Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe und insbesondere eine trockenverdichtende Zwei-Wellen-Pumpe, sowie ein Verfahren zum Betrieb ei- ner Vakuumpump.

Bekannte Vakuumpumpen weisen ein Gehäuse auf mit einem Einlass und einem Auslass. In dem Gehäuse ist ein Rotor angeordnet, welcher von einem Elektro- motor angetrieben wird und somit in Drehung versetzt wird. Der Rotor weist dabei Rotorelemente auf, welche mit einem Stator oder Rotorelementen eines zweiten Rotors Zusammenwirken, so dass ein gasförmiges Medium vom Einlass zum Auslass befördert wird.

Insbesondere bei trockenverdichtenden Zwei-Wellen-Pumpen ist es erforderlich, einen geringen Abstand zwischen den Rotorelementen der Rotoren bzw. den Rotorelementen und dem Stator vorzusehen um eine Rückströmung des Pumpmediums zu vermeiden und somit eine gute Pumpleistung zu erreichen. Der Abstand wird jedoch beeinflusst durch die Betriebstemperatur der Vakuum- pumpe sowie die Rotationsgeschwindigkeit der Rotoren. Der Abstand ist dabei derart auszulegen, dass auch bei nicht optimalen Betriebsgrößen, wie beispiels- weise hohem Einlassdruck, einer hohen Temperatur des einströmenden Gases oder einer hohen Temperatur der Kühlflüssigkeit, ein Berühren des Rotors mit dem Gehäuse und / oder der zweiten Welle verhindert wird. Somit wird bei bekannten Pumpen der Abstand zwischen Rotorelement und Stator bzw. dem Rotorelement eines zweiten Rotors so groß gewählt, dass der Abstand einen Sicherheitsspielraum aufweist. Hierdurch reduziert sich jedoch die Pumpleis- tung.

Es besteht die Möglichkeit den Abstand zwischen Rotorelement und Gehäuse bzw. dem Rotorelement der zweiten Welle mittels eines Sensors zu erfassen. Eine solche Erfassung ist jedoch aufwendig und damit teuer.

Ein weiterer kritischer Parameter beim Betrieb einer Vakuumpumpe ist die Tem- peratur der Lager mittels der die Rotoren gelagert werden. Durch die Drehung der Rotoren heizen sich die Lager auf, wobei eine Grenztemperatur nicht über- schritten werden darf, da vorhandenes Schmiermittel sich oberhalb der Grenz- temperatur zersetzen würde und seine Schmiereigenschaften verlieren würde. Zusätzlich ist die Lagertemperatur ebenso begrenzt durch die thermische Ver- formung. Hohe Drehzahl, hoher Einlassdruck, hohe Temperaturen des Einlass- gases sowie eine hohe Kühlwassertemperatur führen jedoch zu einer Tempera- tur der Lager, so dass die Drehzahl des Rotors entsprechend angepasst werden muss, so dass auch bei den schlecht möglichsten Betriebsbedingungen die Grenztemperatur für die Lager nicht erreicht wird. Hierzu wird die maximal mög- liche Drehgeschwindigkeit der Rotoren reduziert, wodurch ebenso Pumpleistung verloren geht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Vakuumpumpe sowie ein Ver- fahren zum Betrieb einer Vakuumpumpe zu schaffen, die günstig in der Herstel- lung ist und eine optimale Leistung erbringt.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vakuumpumpe gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 11. Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe, bei der es sich insbesondere um eine trockenverdichtende Zwei-Wellen-Pumpe handelt, weist ein Gehäuse auf mit ei- nem Einlass und einem Auslass. In dem Gehäuse ist ein Rotor angeordnet, wel- cher insbesondere drehbar mittels Lagern abgestützt wird. Dabei weist der Rotor insbesondere mindestens ein Rotorelement auf. Weiterhin ist ein Motor vorge- sehen zum Antreiben des Rotors, so dass der Rotor in Drehung versetzt wird, wobei durch die Drehung des Rotors ein gasförmiges Medium vom Einlass zum Auslass befördert wird. Weiterhin weist die Vakuumpumpe eine Steuereinrich- tung auf, die mit dem Motor verbunden ist zur Steuerung des Motors, wobei hier insbesondere die Drehzahl des Motors gesteuert wird.

Erfindungsgemäß ist ein Sensor vorgesehen zur Erfassung mindestens einer Be- triebsgröße der Pumpe, wobei der Sensor mit der Steuereinrichtung verbunden ist. Die Steuervorrichtung weist ein Korrelationsmodul auf, wobei das Korrelati- onsmodul ausgebildet ist, die erfasste Betriebsgröße mit einem kritischen Para- meter der Vakuumpumpe zu korrelieren. Sodann wird mittels der Steuereinrich- tung der Motor anhand des kritischen Parameters angesteuert, wobei insbeson- dere die Drehzahl des Motors gesteuert wird. Somit wird aus der mindestens einen erfassten Betriebsgröße der Pumpe ein kritischer Parameter der Vakuum- pumpe abgeleitet und anhand dessen der Motor angesteuert. Das Vorsehen ei- nes Sicherheitsspielraums des jeweiligen kritischen Parameters, welcher sicher- stellt, dass in jeder Betriebssituation der Vakuumpumpe ein Überschreiten eines Grenzwertes des kritischen Parameters verhindert wird, ist nicht mehr erforder- lich. Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe kann somit stets eine optimale Leis- tung erbringen in Abhängigkeit der vorliegenden Betriebsgrößen.

Vorzugsweise ist mehr als ein Sensor vorgesehen. Durch das Vorsehen von mehr als einem Sensor kann mehr als eine Betriebsgröße, insbesondere eine Vielzahl an Betriebsgrößen, der Vakuumpumpe erfasst werden. Somit liegt eine Vielzahl von Betriebsgrößen vor, welche mit einem kritischen Parameter korre- liert werden können. Alternativ hierzu ist es möglich, dass eine Betriebsgröße durch mehr als einen Sensor erfasst wird, insbesondere an unterschiedlichen Positionen an der Vakuumpumpe.

Vorzugsweise handelt es sich bei der erfassten Betriebsgröße um einen oder mehreren der folgenden Werte: Temperatur des Einlassgases, Temperatur des Auslassgases, Temperatur des einströmenden Kühlmediums, wobei es sich bei dem Kühlmedium insbesondere um Wasser handelt, Temperatur des ausströ- menden Kühlmediums, wobei es sich bei dem Kühlmedium insbesondere um Wasser handelt, Drehgeschwindigkeit des Motors, Motorleistung, wobei die Mo- torleistung insbesondere durch die Stromaufnahme oder den Phasenversatz zwischen Erregerspannung und Drehung des Rotors des Elektromotors be- stimmt wird, Kühlmediumflussrate, Vibration sowie Einlassdruck und Auslass- druck. Hierbei handelt es sich um Betriebsgrößen, welche einfach zu messen sind. Insbesondere sind die hierfür erforderlichen Sensoren kostengünstig.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem kritischen Parameter um den Abstand zwischen Rotor und / oder Stator oder Gehäuse. Insbesondere bei Vorsehen einer Zwei-Wellen-Pumpe kann es sich bei dem kritischen Parameter auch um den Abstand zwischen den zwei vorgesehenen Rotoren handeln. Alternativ oder zusätzlich kann als kritischer Parameter die Lagertemperatur gewählt sein. Ins- besondere kann mehr als ein kritischer Parameter berücksichtigt werden. Allge- mein handelt es sich bei dem kritischen Parameter um einen Parameter der Vakuumpumpe, bei dem ein Überschreiten eines Grenzwertes zur Beschädigung der Vakuumpumpe oder zum Ausfall der Vakuumpumpe führt.

Vorzugsweise ist das Korrelationsmodul ausgebildet die Betriebsgröße und den kritischen Parameter mittels einer Regression oder einer Fuzzy-Logik oder all- gemein einem Maschinellen-Lernen-Algorithmus, vorzugsweise mittels Regres- sion, oder einem auf maschinellen Lernen basierenden Regressionsmodel mit- einander zu korrelieren. Vorzugsweise ist das Korrelationsmodul ausgebildet die Betriebsgröße und den kritischen Parameter mittels einer Korrelationsfunktion miteinander zu korrelie- ren. Dabei kann die zugrundeliegende Korrelationsfunktion auf einem Modell der Vakuumpumpe basieren. Somit wird jede Betriebsgröße oder eine Vielzahl von Betriebsgrößen aufgrund der Korrelationsfunktion einem bestimmten Wert des kritischen Parameters oder der kritischen Parameter zugeordnet, so dass un- mittelbar aus der erfassten Betriebsgröße bzw. der Vielzahl an erfassten Be- triebsgrößen auf den bzw. die kritischen Parameter geschlossen werden kann.

Vorzugsweise weist das Korrelationsmodul ein neuronales Netzwerk auf, wobei das neuronale Netzwerk insbesondere als rekursives neuronales Netzwerk aus- gebildet ist. Dabei werden die Betriebsgröße und der kritische Parameter mittels des neuronalen Netzwerks miteinander korreliert. Aufgrund des Vorsehens des neuronalen Netzwerks kann ohne auf ein bestimmtes Modell zurückzugreifen die Betriebsgröße oder mehrere Betriebsgrößen mit einem kritischen Parameter korreliert werden.

Vorzugsweise wird das neuronale Netzwerk trainiert, wobei zunächst mindes- tens ein Sensor für mindestens einen kritischen Parameter vorgesehen ist. Da- bei wird für das Training die erfasste Betriebsgröße als Eingangswert verwendet und der kritische Parameter als Ausgangswert. Dabei wird der Ausgangswert verglichen mit dem kritischen Parameter, welcher durch den im Training vor- handenen Sensor ermittelt wird, und hierdurch das neuronale Netzwerk trai- niert. Das Training muss dabei für jeden Pumptyp, d.h. für jede unterschiedliche Vakuumpumpe lediglich einmal durchgeführt werden. Sobald ein geeignet trai- niertes neuronales Netzwerk vorliegt, kann dies in die Steuerungen weiterer Vakuumpumpen desgleichen Typs oder Vakuumpumpen mit lediglich unwesent- lichen Änderungen implementiert werden. Somit ist nur im Training ein Sensor für den mindestens einen kritischen Parameter erforderlich. Während des ei- gentlichen Betriebs kann auf einen Sensor für den kritischen Parameter verzich- tet werden. Vorzugsweise weist die Vakuumpumpe keinen Sensor für den kritischen Para- meter auf. Insbesondere weist die Vakuumpumpe keinen Sensor für jeglichen kritischen Parameter auf. Da es sich bei den Sensoren für kritische Parameter insbesondere um teure Sensoren handelt, können durch den Verzicht auf diese Sensoren die Kosten für die Vakuumpumpe deutlich reduziert werden.

Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung ausgebildet um bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts durch den kritischen Parameter die Drehgeschwin- digkeit des Rotors zu reduzieren. Somit wird verhindert, dass eine Beschädigung der Vakuumpumpe eintritt.

Vorzugsweise wird bei Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts durch den kritischen Parameter die Drehgeschwindigkeit erhöht. Hierbei handelt es sich insbesondere im Wesentlichen um denselben Grenzwert wie vorstehend be- schrieben. Hierdurch wird sichergestellt, dass stets eine optimale Betriebsleis- tung erzielt wird in Abhängigkeit der vorliegenden Betriebsbedingungen, welche gegeben sind durch die verschiedenen Betriebsgrößen.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Vakuumpumpe insbesondere wie vorstehend beschrieben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform un- ter Bezugnahme auf die beigefügte Figur näher erläutert.

Es zeigen :

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Zwei-Wellen-Pumpe ent- sprechend der vorliegenden Erfindung und

Fig. 2 ein Steuerungsdiagramm der Vakuumpumpe der Fig. 1. Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe 10, im dargestellten Beispiel ausgebildet als Schraubenpumpe, weist ein Gehäuse 12 auf mit einem Einlass 14 und einem Auslass 15. In dem Gehäuse 12 ist eine erste Welle 16 mit schraubenförmigen Rotorelementen 18 angeordnet. Parallel hierzu ist eine zweite Welle 20 in dem Gehäuse 12 angeordnet mit schraubenförmigen Rotorelementen 22, die im Ein- griff stehen mit den Rotorelementen 18 der ersten Welle 16. Weiterhin ist ein Elektromotor 24 vorgesehen, welcher über ein Getriebe 26 die beiden Wellen 16, 20 antreibt und in Drehung versetzt. Hierzu sind die Wellen 16, 20 durch Lager 28 drehend gelagert. Aufgrund der gegenläufigen Drehung der beiden Wellen 16, 20 und den mit den Wellen 16, 20 verbundenen Pumpelemente 18, 22 erfolgt ein Pumpen eines gasförmigen Mediums vom Einlass 14 zum Auslass 15.

Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe 10 weist weiterhin eine Steuerungsvor- richtung 30 auf zur Steuerung des Elektromotors 24. Mit der Steuervorrichtung 30 sind diverse Sensoren verbunden zur Erfassung von Betriebsgrößen der Va- kuumpumpe 10. In der Fig. 1 ist beispielsweise ein Sensor 36 ausgebildet als Temperatursensoren, welche am Einlass 32 einer Kühlmittelversorgung 34 des Gehäuses 12 angeordnet sind. Dieser Sensor 36 erfasst die Temperatur des einströmenden Kühlmediums, wobei es sich bei dem Kühlmedium insbesondere um Wasser handelt. Ein weiterer Sensor 38, der mit der Steuerungsvorrichtung 30 verbunden ist, erfasst die Temperatur des Einlassgases am Einlass 14. Wei- tere Betriebsgrößen können ebenfalls durch Sensoren erfasst werden, wobei es sich bei den Betriebsgrößen beispielsweise darüber hinaus noch um die Auslass- gastemperatur am Auslass 15 handelt, die Temperatur des ausströmenden Kühlmediums am Auslass 40 der Kühlmittelversorgung 34, der Drehgeschwin- digkeit der Rotorelemente 18, 22, der Motorleistung des Elektromotors 24, der Kühlmediumflussrate, der Kühlmittelversorgung 34, Vibrationen der Vakuum- pumpe 10 am Gehäuse 12, Einlassdruck am Einlass 14 und / oder Auslassdruck am Auslass 15. Einzelne, mehrere oder alle dieser vorgenannten Betriebsgrößen werden von der Steuereinrichtung 30 erfasst. Die Steuervorrichtung 30 weist ein Korrelati- onsmodul aus, wobei die erfassten Betriebsgrößen mit kritischen Parametern der Vakuumpumpe 10 korreliert werden. Sodann steuert die Steuervorrichtung 30 den Elektromotor 24 der Vakuumpumpe 10 in Abhängigkeit der hierdurch ermittelten kritischen Parameter. Bei den kritischen Parametern handelt es bei- spielsweise um den Abstand der Rotorelemente 18, 22 zueinander oder den jeweiligen Abstand der Rotorelemente 18, 22 zum Gehäuse 12. Kommen die Rotorelemente 18, 22 miteinander oder mit dem Gehäuse 12 in Berührung, führt dies zu einer starken Beschädigung oder gar zur Zerstörung der Vakuumpumpe. Mittels der Steuervorrichtung 30 wird auf Grund der ermittelten Betriebsgrößen und der daraus korrelierten kritischen Parameter die Vakuumpumpe angesteu- ert, beispielsweise zur Reduzierung der Drehgeschwindigkeit zur Vermeidung einer Berührung. Eine unmittelbare Erfassung der kritischen Parameter ist dabei nicht erforderlich. Ein weiterer kritischer Parameter ist die Lagertemperatur der Lager 28. Da bei Überschreiten einer Grenztemperatur die Schmierung der La- ger 28 nicht mehr gewährleistet ist, kann dies zu einer Zerstörung der Lager 28 führen. Weitere kritische Parameter können ebenfalls umfasst sein, wobei als kritischer Parameter jeder Parameter der Vakuumpumpe gilt, für den ein Grenz- wert derart existiert, dass bei Überschreiten dieses Grenzwertes der ordnungs- gemäße Betrieb der Vakuumpumpe nicht mehr gewährleistet ist und sogar eine Beschädigung oder Zerstörung der Vakuumpumpe erfolgen kann.

Fig. 2 zeigt ein Steuerungsdiagramm. Hierbei wird eine Vielzahl von Betriebsgrö- ßen 42 in ein Korrelationsmodul 44 geführt. Im Bespiel der Fig. 2 werden hierbei drei Betriebsgrößen 42 herangezogen. Diese Anzahl ist hierauf jedoch nicht be- schränkt, so dass mehr oder weniger Betriebsgrößen 42 herangezogen werden und an das Korrelationsmodul 44 übergeben werden können. Insbesondere handelt es sich bei dem Korrelationsmodul 44 um ein neuronales Netzwerk, welches auch ausgebildet sein kann als maschinenlern basiertes Mo- del, welches sodann die Betriebsgrößen 42 mit einem oder mehr kritischen Pa- rametern der Vakuumpumpe korreliert. Hierzu wird das neuronale Netzwerk des Korrelationsmoduls geeignet trainiert. Insbesondere ausschließlich für das Trai- ning wird ein Sensor an der Vakuumpumpe vorgesehen, welcher den kritischen Parameter unmittelbar ermittelt/misst, auf den später im Betrieb auf Grundlage der Betriebsgrößen geschlossen werden soll. Hierbei kann es sich auch um eine Vielzahl an kritischen Parametern handeln. Das Verfahren zum Training des neu- ronalen Netzwerks weist die folgenden Schritte auf:

a) Ermitteln der mindestens einen Betriebsgröße;

b) Korrelieren mit einem Wert für den mindestens einen kritischen Parame- ter;

c) Vergleichen des bestimmten Wertes des kritischen Parameters mit dem durch den im Training vorgesehenen Sensor gemessenen kritischen Pa- rameter;

d) Bei fehlender Übereinstimmung oder einer zu großen Abweichung : An- passen des neuronalen Netzwerks und erneutes Ausführen der Schritte a) bis d);

e) Bei Übereinstimmung oder eines unterhalb eines vorgegebenen Grenz- werts liegenden Abweichung : Beenden des Trainings;

f) Übertragung des so trainierten neuronalen Netzwerks in Vakuumpumpen desselben Typs.

Dabei weisen die Vakuumpumpen, welche das so übertragene neuronale Netz- werk im jeweiligen Korrelationsmodul aufweisen, insbesondere keinen Sensor mehr auf um den kritischen Parameter unmittelbar zu messen.

Im dargestellten Beispiel der Fig. 2 sind zwei kritische Parameter 46 vorgese- hen, wie beispielsweise der Abstand der Rotorelemente zum Gehäuse 12 bzw. zueinander und die Lagertemperatur der Lager 28. Die aus den Betriebsgrößen 42 mittels dem Korrelationsmodul 44 ermittelten kritischen Parametern 46 wer- den sodann in Komparatoren 50 mit vorgegebenen Grenzwerten 48 verglichen. Sensoren zur unmittelbaren Messung der kritischen Parameter sind nicht vor- gesehen. Überschreitet hierbei der mittels dem Korrelationsmodul 44 ermittelte kritische Parameter 46 den vorgegebenen Grenzwert 48, wird mittels dem Steu- erungselement 52 eine Anpassung der Drehgeschwindigkeit und insbesondere eine Reduzierung der Drehgeschwindigkeit veranlasst. Überschreiten mehr als ein ermittelter kritischer Parameter 46 die jeweils vorgegebenen Grenzwerte 48, wird aufgrund des Maximumelements 54 lediglich die größere Überschreitung berücksichtigt. Eine Reduzierung der Drehgeschwindigkeit durch das Steue- rungselement 52 aufgrund der größeren Überschreitung führt gleichzeitig dazu, dass die kleinere Überschreitung des anderen kritischen Parameters aufgelöst wird.

Unterschreiten jedoch die mittels des Korrelationsmoduls 44 ermittelten kriti- schen Parameter 46 die vorgegebenen Grenzwerte 48, so wird mittels des Steu- erungselements 52 eine Erhöhung der Drehgeschwindigkeit veranlasst. Hierzu ist jedoch ein absoluter Maximalwert der Drehgeschwindigkeit als Grenzwert 55 vorgegeben. Die vom Steuerungselement 52 veranlasste Drehzahlerhöhung wird mit dem Grenzwert 55 im Komparator 56 verglichen. Ist die maximal zu- lässige Drehgeschwindigkeit noch nicht erreicht, so wird die Drehzahlerhöhung an den Elektromotor 24 weitergegeben. Hierzu weist das Steuerungsbild der Fig. 2 einen Anschluss 58 auf, welcher mit dem Elektromotor 24 verbunden ist.

Das Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe wie vorstehend beschrieben weist somit folgende Schritte auf: a) Messen mindestens einer Betriebsgröße;

b) Korrelieren der gemessenen Betriebsgröße mit mindestens einem kriti- schen Parameter; c) Vergleichen des ermittelten kritischen Parameters mit einem vorgegebe- nen Grenzwert;

d) Ansteuern des Motors und insbesondere Anpassung der Drehzahl in Ab- hängigkeit des erfolgten Vergleichs.

Somit muss die Vakuumpumpe 10 nicht auf die schlecht möglichsten Betriebs- bedingungen ausgelegt werden, sondern der Betrieb kann dynamisch angepasst werden an die vorhandenen Betriebsgrößen, wobei stets darauf geachtet wird, dass kritische Parameter für den Betrieb der Vakuumpumpe die vorgegebenen Grenzwerte nicht überschreiten. Gleichzeitig wird jedoch bei Unterschreitung der Grenzwerte durch die kritischen Parameter eine Erhöhung der Drehge- schwindigkeit und somit der Pumpleistung ermöglicht.