DE102021134647A1 - Vakuumlecksucher mit Ansprüh-Membran-Testleck und Verfahren - Google Patents
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Abstract
Bei einem Vakuumlecksucher (10) mit einem einen Saugraum (12) umschließenden Gehäuse (14), einer den Saugraum (12) evakuierenden Vakuumpumpe (20) und einem mit dem Saugraum (12) verbundenen Gasdetektor (18) ist vorgesehen, dass das Gehäuse (14) ein die äußere Atmosphäre des Gehäuses (14) mit dem Saugraum (12) verbindendes Testleck (26) mit einer selektiv gasdurchlässigen Membran (32) aufweist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Vakuumlecksucher mit einem Testleck und ein Verfahren zum Prüfen der Funktionsfähigkeit eines Lecksuchers.
- Zur Überprüfung der Dichtheit bzw. zum Auffinden von Leckagen an Prüflingen mit der Prüfgas-Vakuum-Methode werden Leckdetektoren verwendet, die das Auffinden von Leckagen mit Prüfgas ermöglichen. Bei den zu testenden Objekten kann es sich z.B. um Vakuumöfen, Fertigungsanlagen mit Vakuumkammer in der Halbleiterindustrie, Rohrleitungen verschiedener Art oder sonstige Kammern handeln.
- Zur Dichtheitsprüfung wird der Prüfling evakuiert. Das Evakuieren kann mit dem Prüfling zugeordneten Pumpsystem erfolgen oder mit einem separaten Pumpsystem, welches mit dem Lecksuchgerät bereitgestellt wird. In das Lecksuchgerät ist ein Prüfgasdetektor integriert, z.B ein Massenspektrometer mit dem das Prüfgas nachgewiesen werden kann. Bei dem Prüfgas kann es sich z.B. um Helium oder Formiergas (95% Stickstoff + 5% Wasserstoff) handeln.
- Bei der Dichtheitsprüfung werden die zu testenden Stellen (z.B. Flansch-Dichtungen, Schweißnähte, ...) mit dem Prüfgas an der atmosphärischen Seite des Prüflings besprüht. Liegt an der besprühten Stelle ein Leckagekanal vor, so strömt das Prüfgas zusammen mit der Umgebungsluft durch den Leckagekanal in die Vakuumkammer und strömt weiter zum Vakuumsystem. Dabei kann das Prüfgas mit dem Nachweissystem (z.B. Massenspektrometer) nachgewiesen werden. Die Signalstärke ist ein Maß für die Leckrate und die zeitliche Korrelation von Sprühort und Zeitpunkt und Signalreaktion ist ein Hinweis auf die Leckagestelle.
- Bei einer vorhandenen Leckage erfolgt bei Besprühen der Leckagestelle eine Signalreaktion, ein dichter Prüfling ist durch nicht vorhandene Signale während des Sprühens mit Prüfgas gekennzeichnet.
- Bei verschiedenen Fehlerfällen bei dieser beschriebenen Methode der Dichtheitsprüfung erfolgt ebenso keine Signalreaktion und kann von einem wirklich dichten Prüfling nicht unterschieden werden. So erfolgt bei der ausgefallenen Sensitivität des Nachweissystems ebenso keine Signalreaktion. Oder wenn die Sprühgasquelle trotz Betätigung des Ventils der Sprühgasquelle kein Prüfgas abgibt erfolgt ebenso trotz möglichem Leck keine Signalreaktion.
- Zur Überprüfung der Funktionalität des Prüfsystems wird typischer Weise eine bekannte Leckagestelle an das Vakuumsystem angeflanscht. Eine solche definierte Leckagestelle ist in der Regel mit einem sogenannten Kapillarleck gegeben. Das Kapillarleck ist derart dimensioniert, dass beim Ansprühen dieses Testlecks eine deutliche Signalreaktion von dem Nachweissystem ausgegeben wird. Die Kapillare muss jedoch ausreichend klein genug sein, damit die kontinuierlich einströmende Luftmenge das Vakuumsystem und den Prüfling nicht negativ beeinflusst. Aus diesem Grund sind derartige Kapillarlecks so dimensioniert, dass der Kanaldurchmesser nur wenige Mikrometer beträgt. Dies hat zur Folge, dass Partikel oder kondensierende Luftfeuchte die Testleckage-Stelle verstopfen können. Dies hat wiederum zur Folge, dass ein funktionierendes Prüfsystem, scheinbar ausgefallen ist, weil das Ansprüh-Kapillar-Leck verstopft ist.
- In
WO 2006/120122 A1 ist ein Schnüffellecksucher beschrieben, bei dem der Testgaseinlass einen Quarzfenstersensor aufweist. Ein Testleck ist dort nicht vorgesehen. Herkömmlicherweise werden bei Schnüffellecksuchern der inWO 2006/120122 A1 beschriebenen Art Kapillarlecks als Testlecks eingesetzt, wobei das aus dem Testleck zur Atmosphäre hin ausströmende Prüf- oder Testgas mit einer sogenannten Schnüffelsonde aufgesogen und nachgewiesen wird. - Der Erfindung liegt vor diesem Hintergrund die Aufgabe zugrunde, einen Vakuumlecksucher mit einem verbesserten Testleck bereitzustellen und ein entsprechendes Lecksuchverfahren zu ermöglichen.
- Der erfindungsgemäße Vakuumlecksucher ist definiert durch die Merkmale von Patentanspruch 1. Das erfindungsgemäße Lecksuchverfahren ist definiert durch die Merkmale von Patentanspruch 11.
- Erfindungsgemäß ist an dem den Saugraum des Vakuumlecksuchers umschließenden Gehäuse, welches mit einer den Saugraum evakuierenden Vakuumpumpe und einem mit dem Saugraum verbundenen Gasdetektor verbunden ist, ein die äußere Atmosphäre des Gehäuses mit dem Saugraum verbindendes Testleck mit einer selektiv gasdurchlässigen Membran vorgesehen. Nachdem der Saugraum von der Vakuumpumpe evakuiert wurde, wird das Testleck derart mit einem Prüfgas besprüht, dass das Prüfgas selektiv durch die Membran in das Innere des Saugraumes gelangt, während Luft oder atmosphärische Gase aus der Umgebung des Vakuumlecksuchers von der Membran blockiert werden. Das durch die Membran in den Saugraum gelangte Testgas wird mit dem Gasdetektor detektiert. Die erfindungsgemäße Membran ermöglicht es, festzustellen, ob das Messsignal des mit dem Gasdetektor gemessenen Testgases dem zu erwartenden Messsignal bei uneingeschränkter Funktionsweise des Vakuumlecksuchers entspricht. Dadurch kann mit Hilfe der Erfindung die Funktionsfähigkeit eines Vakuumlecksuchers auf einfache Weise getestet werden. Zusätzlich wird dabei getestet, dass die Sprühgasquelle, mit der das Prüfgas appliziert wird, einwandfrei funktioniert, also die gewünschte Prüfgasart in ausreichender Menge abgibt.
- Das Testleck kann als Ansprühleck ausgebildet sein, um von außen auf das Testleck gesprühtes Testgas selektiv durch die Membran in den Saugraum zu leiten, während von dem Testgas verschiedene Gase blockiert werden.
- Die Membran des Testlecks kann Quartz zum selektiven Durchlassen von Helium, Neon oder Wasserstoff aufweisen oder aus Quartz bestehen. Alternativ oder ergänzend kann die Membran Palladium zum selektiven Durchlassen von Wasserstoff und/oder Silber zum selektiven Durchlassen von Sauerstoff aufweisen oder daraus bestehen.
- Das Material der Membran kann als dünnwandiges geschlossenes Röhrchen, beispielsweise in Form eines Glasfingers, ausgebildet sein.
- Das Membranmaterial kann dazu ausgebildet sein, das Testgas temperaturabhängig selektiv zu leiten oder zu blockieren, während eine Heizung zum Beheizen der Membran vorgesehen ist.
- Die Membran kann eine Schichtdicke von wenigen Mikrometern und vorzugsweise maximal etwa 100 µm aufweisen.
- Das Testleck kann eine in eine Öffnung des Gehäuses eingesetzte Halterung für die Membran nach Art eines Flansches aufweisen. Die Halterung kann an deren Außenseite und/oder deren Innenseite vorzugsweise von einem Schutzgitter bedeckt werden.
- Das Testleck kann mehrere, jeweils von einer oder der selektiv gasdurchlässigen Membran verschlossene Kanäle aufweisen. Hierbei kann die Membran an einem Membranchip angebracht sein, wobei der Membranchip eine Dicke von vorzugsweise weniger als einem Zentimeter und besonders bevorzugt von weniger als einem Millimeter aufweist. Der Membranchip weist ein von der Membran bedecktes Membranfenster auf, das jeweils als Kanal, der den Membranchip vollständig durchdringt, ausgebildet ist und einen Durchmesser von maximal etwa 1000 µm und mindestens etwa 10 µm aufweist, so dass ein Ende des Kanals von der Membran bedeckt ist. Die Membran schließt den Kanal dabei vorzugsweise zur Atmosphärenseite hin ab, d.h. sie bedeckt das dem Saugraum gegenüberliegende Ende des Kanals, um keinen Wasserdampf oder keine Schmutzpartikel aus der Umgebung in den Kanal hinein zu lassen.
- Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Membran an einem Membranchip angebracht sein, der mindestens ein von der Membran bedecktes Membranfenster aufweist und eine Dicke von vorzugsweise weniger als 1 mm aufweist. Das Membranfenster ist vorzugsweise von einer offenporigen porösen Struktur getragen, wie z. B. einem Gitter oder einem porösen Festkörpermaterial, um die Membran zu tragen und zu stabilisieren.
- An dem Vakuumsystem des Lecksuchers ist ein selektiver Gaseinlass vorgesehen. Der selektive Gaseinlass wird mit einer Membran realisiert, die dicht bzw. nahezu undurchlässig für atmosphärische Gase ist. So ist das Vakuumsystem bei nicht vorhandenem Prüfgas unbeeinflusst. Sobald Prüfgas auf das Membran-Ansprühleck gesprüht wird, permeiert das Prüfgas durch die Membran in das Vakuumsystem und wird dort mit dem Nachweis-System nachgewiesen, was die Funktionalität des Gesamtsystems (Nachweis-System) und Prüfgas-Sprühquelle bestätigt.
- Abhängig von dem verwendeten Prüfgas können passende Membranmaterialien gewählt werden:
- • zum selektiven Einlass von Helium wird Quarz verwendet,
- • zum selektiven Einlass von Wasserstoff (Bestandteil von Formiergas) wird Palladium verwendet,
- • zum selektiven Einlass von Sauerstoff wird Silber verwendet.
- Das Material kann als dünnwandiges geschlossenes Röhrchen (Glasfinger) ausgebildet sein. Bei einer solchen Variante muss das Material geheizt werden, damit die Diffusionsgeschwindigkeit des Gases durch die Trennschicht hindurch ausreichend schnell erfolgt. Bei der Ausbildung als dünne, wenige Mikrometer dicke Membran genügt die Verwendung der Membran bei Raumtemperatur, um eine ausreichend schnelle Reaktion zu erhalten.
- Im Folgenden wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein erstes Ausführungsbeispiel, -
2 ein Detail aus1 und -
3 ein Detail aus2 . - Der dargestellte Vakuumlecksucher 10 weist einen Saugraum 12 umgebendes Gehäuse 14 auf, welches durch eine Vakuumleitung 16 mit einem Gasdetektor 18 und einer Vakuumpumpe 20 gasleitend verbunden ist. Das Gehäuse 14 weist einen Testgaseinlass 22 auf, durch den zu prüfendes Testgas aus der äußeren Umgebung 24 des Gehäuses 14 in den Saugraum 12 eingesogen wird, um von dem Gasdetektor 18 analysiert zu werden.
- Um die Funktionsfähigkeit des Vakuumlecksuchers 10 prüfen zu können, ist das Gehäuse 14 mit einem Testleck 26 versehen, welches eine Öffnung in dem Gehäuse 14 vollständig bedeckt. Das Testleck 26 ist in
2 in Explosionsansicht näher dargestellt. Das Testleck 26 weist eine Halterung 28 nach Art eines Flansches auf, der in die zugehörige Öffnung des Gehäuses 14 vollständig hineinpasst und diese dichtend verschließt. Die Halterung 28 ist in dem Ausführungsbeispiel als kreisrunde Scheibe ausgebildet, im Bereich deren Mittelpunktes eine Vertiefung 30 ausgebildet ist. Am Boden der Vertiefung 30 ist ein durch die Halterung 28 hindurchgehendes Loch ausgebildet. In die Vertiefung 30 ist eine selektiv gasdurchlässige Membran als Membranchip 32 eingesetzt, die das Loch im Boden der Vertiefung 30 vollständig und gasdicht verdeckt. Die Membran 32 ist für eine bestimmte Gasart selektiv gasdurchlässig und blockiert sämtliche anderen Gasarten. - Die in Richtung der äußeren Umgebung 24 weisende Oberseite der Halterung 28 und die in Richtung des Saugraumes 12 weisende Unterseite der Halterung 28 sind jeweils von einem Schutzgitter bedeckt, das die Vertiefung 30 mit der Membran 32 und dem von der Membran 32 verdeckten Loch vollständig verdeckt. Beide Schutzgitter 34 sind mit Hilfe von Schraubverbindungen mit der Halterung 28 fest verschraubt.
- Der Aufbau der Membran 32 ist in
3 näher dargestellt. Demnach ist die Membran 32 als Quarzmembranchip ausgebildet und mittig mit ca. 50 als Kanälen ausgebildeten vollständig durch den Membranchip 32 hindurchgehenden Löchern 36 versehen, die in einem Raster mit gleichmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind. Jedes der Löcher 36 ist von einer Quarzmembran mit einer Dicke von etwa 10 µm verschlossen. Die Dicke des Membranchips 32 beträgt etwa 0,6 mm. Jedes der Löcher 36 bildet ein Quarzfenster, welches bei einer Membrantemperatur von etwa 25°C selektiv gasdurchlässig für Helium ist, während andere in Luft enthaltene Gase nicht durch die Membran 32 hindurchgelangen. Neben Helium permeieren nur Neon und Wasserstoff durch Quarz jedoch verglichen mit Helium nur in geringerem Maße hindurch, können also grundsätzlich auch als Prüfgas bei Verwendung des Ansprühlecks mit QuarzMembran zum Einsatz kommen. - Die Schutzgitter 34 schützen den Membranchip 32 vor direktem Kontakt beispielsweise mit einer Sprühpistole 38, wenn die Sprühpistole, wie in
1 dargestellt, Helium 40 in Richtung des Pfeiles in1 auf das Testleck 26 aufsprüht. Das Schutzgitter 34 auf der Unterseite der Halterung 28, d.h. auf der dem Saugraum 12 zugewandten Seite, schützt zum einen ebenfalls den Membranchip 32 und zum anderen das Vakuumsystem, falls der Chip zerbricht oder einzelne herausgebrochene Membranfenster von der Vakuumpumpe 20 angesogen werden. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- WO 2006120122 A1 [0008]
Claims (11)
- Vakuumlecksucher (10) mit einem einen Saugraum (12) umschließenden Gehäuse (14), einer den Saugraum (12) evakuierenden Vakuumpumpe (20) und einem mit dem Saugraum (12) verbundenen Gasdetektor (18), dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) ein die äußere Atmosphäre des Gehäuses (14) mit dem Saugraum (12) verbindendes Testleck (26) mit einer selektiv gasdurchlässigen Membran (32) aufweist.
- Vakuumlecksucher (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Testleck (26) als Ansprühleck ausgebildet ist, um von außen auf das Testleck (26) gesprühtes Testgas selektiv durch die Membran (32) in den Saugraum (12) zu leiten, während von dem Testgas verschiedene Gase blockiert werden.
- Vakuumlecksucher (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (32) des Testlecks (26) Quarz zum selektiven Durchlassen von Helium, Neon oder Wasserstoff, Palladium zum selektiven Durchlassen von Wasserstoff und/oder Silber zum selektiven Durchlassen von Sauerstoff aufweist.
- Vakuumlecksucher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Membran (32) als dünnwandiges geschlossenes Röhrchen, beispielsweise in Form eines Glasfingers, ausgebildet ist.
- Vakuumlecksucher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizung zum Beheizen der Membran (32) vorgesehen ist, wobei das Membranmaterial temperaturabhängig selektiv leitet oder sperrt.
- Vakuumlecksucher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (32) eine Schichtdicke von wenigen Mikrometern, vorzugsweise maximal 100 µm, aufweist.
- Vakuumlecksucher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Testleck (26) eine in eine Öffnung des Gehäuses (14) eingesetzte Halterung (28) für die Membran (32) nach Art eines Flanschs aufweist, die an deren Außenseite und/oder Innenseite vorzugsweise von einem Schutzgitter (34) bedeckt wird.
- Vakuumlecksucher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Testleck (26) mehrere jeweils von einer oder der selektiv gasdurchlässigen Membran (32) verschlossene Kanäle aufweist.
- Vakuumlecksucher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (32) an einem Membranchip angebracht ist, der eine Dicke von vorzugsweise weniger als 1 cm oder weniger als 1 mm aufweist, wobei der Membranchip mindestens ein von der Membran (32) bedecktes Membranfenster aufweist, das jeweils als den Membranchip vollständig durchdringender Kanal mit einem Durchmesser von maximal etwa 1000µm und mindestens etwa 10µm ausgebildet ist, so dass ein Ende des Kanals von der Membran (32) bedeckt ist.
- Vakuumlecksucher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (32) an einem Membranchip angebracht ist, eine Dicke von vorzugsweise weniger als 1 mm aufweist, wobei der Membranchip mindestens ein von der Membran (32) bedecktes Membranfenster aufweist, das von einer offenporigen porösen Struktur getragen wird.
- Verfahren zum Testen der Funktionsfähigkeit eines Vakuumlecksuchers (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: - Evakuieren des Saugraums (12) mit der Vakuumpumpe (20), - Besprühen des Testlecks (26) mit einem Prüfgas derart, dass das Prüfgas selektiv durch die Membran (32) in das Innere des Saugraumes (12) gelangt, während Luft oder atmosphärische Gase aus der Umgebung (24) des Vakuumlecksuchers (10) von der Membran (32) blockiert werden, - Detektieren des durch die Membran (32) in den Saugraum (12) gelangten Testgases mit dem Gasdetektor (18), - Feststellen, ob das Messsignal des Gasdetektors (18) dem zu erwartenden Messsignal bei uneingeschränkter Funktionsfähigkeit des Vakuumlecksuchers (10) entspricht.
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