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Dokumentenidentifikation DE10156205A1 05.06.2003
Titel Testgaslecksuchgerät
Anmelder Inficon GmbH, 50968 Köln, DE
Erfinder Große Bley, Werner, 53125 Bonn, DE;
Böhm, Thomas, 50859 Köln, DE
Vertreter Leineweber, J., Dipl.-Phys., Pat.-Anw., 50859 Köln
DE-Anmeldedatum 15.11.2001
DE-Aktenzeichen 10156205
Offenlegungstag 05.06.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.06.2003
IPC-Hauptklasse G01M 3/00
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf ein Testgaslecksuchgerät (1) mit einem Einlass (2) für auf das Vorhandensein von Testgas zu untersuchenden Gasen, mit einem Testgasdetektor (22), mit einem an den Testgasdetektor angeschlossenen Hochvakuumpumpsystem (15), mit einem der Zuführung der auf das Vorhandensein von Testgas zu untersuchenden Gasen dienenden Zwischeneintritt (14) am Hochvakuumpumpsystem (15), mit einer an das Hochvakuumpumpsystem (15) angeschlossenen Vorvakuumpumpe (8) und mit einem mit einem Ventil (5) ausgerüsteten Leitungsabschnitt (3, 6) zwischen dem Einlass (2) und der Vorvakuumpumpe (8); um ein Gerät dieser Art schneller und empfindlicher zu machen, wird vorgeschlagen, dass sich zwischen Einlass (2) und Zwischeneintritt (14) eine weitere Hochvakuumpumpe (11) befindet, deren Austritt (12) außerdem über eine mit einem Ventil (17) ausgerüsteten Leitungsabschnitt mit dem Eintritt (7) der Vorvakuumpumpe (8) verbunden ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Testgaslecksuchgerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Lecksuchgeräte dieser Art werden auch als Gegenstromlecksuchgeräte bezeichnet, da das über den Zwischeneintritt in das Hochvakuumpumpsystem (eine oder mehrere hintereinander geschaltete Hochvakuumpumpstufe(n), vorzugsweise Reibungspumpstufen) gelangende Testgas entgegen der Förderrichtung des Pumpsystems zum Testgasdetektor strömt. Die Lecksuche erfolgt in der Weise, dass der Einlaß des Gerätes z. B. mit einem Prüfling verbunden wird, der von außen mit Testgas besprüht wird. Im Falle eines Lecks dringt Testgas in den Prüfling ein und wird mit Hilfe des Testgasdetektors festgestellt. An den Einlaß des Lecksuchgerätes kann auch eine Testkammer angeschlossen werden, in der sich ein oder mehrere Testgas enthaltende Prüflinge befinden. Während der Lecksuche gelangt für den Fall, dass der bzw. ein Prüfling leck ist, Testgas in die Testkammer und wird mit Hilfe des Testgasdetektors nachgewiesen. Die geschilderte Vakuumlecksuche kann qualitativ oder quantitativ durchgeführt werden. Als Testgas hat sich Helium bewährt.

Aus der US 4 472 962 ist ein Lecksuchgerät der hier betroffenen Art bekannt. An seinen Einlaß ist eine Testkammer angeschlossen. Die Evakuierung der Testkammer erfolgt über die Vorvakuumpumpe, die für den Betrieb des als Turbomolekularvakuumpumpe ausgebildeten Hochvakuumpumpsystems erforderlich ist. Während der Lecksuche wird auf das Vorhandensein eines Testgases zu untersuchendes Gas einem Zwischeneintritt an der Turbomolekularpumpe zugeführt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Lecksuchgerät nach dem Stand der Technik hinsichtlich Schnelligkeit und Empfindlichkeit der Lecksuche zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche gelöst. Durch den Einsatz der weiteren Hochvakuumpumpe (Boosterpumpe) wird erreicht, dass die an den Einlaß des Lecksuchgerätes angeschlossene Testkammer bzw. der an den Einlaß angeschlossene Prüfling mit kürzerer Ansprechzeit geprüft werden kann, da die Ansprechzeit von der Zeitkonstante τ = V/SHe bestimmt ist. V = Prüfling Volumen, SHe Saugvermögen der Boosterpumpe für He. Trotz des großen Saugvermögens der Boosterpumpe (11) bleibt die Nachweisempfindlichkeit hoch, da sie nur durch das Hochvakuumpumpsystem und die Auslegung ihrer Gegenstromstufen bestimmt ist. Durch den Einsatz einer rel. großen Vorvakuumpumpe wird die Evakuierungszeit kurz, was zusätzlich durch einen rel. hohen Umschaltdruck auf die Boosterpumpe erreicht wird.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass nicht nur die empfindliche, sondern auch die vorhergehenden Grob- und Feinlecksuchschritte bei offener Verbindung zwischen Austritt der weiteren Hochvakuumpumpe und Zwischeneintritt am Hochvakuumpumpsystem durchgeführt werden können. Diese Verbindung kann deshalb permanent offen gehalten werden. Der Einbau von Ventilen entfällt. Ein kontinuierlicher Messbetrieb von der Grob- bis zur hochempfindlichen Lecksuche ist möglich.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles für ein Lecksuchgerät nach der Erfindung erläutert werden.

Die Figur zeigt schematisch die Bauteile des Lecksuchgerätes 1, dessen Einlass mit 2 bezeichnet ist. An den Einlass schließen sich zwei Leitungsabschnitte 3 und 4 an. Leitungsabschnitt 3 ist mit einem Ventil 5 ausgerüstet und steht über den Leitungsabschnitt 6 mit dem Eintritt 7 der Vorvakuumpumpe 8 in Verbindung. In der Leitung 4 befinden sich ein Ventil 9 und eine Hochvakuumpumpe 11 (Boosterpumpe), deren Austritt 12 über einen ständig offenen Leitungsabschnitt 13 mit einem Zwischeneintritt 14 an einer zweiten Hochvakuumpumpe 15 in Verbindung steht. Der Austritt 12 der Hochvakuumpumpe 11 ist außerdem über die Leitungsabschnitte 16 - mit Ventil 17 - und 6 mit dem Eintritt 7 der Vorvakuumpumpe 8 in Verbindung.

Die Hochvakuumpumpe 15 ist die vom Testgas - zumindest abschnittsweise - entgegen ihrer Förderrichtung durchströmte Lecksuchpumpe. An ihren Eintritt 21 ist der Testgasdetektor 22 - bei der Verwendung von Helium als Testgas vorzugsweise ein Massenspektrometer - angeschlossen. Ihr Austritt 23 steht über dem Leitungsabschnitt 24 mit dem Eintritt 7 der Vorvakuumpumpe 8 in Verbindung. Im Leitungsabschnitt 24 befinden sich - in Strömungsrichtung - eine Drossel 25 und ein Ventil 26, die auch als ein Bauteil (z. B. Ventil mit geringer Nennweite) ausgebildet sein können.

Zwei Druckmessgeräte 27 und 28 liefern Information über den Einlassdruck (Gerät 27) und den Druck am Zwischeneintritt 14 (Gerät 28). Mit Hilfe der gelieferten Drucksignale wird der Lecksuchbetrieb gesteuert. Eine Steuerung und zugehörige Leitungen sind nicht dargestellt.

Nach dem Anschluss eines Prüflings an den Einlass 2 erfolgt zunächst die Vorevakuierung des Prüflings. In dieser Phase sind alle Ventile - außer Ventil 5 - geschlossen. Bereits nach kurzer Zeit (Einlassdruck einige mbar, je nach den Eigenschaften der Pumpe 15) kann das Ventil 26 geöffnet werden. Sollte der Prüfling ein grobes Leck aufweisen, gelangt Testgas durch Ventil 26, Drossel 25 und Hochvakuumpumpe 15 (im Gegenstrom) zum Detektor 22 und wird registriert.

Der Übergang zur Feinlecksuche erfolgt dadurch, dass das Ventil 5 geschlossen und die Ventile 9 und 17geöffnet werden. Dieser Schritt kann bereits zu dem Zeitpunkt getan werden, wenn der Einlassdruck etwa den Wert hat, der am Zwischeneintritt (14) nötig ist, um den dem Arbeitsdruck im Testgasdetektor (Massenspektrometer) gerade noch aufrecht zu erhalten. In diesem Zustand ist das Saugvermögen der Boosterpumpe 11 klein, bewirkt also keine schädliche Druckerhöhung am Zwischeneintritt. Außerdem ist in dieser Phase das Saugvermögen der Vorvakuumpumpe 8 noch größer als das Saugvermögen der Boosterpumpe 11. Weist der Prüfling kleinere Lecks auf, werden diese erkannt (Feinlecksuche).

Mit zunehmender Druckabnahme am Einlass 2 wird das Saugvermögen der Boosterpumpe 11 größer, der Prüfling wird relativ schnell auf niedrige Drücke evakuiert. Hat der Einlassdruck z. B. einen Wert von 10-2 mbar erreicht, beginnt die hochempfindliche Lecksuche dadurch, dass das Ventil 17 geschlossen wird. Durch ein gegebenenfalls noch vorhandenes, sehr kleines Leck im Prüfling austretendes Testgas tritt vollständig in den Zwischeneintritt 14 ein und wird vom Massenspektrometer 22 registriert.

Als Vorvakuumpumpe 8 können ölgedichtete oder trockene (ölfreie) Pumpen verwendet werden, zweckmäßig mit Saugvermögen ≥ 16 m3h (d. h., relativ "große" Pumpen) wegen der relativ großen Volumina von Prüfling oder Testkammer. Die Drossel 25 bewirkt, dass die Empfindlichkeit für die Lecksuche, bestimmt durch KTMP.SVVP (KTMP = Kompression der Lecksuchpumpe, SVVP = Saugvermögen der Vorpumpe), nicht zu klein wird, obwohl die Vorvakuumpumpe "groß" ist.

Die Booster-Turbomolekularpumpe 11 sollte so gewählt werden, dass sie auch bei hohem Einlassdruck bereits ein nennenswertes Saugvermögen hat. Für die Lecksuchpumpe 15 gilt, dass sie im unteren Bereich eine relativ hohe Kompression hat, um die instabile Vorvakuumpumpe zu isolieren. So genannte Compoundpumpen, also Reibungspumpen mit einer saugseitig gelegenen Turbopumpstufe und einer druckseitig gelegenen Molekularpumpstufe, haben diese Eigenschaften.


Anspruch[de]
  1. 1. Testgaslecksuchgerät (1) mit einem Einlaß (2) für auf das Vorhandensein von Testgas zu untersuchenden Gasen, mit einem Testgasdetektor (22), mit einem an den Testgasdetektor angeschlossenen Hochvakuumpumpsystem (15), mit einem der Zuführung der auf das Vorhandensein von Testgas zu untersuchenden Gasen dienenden Zwischeneintritt (14) am Hochvakuumpumpsystem (15), mit einer an das Hochvakuumpumpsystem (15) angeschlossenen Vorvakuumpumpe (8) und mit einem mit einem Ventil (5) ausgerüsteten Leitungsabschnitt (3, 6) zwischen dem Einlaß (2) und der Vorvakuumpumpe (8), dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen Einlaß (2) und Zwischeneintritt (14) eine weitere Hochvakuumpumpe (11) befindet, deren Austritt (12) außerdem über eine mit einem Ventil (17) ausgerüsteten Leitungsabschnitt mit dem Eintritt (7) der Vorvakuumpumpe (8) verbunden ist.
  2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsabschnitt (13) zwischen dem Austritt (12) der weiteren Hochvakuumpumpe (11) und dem Zwischeneintritt (14) ventilfrei, d. h. permanent offen ist.
  3. 3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Testgasdetektor (22) ein Massenspektrometer ist.
  4. 4. Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Leitungsabschnitt (24) zwischen dem Austritt (23) des Hochvakuumpumpsystems (15) und dem Eintritt (7) der Vorvakuumpumpe (8) eine Drossel (25) und ein Ventil (26) befinden.
  5. 5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Drossel (25) und Ventil (26) als ein Bauteil ausgebildet sind, und zwar als Ventil mit kleiner Nennweite.
  6. 6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorvakuumpumpe (8) ein Saugvermögen ≥ 16 m3/h hat.
  7. 7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Boosterpumpe (11) und/oder Lecksuchpumpe (15) als Compoundpumpen ausgebildet sind.






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