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Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Leckagedetektion an einem Prüfling.
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Zur integralen Dichtheitsprüfung mit Prüfgas werden Prüflinge per Prüfgas-Vakuumleckdetektion in einer Prüfkammer getestet. Dazu wird der mit einem Prüfgas gefüllte Prüfling in eine Prüfkammer gelegt, die anschließend evakuiert wird. Im Vakuumsystem wird mit einem Prüfgasdetektor der Prüfgaspartialdruck gemessen. Prüfgas, welches durch ein Leck aus dem Prüfling in die Prüfkammer strömt, kann mit einem Trägergas aktiv zum Prüfgasdetektor geleitet werden. Dazu wird das Trägergas kontinuierlich in die Prüfkammer eingelassen und mit dem Vakuumsystem abgepumpt, so dass sich in der Prüfkammer ein Gleichgewichtsarbeitsdruck bildet. Mit dem resultierenden Trägergasstrom wird aus dem Prüfling ausgetretenes Prüfgas zum Prüfgasdetektor transportiert. Das Vorhandensein bzw. die gemessene Signalstärke ist ein Maß für die Leckagerate am Prüfling. Zum Nachweis des Prüfgases werden unterschiedliche Detektoren eingesetzt, je nachdem welche Nachweisgrenze benötigt wird. Um eine sehr hohe Prüfgassensitivität zu erreichen, wird mit einem Quadrupolmassenspektrometer gearbeitet. Das QMS weist sowohl eine sehr hohe Empfindlichkeit als auch eine hohe Selektivität auf.
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Grundsätzlich ist das Trägergasverfahren auch bei anderen Detektortypen verwendbar, die nicht zwingend im Vakuum oder Hochvakuum betrieben werden müssen, wie z.B. optische Detektoren oder Oberflächensensoren.
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Die maximale Sensitivität wird bei einem optimalem Totaldruck von 1E-4 mbar in der lonenquelle erreicht. Ein geringerer Arbeitsdruck im Nachweisvolumen bewirkt eine geringere Sensitivität aufgrund der geringeren Anzahl nachzuweisender Moleküle bzw. Atome und ein höherer Arbeitsdruck bewirkt eine Reduktion der Sensitivität wegen Verlusten von Ladungsträgern verursacht durch Raumladungseffekte. Eine zu hohe Dichte von elektrisch geladenen Teilchen im Ionen-Quellenraum bewirkt eine zu starke Abstoßung der Ladungsträger untereinander.
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Dieser optimale Arbeitsdruck wird mit dem festen Saugvermögen am QMS-Nachweisvolumen und festen Leitwert des Druckwandlereinlasses (z.B. Kapillare) für einen bestimmten Einlassdruck erreicht. Eine Abweichung dieses optimalen Einlassdrucks wirkt sich in der Regel quadratisch auf den Totaldruck in der lonenquelle aus.
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Beispielsweise resultiert eine Halbierung des Einlassdrucks in einer Verringerung des Totaldrucks im Hochvakuum auf ein Viertel des ursprünglichen Wertes. Die Empfindlichkeit des Systems skaliert mit sinkendem Druck in der lonenquelle, d.h. ein geänderter Druck am Einlass zum Massenspektrometer verringert die Empfindlichkeit des Systems in überproportionaler Weise.
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Beim Trägergasverfahren soll die Trägergasstromstärke an die in der Prüfkammer vorhandenen Gasmenge angepasst werden. Hierbei gilt es, die Gasmenge in der Kammer in einem möglichst kurzen Zeitraum etwa zwei bis dreimal (2-3 Tau) auszutauschen, um einen Konvergenzwert des Leckagesignals zu erreichen.
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Grundsätzlich kann der Druck in der Prüfkammer abgesenkt werden, um die auszutauschende Gasmenge zu reduzieren. Dies bedeutet jedoch, dass zusätzliche Zeit zum Abpumpen der Kammer benötigt wird und höhere Kosten für das Pumpsystem entstehen.
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Entsprechend muss bei größeren Prüfkammern (größerem Kammer-Nettovolumen) der Trägergasfluss erhöht, und bei geringerem Nettovolumen reduziert werden.
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Mit Änderung des Trägergasflusses ändert sich der Gleichgewichtsdruck in der Prüfkammer ebenfalls.
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Es ist wünschenswert, den Arbeitsdruck am Gasdetektor, wie z.B. im Detektorvolumen des massenspektrometrischen Gasdetektors, insbesondere im Falle eines Quadrupol-Massenspektrometers, an einen wechselnden Arbeitsdruck in der Prüfkammer anzupassen. Dies gilt auch für andere Detektorarten. Der Arbeitsdruck in der Prüfkammer hängt von der jeweils in die Prüfkammer zugeführten Trägergasmenge und dem Saugvermögen der zur Evakuierung der Prüfkammer eingesetzten Pumpe ab. Diese Pumpe wird nachfolgend als Prüfkammer-Vakuumpumpe bezeichnet. Ein Anpassen des Arbeitsdrucks im Detektorvolumen oder am Detektor über das Saugvermögen der Vakuumpumpe erfordert einen hohen technischen Aufwand und ist daher wenig praktikabel. Im Falle eines Vakuumdetektors wird die das Detektorvolumen evakuierende Vakuumpumpe nachfolgend als Detektor-Vakuumpumpe bezeichnet.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren zur Leckagedetektion an einem Prüfling per Trägergas-Lecksuche bereitzustellen, bei dem die Flussstärke des Trägergases am Gasdetektor und der Druck in der Prüfkammer mit geringem technischem Aufwand angepasst werden können.
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Das erfindungsgemäße Lecksuchsystem ist definiert durch die Merkmale von Patentanspruch 1. Das erfindungsgemäße Lecksuchverfahren ist definiert durch die Merkmale von Patentanspruch 13.
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Das erfindungsgemäße Trägergas-Lecksuchsystem weist einen Gasdetektor und eine Prüfkammer auf. Die Prüfkammer weist ein Prüfkammervolumen auf, in das mindestens ein erster Prüfkammer-Einlass und ein Prüfkammer-Auslass münden, wobei eine das Prüfkammervolumen evakuierende Prüfkammer-Vakuumpumpe an den Prüfkammer-Auslass angeschlossen ist. Der Prüfkammer-Auslass ist gasleitend durch eine erste Gasleitung mit dem Gasdetektor und der Prüfkammer-Vakuumpumpe verbunden, um das zu analysierende Gas aus der Prüfkammer dem Detektor zuzuführen.
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Der Gasdetektor kann einen Detektorvolumen-Einlass mit einer ersten Flussdrossel zur Druckwandlung am Detektorvolumen-Einlass aufweisen. Bei der ersten Flussdrossel kann es sich beispielsweise um eine geeignete Querschnittsausgestaltung des Detektorvolumen-Einlasses handeln. Die erste Flussdrossel ist je nach Detektorart nicht zwingend erforderlich. Eine zweite Flussdrossel ist zur Zufuhr von Trägergas in das Prüfkammervolumen am Prüfkammer-Einlass vorgesehen. Die zweite Flussdrossel kann einen verstellbaren Leitwert zum Verändern des Trägergasflusses aufweisen.
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Eine den Prüfkammer-Auslass mit dem Gasdetektor parallel zu der ersten Gasleitung verbindende zweite Gasleitung ist in einem ersten Verbindungspunkt gasleitend mit der Prüfkammer-Vakuumpumpe und mit der ersten Gasleitung verbunden. Eine dritte Flussdrossel ist in einem Detektorabschnitt der ersten Gasleitung zwischen dem ersten Verbindungspunkt und dem Gasdetektor vorgesehen. Eine vierte Flussdrossel ist in der zweiten Gasleitung zwischen dem Prüfkammer-Auslass und dem ersten Verbindungspunkt vorgesehen. Die dritte Flussdrossel und die vierte Flussdrossel bilden daher zusammen mit den ersten und zweiten Gasleitungen einen Flussteiler derart, dass mit der Prüfkammer-Vakuumpumpe aus der Prüfkammer ein erster Teilstrom durch die zweite Gasleitung und ein zweiter Teilstrom durch die erste Gasleitung evakuiert werden können.
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Die dritte Flussdrossel ist in der ersten Gasleitung zwischen der ersten Flussdrossel und der Prüfkammer-Vakuumpumpe zum Einstellen des Drucks in der ersten Gasleitung vorgesehen. Die dritte Flussdrossel kann einen verstellbaren Leitwert aufweisen. Mit der dritten Flussdrossel kann der Druck am Gasdetektor vorgegeben werden oder manuell oder automatisch durch eine Druckregelvorrichtung selektiv eingestellt werden. Mit Hilfe der zweiten Flussdrossel kann der der Prüfkammer zugeführte Trägergasfluss vorgegeben oder verändert werden.
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Die vierte Flussdrossel ist in der zweiten Gasleitung zwischen dem Prüfkammer-Auslass und der Prüfkammer-Vakuumpumpe vorgesehen. Mit der vierten Flussdrossel kann das Saugvermögen vorgegeben oder eingestellt werden, mit dem die Prüfkammer-Vakuumpumpe Trägergas in das Prüfkammervolumen ansaugt. Dabei ist die Prüfkammer-Vakuumpumpe zwischen der dritten Flussdrossel und der vierten Flussdrossel gasleitend in dem ersten Verbindungspunkt mit der ersten und zweiten Gasleitung verbunden, so dass der Haupt-Gasstrom des Trägergases durch die zweite Flussdrossel, den Prüfkammer-Einlass durch das Prüfkammervolumen und aus dem Prüfkammer-Auslass durch die vierte Flussdrossel in die Prüfkammer-Vakuumpumpe führt. Das über die vierte Flussdrossel vorgegebene Saugvermögen an der Prüfkammer definiert bei gegebenen Trägergasstrom zusammen mit der dritten Flussdrossel den Druck in der Prüfkammer.
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Die vierte Flussdrossel kann ebenfalls einen verstellbaren Leitwert aufweisen, um den Trägergasfluss und/oder den Druck in der Prüfkammer zu verändern und/oder beispielsweise manuell oder automatisch durch eine Druckregelvorrichtung selektiv einzustellen.
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Die erste, zweite, dritte und/oder vierte Flussdrossel definieren jeweils den Gasleitwert des jeweiligen Leitungsabschnitts und können z.B. durch eine Blende, durch eine Kapillare oder durch den Leitwert, den Querschnitt oder den Durchmesser des jeweiligen Abschnitts der Gasleitung vorgegeben sein.
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Mit Hilfe der dritten und vierten Flussdrossel kann erfindungsgemäß der Gasfluss, der aus der Prüfkammer von der Prüfkammer-Vakuumpumpe angesaugt wird, aufgeteilt werden. Die dritte und vierte Flussdrossel bilden somit einen Flussteiler. Hierbei gelangt ein Teilstrom - im Folgenden als erster Teilstrom bezeichnet - auf direktem Weg entlang der ersten Gasleitung zur Prüfkammer-Vakuumpumpe, während der andere Teil - im Folgenden als zweiter Teilstrom bezeichnet - entlang der ersten Gasleitung an dem Gasdetektor vorbei zur Prüfkammer-Vakuumpumpe geführt gelangt. Aus dem zweiten Teilstrom wird Trägergas, welches im Fall eines Lecks im Prüfling Prüfgas enthält, dem Detektor zugeführt und dort analysiert. Im Falle eines Vakuum- oder Hochvakuum-Detektors mit einem evakuierten Detektorvolumen, wie z.B. bei einem Massenspektrometer, wird währenddessen das Detektorvolumen typischerweise kontinuierlich von einer Detektor-Vakuumpumpe evakuiert.
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Die Erfindung ermöglicht die Lecksuche an einem Prüfling innerhalb einer Prüfkammer unter Verwendung eines einstellbaren Trägergasstroms, mit dem Leckagegas bzw. Prüfgas kontinuierlich aus der Prüfkammer zum Detektor transportiert wird, während die erforderlichen Druckverhältnisse und Gasmengen am Detektor und in der Prüfkammer selektiv eingestellt werden können.
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In entsprechender Weise ist das erfindungsgemäße Trägergas-Lecksuchverfahren zur Leckagedetektion an einem Prüfling durch die nachfolgenden Schritte gekennzeichnet:
- • Einbringen eines Prüflings in die Prüfkammer,
- • Evakuieren der Prüfkammer mit der Prüfkammer-Vakuumpumpe,
- • Zuführen von Trägergas in die den Prüfling enthaltende Prüfkammer durch die zweite Flussdrossel,
- • Evakuieren der ersten und zweiten Gasleitung mit der Prüfkammer-Vakuumpumpe,
- • Vorgeben oder Einstellen der Leitwerte der dritten Flussdrossel und der vierten Flussdrossel als Flussteiler derart, dass mit der Prüfkammer-Vakuumpumpe aus der Prüfkammer ein erster Teilstrom durch die zweite Gasleitung und ein zweiter Teilstrom durch die erste Gasleitung evakuiert werden und
- • Analysieren von Gas des zweiten Teilstroms mit dem Gasdetektor.
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Vorzugsweise ist dabei der Gasfluss entlang des ersten Teilstroms größer und insbesondere deutlich größer als entlang des zweiten Teilstroms. Die Gasflüsse entlang des ersten und zweiten Teilstromes werden über die dritte Flussdrossel und vierte Flussdrossel vorgegeben und können im Falle von Flussdrosseln mit veränderbarem Leitwert eingestellt werden. Der Leitwert S3 der dritten Drossel ist vorzugsweise geringer und insbesondere deutlich geringer als der Leitwert S4 der vierten Drossel. Vorzugsweise können die Leitwerte S3, S4 eingestellt werden, z.B. manuell oder mit Hilfe einer elektronischen Steuervorrichtung.
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Vorteilhafterweise ist ein Prüfkammerabschnitt der ersten Gasleitung zwischen dem Prüfkammer-Auslass und dem Gasdetektor bzw. dem Detektorvolumen-Einlass mit einem selektiv schließbaren ersten Ventil versehen, während der Detektorabschnitt ein selektiv schließbares zweites Ventil zwischen der ersten Flussdrossel und der dritten Flussdrossel aufweist. Mit Hilfe des ersten Ventils und des zweiten Ventils können die Druckverhältnisse während des Abpumpens der Prüfkammer mit Hilfe der Prüfkammer-Vakuumpumpe konstant gehalten werden. Wenn das erste Ventil und das zweite Ventil geschlossen sind, kann mit Hilfe einer direkten Verbindung zwischen der Prüfkammer-Vakuumpumpe und der Prüfkammer die Prüfkammer evakuiert werden, ohne dass der Druck am Detektorvolumen-Einlass durch den Abpumpvorgang der Prüfkammer verändert wird.
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Der Prüfkammer-Einlass kann mit einem selektiv schließbaren dritten Ventil versehen sein.
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Die Prüfkammer kann mindestens einen zweiten Prüfkammer-Einlass zum Belüften oder Spülen der Prüfkammer oder des Prüfkammervolumens aufweisen, wobei der zweite Prüfkammer-Einlass ein selektiv schließbares viertes Ventil aufweist, welches nur zum Belüften oder Spülen geöffnet wird.
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Der Prüfkammer-Auslass kann insbesondere über eine dritte Gasleitung direkt mit der Prüfkammer-Vakuumpumpe verbunden sein. Die dritte Gasleitung überbrückt dabei vorzugsweise die zweite Gasleitung mit der vierten Flussdrossel und einem möglichen, stromaufwärts der vierten Flussdrossel angeordneten sechstes Ventil. Die dritte Gasleitung kann dabei mit einem selektiv schließbaren fünften Ventil versehen sein. Bei geöffnetem fünftem Ventil wird die Prüfkammer über die dritte Gasleitung direkt evakuiert, um diese beispielsweise nach dem Einbringen eines Prüflings in die Prüfkammer auf den erforderlichen Prüfkammer-Vakuumdruck zu bringen. Dieser Prüfkammer-Vakuumdruck liegt vorteilhafterweise im Bereich weniger Millibar, wie zum Beispiel zwischen 0,1 und 10 mbar. Anschließend wird das fünfte Ventil geschlossen und das sechste Ventil geöffnet, um mit Hilfe der Prüfkammer-Vakuumpumpe einen kontinuierlichen Trägergasstrom bei geöffnetem drittem Ventil durch das Prüfkammervolumen in die zweite Gasleitung zu fördern. Das sechste Ventil kann auch schon vorher geöffnet sein, z.B. wenn die Prüfkammer über die dritte Gasleitung evakuiert wird, oder nicht vorhanden sein.
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Die zweite Gasleitung mit der vierten Flussdrossel und dem sechsten Ventil verläuft parallel zu der dritten Gasleitung mit dem fünften Ventil. Bei geschlossenen ersten, zweiten, dritten und vierten Ventilen kann die Prüfkammer bei geöffnetem fünftem Ventil mit der Prüfkammer-Vakuumpumpe direkt über die dritte Gasleitung evakuiert werden. Sobald der erforderliche Prüfkammerdruck erreicht ist, wird das fünfte Ventil geschlossen und das dritte Ventil geöffnet. Dadurch wird Trägergas durch den ersten Prüfkammer-Einlass in das Prüfkammervolumen angesogen und entlang der zweiten Gasleitung durch das geöffnete sechste Ventil und durch die vierte Flussdrossel der Prüfkammer-Vakuumpumpe zugeführt. Währenddessen kann der Gasdetektor mit Hilfe einer Gasdetektor-Vakuumpumpe evakuiert werden.
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Zum Beginn der Leckage-Messung werden das erste Ventil und das zweite Ventil geöffnet, so dass ein Teilstrom des Trägergases, der nachfolgend als zweiter Teilstrom bezeichnet wird, entlang der ersten Gasleitung vorbei am Gasdetektor und entlang des Detektorabschnitts der Prüfkammer-Vakuumpumpe zugeführt wird. Die dritte Flussdrossel und die vierte Flussdrossel bestimmen dabei das Verhältnis der Flussteilung. Ein erster Teilstrom strömt dabei durch die zweite Gasleitung zur Prüfkammer-Vakuumpumpe. Aus dem zweiten Teilstrom, der entlang der ersten Gasleitung am Gasdetektor vorbeigeführt wird, gelangt Trägergas mit möglichem Leckagegas aus dem Prüfling an oder in den Gasdetektor und kann dort detektiert werden.
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Der Gasdetektor kann ein Vakuum-Gasdetektor oder ein massenspektrometrischer Gasdetektor mit einem Detektorvolumen sein, in das ein Detektorvolumen-Einlass und ein Detektorvolumen-Auslass münden. Eine Detektor-Vakuumpumpe ist dabei gasleitend an den Detektorvolumen-Auslass angeschlossen, um das Detektorvolumen auf den erforderlichen Vakuumdruck zu evakuieren. Alternativ kann es sich bei dem Gasdetektor um einen anderen Detektortypen, wie z.B. einen optischen Detektor, einen Strahlungs- oder Strahlungsabsorptionsdetektor oder um einen Oberflächensensor, an dem der Trägergasstrom vorbeigeleitet wird, handeln. Im Falle eines massenspektrometrischen Gasdetektors kann es sich um ein Quadrupol-Massenspektrometer handeln. Jede Detektorart, die allgemein ein Vakuum zur Gasdetektion erfordert, wie z.B. ein massenspektrometrischer Gasdetektor, wird vorliegend als Vakuum-Gasdetektor bezeichnet. Zur Erzeugung des erforderlichen Vakuums für den Vakuum-Gasdetektor kann eine von der Prüfkammer-Vakuumpumpe verschiedene Detektor-Vakuumpumpe vorgesehen sein, bei der es sich um ein Hochvakuum-Pumpsystem mit einer Hochvakuumpumpe, z.B. in Form einer Turbomolekularpumpe, die das Detektorvolumen evakuiert, und mit einer Vorvakuumpumpe, die die Hochvakuumpumpe evakuiert, handeln kann.
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Ein erster Druckmesser kann zwischen dem ersten Ventil und der ersten Flussdrossel mit dem Prüfkammerabschnitt der ersten Gasleitung verbunden sein, um den Druck in dem Prüfkammerabschnitt zu messen. Ein zweiter Druckmesser kann zwischen dem ersten Verbindungspunkt und der dritten Flussdrossel mit dem Detektorabschnitt der ersten Gasleitung verbunden sein, um den Druck in dem Detektorabschnitt zu messen. In Abhängigkeit der gemessenen Drücke können die Flussdrosseln D3, D4 und/oder die Ventile V1, V2, V6 gesteuert werden.
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Die Prüfkammer ist vorzugsweise mit einem dritten Druckmesser zum Messen des Drucks in der Prüfkammer verbunden, wobei in Abhängigkeit des gemessenen Drucks in der Prüfkammer die zweite Drossel D2, die vierte Drossel D4, das dritte Ventil V3, das vierte Ventil V4, das fünfte Ventil V5 und/oder das sechste Ventil V6 gesteuert werden können.
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Im Folgenden werden anhand der Figuren zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Die Figuren zeigen jeweils schematische Darstellungen eines Trägergas-Lecksuchsystems.
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Das Trägergas-Lecksuchsystem 10 des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ist ein massenspektrometrisches Trägergas-Lecksuchsystem mit einem massenspektrometrischen Gasdetektor 12 in Form eines Quadrupol-Massenspektrometers mit einem Detektorvolumen 14, einem in das Detektorvolumen 14 mündenden Detektorvolumen-Einlass 15 und einem in das Detektorvolumen 14 mündenden Detektorvolumen-Auslass 16. Eine Detektor-Vakuumpumpe 18 ist an den Detektorvolumen-Auslass 16 angeschlossen, um das Detektorvolumen 14 zu evakuieren. Die Detektor-Vakuumpumpe 18 besteht aus einer Turbomolekularpumpe und einer Vorvakuumpumpe. In bekannter Weise ist dabei der Einlass der Turbomolekularpumpe mit dem Detektorvolumen-Auslass 16 verbunden, während der Auslass der Turbomolekularpumpe mit dem Einlass der Vorvakuumpumpe verbunden ist. Der Auslass der Vorvakuumpumpe kann zur Atmosphäre hin offen sein.
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Der Detektorvolumen-Einlass 15 ist mit einer ersten Flussdrossel D1 zur Druckwandlung am Detektorvolumen-Einlass 15 versehen. Der Detektorvolumen-Einlass 15 ist durch eine erste Gasleitung 28 mit dem Prüfkammer-Auslass 26 verbunden.
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Das Lecksuchsystem 10 beinhaltet ferner eine Prüfkammer 20 mit einem Prüfkammervolumen 21, einem in das Prüfkammervolumen 21 mündenden ersten Prüfkammer-Einlass 22, einem in das Prüfkammervolumen 21 mündenden zweiten Prüfkammer-Einlass 24 und einem ebenfalls in das Prüfkammervolumen 21 mündenden Prüfkammer-Auslass 26. Der Prüfkammer-Auslass 26 ist über die erste Gasleitung 28 gasleitend mit der ersten Flussdrossel D1 und dem Detektorvolumen-Einlass 15 verbunden.
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Der den Prüfkammer-Auslass 26 mit dem Detektorvolumen-Einlass 15 verbindende Abschnitt der ersten Gasleitung 28 wird vorliegend als Prüfkammerabschnitt 34 bezeichnet. Der den Detektorvolumen-Einlass 15 mit der Prüfkammer-Vakuumpumpe 27 verbindende Abschnitt der ersten Gasleitung 28 wird vorliegend als Detektorabschnitt 40 bezeichnet.
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Eine zweite Gasleitung 30 verbindet ebenfalls den Prüfkammer-Auslass 26 mit der Prüfkammer-Vakuumpumpe 27, wobei die zweite Gasleitung 30 parallel zu der ersten Gasleitung 28 verläuft und somit einen Bypass für die erste Gasleitung 28 bildet. Die zweite Gasleitung 30 ist in einem ersten Verbindungspunkt 38 gasleitend mit der ersten Gasleitung 28 und mit dem Gaseinlass der Prüfkammer-Vakuumpumpe 27 verbunden.
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Die erste Gasleitung 28 weist in ihrem Prüfkammerabschnitt 34 ein selektiv schließbares erstes Ventil V1 und in ihrem Detektorabschnitt 40 ein selektiv schließbares zweites Ventil V2 auf. Zwischen dem zweiten Ventil V2 und dem ersten Verbindungspunkt 38 weist die erste Gasleitung 28 eine dritte Flussdrossel D3 mit vorgegebenem oder einstellbarem Leitwert S3 auf.
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Zwischen dem Prüfkammer-Auslass 26 und dem ersten Verbindungspunkt 38 weist die zweite Gasleitung 30 eine vierte Flussdrossel D4 mit vorgegebenem oder einstellbarem Leitwert S4 auf, wobei die zweite Gasleitung 30 zwischen der vierten Flussdrossel D4 und dem Prüfkammer-Auslass 26 ein selektiv schließbares sechstes Ventil V6 aufweist.
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Der Prüfkammer-Auslass 26 ist zudem über eine dritte Gasleitung 32 gasleitend mit der Prüfkammer-Vakuumpumpe 27 verbunden, wobei die dritte Gasleitung 32 in einem zweiten Verbindungspunkt 42 am Prüfkammer-Auslass 26 gasleitend mit der ersten Gasleitung 28 und der zweiten Gasleitung 30 verbunden ist. Die dritte Gasleitung 32 überbrückt die erste Gasleitung 28 und die zweite Gasleitung 30 zwischen dem ersten Verbindungspunkt 38 und dem zweiten Verbindungspunkt 42 und enthält ein selektiv schließbares fünftes Ventil V5. Die erste, zweite und dritte Gasleitung 28, 30, 32 sind in dem ersten Verbindungspunkt 38 miteinander und mit dem Gaseinlass der Prüfkammer-Vakuumpumpe 27 gasleitend verbunden.
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Zwischen der ersten Flussdrossel D1 und dem ersten Ventil V1 ist die erste Gasleitung 30 in ihrem Prüfkammerabschnitt 34 mit einem ersten Druckmesser PG1 verbunden. Der Detektorabschnitt 40 ist zwischen der dritten Flussdrossel D3 und dem ersten Verbindungspunkt 38 mit einem zweiten Druckmesser PG2 verbunden.
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Die Prüfkammer 20 ist gasleitend mit einem dritten Druckmesser PG3 in Form eines Totaldrucksensors zum Messen des Drucks in der Prüfkammer 20 verbunden. Der erste Prüfkammer-Einlass 22 weist eine zweite Flussdrossel D2 mit vorgegebenem oder verstellbarem Leitwert S2 zur Trägergas-Zufuhr sowie ein selektiv schließbares drittes Ventil V3 auf. Der zweite Prüfkammer-Einlass 24 weist zum Spülen und/oder Belüften des Prüfkammervolumens 21 ein selektiv schließbares viertes Ventil V4 auf.
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Der den ersten Verbindungspunkt 38 mit dem Gaseinlass 15 und der ersten Flussdrossel D1 verbindende Abschnitt der ersten Gasleitung 28 wird als Detektorabschnitt 40 bezeichnet. Der Detektorabschnitt 40 beinhaltet das zweite Ventil V2 und die dritte Flussdrossel D3 und ist mit dem zweiten Druckmesser PG2 verbunden. Der Detektorabschnitt 40 ist in dem ersten Verbindungspunkt 38 gasleitend mit der zweiten Gasleitung 30, der dritten Gasleitung 32 und dem Gaseinlass der Prüfkammer-Vakuumpumpe 27 verbunden.
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Das Detektorvolumen 14 des Gasdetektors 12 wird auf bekannte Weise von der Detektor-Vakuumpumpe 18 evakuiert, so dass im Inneren des Detektorvolumens 14 ein geeigneter Hochvakuumdruck herrscht. Um einen in der Figur nicht dargestellten Prüfling auf dessen Dichtheit zu untersuchen, beinhaltet dieser ein fluides Prüfmedium und wird in die Prüfkammer 20 eingebracht. Das Prüfmedium kann ein Prüfgas oder eine Prüfflüssigkeit sein, deren Dampfphase zum Nachweis einer Leckage dient. Anschließend wird die Prüfkammer 20 bei geöffnetem Ventil V5 von der Prüfkammer-Vakuumpumpe 27 evakuiert. Sobald in der Prüfkammer 20 ein geeigneter Druck erreicht ist, wird das fünfte Ventil V5 geschlossen.
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Durch Öffnen des sechsten Ventils V6 sowie des dritten Ventils V3 wird von der Prüfkammer-Vakuumpumpe 27 Trägergas durch die zweite Flussdrossel D2 in das Prüfkammervolumen 21 eingesogen und durch den Prüfkammer-Auslass 26 entlang der zweiten Gasleitung 30 durch die vierte Flussdrossel D4 der Prüfkammer-Vakuumpumpe 27 als erster Teilstrom zugeführt. Ein zweiter Teilstrom des durch die Prüfkammer 20 transportierten Trägergases wird nach Öffnen des ersten Ventils V1 und des zweiten Ventils V2 entlang der ersten Gasleitung 28 vorbei am Detektor-Einlass 15 und durch den Detektorabschnitt 40 durch die dritte Flussdrossel D3 der Prüfkammer-Vakuumpumpe 27 zugeführt. Durch geeignetes Einstellen der Leitwerte der Flussdrosseln D3, D4 wird dabei eine Flussteilung derart bewirkt, dass der erste Teilstrom deutlich größer ist als der zweite Teilstrom entlang des Detektor-Einlasses 15.
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Aus dem zweiten Teilstrom gelangt Trägergas mit möglichem Leckagegas aus dem Prüfling durch die erste Flussdrossel D1 in das Detektorvolumen 14, um dort analysiert zu werden. Hierzu ist die erste Gasleitung 28 in einem den Prüfkammerabschnitt 34 mit dem Detektorabschnitt 40 verbindenden dritten Verbindungspunkt 44 mit einem kurzen Leitungsabschnitt 46 des Detektorvolumen-Gaseinlasses 15 mit dem Gasdetektor 12 verbunden. Alternativ kann die erste Gasleitung 28 bei einem anderen, in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel in dem dritten Verbindungspunkt 44 mit einem Gasdetektor 12 eines anderen Typs verbunden sein.
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Durch Verstellen des Leitwerts der zweiten Flussdrossel D2 wird der Trägergasfluss an das Prüfkammervolumen 21 oder die Gasmenge in der Prüfkammer 20 angepasst. Bei gleichbleibendem Saugvermögen der Prüfkammer-Vakuumpumpe 27 und/oder gleichbleibendem über die Drosseln D3 und D4 effektiv wirkendem Saugvermögen führt ein veränderter Trägergasfluss zu einem geänderten Gleichgewichtsdruck innerhalb der Prüfkammer 20. Um zu vermeiden, dass der veränderte Prüfkammerdruck auch den Druck innerhalb des Detektorvolumens 14 verändert, wird das Saugvermögen der Prüfkammer-Vakuumpumpe 27 durch Verstellen des Leitwerts der vierten Drossel D4 an den gewünschten Einlassdruck am Detektorvolumen-Einlass 15 angepasst. Über die dritte Flussdrossel D3 wird sodann das Teilstromverhältnis der beiden der Prüfkammer-Vakuumpumpe 27 zugeführten Teilströme derart angepasst, dass ein definierter zweiter Teilstrom am Detektorvolumen-Einlass 15 entlanggeführt wird, während der Hauptanteil des Trägergasstroms als erster Teilstrom direkt zur Prüfkammer-Vakuumpumpe 27 geführt wird.
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Das Detektorvolumen 14 wird dauerhaft über die Detektor-Vakuumpumpe 18 gepumpt. Messablauf:
| Nr. | Bezeichnung | V1 | V2 | V3 | V4 | V5 | V6 |
| 1 | Standby, Prüfkammer offen | zu | auf | zu | auf | zu | zu |
| 2 | Anpumpung der Prüfkammer | zu | zu | zu | zu | auf | auf |
| 3* | Trägergas sta rte n | zu | zu | auf | zu | zu | auf |
| 4 | Messen, mit Flussteilung | auf | auf | auf | zu | zu | auf |
| 5 | Messung beenden Entspricht Nr.1 | zu | zu | zu | auf | zu | zu |
| (*) der Punkt 3 kann auch übersprungen werden |
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Während des Messbetriebs strömt das Trägergas über das Ventil V3 in die Prüfkammer 20. Die Stärke des Trägergasflusses wird von der Drossel D2 definiert. Flussabwärts hinter der Prüfkammer 20 teilt sich der Trägergasfluss am zweiten Verbindungspunkt 42 in zwei Teile auf. Der größere Anteil wird über V6 und Drossel D4 durch die zweite Gasleitung 30 direkt zur Prüfkammer-Vakuumpumpe 27 geleitet. Der zweite kleinere Teil des Flusses fließt entlang der ersten Gasleitung 28 durch das erste Ventil V1 und entlang des Detektorabschnitts 40 durch das Ventil V2 und Drossel D3 zur selben Prüfkammer-Vakuumpumpe 27. Der Fluss durch die Drossel D1 in das Detektorvolumen 14 ist verglichen zum Trägergasfluss vernachlässigbar klein.
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Die Summe der Saugvermögen/Leitwerte der beiden Flussdrosseln D3 und D4, deren Teilströme an den ersten Verbindungspunkt 38 zusammengeführt werden, werden derart gewählt, dass der gewünschte Gleichgewichtsdruck in der Prüfkammer 20 bei dem gewählten Trägergasstrom (definiert über die Drossel D2) erreicht wird.
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Es gilt:
- Q: Trägergasfluss
- S: Leitwert der Drosseln (gleichbedeutend mit dem Saugvermögen, welches durch die Drosseln begrenzt wird)
- S3: Leitwert der Drossel D3
- S4: Leitwert der Drossel D4
- P: Gleichgewichtsdruck in der Prüfkammer.
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Die Entscheidungskette bei der Auslegung der Parameter ist wie folgt:
- Der Trägergasfluss wird festgelegt. Der Fluss wird derart gewählt, dass die Gasmenge im Nettovolumen der Prüfkammer 20 in kurzer Zeit möglichst komplett ausgetauscht wird.
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Dabei soll die Trägergasflussgröße nicht zu groß gewählt werden, um das Prüfgas nicht stark zu verdünnen.
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Bei Applikationen mit größerem Nettovolumen der Prüfkammer 20 wird der Druck auf ein geringeres Niveau reduziert, damit die mit dem Trägergas auszutauschende Gasmenge geringer ist. Dabei wird der Druck nicht zu gering gewählt, um auch mit einer einfachen, preiswerten Pumpe als Prüfkammer-Vakuumpumpe arbeiten zu können. Der Gleichgewichtsdruck wird über die Drosseln D3 und D4 eingestellt.
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Das Verhältnis der Leitwerte der Drosseln D3 und D4 wird derart gewählt, dass ein ausreichend schneller Gasaustausch in der ersten Gasleitung 28 am Detektorvolumen-Einlass 15 zum Nachweissystem des Gasdetektors 12 (Pfad V1 => V2 => D3) gewährleistet wird.
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Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen durch die Art und Länge der Leitungsführung der ersten und zweiten Gasleitungen 28, 30 sowie dadurch, dass es sich bei dem Gasdetektor 14 nicht zwingend um einen massenspektrometrischen Gasdetektor handelt. Vielmehr kann es sich bei dem Gasdetektor 14 um jede denkbare Art eines Gasdetektors handeln, insbesondere auch um einen optischen Gasanalysator, beispielsweise nach dem Prinzip der Strahlungsanalyse oder der Infrarot-Adsorption, oder um einen Gasdetektor mit einem Oberflächensensor, an dessen Oberfläche der zweite Teilstrom entlanggeführt wird.
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Die Darstellung der Leitungsführung in 2 verdeutlicht, dass die erste Gasleitung 28 mit dem Prüfkammerabschnitt 34 und dem Detektorabschnitt 40 einen gemeinsamen, die beiden Verbindungspunkte 42, 38 verbindenden Gasleitungsweg bildet, der zwischen den beiden Verbindungspunkten 42, 38 parallel zu dem durch die zweite Gasleitung 30 gebildeten Gasleitungsweg verläuft.
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Der Leitungsabschnitt 46 des Detektoreinlasses 15 zwischen dem Detektorvolumen 14 und dem dritten Verbindungspunkt 44 soll kurz gehalten werden. So wird durch den durch den dritten Verbindungspunkt 44 führenden Trägergasstrom ein schneller Gasaustausch am Detektor gewährleistet. Der Leitungsabschnitt 46 ist insbesondere kürzer als die erste Gasleitung 28, als die zweite Gasleitung 30, als der Detektorabschnitt 40 und als der Prüfkammerabschnitt 34.
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Ein weiterer Unterschied des Ausführungsbeispiels nach 2 gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach 1 besteht darin, dass die Druckmesser PG1, PG2, PG3, der zweite Prüfkammer-Einlass 24 mit dem vierten Ventil V4, das dritte Ventil V3 und die Flussdrossel D1 in 2 nicht dargestellt sind. Dennoch können bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eine oder mehrere dieser Komponenten vorgesehen sein. Entsprechend ist auch denkbar, dass bei dem Ausführungsbeispiel in 2 die Ventile V1, V2, die zweite Flussdrossel D2 und/oder der dritte Gasleitungsweg 32 mit dem fünften Ventil V5 entfallen. Ebenfalls wäre je nach Anwendungsart und Detektortyp denkbar, dass eines oder mehrere der Ventile V1, V2, V6 entfallen.
