DE102022108770A1

DE102022108770A1 - Durch besprühen perfektioniertes system zur erkennung von lecks

Info

Publication number: DE102022108770A1
Application number: DE102022108770.0A
Authority: DE
Inventors: Julien COULOMB; Emmanuel UROS
Original assignee: Pfeiffer Vacuum SAS
Current assignee: Pfeiffer Vacuum SAS
Priority date: 2021-04-13
Filing date: 2022-04-11
Publication date: 2022-10-13
Also published as: FR3121750A1; FR3121750B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein System (1) zur Erkennung von Lecks mittels eines Spürgases, welches dafür vorgesehen ist, mit dem Inneren eines Objekts (11) für die Kontrolle dessen Dichtigkeit verbunden zu sein, umfassend eine erste Pumpvorrichtung (13), welche es ermöglicht, ein primäres Vakuum zu erhalten. Gemäß der Erfindung umfasst die erste Pumpvorrichtung (13) mindestens eine Membranpumpe, welche mindestens drei Pumpstufen (E1, E2, E3, E4) bildet, welche durch ein Verbindungsmodul (14) miteinander verbunden sind, welches dafür ausgelegt ist, jede Pumpstufe (E1, E2, E3, E4) wahlweise parallel oder in Reihe mit mindestens einer anderen Pumpstufe (E1, E2, E3, E4) in Abhängigkeit eines Betriebsparameters des Systems (1) zur Erkennung von Lecks zu schalten.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Erkennung von Lecks für die Kontrolle der Dichtigkeit eines zu prüfenden Objekts durch Besprühen. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Pumpverfahren des Systems.
TECHNISCHER STAND DER TECHNIK DER ERFINDUNG
Es sind der sogenannte „Schnüffeltest“ und der sogenannte „Sprühtest“ von Spürgas bekannt, um die Dichtigkeit eines Objekts zu kontrollieren. Diese Methoden greifen auf die Erkennung des Durchtritts des Spürgases durch mögliche Lecks des zu testenden Objekts hindurch zurück. Im Modus „Schnüffeln“ wird mit Hilfe eines Leckdetektors, welcher mit einer Schnüffelsonde verbunden ist, nach dem möglichen Vorhandensein des Spürgases um ein zu prüfendes Objekt herum gesucht, welches mit in der Regel unter Druck stehendem Spürgas gefüllt ist. Im Modus „Sprühen“ wird das zu prüfende Objekt mit einer Sprühpistole mit Spürgas besprüht, wobei das innere Volumen des zu prüfenden Objekts mit einem Leckdetektor verbunden ist. Es werden in der Regel Helium oder Wasserstoff als Spürgase verwendet, da diese Gase aufgrund der geringen Größe ihrer Moleküle und ihrer hohen Bewegungsgeschwindigkeiten kleine Lecks leichter durchströmen als andere Gase.
Im Modus „Sprühen“ umfasst der Leckdetektor zum Senken des Drucks, um das Massenspektrometer, welches zum Messen der Spürgasmenge verwendet wird, funktionsfähig zu machen, eine Pumpenbaugruppe, welche aus einer Pumpe für primäres Vakuum und einer Turbomolekularvakuumpumpe zusammengesetzt sein kann, welche stromaufwärts montiert und wahlweise in Reihe mit der Pumpe für primäres Vakuum entsprechend des Betriebs des Leckdetektors geschaltet ist.
Der von der Pumpenbaugruppe erzielte Grenzvakuumdruck muss so niedrig wie möglich sein, um die bestmögliche Messempfindlichkeit zu erhalten. Außerdem muss die Pumprate der Pumpe für primäres Vakuum ausreichend sein, um den Druck im Inneren des zu prüfenden Objekts schnell und so tief wie möglich zu senken.
Im Falle von Vakuumpumpen wird zum Absenken des Grenzvakuumdrucks auf das Maximum eine Pumpe für primäres Vakuum bevorzugt, welche ein Maximum ihrer in Reihe eingebauten Pumpstufen aufweist. Umgekehrt ist es jedoch auch notwendig, dass die Pumpe für primäres Vakuum einen großen Durchfluss aufweist, um den Druck schneller zu senken.
Eine bekannte Lösung ist, eine Vakuumpumpe für einen Leckdetektor zu verwenden, welcher aus zwei parallelen Pumpstufen zusammengesetzt ist, welche an zwei in Reihe montierten Pumpstufen angeschlossen sind, um einen guten Kompromiss zwischen einem durchschnittlichen Durchfluss und einem ausreichend niedrigen Grenzvakuumdruck zu bieten.
Eine andere Lösung besteht darin, mehrere in dem vorhergehenden Absatz genannte Vakuumpumpen für einen gleichen Leckdetektor zu verwenden, um damit die Pumprate und/oder den Grenzvakuumdruck zu verbessern. Allerdings wird der Leckdetektor dann voluminöser, schwerer und teurer.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, ein erschwingliches System zur Erkennung von Lecks für zu prüfende Objekte mit sehr verschiedenartigen Volumina vorzuschlagen, welches einen optimierten Betrieb im Modus „Sprühen“ erlaubt, das heißt zum Beispiel, welches eine sehr kurze Absenkzeit des Drucks des inneren Volumens des Objekts vor dessen Dichtigkeitsprüfung und ein minimiertes Hintergrundrauschen für die gewünschte Art der Dichtigkeitsmessung einschließlich einer hohen Erkennungsempfindlichkeit erlaubt, ohne jedoch dessen Platzbedarf merklich zu vergrößern.
Zu diesem Zweck bezieht sich die Erfindung auf ein System zur Erkennung von Lecks mittels eines Spürgases, welches dafür vorgesehen ist, mit dem Inneren eines Objekts für die Kontrolle dessen Dichtigkeit verbunden zu sein, umfassend eine erste Pumpvorrichtung, welche es ermöglicht, ein primäres Vakuum zu erhalten, eine zweite Pumpvorrichtung, welche es ermöglicht, ein sekundäres Vakuum zu erhalten, ein Modul zur Erkennung des Spürgases und ein Verarbeitungsmodul, welches es ermöglicht, den Betrieb des Systems zur Erkennung von Lecks zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pumpvorrichtung mindestens eine Membranpumpe umfasst, welche mindestens drei Pumpstufen aufweist, welche durch ein Verbindungsmodul miteinander verbunden sind, welches dafür ausgelegt ist, um jede Pumpstufe in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter des Systems zur Erkennung von Lecks wahlweise parallel oder in Reihe mit mindestens einer anderen Pumpstufe zu schalten, und dass der Betriebsparameter einen stromaufwärts des Systems zur Erkennung von Lecks gemessenen Druck und mindestens einen anderen Parameter umfasst, welcher aus einer gemessenen Temperatur der zweiten Pumpvorrichtung, einer als Spürgas nachgewiesenen Verschmutzung, einer Erkennung von kondensierbarem Gas und/oder einem Betriebszustand einer Entlüftung ausgewählt wird.
Vorteilhafterweise ermöglicht gemäß der Erfindung die erste Pumpvorrichtung des Systems zur Erkennung von Lecks somit, entsprechend ihres Betriebs die Pumpenkonfiguration zu ändern, insbesondere entsprechend dessen, ob sie sich in der vorangehenden Saugphase des zu prüfenden Objekts oder in der Phase der Kontrolle der Dichtigkeit des zu prüfenden Objekts befindet. Da die Erfindung für zu prüfende Objekte verschiedener Größen (typischerweise zwischen 0,5 Liter und 20 Liter) vorgesehen ist, werden Membranpumpen ausgewählt, um das primäre Vakuum des Leckdetektors zu bewerkstelligen. Tatsächlich ist für die Anwendung auf diese Leckdetektoren beobachtet worden, dass keine andere Trockentechnologie in der Regel einen besseren Kompromiss zwischen der notwendigen Kompaktheit, den notwendigen Kosten und der notwendigen Leistung ermöglicht.
Das Verbindungsmodul der ersten Pumpvorrichtung ermöglicht vorteilhafterweise gemäß der Erfindung eine bessere fluidische Kommunikation zwischen den Pumpstufen in Abhängigkeit von der Nutzung des Systems zur Erkennung von Lecks. Also ermöglicht die Erfindung bei einem äquivalenten Platzbedarf und begrenzten Mehrkosten, ein intelligenteres Pumpen zu bewerkstelligen, welches herkömmlicherweise schwer zu kombinierende Vorteile in Einklang bringt, wie zum Beispiel die maximale Verkürzung der Dauer der einem Modus „Sprühen“ vorangehenden Saugphase und die maximale Verringerung des Hintergrundrauschens (sehr niedriger Grenzvakuumdruck) der Phase der Kontrolle der Dichtigkeit des zu testenden Objekts in Bezug auf die Anzahl der Pumpstufen, ohne mehrere Arten von ersten primären Pumpvorrichtungen verwenden zu müssen oder ohne Pumpstufen mit größeren Volumina zu verwenden.
Die Erfindung kann ebenfalls eines oder mehrere der folgenden optionalen Merkmale umfassen, allein genommen oder in Kombination.
Wenn der Druck stromaufwärts des Systems zur Erkennung von Lecks im Wesentlichen gleich dem atmosphärischen Druck ist, isoliert das Verarbeitungsmodul in bevorzugter Weise die zweite Pumpvorrichtung und ist das Verbindungsmodul dafür ausgelegt, um alle Pumpstufen der ersten Pumpvorrichtung parallel zu schalten, um die Pumprate aus dem Inneren des Objekts durch die erste Pumpvorrichtung zu maximieren. So werden zu Beginn der Absaugung des zu prüfenden Objekts nur die parallel geschalteten Pumpstufen der ersten Pumpvorrichtung verwendet, um den Druck im Inneren des Objekts so schnell wie möglich zu senken.
Wenn also alle Pumpstufen der ersten Pumpvorrichtung parallel geschaltet sind, kann das Verarbeitungsmodul vorzugsweise eine Drehzahl für jede Pumpe, das heißt eine (oder mehrere) verwendete Membranpumpe(n), vorgeben, welche größer als ihre Nenndrehzahl ist, um die Pumprate der ersten Pumpvorrichtung zu maximieren. Die vorgegebene Drehzahl kann zum Beispiel zwischen 100 % und 170 % ihrer Nenndrehzahl liegen, während bei den meisten anderen Konfigurationen die Nenndrehzahl auf zwischen 30 % und 100 % ihrer Nenndrehzahl begrenzt sein könnte. Wenn der Druck stromaufwärts des Systems zur Erkennung von Lecks unterhalb eines maximalen Druckschwellenwerts liegt, welcher es dem Erkennungsmodul ermöglicht, zu arbeiten, bringt das Verarbeitungsmodul die erste und die zweite Pumpvorrichtung in fluidische Kommunikation und ist das Verbindungsmodul dafür ausgelegt, um mindestens die beiden letzten Pumpstufen der ersten Pumpvorrichtung in Reihe zu verbinden, um eine ausreichende Empfindlichkeit des Erkennungsmoduls zu gewährleisten. Folglich sind, wenn die Dichtigkeitsmessung des Objekts technisch möglich wird, wie zum Beispiel durch Erzielen eines Vakuums, welches ein Massenspektrometer des Erkennungsmoduls funktionsfähig macht, die erste und die zweite Pumpvorrichtung gekoppelt, damit ein mögliches Vorhandensein von Spürgas in dem Inneren des zu prüfenden Objekts erkennbar ist. In Hinblick darauf, dass die erste Pumpvorrichtung mehr als zwei Pumpstufen aufweist, sind nur die beiden letzten Pumpstufen, das heißt diejenigen, welche dem Druckauslass der ersten Pumpvorrichtung am nächsten liegen, in Reihe geschaltet, um den Druck in dem Inneren des Objekts auf das Niedrigste zu senken und so die Empfindlichkeit des Erkennungsmoduls zu verbessern.
Der maximale Druckschwellenwert liegt vorzugsweise zwischen 15 mbar und 50 mbar. Wenn der Druck stromaufwärts des Systems zur Erkennung von Lecks unterhalb eines minimalen Druckschwellenwerts liegt, welcher es dem Erkennungsmodul ermöglicht, mit hoher Empfindlichkeit zu arbeiten, bringt das Verarbeitungsmodul die erste und die zweite Pumpvorrichtung in fluidische Kommunikation und ist das Verbindungsmodul dafür ausgelegt, um alle Pumpstufen der ersten Pumpvorrichtung in Reihe zu verbinden, um eine maximale Empfindlichkeit des Erkennungsmoduls zu gewährleisten. Wenn also die Dichtigkeitsmessung des Objekts wenige Lecks oder sogar gar kein Leck enthüllt, kann es notwendig sein, den Grenzvakuumdruck noch mehr zu verringern. Die erste und die zweite Pumpvorrichtung werden somit gekoppelt gehalten, und in Hinblick darauf, dass die erste Pumpvorrichtung mehr als zwei Pumpstufen aufweist, werden alle Pumpstufen in Reihe geschaltet, um den Druck in dem Inneren des Objekts so niedrig wie möglich zu senken und so die Empfindlichkeit des Erkennungsmoduls zu verbessern. Der minimale Druckschwellenwert liegt in bevorzugter Weise zwischen 1 mbar und 10 mbar.
Die erste Pumpvorrichtung kann mindestens vier Pumpstufen umfassen, welche durch das Verbindungsmodul miteinander verbunden sind, um die Pumprate und das Hintergrundrauschen zu verbessern. Es versteht sich ebenfalls, dass es möglich sein wird, zu mehr möglichen Konfigurationen zu gelangen, insbesondere für Empfindlichkeitsgrade, welche zwischen demjenigen, bei welchem alle Pumpstufen zu Beginn parallel verbunden sind, und demjenigen, bei welchem im Bedarfsfall der Erkennung mit hoher Empfindlichkeit alle Pumpstufen in Reihe verbunden sind, liegen. Das System zur Erkennung von Lecks kann eine mit einer Spürgasquelle verbundene Sprühsonde umfassen, um Spürgas wahlweise auf eine Außenfläche des Objekts blasen zu können, um dessen Dichtigkeit zu kontrollieren.
Figurenliste
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden deutlich aus Beschreibung hervorgehen, welche hiernach als Anhaltspunkt und in keiner Weise einschränkend in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen vorgelegt wird, in welchen:

- 1 eine schematische Ansicht eines Systems zur Erkennung von Lecks durch Sprühen gemäß der Erfindung ist;
- 2 eine schematische Ansicht eines Teils des Systems zur Erkennung von Lecks gemäß einem Modus „Sprühen“ der Erfindung ist;
- 3 eine schematische Ansicht eines Systems zur Erkennung von Lecks durch Schnüffeln ist;
- 4 eine schematische Ansicht eines Teils des Systems zur Erkennung von Lecks gemäß einem Modus „Schnüffeln“ ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON MINDESTENS EINER AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
In den verschiedenen Figuren tragen identische oder gleichartige Elemente die gleichen Bezugszeichen, welchen möglicherweise ein Index hinzugefügt ist. Die Beschreibung ihrer Struktur und ihrer Funktion wird daher nicht systematisch wiederaufgenommen. Im Folgenden beziehen sich die Ausrichtungen auf die Ausrichtungen der Figuren. Insbesondere verstehen sich die Begriffe „über“, „unter“, „links“, „rechts“, „oberhalb“, „unterhalb“, „nach vorne“ und „nach hinten“ in der Regel in Bezug auf die Darstellungsrichtung der Figuren.
Unter „zu prüfendes Objekt 11“ wird jedes Objekt oder jede Anlage verstanden, deren Dichtigkeit zu kontrollieren gewünscht wird.
Unter „System 1 zur Erkennung von Lecks“ werden alle Arten von Geräten verstanden, welche in der Lage sind, die Leckrate, die Konzentration oder den Partialdruck eines vorgegebenen Spürgases, wie Wasserstoff oder Helium, zu messen, um jeglichen Dichtigkeitsmangel des zu prüfenden Objekts 11 zu identifizieren. Diese Arten von Geräten umfassen in herkömmlicher Weise eine Sonde 3, ein Pumpmodul 12 (zum Beispiel mit einer ersten Pumpvorrichtung 13, welche es ermöglicht, ein primäres Vakuum zu erhalten, einer zweiten Pumpvorrichtung 15, welche es ermöglicht, ein sekundäres Vakuum zu erhalten), ein Modul 5 zur Erkennung des Spürgases (zum Beispiel mit mindestens einem Erkennungselement, wie zum Beispiel ein Massenspektrometer), ein Verarbeitungsmodul 7, welches es ermöglicht, den Betrieb des Systems zur Erkennung von Lecks 1 zu steuern, und vorzugsweise ein Element 9 zur Anzeige der Messungen zur Erkennung von Lecks und der Parametrisierung des Systems 1 zur Erkennung von Lecks. Es ist üblich, dass alle Organe (außer der Sonde 3) des Systems 1 zur Erkennung von Lecks in einer Erkennungseinheit 4 zusammengefasst sind.
Unter „erste Pumpvorrichtung 13, welche es ermöglicht, ein primäres Vakuum zu erzielen“ wird eine Baugruppe von mindestens einer Pumpe, wie beispielsweise eine Membranpumpe, verstanden, welche in der Lage ist, ein Vakuum von kleiner oder gleich 10 mbar und typischerweise zwischen 10 mbar und 10^-3 mbar (oder zwischen 10³ Pa und 10^-1 Pa) zu erhalten.
Unter „zweite Pumpvorrichtung 15, welche es ermöglicht, ein sekundäres Vakuum zu erzielen“ wird eine Baugruppe von mindestens einer Pumpe, wie beispielsweise eine Turbomolekularpumpe, verstanden, welche in der Lage ist, ein Vakuum von kleiner oder gleich 10^-3 mbar und typischerweise zwischen 10^-3 mbar und 10^-8 mbar (oder zwischen 10^-1 Pa und 10^-6 Pa) zu erhalten.
Unter „Sonde 3“ werden alle Arten von Geräten verstanden, welche von einem System 1 zur Erkennung von Lecks verwendet werden, um das zu prüfende Objekt lokal zu untersuchen. Die Sonde 3 wird daher durch den Benutzer in der Nähe des zu prüfenden Objekts 11 getragen. Gemäß der Erfindung ist die Sonde 3 somit eine Luftdüse zum Sprühen von Spürgas, wie beispielsweise eine Heliumpistole.
In dem in 1 veranschaulichten Beispiel ist die Sonde 3 eine Sprühluftdüse des Systems 1 zur Erkennung von Lecks und weist ein Greifelement auf, welches es ermöglicht, durch einen Benutzer gehandhabt werden zu können. Die Sonde 3 ist durch ein Schlauch 2a mit einer Spürgasquelle 6 verbunden und ermöglicht es, Spürgas durch Betätigung der Bedienung 16 freizusetzen. Die Suche nach Lecks erfolgt in der Regel durch Bewegen der Sonde 3 an unauffällige Stellen des zu prüfenden Objekts 11, insbesondere in den Bereich von Stellen, welche dafür empfänglich sind, Dichtigkeitsschwächen aufzuweisen, wie beispielsweise Dichtungen, Schweißnähte und Anschlüsse. Es wird in der Regel Helium oder Wasserstoff als Spürgas verwendet, da diese Gase aufgrund der geringen Größe ihres Moleküls und ihrer hohen Bewegungsgeschwindigkeit kleine Lecks leichter durchströmen als andere Gase.
Die Erkennungseinheit 4 des Systems 1 zur Erkennung von Lecks umfasst einen Saugeinlass 10, welcher dafür vorgesehen ist, durch ein Rohr 2b mit dem zu prüfenden Objekt 11 verbunden zu sein, um das Innere des Objekts 11 unter Vakuum zu setzen und jegliches von der Sonde 3 ausgeblasenes Spürgas anzusaugen, welches durch ein Leck des zu prüfenden Objekts 11 hindurch eindringen würde. Ein Teil der Moleküle (typischerweise des Spürgases) wird im Gegenstrom der von dem Pumpmodul 12 angesaugten Gase von dem Gaserkennungsmodul 5 mit Hilfe von zum Beispiel einem (nicht dargestellten) Massenspektrometer analysiert, welches dem Verarbeitungsmodul 7 eine Leckrate an Spürgas liefert, um vorzugsweise auf dem Anzeigeelement 9 visualisierbar zu sein. Herkömmlicherweise kann die Leckrate zum Beispiel in mbar·l·s^-1 oder Pa·m³·s^-1 gemessen werden. Ein minimaler Spürgasschwellenwert wird durch das Verarbeitungsmodul 7 überwacht, dessen Überschreitung als ein Leck, das heißt ein Dichtigkeitsmangel des zu prüfenden Objekts 11, angesehen wird.
Vorteilhafterweise umfasst die erste Pumpvorrichtung 13 gemäß der Erfindung mindestens eine Membranpumpe, welche mindestens drei Pumpstufen E1, E2, E3, E4 aufweist. Es versteht sich tatsächlich, dass eine Membranpumpe alle Pumpstufen E1, E2, E3, E4 oder nur einen Teil der Pumpstufen E1, E2, E3, E4 zusammenfassen kann, wobei der andere Teil der Pumpstufen E1, E2, E3, E4 zu mindestens einer anderen Membranpumpe gehört.
In dem Gebiet bezüglich der zu prüfenden Objekte verschiedener Größen (typischerweise zwischen 0,5 Liter und 20 Liter), das heißt für welche die Pumprate unterhalb von 10 m³·h^-1 ausreichend ist (in den allermeisten der in der Regel beobachteten Fälle), ist es bevorzugt, Membranpumpen zu verwenden, um das primäre Vakuum des Leckdetektors zu bewerkstelligen. Tatsächlich ermöglicht für die Anwendung auf diese Leckdetektoren keine andere Trockentechnologie in der Regel einen besseren Kompromiss zwischen der notwendigen Kompaktheit, den notwendigen Kosten und der notwendigen Leistung. Als Beispiel ermöglichen Vakuumpumpen der Bauart Wälzkolben (auf Englisch „roots“) es in der Regel nicht, Pumpraten von weniger als 15 m³·h^-1 zu erhalten, was sie zu voluminös, zu teuer und zu schwe rmacht, um sie zur Verwendung in derartigen Leckdetektoren in Betracht zu ziehen. Also verwendet die erste Pumpvorrichtung 13 mindestens eine Membranpumpe, da sie dafür vorgesehen ist, bei einem System zur Erkennung von Lecks 1 Anwendung zu finden, deren Pumprate trocken, das heißt ohne Öl in dem gepumpten Strom, unterhalb von 10 m³·h^-1 ausreichend ist.
Gemäß der Erfindung sind die Pumpstufen E1, E2, E3, E4 durch ein Verbindungsmodul 14 miteinander verbunden, welches dafür ausgelegt ist, jede Pumpstufe E1, E2, E3, E4 wahlweise parallel oder in Reihe mit mindestens einer anderen Pumpstufe E1, E2, E3, E4 in Abhängigkeit eines Betriebsparameters des Systems 1 zur Erkennung von Lecks, wie typischerweise im Bereich des Saugeinlasses 10, zu schalten.
Das Verbindungsmodul 14 umfasst vorzugsweise Leitungen C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11, C12, C13, C14, C15, C16, C17, welche den Einlass und den Auslass jeder Pumpstufe E1, E2, E3, E4 der ersten Pumpvorrichtung 13 verbinden, und Schließelemente V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V9, V10, V11, welche wahlweise den Durchlass in den Leitungen C6, C7, C8, C9, C10, C11, C13 C14, C15, C16, C17 ermöglichen. Die Schließelemente V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V9, V10, V11 können Ventile, welche insbesondere durch das Verarbeitungsmodul 7 ansteuerbar sind, und/oder Klappen sein, welche jeweils dafür ausgelegt sind, um das Öffnen/Schließen gemäß einem vorgegebenen Druckschwellenwert zu ermöglichen, um die Verbindungen zwischen den Pumpstufen E1, E2, E3, E4 in Abhängigkeit vorzugsweise des Drucks stromaufwärts des Systems 1 zur Erkennung von Lecks und/oder in Abhängigkeit des Drucks stromaufwärts oder stromabwärts von einer Pumpstufe E1, E2, E3, E4 zu modifizieren. Jeder Druck kann durch einen eigenen Drucksensor überwacht werden, wie zum Beispiel der Sensor 18, um den Druck stromaufwärts des Systems 1 zur Erkennung von Lecks zu überwachen.
Vorteilhafterweise ermöglicht gemäß der Erfindung die erste Pumpvorrichtung 13 des Systems 1 zur Erkennung von Lecks somit, entsprechend ihres Betriebs die Pumpenkonfiguration zu ändern, insbesondere entsprechend dessen, ob sie sich in der vorangehenden Saugphase des zu prüfenden Objekts 11 oder in der Phase der Kontrolle der Dichtigkeit des zu prüfenden Objekts 11 befindet. Das Verbindungsmodul 14 der ersten Pumpvorrichtung 13 ermöglicht somit eine bessere fluidische Kommunikation zwischen den Pumpstufen E1, E2, E3, E4 in Abhängigkeit von der Nutzung des Systems 1 zur Erkennung von Lecks. Also ermöglicht die Erfindung bei einem äquivalenten Platzbedarf und begrenzten Mehrkosten ein intelligenteres Pumpen zu bewerkstelligen, welches herkömmlicherweise unmöglich zu kombinierende Vorteile in Einklang bringt, wie zum Beispiel die maximale Verkürzung der Dauer der vorangehenden Saugphase und die maximale Verringerung des Hintergrundrauschens (sehr niedriger Grenzvakuumdruck) der Phase der Kontrolle der Dichtigkeit des zu testenden Objekts 11 in Bezug auf die Anzahl der Pumpstufen E1, E2, E3, E4, ohne mehrerer Arten von ersten primären Pumpvorrichtungen verwenden zu müssen oder ohne Pumpstufen mit größeren Volumina zu verwenden.
Dies wird ermöglicht, da, wenn der Druck stromaufwärts des Systems 1 zur Erkennung von Lecks im Wesentlichen gleich dem atmosphärischen Druck ist, das heißt zu Beginn der Absaugung des zu prüfenden Objekts 11, das Verarbeitungsmodul 7 die zweite Pumpvorrichtung 15 trennt und das Verbindungsmodul 14 dafür ausgelegt ist, um alle Pumpstufen E1, E2, E3, E4 der ersten Pumpvorrichtung 13 parallel zu schalten, um die Pumprate aus dem Inneren des Objekts 11 durch die erste Pumpvorrichtung 13 zu maximieren. Wenn außerdem der Druck stromaufwärts des Systems 1 zur Erkennung von Lecks unterhalb eines minimalen Druckschwellenwerts liegt (welcher in bevorzugter Weise zwischen 1 mbar und 10 mbar liegt), welcher es dem Erkennungsmodul 5 ermöglicht, mit hoher Empfindlichkeit zu arbeiten, verbindet das Verarbeitungsmodul 7, das heißt es bringt in fluidische Kommunikation, die erste und zweite Pumpvorrichtung 13, 15 in Reihe und ist das Verbindungsmodul 14 dafür ausgelegt, um alle Pumpstufen E1, E2, E3, E4 der ersten Pumpvorrichtung 13 in Reihe zu verbinden, um den Druck im Inneren des Objekts 11 so tief wie möglich zu senken und so die Empfindlichkeit des Erkennungsmoduls 5 maximal zu verbessern.
Wenn außerdem alle Pumpstufen der ersten Pumpvorrichtung und vorzugsweise während der gesamten vorangehenden Absaugung des zu prüfenden Objekts 11 parallel geschaltet sind, gibt das Verarbeitungsmodul 7 eine Drehzahl für jede Pumpe vor, das heißt eine (oder mehrere) verwendete Membranpumpe(n), welche größer als ihre Nenndrehzahl ist, um die Pumprate der ersten Pumpvorrichtung 13 zu maximieren. Die vorgegebene Drehzahl kann zum Beispiel zwischen 100 % und 170 % ihrer Nenndrehzahl liegen, während bei den anderen Konfigurationen, abgesehen von der vorangehenden Absaugung, die Nenndrehzahl von jeder Pumpe auf zwischen 30 % und 100 % ihrer Nenndrehzahl begrenzt sein könnte (bis auf nachstehend beschriebene Ausnahmen).
Bei einem intermediären Betrieb, wie zum Beispiel, wenn der Druck stromaufwärts des Systems 1 zur Erkennung von Lecks unterhalb eines maximalen Druckschwellenwerts liegt (vorzugsweise zwischen 15 mbar und 50 mbar), ab welchem das Erkennungsmodul 5 arbeiten kann, verbindet das Verarbeitungsmodul 7, das heißt es bringt in fluidische Kommunikation, die erste und die zweite Pumpvorrichtung 13, 15 und ist das Verbindungsmodul 14 dafür ausgelegt, um mindestens die beiden letzten Pumpstufen E1, E2, E3, E4 der ersten Pumpvorrichtung in Reihe zu verbinden, um eine ausreichende Empfindlichkeit des Erkennungsmoduls 5 zu gewährleisten, um zum Beispiel zu beginnen, die Dichtigkeit des zu prüfenden Objekts 11 zu kontrollieren.
Gemäß der Erfindung umfasst die erste Pumpvorrichtung 13 mindestens drei Pumpstufen E1, E2, E3, E4, das heißt kann zum Beispiel drei, vier, fünf oder sechs Pumpstufen E1, E2, E3, E4 umfassen, ohne über den Umfang der Erfindung hinauszugehen. Bei dem in 2 veranschaulichten Beispiel umfasst die erste Pumpvorrichtung 13 eine einzige Membranpumpe mit vier Pumpstufen E1, E2, E3, E4. Je mehr Pumpstufen E1, E2, E3, E4 es gibt, umso eher wird es selbstverständlich möglich sein, die Pumprate und den Grenzvakuumdruck der ersten Pumpvorrichtung 13 zu verbessern. Es versteht sich ebenfalls, dass es möglich sein wird, zu mehr möglichen Konfigurationen zwischen derjenigen, bei welcher alle Pumpstufen zu Beginn parallel verbunden sind, und derjenigen, bei welcher im Bedarfsfall der Erkennung mit hoher Empfindlichkeit alle Pumpstufen in Reihe verbunden sind, zu gelangen.
Das in der 2 veranschaulichte Beispiel wird nunmehr erklärt, um ein Beispiel für einen optimierten Betrieb mit vier Pumpstufen E1, E2, E3, E4 zu beschreiben. In diesem Beispiel umfasst die erste Pumpvorrichtung 13 ein Verbindungsmodul 14 mit Leitungen C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11, C12, C13, C14, C15, C16, C17, welche den Saugeinlass 10 über die Leitung C1 verbinden. Schließelemente V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V9, V10, V11, welche wahlweise den Durchlass in den jeweiligen Leitungen C6, C7, C8, C9, C10, C11, C14, C16, C13 , C15, C17 ermöglichen. Die Schließelemente V7 und V8 sind in diesem besonderen Beispiel steuerbare Ventile, da sie entsprechend der Verringerung des Drucks dafür vorgesehen sind, aufeinanderfolgend geschlossen, geöffnet und wieder geschlossen zu werden. Die anderen Elemente V1, V2, V3, V4, V5, V6, V9, V10, V11 können gleichermaßen steuerbare Ventile und/oder jeweils gemäß einem vorgegebenen Druckschwellenwert konfigurierte Klappen stromaufwärts des Systems 1 zur Erkennung von Lecks und/oder stromaufwärts oder stromabwärts von einer Pumpstufe E1, E2, E3, E4 sein. Die erste Pumpvorrichtung 13 ist dafür ausgelegt, um die Gase durch den Druckauslass 17, vorzugsweise bei Umgebungsdruck, zu fördern.
In dem Beispiel der 2 umfasst die zweite Pumpvorrichtung 15 eine Turbomolekularvakuumpumpe T, deren Eingang (Ansaugung) mit dem Erkennungsmodul 5 verbunden ist und welche stromabwärts (Druckauslass und intermediäre Stufen) an drei verschiedenen Stufen der Turbomolekularvakuumpumpe T mit der Leitung C1 über jeweils die Leitungen C2, C3, C4 verbunden sein können, um den Probenahmestrom an den Grad der Leckrate anpassen zu können. Der Durchlass der Letzteren C2, C3, C4 wird wahlweise durch die Schließelemente V12, V13, V14 gesteuert, welche vorzugsweise steuerbare Ventile sind. Schließlich ist das Durchlasselement V15, welches in bevorzugter Weise ein steuerbares Ventil ist, dafür vorgesehen, die Leitung C1 zwischen ihren Anschlüssen mit den Leitungen C3 und C4 zu schließen.

Die folgende Tabelle stellt ein Beispiel zur Steuerung des Systems 1 zur Erkennung von Lecks dar:

Modus	Druck (mbar)	Offenes Ventil
Grobes Saugen	Atmosphäre → P1	V1, V2, V3, V4, V5, V6, V15
Feines Saugen	P1 → P2	V1, V6, V7, V8, V10, V15
Messung von großen Lecks	P2 → P3	V1, V7, V10, V11, V14, V15
Normale Messung	P3 → P4	V1, V7, V10, V11, V13, V14, V15
Messung mit hoher Empfindlichkeit	P4 → Vakuumgrenze	V9, V10, V11, V12, V14

In einer ersten Phase groben Saugens erlauben die Schließelemente V1, V2, V3, V4, V5, V6, V15 den Durchlass in jeweils den Leitungen C6, C7, C8, C9, C10, C11, C1 zusätzlich zu den Leitungen C5 und C12, welche dauerhaft offen sind. Die zweite Pumpvorrichtung 15 ist somit isoliert. Das Verbindungsmodul 14 ist dafür ausgelegt, um alle Pumpstufen E1, E2, E3, E4 der ersten Pumpvorrichtung 13 parallel zu schalten, um die Pumprate aus dem Inneren des Objekts 11 durch die erste Pumpvorrichtung 13 zu maximieren, bis ein vorgegebener Druckschwellenwert P1 im stromaufwärtigen Bereich des Systems 1 zur Erkennung von Lecks erzielt ist. Gemäß der Erfindung liegt der Druckschwellenwert P1 vorzugsweise zwischen 100 mbar und 400 mbar, das heißt ist zum Beispiel gleich 100 mbar, 125 mbar, 150 mbar, 175 mbar, 200 mbar, 225 mbar, 250 mbar, 275 mbar, 300 mbar, 325 mbar, 350 mbar, 375 mbar, 300 mbar, 325 mbar, 350 mbar, 375 mbar oder 400 mbar.
Unterhalb des Druckschwellenwerts P1 wird eine zweite Phase feinen Saugens begonnen, bei welcher Schließelemente V1, V6, V7, V8, V10, V15 den Durchlass in jeweils den Leitungen C6, C11, C14, C16, C15, C1 zusätzlich zu den Leitungen C5 und C12 erlauben, welche dauerhaft offen sind. Die zweite Pumpvorrichtung 15 ist somit immer isoliert. Das Verbindungsmodul 14 ist dafür ausgelegt, um die Pumpstufen E1 und E2 parallel zu schalten, welche dann stromabwärts durch die Leitungen C14, C15, C16 mit den ebenfalls parallel geschalteten Pumpstufen E3 und E4 verbunden sind, um die Pumprate zu verringern, jedoch den Grenzvakuumdruck zu verbessern, bis ein vorgegebener Druckschwellenwert P2 im stromaufwärtigen Bereich des Systems 1 zur Erkennung von Lecks erzielt ist. Gemäß der Erfindung liegt der maximale Druckschwellenwert P2 vorzugsweise zwischen 15 mbar und 50 mbar, das heißt ist zum Beispiel gleich 15 mbar, 16 mbar, 17 mbar, 18 mbar, 19 mbar, 20 mbar, 21 mbar, 22 mbar, 23 mbar, 24 mbar, 25 mbar, 26 mbar, 27 mbar, 28 mbar, 29 mbar, 30 mbar, 31 mbar, 32 mbar, 33 mbar, 34 mbar, 35 mbar, 36 mbar, 37 mbar, 38 mbar, 39 mbar, 40 mbar, 41 mbar, 42 mbar, 43 mbar, 44 mbar, 45 mbar, 46 mbar, 47 mbar, 48 mbar, 49 mbar oder 50 mbar.
Unterhalb des maximalen Druckschwellenwerts P2 kann eine dritte Phase zum Messen großer Lecks begonnen werden. Bei der dritten Phase erlauben die Schließelemente V1, V7, V10, V11, V14, V15 den Durchlass jeweils in den Leitungen C6, C14, C15, C17, C4, C1 zusätzlich zu den Leitungen C5 und C12, welche dauerhaft offen sind. Die zweite Pumpvorrichtung 15 ist an die erste Pumpvorrichtung 13 angeschlossen. Das Verbindungsmodul 14 ist dafür ausgelegt, um die Pumpstufen E1 und E2 parallel zu schalten, welche dann stromabwärts durch die Leitungen C14, C15 mit den von nun an in Reihe geschalteten Pumpstufen E3 und E4 verbunden sind, um die Pumprate zu verringern, jedoch den Grenzvakuumdruck zu verbessern, bis ein vorgegebener minimaler Druckschwellenwert P4 im stromaufwärtigen Bereich des Systems 1 zur Erkennung von Lecks erzielt ist. Gemäß der Erfindung liegt der minimale Druckschwellenwert P4 vorzugsweise zwischen 1 mbar und 10 mbar, das heißt ist zum Beispiel gleich 1 mbar, 2 mbar, 3 mbar, 4 mbar, 5 mbar, 6 mbar, 7 mbar, 8 mbar, 9 mbar oder 10 mbar.
Gemäß einem besonderen Betrieb, insbesondere entsprechend des Druckbereichs P3 stromaufwärts des Systems 1 zur Erkennung von Lecks und der spezifischen Anforderungen des Benutzers kann die zweite Vorrichtung 15 unterschiedliche Betriebsmodi umfassen. Als in keiner Weise einschränkendes Beispiel kann bei einem Druckbereich P3, welcher zwischen 2 mbar und 5 mbar liegt, eine vierte Phase einer Messung durchschnittlicher Lecks begonnen werden, ohne notwendigerweise die Konfiguration des Verbindungsmoduls 14 der ersten Pumpvorrichtung 13 zu ändern, das heißt, indem die Schließelemente V1, V7, V10, V11 jeweils in den Leitungen C6, C14, C15, C17 offen gehalten werden, zusätzlich zu den Leitungen C5 und C12, welche dauerhaft offen sind. Die Schließelemente V13, V14, V15 hingegen erlauben den Durchlass jeweils in den Leitungen C3, C4, C1, um das Erkennungsmodul 5 des Systems 1 zur Erkennung von Lecks empfindlicher zu machen, insbesondere indem dem Gegenstrom von einem Teil der Moleküle (typischerweise des Spürgases) erlaubt wird, in einen intermediären Bereich (Leitung C3) der Turbomolekularvakuumpumpe T zusätzlich zu der Kommunikation mit der Druckleitung C4 der Turbomolekularvakuumpumpe T einzutreten.
Unterhalb des minimalen Druckschwellenwerts P4 kann eine fünfte Phase zum Messen kleiner Lecks begonnen werden. In der vierten Phase erlauben die Schließelemente V9, V10, V11, V12, V14 den Durchlass jeweils in den Leitungen C14, C13, C15, C17, C2, C4 zusätzlich zu den Leitungen C5 und C12, welche dauerhaft offen sind. Die zweite Pumpvorrichtung 15 ist immer an die erste Pumpvorrichtung 13 angeschlossen, aber der Strom von dem Saugeinlass 10 wird gezwungen, in die zweite Pumpvorrichtung 15 zu gelangen, bevor er in die erste Pumpvorrichtung 13 gefördert wird, bevor er aus dem Druckauslass 17 gefördert wird. Das Verbindungsmodul 14 ist dafür ausgelegt, um alle Pumpstufen E1, E2, E3, E4 in Reihe zu schalten, um den Druck in dem Inneren des Objekts 11 so tief wie möglich zu senken und so die Empfindlichkeit des Erkennungsmoduls 5 maximal zu verbessern.
Es ist ebenfalls möglich, die Druckschwankungen stromaufwärts des Systems 1 zur Erkennung von Lecks auf indirekte Weise zu ermitteln, das heißt ausgehend von einer Größe, welche es ermöglicht, die Druckschwankung abzuschätzen. Also können als Variante ebenfalls der Strom und der Durchfluss des Systems 1 zur Erkennung von Lecks überwacht werden. Die Formel: Druck = massenbezogener Durchfluss / volumenbezogener Durchfluss ermöglicht tatsächlich eine indirekte Messung.
Wie oben erläutert wurde, dürfte sich der Betriebsparameter nicht auf den zum Beispiel durch den Sensor 18 gemessenen Druck stromaufwärts des Systems 1 zur Erkennung von Lecks beschränken und könnte möglicherweise ebenfalls eine gemessene Temperatur der zweiten Pumpvorrichtung 15 und/oder eine erkannte Verunreinigung mit Spürgas und/oder eine Erkennung von kondensierbarem Gas und/oder einen Betriebszustand einer Entlüftung berücksichtigen, um die Konfigurationsänderung durch das Verbindungsmodul 14 zu betätigen,.
Falls nämlich der Druck stromabwärts von der Turbomolekularpumpe T (Leitung C4) zu hoch ist, kann die Temperatur der Turbomolekularpumpe T ansteigen. Dieser Temperaturanstieg kann zur Aktivierung ihrer Sicherheit führen, das heißt, dass der Betrieb der Turbomolekularpumpe T verlangsamt oder gestoppt wird, um jegliche Beschädigung zu verhindern. Also ausgehend von der Überwachung eines Temperaturschwellenwerts der Turbomolekularpumpe T durch das Verarbeitungsmodul 7, würde, falls die Temperatur den Schwellenwert überschreitet, die Erfindung es vorteilhafterweise ermöglichen, das Verbindungsmodul 14 zu verwenden, um vorzugeben, dass alle Pumpstufen E1, E2, E3, E4 in vorübergehender Weise (Zeitschaltuhr) in Reihe geschaltet sind und/oder bis die Temperatur der Turbomolekularpumpe T unter den gleichen Schwellenwert oder einen Schwellenwert, welcher tiefer als derjenige liegt, welcher die Konfigurationsänderung ausgelöst hat, zurückgegangen ist. Dies würde nämlich ermöglichen, den Druck in der Leitung C4 dank der ersten Pumpvorrichtung 13 zu senken, um die Aktivierung ihrer Sicherheit zu vermeiden. Jeder Temperaturschwellenwert könnte zum Beispiel zwischen 40°C und 70°C liegen, das heißt zum Beispiel gleich 40°C, 45°C, 50°C, 55°C, 60°C, 65°C oder 70°C sein.
Es ist ebenfalls möglich, Temperaturschwankungen der Turbomolekularpumpe T auf indirekte Weise zu ermitteln, das heißt ausgehend von einer Angabe, welche es ermöglicht, die Temperaturschwankung abzuschätzen. Also kann als Variante ebenfalls die von der Turbomolekularpumpe T verbrauchte Leistung oder der Wert des die Turbomolekularpumpe T versorgenden Stroms überwacht werden, ohne über den Umfang der Erfindung hinauszugehen.
Falls außerdem das Pumpmodul 12 mit Spürgas gesättigt ist, typischerweise, wenn ein durch das Erkennungsmodul 5 gemessener maximaler Spürgasschwellenwert überschritten ist, wird davon ausgegangen, dass es eine Verschmutzung mit Spürgas in dem System 1 zur Erkennung von Lecks gibt. Dieses Letztere kann somit die Lecks des zu prüfenden Objekts 11 nicht mehr korrekt kontrollieren. Also ausgehend von der Überwachung eines maximalen Spürgasschwellenwerts durch das Verarbeitungsmodul 7, würde, falls der maximale Schwellenwert überschritten ist, die Erfindung es somit vorteilhafterweise ermöglichen, das Verbindungsmodul 14 zu verwenden, um vorzugeben, dass mindestens die beiden ersten Pumpstufen E1, E2, E3, E4 in vorübergehender Weise (Zeitschaltuhr) in Reihe geschaltet sind und/oder bis die Verunreinigung mit Spürgas in dem System 1 zur Erkennung von Lecks als beendet betrachtet wird. Dies würde es nämlich ermöglichen, den Durchfluss stromabwärts von der Turbomolekularpumpe T dank der ersten Pumpvorrichtung 13 zu erhöhen, um das überschüssige Spürgas zu entfernen. Der maximale Schwellenwert zur Berücksichtigung einer Verschmutzung mit Spürgas in dem System 1 zur Erkennung von Lecks könnte zum Beispiel gleich 10^-4 mbar·l·s^-1 sein.
Diese Phase der Säuberung, der sogenannten aktiven Wiederherstellung, kann verbessert werden, indem eine Drehzahl für jede Pumpe, das heißt eine (oder mehrere) verwendete Membranpumpe(n), vorgeben wird, welche größer als ihre Nenndrehzahl ist, um die Pumprate der ersten Pumpvorrichtung 13 zu maximieren. Die vorgegebene Drehzahl kann zum Beispiel zwischen 100 % und 170 % ihrer Nenndrehzahl liegen.
Die Erfindung kann ebenfalls das Vorhandensein von kondensierbarem Gas in dem Pumpmodul 12 berücksichtigen. Tatsächlich können derartige kondensierbare Gase, wie zum Beispiel Wasserdampf, das Pumpen erschweren. Folglich wird mit Hilfe eines speziellen (nicht dargestellten) Sensors in dem Pumpmodul 12 das Vorhandensein derartiger kondensierbarer Gase durch das Verarbeitungsmodul 7 überwacht. Also im bejahenden Fall würde es die Erfindung vorteilhafterweise ermöglichen, das Verbindungsmodul 14 zu verwenden, um vorzugeben, dass alle Pumpstufen E1, E2, E3, E4 in vorübergehender Weise (Zeitschaltuhr) in Reihe geschaltet sind und/oder bis das Vorkommen von kondensierbarem Gas in dem System 1 zur Erkennung von Lecks als beendet betrachtet ist. Dies würde es nämlich ermöglichen, den Druck in dem Pumpmodul 12 zu senken, um jegliches kondensierbare Gas zu evakuieren. Der Schwellenwert zur Berücksichtigung eines Vorkommens von kondensierbarem Gas in dem System 1 zur Erkennung von Lecks könnte zum Beispiel gleich 10^-4 mbar·l·s^-1 sein. Schließlich ist es für den Modus „Saugen“ üblich, dass eine Entlüftung in dem Pumpmodul 12 vorhanden ist, um dabei zu helfen, die Ansammlung von Spürgas in den Pumpstufen E1, E2, E3, E4 zu entfernen. Falls nämlich das Vakuum erhöht wird, erschwert die Verringerung des Luftanteils im Verhältnis zu dem Spürgas das Pumpen des Spürgases, welches in den Pumpstufen E1, E2, E3, E4 gespeichert verbleibt. Die Entlüftung ermöglicht es daher, eine vorübergehende Strömung zu erzeugen, welche in der Lage ist, das überschüssige Spürgas in Richtung des Druckauslasses 17 mitzunehmen. Folglich würde, entsprechend des Betriebszustands der Entlüftung, die Erfindung es vorteilhafterweise ermöglichen, das Anschlussmodul 14 zu verwenden, um die Konfiguration der Pumpstufen E1, E2, E3, E4 in vorübergehender Weise (Zeitschaltuhr) zu modifizieren und/oder bis zu einer neuen Änderung des Betriebszustandes der Entlüftung (von Öffnung zu Schließung, von Schließung zu Öffnung, Variationen der Öffnungsgröße usw.).
In dem in 3 veranschaulichten Beispiel, welches nicht zur Erfindung gehört, ist die Sonde 3 eine Schnüffelsonde und stellt ein Greifelement dar, welches es ermöglicht, von dem Benutzer gehandhabt werden zu können. Die Sonde 3 ist über einen flexiblen Schlauch 2 mit einem Saugeinlass 10 der Erkennungseinheit 4 verbunden, um die Gase anzusaugen, welche das mit Spürgas gefüllte, zu prüfende Objekt 11 umgeben. Wie bei dem Modus „Sprühen“ wird in der Regel Helium oder Wasserstoff als Spürgas im Modus „Schnüffeln“ verwendet, da diese Gase aufgrund der geringen Größe ihres Moleküls und ihrer hohen Bewegungsgeschwindigkeit kleine Lecks leichter durchströmen als andere Gase.
Ein Teil der von dem Pumpmodul 12 angesaugten Moleküle (typischerweise des Spürgases) wird durch das Gaserkennungsmodul 5 mit Hilfe von zum Beispiel einem (nicht dargestellten) Massenspektrometer analysiert, welches dem Verarbeitungsmodul 7 eine Leckrate an Spürgas liefert, um vorzugsweise auf dem Anzeigeelement 9 visualisierbar zu sein. Herkömmlicherweise kann die Leckrate zum Beispiel in mbar·l·s^-1 oder Pa.m³·s^-1 gemessen werden. Ein minimaler Spürgasschwellenwert wird durch das Verarbeitungsmodul 7 überwacht, dessen Überschreitung als ein Leck, das heißt ein Dichtigkeitsmangel des zu prüfenden Objekts 11, angesehen wird.
Das Pumpmodul 12 kann im Modus „Schnüffeln“ eine Architektur umfassen, welche in dem Beispiel der 4 veranschaulicht ist. So sind die Pumpstufen E1, E2, E3, E4 durch ein Verbindungsmodul 14 miteinander verbunden, welches dafür ausgelegt ist, mindestens eine Pumpstufe E1, E2, E3, E4 wahlweise parallel oder in Reihe mit mindestens einer anderen Pumpstufe E1, E2, E3, E4 in Abhängigkeit eines Betriebsparameters des Systems 1 zur Erkennung von Lecks zu schalten. Typischerweise kann (können) für eine erste Pumpvorrichtung 13 mit zwei Pumpstufen E1, E2 eine (oder zwei) Membranpumpe(n) verwendet werden.
Im Modus „Schnüffeln“ ist die Logik in Bezug auf jene des Modus „Sprühen“ eine andere. Im Modus „Schnüffeln“ wird nämlich nicht mehr der Vakuumdruck hauptsächlich überwacht, sondern der massenbezogene Durchfluss der angesaugten Gase, welcher stromaufwärts des Systems 1 zur Erkennung von Lecks gemessen wird, wie typischerweise mit Hilfe des Sensors 19. Ein derartiger massenbezogener Durchfluss wird in cm³·Min^-1 unter Standardbedingungen von Temperatur und Druck gemessen (bekannt unter der englischen Abkürzung „sccm“, abgeleitet von den Begriffen „standard cubic centimeter per minute“).
Je höher also der massenbezogene Durchfluss ist, umso besser wird das Erkennungsmodul 5 statistisch in der Lage sein, ein Leck des Objekts 11 über einen größeren Bereich um die Sonde 3 herum zu entdecken. Mit einem höheren Durchfluss wird nämlich der am freien Ende der Sonde 3 erzeugte Unterdruck in der Lage sein, mehr Gasgemisch pro einer gleichen Zeiteinheit anzusaugen und daher einen ausgedehnteren Saugstrom um die Sonde 3 herum zu bilden. Es versteht sich, dass unter einem bestimmten Gesichtspunkt ein höherer Durchfluss im Vergleich zu einem geringeren Durchfluss des gleichen Systems 1 zur Erkennung von Lecks eine bessere Empfindlichkeit ermöglicht, das heißt ein Leck in einer weiteren Entfernung zu erkennen. Im Modus „Schnüffeln“, das heißt, wenn das System 1 zur Erkennung von Lecks dafür vorgesehen ist, mit der Sonde 3 verbunden zu werden, kann der Betriebsparameter so den stromaufwärts des Systems 1 zur Erkennung von Lecks gemessenen massenbezogenen Durchfluss der angesaugten Gase und möglicherweise eine gemessene Temperatur der zweiten Pumpvorrichtung und/oder eine als Spürgas nachgewiesene Verschmutzung umfassen.
Das Verbindungsmodul 14 umfasst vorzugsweise Leitungen C5, C6, C12, C13, C14, C15, C17, welche den Einlass und den Auslass jeder Pumpstufe E1, E2, E3, E4 der ersten Pumpvorrichtung 13 verbinden, und Schließelemente V1, V7, V9, welche wahlweise den Durchlass in den Leitungen C6, C14, C13 ermöglichen. Die Schließelemente V1, V7, V9 können Ventile, welche insbesondere durch das Verarbeitungsmodul 7 ansteuerbar sind, und/oder Klappen sein, welche jeweils dafür ausgelegt sind, um das Öffnen/Schließen gemäß einem vorgegebenen Druckschwellenwert zu ermöglichen, um die Verbindungen zwischen den Pumpstufen E1, E2, E3, E4 in Abhängigkeit des gewünschten massenbezogenen Durchflusses zu modifizieren. Der tatsächliche Durchfluss kann durch einen eigenen Durchflusssensor, überwacht werden, wie zum Beispiel der Sensor 19, welcher sich an der Leitung C18 unmittelbar stromabwärts von dem Saugeinlass 10 befindet.
Die erste Pumpvorrichtung 13 des Systems 1 zur Erkennung von Lecks ermöglicht es somit entsprechend ihres Betriebs, die Pumpenkonfiguration zu ändern, insbesondere entsprechend dessen, ob sie sich in der Phase zur Kontrolle des zu prüfenden Objekts 11 im Modus normaler Empfindlichkeit oder maximaler Empfindlichkeit befindet. Das Verbindungsmodul 14 der ersten Pumpvorrichtung 13 ermöglicht somit eine bessere fluidische Kommunikation zwischen den Pumpstufen E1, E2, E3, E4 in Abhängigkeit von der Nutzung des Systems 1 zur Erkennung von Lecks.
Also ist es bei äquivalentem Platzbedarf und begrenzten Mehrkosten möglich, ein intelligenteres Pumpen zu bewerkstelligen, welches herkömmlicherweise unmöglich zu kombinierende Vorteile in Einklang bringt, wie zum Beispiel mehrere unterschiedliche Empfindlichkeiten im Modus „Schnüffeln“ mit einem einzigen System 1 zur Erkennung von Lecks anzubieten, indem ein einfacher Schlauch 2 zwischen der Sonde 3 und dem Saugeinlass 10 der Erkennungseinheit 4 verbunden verbleibt.
Dies wird ermöglicht, da, wenn eine maximale Erkennungsempfindlichkeit erwünscht ist, das Verarbeitungsmodul 7 vorzugsweise die erste und zweite Pumpvorrichtung 13, 15 in fluidische Kommunikation bringt und das Verbindungsmodul 14 vorzugsweise dafür ausgelegt ist, um alle Pumpstufen E1, E2, E3, E4 der ersten Pumpvorrichtung 13 in Reihe zu schalten, um einen ersten massenbezogenen Durchfluss der von der Sonde 3 angesaugten Gase zu erhalten. Der erste vorgegebene massenbezogene Durchfluss kann zum Beispiel im Wesentlichen gleich 3000 cm³·Min^-1 unter Standardbedingungen von Temperatur und Druck sein.
Wohingegen, wenn eine normale Erkennungsempfindlichkeit erwünscht ist, das Verarbeitungsmodul 7 vorzugsweise die erste und die zweite Pumpvorrichtung 13, 15 in fluidische Kommunikation bringt und das Verbindungsmodul 14 vorzugsweise dafür ausgelegt ist, um mindestens die zwei ersten Pumpstufen E1, E2 der ersten Pumpvorrichtung 13 parallel zu schalten, um einen zweiten vorgegebenen massenbezogenen Durchfluss der durch die Sonde 3 angesaugten Gase zu erhalten. Der zweite vorgegebene massenbezogene Durchfluss kann zum Beispiel zwischen 200 cm³·Min^-1 und 400 cm³·Min^-1 unter Standardbedingungen von Temperatur und Druck liegen.
Die erste Pumpvorrichtung 13 umfasst mindestens zwei Pumpstufen E1, E2, E3, E4, das heißt sie kann zum Beispiel zwei, drei, vier, fünf oder sechs Pumpstufen E1, E2, E3, E4 umfassen. Bei dem in 4 veranschaulichten Beispiel umfasst die erste Pumpvorrichtung 13 eine einzige Membranpumpe mit vier Pumpstufen E1, E2, E3, E4. Je mehr Pumpstufen E1, E2, E3, E4 es gibt, umso mehr wird es selbstverständlich möglich sein, die Pumprate und den Grenzvakuumdruck der ersten Pumpvorrichtung 13 zu verbessern. Es versteht sich ebenfalls, dass es möglich sein wird, zu mehr möglichen Ausgestaltungen zwischen derjenigen, bei welcher alle Pumpstufen parallel verbunden sind, und derjenigen, bei welcher alle Pumpstufen in Reihe verbunden sind, zu gelangen. Das in der 4 veranschaulichte Beispiel wird nunmehr erklärt, um ein Beispiel für einen optimierten Betrieb mit vier Pumpstufen E1, E2, E3, E4 zu beschreiben. In diesem Beispiel umfasst die erste Pumpvorrichtung 13 ein Verbindungsmodul 14 mit Leitungen C5, C6, C12, C13, C14, C15, C17, welche den Saugeinlass 10 über die Leitung C18 verbinden. Schließelemente V1, V7, V9, welche wahlweise den Durchlass jeweils in den Leitungen C6, C14, C13 ermöglichen. Die erste Pumpvorrichtung 13 ist dafür ausgelegt, um die Gase durch den Druckauslass 17, vorzugsweise bei Umgebungsdruck, zu fördern.
In dem Beispiel der 4 umfasst die zweite Pumpvorrichtung 15 eine Turbomolekularvakuumpumpe T, deren Eingang (Ansaugung) mit dem Erkennungsmodul 5 verbunden ist und welche stromabwärts (Druckauslass und intermediäre Stufe) in zwei verschiedenen Bereichen der Turbomolekularvakuumpumpe T mit der Leitung C5 und C18 jeweils über die Leitungen C4 und C19 verbunden sein kann. Der Durchlass der Leitungen C4, C19 wird wahlweise durch die Schließelemente V14, V17 gesteuert, welche vorzugsweise steuerbare Ventile sind. Schließlich ist es vorgesehen, dass die Leitung C18 über das Schließelement V16 mit der Leitung C15 zwischen dem Ausgang der Pumpstufe E2 und dem Eingang der Pumpstufe E3 verbunden ist.
Die folgende Tabelle stellt ein Beispiel zur Steuerung des Systems 1 zur Erkennung von Lecks dar:

Modus Durchfluss (mbar) Offenes Ventil

Maximale Empfindlichkeit. Dmax → D1 V9, V14, V16, V17

Normale Empfindlichkeit D1 → Dmin V1, V7, V14, V16, V17
Oberhalb des Schwellenwerts D1 des massenbezogenen Durchflusses und typischerweise beim ersten massenbezogenen Durchfluss Dmax kann eine Messphase mit hoher Empfindlichkeit begonnen werden. In dieser Phase erlauben die Schließelemente V9, V14, V16, V17 den Durchlass jeweils in den Leitungen C13, C4, C18, C19 zusätzlich zu den Leitungen C5, C12, C15 und C17, welche dauerhaft offen sind. Die zweite Pumpvorrichtung 15 ist an die erste Pumpvorrichtung 13 angeschlossen. Das Verbindungsmodul 14 ist dafür ausgelegt, um die Pumpstufen E1 und E2 in Reihe zu schalten, welche dann stromabwärts über die Leitung C15 mit den Pumpstufen E3 und E4 in Reihe verbunden sind, um einen ersten massenbezogenen Durchfluss der durch die Sonde 3 angesaugten Gase zu erhalten. Der Schwellenwert D1 des massenbezogenen Durchflusses liegt vorzugsweise zwischen 200 cm³·Min^-1 und 400 cm³·Min^-1 unter Standardbedingungen von Temperatur und Druck, das heißt ist zum Beispiel gleich 200 cm³·Min^-1, 225 cm³·Min^-1, 250 cm³·Min^-1, 275 cm³·Min^-1, 300 cm³·Min^-1, 325 cm³·Min^-1, 350 cm³·Min^-1, 375 cm³·Min^-1 und 400 cm³·Min^-1. Typischerweise wird bei der oben erläuterten Konfiguration und in Abwesenheit von Hindernissen in der Sonde 3 der erste massenbezogene Durchfluss Dmax erreicht und ist vorzugsweise gleich 3000 cm³·Min^-1 unter Standardbedingungen von Temperatur und Druck.
Unterhalb des Schwellenwerts D1 des massenbezogenen Durchflusses und typischerweise beim zweiten massenbezogenen Durchfluss Dmin kann eine Messphase mit normaler Empfindlichkeit begonnen werden. In dieser Phase erlauben die Schließelemente V1, V7, V14, V16, V17 den Durchlass jeweils in den Leitungen C6, C14, C4, C18, C19 zusätzlich zu den Leitungen C5, C12, C15 und C17, welche dauerhaft offen sind. Die zweite Pumpvorrichtung 15 ist an die erste Pumpvorrichtung 13 angeschlossen. Das Verbindungsmodul 14 ist dafür ausgelegt, um die Pumpstufen E1 und E2 parallel zu schalten, welche dann stromabwärts über die Leitung C15 mit den Pumpstufen E3 und E4 in Reihe verbunden sind, um einen zweiten massenbezogenen Durchfluss der durch die Sonde 3 angesaugten Gase zu erhalten. Der Schwellenwert D1 des massenbezogenen Durchflusses liegt vorzugsweise zwischen 200 cm³·Min^-1 und 400 cm³·Min^-1 unter Standardbedingungen von Temperatur und Druck, das heißt ist zum Beispiel gleich 200 cm³·Min^-1, 225 cm³·Min^-1 , 250 cm³·Min^-1, 275 cm³·Min^-1, 300 cm³·Min^-1, 325 cm³·Min^-1, 350 cm³·Min^-1, 375 cm³·Min^-1 und 400 cm³·Min^-1. Typischerweise wird bei der oben erläuterten Konfiguration und in Abwesenheit von Hindernissen in der Sonde 3 der zweite massenbezogene Durchfluss Dmin erreicht und ist vorzugsweise gleich 300 cm³·Min^-1 unter Standardbedingungen von Temperatur und Druck.
Es ist ebenfalls möglich, die Schwankungen von massenbezogenem Durchfluss stromaufwärts des Systems 1 zur Erkennung von Lecks auf indirekte Weise zu ermitteln, das heißt ausgehend von einer Größe, welche es ermöglicht, die Schwankung von massenbezogenem Durchfluss abzuschätzen. Also können als Variante ebenfalls der Druck und der volumenbezogene Durchfluss des Systems 1 zur Erkennung von Lecks überwacht werden. Die Formel: massenbezogener Durchfluss = Druck * volumenbezogener Durchfluss ermöglicht nämlich die indirekte Messung.
Wie oben erläutert wurde, dürfte sich der Betriebsparameter nicht auf den zum Beispiel durch den Sensor 19 stromaufwärts des Systems 1 zur Erkennung von Lecks gemessenen massenbezogenen Durchfluss beschränken und könnte möglicherweise ebenfalls eine gemessene Temperatur der zweiten Pumpvorrichtung 15 und/oder eine als Spürgas nachgewiesene Verschmutzung berücksichtigen, um die Konfigurationsänderung durch das Verbindungsmodul 14 zu betätigen.
Falls nämlich der Druck stromabwärts von der Turbomolekularpumpe T (Leitung C4) zu hoch ist, kann die Temperatur der Turbomolekularpumpe T ansteigen. Dieser Temperaturanstieg kann zur Aktivierung ihrer Sicherheit führen, das heißt, dass der Betrieb der Turbomolekularpumpe T verlangsamt oder gestoppt wird, um jegliche Beschädigung zu verhindern. Also ausgehend von der Überwachung eines Temperaturschwellenwerts der Turbomolekularpumpe T durch das Verarbeitungsmodul 7, kann, falls die Temperatur den Schwellenwert überschreitet, das Verbindungsmodul 14 verwendet werden, um vorzugeben, dass alle Pumpstufen E1, E2, E3, E4 in vorübergehender Weise (Zeitschaltuhr) in Reihe geschaltet sind und/oder bis die Temperatur der Turbomolekularpumpe T unter den gleichen Schwellenwert oder einen Schwellenwert, welcher tiefer als derjenige liegt, welcher die Konfigurationsänderung auslöst hat, zurückgegangen ist. Dies würde nämlich ermöglichen, den Druck in der Leitung C4 dank der ersten Pumpvorrichtung 13 zu senken, um die Aktivierung ihrer Sicherheit zu vermeiden. Jeder Temperaturschwellenwert könnte zum Beispiel zwischen 40°C und 70°C liegen, das heißt zum Beispiel gleich 40°C, 45°C, 50°C, 55°C, 60°C, 65°C oder 70°C sein.
Es ist ebenfalls möglich, Temperaturschwankungen der Turbomolekularpumpe T auf indirekte Weise zu ermitteln, das heißt ausgehend von einer Angabe, welche es ermöglicht, die Temperaturschwankung abzuschätzen. Also kann als Variante ebenfalls die von der Turbomolekularpumpe T verbrauchte Leistung oder der Wert des die Turbomolekularpumpe T versorgenden Stroms überwacht werden.
Falls außerdem das Pumpmodul 12 mit Spürgas gesättigt ist, typischerweise, wenn ein durch das Erkennungsmodul 5 gemessener maximaler Spürgasschwellenwert überschritten ist, wird davon ausgegangen, dass es eine Verschmutzung mit Spürgas in dem System 1 zur Erkennung von Leck gibt. Dieses Letztere kann somit die Lecks des zu prüfenden Objekts 11 nicht mehr korrekt kontrollieren. Ausgehend also von der Überwachung eines maximalen Spürgasschwellenwerts durch das Verarbeitungsmodul 7, kann, falls der maximalen Schwellenwert überschritten ist, das Verbindungsmodul 14 verwendet werden, um vorzugeben, dass mindestens die beiden ersten Pumpstufen E1, E2 in vorübergehender Weise (Zeitschaltuhr) in Reihe geschaltet sind und/oder bis die Verunreinigung mit Spürgas in dem System 1 zur Erkennung von Lecks als beendet betrachtet wird. Dies würde es nämlich ermöglichen, den Durchfluss stromabwärts von der Turbomolekularpumpe T dank der ersten Pumpvorrichtung 13 zu erhöhen, um das überschüssige Spürgas zu entfernen. Der maximale Schwellenwert zur Berücksichtigung einer Verschmutzung mit Spürgas in dem System 1 zur Erkennung von Lecks könnte zum Beispiel gleich 10^-4 mbar·l·s^-1 sein.
Diese Phase der Säuberung, der sogenannten aktiven Wiederherstellung, kann verbessert werden, indem eine Drehzahl für jede Pumpe, das heißt eine (oder mehrere) verwendete Membranpumpe(n), vorgeben wird, welche größer als ihre Nenndrehzahl ist, um die Pumprate der ersten Pumpvorrichtung 13 zu maximieren. Die vorgegebene Drehzahl kann zum Beispiel zwischen 100 % und 170 % ihrer Nenndrehzahl liegen, während in der übrigen Zeit die Nenndrehzahl von jeder Pumpe auf zwischen 30 % und 100 % ihrer Drehzahl begrenzt sein könnte.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen und Varianten beschränkt, und andere Ausführungsformen und Varianten werden dem Fachmann offensichtlich erscheinen. Also sind die Ausführungsformen und Varianten miteinander kombinierbar, ohne über den Umfang der Erfindung hinauszugehen. In keiner Weise beschränkend kann es in Betracht gezogen werden, dass die erste Pumpvorrichtung 13 mehr als vier Pumpstufen E1, E2, E3, E4 umfasst, um die Pumprate und den Grenzvakuumdruck noch zu verbessern. Das Anschlussmodul 14 wird dann angepasst, indem die Anzahl an Leitungen und Ventilen erhöht wird.

Claims

System (1) zur Erkennung von Lecks mittels eines Spürgases, welches dafür vorgesehen ist, mit dem Inneren eines Objekts (11) für die Kontrolle dessen Dichtigkeit verbunden zu sein, umfassend eine erste Pumpvorrichtung (13), welche es ermöglicht, ein primäres Vakuum zu erhalten, eine zweite Pumpvorrichtung (15), welche es ermöglicht, ein sekundäres Vakuum zu erhalten, ein Modul (5) zur Erkennung des Spürgases und ein Verarbeitungsmodul (7), welches es ermöglicht, den Betrieb des Systems (1) zur Erkennung von Lecks zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pumpvorrichtung (13) mindestens eine Membranpumpe umfasst, welche mindestens drei Pumpstufen (E1, E2, E3, E4) aufweist, welche durch ein Verbindungsmodul (14) miteinander verbunden sind, welches dafür ausgelegt ist, um jede Pumpstufe (E1, E2, E3, E4) in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter des Systems (1) zur Erkennung von Lecks wahlweise parallel oder in Reihe mit mindestens einer anderen Pumpstufe (E1, E2, E3, E4) zu schalten, und dass der Betriebsparameter einen stromaufwärts des Systems (1) zur Erkennung von Lecks gemessenen Druck (P1, P2, P3, P4) und mindestens einen anderen Parameter umfasst, welcher aus einer gemessenen Temperatur der zweiten Pumpvorrichtung (15), einer als Spürgas nachgewiesene Verschmutzung, einer Erkennung von kondensierbarem Gas und/oder einem Betriebszustand einer Entlüftung ausgewählt wird.
System (1) zur Erkennung von Lecks nach dem vorhergehenden Anspruch, bei welchem, wenn der Druck stromaufwärts des Systems (1) zur Erkennung von Lecks im Wesentlichen gleich dem atmosphärischen Druck ist, das Verarbeitungsmodul (7) die zweite Pumpvorrichtung (15) isoliert und das Verbindungsmodul (14) dafür ausgelegt ist, um alle Pumpstufen (E1, E2, E3, E4) der ersten Pumpvorrichtung (13) parallel zu schalten, um die Pumprate aus dem Inneren des Objekts (11) durch die erste Pumpvorrichtung (13) zu maximieren.
System (1) zur Erkennung von Lecks nach dem vorhergehenden Anspruch, bei welchem, wenn alle Pumpstufen (E1, E2, E3, E4) der ersten Pumpvorrichtung (13) parallel geschaltet sind, das Verarbeitungsmodul (7) eine Drehzahl für jede Pumpe vorgibt, welche größer als ihre Nenndrehzahl ist, um die Pumprate der ersten Pumpvorrichtung (13) zu maximieren.
System (1) zur Erkennung von Lecks nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem, wenn der Druck stromaufwärts des Systems zur Erkennung von Lecks unterhalb eines maximalen Druckschwellenwerts (P2) liegt, welcher es dem Erkennungsmoduls (5) ermöglicht, zu arbeiten, das Verarbeitungsmodul (7) die erste und die zweite Pumpvorrichtung(13, 15) in fluidische Kommunikation bringt, und das Verbindungsmodul (14) dafür ausgelegt ist, um mindestens die beiden letzten Pumpstufen (E3, E4) der ersten Pumpvorrichtung (13) in Reihe zu verbinden, um eine ausreichende Empfindlichkeit des Erkennungsmoduls zu gewährleisten.
System (1) zur Erkennung von Lecks nach dem vorhergehenden Anspruch, bei welchem der maximale Druckschwellenwert (P2) zwischen 15 mbar und 50 mbar liegt.
System (1) zur Erkennung von Lecks nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem, wenn der Druck stromaufwärts des Systems zur Erkennung von Lecks unterhalb eines minimalen Druckschwellenwerts (P4) liegt, welcher es dem Erkennungsmodul (5) ermöglicht, mit hoher Empfindlichkeit zu arbeiten, das Verarbeitungsmodul (7) die erste und die zweite Pumpvorrichtung (13, 15) in fluidische Kommunikation bringt, und das Verbindungsmodul (14) dafür ausgelegt ist, um alle Pumpstufen (E1, E2, E3, E4) der ersten Pumpvorrichtung (13) in Reihe zu verbinden, um eine maximale Empfindlichkeit des Erkennungsmoduls (5) zu gewährleisten.
System (1) zur Erkennung von Lecks nach dem vorhergehenden Anspruch, bei welchem der minimale Druckschwellenwert (P4) zwischen 1 mbar und 10 mbar liegt.
System (1) zur Erkennung von Lecks nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die erste Pumpvorrichtung (13) mindestens vier Pumpstufen (E1, E2, E3, E4) umfasst, welche durch das Verbindungsmodul (14) miteinander verbunden sind, um die Pumprate und den Grenzvakuumdruck zu verbessern.
System (1) zur Erkennung von Lecks nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine mit einer Spürgasquelle (6) verbundene Sprühsonde (3), um Spürgas wahlweise auf eine Außenfläche des Objekts (11) blasen zu können, um dessen Dichtigkeit zu kontrolliere