Die Erfindung bezieht sich auf ein Umwälzgebläse, eine Vakuumpumpe oder eine ähnliche Maschine mit einem Ge¬ häuse, mit einem im Gehäuse angeordneten Rotor und mit Rotorlagerungen.

Machinen der erwähnten Art werden häufig bei Anlagen eingesetzt, die lange Betriebszeiten haben. Die Be¬ triebszeit von Gaslasern, in welchen zur Umwälzung des Lasergases Gebläse benötigt werden, betragen beispiels¬ weise 10 bis 20.000 Stunden.

Anlagen für die Erzeugung von Halbleiterbauteilen benö¬ tigen Vakuumpumpen. Sie werden häufig mehrere Monate ohne Unterbrechung betrieben.

Die Lebensdauer eines Gebläses oder einer Vakuumpumpe hängt maßgeblich von der Lebensdauer der eingebauten La¬ ger ab. Ein Lagerausfall führt jedoch nicht nur zu einer Betriebsunterbrechung; er kann sogar - insbesondere bei mit hohen Drehzahlen betriebenen Gebläsen und Turbomole¬ kularvakuumpumpen - einen Totalschaden der Pumpe zur Folge haben. Um diese nächteiligen Folgen eines Lager¬ ausfalles zu vermeiden, ist man bisher den Weg der vor¬ beugenden Instandhaltung gegangen, d.h., daß die Lager relativ häufig ausgewechselt wurden. Vorbeugende In-

_S tandhaltungsarbeiten dieser Art sind aufwendig und kostspielig. Außerdem sind sie ebenfalls mit Betriebs¬ unterbrechungen verbunden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Vakuumpumpen der eingangs erwähnten Art auf die re¬ lativ häufigen vorbeugenden Instandhaltungsarbeiten ver¬ zichten zu können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Gehäuse der Vakuumpumpe mit einem Körperschallsensor ausgerüstet ist und daß zur Verarbeitung und Auswertung der vom Sensor gelieferten Signale eine elektronische Einheit vorgesehen ist. Ein Körperschallsensor ist in der Lage, die während des Betriebs der Vakuumpumpe auf¬ tretenden Vibrationen bzw. Körperschallsignale zu erfas¬ sen, auszuwerten und beim Überschreiten eines vorgegebe¬ nen Grenzwertes Schaltvorgänge, z.B. das Abschalten der Pumpe, auszulösen. Lagerschäden kündigen sich in aller Regel durch eine Zunahme der ohnehin infolge der Rotor¬ drehung vorhandenen Vibrationen an. Mit Hilfe des Kör¬ perschallsensors können die Pumpe nach einem Überschrei¬ ten eines vorgegebenen Grenzwertes abgeschaltet und die Lager ausgewechselt werden, bevor es zu einem Totalscha¬ den in der Pumpe kommt. Häufige vorbeugende Instandhal¬ tungsarbeiten sind nicht mehr erforderlich.

Als geeignete Sensoren haben sich handelsübliche Körper¬ schallsensoren erwiesen, wie sie beispielsweise aus der Automobilindustrie zur Überwachung des Klopfens von Mo¬ toren bekannt sind. Sensoren dieser Art werden in Gro߬ serien hergestellt und sind deshalb preiswert. Sie be¬ sitzen eine Piezokeramik, bei der Schwingungen Ladungs¬ verschiebungen bewirken. Diese können mit Hilfe einer elektronischen Einheit erfaßt und ausgewertet werden.

Der Einsatz von Körperschallsensoren hat sich als beson¬ ders vorteilhaft bei Vakuumpumpen mit Keramiklagern oder Hybridlagern erwiesen. Bei Lagern dieser Art bestehen zumindest die Wälzkörpern aus Keramik. Versuche haben ergeben, daß Keramiklager einen Schaden, der zu einem Lagerausfall führt, bereits sehr früh (viele Stunden vor dem eigentlichen Lagerausfall) durch verstärkte Vibra¬ tionen anzeigen. Es ist deshalb nicht erforderlich, so¬ fort nach den ersten vom Körperschallsensor gelieferten Signalen mit Notabschaltungen und/oder Betriebsunterbre¬ chungen zu reagieren. Herstellungs- oder Fertigungspro¬ zesse können in aller Regel noch zu Ende geführt werden. Erst danach müssen die Pumpe abgeschaltet und die Lager ausgetauscht werden.

In mehrfacher Hinsicht vorteilhaft ist weiterhin, wenn der Sensor und die elektronische Einheit breitbandig (etwa 0,1 bis 100 kHz) ausgelegt sind. Zum einen entfal¬ len aufwendige elektronische Filtersysteme/ zum anderen können störende Vibrationen mit von den Lagerfrequenzen verschiedenen Frequenzen erfaßt werden. Solche Vibratio¬ nen treten beispielsweise infolge von Unwuchten des Ro¬ tors auf. Die Gefahr der Zunahme von Rotor-Unwuchten be¬ steht insbesondere bei Vakuumpumpen, die in Halbleiter- Beschichtungs-Anlagen eingesetzt werden. Bei diesen An¬ lagen gelangen staubförmige Verunreinigungen in die Va¬ kuumpumpe, welche häufig sogar erst bei ansteigendem Druck, also im Schöpfräum der Vakuumpumpe entstehen. Diese lagern sich auf der Oberfläche des Rotors an und führen nach und nach zu Unwuchten.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausfüh¬ rungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen

Figur 1 ein Turboradialgebläse mit einem Sensor nach der Erfindung,

Figur 2 einen auf das Gehäuse der Pumpe befestigten Körperschallsensor, der über eine Kabelverbindung mit einer elektronischen Einheit in Verbindung steht und

Figur 3 einen gemeinsam mit der elektronischen Ein¬ heit in einem Gehäuse untergebrachten Körperschall¬ sensor, der zusammen mit dem Elektronikgehäuse am Pumpengehäuse befestigt ist.

Figur 1 zeigt als Beispiel für eine Vakuumpumpe ein Tur¬ boradialgebläse 1 mit seinem Gehäuse 2. Innerhalb des Gehäuses 2 befinden sich der Rotor 3, bestehend aus dem Läufer 4 und der Welle 5. Der Welle 5 sind die Rotorla¬ ger 6 und 7 sowie der Antriebsmotor 8 zugeordnet.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 und 2 ist der Sensor 11 unmittelbar am Pumpengehäuse 2 ange¬ koppelt (angeschraubt) . Über eine Kabelverbindung 12 ist er mit dem Gehäuse 13 verbunden, in dem sich die elek¬ tronische Einheit 14 befindet.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 befindet sich der Sensor 1 ebenfalls im Elektronikgehäuse 13. Gemeinsam mit diesem Gehäuse 13 ist er am Pumpengehäuse 2 - von außen oder von innen - befestigt. Zweckmäßig bestehen Gehäuse 13 und eine gegebenenfalls vorhandene Gehäuse¬ dichtung aus einem Hochfrequenzfelder abschirmenden Werkstoff (Metall, vorzugsweise Aluminium) .

Entsprechend Figur 3 umfaßt die elektronische Einheit einen Eingangsverstärker 17, einen Gleichrichter 18, ei¬ nen Verstärker 19 und einen Controller (z.B. Mikropro¬ zessor) 21. Hinter dem Eingangsverstärker 17 kann ein gepuffertes dynamisches Signal (Ausgang 22) abgenommen werden. Am Ausgang des Verstärkers 19 liegt ein Ana-

logsignal vor, das am Ausgang 23 abgenommen werden kann. Weiterhin sind drei vom Controller 21 gesteuerte Schalt¬ ausgänge 24, 25, 26 vorhanden, die beim Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes beispielsweise ein Warn¬ signal, ein direktes Schaltsignal und ein verzögertes Schaltsignal liefern.

Zur Visualisierung des Schwingungsvorganges sowie zur Einstellung der Schaltschwellen steht eine serielle Ver¬ bindung 27, z.B. nach RS232 Standard, mit einem PC zur Verfügung. Die zugehörige Software bringt den Effektiv¬ wert des Schwingungssignales sowie die beiden aktuellen Schwellwerte online in einem Oszillogramm zur Anzeige. Zusätzlich werden die entsprechenden digitalen Werte an¬ gezeigt sowie im Sensor integrierte Betriebsstunden- und Abschaltungszähler ausgelesen und dargestellt. Ist in der elektronischen Einheit 14 ein nichtflüchtiges Spei¬ cherelement vorgesehen, dann kann dieses der Speicherung dieser oder ähnlicher Daten dienen. Sie können in diesem Fall auch nach der Abschaltung von Pumpe und Sensor noch ausgelesen werden.

Die Überwachung der Vakuumpumpe 1 mit Hilfe des be¬ schriebenen Sensors kann folgendermaßen durchgeführt werden:

Bei Überschreitung eines frei einstellbaren Schwellwer¬ tes wird ein erster Schaltausgang (24) gesetzt, der nach Unterschreiten der Schwelle wieder zurückgenommen wird. Üblicherweise dient dieser Ausgang zur Ausgabe einer Warnung.

Wird eine zweite, ebenfalls frei wählbare Schwelle in¬ nerhalb eines ersten Zeitabschnittes, z.B; 1 Minute, für die Dauer eines zweiten Zeitabschnittes, z.B. für minde¬ stens 30s, überschritten, wird der zugehörige, zweite Schaltausgang (25) gesetzt. Nach einem dritten Zeitab-

schnitt, z.B. 40 bis 50s später, folgt das Setzen des dritten Schaltausganges (26) . Die beiden Ausgänge 25 und 26 können zur Abschaltung und Verriegelung der überwach¬ ten Pumpe benutzt werden. Sie werden erst mit einem Ver- sorgungsspannungsreset zurückgenommen.