Fanglager die Vorgabe, Fanglager schmiermittelfrei oder zumindest frei von organischen und/oder flüchtigen Schmiermitteln zu halten. Fanglager werden daher oft ohne Schmierung betrieben oder mit minimalen Mengen spezieller anorganischer Trockenschmierstoffe wie zum Beispiel Graphit oder Molybdändisulfid benetzt, imprägniert oder infiltriert.Safety bearings for vacuum pumps are usually not designed for long-term operation. Rather, the service life of a safety bearing during operation of the safety bearing is usually only a few minutes up to a few hours. Therefore, the backup bearings for vacuum pumps are only referred to as "time-proof". Even if a safety bearing is designed as a solid ball bearing, it does not have a sufficient load capacity for continuous operation in the available installation space. Furthermore, for the operation of a vacuum pump with a safety bearing, there is the requirement to keep the safety bearing free of lubricant or at least free of organic and/or volatile lubricants. Safety bearings are therefore often operated without lubrication or are wetted, impregnated or infiltrated with minimal amounts of special inorganic dry lubricants such as graphite or molybdenum disulfide.

Bei bekannten Verfahren zum Betreiben von Vakuumpumpen wird einerseits versucht, den Eintritt des Fanglagerbetriebs bzw. den Ausfall der aktiven Magnetlagerung durch verschiedene Mittel so weit wie möglich hinauszuzögern oder vorausschauend zu unterbinden. Dabei können Betriebsbedingungen optimiert werden, indem beispielsweise eine Kalibrierung für den Bewegungsbereich des Fanglagers durchgeführt wird, indem prozessbegrenzende Maßnahmen wie etwa eine Flutgas-Mengenbegrenzung oder Flutgas-Mengenregelung implementiert werden, oder indem vorausschauende Zustandsbestimmungen durchgeführt werden, um einer potentiellen späteren Störung vorzubeugen.In known methods for operating vacuum pumps, attempts are made, on the one hand, to delay the start of backup bearing operation or the failure of the active magnetic bearing as far as possible or to prevent it in advance by various means. Operating conditions can be optimized, for example, by calibrating the movement range of the safety bearing, by implementing process-limiting measures such as flood gas quantity limitation or flood gas quantity control, or by carrying out predictive status determinations in order to prevent a potential later malfunction.

Andererseits ist bei bekannten Verfahren zum Betreiben von Vakuumpumpen vorgesehen, nach dem Eintritt in den Fanglagerbetrieb bzw. beim Ausfall der aktiven Magnetlagerung den Rotor der Vakuumpumpe so schnell wie möglich entweder wieder in den Normalbetrieb oder zum Stillstand zu bringen, beispielsweise durch Fluten der gesamten Vakuumanlage mit einem Hilfsmedium zum Bremsen des Rotors der Vakuumpumpe oder durch elektrisches Bremsen mit Hilfe von Netzrückspeisung, direktem Kurzschluss des Motors der Vakuumpumpe oder durch Abführen der generatorisch im Motor der Vakuumpumpe entstehenden Bremsenergie zu einem dedizierten Lastwiderstand.On the other hand, known methods for operating vacuum pumps provide for the rotor of the vacuum pump to be brought either back into normal operation or to a standstill as quickly as possible after entry into backup bearing operation or in the event of failure of the active magnetic bearing, for example by flooding the entire vacuum system with it an auxiliary medium for braking the rotor of the vacuum pump or by electrical braking with the help of regenerative power supply, direct short-circuiting of the vacuum pump motor or by dissipating the regenerative braking energy generated in the vacuum pump motor to a dedicated load resistor.

In der US 2012/0 063 918 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Zentrifugalkompressors beschrieben, der einen Stator, einen Rotor und aktiv geregelte Magnetlager zum Lagern des Rotors sowie mehrere Fanglager für den Rotor aufweist. Ein Verschleiß an den Fanglagern wird ermittelt, indem ein momentaner Abstand der Fanglager mit einem zuvor gemessenen Abstand der Fanglager verglichen wird. Der Abstand der Fanglager wird gemessen, indem eine Welle des Zentrifugalkompressors jeweils mit den Fanglagern in Kontakt gebracht wird.In the US 2012/0 063 918 A1 describes a method for operating a centrifugal compressor, which has a stator, a rotor and actively controlled magnetic bearings for supporting the rotor, as well as a plurality of safety bearings for the rotor. Wear on the safety bearings is determined by comparing a current distance between the safety bearings with a previously measured distance between the safety bearings. The back-up bearing spacing is measured by bringing a shaft of the centrifugal compressor into contact with each back-up bearing.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe zu schaffen, mit welchem der Fanglagerbetrieb, der einen Zeitraum von einem nicht kontrollierbaren Beginn einer Störung der Vakuumpumpe bis zur Wiederaufnahme des Normalbetriebs der Vakuumpumpe oder bis zum Eintreten des Stillstands umfasst, so verschleißarm wie möglich für das Fanglager gestaltet wird.One object of the invention is to create a method for operating a vacuum pump with which the backup bearing operation, which includes a period of time from an uncontrollable start of a malfunction of the vacuum pump until normal operation of the vacuum pump is resumed or until standstill occurs, is so low-wear as possible for the catch camp.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method having the features of claim 1.

Das Verfahren ist zum Betreiben einer Vakuumpumpe vorgesehen, die einen Rotor, einen Stator, ein aktiv geregeltes Magnetlager zum Lagern des Rotors und ein Fanglager für den Rotor aufweist. Gemäß dem Verfahren wird zunächst ein Satz von Betriebsvorgaben für die Vakuumpumpe bereitgestellt, der zumindest einen bei einem Störungsereignis zu erreichenden Betriebszustand der Vakuumpumpe aufweist. Ferner wird ein Störungsereignis detektiert, bei welchem der Rotor bezogen auf den Stator einen für den Rotor vorgesehenen Raumbereich derart verlässt, dass ein Verschleiß an dem Fanglager auftritt.The method is intended for operating a vacuum pump that has a rotor, a stator, an actively controlled magnetic bearing for mounting the rotor, and a backup bearing for the rotor. According to the method, a set of operating specifications for the vacuum pump is first provided, which has at least one operating state of the vacuum pump to be achieved in the event of a malfunction. Furthermore, a fault event is detected in which the rotor leaves a spatial area provided for the rotor in relation to the stator in such a way that wear occurs on the backup bearing.

Anhand des detektierten Störungsereignisses wird ein Verschleißinkrement für das Fanglager geschätzt, und das Verschleißinkrement wird zu einer Variablen für den Gesamtverschleiß des Fanglagers hinzugefügt. Anhand des Satzes von Betriebsvorgaben für die Vakuumpumpe und anhand der Variablen für den Gesamtverschleiß des Fanglagers wird schließlich ermittelt, ob eine Maßnahme zur Stabilisierung des Rotors ausgeführt wird.A wear increment for the back-up bearing is estimated from the detected disturbance event and the wear increment is added to a variable for the total wear of the back-up bearing. Finally, based on the set of operating specifications for the vacuum pump and based on the variables for the total wear of the back-up bearing, it is determined whether a measure is taken to stabilize the rotor.

Der Betriebszustand der Vakuumpumpe, der bei einem Störungsereignis zu erreichen ist und von dem Satz von Betriebsvorgaben umfasst ist, kann beispielsweise ein Stillstand des Rotors der Vakuumpumpe sein, der möglichst schnell erreicht werden soll, oder umgekehrt das Aufrechterhalten des Vakuums, indem der Rotor durch eine Stabilisierung wieder in den Normalbetrieb mit einer Drehung im vorgesehenen Raumbereich zurückgebracht wird. Darüber hinaus kann der Satz von Betriebsvorgaben weitere Betriebszustände zwischen diesen Extremen umfassen, d.h. zwischen dem Stillstand des Rotors und dem Aufrechterhalten des Vakuums mit stabilisiertem Rotor.The operating state of the vacuum pump, which is to be achieved in the event of a malfunction and is covered by the set of operating specifications, can be, for example, a standstill of the rotor of the vacuum pump, which should be achieved as quickly as possible, or vice versa, maintaining the vacuum by replacing the rotor with a Stabilization is returned to normal operation with a rotation in the space provided. In addition, the set of operating targets may include other operating states between these extremes, i.e. between the rotor being stationary and the vacuum being maintained with the rotor stabilized.

Das Störungsereignis kann beispielsweise mittels zumindest eines Sensors detektiert werden, der zum Überwachen der räumlichen Lage des Rotors ausgebildet ist. Konkret können Magnetlager-Positionssensoren verwendet werden, wobei zwei Paare solcher Positionssensoren bezogen auf eine Drehachse des Rotors in radialer Richtung senkrecht zueinander angeordnet sind und ein einzelner oder ein weiteres Paar Positionssensoren in axialer Richtung angeordnet ist, d.h. entlang der Drehachse des Rotors. Alternativ oder zusätzlich können Schwingungsund/oder Beschleunigungssensoren zum Detektieren eines Störungsereignisses der Vakuumpumpe verwendet werden.The disruption event can be detected, for example, by means of at least one sensor that is designed to monitor the spatial position of the rotor. Specifically, magnetic bearing position sensors may be used, with two pairs of such position sensors being arranged perpendicular to each other in the radial direction with respect to an axis of rotation of the rotor and a single or another pair of position sensors being arranged in the axial direction, i.e. along the axis of rotation of the rotor. Alternatively or additionally, vibration and/or acceleration sensors can be used to detect a malfunction event of the vacuum pump.

Das Verschleißinkrement und die Variable für den Gesamtverschleiß des Fanglagers können konkret als Prozentanteil eines zulässigen Verschleißes des Fanglagers quantifiziert werden, wobei der zulässige Gesamtverschleiß auf Erfahrungswerten basiert und einem Zustand entspricht, bei welchem das Fanglager als vollständig verschlissen gilt und bei einer Wartung der Vakuumpumpe auszutauschen ist. Zur Ermittlung des Verschleißinkrements können Messwerte der vorstehend beschriebenen Sensoren verwendet werden, denen das Verschleißinkrement anhand einer kalibrierten Tabelle zugeordnet werden kann. Beispielsweise können Messwerte von Magnetlager-Positionssensoren die Zeitdauer und die Intensität einer Berührung des Rotors mit dem Fanglager beschreiben, und die Zeitdauer sowie die Intensität der Berührung zwischen Fanglager und Rotor können einem Verschleißinkrement als Prozentanteil des zulässigen Gesamtverschleißes zugeordnet werden.The wear increment and the variable for the total wear of the back-up bearing can be specifically quantified as a percentage of an allowable wear of the back-up bearing, wherein the allowable total wear is based on empirical values and corresponds to a condition at which the back-up bearing is considered to be completely worn out and must be replaced during vacuum pump maintenance . Measured values from the sensors described above can be used to determine the increment of wear, to which the increment of wear can be assigned using a calibrated table. For example, readings from magnetic bearing position sensors may describe the length of time and intensity of contact of the rotor with the back-up bearing, and the length of time as well as the intensity of contact between backup bearing and rotor can be assigned to a wear increment as a percentage of the total allowable wear.

Die Maßnahme zur Stabilisierung des Rotors umfasst insbesondere, dass der Rotor mittels der aktiven Magnetlagerung wieder in eine vorgegebene Raumposition oder Sollposition zurückgebracht wird, die für den Normalbetrieb der Vakuumpumpe vorgesehen ist und beispielsweise mittels Magnetlager-Positionssensoren überprüft werden kann. Da die Maßnahme eine erneute Stabilisierung des Rotors bewirkt, der vor dem Störungsereignis bereits stabilisiert war, wird diese erneute Stabilisierung auch als "Restabilisierung" des Rotors bezeichnet.The measure for stabilizing the rotor includes, in particular, bringing the rotor back into a predetermined spatial position or desired position using the active magnetic bearing, which is provided for normal operation of the vacuum pump and can be checked, for example, using magnetic bearing position sensors. Since the measure brings about renewed stabilization of the rotor, which was already stabilized before the disruption event, this renewed stabilization is also referred to as "restabilization" of the rotor.

Bei der Ermittlung bzw. Entscheidung, ob die Maßnahme zur Stabilisierung des Rotors ausgeführt wird oder nicht, erfolgt gemäß dem Verfahren eine "Vermittlung" zwischen dem Satz von Betriebsvorgaben für die Vakuumpumpe und der Variablen für den Gesamtverschleiß des Fanglagers. Wenn beispielsweise für den Betrieb der Vakuumpumpe vorgegeben ist, dass das Vakuum unbedingt aufrechterhalten werden soll, kann stets eine Maßnahme zur Stabilisierung des Rotors bei Auftreten eines Störungsereignisses ausgeführt werden, solange die Variable für den Gesamtverschleiß des Fanglagers unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts liegt. Erreicht die Variable für den Gesamtverschleiß diesen Schwellenwert, kann umgekehrt entschieden werden, dass keine Maßnahme zur Stabilisierung des Rotors ausgeführt wird und der Rotor stattdessen zum Stillstand gebracht wird, um die Betriebssicherheit der Vakuumpumpe nicht zu gefährden. Umgekehrt kann selbst dann, wenn der zu erreichende Betriebszustand der Stillstand des Rotors der Vakuumpumpe ist, entschieden werden, zunächst eine Maßnahme zur Stabilisierung des Rotors auszuführen, wenn der Gesamtverschleiß aufgrund des zu erwartenden Verschleißinkrements während eines Vollauslaufs des Rotors der Vakuumpumpe bis zum Stillstand zu stark ansteigen würde.According to the method, in determining whether or not to carry out the rotor stabilization measure, a "mediation" takes place between the set of operating specifications for the vacuum pump and the variable for the total wear of the back-up bearing. For example, if the operation of the vacuum pump requires that the vacuum must be maintained at all times, a measure to stabilize the rotor in the event of a disturbance event can always be carried out as long as the variable for the total wear of the back-up bearing is below a predetermined threshold value. Conversely, if the variable for the total wear reaches this threshold value, it can be decided that no measure is taken to stabilize the rotor and the rotor is instead brought to a standstill in order not to endanger the operational reliability of the vacuum pump. Conversely, even if the operating state to be achieved is the standstill of the rotor of the vacuum pump, it can be decided to first carry out a measure to stabilize the rotor if the total wear is too great due to the wear increment to be expected during a full run-down of the rotor of the vacuum pump to standstill would increase.

Der Verschleiß des Fanglagers kann somit durch die "Vermittlung" zwischen dem Satz der Betriebsvorgaben und der Variablen für den Gesamtverschleiß minimiert werden, da durch diese Vermittlung ein Kompromiss zwischen dem Normalbetrieb mit Stabilisierung des Rotors und einem Vollauslauf des Rotors der Vakuumpumpe bis zum Stillstand erreicht werden kann. Aufgrund des minimierten Verschleißes des Fanglagers kann die Zeitdauer maximiert werden, bis ein Austausch des Fanglagers während einer Wartung der Vakuumpumpe erforderlich ist.The wear of the backup bearing can thus be minimized by the "mediation" between the set of operating specifications and the variables for the total wear, since this mediation achieves a compromise between normal operation with stabilization of the rotor and full coasting of the rotor of the vacuum pump to a standstill can. Due to the minimized wear of the back-up bearing, the length of time until replacement of the back-up bearing is required during vacuum pump maintenance can be maximized.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben.Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims, the description and the drawings.

Wenn ermittelt wird, dass die Maßnahme zur Stabilisierung des Rotors nicht ausgeführt wird, kann die Vakuumpumpe heruntergefahren werden. Ohne die Maßnahme zur Stabilisierung des Rotors ist ein sicherer Betrieb der Vakuumpumpe unter Umständen nicht mehr gewährleistet. Daher erfolgt das Herunterfahren der Vakuumpumpe bzw. des Rotors bis zum Stillstand, obwohl der Gesamtverschleiß des Fanglagers aufgrund des Vollauslaufs des Rotors zunimmt. Durch das Herunterfahren der Vakuumpumpe kann jedoch eine mögliche Beschädigung der Vakuumpumpe außerhalb des Fanglagers, beispielsweise im Bereich der pumpaktiven Elemente wie etwa Stator- und Rotorscheiben, vermieden werden.If it is determined that the rotor stabilization action is not being performed, the vacuum pump may be shut down. Safe operation of the vacuum pump may no longer be guaranteed without measures to stabilize the rotor. Therefore, the vacuum pump or the rotor is shut down until it comes to a standstill, although the total wear of the backup bearing increases due to the full run-out of the rotor. However, by shutting down the vacuum pump, possible damage to the vacuum pump outside of the backup bearing, for example in the area of the pump-active elements such as the stator and rotor disks, can be avoided.

Gemäß einer Ausführungsform wird zusätzlich überprüft, ob die Maßnahme zur Stabilisierung des Rotors erfolgreich ist. Wenn die Maßnahme zur Stabilisierung des Rotors fehlschlägt, kann nach einer vorgebestimmten Wartezeit ermittelt werden, ob die Maßnahme zur Stabilisierung des Rotors erneut ausgeführt wird. Dabei kann ein weiteres Verschleißinkrement ermittelt werden, das zu der Variablen für den Gesamtverschleiß des Fanglagers hinzugefügt wird.According to one embodiment, it is additionally checked whether the measure to stabilize the rotor is successful. If the measure to stabilize the rotor fails, it can be determined after a predetermined waiting time whether the measure to stabilize the rotor is carried out again. In doing so, another increment of wear may be determined, which is added to the variable for the total wear of the backup bearing.

Die Ermittlung, ob die Maßnahme zur Stabilisierung des Rotors erneut ausgeführt wird, kann wiederum anhand des Satzes von Betriebsvorgaben für die Vakuumpumpe und anhand der Variablen für den Gesamtverschleiß des Fanglagers erfolgen. Bei einem Misserfolg der Maßnahme zur Stabilisierung des Rotors wird diese Maßnahme bei der vorliegenden Ausführungsform somit iterativ wiederholt, wobei die Wartezeit zwischen den Stabilisierungsversuchen mit der Anzahl der Iterationen zunehmen kann. Durch die iterativen Versuche, den Stator zu stabilisieren, kann der Verschleiß des Fanglagers weiter minimiert werden, da insgesamt die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, dass der Rotor der Vakuumpumpe durch die Stabilisierung wieder in den Normalbetrieb ohne Kontakt zum Fanglager zurückkehrt.The determination of whether the action to stabilize the rotor is carried out again can again be based on the set of operating parameters for the vacuum pump and using the variables for the total wear of the back-up bearing. If the measure for stabilizing the rotor fails, this measure is repeated iteratively in the present embodiment, it being possible for the waiting time between the stabilization attempts to increase with the number of iterations. Through the iterative attempts to stabilize the stator, the wear of the safety bearing can be further minimized, since overall the probability is increased that the rotor of the vacuum pump will return to normal operation without contact with the safety bearing as a result of the stabilization.

Dies kann insbesondere dann relevant sein, wenn ein nur kurzzeitiges Störungsereignis vorliegt, das zunächst die Stabilisierung des Rotors verhindert. Nach dem Ende des Störungsereignisses kann die Maßnahme zur Stabilisierung des Rotors mit erheblich größerer Wahrscheinlichkeit als während des Störungsereignisses erfolgreich sein. Dabei kann insbesondere überprüft werden, ob das Störungsereignis, das zunächst detektiert wurde und dem Verschleißinkrement zugeordnet ist, weiterhin andauert, d.h. während und/oder nach der Maßnahme zur Stabilisierung des Rotors. In Abhängigkeit von dieser Überprüfung kann ferner ein zu erreichender Betriebszustand innerhalb des Satzes von Betriebsvorgaben für die Vakuumpumpe ausgewählt werden, wenn der Satz von Betriebsvorgaben für die Vakuumpumpe mehr als einen zu erreichenden Betriebszustand umfasst.This can be particularly relevant when there is only a short-term disruption event that initially prevents the stabilization of the rotor. After the end of the disturbance event, the action to stabilize the rotor may be successful with a significantly higher probability than during the disturbance event. In particular, it can be checked whether the disruption event that was initially detected and is assigned to the wear increment continues, i.e. during and/or after the measure to stabilize the rotor. Furthermore, depending on this check, an operating condition to be achieved within the set of operating targets for the vacuum pump can be selected if the set of operating targets for the vacuum pump comprises more than one operating state to be achieved.

Bei der Ermittlung bzw. Entscheidung, ob die Maßnahme zur Stabilisierung des Rotors erneut ausgeführt wird, kann ferner ein Kennfeld verwendet werden, das die Wahrscheinlichkeit für eine erneute Stabilisierung des Rotors in Abhängigkeit von der aktuellen Drehzahl des Rotors und/oder weiterer Betriebsparameter der Vakuumpumpe umfasst. Das Kennfeld kann wiederum auf Erfahrungswerten basieren.When determining or deciding whether the measure to stabilize the rotor is to be carried out again, a characteristic map can also be used that includes the probability of the rotor being stabilized again as a function of the current speed of the rotor and/or other operating parameters of the vacuum pump . The map can in turn be based on empirical values.

Ferner kann die Vakuumpumpe heruntergefahren werden und/oder eine Fehlermeldung ausgegeben werden, wenn die Variable für den Gesamtverschleiß des Fanglagers einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Der Schwellenwert kann von der zu erwartenden Lebensdauer des Fanglagers abhängen. Mittels der Dokumentation des Verschleißes durch die Variable für den Gesamtverschleiß kann somit sichergestellt werden, dass ein möglicherweise defektes Fanglanger rechtzeitig ausgetauscht wird.Furthermore, the vacuum pump can be shut down and/or an error message can be issued if the variable for the total wear of the Safety camp exceeds a predetermined threshold. The threshold value can depend on the expected service life of the backup bearing. By documenting the wear using the variable for the total wear, it can thus be ensured that a possibly defective backstop is replaced in good time.

Die Größe des Verschleißinkrements kann anhand experimenteller Daten und/oder anhand von Erfahrungswerten geschätzt werden. Die Schätzung der Größe des Verschleißinkrements erfolgt dabei insbesondere basierend auf Messwerten zumindest eines Sensors, die während des Störungsereignisses ermittelt werden. Dadurch kann die Größe des Verschleißinkrements von der Intensität des Störungsereignisses abhängen, die sich beispielsweise in den experimentellen Daten des Sensors widerspiegelt.The size of the wear increment can be estimated from experimental data and/or from experience. In this case, the size of the wear increment is estimated in particular on the basis of measured values from at least one sensor, which are determined during the disruption event. As a result, the size of the wear increment can depend on the intensity of the disturbance event, which is reflected, for example, in the sensor's experimental data.

Die Größe des Verschleißinkrements kann ferner in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Rotors bei Eintreten des Störungsereignisses und/oder in Abhängigkeit von einer Einbaulage der Vakuumpumpe geschätzt werden. Dabei kann die Größe des Verschleißinkrements insbesondere proportional zum Quadrat der Drehzahl des Rotors sein. Da die Rotationsenergie des Rotors ebenfalls proportional zum Quadrat der Drehzahl des Rotors ist, kann die Größe des Verschleißinkrements somit proportional zur Rotationsenergie des Rotors zunehmen. Insgesamt erfolgt somit eine unterschiedliche Bewertung von Störungsereignissen bei der Dokumentation des Verschleißes in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rotors und der Einbaulage der Vakuumpumpe.The size of the wear increment can also be estimated as a function of a speed of the rotor when the disruption event occurs and/or as a function of an installation position of the vacuum pump. The size of the wear increment can in particular be proportional to the square of the speed of the rotor. Since the rotational energy of the rotor is also proportional to the square of the rotational speed of the rotor, the size of the wear increment can thus increase in proportion to the rotational energy of the rotor. Overall, there is a different evaluation of fault events in the documentation of wear depending on the speed of the rotor and the installation position of the vacuum pump.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verschleißinkrement zumindest zwei Anteile umfassen. Von diesen kann ein erster Anteil auf einer anfänglichen Beschleunigung des Fanglagers bei Eintreten des Störungsereignisses basieren, während ein zweiter Anteil auf einem zu erwartenden Verschleiß des Fanglagers während des Stabilisierens des Rotors oder während eines Auslaufens des Rotors bis zu dessen Stillstand basieren kann. Ferner kann das Verschleißinkrement bei einer erfolgreichen Stabilisierung des Rotors zusätzlich einen dritten Anteil umfassen, der auf einem Auslaufen des Fanglagers nach dem Stabilisieren des Rotors basieren kann. Jeder der drei Anteile kann wiederum in Abhängigkeit von dem Verlauf der Maßnahme zur Stabilisierung des Rotors unterschiedliche Werte aufweisen. Anhand der drei Anteile des Verschleißinkrements kann das Störungsereignis und dessen Auswirkung auf den Verschleiß des Fanglagers detailliert bewertet werden.According to a further embodiment, the wear increment can comprise at least two parts. Of these, a first portion may be based on an initial acceleration of the touchdown bearing when the disturbance event occurs, while a second portion may be based on expected wear of the touchdown bearing during stabilization of the rotor or during rotor coastdown can be based until it comes to a standstill. Furthermore, if the rotor is successfully stabilized, the wear increment can also include a third component, which can be based on the backup bearing running out after the rotor has been stabilized. Each of the three components can in turn have different values depending on the course of the measure to stabilize the rotor. Based on the three parts of the wear increment, the disruption event and its effect on the wear of the back-up bearing can be evaluated in detail.

Der Satz von Betriebsvorgaben für die Vakuumpumpe kann zumindest zwei bei einem Störungsereignis zu erreichende Betriebszustände der Vakuumpumpe aufweisen, die das Aufrechterhalten des Vakuums innerhalb der Vakuumpumpe und das Herunterfahren der Vakuumpumpe umfassen. Dabei können die bei einem Störungsereignis zu erreichenden Betriebszustände durch einen Anwender der Vakuumpumpe und/oder durch einen Lernalgorithmus priorisiert werden. Es können somit nicht nur zumindest zwei zu erreichende Betriebszustände im Falle einer Störung vorgegeben werden, sondern es können diese Betriebszustände entweder durch den Anwender der Vakuumpumpe und/oder durch den Lernalgorithmus dynamisch bewertet werden, um den bevorzugt zu erreichenden Betriebszustand an die jeweilige Betriebsweise der Vakuumpumpe bzw. einer Vakuumanlage, in der sich diese befindet, anzupassen.The set of operating targets for the vacuum pump may include at least two operating states of the vacuum pump to be achieved during a fault event, including maintaining the vacuum within the vacuum pump and shutting down the vacuum pump. In this case, the operating states to be achieved in the event of a fault event can be prioritized by a user of the vacuum pump and/or by a learning algorithm. Not only can at least two operating states to be achieved in the event of a fault be specified, but these operating states can be dynamically evaluated either by the user of the vacuum pump and/or by the learning algorithm in order to adapt the operating state to be preferably achieved to the respective operating mode of the vacuum pump or a vacuum system in which it is located.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das anhand des detektierten Störungsereignisses geschätzte Verschleißinkrement für das Fanglager während der Maßnahme zur Stabilisierung des Rotors oder während des Herunterfahrens der Vakuumpumpe aktualisiert werden. Das aktualisierte Verschleißinkrement kann anstelle des zuvor geschätzten Verschleißinkrements zu der Variablen für den Gesamtverschleiß des Fanglagers hinzugefügt werden. Die anfängliche Schätzung des Verschleißinkrements wird somit an den Verlauf der Maßnahmen angepasst, die entweder zur Stabilisierung des Rotors oder zu einem Herunterfahren der Vakuumpumpe führen. Dadurch kann der tatsächliche Verschleiß des Fanglagers auf genauere Weise mittels der Variablen für den Gesamtverschleiß dokumentiert werden.According to a further embodiment, the wear increment for the back-up bearing estimated on the basis of the detected disturbance event can be updated during the measure for stabilizing the rotor or during the shutdown of the vacuum pump. The updated wear increment may be added to the back-up bearing total wear variable in place of the previously estimated wear increment. The initial estimate of the wear increment is thus adjusted to the course of actions taken either to stabilize the rotor or to shut it down of the vacuum pump. This allows the actual wear of the back-up bearing to be documented in a more accurate manner using the total wear variables.

Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform kann das Fanglager mehrere Lagerstellen aufweisen. Gemäß dem Verfahren kann in diesem Fall ein jeweiliges Verschleißinkrement für jede Lagerstelle ermittelt und zu einer jeweiligen Variablen für den Gesamtverschleiß an der jeweiligen Lagerstelle hinzugefügt werden. Bei dieser Ausführungsform erfolgt somit eine noch detailliertere Dokumentation des Verschleißes des Fanglagers pro Lagerstelle innerhalb des Fanglagers und nicht nur für das Fanglager als Ganzes. Dabei kann das Herunterfahren der Vakuumpumpe und/oder das Ausgeben einer Fehlermeldung dann erfolgen, wenn zumindest eine der Variablen für den Gesamtverschleiß an einer der Lagerstellen einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.According to yet another embodiment, the safety bearing can have a number of bearing points. In this case, according to the method, a respective wear increment can be determined for each bearing point and added to a respective variable for the total wear at the respective bearing point. In this embodiment, there is thus an even more detailed documentation of the wear of the safety bearing per bearing point within the safety bearing and not just for the safety bearing as a whole. In this case, the vacuum pump can be shut down and/or an error message can be output if at least one of the variables for the total wear at one of the bearing points exceeds a predetermined threshold value.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vakuumpumpe mit einem Rotor, einem Stator, einem aktiv geregelten Magnetlager zum Lagern des Rotors und einem Fanglager für den Rotor. Die Vakuumpumpe umfasst ferner zumindest ein Mittel zum Detektieren eines Störungsereignisses, bei welchem der Rotor bezogen auf den Stator einen für den Rotor vorgesehenen Raumbereich derart verlässt, dass ein Verschleiß an dem Fanglager auftritt. Außerdem umfasst die Vakuumpumpe eine Steuerungseinrichtung und einen Speicher, der eine Variable für den Gesamtverschleiß des Fanglagers umfasst. Die Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, um ein Verfahren auszuführen, wie es vorstehend beschrieben ist.Another object of the invention is a vacuum pump with a rotor, a stator, an actively controlled magnetic bearing for mounting the rotor and a safety bearing for the rotor. The vacuum pump also includes at least one means for detecting a fault event in which the rotor leaves a spatial area provided for the rotor in relation to the stator in such a way that wear occurs on the safety bearing. In addition, the vacuum pump includes a control device and a memory, which includes a variable for the total wear of the back-up bearing. The control device is designed to carry out a method as described above.

Die vorstehend genannten Vorteile und die Offenbarung, die für das erfindungsgemäße Verfahren und dessen Ausführungsformen beschrieben sind, gelten folglich sinngemäß auch für die erfindungsgemäße Vakuumpumpe.The advantages mentioned above and the disclosure, which are described for the method according to the invention and its embodiments, consequently also apply to the vacuum pump according to the invention.

Der Speicher, der die Variable für den Gesamtverschleiß des Fanglagers umfasst, ist somit dem Fanglager direkt zugeordnet, d.h. der Speicher bildet mit dem Fanglager eine Einheit, die bei einer Wartung der Vakuumpumpe gemeinsam mit dem Fanglager ausgetauscht werden kann. Der Speicher kann in das Fanglager integriert sein oder eine weitere Einrichtung darstellen, die dennoch beispielsweise räumlich eine Einheit mit dem Fanglager bildet. In beiden Fällen ist der Speicher jedoch eine separate Einheit bezogen auf die Steuerungseinrichtung, mit welcher der Betrieb der Vakuumpumpe und insbesondere die magnetische Lagerung des Rotors geregelt werden und die bezogen auf die Wartung der Vakuumpumpe unabhängig von dem Fanglager und dem Speicher für die Variable des Gesamtverschleißes zu behandeln ist.The memory, which includes the variable for the total wear of the safety bearing, is thus directly assigned to the safety bearing, i.e. the memory forms a unit with the safety bearing, which can be replaced together with the safety bearing when the vacuum pump is serviced. The memory can be integrated into the safety bearing or represent a further device which nevertheless forms a spatial unit with the safety bearing, for example. In both cases, however, the memory is a separate unit in relation to the control device with which the operation of the vacuum pump and in particular the magnetic bearing of the rotor are regulated and which, in relation to the maintenance of the vacuum pump, is independent of the backup bearing and the memory for the variable of the total wear is to be treated.

Der Speicher ermöglicht somit eine Dokumentation des Verschleißes des Fanglagers, beispielsweise über dessen gesamte Lebensdauer und unabhängig von der restlichen Steuerelektronik der Vakuumpumpe. Dabei kann der Speicher ausgebildet sein, um nur das Hinzufügen von Verschleißinkrementen für das Fanglager zu der Variablen für den Gesamtverschleiß des Fanglagers zu ermöglichen und die Variable für den Gesamtverschleiß des Fanglagers ansonsten während der gesamten Lebensdauer des Fanglagers unverändert beizubehalten.The memory thus enables documentation of the wear of the backup bearing, for example over its entire service life and independently of the remaining control electronics of the vacuum pump. The memory may be configured to allow only the touchdown bearing wear increments to be added to the total touchdown bearing wear variable and otherwise keep the total touchdown bearing wear variable unchanged throughout the life of the touchdown bearing.

Das zumindest eine Mittel zum Detektieren des Störungsereignisses kann einen Sensor, der zum Erfassen der räumlichen Lage des Rotors ausgebildet ist, und/oder einen Schwingungs- und/oder Beschleunigungssensor, der an dem Stator angebracht ist, umfassen. Mit Hilfe eines solchen Sensors ist es möglich, in einer frühen Phase Hinweise auf den Beginn eines Störungsereignisses zu erhalten. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Sensor als Schwingungs- und/oder Beschleunigungssensor an dem Stator der Vakuumpumpe angebracht ist.The at least one means for detecting the disruption event can include a sensor that is designed to detect the spatial position of the rotor and/or a vibration and/or acceleration sensor that is attached to the stator. With the help of such a sensor, it is possible to obtain indications of the start of a disruption event in an early phase. This applies in particular when the sensor is attached to the stator of the vacuum pump as a vibration and/or acceleration sensor.

Bei der Vakuumpumpe kann es sich ferner um eine Turbomolekularpumpe oder eine Vakuumpumpe mit Siegbahn-Pumpstufen handeln, bei denen der Rotor mittels des aktiv geregelten Magnetlagers gelagert ist.The vacuum pump can also be a turbomolecular pump or a vacuum pump with Siegbahn pump stages, in which the rotor is supported by means of the actively controlled magnetic bearing.

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

Fig. 1: eine perspektivische Ansicht einer Turbomolekularpumpe,
Fig. 2: eine Ansicht der Unterseite der Turbomolekularpumpe von Fig. 1,
Fig. 3: einen Querschnitt der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie A-A,
Fig. 4: eine Querschnittsansicht der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie B-B,
Fig. 5: eine Querschnittsansicht der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie C-C,
Fig. 6: eine Vakuumpumpe mit aktiv geregelter Magnetlagerung,
Fig. 7: eine Radialsensoranordnung, und
Fig. 8: ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Vakuumpumpe.

The invention is described below by way of example using advantageous embodiments with reference to the attached figures. They show, each schematically:

1: a perspective view of a turbomolecular pump,
2: a view of the bottom of the turbo molecular pump from 1 ,
3: a cross-section of the turbomolecular pump along the in 2 shown cutting line AA,
4: a cross-sectional view of the turbomolecular pump along the in 2 shown cutting line BB,
figure 5: a cross-sectional view of the turbomolecular pump along the in 2 shown cutting line CC,
6: a vacuum pump with actively controlled magnetic bearing,
7: a radial sensor arrangement, and
8: a flow chart of a method according to the invention for operating a vacuum pump.

Die in Fig. 1 gezeigte Turbomolekularpumpe 111 umfasst einen von einem Einlassflansch 113 umgebenen Pumpeneinlass 115, an welchen in an sich bekannter Weise ein nicht dargestellter Rezipient angeschlossen werden kann. Das Gas aus dem Rezipienten kann über den Pumpeneinlass 115 aus dem Rezipienten gesaugt und durch die Pumpe hindurch zu einem Pumpenauslass 117 gefördert werden, an den eine Vorvakuumpumpe, wie etwa eine Drehschieberpumpe, angeschlossen sein kann.In the 1 Turbomolecular pump 111 shown comprises a pump inlet 115 surrounded by an inlet flange 113, at which in a known manner Way a recipient, not shown, can be connected. The gas from the recipient can be sucked out of the recipient via the pump inlet 115 and conveyed through the pump to a pump outlet 117 to which a backing pump, such as a rotary vane pump, can be connected.

Der Einlassflansch 113 bildet bei der Ausrichtung der Vakuumpumpe gemäß Fig. 1 das obere Ende des Gehäuses 119 der Vakuumpumpe 111. Das Gehäuse 119 umfasst ein Unterteil 121, an welchem seitlich ein Elektronikgehäuse 123 angeordnet ist. In dem Elektronikgehäuse 123 sind elektrische und/oder elektronische Komponenten der Vakuumpumpe 111 untergebracht, z.B. zum Betreiben eines in der Vakuumpumpe angeordneten Elektromotors 125 (vgl. auch Fig. 3). Am Elektronikgehäuse 123 sind mehrere Anschlüsse 127 für Zubehör vorgesehen. Außerdem sind eine Datenschnittstelle 129, z.B. gemäß dem RS485-Standard, und ein Stromversorgungsanschluss 131 am Elektronikgehäuse 123 angeordnet.The inlet flange 113 forms when the vacuum pump is aligned according to FIG 1 the upper end of the housing 119 of the vacuum pump 111. The housing 119 comprises a lower part 121 on which an electronics housing 123 is arranged laterally. Electrical and/or electronic components of the vacuum pump 111 are accommodated in the electronics housing 123, for example for operating an electric motor 125 arranged in the vacuum pump (cf. also 3 ). Several connections 127 for accessories are provided on the electronics housing 123 . In addition, a data interface 129, for example according to the RS485 standard, and a power supply connection 131 are arranged on the electronics housing 123.

Es existieren auch Turbomolekularpumpen, die kein derartiges angebrachtes Elektronikgehäuse aufweisen, sondern an eine externe Antriebselektronik angeschlossen werden.There are also turbomolecular pumps that do not have such an attached electronics housing, but are connected to external drive electronics.

Am Gehäuse 119 der Turbomolekularpumpe 111 ist ein Fluteinlass 133, insbesondere in Form eines Flutventils, vorgesehen, über den die Vakuumpumpe 111 geflutet werden kann. Im Bereich des Unterteils 121 ist ferner noch ein Sperrgasanschluss 135, der auch als Spülgasanschluss bezeichnet wird, angeordnet, über welchen Spülgas zum Schutz des Elektromotors 125 (siehe z.B. Fig. 3) vor dem von der Pumpe geförderten Gas in den Motorraum 137, in welchem der Elektromotor 125 in der Vakuumpumpe 111 untergebracht ist, eingelassen werden kann. Im Unterteil 121 sind ferner noch zwei Kühlmittelanschlüsse 139 angeordnet, wobei einer der Kühlmittelanschlüsse als Einlass und der andere Kühlmittelanschluss als Auslass für Kühlmittel vorgesehen ist, das zu Kühlzwecken in die Vakuumpumpe geleitet werden kann. Andere existierende Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt) werden ausschließlich mit Luftkühlung betrieben.A flood inlet 133, in particular in the form of a flood valve, is provided on the housing 119 of the turbomolecular pump 111, via which the vacuum pump 111 can be flooded. In the area of the lower part 121 there is also a sealing gas connection 135, which is also referred to as a flushing gas connection, through which flushing gas to protect the electric motor 125 (see e.g 3 ) before the pumped gas in the motor compartment 137, in which the electric motor 125 is housed in the vacuum pump 111, can be admitted. Two coolant connections 139 are also arranged in the lower part 121, with one of the coolant connections as an inlet and the other coolant connection is provided as an outlet for coolant that can be directed into the vacuum pump for cooling purposes. Other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown) operate solely on air cooling.

Die untere Seite 141 der Vakuumpumpe kann als Standfläche dienen, sodass die Vakuumpumpe 111 auf der Unterseite 141 stehend betrieben werden kann. Die Vakuumpumpe 111 kann aber auch über den Einlassflansch 113 an einem Rezipienten befestigt werden und somit gewissermaßen hängend betrieben werden. Außerdem kann die Vakuumpumpe 111 so gestaltet sein, dass sie auch in Betrieb genommen werden kann, wenn sie auf andere Weise ausgerichtet ist als in Fig. 1 gezeigt ist. Es lassen sich auch Ausführungsformen der Vakuumpumpe realisieren, bei der die Unterseite 141 nicht nach unten, sondern zur Seite gewandt oder nach oben gerichtet angeordnet werden kann. Grundsätzlich sind dabei beliebige Winkel möglich.The lower side 141 of the vacuum pump can serve as a standing surface, so that the vacuum pump 111 can be operated standing on the underside 141 . However, the vacuum pump 111 can also be fastened to a recipient via the inlet flange 113 and can thus be operated in a suspended manner, as it were. In addition, the vacuum pump 111 can be designed in such a way that it can also be operated when it is oriented in a different way than in FIG 1 is shown. It is also possible to realize embodiments of the vacuum pump in which the underside 141 cannot be arranged facing downwards but to the side or directed upwards. In principle, any angles are possible.

Andere existierende Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt), die insbesondere größer sind als die hier dargestellte Pumpe, können nicht stehend betrieben werden.Other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown), which in particular are larger than the pump shown here, cannot be operated standing.

An der Unterseite 141, die in Fig. 2 dargestellt ist, sind noch diverse Schrauben 143 angeordnet, mittels denen hier nicht weiter spezifizierte Bauteile der Vakuumpumpe aneinander befestigt sind. Beispielsweise ist ein Lagerdeckel 145 an der Unterseite 141 befestigt.At the bottom 141, the in 2 shown, various screws 143 are also arranged, by means of which components of the vacuum pump that are not further specified here are fastened to one another. For example, a bearing cap 145 is attached to the underside 141 .

An der Unterseite 141 sind außerdem Befestigungsbohrungen 147 angeordnet, über welche die Pumpe 111 beispielsweise an einer Auflagefläche befestigt werden kann. Dies ist bei anderen existierenden Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt), die insbesondere größer sind als die hier dargestellte Pumpe, nicht möglich.In addition, fastening bores 147 are arranged on the underside 141, via which the pump 111 can be fastened, for example, to a support surface. This is not possible with other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown), which in particular are larger than the pump shown here.

In den Figuren 2 bis 5 ist eine Kühlmittelleitung 148 dargestellt, in welcher das über die Kühlmittelanschlüsse 139 ein- und ausgeleitete Kühlmittel zirkulieren kann.In the Figures 2 to 5 a coolant line 148 is shown, in which the coolant fed in and out via the coolant connections 139 can circulate.

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

In dem Gehäuse 119 ist ein Rotor 149 angeordnet, der eine um eine Rotationsachse 151 drehbare Rotorwelle 153 aufweist.A rotor 149 is arranged in the housing 119 and has a rotor shaft 153 which can be rotated about an axis of rotation 151 .

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

Die Vakuumpumpe umfasst außerdem in radialer Richtung ineinander angeordnete und pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete Holweck-Pumpstufen. Es existieren andere Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt), die keine Holweck-Pumpstufen aufweisen.The vacuum pump also comprises Holweck pump stages which are arranged one inside the other in the radial direction and are connected in series with one another for pumping purposes. Other turbomolecular vacuum pumps (not shown) exist that do not have Holweck pumping stages.

Der Rotor der Holweck-Pumpstufen umfasst eine an der Rotorwelle 153 angeordnete Rotornabe 161 und zwei an der Rotornabe 161 befestigte und von dieser getragene zylindermantelförmige Holweck-Rotorhülsen 163, 165, die koaxial zur Rotationsachse 151 orientiert und in radialer Richtung ineinander geschachtelt sind. Ferner sind zwei zylindermantelförmige Holweck-Statorhülsen 167, 169 vorgesehen, die ebenfalls koaxial zu der Rotationsachse 151 orientiert und in radialer Richtung gesehen ineinander geschachtelt sind.The rotor of the Holweck pump stages comprises a rotor hub 161 arranged on the rotor shaft 153 and two Holweck rotor sleeves 163, 165 in the shape of a cylinder jacket, fastened to the rotor hub 161 and carried by it, which are oriented coaxially to the axis of rotation 151 and are nested in one another in the radial direction. Furthermore, two cylinder jacket-shaped Holweck stator sleeves 167, 169 are provided, which are also oriented coaxially to the axis of rotation 151 and are nested in one another as seen in the radial direction.

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

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

Die vorstehend genannten pumpaktiven Oberflächen der Holweck-Statorhülsen 167, 169 weisen jeweils mehrere spiralförmig um die Rotationsachse 151 herum in axialer Richtung verlaufende Holweck-Nuten auf, während die gegenüberliegenden Mantelflächen der Holweck-Rotorhülsen 163, 165 glatt ausgebildet sind und das Gas zum Betrieb der Vakuumpumpe 111 in den Holweck-Nuten vorantreiben.The above-mentioned pumping-active surfaces of the Holweck stator sleeves 167, 169 each have a plurality of Holweck grooves running spirally around the axis of rotation 151 in the axial direction, while the opposite Lateral surfaces of the Holweck rotor sleeves 163, 165 are smooth and drive the gas to operate the vacuum pump 111 in the Holweck grooves.

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

Im Bereich des Wälzlagers 181 ist an der Rotorwelle 153 eine konische Spritzmutter 185 mit einem zu dem Wälzlager 181 hin zunehmenden Außendurchmesser vorgesehen. Die Spritzmutter 185 steht mit mindestens einem Abstreifer eines Betriebsmittelspeichers in gleitendem Kontakt. Bei anderen existierenden Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt) kann anstelle einer Spritzmutter eine Spritzschraube vorgesehen sein. Da somit unterschiedliche Ausführungen möglich sind, wird in diesem Zusammenhang auch der Begriff "Spritzspitze" verwendet.In the area of the roller bearing 181 , a conical spray nut 185 is provided on the rotor shaft 153 with an outer diameter that increases towards the roller bearing 181 . The injection nut 185 is in sliding contact with at least one stripper of an operating fluid store. In other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown), an injection screw may be provided instead of an injection nut. Since different designs are thus possible, the term "spray tip" is also used in this context.

Der Betriebsmittelspeicher umfasst mehrere aufeinander gestapelte saugfähige Scheiben 187, die mit einem Betriebsmittel für das Wälzlager 181, z.B. mit einem Schmiermittel, getränkt sind.The resource reservoir comprises a plurality of absorbent discs 187 stacked on top of one another, which are impregnated with a resource for the roller bearing 181, e.g. with a lubricant.

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

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

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

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

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

Zwischen der Rotornabe 161 und einer den Motorraum 137 begrenzenden Wandung 221 kann außerdem eine sog. und an sich bekannte Labyrinthdichtung 223 vorgesehen sein, insbesondere um eine bessere Abdichtung des Motorraums 217 gegenüber den radial außerhalb liegenden Holweck-Pumpstufen zu erreichen.What is known as a labyrinth seal 223 can also be provided between the rotor hub 161 and a wall 221 delimiting the motor compartment 137, in particular in order to achieve better sealing of the motor compartment 217 in relation to the Holweck pump stages located radially outside.

Die vorstehend beschriebene und in Fig. 1 bis 5 dargestellte, beispielhafte Turbomolekularpumpe 111 weist das passive Permanentmagnetlager 183 und das Fanglager 215 auf. Da sich das erfindungsgemäße Verfahren, von dem in Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, auf eine Vakuumpumpe mit einer aktiven Magnetlagerung eines Rotors bzw. mit einem aktiv geregelten Magnetlager bezieht, welches mit einem Fanglager wie beispielsweise dem Fanglager 215 (vgl. Fig. 3) versehen ist, ist in Fig. 6 zusätzlich eine solche Vakuumpumpe 10 mit aktiver Magnetlagerung dargestellt, die im Folgenden beschrieben wird. Diese Vakuumpumpe 10 kann - abgesehen von den Komponenten zur Lagerung des Rotors 149 - sämtliche Merkmale der vorstehend beschriebenen Vakuumpumpe 111 umfassen.The above and in Figures 1 to 5 The exemplary turbomolecular pump 111 shown has the passive permanent magnet bearing 183 and the backup bearing 215 . Since the method according to the invention, from which 8 an exemplary embodiment is shown, refers to a vacuum pump with an active magnetic bearing of a rotor or with an actively controlled magnetic bearing, which is connected to a safety bearing such as the safety bearing 215 (cf. 3 ) is in 6 additionally shown such a vacuum pump 10 with active magnetic bearing, which is described below. Apart from the components for mounting the rotor 149, this vacuum pump 10 can include all the features of the vacuum pump 111 described above.

Fig. 6 zeigt die Vakuumpumpe 10 in einer schematischen und stark reduzierten Darstellung. Die Vakuumpumpe 10 umfasst einen Rotor 12, welcher eine Mehrzahl an Turborotorscheiben 14 trägt und mittels eines Motors 16 zu einer Drehbewegung um die Rotorachse 18 antreibbar ist, sodass die relativ zu nicht dargestellten Statorscheiben rotierenden Turborotorscheiben 14 eine Pumpwirkung erzeugen. In Fig. 6 verläuft die Pumpwirkung von oben nach unten. 6 shows the vacuum pump 10 in a schematic and greatly reduced representation. The vacuum pump 10 includes a rotor 12 which carries a plurality of turbo rotor disks 14 and can be driven by a motor 16 to rotate about the rotor axis 18 so that the turbo rotor disks 14 rotating relative to the stator disks (not shown) produce a pumping effect. In 6 the pumping action runs from top to bottom.

Der Rotor 12 ist durch mehrere Magnetlager gelagert. Ein erstes Radiallager 20 für den Rotor 12 ist an einem auslassseitigen Ende des Rotors 12 angeordnet. Am selben Rotorende ist ein Axiallager 22 angeordnet. Am einlassseitigen Ende des Rotors 12 ist ein zweites Radiallager 24 angeordnet.The rotor 12 is supported by a plurality of magnetic bearings. A first radial bearing 20 for the rotor 12 is arranged at an outlet end of the rotor 12 . An axial bearing 22 is arranged at the same end of the rotor. A second radial bearing 24 is arranged on the inlet-side end of the rotor 12 .

Das erste Radiallager 20 und das Axiallager 22 sind aktiv geregelt ausgebildet. Sie können also einer radialen bzw. axialen Auslenkung des Rotors 12 von seiner Idealposition aktiv entgegenwirken, beispielsweise über Elektromagnete. Zu diesem Zweck ist bei dem Radiallager 20 eine Radialsensoranordnung 26 angeordnet, mittels derer die radiale Auslenkung des Rotors 12 in einem ersten Axialbereich in zwei zur Rotorachse 16 senkrechten Raumrichtungen messbar ist. Eine Axialsensoranordnung ist ebenfalls vorgesehen, hier aber der Einfachheit halber nicht dargestellt.The first radial bearing 20 and the axial bearing 22 are designed to be actively controlled. You can therefore actively counteract a radial or axial deflection of the rotor 12 from its ideal position, for example using electromagnets. For this purpose, a radial sensor arrangement 26 is arranged in the radial bearing 20 , by means of which the radial deflection of the rotor 12 can be measured in a first axial region in two spatial directions perpendicular to the rotor axis 16 . One Axial sensor arrangement is also provided, but not shown here for the sake of simplicity.

Das zweite Radiallager 24 ist passiv ausgebildet, d.h. es umfasst keinen Aktor zur Beeinflussung des Rotors 12. Vielmehr weist das zweite Radiallager 24 zum Beispiel rotor- und statorseitig eine Mehrzahl von Permanentmagneten auf.The second radial bearing 24 is passive, i.e. it does not include an actuator for influencing the rotor 12. Rather, the second radial bearing 24 has, for example, a plurality of permanent magnets on the rotor and stator side.

Es ist eine zweite Radialsensoranordnung 28 vorgesehen, mittels derer die Auslenkung des Rotors 12 in einem zweiten Axialbereich messbar ist. Die zweite Radialsensoranordnung 28 ist in dieser Ausführungsform sowohl zwischen dem ersten Radiallager 20 und dem zweiten Radiallager 24 als auch zwischen dem Motor 16 und dem zweiten Radiallager 24 angeordnet ist. Zu diesem Zweck ist die zweite Radialsensoranordnung 28 an einem Bauteil 30 befestigt, welches einen Motorraum 32 des Motors 16 definiert.A second radial sensor arrangement 28 is provided, by means of which the deflection of the rotor 12 can be measured in a second axial area. In this embodiment, the second radial sensor arrangement 28 is arranged both between the first radial bearing 20 and the second radial bearing 24 and between the motor 16 and the second radial bearing 24 . For this purpose, the second radial sensor arrangement 28 is attached to a component 30 which defines an engine compartment 32 of the engine 16 .

Die erste und die zweite Radialsensoranordnung 26 bzw. 28 sind in axialer Richtung deutlich voneinander beanstandet. Wenn durch sie unterschiedliche Auslenkungen des Rotors 12 im entsprechenden Axialbereich gemessen werden, kann darauf geschlossen werden, dass der Rotor 12 geneigt ist, dass also die Rotorachse 18 des Rotors 12 nicht parallel ist zu einer idealen Rotorachse, welche auch als Nullachse bezeichnet werden kann. Sobald eine Neigung erkannt wird, kann das aktive, erste Radiallager 20 dieser entgegenwirken. Hierzu kann das erste Radiallager 20 beispielsweise den Rotor 12 impulsartig beeinflussen, um den Rotor 12 gewissermaßen in seine aufrechte Lage zurückzustoßen. Diese Art der Regelung lässt sich mit derjenigen eines inversen Pendels vergleichen. Wenn ein oberer Bereich des Rotors 12 zu kippen beginnt, wird unten ein Impuls in den Rotor 12 eingebracht, der dem Kippen entgegenwirkt und den Rotor 12 bestenfalls direkt oder nach und nach in seine aufrechte Lage zurückbringt, sodass die Rotorachse 18 parallel zur Nullachse ist. Beispielsweise zeitgleich wird aber nicht nur die Neigung geregelt, sondern die radiale Position des Rotors 12 wird ebenfalls geregelt. Neigungs- und Positionsregelung werden insbesondere einander überlagert.The first and the second radial sensor arrangement 26 and 28 are clearly spaced apart from one another in the axial direction. If they measure different deflections of the rotor 12 in the corresponding axial area, it can be concluded that the rotor 12 is inclined, i.e. that the rotor axis 18 of the rotor 12 is not parallel to an ideal rotor axis, which can also be referred to as the zero axis. As soon as an inclination is detected, the active, first radial bearing 20 can counteract this. For this purpose, the first radial bearing 20 can, for example, influence the rotor 12 in a pulsed manner in order to push the rotor 12 back into its upright position, as it were. This type of control can be compared to that of an inverse pendulum. When an upper region of the rotor 12 begins to tilt, an impulse is introduced into the rotor 12 below which counteracts the tilting and at best directly or gradually returns the rotor 12 to its upright position so that the rotor axis 18 is parallel to the zero axis. At the same time, for example, not only the inclination is regulated, but the radial position of the rotor 12 is also adjusted regulated. In particular, inclination and position control are superimposed on one another.

Um eine Berührung des Rotors 12 mit einem nicht dargestellten Stator zu vermeiden, beispielsweise bei einer Störung der aktiven Magnetlagerung, sind die Radiallager 20, 24 und das Axiallager 22 jeweils mit einem nicht dargestellten Fanglager versehen, beispielsweise einem Fanglager 215, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.In order to prevent rotor 12 from coming into contact with a stator (not shown), for example in the event of a fault in the active magnetic bearing, the radial bearings 20, 24 and the axial bearing 22 are each provided with a safety bearing (not shown), for example a safety bearing 215, as is shown in 3 is shown.

Eine beispielhafte Radialsensoranordnung 34 ist in Fig. 7 gezeigt. Eine oder beide der ersten und zweiten Radialsensoranordnungen 26 bzw. 28 können entsprechend ausgebildet sein.An exemplary radial sensor arrangement 34 is shown in 7 shown. One or both of the first and second radial sensor arrays 26 and 28 can be designed accordingly.

Die Radialsensoranordnung 34 umfasst eine ringförmige Platine 36, auf der mehrere Spulen 38 aufgebracht sind. Ein in seiner Auslenkung zu messender Rotor würde sich durch den Ring hindurch und mit einer Rotorachse senkrecht zur Bildebene erstrecken. Wenn der Rotor ausgelenkt wird, sich also in Fig. 7 entlang der Bildebene verschiebt, verändert dies die in den Spulen 38 induzierte Spannung, was zu einem veränderten Messsignal führt. Von diesem Messsignal kann also auf die Auslenkung geschlossen werden. Dabei sind für jede Bewegungsrichtung x und y zwei Spulen gegenüberliegend vorgesehen.The radial sensor arrangement 34 comprises an annular circuit board 36 on which a plurality of coils 38 are applied. A rotor to be deflected would extend through the ring with a rotor axis perpendicular to the plane of the image. When the rotor is deflected, i.e. in 7 shifts along the image plane, this changes the voltage induced in the coils 38, which leads to a changed measurement signal. The deflection can therefore be inferred from this measurement signal. Two coils are provided opposite each other for each direction of movement x and y.

Für Vakuumpumpen, wie beispielsweise für die in Fig. 1 bis 6 dargestellten Vakuumpumpen 10, 111, sind prinzipiell unterschiedliche Lagerkonfigurationen mit verschiedenen Varianten und Anordnungen einer aktiven Magnetlagerung möglich. Es kann eine fünfachsig aktive Magnetlagerung erfolgen, die den Rotor 12, 149 mit Ausnahme der Rotationsachse vollständig aktiv geregelt und berührungslos lagert. Weiterhin können eine oder zwei Lagerachsen und/oder eine axiale oder eine von zwei radialen, zweiachsigen Lagerebenen statt mit einem aktiven mit einem passiv wirkenden Permanentmagnetlager, einem berührenden Spitzen-Gleitlager oder einem Wälzlager, bei dem es sich beispielsweise um ein Kugellager handelt, ausgeführt sein. Passiv wirkende Permanentmagnetlager weisen typischerweise auch Fanglager auf (vgl. das Fanglager 215 von Fig. 3), berührende Gleit- oder Wälzlager hingegen meist nicht. Im Folgenden sind mit dem Begriff "Fanglager" stets die verschiedenen möglichen Konfigurationen von ein-, drei-, vier- oder fünfachsig wirkenden Fanglagern in ihrer Gesamtheit gemeint.For vacuum pumps such as the in Figures 1 to 6 illustrated vacuum pumps 10, 111, different bearing configurations with different variants and arrangements of an active magnetic bearing are possible in principle. A five-axis active magnetic bearing can take place, which, with the exception of the axis of rotation, supports the rotor 12, 149 in a completely actively controlled and non-contact manner. Furthermore, one or two bearing axes and/or one axial or one of two radial, two-axis bearing planes can be used instead of an active one with a passive permanent magnet bearing, a contacting tip plain bearing or a roller bearing, which is, for example, a ball bearing acts, to be carried out. Passively acting permanent magnet bearings typically also have backup bearings (cf. the backup bearing 215 from 3 ), contacting slide or roller bearings, however, usually not. In the following, the term "safety bearing" always means the various possible configurations of safety bearings acting on one, three, four or five axes in their entirety.

Die Fanglager 215 der Vakuumpumpen 10, 111 weisen räumlich getrennte Lagerstellen auf, die als einreihige Vollkugellager oder als gepaarte, also auf geringstes Lagerspiel aufeinander abgestimmte oder selektierte Vollkugellagerpaare in Ooder X-Anordnung ausgeführt sind. Einreihige Kugellager werden vor allem für rein radial wirkende Lagerstellen eingesetzt. Bei niedrigen Anforderungen an die Haltbarkeit und/oder geringer Lagerlast eines Fanglagers 215 ist auch die Verwendung eines einreihigen Kugellagers für rein axiale oder kombiniert radial und axial wirkende Lagerstellen möglich. Höhere Anforderungen an eine axiale oder kombiniert radial und axial wirkende Lagerstelle können durch die Verwendung abgestimmter Kugellagerpaare erfüllt werden.The retainer bearings 215 of the vacuum pumps 10, 111 have spatially separate bearing points, which are designed as single-row full ball bearings or as paired, ie matched to one another or selected for minimum bearing play, in an O or X arrangement. Single-row ball bearings are primarily used for purely radial bearings. If the durability requirements and/or the bearing load of a backup bearing 215 are low, it is also possible to use a single-row ball bearing for purely axial or combined radial and axial bearing points. Higher demands on an axial or combined radial and axial bearing can be met by using matched pairs of ball bearings.

Die Bestandteile der Kugellager bestehen aus verschiedenen Materialien. Die Innen- und Außenringe der Kugellager sind aus Stahl, Edelstahl oder speziell hochvergüteten Stahlsorten für die Anwendung in Wälzlagern hergestellt. Die Wälzkörper können ebenso aus einer speziell hochvergüteten Stahlsorte oder aus keramischen Materialien bestehen. Ein gegebenenfalls vorhandener Lagerkäfig kann ebenso aus speziell hochvergüteten Stahlsorten oder aus einem verschleißfesten, mit selbstschmierenden Eigenschaften ausgerüsteten Kunststoff mit oder ohne Faseranteilen zur Erhöhung der Festigkeit bestehen. In allen Fällen können Stahlkomponenten abschnitts- oder bereichsweise, komplett oder gezielt auf einzelnen Oberflächen durch verschiedene Arten von Wärmebehandlungen gehärtet sein.The components of the ball bearings consist of different materials. The inner and outer rings of the ball bearings are made of steel, stainless steel or specially hardened steel grades for use in roller bearings. The rolling elements can also consist of a specially high-quality steel grade or of ceramic materials. A bearing cage that may be present can also be made of specially highly tempered types of steel or of a wear-resistant plastic with self-lubricating properties, with or without fiber content to increase strength. In all cases, steel components can be hardened in sections or areas, completely or specifically on individual surfaces using various types of heat treatments.

Vollkugellager weisen kein Führungselement für die Wälzkörper wie etwa einen Lagerkäfig oder andere Formen von Wälzkörper-Abstandshaltern auf. Das Kugellager wird mit so vielen Kugeln wie möglich gefüllt. Ein spezieller Einfüllausschnitt in Lagerring-Wandungen kann den Vorgang des Einfüllens der Kugeln unterstützen. Die gegenüber einer Ausführung mit Lagerkäfig größere Anzahl möglicher Wälzkörper ermöglicht eine höhere absolute Traglast des Lagers bei gleichbleibender Baugröße. Weiterhin sind Lagerkäfige üblicherweise nicht ausreichend robust, um die im Einsatzfall hohen Beschleunigungen des Lagers unbeschadet zu überstehen.Solid ball bearings do not have a guide element for the rolling elements such as a bearing cage or other form of rolling element spacers. The ball bearing is filled with as many balls as possible. A special filling cutout in the walls of the bearing ring can support the process of filling the balls. The larger number of possible rolling elements compared to a design with a bearing cage enables a higher absolute load capacity of the bearing with the same size. Furthermore, bearing cages are usually not sufficiently robust to withstand the high accelerations of the bearing in use without being damaged.

Das Fanglager 215 ist auf der Seite des Stators bzw. an diesem fest eingespannt, und es steht im Normalbetrieb der Vakuumpumpe 10, 111 vollständig still. Das Fanglager 215 kann jedoch alternativ auch auf der Seite des Rotors 149 bzw. an diesem fest eingespannt sein und mit dem Rotor 149 im Normalbetrieb der Vakuumpumpe 10, 111 vollständig mitdrehen. "Vollständig Stillstehen" und "Vollständig Mitdrehen" bedeuten jeweils, dass alle Komponenten des Fanglagers 215 ohne Einwirkung von Lagerlasten während des Normalbetriebs der Vakuumpumpe 10, 111 untereinander nahezu keine Relativbewegungen ausführen.The safety bearing 215 is firmly clamped on the side of the stator or on this, and it is completely stationary during normal operation of the vacuum pump 10, 111. Alternatively, the retainer bearing 215 can also be firmly clamped on the side of the rotor 149 or on it and rotate completely with the rotor 149 during normal operation of the vacuum pump 10, 111. "Completely stationary" and "completely rotating" each mean that all the components of the backup bearing 215 perform almost no relative movements among themselves without the effect of bearing loads during normal operation of the vacuum pump 10, 111.

Unabhängig davon, ob das Fanglager 215 rotor- oder statorseitig eingespannt ist, ist die andere, frei drehbare Hälfte des Fanglagers 215 so mit einem freibleibenden Spalt zur Gegenseite angeordnet, dass nur bei einer Auslenkung des Rotors 12, 149, die über das im Normalbetrieb des aktiven Magnetlagers übliche Maß hinausgeht, ein berührender Kontakt zwischen dem Fanglager 215 und einer Kontaktfläche im Stator und damit die Not-Lagerung, welche die Auslenkung mechanisch begrenzt, hergestellt wird. Nur im Fanglagerbetrieb findet eine Drehung zwischen Innen- und Außenring des Fanglagers 215 statt, die einen Verschleiß des Fanglagers 215 verursacht. Das verbleibende Spiel zwischen den Kontaktflächen wird als Fanglagerspiel bezeichnet. Üblicherweise wird das Fanglagerspiel als das absolute Gesamtspiel des Systems in einer Bewegungsachse oder -ebene angesehen. Bei Radiallagern ist dies die absolute Differenz der Durchmesser beider Kontaktflächen und nicht die Differenz der beiden Radien, die die Größe des eigentlichen, im Normalbetrieb durchschnittlich am Umfang der Kontaktflächen herrschenden, umlaufenden absoluten Spalts beschreiben würde. Dies gilt analog für ein Axiallager, bei denen entsprechende lineare Maßstrecken zwischen den Kontaktflächen vorzufinden sind.Irrespective of whether the backup bearing 215 is clamped on the rotor or stator side, the other, freely rotatable half of the backup bearing 215 is arranged with a free gap to the opposite side, so that only if the rotor 12, 149 is deflected beyond the limit during normal operation of the active magnetic bearing goes beyond the usual level, a touching contact between the safety bearing 215 and a contact surface in the stator and thus the emergency storage, which mechanically limits the deflection, is produced. A rotation between the inner and outer ring of the backup bearing 215 , which causes the backup bearing 215 to wear, only takes place when the backup bearing is in operation. The remaining play between the contact surfaces is referred to as back-up bearing play. Usually, the backup bearing play is viewed as the absolute total play of the system in a movement axis or plane. In the case of radial bearings, this is the absolute difference in the diameter of both contact surfaces and not the difference in the two radii, which is the size of the actual, would describe the absolute gap that prevails on average at the circumference of the contact surfaces during normal operation. This applies analogously to an axial bearing, where there are corresponding linear dimensional distances between the contact surfaces.

Im Betrieb der aktiven Magnetlager 20, 22 können parasitäre Schleppeffekte dazu führen, dass die frei drehbare Hälfte des Fanglagers 215 selbstständig beginnt, mit der frei beabstandeten Gegenseite des Fanglagers 215 mitzudrehen. Die parasitären Schleppeffekte sind beispielsweise durch elektromagnetische Wechselwirkungen oder durch Gasreibung in einem engen Spalt bei sehr hohen Drehzahldifferenzen bzw. Geschwindigkeitsunterschieden zwischen den Hälften des Fanglagers 215 bedingt. Für den Fall eines Fanglagers 215, das am Rotor 12, 149 befestigt ist und sich mit diesem dreht, bewirken die parasitäre Schleppeffekte umgekehrt, dass die frei drehbare Hälfte des Fanglagers 215 bei Beobachtung in einem globalen Bezugssystem auf der Statorseite stehenzubleiben scheint.During operation of the active magnetic bearings 20, 22, parasitic drag effects can lead to the freely rotatable half of the backup bearing 215 independently beginning to rotate with the freely spaced opposite side of the backup bearing 215. The parasitic drag effects are caused, for example, by electromagnetic interactions or by gas friction in a narrow gap at very high speed differences or speed differences between the halves of the backup bearing 215. Conversely, in the case of a backup bearing 215 which is attached to and rotates with the rotor 12, 149, the parasitic drag effects cause the freely rotating half of the backup bearing 215 to appear to remain stationary on the stator side when observed in a global reference system.

Wenn das unerwünschte Mitdrehen dauerhaft auftritt, ist damit ein unnötiger Verschleiß des Fanglagers 215 verbunden. Um diesem unnötigen Verschleiß entgegenzuwirken, erfolgt eine derartige Einwirkung auf die frei drehbare Hälfte des Fanglagers 215, dass das unerwünschte Mitdrehen unterdrückt oder ausreichend gehemmt wird. Die Einwirkung erfolgt beispielsweise mittels mechanisch berührender, elektromagnetisch wirkender Bremselemente oder mittels spezieller Lagerkonfigurationen, wie etwa mittels klemmend eingesetzter Wälzkörper oder bewusst unrund ausgeführter bzw. nicht perfekter Lagerelemente.If the undesired co-rotation occurs permanently, unnecessary wear of the safety bearing 215 is associated with it. In order to counteract this unnecessary wear, the freely rotatable half of the backup bearing 215 is acted upon in such a way that the undesired rotation is suppressed or sufficiently inhibited. The effect occurs, for example, by means of mechanically touching, electromagnetically acting braking elements or by means of special bearing configurations, such as by means of rolling elements used in a clamping manner or bearing elements that are deliberately designed to be out of round or imperfect.

Im Gegensatz zum unerwünschten Mitdrehen erfolgt bei einer Störung oder einem Ausfall der Magnetlagerung eine Auslenkung des Rotors 12, 149 aus seinem vorbestimmten Bewegungsbereich heraus. Diese Auslenkung ist durch den Kontakt der frei drehbaren Hälfte des Fanglagers 215 mit der Gegenseite räumlich begrenzt. Durch Gleit- und Haftreibungseffekte wird eine sehr schnelle, nahezu vollständige Angleichung der Rotationsgeschwindigkeiten der frei drehbaren Hälfte und deren Gegenseite in dem Fanglager 215 bewirkt. Die dadurch auftretende Notlagerung verhindert weitergehende Schäden an der Vakuumpumpe 10, 111 durch unerwünschte Kontakte zwischen Rotor- und Statorelementen. Die Vakuumpumpe 10, 111 befindet sich im Fanglagerbetrieb.In contrast to undesired co-rotation, in the event of a fault or failure of the magnetic bearing, the rotor 12, 149 is deflected out of its predetermined range of motion. This deflection is spatially limited by the contact of the freely rotatable half of the backup bearing 215 with the opposite side. Due to sliding and static friction effects, a very fast, almost complete Equalization of the rotational speeds of the freely rotatable half and the opposite side in the backup bearing 215 causes. The emergency storage that occurs as a result prevents further damage to the vacuum pump 10, 111 due to undesired contacts between the rotor and stator elements. The vacuum pump 10, 111 is in backup camp mode.

Je nach Art der Störung wird entweder der Fanglagerbetrieb durch eine Wiederaufnahme der aktiven Magnetlagerung beendet, oder die Pumpe bleibt bis zum Stillstand des Rotors 12, 149 im Fanglagerbetrieb. Die Wiederaufnahme der aktiven Magnetlagerung wird auch als Wiederaufstarten, Wiederaufnahme oder Restabilisierung bezeichnet. Der Vorgang des Auslaufens, Verlangsamens oder Herunterlaufens des Rotors 12, 149 bis zum Stillstand während eines Fanglagerbetriebs, insbesondere von einer Betriebsdrehzahl der Vakuumpumpe 10, 111 bis zum Stillstand, wird allgemein als Vollauslauf bezeichnet. Erfolgt eine Restabilisierung während eines Fanglagerbetriebs, bevor der Rotor 12, 149 den Stillstand erreicht, wird dies als Teilauslauf mit einer bestimmten Anfangs- und Enddrehzahl bezeichnet. Der Teilauslauf erfolgt beispielsweise von der Betriebsdrehzahl der Vakuumpumpe 10, 111 bis zu einer Restabilisierungsdrehzahl, die zwar geringer als die Betriebsdrehzahl, aber annähernd gleich dieser ist. All diese Vorgänge umfassen einen zwischen einem Anfangs- und Endzeitpunkt liegenden und verschieden langen Zeitraum des Fanglagerbetriebs, welcher auch als Laufzeit im Fanglagerbetrieb bezeichnet wird.Depending on the type of disturbance, either the safety bearing operation is ended by resuming the active magnetic bearing, or the pump remains in the safety bearing operation until the rotor 12, 149 comes to a standstill. Resuming active magnetic storage is also referred to as restarting, resuming, or restabilization. The process of the rotor 12, 149 coasting down, slowing down or running down to a standstill during backup bearing operation, in particular from an operating speed of the vacuum pump 10, 111 to a standstill, is generally referred to as full coasting down. If restabilization takes place during backup bearing operation before the rotor 12, 149 has come to a standstill, this is referred to as a partial coasting with a specific initial and final speed. The partial deceleration takes place, for example, from the operating speed of the vacuum pump 10, 111 to a restabilization speed, which is lower than the operating speed but approximately the same. All of these processes include a period of time of different lengths between a start and end point in the operation of the safety camp, which is also referred to as the running time in the operation of the safety camp.

Die Art der Störung kann durch die Berücksichtigung zusätzlicher Sensoren an, in oder in der Nähe der Vakuumpumpe 10, 111 detailliert ermittelt werden, zum Beispiel mit Hilfe eines oder mehrerer Schwingungs- und/oder Beschleunigungssensoren, die eine oder mehrere Wirkrichtungen erfassen. Wenn Störungsereignisse mittels solcher Sensoren am Stator der Vakuumpumpe 10, 111 erfasst werden, sind einsetzende Störungen früher erkennbar als ausschließlich mittels der Überwachung der Positionssignale der Radialsensoranordnungen 26, 28 für den Rotor 12, 149 innerhalb der aktiven Magnetlagerung. Mechanische Störungen gehen üblicherweise von der Anlagen- bzw. Statorseite aus und führen zu einer Verlagerung des Stators im Raum. Bei beginnender Auslenkung wird der Rotor 12, 149 als stabilisierter Kreisel dem Stator durch die aktive Magnetlagerung in seiner Position verzögert nachgeführt. Eine sofortige und vollumfängliche Kenntnis der extern einwirkenden Beschleunigungen und der Bewegungen des Stators kann durch die aktive Magnetlagerung einerseits zur Optimierung der Lageregelung genutzt werden. Andererseits ermöglicht diese Kenntnis eine Vorhersage des entstehenden Fanglagerverschleißes und eine Vorhersage für das Andauern der Störung.The type of fault can be determined in detail by considering additional sensors on, in or near the vacuum pump 10, 111, for example using one or more vibration and/or acceleration sensors that detect one or more effective directions. If disturbance events are detected by means of such sensors on the stator of the vacuum pump 10, 111, the onset of disturbances can be identified earlier than solely by monitoring the position signals of the radial sensor arrangements 26, 28 for the rotor 12, 149 within the active magnetic bearing. Mechanical disturbances usually come from the system or stator side and lead to a displacement of the stator in space. When the deflection begins, the rotor 12, 149, as a stabilized gyroscope, follows the position of the stator with a delay due to the active magnetic bearing. Immediate and comprehensive knowledge of the externally acting accelerations and the movements of the stator can be used on the one hand to optimize the position control thanks to the active magnetic bearing. On the other hand, this knowledge makes it possible to predict the wear and tear on the back-up bearing that is occurring and a prediction for the duration of the fault.

Eine mögliche Ursache für eine Störung der Magnetlagerung ist der Ausfall der Versorgungsspannung. In diesen Fall kann der Fanglagerbetrieb auf verschiedene Weise vermeiden oder herausgezögert werden. Einerseits kann ein Element oder eine Steuerung der Vakuumpumpe 10, 111 bzw. der aktiven Magnetlagerung einen Energiespeicher aufweisen, zum Beispiel einmalig verwendbare Batterie- bzw. Primärzellen und/oder Akkumulatoren und/oder Kondensatoren hoher Kapazität, die eine Notversorgung der aktiven Magnetlagerung sicherstellen. Andererseits kann der in der Vakuumpumpe 10, 111 enthaltene Antrieb derart ausgelegt sein, dass er nicht nur antreiben, sondern auch generatorisch wirken kann. Dadurch wird Rotationsenergie zurück in elektrische Energie umgewandelt, die dann eine Notversorgung der aktiven Magnetlagerung ermöglicht.A possible cause of a fault in the magnetic bearing is a failure of the supply voltage. In this case, the safety camp operation can be avoided or delayed in various ways. On the one hand, an element or a controller of the vacuum pump 10, 111 or the active magnetic bearing can have an energy store, for example single-use battery or primary cells and/or accumulators and/or high-capacity capacitors, which ensure an emergency supply of the active magnetic bearing. On the other hand, the drive contained in the vacuum pump 10, 111 can be designed in such a way that it can not only drive but also act as a generator. This converts rotational energy back into electrical energy, which then enables the active magnetic bearing to be supplied with an emergency supply.

Sollte eines oder eine Kombination verschiedener solcher Sicherungsmittel vorhanden sein, tritt bis zum Versagen des letzten Sicherungsmittels kein Fanglagerbetrieb ein. Der Rotor 12, 149 kann jedoch bei einem Ausfall der Versorgungsspannung nicht weiter angetrieben werden, so dass er aktiv gelagert entweder frei oder generatorisch gebremst bis zum Stillstand ausläuft. Solch ein Auslaufen des Rotors 12, 149 kann zwischen wenigen Sekunden und mehreren Stunden andauern, was von der Qualität und der Aufrechterhaltung des Vakuums in der Vakuumpumpe 10, 111, der Höhe elektromagnetischer Verlusten der Komponenten, die zum Beispiel durch Wirbelströme und Ummagnetisierungsverluste hervorgerufen werden, dem Energieverbrauch der aktiven Magnetlagerung und einer optionalen aktiven Bremsung durch einen zusätzlichen Lastwiderstand abhängt. Wenn alle Sicherungsmittel zur Aufrechterhaltung der Spannungsversorgung der aktiven Magnetlagerung vor dem Stillstand des Rotors 12, 149 versagen, setzt der Fanglagerbetrieb ein. Dies geschieht üblicherweise als Teilauslauf ohne Möglichkeit eines Versuchs zur Restabilisierung von einer mittleren bis niedrigen Drehzahl von weniger als 15 bis 20 % der Enddrehzahl bis zum Stillstand des Rotors 12, 149.Should one or a combination of different such securing devices be available, no safety camp operation will occur until the last securing device fails. However, if the supply voltage fails, the rotor 12, 149 cannot continue to be driven, so that it runs down to a standstill, either actively supported or braked as a generator. Such leakage of the rotor 12, 149 can last from a few seconds to several hours, depending on the quality and maintenance of the vacuum in the vacuum pump 10, 111, the level of electromagnetic losses of the components, which are caused for example by eddy currents and hysteresis losses, the energy consumption of the active magnetic bearing and an optional active braking by an additional load resistance. If all safety means for maintaining the power supply to the active magnetic bearing fail before the rotor 12, 149 comes to a standstill, the backup bearing operation begins. This usually occurs as a partial coasting without the possibility of an attempt to restabilize from a medium to low speed of less than 15 to 20% of the final speed until the rotor 12, 149 comes to a standstill.

Der im Fanglagerbetrieb auftretende Verschleiß des Fanglagers 215 hängt von mehreren Faktoren ab, von denen die Laufzeit und die Drehzahl des Rotors 12, 149 im Fanglagerbetrieb primäre Einflussfaktoren darstellen. Ein weiterer Einflussfaktor ist die Relativgeschwindigkeit zwischen der frei drehbaren Hälfte des Fanglagers und deren Gegenseite zu Anfang eines Fanglagerbetriebs, d.h. im Moment des Kontakts der Hälften des Fanglagers, da im Moment des Kontakts eine sofortige, schlagartige Beschleunigung des Fanglagers stattfindet. In dem extrem kurzen Zeitraum der Beschleunigung befinden sich die frei drehbare Hälfte des Fanglagers 215 und deren Gegenseite mit dem Rotor 12, 149 in einer chaotischen, nicht stabilen Betriebsphase.The wear of the backup bearing 215 that occurs during backup bearing operation depends on a number of factors, of which the running time and the speed of the rotor 12, 149 in backup bearing operation are the primary influencing factors. Another influencing factor is the relative speed between the freely rotatable half of the safety bearing and its opposite side at the beginning of a safety bearing operation, i.e. at the moment of contact of the halves of the safety bearing, since at the moment of contact an immediate, abrupt acceleration of the safety bearing takes place. In the extremely short period of acceleration, the freely rotatable half of the backup bearing 215 and its opposite side with the rotor 12, 149 are in a chaotic, unstable operating phase.

Stark vereinfacht teilt sich diese Betriebsphase in mehrere Schritte auf. Zuerst reißt die in Kontakt kommende Gegenseite den frei drehenden Ring des Fanglagers 215 mit, und dieser Ring reißt dann die Wälzkörper des Fanglagers 215 mit. Währenddessen finden eine jeweilige Relativbewegung mit Gleitreibung zwischen allen Elementen statt, also der Gegenseite, dem frei drehenden Ring des Fanglagers, den Wälzkörpern des Fanglagers 215 und dem feststehenden Ring des Fanglagers 215. Alle Elemente erreichen anschließend einen stabilen Betriebszustand, in welchem eine überwiegend nicht chaotische Abwälzung und damit eine bestimmungsgemäße Funktion der Elemente erfolgen. Während des kurzzeitig chaotischen Betriebszustands sowohl zwischen Fanglager und Gegenseite als auch und zwischen Elementen im Inneren des Fanglagers entstehen verschiedene Reibungszustände, Losbrechkräfte und Belastungsspitzen der Traglast, die umso höher sind, je höher die auftretende Beschleunigung ist.To put it simply, this operating phase is divided into several steps. First, the opposing side that comes into contact pulls the freely rotating ring of the backup bearing 215 with it, and this ring then pulls the rolling elements of the backup bearing 215 with it. Meanwhile, a respective relative movement with sliding friction takes place between all elements, i.e. the opposite side, the freely rotating ring of the backup bearing, the rolling elements of the backup bearing 215 and the stationary ring of the backup bearing 215. All elements then reach a stable operating state in which a predominantly non-chaotic Rolling off and thus an intended function of the elements take place. During the short term In a chaotic operating condition, both between the safety bearing and the opposite side and between elements inside the safety bearing, various states of friction, breakaway forces and load peaks of the load arise, which are all the higher, the higher the acceleration that occurs.

Auch nach dem Erreichen des stabilen Betriebszustands des Fanglagerbetriebs verbleiben Restanteile von chaotischem Verhalten, da sich der Rotor 12, 149 in dem Bereich des zwingend vorhandenen Fanglagerspiels während des Fanglagerbetriebs frei bewegen und jederzeit seine Position oder seinen Kontaktpunkt im Fanglager 215 verlagern kann. Dies geschieht typischerweise durch verschiedene Eigenbewegungsmoden und die Kreiselkräfte des Rotors 12, 149 und ist auch Folge der während des Fanglagerbetriebs durch das Fanglagerspiel verlagerten mechanischen Drehachse des Systems aus Fanglager 215 und Rotor 12, 149 gegenüber der geometrischen wie inertialen Hauptachse des Rotors 12, 149. Im Bewegungsbereich des Fanglagerspiels finden unregelmäßig und je nach Konfiguration und/oder Einbauorientierung der Vakuumpumpe 10, 111, d.h. in Abhängigkeit von der Lage des Schwerpunkts des Rotors 12, 149 in Relation zu den Fanglagerpositionen und/oder in Abhängigkeit von der räumlichen Ausrichtung des Rotors 12, 149 zur Schwerkraft, unterschiedlich häufig Verkippungen, Torkelbewegungen oder allgemein chaotische, unregelmäßige Verlagerungen des Rotors 12, 149 im Fanglager 215 statt.Even after the stable operating state of the backup bearing operation has been reached, residual parts of chaotic behavior remain, since the rotor 12, 149 can move freely in the area of the mandatory backup bearing play during the backup bearing operation and can shift its position or its contact point in the backup bearing 215 at any time. This typically occurs due to different modes of intrinsic motion and the gyroscopic forces of the rotor 12, 149 and is also a consequence of the mechanical axis of rotation of the system made up of the safety bearing 215 and rotor 12, 149 being shifted during operation of the safety bearing due to the safety bearing play in relation to the geometric and inertial main axis of the rotor 12, 149. In the movement range of the backup bearing play, irregular and depending on the configuration and/or installation orientation of the vacuum pump 10, 111, i.e. depending on the position of the center of gravity of the rotor 12, 149 in relation to the backup bearing positions and/or depending on the spatial orientation of the rotor 12 , 149 to gravity, tilting, tottering movements or generally chaotic, irregular displacements of the rotor 12, 149 in the safety bearing 215 occur with varying frequency.

Das Fanglagerspiel bedingt auch, dass abhängig von der Konfiguration und/oder Einbauorientierung der Vakuumpumpe 10, 111 die frei drehende Hälfte des Fanglagers 215 und deren Gegenseite während des Fanglagerbetriebs zeitweise oder dauerhaft eine abwälzende Bewegung zueinander ausführen. Aus dem Bereich der Rotationslagertechnik ist dieses Phänomen bei falsch ausgelegten Lagerstellen bekannt. Dort bezeichnet man diese Konstellation als drehende Welle mit Spielpassung am Innenring und Umfangslast. In diesem Fall entspricht die Umlaufdrehzahl des frei drehenden Rings bzw. der frei drehende Hälfte des Fanglagers 215 nicht der Drehzahl des Rotors 12, 149, sondern weicht geringfügig von dieser ab, da die Abwälzung zueinander ein zusätzliches Übersetzungsverhältnis bewirkt.The backup bearing play also means that, depending on the configuration and/or installation orientation of the vacuum pump 10, 111, the freely rotating half of the backup bearing 215 and its opposite side temporarily or permanently execute a rolling movement towards one another during the backup bearing operation. In the field of rotary bearing technology, this phenomenon is known in the case of incorrectly designed bearing points. There, this constellation is referred to as a rotating shaft with a loose fit on the inner ring and a circumferential load. In this case, the rotational speed corresponds to the freely rotating ring or the freely rotating half of the backup bearing 215 does not correspond to the rotational speed of the rotor 12, 149, but deviates slightly from this, since the shifting to one another causes an additional transmission ratio.

Ferner können auch elastische Verformungen der Fanglager 215, des Rotors 12, 149 und des Stators durch die hohen Betriebslasten während aller Phasen des Fanglagerbetriebs als zusätzlicher Einflussfaktor auftreten und die verschiedenen vorstehend beschriebenen Effekte verstärken. Die Eigenfrequenzen dieser Verformungen sollten derart gewählt werden, dass diese nicht zu Resonanzereignissen und damit zu einer Zerstörungen an Komponenten der Vakuumpumpe 10, 111 führen. Durch dynamisch auftretenden Verformungen entstehen möglicherweise auch unerwartete und unerwünschte Kontaktstellen zwischen dem Rotor 12, 149 und dem Stator, die bei rein statischer Toleranzbetrachtung der Maßketten in jedem Fall ausreichend Spiel oder Abstand zueinander aufweisen würden, im dynamischen Fall aber Kontaktstellen bilden und zu einer Zerstörung von Komponenten der Vakuumpumpe 10, 111 führen können.Furthermore, elastic deformations of the backup bearing 215, the rotor 12, 149 and the stator due to the high operating loads during all phases of the backup bearing operation can also occur as an additional influencing factor and amplify the various effects described above. The natural frequencies of these deformations should be selected in such a way that they do not lead to resonance events and thus to destruction of components of the vacuum pump 10, 111. Dynamically occurring deformations may also result in unexpected and undesired contact points between the rotor 12, 149 and the stator, which would in any case have sufficient play or distance from one another if the dimensional chains were considered purely statically, but in the dynamic case form contact points and lead to the destruction of Components of the vacuum pump 10, 111 can lead.

Da das Fanglager 215 nicht für einen dauerhaften Betrieb ausgelegt ist und die Lebensdauer eines Fanglagers 215 während des Fanglagerbetriebs üblicherweise nur einige Minuten bis hin zu wenigen Stunden beträgt, ist der Fanglagerbetrieb so kurz wie möglich zu halten. Jeder Fanglagerbetrieb führt zu einem Verschleiß des Fanglagers 215, sowohl zwischen den Kontaktflächen als auch innerhalb des Fanglagers 215 zwischen den einzelnen Elementen, d.h. den Wälzkörpern sowie Innen- und Außenringen. Im Extremfall ist eine Vakuumpumpe 10, 111 bereits nach einem schweren Störungsereignis mit Fanglagerbetrieb nicht mehr betriebsbereit und muss vor der nächsten Inbetriebnahme repariert werden.Since the backup bearing 215 is not designed for permanent operation and the service life of a backup bearing 215 is usually only a few minutes to a few hours during backup camp operation, the backup camp operation should be kept as short as possible. Each backup bearing operation leads to wear of the backup bearing 215, both between the contact surfaces and within the backup bearing 215 between the individual elements, i.e. the rolling elements and inner and outer rings. In the extreme case, a vacuum pump 10, 111 is no longer ready for operation after a serious disruption event with backup bearing operation and must be repaired before it is next put into operation.

In Fig. 8 ist ein schematisches Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, das zum Betreiben einer Vakuumpumpe 10, 111 (vgl. Fig. 1 bis 6) vorgesehen ist, die ein aktiv geregeltes Magnetlager 20, 22 zum Lagern des Rotors 12, 149 und ein entsprechendes Fanglager 215 aufweist. Das Verfahren kann jedoch auch bei anderen Vakuumpumpen verwendet werden, die eine aktiv geregelte Magnetlagerung und ein Fanglager aufweisen. Beispielsweise kann das Verfahren bei einer Vakuumpumpe mit Siegbahn-Pumpstufen verwendet werden.In 8 a schematic block diagram of a method according to the invention is shown, which is used to operate a vacuum pump 10, 111 (cf. Figures 1 to 6 ) is provided, which is an actively controlled magnetic bearing 20, 22 for supporting the rotor 12, 149 and a corresponding safety bearing 215. However, the method can also be used with other vacuum pumps that have an actively controlled magnetic bearing and a safety bearing. For example, the method can be used in a vacuum pump with Siegbahn pump stages.

Das Verfahren 300 beginnt bei 310 damit, dass ein Störungsereignis detektiert wird, bei welchem der Rotor 12, 149 bezogen auf den Stator einen Raumbereich verlässt, der für den Rotor 12, 149 im Normalbetrieb vorgesehen ist. Das Störungsereignis wird beispielsweise mittels der Magnetlager-Positionssensoren 26, 28 nachgewiesen, welche die radiale und axiale Lage des Rotors 12, 149 erfassen.The method 300 begins at 310 by detecting a disturbance event in which the rotor 12, 149 leaves a spatial region in relation to the stator that is provided for the rotor 12, 149 in normal operation. The disturbance event is detected, for example, by means of the magnetic bearing position sensors 26, 28, which detect the radial and axial position of the rotor 12, 149.

Durch das Störungsereignis kann ein Verschleiß an dem Fanglager 215 auftreten. Daher wird gemäß dem Verfahren bei 310 ein Verschleißinkrement 315-1 geschätzt, das dem detektierten Störungsereignis zugeordnet ist. Das geschätzte Verschleißinkrement 315 kann beispielsweise anhand der Messdaten der Magnetlager-Positionssensoren 26, 28 geschätzt werden, die angeben, wie weit sich der Rotor 12, 149 von der für diesen Normalbetrieb vorgesehenen Position entfernt hat. Das Verschleißinkrement 315-1 wird anhand dieser Messdaten und anhand von Erfahrungswerten geschätzt, die diesen Messwerten zugeordnet sind.Wear on the backup bearing 215 can occur as a result of the disruption event. Therefore, according to the method, at 310, a wear increment 315-1 associated with the detected fault event is estimated. The estimated wear increment 315 can be estimated, for example, based on the measurement data from the magnetic bearing position sensors 26, 28, which indicate how far the rotor 12, 149 has moved from the position intended for this normal operation. The wear increment 315 - 1 is estimated using this measurement data and using empirical values that are assigned to these measurement values.

Das Verschleißinkrement 315-1 wird anschließend an einen Speicher 320 übertragen, der eine Variable für den Gesamtverschleiß des Fanglagers 215 umfasst und somit zur Dokumentation des Verschleißes des Fanglagers 215 vorgesehen ist. Der Speicher 320 gehört daher zur Vakuumpumpe 10, 111 und kann in der Nähe des Fanglagers 215 angeordnet sein (vgl. Fig. 3).The wear increment 315 - 1 is then transferred to a memory 320 which includes a variable for the total wear of the backup bearing 215 and is therefore provided for documenting the wear of the backup bearing 215 . The accumulator 320 therefore belongs to the vacuum pump 10, 111 and can be arranged in the vicinity of the backup bearing 215 (cf. 3 ).

Das Verschleißinkrement 315-1 wird zu der Variablen 325 für den Gesamtverschleiß des Fanglagers 215 hinzugefügt bzw. addiert. Die Variable 325 für den Gesamtverschleiß des Fanglagers 215 wird bei der Installation bzw. Inbetriebnahme der Vakuumpumpe 10, 111 mit Null initialisiert. Das Verschleißinkrement 315-1 und die Variable 325 für den Gesamtverschleiß des Fanglagers 215 werden jeweils als Prozentanteil dargestellt, der sich auf den maximal zulässigen Verschleiß des Fanglagers 215 bezieht, bei welchem eine Wartung der Vakuumpumpe 10, 111 mit Austausch des Fanglagers 215 erforderlich ist. Mit anderen Worten beziehen sich das Verschleißinkrement 315-1 und die Variable 325 für den Gesamtverschleiß des Fanglagers 215 jeweils auf einen Prozentanteil der gesamten Lebensdauer des Fanglagers 215.The wear increment 315 - 1 is added to the variable 325 for the total wear of the backup bearing 215 . The variable 325 for the total wear of the backup bearing 215 during installation or commissioning of the vacuum pump 10, 111 initialized with zero. The wear increment 315-1 and the variable 325 for the total wear of the backup bearing 215 are each represented as a percentage that relates to the maximum permissible wear of the backup bearing 215, at which maintenance of the vacuum pump 10, 111 with replacement of the backup bearing 215 is required. In other words, the wear increment 315-1 and the variable 325 for the total wear of the backup bearing 215 each relate to a percentage of the total service life of the backup bearing 215.

Gemäß dem Verfahren wird ferner ein Satz 330 von Betriebsvorgaben für die Vakuumpumpe 10, 111 bereitgestellt. Der Satz 330 von Betriebsvorgaben umfasst Betriebszustände der Vakuumpumpe 10, 111, die bei dem Auftreten des Störungsereignisses, das bei 310 detektiert wird, erreicht werden sollen. Die zu erreichenden Betriebszustände sind beispielsweise "Vakuum unbedingt aufrechterhalten" und "den Rotor der Turbomolekularpumpe möglichst schnell zum Stillstand bringen". Der Satz 330 von Betriebsvorgaben für die Vakuumpumpe 10, 111 kann jedoch weitere zu erreichende Betriebszustände der Vakuumpumpe 10, 111 umfassen, die zwischen den "Extremzuständen" einzuordnen sind, d.h. zwischen "Vakuum aufrechterhalten" und "Stillstand des Rotors".According to the method, a set 330 of operating specifications for the vacuum pump 10, 111 is also provided. The set 330 of operating targets includes operating states of the vacuum pump 10, 111 that are to be achieved upon the occurrence of the disturbance event detected at 310. The operating states to be achieved are, for example, "maintain a vacuum at all costs" and "bring the rotor of the turbomolecular pump to a standstill as quickly as possible". However, the set 330 of operating specifications for the vacuum pump 10, 111 can include other operating states of the vacuum pump 10, 111 to be achieved, which are to be classified between the "extreme states", i.e. between "maintain vacuum" and "standstill of the rotor".

Bei 340 erfasst eine Steuerungseinrichtung der Vakuumpumpe 10, 111, welche in dem Elektronikgehäuse 123 (vgl. Fig. 1 bis 3) untergebracht ist, die Information von Schritt 310, dass ein Störungsereignis für den Rotor 12, 149 der Vakuumpumpe 10, 111 detektiert wurde. Außerdem erfasst die Steuerungseinrichtung bei 340 die Variable 325 für den Gesamtverschleiß des Fanglagers 215 aus dem Speicher 320 und den Satz 330 der Betriebsvorgaben für die Vakuumpumpe 10, 111. Bei 340 wird ferner zwischen der Variablen 325 für den Gesamtverschleiß des Fanglagers 215 und dem Satz 330 der Betriebsvorgaben für die Vakuumpumpe 10, 111 "vermittelt". Konkret wird anhand des Wertes der Variablen 325 für den Gesamtverschleiß des Fanglagers 215 entschieden, welche der Betriebsvorgaben des Satzes 330 umgesetzt werden sollte, d.h. welcher der Betriebszustände des Satzes 330 für das vorliegende Störungsereignis zu erreichen ist. Anhand des ausgewählten zu erreichenden Betriebszustands wird ferner bei 350 ermittelt, ob eine Maßnahme zur Stabilisierung des Rotors 12, 149 ausgeführt wird. Eine solche Maßnahme umfasst, dass der Rotor 12, 149 mittels der aktiven Magnetlagerung wieder in eine vorgegebene Raumposition für den Normalbetrieb der Vakuumpumpe 10, 111 zurückgebracht wird.At 340, a control device detects the vacuum pump 10, 111, which is located in the electronics housing 123 (cf. Figures 1 to 3 ) is housed, the information from step 310 that a fault event for the rotor 12, 149 of the vacuum pump 10, 111 was detected. In addition, at 340 the control device records the variable 325 for the total wear of the backup bearing 215 from the memory 320 and the set 330 of the operating specifications for the vacuum pump 10, 111. At 340, the variable 325 for the total wear of the backup bearing 215 and the set 330 the operating specifications for the vacuum pump 10, 111 "conveyed". Specifically, based on the value of the variable 325 for the total wear of the back-up bearing 215, it is decided which of the operating specifications of set 330 should be implemented, ie which of the operating states of set 330 is to be reached for the present disturbance event. Based on the selected operating state to be reached, it is also determined at 350 whether a measure to stabilize the rotor 12, 149 is being carried out. Such a measure includes the rotor 12, 149 being returned to a predetermined spatial position for normal operation of the vacuum pump 10, 111 by means of the active magnetic bearing.

Wenn bei 350 ermittelt wird, dass keine Maßnahme zur Stabilisierung des Rotors 12, 149 ausgeführt werden soll, wird die Vakuumpumpe 10, 111 bei 360 heruntergefahren, wobei ein Vollauslauf des Rotors 12, 149 bis zum Stillstand erfolgt. Für den Vollauslauf des Rotors 12, 149 wird bei 360 ein weiteres Verschleißinkrement 315-2 ermittelt, das von der Drehzahl des Rotors zu Beginn des Vollauslaufs und von Erfahrungswerten für den Verschleiß bei einem Vollauslauf abhängt. Das Verschleißinkrement 315-2 für den Vollauslauf wird an den Speicher 320 übertragen und anstelle des geschätzten Verschleißinkrements 315-1 zu der Variablen 325 für den Gesamtverschleiß des Fanglagers 215 hinzugefügt. Das geschätzte Verschleißinkrement 315-1 wird somit mittels des für den Vollauslauf ermittelten Verschleißinkrements 315-2 aktualisiert, wobei beispielsweise eine Differenz zwischen den Verschleißinkrementen 315-2 und 315-1 der Variablen 325 für den Gesamtverschleiß des Fanglagers 215 hinzugefügt wird.If it is determined at 350 that no action is to be taken to stabilize the rotor 12, 149, the vacuum pump 10, 111 is shut down at 360, with the rotor 12, 149 fully coasting down to a standstill. For the full run-out of the rotor 12, 149, a further wear increment 315-2 is determined at 360, which depends on the rotational speed of the rotor at the start of full run-out and on empirical values for wear during full run-out. The full coastdown wear increment 315-2 is transferred to the memory 320 and added to the total wear increment of the back-up bearing 215 variable 325 in place of the estimated wear increment 315-1. The estimated wear increment 315-1 is thus updated using the wear increment 315-2 determined for full run-out, with a difference between the wear increments 315-2 and 315-1 being added to the variable 325 for the total wear of the backup bearing 215, for example.

Wenn bei 350 ermittelt wird, dass eine Maßnahme zur Stabilisierung des Rotors 12, 149 ausgeführt werden soll, erfolgt die tatsächliche Ausführung dieser Maßnahme. Die Maßnahme soll somit die vorstehend beschriebene "Restabilisierung" des Rotors 12, 149 bewirken, der vor dem bei 310 detektierten Störungsereignis bereits stabil war. Bei 370 wird überprüft, ob die Maßnahme zur Stabilisierung bzw. Restabilisierung des Rotors 12, 149 erfolgreich ist. Ist dies der Fall, kehrt die Vakuumpumpe 10, 111 bei 380 zum Normalbetrieb zurück, da sich der Rotor 12, 149 wieder in der gewünschten räumlichen Lage für den Normalbetreib befindet.If it is determined at 350 that an action to stabilize the rotor 12, 149 is to be taken, then that action is actually taken. The measure is therefore intended to bring about the above-described “restabilization” of the rotor 12, 149, which was already stable before the fault event detected at 310. At 370 it is checked whether the measure for stabilizing or restabilizing the rotor 12, 149 has been successful. If so, the vacuum pump 10, 111 returns to normal operation at 380 since the rotor 12, 149 is again in the desired spatial position for normal operation.

Wenn bei 370 ermittelt wird, dass die Stabilisierung des Rotors 12, 149 nicht erfolgreich ist, wird bei 390 eine bestimmte Wartezeit abgewartet, bevor das Verfahren zu 340 zurückkehrt, um zu ermitteln, ob eine Maßnahme zur Stabilisierung des Rotors 12, 149 noch mal ausgeführt werden soll. Gleichzeitig wird bei 390 ein aktualisiertes Verschleißinkrement 315-3 ermittelt, das dem fehlgeschlagenen Versuch zur Stabilisierung des Rotors 12, 149 zugeordnet ist. Ähnlich wie das Verschleißinkrement 315-2 wird das aktualisierte Verschleißinkrement 315-3 anstelle des geschätzten Verschleißinkrements 315-1 der Variablen 325 für den Gesamtverschleiß der Vakuumpumpe 10, 111 hinzugefügt. Dabei kann wiederum lediglich eine Differenz zwischen den Verschleißinkrementen 315-3 und 315-1 nachträglich zu der Variablen 325 für den Gesamtverschleiß der Vakuumpumpe 10, 111 addiert werden, d.h. nachdem das geschätzte Verschleißinkrement 315-1 bereits zu der Variablen 325 für den Gesamtverschleiß der Vakuumpumpe 10, 111 addiert wurde.If it is determined at 370 that stabilization of the rotor 12, 149 is unsuccessful, a specified waiting time is allowed at 390 before the method returns to 340 to determine whether an action to stabilize the rotor 12, 149 is performed again shall be. At the same time, an updated wear increment 315-3 associated with the failed attempt to stabilize the rotor 12, 149 is determined at 390. Similar to the wear increment 315-2, the updated wear increment 315-3 is added to the variable 325 for the total wear of the vacuum pump 10, 111 instead of the estimated wear increment 315-1. Again, only a difference between the wear increments 315-3 and 315-1 can subsequently be added to the variable 325 for the total wear of the vacuum pump 10, 111, i.e. after the estimated wear increment 315-1 has already been added to the variable 325 for the total wear of the vacuum pump 10, 111 was added.

Nach der Wartezeit bei 390 werden die Schritte 340 bis 380 wiederholt, d.h. es wird zunächst bei 340 ermittelt, ob ein erneuter Versuch zur Stabilisierung des Rotors 12, 149 erfolgen soll. Bei der erneuten Ausführung der Verfahrensschritte 340 bis 380 wird zusätzlich überprüft, ob das bei 310 detektierte Störungsereignis weiterhin vorliegt. Ist dies nicht der Fall, nimmt die Wahrscheinlichkeit erheblich zu, dass eine Stabilisierung des Rotors 12, 149 erfolgreich sein wird. Dementsprechend wird in diesem Fall bei 350 ermittelt, dass eine Stabilisierung des Rotors 12, 149 durchgeführt werden soll. Wenn die Stabilisierung des Rotors 12, 149 jedoch erneut fehlschlägt, was bei 370 ermittelt wird, können die Schritte 390, 340, 350 und 370 iterativ wiederholt werden, wobei die Wartezeit bei 390 für jeden fehlgeschlagenen Versuch zur Stabilisierung des Rotors 12, 149 verlängert wird.After the waiting time at 390, steps 340 to 380 are repeated, i.e. it is first determined at 340 whether another attempt to stabilize the rotor 12, 149 should be made. When method steps 340 to 380 are carried out again, it is additionally checked whether the disruption event detected at 310 is still present. If this is not the case, the probability that stabilization of the rotor 12, 149 will be successful increases significantly. Accordingly, in this case it is determined at 350 that stabilization of the rotor 12, 149 is to be carried out. However, if the rotor 12, 149 fails to stabilize again, as determined at 370, steps 390, 340, 350 and 370 may be iteratively repeated, with the waiting time at 390 being increased for each failed attempt to stabilize the rotor 12, 149 .

Zusätzlich ist es möglich, dass mittels der Verschleißdokumentation für das Fanglager 215 im Speicher 320, d.h. mittels der Variablen 325 für den Gesamtverschleiß der Vakuumpumpe 10, 111, der Satz 330 von Betriebsvorgaben für die Turbomolekularpumpe beeinflusst wird, wie dies durch den Pfeil 395 angedeutet ist. Beispielsweise kann eine Priorisierung zwischen den zu erreichenden Betriebszuständen der Vakuumpumpe 10, 111 bei einem Störungsereignis anhand des Werts der Variablen 325 für den Gesamtverschleiß der Vakuumpumpe 10, 111 verändert werden. Der Satz 330 von Betriebsvorgaben für die Vakuumpumpe 10, 111 umfasst in diesem Fall nicht nur die zu erreichenden Betriebszustände an sich, sondern auch Werte zur Priorisierung zwischen diesen Betriebszuständen, die bei 340 und 350 verwendet werden können, um zu entscheiden, ob eine Maßnahme zur Stabilisierung des Rotors 12, 149 ausgeführt werden soll.In addition, it is possible that by means of the wear documentation for the safety bearing 215 in the memory 320, ie by means of the variable 325 for the total wear of the vacuum pump 10, 111, the set 330 of operating specifications for the turbomolecular pump is influenced, as indicated by the arrow 395. For example, a prioritization between the operating states of the vacuum pump 10, 111 to be achieved in the event of a fault event can be changed using the value of the variable 325 for the overall wear of the vacuum pump 10, 111. In this case, the set 330 of operating specifications for the vacuum pump 10, 111 includes not only the operating states to be achieved, but also values for prioritizing between these operating states, which can be used at 340 and 350 to decide whether a measure for Stabilization of the rotor 12, 149 is to be performed.

Im Folgenden wird die Dokumentation des Verschleißes für das Fanglagers 215 anhand von Zahlenbeispielen für das Verschleißinkrement 315-1 und die Variable 325 für den Gesamtverschleiß im Detail erläutert. Die Zahlenwerte sind für eine Vakuumpumpe 10, 111 repräsentativ, bei der es sich um eine Turbomolekularpumpe handelt. Sie können jedoch je nach Typ der Vakuumpumpe unterschiedlich sein und andere als die angegebenen Werte annehmen.The documentation of the wear for the backup bearing 215 is explained in detail below using numerical examples for the wear increment 315-1 and the variable 325 for the total wear. The numerical values are representative of a vacuum pump 10, 111 which is a turbomolecular pump. However, depending on the type of vacuum pump, they can vary and assume values other than those specified.

Wie vorstehend erwähnt ist, beziehen sich das Verschleißinkrement 315-1 und die Variable 325 für den Gesamtverschleiß des Fanglagers 215 jeweils auf einen Prozentanteil der gesamten Lebensdauer des Fanglagers 215. Die Dokumentation des Verschleißes erfolgt derart, dass die Variable 325 für den Gesamtverschleiß des Fanglagers 215 zunächst mit Null initialisiert und anschließend bei jedem detektierten Störungsereignis (vgl. Schritt 310 in Fig. 8) mit einem Verschleißinkrement 315-1 erhöht wird. Erreicht die Variable 325 für den Gesamtverschleiß des Fanglagers 215 den Wert von 100%, wird eine Fehlermeldung ausgegeben. Der Wert von 100% für den Gesamtverschleiß entspricht somit der zu erwartenden Lebensdauer des Fanglagers 215.As mentioned above, the wear increment 315-1 and the variable 325 for the total wear of the backup bearing 215 each relate to a percentage of the total service life of the backup bearing 215. The wear is documented in such a way that the variable 325 for the total wear of the backup bearing 215 initially initialized with zero and then for each detected fault event (cf. step 310 in 8 ) is increased with a wear increment 315-1. If variable 325 for the total wear of backup bearing 215 reaches the value of 100%, an error message is output. The value of 100% for the total wear thus corresponds to the expected service life of the safety bearing 215.

Falls die Variable 325 für den Gesamtverschleiß des Fanglagers 215 diesen Wert von 100% beispielsweise während eines Auslaufens der Vakuumpumpe 10, 111 erreicht, wird die Variable 325 für den Gesamtverschleiß des Fanglagers 215 dennoch bis zum Stillstand der Vakuumpumpe 10, 111 weiterhin mit Verschleißinkrementen 315-1 erhöht, um den Verschleiß des Fanglagers 215 möglichst vollständig zu dokumentieren. Dadurch ist es möglich, dass die Variable 325 beim Stillstand der Vakuumpumpe 10, 111 einen Wert größer als 100% aufweist, beispielsweise 130%.If the variable 325 for the total wear of the retainer bearing 215 reaches this value of 100%, for example while the vacuum pump 10, 111 is running down, the variable 325 for the total wear of the retainer bearing 215 will continue with wear increments 315- 1 increased in order to document the wear of the safety bearing 215 as completely as possible. This makes it possible for the variable 325 to have a value greater than 100%, for example 130%, when the vacuum pump 10, 111 is at a standstill.

Umgekehrt ist jedoch auch möglich, dass die Variable 325 für den Gesamtverschleiß des Fanglagers 215 mit einem Wert von 100% initialisiert wird. In diesem Fall wird die Variable 325 bei jedem Störungsereignis um ein jeweiliges Verschleißinkrement 315-1 verringert. Eine Fehlermeldung wird bei dieser "negativen Zählweise" der Verschleißinkremente dann ausgegeben, wenn die Variable 325 den Wert von 0% erreicht. Zur vollständigen Verschleißdokumentation kann die Variable 325 entsprechend dem vorstehenden Beispiel bis zum Stillstand der Vakuumpumpe 10, 111 einen negativen Wert annehmen, beispielsweise -30%.Conversely, however, it is also possible for variable 325 for the total wear of backup bearing 215 to be initialized with a value of 100%. In this case, the variable 325 is decreased by a respective wear increment 315-1 for each disturbance event. With this "negative counting" of the wear increments, an error message is output when variable 325 reaches the value of 0%. For complete documentation of wear, the variable 325 can assume a negative value, for example -30%, in accordance with the example above until the vacuum pump 10, 111 has come to a standstill.

Wie in Fig. 8 zu erkennen ist, verursachen die verschiedenen Vorgänge bzw. Verfahrensschritte 310, 360, 390 verschiedene Verschleißinkremente 315-1, 315-2, 315-3. Zum Beispiel bewirkt bei Schritt 360 ein Vollauslauf von der Betriebsdrehzahl der Vakuumpumpe 10, 111, d.h. von deren erreichbarer Enddrehzahl, bis zum Stillstand unter Beibehaltung des Vakuums ein Verschleißinkrement 315-2 von 41 %. Dieses Verschleißinkrement 315-2 setzt sich vereinfacht dargestellt aus zwei Komponenten zusammen. Die erste Komponente resultiert aus der initialen Beschleunigung des frei drehenden Teils des Fanglagers 215 und beträgt im vorliegenden Beispiel 1 %, während die zweite Komponente aus dem eigentlichen Auslauf des Rotors 12, 149 im Fanglagerbetrieb bis zum Stillstand resultiert und im vorliegenden Beispiel 40 % beträgt. Wenn jedoch die Zeit des Auslaufs des Rotors 12, 149 durch Fluten der Vakuumanlage, in der sich die Vakuumpumpe 10, 111 befindet, oder durch generatorisches Bremsen der Vakuumpumpe 10, 111 beispielsweise halbiert werden kann, so halbiert sich in erster Näherung auch das Verschleißinkrement 315-2 auf einen Wert von etwa 20 %. In diesem Fall führt der Vollauslauf des Rotors 12, 149 nach Summierung beider Komponenten zu einem Verschleißinkrement 315-2 von 21 %.As in 8 can be seen, the different processes or method steps 310, 360, 390 cause different wear increments 315-1, 315-2, 315-3. For example, in step 360, a full deceleration from the operating speed of the vacuum pump 10, 111, ie from its achievable final speed, to standstill while maintaining the vacuum causes a wear increment 315-2 of 41%. In simplified form, this wear increment 315-2 is made up of two components. The first component results from the initial acceleration of the freely rotating part of the safety bearing 215 and is 1% in the present example, while the second component results from the actual rundown of the rotor 12, 149 in the safety bearing operation to a standstill and is 40% in the present example. However, if the time for the rotor 12, 149 to run out is exceeded by flooding of the vacuum system in which the vacuum pump 10, 111 is located, or can be halved, for example, by regenerative braking of the vacuum pump 10, 111, then in a first approximation the wear increment 315-2 is also halved to a value of approximately 20%. In this case, the full run-out of the rotor 12, 149 leads to a wear increment 315-2 of 21% after both components have been added together.

Ein Störungsereignis, das bei Schritt 310 (vgl. Fig. 8) zum Fanglagerbetrieb führt, kann entweder kurzzeitig oder dauerhaft wirken. Entfällt das Störungsereignis nach kurzer Zeit, wird kein kompletter Vollauslauf des Rotors 12, 149 ausgeführt, da ein direkt ausgeführter Versuch der Restabilisierung der aktiven Magnetlagerung und des Rotors 12, 149 sofort gelingen kann. Für einen solchen Fall des nur kurzzeitigen Fanglagerbetriebs mit Restabilisierung setzt sich das Verschleißinkrement 315-3 typischerweise aus drei Komponenten zusammen. Die erste Komponente resultiert wiederum aus der initialen Beschleunigung des Fanglagers 215 und beträgt 1 %, während die zweite Komponente aus dem eigentlichen Vorgang der Restabilisierung resultiert und zu dem Verschleißinkrement 315-3 etwa 1,5 % beiträgt. Die dritte Komponente betrifft den freien Auslauf des Fanglagers 215 bis zu dessen Stillstand mit einem Beitrag zu dem Verschleißinkrement 315-3 von etwa 0,5 %. Eine singulär auftretende, kurzzeitige Störung mit kurzzeitigem Fanglagerbetrieb in einer Zeitspanne von wenigen Sekunden führt folglich im optimalen Fall, bei dem die Restabilisierung des Rotors 12, 149 mittels des aktiven Magnetlagers sofort erfolgreich ist, insgesamt zu einem Verschleißinkrement 315-3 von 3 %.A disturbance event, which occurs at step 310 (cf. 8 ) leads to the operation of the safety camp can either have a short-term or permanent effect. If the disruption event disappears after a short time, the rotor 12, 149 is not fully run down because a directly executed attempt to restabilize the active magnetic bearing and the rotor 12, 149 can succeed immediately. For such a case of only brief backup bearing operation with restabilization, the wear increment 315-3 is typically made up of three components. The first component in turn results from the initial acceleration of the backup bearing 215 and is 1%, while the second component results from the actual process of restabilization and contributes about 1.5% to the wear increment 315-3. The third component relates to the free run-out of the safety bearing 215 until it comes to a standstill, with a contribution to the wear increment 315-3 of approximately 0.5%. A singularly occurring, short-term disturbance with brief safety bearing operation in a period of a few seconds consequently leads to a total wear increment 315-3 of 3% in the optimal case, in which the restabilization of the rotor 12, 149 by means of the active magnetic bearing is immediately successful.

Sollte dieser erste Versuch der Restabilisierung des Rotors 12, 149 nicht erfolgreich sein, beispielsweise aufgrund einer weiter andauernden Störung, entstehen weitere bzw. andersartige Verschleißinkremente 315-3 während des fortdauernden Fanglagerbetriebs. Wenn sich an den nicht erfolgreichen Versuch der Restabilisierung ein Vollauslauf des Rotors 12, 149 anschließt, leistet dieser Vollauslauf, wie vorstehend erläutert, je nach Dauer bis zum Stillstand des Rotors einen Beitrag von 20 % bis 40 % zum Verschleißinkrement 315-2. Andererseits entfällt jedoch der Beitrag für den Auslauf des Fanglagers 215 nach dem Ende der Restabilisierung, da dieser Auslauf nicht stattfindet. Zusammenfassend setzt sich somit das Verschleißinkrement 315-2 für eine länger andauernde Störung, während der ein Versuch der Restabilisierung erfolglos ist und anschließend ein gefluteter Vollauslauf der Vakuumpumpe 10, 111 von deren Betriebsdrehzahl bis zum Stillstand erfolgt, aus folgenden Komponenten zusammen: i) 1 % aufgrund der Beschleunigung des Fanglagers 215, ii) 1,5 % aufgrund des Restabilisierungsversuchs und iii) 20 % aufgrund des schnellen Vollauslaufs mit Fluten der Vakuumpumpe 10, 111. In Summe beträgt das Verschleißinkrement 315-2 folglich für das vorliegende Beispiel 22,5 %.Should this first attempt to restabilize the rotor 12, 149 not be successful, for example due to an ongoing disturbance, further or different wear increments 315-3 occur during the ongoing safety bearing operation. If the unsuccessful attempt at restabilization is followed by full run-out of the rotor 12, 149, this full run-out, as explained above, makes a contribution depending on the time it takes for the rotor to come to a standstill from 20% to 40% to the wear increment 315-2. On the other hand, however, there is no contribution for the run-down of the safety bearing 215 after the end of the restabilization, since this run-down does not take place. In summary, the wear increment 315-2 for a longer-lasting disturbance, during which an attempt at restabilization is unsuccessful and then a flooded full deceleration of the vacuum pump 10, 111 from its operating speed to a standstill, is made up of the following components: i) 1% due to the acceleration of the backup bearing 215, ii) 1.5% due to the restabilization attempt and iii) 20% due to the rapid full stop with flooding of the vacuum pump 10, 111. In total, the wear increment 315-2 is 22.5% for the present example. .

Anstelle des Vollauslaufs mit Fluten der Vakuumpumpe 10, 111 kann jedoch nach einer vordefinierten Zeitdauer oder bei Unterschreiten einer vordefinierten Drehzahl während des Auslaufens der Vakuumpumpe 10, 111 ein weiterer Versuch der Restabilisierung erfolgen. Die vordefinierte Zeitdauer beträgt beispielsweise zwei, eine oder eine halbe Minute ab dem Beginn des Fanglagerbetriebs, während die vordefinierte Drehzahl zum Beispiel die halbe Betriebsdrehzahl ist. Der erneute Versuch der Restabilisierung des Rotors 12, 149 kann entweder gelingen, da die Störung zwischenzeitlich abgeklungen ist oder da der Rotor 12, 149 bei der niedrigeren verbleibenden Drehzahl aufgrund geringerer Kreiselkräfte besser restabilisierbar sein kann. Unabhängig vom Erfolg der erneuten Restabilisierung ist diese mit einem weiteren Beitrag zum Verschleißinkrement 315-2 bzw. 315-3 von beispielsweise 0,9 % verbunden. Bei einem Misserfolg beider Restabilisierungsversuche bewirkt die Störung, die bei 310 (vgl. Fig. 8) detektiert wird, insgesamt ein Verschleißinkrement 315-2 von 23,4 % anstelle von 22,5 %, die für das vorstehende Beispiel mit einem einzigen Restabilisierungsversuch und anschließendem Vollauslauf der Vakuumpumpe 10, 111 ermittelt wurden. Bei einem Erfolg des zweiten Restabilisierungsversuchs hingegen entfällt der Beitrag des Teilauslaufs von der halben Betriebsdrehzahl des Rotors 12, 149 bis Stillstand, was zu einer Verringerung des Verschleißinkrements 315-3 um etwa 6 % führt. Hinzu kommt allerdings ein Beitrag für den freien Auslauf des Fanglagers 215, der aufgrund der bereits verringerten Drehzahl des Rotors 12, 149 etwa 0,2 % beträgt. Für den Fall, dass nach einer Störung ein erster Restabilisierungsversuch fehlschlägt und ein zweiter Restabilisierungsversuch erfolgreich ist, beträgt das Verschleißinkrement 315-3 folglich insgesamt etwa 17,6 %.Instead of fully decelerating with flooding of the vacuum pump 10, 111, however, another attempt at restabilization can be made after a predefined period of time or if a predefined rotational speed is undershot while the vacuum pump 10, 111 is decelerating. The predefined period of time is, for example, two, one, or half a minute from the beginning of the backup bearing operation, while the predefined speed is, for example, half the operating speed. The renewed attempt to restabilize the rotor 12, 149 can either be successful because the disturbance has subsided in the meantime or because the rotor 12, 149 can be restabilized more easily at the lower remaining speed due to lower gyroscopic forces. Regardless of the success of the renewed restabilization, this is associated with a further contribution to the wear increment 315-2 or 315-3 of, for example, 0.9%. If both attempts at restabilization are unsuccessful, the disruption that occurs at 310 (cf. 8 ) is detected, an overall wear increment 315-2 of 23.4% instead of 22.5%, which was determined for the above example with a single restabilization attempt and subsequent full rundown of the vacuum pump 10, 111. On the other hand, if the second restabilization attempt is successful, the contribution of the partial run-out from half the operating speed of the rotor 12, 149 to a standstill is omitted, resulting in a reducing the wear increment 315-3 by about 6%. In addition, however, there is a contribution for the free run-out of the backup bearing 215, which is about 0.2% due to the already reduced speed of the rotor 12, 149. In the event that after a disturbance a first attempt at restabilization fails and a second attempt at restabilization is successful, the wear increment 315-3 is consequently approximately 17.6% in total.

Der Betrag der Verschleißinkremente 315-1, 315-2, 315-3 hängt von Betriebsparametern der Vakuumpumpe 10, 111 ab, beispielsweise von der momentanen Drehzahl des Rotors 12, 149 der Vakuumpumpe 10, 111, der Einbaulage der Vakuumpumpe 10, 111 und der Beschaffenheit des Fanglagers 215. Wie vorstehend beschrieben, beträgt der Beitrag eines Restabilisierungsversuchs zum Verschleißinkrement 315-3 bei der Betriebsdrehzahl der Vakuumpumpe 10, 111 etwa 1,5 %, während ein entsprechender Beitrag bei der Hälfte der Betriebsdrehzahl lediglich etwa 0,9 % beträgt. Der Beitrag der initialen Beschleunigung bei Eintritt in den Fanglagerbetrieb beträgt etwa 1,0 % bei der Betriebsdrehzahl der Vakuumpumpe 10, 111 und 0,4 % bei der Hälfte der Betriebsdrehzahl. Für den freien Auslauf des Fanglagers 215 ergibt sich ein Beitrag von etwa 0,5% bei der Betriebsdrehzahl der Vakuumpumpe 10, 111 und von 0,2% bei der Hälfte der Betriebsdrehzahl.The amount of the wear increments 315-1, 315-2, 315-3 depends on the operating parameters of the vacuum pump 10, 111, for example the current speed of the rotor 12, 149 of the vacuum pump 10, 111, the installation position of the vacuum pump 10, 111 and the Condition of the backup bearing 215. As described above, the contribution of a restabilization attempt to the wear increment 315-3 at the operating speed of the vacuum pump 10, 111 is approximately 1.5%, while a corresponding contribution at half the operating speed is only approximately 0.9%. The contribution of the initial acceleration upon entry into backup bearing operation is approximately 1.0% at the operating speed of the vacuum pump 10, 111 and 0.4% at half the operating speed. A contribution of about 0.5% at the operating speed of the vacuum pump 10, 111 and of 0.2% at half the operating speed results for the free run-out of the safety bearing 215.

Weiterhin ist durch die Art des Störungsereignisses, das bei Verfahrensschritt 310 von Fig. 8 detektiert wird, die Bewegungsform des Rotors 12, 149 und des Stators zueinander festgelegt, die den Kontakt der Hälften des Fanglagers 215 und damit den Fanglagerbetrieb auslöst. Dadurch beeinflusst die Art des Störungsereignisses den bei der initialen Beschleunigung des Fanglagers auftretenden Beitrag zum Verschleißinkrement 315-1, 315-2, 315-3 sowie die Wahrscheinlichkeit, eine erfolgreiche Restabilisierung durchzuführen. Ist die Bewegungsform langsam wachsend oder zumindest kontinuierlich, stetig und gegebenenfalls sogar anhaltend, dann verläuft ein erster Fanglagerkontakt eher langsam. Dadurch erhält das Fanglager 215 mehr Zeit, die initiale Beschleunigung bei noch niedriger Lagerlast zu vollführen. Ist die Bewegungsform hingegen chaotisch, impulsartig, mit hohen Gradienten und gegebenenfalls mit Vorzeichenwechseln versehen, so ist auch die Reaktion der aktiven Magnetlagerung komplex und entspricht dem chaotischen Gesamtbild. Der erste Fanglagerkontakt erfolgt in diesem Fall eher zufällig während eines starken Impulses und führt entsprechend zu schnellem Fanglagerkontakt mit hohen Traglasten. Dies bedingt ein erhöhtes Verschleißinkrement 315-1, 315-2, 315-3 im Vergleich zu einer Störung mit anschließender langsamer, nicht chaotischer Bewegungsform des Rotors 12, 149 und des Stators zueinander.Furthermore, due to the nature of the disruption event occurring at method step 310 of 8 is detected, the form of movement of the rotor 12, 149 and the stator is fixed to one another, which triggers the contact of the halves of the safety bearing 215 and thus the safety bearing operation. As a result, the type of disruption event influences the contribution to the wear increment 315-1, 315-2, 315-3 that occurs during the initial acceleration of the backup bearing, as well as the probability of carrying out a successful restabilization. If the form of movement is slowly growing or at least continuous, steady and possibly even persistent, then a first safety bearing contact is rather slow. As a result, the safety bearing 215 has more time to complete the initial acceleration with the bearing load still being low perform. If, on the other hand, the form of movement is chaotic, impulsive, with high gradients and possibly with changes in sign, then the reaction of the active magnetic bearing is also complex and corresponds to the chaotic overall picture. In this case, the first safety bearing contact occurs more or less randomly during a strong impulse and accordingly leads to fast safety bearing contact with high loads. This causes an increased wear increment 315-1, 315-2, 315-3 compared to a disturbance with subsequent slow, non-chaotic form of movement of the rotor 12, 149 and the stator relative to one another.

Näherungsweise wird angenommen, dass die Verschleißinkremente 315-1, 315-2, 315-3 linear von der Rotationsenergie des Rotors 12, 149 und somit quadratisch von dessen Drehzahl abhängen. Im Detail können Beiträge zum Verschleißinkrement 315-1, 315-2, 315-3 durch verschiedene Vorgänge in Abhängigkeit von der jeweiligen Drehzahl des Rotors 2, 149 und/oder direkt in Abhängigkeit von der jeweils aktuell vorhandenen Rotationsenergie oder von dem über eine Zeitdauer entstehenden Verlust von Rotationsenergie durch den Fanglagerbetrieb ermittelt werden. Es können auch Energiemengen berücksichtigt werden, die dem Rotor 12, 149 auf andere Weise als durch den Fanglagerbetrieb entnommen oder zugeführt werden. Solche Energiemengen sind beispielsweise Antriebs- und/oder Bremsenergien in oder aus dem Antrieb des Rotors 12, 149 oder auch fiktiv berechnete Abschläge auf Grund von auftretender Gasreibung des Rotors 12, 149 bei den jeweils vorliegenden, bekannten Vakuumdrücken und/oder durchströmenden Gasmengen.It is approximately assumed that the wear increments 315-1, 315-2, 315-3 depend linearly on the rotational energy of the rotor 12, 149 and are therefore quadratically dependent on its speed. In detail, contributions to the wear increment 315-1, 315-2, 315-3 can be made by various processes depending on the respective speed of the rotor 2, 149 and/or directly depending on the currently available rotational energy or on the arising over a period of time Loss of rotational energy can be determined by the backup bearing operation. It is also possible to take into account amounts of energy which are removed from or supplied to the rotor 12, 149 in a manner other than through the backup bearing operation. Such amounts of energy are, for example, drive and/or braking energy in or from the drive of the rotor 12, 149 or fictitious deductions due to occurring gas friction of the rotor 12, 149 at the respective known vacuum pressures and/or gas quantities flowing through.

Der Beitrag zum Verschleißinkrement 315-1, 315-2, 315-3, der durch die initiale Beschleunigung des Fanglagers zu Beginn einer Störung mit Fanglagerbetrieb entsteht, lässt sich als singuläres Ereignis mit der Drehzahl und/oder der Rotationsenergie des Rotors 12, 149 als Parameter abschätzen. Bei den weiteren, vorstehend beschriebenen Vorgängen, die nach dem Beginn einer Störung auftreten und eine gewisse Zeitdauer andauern, sind diese Zeitdauer und die Rotordrehzahl zu Beginn und am Ende der Zeitdauer sowie gegebenenfalls der Verlauf der Rotordrehzahl über die Zeitdauer Berechnungskomponenten für Beiträge zum Verschleißinkrement 315-1, 315-2, 315-3. Beispielsweise wird eine bekannte Zeitdauer des freien Auslaufs des Fanglagers 215 nach Ende einer Störung verwendet, um dessen jeweils verbleibende Relativ- bzw. Restdrehzahl abzuschätzen. Treten mehrere Störungen mit Fanglagerbetrieb in kurzzeitiger Abfolge auf, kann durch die Berücksichtigung der notwendigen Beschleunigung und damit der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Fanglager und Gegenseite ein angepasstes, reduziertes Verschleißinkrement 315-1, 315-2, 315-3 ermittelt werden. Beiträge zum Verschleißinkrement 315-1, 315-2, 315-3, die durch Vorgänge mit ausreichend langer Zeitdauer von mehreren Sekunden oder sogar Minuten entstehen, können mit Hilfe der Drehzahl und/oder der Rotationsenergie des Rotors 12, 149 als Parameter genauer ermittelt werden, wenn eine zeit- und/oder drehzahlabhängige Berechnungsformel für das Verschleißinkrement 315-1, 315-2, 315-3 vorliegt und diese über die Zeitdauer und/oder die Drehzahlspanne des jeweiligen Vorgangs integriert wird.The contribution to the wear increment 315-1, 315-2, 315-3, which is caused by the initial acceleration of the safety bearing at the beginning of a disturbance with safety bearing operation, can be viewed as a singular event with the speed and/or the rotational energy of the rotor 12, 149 estimate parameters. In the other processes described above, which occur after the start of a disturbance and last for a certain period of time, this period of time and the rotor speed at the beginning and at the end of the period of time and, if applicable, the profile of the rotor speed over the period of time Calculation components for contributions to the wear increment 315-1, 315-2, 315-3. For example, a known period of time during which the backup bearing 215 runs down freely after the end of a disturbance is used in order to estimate its relative or residual speed. If several faults with safety bearing operation occur in quick succession, an adapted, reduced wear increment 315-1, 315-2, 315-3 can be determined by taking into account the necessary acceleration and thus the speed difference between the safety bearing and the opposite side. Contributions to the wear increment 315-1, 315-2, 315-3, which are caused by processes with a sufficiently long duration of several seconds or even minutes, can be determined more precisely using the speed and/or the rotational energy of the rotor 12, 149 as parameters , if there is a time- and/or speed-dependent calculation formula for the wear increment 315-1, 315-2, 315-3 and this is integrated over the period of time and/or the speed range of the respective process.

Die Vorgänge, die einen Beitrag zum Verschleißinkrement 315-1, 315-2, 315-3 leisten, hängen auf unterschiedliche Weise von der Drehzahl und/oder von der Rotationsenergie des Rotors 12, 149 sowie der Komponenten des Fanglagers 215 und/oder von momentan auftretenden Lagerlasten ab. Die Vorgänge sind beispielsweise von den Start- und Enddrehzahlen oder dem Verlauf der Drehzahl der jeweiligen Komponente und den währenddessen wirkenden Lagerlasten und/oder der vorhandenen Rotationsenergie sowie von dem kontinuierlichen Verlauf dieser Parameter während des jeweiligen Vorgangs abhängig.The processes that contribute to the wear increment 315-1, 315-2, 315-3 depend in different ways on the speed and/or the rotational energy of the rotor 12, 149 and the components of the backup bearing 215 and/or momentarily occurring bearing loads. The processes depend, for example, on the start and end speeds or the course of the speed of the respective component and the bearing loads acting during this time and/or the rotational energy present, as well as the continuous course of these parameters during the respective process.

Die jeweils vorhandenen Lagerlasten sind vereinfacht dargestellt wiederum linear von der Rotationsenergie und somit quadratisch von der Drehzahl abhängig. Je nach Konfiguration und/oder Einbauorientierung können generell unterschiedliche Lagerlasten oder Verhältnisse von Teil-Lagerlasten zwischen verschiedenen Lagerstellen vorliegen. Zum Beispiel können durch eine auskragende Lagerung des Rotors 12, 149 mit dessen Schwerpunkt außerhalb aller Lagerstellen in allen Einbauorientierungen der Vakuumpumpe 10, 111, vor allem aber bei einer überwiegend im Raum horizontal, d.h. rechtwinklig zur Schwerkraft angeordneten Rotationsachse des Rotors 12, 149, erhöhte gegenläufig wirkende Lagerkräfte an zumindest zwei in Richtung der Rotationsachse des Rotors 12, 149 voneinander entfernten Lagerstellen hervorgerufen werden.In simplified form, the bearing loads present are once again linearly dependent on the rotational energy and are therefore quadratically dependent on the speed. Depending on the configuration and/or installation orientation, there can generally be different bearing loads or ratios of partial bearing loads between different bearing points present. For example, by mounting the rotor 12, 149 in a cantilevered manner with its center of gravity outside of all bearing points, in all installation orientations of the vacuum pump 10, 111, but above all when the axis of rotation of the rotor 12, 149 is predominantly horizontal in space, i.e. perpendicular to the force of gravity bearing forces acting in opposite directions are caused at at least two bearing points which are remote from one another in the direction of the axis of rotation of the rotor 12, 149.

Wenn die Geometrieparameter des Rotors 12, 149 und des Stators der Vakuumpumpe 10, 111 bekannt sind, zum Beispiel die Abstände von Lagerstellen, die Schwerpunkte, die Massenträgheitsmomente oder auch die Eigenfrequenzen und/oder die biegekritischen Moden, ist es möglich, Verhältnisse der Verschleißinkremente 315-1, 315-2, 315-3 pro Lagerstelle zu ermitteln. Wenn ferner die Ausrichtung der Vakuumpumpe 10, 111 im Raum bekannt ist, d.h. die Richtung der auf die Komponenten der Vakuumpumpe 10, 111 wirkenden Schwerkraft, können die Verschleißinkremente 315-1, 315-2, 315-3 entsprechend angepasst werden, da zum Beispiel in bestimmten Ausrichtungen gegenüber einer Standardausrichtung erhöhte oder niedrigere Belastungen einzelner Lagerstellen vorliegen können.If the geometry parameters of the rotor 12, 149 and the stator of the vacuum pump 10, 111 are known, for example the distances between bearing points, the centers of gravity, the mass moments of inertia or also the natural frequencies and/or the bending-critical modes, it is possible to determine the ratios of the wear increments 315 -1, 315-2, 315-3 per storage location. Furthermore, if the orientation of the vacuum pump 10, 111 in space is known, i.e. the direction of gravity acting on the components of the vacuum pump 10, 111, the wear increments 315-1, 315-2, 315-3 can be adjusted accordingly, since e.g In certain alignments, there may be higher or lower loads on individual bearing points than in a standard alignment.

Wenn zu erwarten ist, dass der Verschleiß der Fanglager 215 an verschiedenen Lagerstellen stark unterschiedlich ist, wird der Fanglagerverschleiß alternativ nicht mittels einer einzigen Variablen 325 für den Gesamtverschleiß, sondern einzeln je Lagerstelle, je Lagerstellen-Wirkrichtung oder sogar je Lagerstellen-Teilsegment ermittelt und dokumentiert. Eine feste Lagerstelle kann zum Beispiel bei einer horizontal im Raum angeordneten Rotationsachse während des Fanglagerbetriebs hohe radiale Belastungen und damit verbundenen Verschleiß erfahren, während die axialen Belastungen und der damit verbundene Verschleiß hingegen minimal sind, da das Rotorgewicht in dieser Raumausrichtung der Vakuumpumpe 10, 111 keine axialen Traglasten erzeugt.If it is to be expected that the wear of the safety bearings 215 will be very different at different bearing points, the safety bearing wear is alternatively not determined and documented using a single variable 325 for the total wear, but individually for each bearing point, for each bearing point effective direction or even for each bearing point sub-segment . A fixed bearing point can, for example, experience high radial loads and associated wear during backup bearing operation with a rotation axis arranged horizontally in space, while the axial loads and the associated wear are minimal, since the rotor weight in this spatial orientation of the vacuum pump 10, 111 does not axial loads generated.

Durch die aktive Positionserfassung (vgl. Fig. 6 und 7) aller Achsen der aktiven Magnetlagerung ist es ferner möglich, die Reihenfolge der Kontakte in der Lagerstelle bzw. in den Lagerstellen und/oder die erste Kontaktstelle bzw. ersten Kontaktstellen bezogen auf ihre Position am Umfang der Vakuumpumpe 10, 111 zu ermitteln. Je nach Reihenfolge können unterschiedliche Verschleißinkremente je Lagerstelle ermittelt und dokumentiert werden. Ein lokal begrenztes Verschleißinkrement der Lagerring-Laufflächen kann für die erste Kontaktstelle, die am Umfang der feststehenden Seite des Fanglagers 215 immer am selben Ort verbleibt, und damit für die erste Wirkrichtung der vollen Traglast ortsaufgelöst gespeichert werden.Through active position detection (cf. Figures 6 and 7 ) of all axes of the active magnetic bearing, it is also possible to determine the order of the contacts in the bearing point or points and/or the first contact point or first contact points based on their position on the circumference of the vacuum pump 10, 111. Depending on the order, different wear increments can be determined and documented for each bearing point. A locally limited increment of wear of the bearing ring running surfaces can be stored in a spatially resolved manner for the first contact point, which always remains at the same location on the circumference of the fixed side of the backup bearing 215, and thus for the first effective direction of the full load.

Eine solche auf die Lagerstelle und/oder Lagerachsen bezogene Speicherung der Verschleißinkremente 315 und des resultierenden Gesamtverschleißes pro Fanglager 215 kann sowohl dem Anwender direkt kommuniziert werden als auch durch eine formelbasierte Berechnung zu einem Gesamtverschleißbetrag oder mehreren Teilverschleißbeträgen verrechnet werden. Zum Beispiel kann bei einer reinen Maximal- oder Minimalbetrachtung nur der höchste oder niedrigste aller Verschleißwerte pro Fanglager, also der schlechteste oder beste aller Teilwerte, als Gesamtverschleiß definiert und kommuniziert werden. Weiterhin kann der Gesamtverschleiß durch eine Gewichtung der verschiedenen Teilwerte ausgewogener berechnet und kommuniziert werden.Such storage of the wear increments 315 and the resulting total wear per safety bearing 215 related to the bearing point and/or bearing axes can be communicated directly to the user or calculated using a formula-based calculation to form a total wear amount or several partial wear amounts. For example, with a pure maximum or minimum consideration, only the highest or lowest of all wear values per backup bearing, i.e. the worst or best of all partial values, can be defined and communicated as total wear. Furthermore, the total wear can be calculated and communicated in a more balanced way by weighting the various partial values.

Eine Fehlermeldung und/oder sichere Stillsetzung der Vakuumpumpe bei Überschreiten von Grenzwerten für den Verschleiß kann entsprechend nicht nur auf Grund der Höhe des Gesamtverschleißes, sondern auch oder ausschließlich anhand einzelner oder eines der Teilwerte erfolgen. Eine interne Speicherung der verschiedenen Teilwerte ermöglicht generell bei einer späteren Revision der Vakuumpumpe 10, 111, dass ein Servicetechniker nur die wirklich verschlissenen Elemente und/oder die am stärksten von Verschleiß betroffenen Elemente austauscht und angrenzende oder üblicherweise betroffene Bauteile einer tiefergehenden Kontrolle unterzieht, um die Qualität und Effizienz der Revision bzw. Wartung zu optimieren.Accordingly, an error message and/or safe shutdown of the vacuum pump when limit values for wear are exceeded can not only be based on the amount of total wear, but also or exclusively on the basis of individual values or one of the partial values. Internal storage of the various partial values generally makes it possible, in the event of a later inspection of the vacuum pump 10, 111, for a service technician to only replace the elements that are actually worn and/or the elements that are most severely affected by wear and adjacent or commonly affected components are subjected to more in-depth inspections in order to optimize the quality and efficiency of the overhaul or maintenance.

Fällt die Versorgungsspannung der Vakuumpumpe 10, 111 aus, kann die vorstehend beschriebene Notversorgung zumindest für einen begrenzten Zeitraum den Weiterbetrieb der aktiven Magnetlagerung sicherstellen. Durch den Ausfall der Versorgungsspannung wird die Speicherung des jeweiligen Verschleißinkrements 315-1, 315-2, 315-3 im Speicher 320 möglicherweise gestört oder verhindert. Ein bevorstehender Ausfall der Versorgungsspannung kann jedoch rechtzeitig erkannt werden, z.B. durch Beobachtung des beginnenden Abfalls der Versorgungsspannung vor einem mit einer Diode gegen Energierückfluss gesicherten Zwischenspeicher, zum Beispiel einem Kondensator. Ist die Aktivierung einer Notversorgung möglich, zum Beispiel durch generatorische Speisung, so kann diese direkt nach dem Ausfall der Versorgungsspannung erfolgen. Ein Fanglagerbetrieb tritt in diesem Fall nicht ein.If the supply voltage of the vacuum pump 10, 111 fails, the emergency supply described above can ensure the continued operation of the active magnetic bearing, at least for a limited period of time. If the supply voltage fails, the storage of the respective wear increment 315-1, 315-2, 315-3 in the memory 320 may be disrupted or prevented. However, an imminent failure of the supply voltage can be detected in good time, e.g. by observing the beginning drop in the supply voltage in front of an intermediate storage device, e.g. a capacitor, which is protected against energy reverse flow with a diode. If an emergency supply can be activated, for example by means of a generator feed, this can take place immediately after the supply voltage fails. In this case, a safety camp operation does not occur.

Während der Notversorgung oder schon zu Beginn des Ausfalls der Versorgungsspannung reichen die verbleibende Restdrehzahl des Rotors 12, 149 oder andere Betriebsparameter, wie zum Beispiel die Restladung einer Notbatterie, möglicherweise nicht mehr für eine Notversorgung und Aufrechterhaltung der aktiven Magnetlagerung aus. Zum Herauszögern eines solchen Zustands kann zu jedem Zeitpunkt während des Ausfalls eine Teilabschaltung von für die aktive Magnetlagerung nicht notwendigen elektrischen Verbrauchern erfolgen, und zwar in Abhängigkeit von den Betriebsparametern wie beispielsweise der verbleibenden Restdrehzahl oder der aktuellen generatorischen Rückspeisespannung. Die für die Teilabschaltung in Frage kommenden elektrischen Verbraucher sind beispielsweise Schnittstellenmodule oder Zubehörbauteile. Die Reihenfolge und damit Wichtigkeit der einzelnen Elemente kann vorab oder dynamisch auf Grundlage von Betriebsparametern festgelegt werden. Zum Beispiel kann ein Schnittstellenmodul später abgeschaltet werden, falls es eine aktive Datenverbindung aufweist.During the emergency supply or even at the beginning of the failure of the supply voltage, the remaining speed of the rotor 12, 149 or other operating parameters, such as the residual charge of an emergency battery, may no longer be sufficient for an emergency supply and maintenance of the active magnetic bearing. To delay such a state, electrical consumers that are not required for the active magnetic bearing can be partially switched off at any time during the failure, depending on the operating parameters such as the remaining speed or the current regenerative feedback voltage. The electrical consumers that come into question for the partial shutdown are, for example, interface modules or accessory components. The order and therefore importance of each item can be pre-determined or dynamic based be determined by operating parameters. For example, an interface module can later be powered down if it has an active data link.

Sind alle den Ausfall der aktiven Magnetlagerung aufschiebenden Möglichkeiten ausgeschöpft, kann vor dem Zusammenbruch der Notversorgung eine geordnete Abschaltung der aktiven Magnetlagerung durchgeführt werden, beispielsweise eine kontrollierte, langsame und schonende Absenkung des Rotors 12, 149 in das Fanglager 215 und/oder eine letzte Speicherung des Verschleißinkrements 315-1, 315-2, 315-3. In diesem Fall wird für den restlichen Auslauf des Rotors 12, 149 ein vorbestimmtes oder ein auf Basis bekannter Betriebsparameter dynamisch angepasstes Verschleißinkrement noch vor der eigentlichen Beendigung des Auslaufs gespeichert oder zumindest in einem nicht-flüchtigen Zwischenspeicher abgelegt, so dass die endgültige Speicherung bei erneuter Verfügbarkeit bzw. Wiederkehr der Versorgungsspannung nachträglich erfolgen kann.If all options for delaying the failure of the active magnetic bearing have been exhausted, the active magnetic bearing can be switched off in an orderly manner before the emergency supply collapses, for example a controlled, slow and gentle lowering of the rotor 12, 149 into the safety bearing 215 and/or a final storage of the Wear increments 315-1, 315-2, 315-3. In this case, for the remainder of the rundown of the rotor 12, 149, a predetermined wear increment or one that is dynamically adapted on the basis of known operating parameters is stored before the actual end of the rundown, or at least stored in a non-volatile buffer memory, so that the final storage can take place when it becomes available again or recovery of the supply voltage can take place later.

Die Steuerungseinrichtung der Vakuumpumpe 10, 111 oder der aktiven Magnetlagerung kann ferner bei jeder Wiederkehr der Versorgungsspannung prüfen, ob die vorherige Abschaltung der aktiven Magnetlagerung bei Stillstand des Rotors 12, 149 erfolgt ist. Hierfür kann ein Datenkenner in einem nicht-flüchtigen Speicher vorgesehen sein, dem bei einem Auslauf des Rotors 12, 149 im Normalbetrieb der aktiven Magnetlagerung ein erster Wert für das Ereignis der Stillsetzung im Normalbetrieb zugewiesen wird. Der Datenkenner wird bei jedem Beginn einer Drehung des Rotors auf einen zweiten Wert zurückgesetzt. Wenn der Datenkenner bei Wiederkehr der Versorgungsspannung nicht den ersten Wert aufweist, ist offensichtlich, dass die letzte Stillsetzung nicht im Normalbetrieb erfolgt sein kann.The control device of the vacuum pump 10, 111 or the active magnetic bearing can also check each time the supply voltage returns whether the active magnetic bearing was previously switched off when the rotor 12, 149 was stationary. For this purpose, a data identifier can be provided in a non-volatile memory, to which a first value for the event of standstill in normal operation is assigned when the rotor 12, 149 runs down in normal operation of the active magnetic bearing. The data identifier is reset to a second value each time the rotor begins rotating. If the data identifier does not have the first value when the supply voltage returns, it is obvious that the last shutdown cannot have taken place during normal operation.

Wenn die Betriebsparameter der Vakuumpumpe 10, 111 kontinuierlich oder zumindest regelmäßig in bestimmten Zeitabständen nicht-flüchtig gespeichert werden, ist es möglich, nach einem Ausfall der Versorgungsspannung nachträglich Verschleißinkremente 315-1, 315-2 315-3 zu berechnen und im Speicher 320 zu der Variablen 325 für den Gesamtverschleiß hinzuzufügen. Dieses Vorgehen stellt allerdings hohe Anforderungen an den Speicher 320, der einerseits nicht-flüchtig und andererseits stetig oder zumindest sehr häufig Daten abspeichern muss. Die zu erwartende Lebensdauer des Speichers 320 muss daher ausreichend lang sein, damit diese nicht die gesamte Lebensdauer der Vakuumpumpe 10, 111 stärker begrenzt als der Fanglagerverschleiß oder die Alterung weiterer Komponenten der Vakuumpumpe 10, 111.If the operating parameters of the vacuum pump 10, 111 are stored continuously or at least regularly at certain time intervals in a non-volatile manner, it is possible to subsequently calculate wear increments 315-1, 315-2 315-3 after a failure of the supply voltage and store them in the memory 320 to the variable 325 for the total wear. However, this procedure places high demands on the memory 320, which on the one hand has to store data in a non-volatile manner and on the other hand continuously or at least very frequently. The expected service life of accumulator 320 must therefore be sufficiently long so that it does not limit the entire service life of vacuum pump 10, 111 more than safety bearing wear or the aging of other components of vacuum pump 10, 111.

Bei der Ausführung des Verfahrens 300 können für jeden der vorstehend beschriebenen Vorgänge, die zum Fanglagerverschleiß beitragen, jeweils einzelne Teil-Verschleißinkremente möglichst direkt im Speicher 320 abgespeichert werden. Dadurch ist zu jedem Zeitpunkt ein aktueller Zustand des gesamten Fanglagerverschleißes gespeichert, der kommuniziert werden kann. Dies ist auch dann von Vorteil, wenn zu dem eigentlichen Fanglagerbetrieb ein vollständiger Ausfall der Versorgungsspannung hinzukommt, beispielsweise wenn ein Anwender per Not-Aus der Anlage einen unerwünschten Fehlerbehebungsversuch unternimmt und dann gegebenenfalls keine ausreichende Restlaufzeit des Rotors 12, 149 bzw. Energie zum Abspeichern des aktuellen Verschleißinkrements bleibt.When the method 300 is executed, individual partial wear increments can be stored as directly as possible in the memory 320 for each of the processes described above that contribute to the safety bearing wear. As a result, a current status of the entire safety bearing wear is stored at any time and can be communicated. This is also an advantage if there is a complete failure of the supply voltage in addition to the actual backup bearing operation, for example if a user tries to turn off the system in an emergency and attempts to rectify the error and then there may not be sufficient remaining running time for the rotor 12, 149 or energy to save the current wear increment remains.

Im Folgenden wird die iterative Ausführung der Verfahrensschritte 340, 350, 370 und 390 von Fig. 8 anhand eines Beispiels im Detail erläutert. Die iterative Ausführung dieser Verfahrensschritte entspricht einer wiederholten Ausführung von Restabilisierungsversuchen, zwischen denen die Wartezeit, die bei Schritt 390 auftritt, mit jeder Iteration zunimmt.The iterative execution of method steps 340, 350, 370 and 390 of 8 explained in detail with an example. The iterative execution of these method steps corresponds to a repeated execution of restabilization attempts between which the waiting time occurring at step 390 increases with each iteration.

Die Steuerungseinrichtung der Vakuumpumpe 10, 111 umfasst zusätzlich zwei Zähler, die bei der Steuerung der iterativen Ausführung der Restabiliseriungsversuche verwendet werden. Der erste Zähler definiert die Wartezeit 390 zwischen zwei Restabilisierungsversuchen, während der zweite Zähler einen Zahlenwert enthält, der die Anzahl der Restabilisierungsversuche nach der Detektion eines Störungsereignisses (Schritt 310 von Fig. 8) widerspiegelt. Im Normalbetrieb der Vakuumpumpe 10, 111, d.h. solange kein Störungsereignis auftritt, sind der erste und der zweite Zähler zunächst mit 0 initialisiert.The control device of the vacuum pump 10, 111 also includes two counters that are used to control the iterative execution of the restabilization tests. The first counter defines the waiting time 390 between two attempts at restabilization, while the second counter contains a numerical value which indicates the number of attempts at restabilization after the detection of a disturbance event (step 310 of 8 ) reflects. In normal operation of the vacuum pump 10, 111, ie as long as no fault event occurs, the first and second counters are initially initialized with 0.

Dem ersten Zähler ist ein erster pumpenspezifischer Wert zugeordnet. Zu Beginn jedes Restabilisierungsversuchs wird der erste pumpenspezifische Wert mit dem momentanen Wert des zweiten Zählers multipliziert und dem ersten Zähler zugewiesen. Da der zweite Zähler die Anzahl der Restabilisierungsversuche widerspiegelt, wird dadurch die Zeitdauer bzw. Verzögerung zwischen den Restabilisierungsversuchen sukzessive verlängert, wie nachstehend näher erläutert wird.A first pump-specific value is assigned to the first counter. At the beginning of each restabilization attempt, the first pump-specific value is multiplied by the current value of the second counter and assigned to the first counter. Since the second counter reflects the number of re-establishment attempts, this successively increases the time duration or delay between the re-establishment attempts, as will be explained in more detail below.

Der erste pumpenspezifische Wert liegt beispielsweise im Bereich von 10 bis 99 und soll im vorliegenden Zahlenbeispiel 10 betragen. Somit wird die Wartezeit zwischen Restabilisierungsversuchen im vorliegenden Beispiel ab dem zweiten Restabilisierungsversuch sukzessive um ein Vielfaches von 10 s verlängert.The first pump-specific value is in the range from 10 to 99, for example, and should be 10 in the present numerical example. Thus, in the present example, the waiting time between attempts at restabilization is successively increased by a multiple of 10 s from the second attempt at restabilization.

Nach einer Inkrementierung wird der erste Zähler pro Sekunde um 1 verringert, und ein Restabilisierungsversuch erfolgt prinzipiell nur dann, wenn der erste Zähler gleich 0 ist. Dadurch steuert der erste Zähler die Verzögerung bzw. die Wartezeit 390 zwischen Restabilisierungsversuchen.After an increment, the first counter is reduced by 1 per second, and a restabilization attempt is only made if the first counter is equal to 0. As a result, the first counter controls the delay or waiting time 390 between attempts at re-establishment.

Sobald bei 310 (vgl. Fig. 8) ein Störungsereignis detektiert wird, versucht die Steuerungseinrichtung, nach einer jeweiligen kurzen Zeitdauer, beispielsweise jede Sekunde, einen Restabilisierungsversuch auszuführen. Da der jeweilige Restabilisierungsversuch jedoch nur dann ausgeführt wird, wenn der erste Zähler gleich 0 ist, kann der jeweilige Restabilisierungsversuch mittels des ersten Zählers verzögert werden.As soon as at 310 (cf. 8 ) a disruption event is detected, the control device attempts to carry out a restabilization attempt after a respective short period of time, for example every second. However, since the respective restabilization attempt is only carried out if the first counter is equal to 0, the respective restabilization attempt can be delayed by means of the first counter.

Da der zweite Zähler mit 0 initialisiert ist und dem ersten Zähler das Produkt aus dem ersten pumpenspezifischen Wert und dem Wert des zweiten Zählers zugewiesen wird, ist der erste Zähler nach dem ersten Restabilisierungsversuch weiterhin gleich 0. Somit kann nach dem ersten Restabilisierungsversuch unmittelbar ein zweiter Restabilisierungsversuch erfolgen.Since the second counter is initialized with 0 and the product of the first pump-specific value and the value of the second counter is assigned to the first counter the first counter is still 0 after the first restabilization attempt. A second restabilization attempt can therefore be made immediately after the first restabilization attempt.

Anschließend wird der zweite Zähler mit einem zweiten pumpenspezifischen Wert inkrementiert, der beispielsweise im Bereich von 1 bis 9 liegt und im vorliegenden Zahlenbeispiel 1 betragen soll. Der zweite Zähler zählt im vorliegenden Beispiel somit die Restabilisierungsversuche nach einem Störungsereignis und ist folglich nach dem ersten Restabilisierungsversuch gleich 1.The second counter is then incremented with a second pump-specific value, which is in the range from 1 to 9, for example, and should be 1 in the present numerical example. In the present example, the second counter counts the restabilization attempts after a disruption event and is therefore equal to 1 after the first restabilization attempt.

Ist der erste Restabilisierungsversuch erfolgreich, geht die Vakuumpumpe 10, 111 in den Normalbetrieb über, wobei der erste und der zweite Zähler wieder auf 0 gesetzt werden. Wenn der erste Restabilisierungsversuch jedoch fehlschlägt, wird nach einer Sekunde ein zweiter Restabilisierungsversuch unternommen, da der erste Zähler immer noch gleich 0 ist. Zu Beginn des zweiten Restabilisierungsversuchs wird im vorliegenden Beispiel zunächst dem ersten Zähler der Wert 10 zugewiesen, d.h. der momentane Wert 1 des zweiten Zählers multipliziert mit dem ersten pumpenspezifischen Wert von 10, und anschließend wird der zweite Zähler auf 2 erhöht.If the first attempt at restabilization is successful, the vacuum pump 10, 111 switches to normal operation, with the first and second counters being set to 0 again. However, if the first attempt at restabilization fails, a second attempt at restabilization is made after one second, since the first counter is still equal to 0. At the beginning of the second restabilization attempt, the value 10 is assigned to the first counter in the present example, i.e. the current value 1 of the second counter is multiplied by the first pump-specific value of 10, and then the second counter is increased to 2.

Ist der zweite Restabilisierungsversuch erfolgreich, geht die Vakuumpumpe wieder in den Normalbetrieb über, während der erste und der zweite Zähler wiederum auf 0 gesetzt werden. Wenn der zweite Restabilisierungsversuch jedoch fehlschlägt, beträgt die Wartezeit bis zum dritten Restabilisierungsversuch 10 Sekunden, da der Wert 10 des ersten Zählers pro Sekunde um 1 verringert wird und der nächste Restabilisierungsversuch erst dann erfolgt, wenn der erste Zähler wieder gleich 0 ist.If the second attempt at restabilization is successful, the vacuum pump returns to normal operation, while the first and second counters are reset to 0. However, if the second recovery attempt fails, the waiting time before the third recovery attempt is 10 seconds, since the value of 10 of the first counter is decremented by 1 every second, and the next recovery attempt occurs only when the first counter is equal to 0 again.

Wenn das Störungsereignis nach 10 Sekunden immer noch andauert, erfolgt ein dritter Restabilisierungsversuch, wobei dem ersten Zähler der Wert 20 zugewiesen wird und der zweite Zähler den Wert 3 erhält, wenn der dritte Restabilisierungsversuch fehlschlägt. Ansonsten sind beide Zähler wieder gleich 0.If the disturbance event is still ongoing after 10 seconds, a third recovery attempt is made with the first counter assigned a value of 20 and the second counter gets the value 3 if the third attempt at re-establishment fails. Otherwise, both counters are equal to 0 again.

Nach dem dritten fehlgeschlagenen Restabilisierungsversuch dauert es nunmehr 20 Sekunden, bis der erste Zähler gleich 0 ist und ein weiterer Restabilisierungsversuch erfolgen kann. Somit verlängert sich die Wartezeit 390 zwischen zwei weiteren Restabilisierungsversuchen mit jedem fehlgeschlagenen Restabilisierungsversuch um eine Anzahl Sekunden, die dem ersten pumpenspezifischen Wert entspricht. Mit anderen Worten wird ein erneuter Restabilisierungsversuch mit jedem fehlgeschlagenen Restabilisierungsversuch "unattraktiver".After the third unsuccessful restabilization attempt, it now takes 20 seconds until the first counter is equal to 0 and another restabilization attempt can be made. The waiting time 390 between two further attempts at restabilization is thus lengthened by a number of seconds, which corresponds to the first pump-specific value, with each failed attempt at restabilization. In other words, a renewed attempt at restabilization becomes "less attractive" with each failed attempt at restabilization.

Bei der iterativen Ausführung mehrerer Restabilisierungsversuche, die vorstehend beschrieben ist, wird ein bestimmter Satz 330 von Betriebsvorgaben (vgl. Fig. 8) für die Vakuumpumpe 10, 111 verwendet, der beispielsweise die Betriebsvorgaben "Betrieb der Vakuumpumpe aufrechterhalten" und "Restabilisierungsversuche sukzessive verzögern" umfasst. Entsprechend werden die Restabilisierungsversuche zwar iterativ ausgeführt, um einen Vollauslauf des Rotors 12, 149 zunächst zu verhindern, die Wartezeit bis zum nächsten Restabilisierungsversuch wird jedoch mit jedem fehlgeschlagenen Restabilisierungsversuch verlängert.In the iterative execution of several restabilization attempts, which is described above, a specific set 330 of operating specifications (cf. 8 ) for the vacuum pump 10, 111, which includes, for example, the operating specifications "maintain operation of the vacuum pump" and "successively delay attempts at restabilization". Accordingly, although the restabilization attempts are carried out iteratively in order to initially prevent the rotor 12, 149 from fully coasting down, the waiting time until the next restabilization attempt is lengthened with each failed restabilization attempt.

Als Alternative oder zusätzlich zu einer oder mehreren statischen Betriebsvorgaben, beispielsweise "Fanglagerbetrieb so lange wie möglich vermeiden, Zeitspanne des Fanglagerbetriebes so kurz wie möglich halten", kann der Satz 330 von Betriebsvorgaben eine Vielzahl dynamisch anpassbarer und auf Betriebszustände reagierender Betriebsvorgaben bzw. Regelsätze umfassen. Diese Betriebsvorgaben können vorab fest vorgegeben sein und je nach Betriebszustand der Vakuumpumpe 10, 111 oder Priorisierung durch Anwendervorgaben wechseln. Ferner können die Betriebsvorgaben auch durch adaptive oder selbstlernende Algorithmen ausgeführt und angepasst werden.As an alternative or in addition to one or more static operating specifications, for example "avoid catch camp operation as long as possible, keep the period of catch camp operation as short as possible", the set 330 of operational specifications can include a large number of dynamically adaptable operating specifications or sets of rules that react to operating conditions. These operating specifications can be fixed in advance and change depending on the operating state of the vacuum pump 10, 111 or prioritization by user specifications. Furthermore, the operating specifications can also be implemented and adjusted by adaptive or self-learning algorithms.

Zu Beginn des Fanglagerbetriebs herrscht für die Steuerungseinrichtung der Vakuumpumpe 10, 111 oder die Steuerung der aktiven Magnetlagerung Unklarheit über das Anhalten und den Verlauf des Störungsereignisses. Es ist jedoch bekannt, welches Verschleißinkrement 315-2 im schlimmsten Fall eines Vollauslaufs des Rotors 12, 149 entstehen wird. Weiterhin können die durch Restabilisierungsversuche jeweils zusätzlich entstehenden Verschleißinkremente 315-3 abgeschätzt werden, wie vorstehend erläutert ist. Auch die Art und die Heftigkeit der Störung, die den Fanglagerbetrieb ausgelöst hat, können anhand von Sensordaten bekannt sein.At the start of the backup bearing operation, the control device of the vacuum pump 10, 111 or the control of the active magnetic bearing is unclear about the stopping and course of the disruption event. However, it is known which wear increment 315-2 will occur in the worst case of the rotor 12, 149 running out completely. Furthermore, the additional wear increments 315-3 that arise as a result of restabilization attempts can be estimated, as explained above. The type and severity of the disruption that triggered the operation of the safety camp can also be known from sensor data.

Beispielsweise als Vorgabe eines Anwenders kann der Satz 330 von Betriebsvorgaben ferner umfassen, ob ein Fluten und damit ein schnelles externes Abbremsen der Vakuumpumpe 10, 111 möglich ist, oder auch, ob eine Energierückspeisung in die Anlagen-Spannungsversorgung möglich ist, damit das generatorische Bremsen des Rotors 12, 149 ohne oder über einen integrierten Lastwiderstand erfolgen kann. Ein Teil des Satzes 330 von Betriebsvorgaben kann ferner durch die Beschaffenheit der Vakuumanlage, in der sich die Vakuumpumpe 10, 111 befindet, oder direkt durch den Anwender vorgegeben sein. Beispielsweise können die gegensätzlichen Vorgaben "Betrieb der Vakuumpumpe unbedingt aufrechterhalten" oder "Fanglagerverschleiß minimieren" umfasst sein, die von einem Anwender und/oder entsprechend dem momentanen Betriebszustand der Vakuumanlage oder der Vakuumpumpe 10, 111 priorisiert werden.For example, as a specification from a user, the set 330 of operating specifications can also include whether flooding and thus rapid external braking of the vacuum pump 10, 111 is possible, or whether energy can be fed back into the system voltage supply so that the regenerative braking of the Rotors 12, 149 can be done without or via an integrated load resistor. Part of the set 330 of operating specifications can also be specified by the nature of the vacuum system in which the vacuum pump 10, 111 is located, or directly by the user. For example, the conflicting specifications “maintain operation of the vacuum pump at all costs” or “minimize safety bearing wear” can be included, which are prioritized by a user and/or according to the current operating state of the vacuum system or the vacuum pump 10, 111.

Für die Betriebsvorgabe "Betrieb der Vakuumpumpe unbedingt aufrechterhalten" kann es sinnvoll sein, den Antrieb des Rotors 12, 149 nicht wie sonst im Fanglagerbetrieb üblich zu stoppen, sondern den Rotor so lange wie nötig möglichst auf Betriebsdrehzahl zu halten, um beispielsweise den Abbruch einer Prozesscharge und dadurch entstehende Folgekosten zu vermeiden. Ferner kann eine Anlagensteuerung Zeit benötigen, um gegebenenfalls eine Reserve-Vakuumpumpe auf Betriebsdrehzahl zu bringen und/oder deren Ventilschieber zur Vakuumanlage zu öffnen und gleichzeitig die betroffene Vakuumpumpe abzuschiebern, um dadurch einen stabil bleibenden Vakuumdruck in der Vakuumanlage zu gewährleisten. Bei einem anhaltenden Störungsereignis wird die Betriebsvorgabe "Betrieb der Vakuumpumpe unbedingt aufrechterhalten" nach einer bestimmten Zeitdauer weniger relevant, und eine andere Betriebsvorgabe hat eine höhere Priorität, zum Beispiel "Anlage und Vakuumpumpe so schnell wie möglich stillsetzen".For the operating specification "maintain operation of the vacuum pump at all costs", it can make sense not to stop the drive of the rotor 12, 149, as is usually the case in backup bearing operation, but to keep the rotor at the operating speed for as long as possible, for example in order to stop a process batch and to avoid the resulting costs. Furthermore, a system controller may need time to possibly bring a reserve vacuum pump up to operating speed and/or its valve slide to the vacuum system to open and at the same time to push off the affected vacuum pump in order to ensure a stable vacuum pressure in the vacuum system. In the event of a persistent disruption event, the operating objective "keep the vacuum pump running at all costs" becomes less relevant after a certain period of time and another operating objective has a higher priority, for example "shut down the system and vacuum pump as quickly as possible".

Die Betriebsvorgabe "Vakuumpumpe so schnell wie möglich stillsetzen" bedingt, dass keine Restabilisierung erfolgt. Stattdessen stellen der Fanglagerbetrieb und die dadurch dem Rotor 12, 149 entziehbare Rotationsenergie auf Kosten des Fanglagerverschleißes eine Möglichkeit dar, die Bremswirkung am Rotor 12, 149 zu maximieren und eine Stillsetzung der Vakuumpumpe 10, 111 in kürzest möglicher Zeit durchzuführen.The operating requirement "shut down the vacuum pump as quickly as possible" means that no restabilization takes place. Instead, the backup bearing operation and the rotational energy that can be withdrawn from the rotor 12, 149 at the expense of the backup bearing wear represent a possibility to maximize the braking effect on the rotor 12, 149 and to shut down the vacuum pump 10, 111 in the shortest possible time.

Neben den vorstehend genannten Betriebsvorgaben, die Extrembeispiele darstellen, sind eine Vielzahl von weiteren Betriebsvorgaben möglich, zum Beispiel "Unbedingt so schnell wie möglich restabilisieren" oder "Mindestens halbe Rotordrehzahl bei minimalem Fanglagerverschleiß aufrecht erhalten". Gibt es jedoch keine besonderen Randbedingungen, wird üblicherweise ein "optimierter Standard" für den Satz 330 von Betriebsvorgaben definiert, dessen Primärziel ein geringer Fanglagerverschleiß ist. Im Folgenden sind Details eines solchen Satzes 330 der Betriebsvorgaben beschrieben.In addition to the operating specifications mentioned above, which represent extreme examples, a large number of other operating specifications are possible, for example "Restabilize as quickly as possible" or "Maintain at least half the rotor speed with minimal safety bearing wear". However, if there are no special boundary conditions, an "optimized standard" is usually defined for the set 330 of operating specifications, the primary goal of which is low back-up bearing wear. Details of such a set 330 of operating requirements are described below.

Tritt ein Störungsereignis auf, wird zuerst geprüft, ob das Störungsereignis anhält oder wieder abgeklungen ist. Falls das Störungsereignis nicht mehr erkennbar ist, wird ein Restabilisierungsversuch unternommen. Dabei gilt die Regel, dass das Verschleißinkrement 315-3 des Restabilisierungsversuchs geringer als das das Verschleißinkrement 315-2 eines potentiellen Vollauslaufs sein muss. Bei bereits sehr niedrigen Drehzahlen des Rotors 12, 149, zum Beispiel während die Vakuumanlage abgeschaltet und aus Versehen noch vor dem Stillstand der Vakuumpumpe 10, 111 bereits bewegt wird, kann der Vollauslauf des Rotors 12, 149 günstiger bezüglich des Fanglagerverschleißes sein. Ein Restabilisierungsversuch kann hingegen bei sehr niedrigen Drehzahlen wieder zu einem weiteren Störungsereignis mit Fanglagerbetrieb führen, der weitere Verschleißinkremente 315-1, 315-2, 315-3 erzeugt.If a disruption event occurs, it is first checked whether the disruption event continues or has subsided again. If the disruption event is no longer recognizable, a restabilization attempt is made. The rule applies here that the wear increment 315-3 of the restabilization attempt must be less than the wear increment 315-2 of a potential full run-out. At already very low speeds of the rotor 12, 149, for example during the vacuum system switched off and is inadvertently moved before the vacuum pump 10, 111 comes to a standstill, the full run-out of the rotor 12, 149 can be more favorable in terms of safety bearing wear. On the other hand, at very low speeds, a restabilization attempt can again lead to a further disruption event with backup bearing operation, which generates further wear increments 315-1, 315-2, 315-3.

War eine Restabilisierung nicht erfolgreich, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass der nächste Versuch umso eher auch misslingt, je weniger Zeit seit dem vorherigen Versuch vergangen ist, weil beispielsweise das Störungsereignis noch nicht abgeklungen ist oder der Rotor 12, 149 zu viel Rotationsenergie in einer ungünstigen Einbaulage der Vakuumpumpe 10, 111 aufweist und daher eine Stabilisierung mit den vorhandenen Mitteln der aktiven Magnetlagerung nicht durchführbar ist. In beiden Fällen ist es günstiger, das Ende des Störungsereignisses oder die Reduzierung der Drehzahl bzw. Rotationsenergie abzuwarten.If restabilization was unsuccessful, there is a high probability that the next attempt will also fail, the less time has passed since the previous attempt, for example because the disruption event has not yet subsided or the rotor 12, 149 has too much rotational energy in an unfavorable position Installation position of the vacuum pump 10, 111 has and therefore a stabilization with the existing resources of the active magnetic bearing is not feasible. In both cases it is better to wait for the disturbance event to end or for the speed or rotational energy to reduce.

Ein Störungsende wird beispielsweise unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Sensoren aktiv detektiert. Ferner kann die Reduktion der Drehzahl und damit der Rotationsenergie abgewartet werden, beispielsweise um einen vorgegebenen bzw. anteilig von der Betriebsdrehzahl ermittelten Wert. Außerdem kann die Wartezeit 390 zwischen Restabilisierungsversuchen vorgegeben sein oder abhängig von der Betriebsdrehzahl ermittelt werden. Eines oder eine Kombination der vorstehenden Ereignisse löst erneut einen Restabilisierungsversuch aus, der wiederum nur dann erfolgen kann, falls dessen zu erwartendes Verschleißinkrement 315-3 in diesem Moment geringer als das Verschleißinkrement 315-2 für den restlichen Auslauf des Rotors 12, 149 ist. Alternativ wird ein Restabilisierungsversuch sofort ausgelöst, wenn durch die Betriebssituation der Vakuumanlage oder durch den Anwender eine entsprechende Anforderung erfolgt.The end of a fault is actively detected, for example, using the sensors described above. Furthermore, the reduction in the speed and thus in the rotational energy can be awaited, for example by a predetermined value or a value determined proportionately from the operating speed. In addition, the waiting time 390 between attempts at restabilization can be specified or determined as a function of the operating speed. One or a combination of the above events triggers another attempt at restabilization, which in turn can only take place if its wear increment 315-3 to be expected at this moment is less than the wear increment 315-2 for the remaining run-down of the rotor 12, 149. Alternatively, a restabilization attempt is triggered immediately if a corresponding request is made by the operating situation of the vacuum system or by the user.

BezugszeichenlisteReference List

1010: Vakuumpumpevacuum pump
1212: Rotorrotor
1414: Turborotorscheibeturbo rotor disc
1616: Motorengine
1818: Rotorachserotor axis
2020: erstes Radiallagerfirst radial bearing
2222: Axiallagerthrust bearing
2424: zweites Radiallagersecond radial bearing
2626: erste Radialsensoranordnungfirst radial sensor array
2828: zweite Radialsensoranordnungsecond radial sensor arrangement
3030: Bauteilcomponent
3232: Motorraumengine compartment
3434: Radialsensoranordnungradial sensor arrangement
3636: Platinecircuit board
3838: SpuleKitchen sink
111111: Turbomolekularpumpeturbomolecular pump
113113: Einlassflanschinlet flange
115115: Pumpeneinlasspump inlet
117117: Pumpenauslasspump outlet
119119: GehäuseHousing
121121: Unterteillower part
123123: Elektronikgehäuseelectronics housing
125125: Elektromotorelectric motor
127127: Zubehöranschlussaccessory port
129129: Datenschnittstelledata interface
131131: Stromversorgungsanschlusspower connector
133133: Fluteinlassflood inlet
135135: Sperrgasanschlusssealing gas connection
137137: Motorraumengine compartment
139139: Kühlmittelanschlusscoolant connection
141141: Unterseitebottom
143143: Schraubescrew
145145: Lagerdeckelbearing cap
147147: Befestigungsbohrungmounting hole
148148: Kühlmittelleitungcoolant line
149149: Rotorrotor
151151: Rotationsachseaxis of rotation
153153: Rotorwellerotor shaft
155155: Rotorscheiberotor disc
157157: Statorscheibestator disc
159159: Abstandsringspacer ring
161161: Rotornaberotor hub
163163: Holweck-RotorhülseHolweck rotor sleeve
165165: Holweck-RotorhülseHolweck rotor sleeve
167167: Holweck-StatorhülseHolweck stator sleeve
169169: Holweck-StatorhülseHolweck stator sleeve
171171: Holweck-SpaltHolweck fissure
173173: Holweck-SpaltHolweck fissure
175175: Holweck-SpaltHolweck fissure
179179: Verbindungskanalconnecting channel
181181: Wälzlagerroller bearing
183183: Permanentmagnetlagerpermanent magnet bearing
185185: Spritzmutterinjection nut
187187: Scheibedisc
189189: Einsatzmission
191191: rotorseitige Lagerhälfterotor-side bearing half
193193: statorseitige Lagerhälftestator bearing half
195195: Ringmagnetring magnet
197197: Ringmagnetring magnet
199199: Lagerspaltbearing gap
201201: Trägerabschnittcarrier section
203203: Trägerabschnittcarrier section
205205: radiale Streberadial strut
207207: Deckelelementcover element
209209: Stützringsupport ring
211211: Befestigungsringmounting ring
213213: Tellerfederdisc spring
215215: Not- bzw. FanglagerEmergency or catch camp
217217: Motorstatormotor stator
219219: Zwischenraumspace
221221: Wandungwall
223223: Labyrinthdichtunglabyrinth seal
300300: Verfahren zum Betreiben der VakuumpumpeMethod of operating the vacuum pump
310310: Detektiere StörungsereignisDetect disturbance event
315-1315-1: geschätztes Verschleißinkrementestimated wear increment
315-2315-2: aktualisiertes Verschleißinkrementupdated wear increment
315-3315-3: aktualisiertes Verschleißinkrementupdated wear increment
320320: SpeicherStorage
325325: Variable für den Gesamtverschleiß des FanglagersVariable for the total wear of the backup bearing
330330: Satz von Betriebsvorgaben für die VakuumpumpeSet of operating specifications for the vacuum pump
340340: Vermittlung zwischen der Variablen für den Gesamtverschleiß und dem Satz der BetriebsvorgabenMediation between the total wear variable and the set of operating targets
350350: Stabilisierung des Rotors?stabilization of the rotor?
360360: Vakuumpumpe herunterfahrenShut down the vacuum pump
370370: Stabilisierung erfolgreich?Stabilization successful?
380380: Normalbetrieb der VakuumpumpeNormal operation of the vacuum pump
390390: Wartezeitwaiting period
395395: PfeilArrow

Claims

A method of operating a vacuum pump (10, 111) which has a rotor (12, 149), a stator, an actively regulated magnetic bearing (20, 22) for supporting the rotor (12, 149) and a safety bearing (215) for the rotor (12, 149),
wherein the method comprises that:
a set (330) of operating specifications for the vacuum pump (10, 111) is provided that has at least one operating state of the vacuum pump (10, 111) to be achieved during a disturbance event,

a disturbance event is detected during which the rotor (12, 149), with respect to the stator, leaves a spatial region provided for the rotor (12, 149) such that wear occurs at the safety bearing (215),

a wear increment (315-1) for the safety bearing (215) is estimated based on the detected disturbance event,

the wear increment (315-1) is added to a variable (325) for the total wear of the safety bearing (215), and,

based on the set (330) of operating specifications for the vacuum pump (10, 111) and based on the variable (325) for the total wear of the safety bearing (215), a determination is made whether a measure for stabilizing the rotor (12, 149) is performed.
A method in accordance with claim 1,
wherein the vacuum pump (10, 111) is shut down when it is determined that the measure for stabilizing the rotor (12, 149) is not performed.
A method in accordance with claim 1 or claim 2,
wherein it is checked whether the measure for stabilizing the rotor (12, 149) is successful and, if the measure fails, a determination is then made after a predetermined waiting time (390) whether the measure for stabilizing the rotor (12, 149) is performed again, wherein a further wear increment (315-2, 315-3) is determined which is added to the variable (325) for the total wear of the safety bearing (215).
A method in accordance with any one of the preceding claims,
wherein the vacuum pump (10, 111) is shut down and/or an error message is output when the variable (325) for the total wear of the safety bearing (215) exceeds a predetermined threshold value.
A method in accordance with any one of the preceding claims,
wherein the size of the wear increment (315-1, 315-2, 315-3) is estimated based on experimental data and/or based on empirical values.
A method in accordance with claim 5,
wherein the size of the wear increment (315-1, 315-2, 315-3) is estimated based on measured values of at least one sensor (26, 28) which are determined during the disturbance event.
A method in accordance with any one of the preceding claims,
wherein the size of the wear increment (315-1, 315-2, 315-3) is estimated in dependence on a rotational speed of the rotor (12, 149) when the disturbance event occurs and/or in dependence on an installation position of the vacuum pump (10, 111).
A method in accordance with any one of the preceding claims,
wherein the wear increment (315-1, 315-2, 315-3) comprises at least two portions of which a first portion is based on an initial acceleration of the safety bearing (215) when the disturbance event occurs and a second portion is based on wear of the safety bearing (215) to be expected during the stabilization of the rotor (12, 149) or during a coasting down of the rotor (12, 149) until it comes to a standstill.
A method in accordance with any one of the preceding claims,
wherein the set (330) of operating specifications for the vacuum pump (10, 111) has at least two operating states of the vacuum pump (10, 111) to be achieved during a disturbance event that comprise the maintenance of the vacuum within the vacuum pump (10, 111) and the shutting down of the vacuum pump (10, 111).
A method in accordance with claim 9,
wherein the operating states to be achieved during a disturbance event are prioritized by a user of the vacuum pump (10, 111) and/or by a learning algorithm.
A method in accordance with any one of the preceding claims,
wherein the wear increment (315-1) for the safety bearing (215) estimated based on the detected disturbance event is updated during the measure for stabilizing the rotor (12, 149) or during the shutting down of the vacuum pump (10, 111) and the updated wear increment (315-2, 315-3) is added to the variable (325) for the total wear of the safety bearing (325) instead of the previously estimated wear increment (315-1).
A method in accordance with any one of the preceding claims,
wherein the safety bearing (215) has a plurality of support positions and the method further comprises a respective wear increment (315-1, 315-2, 315-3) being determined for each support position and being added to a respective variable (325) for the total wear at the respective support position.
A vacuum pump (10, 111) comprising
a rotor (12, 149);

a stator;

an actively regulated magnetic bearing (20, 22) for supporting the rotor (12, 149);

a safety bearing (215) for the rotor (12, 149);

at least one means for detecting a disturbance event during which the rotor (12, 149), with respect to the stator, leaves a spatial region provided for the rotor (12, 149) such that wear occurs at the safety bearing (215);

a control device; and

a memory (320) which comprises a variable (325) for the total wear of the safety bearing (215),

wherein the control device is configured to perform a method in accordance with any one of the preceding claims.
A vacuum pump (10, 111) in accordance with claim 13,
wherein the memory (320) is configured to only enable the addition of wear increments for the safety bearing (215) to the variable (325) for the total wear of the safety bearing (215) and otherwise to maintain the variable (325) for the total wear of the safety bearing (215) unchanged during the total service life of the safety bearing (215).
A vacuum pump (10, 111) in accordance with claim 13 or claim 14,
wherein the at least one means for detecting the disturbance event comprises a sensor (26, 28) which is configured to detect the spatial position of the rotor (12, 149) and/or a vibration sensor and/or acceleration sensor which is attached to the stator.