Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, die aus einer Pumpeneinheit und einer davon getrennt angeordneten Steuer- und Versorgungseinheit besteht.

Derartige Vakuumpumpen dienen zur Erzeugung eines Vaku¬ ums, beispielsweise für die Halbleiterfertigung oder für Aufdampf- und Beschichtungsanlagen. Die Vakuumpumpe besteht häufig aus einer Pumpeneinheit und einer ent¬ fernt davon angeordneten Steuer- und Versorgungsein¬ heit. Die Pumpeneinheit, die den Motor und den eigent¬ lichen Pumpenteil enthält, ist dort angeordnet, wo das Vakuum benötigt wird, während die Steuer- und Versor¬ gungseinheit an einer anderen Stelle, gelegentlich so¬ gar in einem anderen Gebäude, untergebracht sein kann, um z.B. Kosten an Reinräumen zu sparen. Die Entfernung zwischen Steuer- und Versorgungseinheit und Pumpenein¬ heit kann bis zu 100 m betragen. Besonders bei großen, zentral gesteuerten Anlagen gibt es Fälle, in denen eine einzige Steuer- und Versorgungseinheit für mehrere

Pumpeneinheiten vorgesehen ist, wobei die Pumpeneinhei¬ ten wahlweise an die Steuer- und Versorgungseinheiten anschließbar sind.

Aus EP 0 464 571 AI ist eine Vakuumpumpe der im Oberbe¬ griff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art bekannt. Bei dieser Vakuumpumpe enthält die Pumpeneinheit einen nicht-flüchtigen Speicher, der von der Steuer- und Ver¬ sorgungseinheit derart gesteuert ist, daß er bei Unter¬ brechung der Stromversorgung der Pumpeneinheit Daten aufnimmt, die diese Pumpeneinheit betreffen, beispiels¬ weise Daten über die Betriebszeit. Damit enthält jede Pumpeneinheit die zu ihr gehörenden Betriebsdaten, die nicht verloren gehen können. Ferner sind an den Spei¬ cher Meßwertaufnehmer, z.B. für Lagertemperatur, Dreh¬ zahl u.dgl. angeschlossen, deren Meßwerte unter Steue¬ rung durch die Steuer- und Versorgungseinheit in den Speicher übernommen werden können. Sobald die Stromver¬ sorgung der Pumpeneinheit unterbrochen ist, wird die zuvor gemessene Betriebszeit in den Speicher eingege¬ ben. Aus diesem Speicher kann sowohl die Gesamtbe¬ triebszeit der Pumpe als auch die Betriebszeit seit dem letzten Anfahren abgerufen werden. Bei einer Unterbre¬ chung der Stromversorgung wird die von der Steuer- und Versorgungseinheit gemessene Betriebszeit erst anschließend an die Pumpeneinheit übertragen. Hierbei können, insbesondere bei langen Übertragungswegen, Übertragungsfehler auftreten, übertragungsfehler sind darüber hinaus selbst bei laufender Stromversorgung möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aus Pum¬ peneinheit und Steuer- und Versorgungseinheit bestehen-

de Vakuumpumpe zu schaffen, bei der im Falle der Unter¬ brechung der Stromversorgung wesentliche Betriebsdaten automatisch in der Pumpeneinheit gespeichert werden und die darüber hinaus bessere überwachungs- oder Regelungsmöglichkeiten bietet, ohne einen übermäßigen Signalfluß über die Übertragungsleitung zu erfordern.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Nach der Erfindung enthält die Pumpeneinheit einen ei¬ genen Mikroprozessor bzw. Mikrocontroller, der mit der Steuer- und Versorgungseinheit bidirektional kommuni¬ ziert. Die Pumpeneinheit hat also eine eigene künstli¬ che Intelligenz. Der Mikrocontroller steuert die Daten- ein- und -ausgäbe des nicht-flüchtigen Speichers, so daß der Speicher nicht unmittelbar von der entfernt angeordneten Steuer- und Versorgungseinheit aus gesteu¬ ert wird. Der in der Pumpeneinheit enthaltene Mikrocon¬ troller übernimmt also die Organisation des nicht¬ flüchtigen Speichers und er kann darüber hinaus auch noch Überwachungsaufgaben in der Pumpeneinheit selb¬ ständig übernehmen, z.B. die Überwachung von Temperatu¬ ren und Signalen der Magnetlager sowie die Überwachung auf störende Magnetfelder. Da der Mikrocontroller in unmittelbarer Nähe des Speichers angeordnet ist, ist die Gefahr von Übertragungsfehlern gering. Ferner kann der Mikrocontroller mit dem Speicher in einem Protokoll kommunizieren, das unterschiedlich von dem Kommunika¬ tionsprotokoll zwischen Mikrocontroller und Steuer- und Versorgungseinheit ist. Die Befehls- und Datenwörter können aus einer geringeren Bit-Zahl bestehen. Bei Wahl eines geeigneten Kommunikationsprotokolls kann man für

die Übertragungsleitungen auch eine einzige Leitung verwenden.

Die Aufgaben, die der Mikrocontroller in der Pumpenein¬ heit erfüllt, sind sehr vielseitig. Nicht alle diese Operationen müssen der Steuer- und Versorgungseinheit mitgeteilt werden. Der Mikrocontroller führt die Ver¬ waltung der Pumpeneinheit im wesentlichen selbständig durch. Es genügt, wenn in Störungsfällen oder in größe¬ ren Zeitabschnitten bestimmte ausgewählte Daten an die Steuer- und Versorgungseinheit mitgeteilt werden. Auf diese Weise kann der Datenfluß zwischen der Pumpenein¬ heit und der Steuer- und Versorgungseinheit wesentlich reduziert werden. Andererseits können wichtige Informa¬ tionen oder Befehle sehr schnell übermittelt werden.

Ein besonderer Vorteil ergibt sich, wenn die Datenüber¬ tragung zwischen der Steuer- und Versorgungseinheit und dem Mikrocontroller mit redundanten fehlersicheren Co¬ des erfolgt, die beim Empfänger eine Fehlererkennung und/ oder Fehlerkorrektur der übertragenen Daten ermög¬ licht. Solche Fehlererkennungs- oder Korrektursysteme sind bekannt. Die Erfindung ermöglicht die Anwendung dieser gesicherten Datenübertragung bei einer Vakuum¬ pumpe dadurch, daß die Pumpeneinheit einen eigenen Mi¬ krocontroller enthält, der imstande ist, die hierfür erforderlichen logischen Operationen durchzuführen. Die Fehlererkennung oder Fehlerkorrektur kann z.B. durch Bilden von Prüfsummen der übersandten Signale durchge¬ führt werden. Hierdurch wird die Datenübertragung zwi¬ schen der Steuer- und Versorgungseinheit und der Pum¬ peneinheit sicherer. Diese Datenübertragung ist insbe¬ sondere bei einer langen Übertragungsleitung, in deren

Umgebung elektromagnetische Störfelder auftreten, der Gefahr von Übertragungsfehlern ausgesetzt. Bei vielen Daten, wie z.B. der Betriebszeit, würde eine einzige Fehlübertragung in der Betriebszeit zu unsinnigen Er¬ gebnissen führen. Eine zuverlässige Datenübertragung ist also von äußerster Wichtigkeit.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die einzige Fi¬ gur der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

In der Zeichnung ist ein Blockschaltbild der Vakuumpum¬ pe dargestellt.

Die Vakuumpumpe weist eine Steuer- und Versorgungsein¬ heit 10 auf, die einen Leistungsteil 11 zur Erzeugung der Versorgungsleistung für den Pumpenmotor und die Magnetlager der Pumpe enthält. Ferner ist in der Steu¬ er- und Versorgungseinheit ein Mikrocontroller 12 oder Mikroprozessor enthalten, der von einem Versorgungsteil 13 mit der erforderlichen Betriebsspannung von z.B. 15 V versorgt wird.

Die Pumpeneinheit 14 ist entfernt von der Steuer- und Versorgungseinheit 10 angeordnet und mit dieser durch Kabel verbunden. Die Pumpeneinheit 14 enthält den Pum¬ penteil 15, bei dem es sich beispielsweise um eine Tur¬ bo-Molekularpumpe handelt, deren Motor in Magnetlagern gelagert ist. Der Pumpenteil 15 ist mit dem Leistungs¬ teil 11 über ein mehradriges Leistungskabel 16 verbun¬ den.

Die Pumpeneinheit 14 enthält ferner einen Mikroprozes¬ sor 17, der über Datenleitungen 18 mit dem Mikroprozes¬ sor 12 der Steuer- und Versorgungseinheit bidirektional kommuniziert. Die Datenleitungen 18 enthalten wegen der großen Leitungslänge Treiber 19. Der Mikroprozessor 17 oder Mikrocontroller ist mit einem ebenfalls in der Pumpeneinheit 14 angeordneten nicht-flüchtigen Speicher 20 verbunden, bei dem es sich um ein EEPROM (Electrical Erasable Read-Only Memory) handeln kann. Der Mikrocon¬ troller 17 und der Speicher 20 werden von einer in der Pumpeneinheit 14 vorgesehenen Betriebsversorgung 21 mit Spannung versorgt. Die Betriebsversorgung 21 enthält keine eigene Spannungsquelle, sondern sie ist über eine zusätzliche Leitung 22 mit dem Versorgungsteil 13 ver¬ bunden. Die vom Versorgungsteil 13 gelieferte Spannung von 15 V wird von der Betriebsversorgung 21 in eine Betriebsspannung von 5 V umgewandelt. Die Betriebsver¬ sorgung 21 enthält einen Spannungspeicher, z.B. einen Kondensator großer Kapazität, um in dem Fall, daß die Leitung 22 unterbrochen ist, die Betriebsspannung in der Pumpeneinheit 14 noch eine Zeitlang aufrechtzuer¬ halten. Alternativ kann die Betriebsversorgung aus ei¬ ner lokalen Stromquelle bestehen, z.B. aus einer Batte¬ rie oder einem Akkumulator.

An den Mikrocontroller 17 sind Sensoren 23,24 ange¬ schlossen, die verschiedene Betriebsparameter des Pum¬ penteils messen und an den Mikrocontroller 17 liefern. Dieser selektiert die Meßwerte und steuert die Eingabe bestimmter Meßwerte in den Speicher 20. Beispielsweise können folgende Größen unter Steuerung durch den Mikro¬ controller 17 gemessen werden:

1. Temperaturen im Pumpenteil

2. Betriebszeiten in der Pumpeneinheit 14

3. Spannungen

4. Ströme

5. Einbaulage des Pumpenrotors

6. störende externe Magnetfelder

7. Informationen über die Magnetlagerung, z.B. die Zahl der Fanglagerberührungen.

In den Speicher 20 können unter Steuerung durch den Mikrocontroller 17 außer den oben angegebenen Meßdaten die folgenden Daten eingespeichert werden:

1. Informationen über den Typ des Pumpenteils 15

2. exemplarspezifische Informationen der Pumpen¬ einheit 14 (Magnetlagerdaten/Regelparameter, Belastungsdauer und -häufigkeit der Notlager)

3. Informationen der Fertigung (Seriennummer usw.)

4. Information aus dem Prüffeld (Kennwerte, Kenn¬ daten)

5. Serviceinformationen (Reparaturdaten usw.)

6. vom Benutzer eingestelle Prozeßdaten.

Diese Daten, die individuelle Eigenschaften und Vergan¬ genheit der Pumpeneinheit 14 betreffen, bleiben im Speicher 20 auch erhalten, wenn die Steuer- und Versor¬ gungseinheit abgetrennt bzw. ausgetauscht wird. Diese Daten werden an eine nachfolgend angeschlossene neue Steuer- und Versorgungseinheit übermittelt.

Der Mikrocontroller 17 übernimmt die Speicherung und Auswertung der in der Pumpeneinheit 14 gemessenen Da¬ ten, wobei durch Verknüpfung auch neue Informationen erhalten werden können. Die Auswertung der Informatio¬ nen umfaßt folgende Tätigkeiten:

1. Erzeugung von Alarm oder Warnungen

2 . Angabe von Wartungsintervallen und Wartungsma߬ nahmen in Abhängigkeit von vorausgegangenen Betriebszuständen

3. Verknüpfen von Meßwerten und Ermitteln von Trendanalysen

4. Erstellen von Prozeßstatistiken

5. Bestimmen von Drücken.

Der Mikrocontroller 17 führt zwar eine laufende Überwa¬ chung der verschiedenen Betriebszustände oder Parameter durch, meldet an den Mikrocontroller 12 jedoch nur sol¬ che Betriebszustände oder Parameter, die aus dem Zuläs- sigkeitsbereich abweichen oder solche Parameter, die ausdrücklich abgerufen werden. Der Mikrocontroller 17 ist von geringerer Leistungsfähigkeit als der Mikrocon-

troller 12, der die gesamte Vakuumpumpe steuert. Er ist daher kostengünstiger und kleiner.

Die Regelung der Magnetlager des Pumpenteils 15 ist eine sehr komplexe Aufgabe, die eine hohe Rechenkapazi¬ tät erfordert. Daher erfolgt diese Regelung durch den Mikrocontoller 12, während die Überwachung der Magnet¬ lager, z.B. die Überwachung der Temperaturen der Ab¬ lenkspulen, vom Mikrocontroller 17 durchgeführt wird, der die Überwachungsdaten an dem Mikrocontroller 12 melden und in den Speicher 20 einspeichern kann.

Die Steuer- und Versorgungseinheit 10 kann von der Pum¬ peneinheit 14 abgetrennt werden. Die entsprechenden Leitungen der Pumpeneinheit 14 können dann an ein Dia¬ gnosegerät angeschlossen werden, das einen Mikrocon¬ troller enthält, der mit dem Mikrocontroller 17 der Pumpeneinheit kommuniziert. Die Diagnoseeinheit kann Daten aus dem Speicher 20 abrufen, die Funktionsfähig¬ keit der Sensoren 23,24 prüfen und Befehle an den Mi¬ krocontroller 17 geben.