DE112022002105T5

DE112022002105T5 - Verbessertes, auf schnüffeln basierendes leckerfassungssystem

Info

Publication number: DE112022002105T5
Application number: DE112022002105.5T
Authority: DE
Inventors: Julien COULOMB; Emmanuel UROS
Original assignee: Pfeiffer Vacuum SAS
Current assignee: Pfeiffer Vacuum SAS
Priority date: 2021-04-13
Filing date: 2022-04-13
Publication date: 2024-03-21
Also published as: TW202248601A; FR3121749A1; WO2022219029A1; FR3121749B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (1) zum Erfassen von Lecks mittels eines Spürgases, das dazu bestimmt ist, mit einer Schnüffelsonde verbunden zu werden, um die Luftdichtheit eines mit dem Spürgas gefüllten zu prüfenden Objekts zu überprüfen, umfassend eine erste Pumpvorrichtung (13), die es ermöglicht, ein Primärvakuum zu schaffen, und umfassend mindestens eine Membranpumpe, die mindestens zwei Pumpstufen (E1, E2, E3, E4) bildet, die durch ein Verbindungsmodul (14) miteinander verbunden sind, das so ausgelegt ist, dass es jede Pumpstufe (E1, E2, E3, E4) in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter des Leckerfassungssystems (1) wahlweise parallel oder in Reihe mit mindestens einer anderen Pumpstufe (E1, E2, E3, E4) schaltet, um den Massendurchsatz der von der Schnüffelsonde angesaugten Gase zu verändern.

Description

TECHNISCHES SACHGEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Erfassen von Lecks zur Überprüfung der Luftdichtheit eines zu prüfenden Objekts durch Schnüffeln. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Pumpverfahren des Systems.
TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Zum Überprüfen der Luftdichtheit eines Objekts sind der sogenannte „Schnüffel“-Test und der sogenannte „Sprüh“-Test auf ein Spürgas bekannt. Bei diesen Verfahren wird der Durchgang des Spürgases durch etwaige Lecks des zu prüfenden Objekts erfasst. Im „Schnüffel“-Modus wird ein Leckdetektor, der mit einer Schnüffelsonde verbunden ist, verwendet, um ein mögliches Vorhandensein des Spürgases in der Umgebung eines mit, normalerweise unter Druck stehendem, Spürgas gefüllten Objekts zu erfassen. Im „Sprüh“-Modus wird eine Sprühpistole verwendet, um das zu prüfende Objekt mit Spürgas zu besprühen, wobei das Innenvolumen des zu prüfenden Objekts mit einem Leckdetektor verbunden ist. Helium oder Wasserstoff werden im Allgemeinen als Spürgas verwendet, da diese Gase aufgrund der geringen Größe ihrer Moleküle und ihrer hohen Ausbreitungsgeschwindigkeit leichter durch kleine Lecks hindurchgehen als andere Gase.
Im „Schnüffel“-Modus, bei dem der Druck abgesenkt wird, um das Massenspektrometer zur Messung der Spürgasmenge funktionsfähig zu machen, umfasst der Leckdetektor eine Pumpanordnung, die aus einer Vorvakuumpumpe und einer stromaufwärts montierten Turbomolekularvakuumpumpe bestehen kann und je nach Betrieb des Leckdetektors selektiv in Reihe mit der Vorvakuumpumpe geschaltet wird.
Darüber hinaus ist es üblich, mehrere Schnüffelleitungen bereitzustellen, die an verschiedenen Stellen der Vorvakuumpumpe angeschlossen sind, um mehrere Schnüffelmassenströme zu ermöglichen, mit denen mehrere unterschiedliche Erfassungsempfindlichkeiten erhalten werden können. Die Vakuumpumpe des Leckdetektors besteht aus zwei parallel geschalteten Pumpstufen, die stromabwärts mit einer der Schnüffelleitungen verbunden sind, wobei diese zwei ersten Stufen mit einer dritten Stufe verbunden sind, die stromabwärts mit einer anderen der Schnüffelleitungen verbunden ist, wobei die dritte und die vierte Pumpstufe in Reihe geschaltet sind, um der Schnüffelsonde mehrere Massenströme aus derselben Membranpumpe anzubieten. Je nach der gewünschten Erfassung wählt der Benutzer dann eine der Schnüffelleitungen aus. Bei dieser Auslegung muss die Schnüffelsonde jedoch an mehreren Stellen der Vakuumpumpe angeschlossen werden, was die Anordnung deutlich komplexer macht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ziel der Erfindung ist es insbesondere, ein kostengünstiges Leckerfassungssystem für zu prüfende Objekte mit sehr unterschiedlichen Volumina vorzuschlagen, das einen optimierten Betrieb im „Schnüffel“-Modus ermöglicht, also zum Beispiel mit einem für die gewünschte Art von Luftdichtheitsmessung minimiertem Hintergrundrauschen, einschließlich einer hohen Erfassungsempfindlichkeit, ohne jedoch das Volumen merklich zu erhöhen.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung ein System zum Erfassen von Lecks mittels eines Spürgases, das dazu bestimmt ist, mit einer Schnüffelsonde verbunden zu werden, um die Luftdichtheit eines mit dem Spürgas gefüllten zu prüfenden Objekts zu überprüfen, umfassend eine erste Pumpvorrichtung, die es ermöglicht, ein Primärvakuum zu schaffen, eine zweite Pumpvorrichtung, die es ermöglicht, ein Sekundärvakuum zu schaffen, ein Spürgaserfassungsmodul und ein Verarbeitungsmodul, das es ermöglicht, den Betrieb des Leckerfassungssystems zu steuern, wobei der stromabwärts gelegene Teil der sekundären Pumpvorrichtung mit dem stromaufwärts gelegenen Teil der primären Pumpvorrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pumpvorrichtung mindestens eine Membranpumpe umfasst, die mindestens zwei Pumpstufen umfasst, die durch ein Verbindungsmodul miteinander verbunden sind, das dafür ausgelegt ist, jede Pumpstufe in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter des Leckerfassungssystems selektiv parallel oder in Reihe mit mindestens einer anderen Pumpstufe zu schalten, um den Massendurchsatz der von der Schnüffelsonde angesaugten Gase zu verändern, ohne mehrere Schnüffelleitungen zu verwenden.
Erfindungsgemäß vorteilhaft ermöglicht die erste Pumpvorrichtung des Leckerfassungssystems daher, je nach Betrieb, eine Änderung der Pumpauslegung. Die Membranpumpen sind so gewählt, dass sie das Primärvakuum des Leckdetektors erzeugen. Bei der Anwendung auf diese Leckdetektoren wurde beobachtet, dass keine andere Trockentechnologie einen besseren Kompromiss zwischen der erforderlichen Kompaktheit, den Kosten und der Leistung ermöglicht.
Das Verbindungsmodul der ersten Pumpvorrichtung ermöglicht erfindungsgemäß vorteilhaft eine bessere fluidische Verbindung zwischen den Pumpstufen in Abhängigkeit von der Verwendung des Leckerfassungssystems. So ermöglicht die Erfindung bei gleichem Platzbedarf und begrenzten Mehrkosten ein intelligentes Pumpen, das Vorteile bietet, die normalerweise nur schwer zu kombinieren sind, wie zum Beispiel das Anbieten mehrerer unterschiedlicher Empfindlichkeiten im „Schnüffel“-Modus mit einem einzigen Erfassungssystem und das Beibehalten einer einzigen Leitung zwischen der Sonde und dem Saugeingang der Erfassungseinheit. Es versteht sich, dass es nicht mehr notwendig ist, zur Veränderung des Massendurchsatzes der von der Schnüffelsonde angesaugten Gase mehrere Schnüffelleitungen zu verwenden oder Pumpstufen mit größerem Volumen einzusetzen.
Die Erfindung kann auch eines oder mehrere der folgenden optionalen Merkmale umfassen, die einzeln oder in Kombination auftreten können.
Der Betriebsparameter kann einen stromaufwärts des Leckerfassungssystems gemessenen Massendurchsatz der angesaugten Gase, eine gemessene Temperatur der zweiten Pumpvorrichtung und/oder eine Spürgasverschmutzung (also eine zu hohe Konzentration oder ein zu hoher Partialdruck des Spürgases) umfassen. Vorzugsweise umfasst der Betriebsparameter den Massendurchsatz der angesaugten Gase, der stromaufwärts des Leckerfassungssystems gemessen wird, und gegebenenfalls mindestens einen der anderen oben genannten Parameter.
Wenn eine maximale Erfassungsempfindlichkeit gewünscht wird, verbindet das Verarbeitungsmodul vorzugsweise die erste und die zweite Pumpvorrichtung fluidisch, und das Verbindungsmodul ist vorzugsweise so ausgelegt, dass alle Pumpstufen der ersten Pumpvorrichtung in Reihe geschaltet werden, um einen maximalen Massendurchsatz der von der Schnüffelsonde angesaugten Gase zu erhalten. Der maximale Massendurchsatz kann zum Beispiel im Wesentlichen 3000 cm³·min^-1 bei Standardtemperatur- und - druckbedingungen betragen.
Wenn eine normale Erfassungsempfindlichkeit erwünscht ist, verbindet das Verarbeitungsmodul vorzugsweise die erste und die zweite Pumpvorrichtung fluidisch miteinander, und das Verbindungsmodul ist vorzugsweise so ausgelegt, dass mindestens die zwei ersten Pumpstufen der ersten Pumpvorrichtung parallel geschaltet werden, um einen vorbestimmten, sogenannten normalen Massendurchsatz der von der Schnüffelsonde angesaugten Gase zu erhalten. Der normale Massendurchsatz ist geringer als der maximale Massendurchsatz und kann beispielsweise zwischen 200 cm³·min^-1 und 400 cm³·min^-1 bei Standardtemperatur- und -druckbedingungen liegen.
Die erste Pumpvorrichtung kann mindestens vier Pumpstufen umfassen, die über das Verbindungsmodul miteinander verbunden sind, um das Hintergrundrauschen zu verbessern. Es versteht sich auch, dass weitere Auslegungen möglich sind, insbesondere für mittlere Empfindlichkeitsstufen zwischen derjenigen, bei der alle Pumpstufen parallel geschaltet sind, und derjenigen, bei der alle Pumpstufen in Reihe geschaltet sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere spezifische Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich eindeutig aus der nachstehenden Beschreibung in anschaulicher und nicht einschränkender Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen:

- 1 ist eine schematische Darstellung eines auf Sprühen basierenden Leckerfassungssystems;
- 2 ist eine schematische Darstellung eines Teils des Leckerfassungssystems gemäß einem „Sprüh“-Modus;
- 3 ist eine schematische Darstellung eines auf Schnüffeln basierenden Leckerfassungssystems gemäß der Erfindung;
- 4 ist eine schematische Ansicht eines Teils des Leckerfassungssystems gemäß einem „Schnüffel“-Modus" der Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG MINDESTENS EINER AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
In den verschiedenen Figuren tragen identische oder ähnliche Elemente die gleichen Bezeichnungen, eventuell ergänzt durch einen Index. Die Beschreibung ihrer Struktur und ihrer Funktion wird daher nicht systematisch wiederholt.
Im Folgenden sind die Orientierungen die Orientierungen der Figuren. Insbesondere die Begriffe „oben“, „unten“, „links“, „rechts“, „oben“, „unten“, „nach vorne“ und „nach hinten“ werden allgemein in Bezug auf die Darstellungsrichtung der Figuren verstanden.
Unter „zu prüfendes Objekt 11“ ist ein beliebiges Objekt oder eine beliebige Anlage zu verstehen, deren Luftdichtheit geprüft werden soll.
Unter „Leckerfassungssystem 1“ sind alle Arten von Vorrichtungen zu verstehen, die in der Lage sind, Leckraten, die Konzentration oder den Partialdruck eines vorbestimmten Spürgases wie Wasserstoff oder Helium zu messen, um jegliche Luftdichtheitsdefekte des zu prüfenden Objekts 11 zu identifizieren. Diese Arten von Vorrichtungen umfassen in der Regel eine Sonde 3, ein Pumpmodul 12 (zum Beispiel mit einer ersten Pumpvorrichtung 13 zum Erzeugen eines Primärvakuums und einer zweiten Pumpvorrichtung 15 zum Erzeugen eines Sekundärvakuums), ein Spürgaserfassungsmodul 5 (zum Beispiel mit mindestens einem Erfassungselement wie zum Beispiel einem Massenspektrometer), ein Verarbeitungsmodul 7 zum Steuern des Betriebs des Leckerfassungssystems 1 und vorzugsweise ein Element 9 zum Anzeigen von Leckerfassungssmessungen und Parametereinstellungen des Leckerfassungssystems 1. In der Regel sind alle Elemente (außer der Sonde 3) des Leckerfassungssystems 1 in einer Erfassungseinheit 4 kombiniert.
Unter einer „ersten Pumpvorrichtung 13 zum Erzeugen eines Primärvakuums“ versteht man einen Satz aus mindestens einer Pumpe, wie etwa einer Membranpumpe, die in der Lage ist, ein Vakuum kleiner oder gleich 10 mbar und typischerweise zwischen 10 mbar und 10^-3 mbar (oder zwischen 10³ Pa und 10^-1 Pa) zu erzeugen.
Unter einer „zweiten Pumpvorrichtung 15 zum Erzeugen eines Sekundärvakuums“ versteht man einen Satz aus mindestens einer Pumpe, wie etwa einer Turbomolekularpumpe, die in der Lage ist, ein Vakuum von weniger als 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 erzeugen.
Unter „Sonde 3“ sind alle Arten von Vorrichtungen zu verstehen, die von einem Leckerfassungssystem 1 zur lokalen Untersuchung des zu prüfenden Objekts verwendet werden. Die Sonde 3 wird also vom Benutzer in die Nähe des zu prüfenden Objekts 11 gebracht. Erfindungsgemäß ist die Sonde 3 also eine Schnüffelsonde.
In dem in 1 dargestellten Beispiel, das nicht zur Erfindung gehört, handelt es sich bei der Sonde 3 um eine Sprühpistole des Leckerfassungssystems 1, die mit einem Griffelement versehen ist, mit dem sie von einem Benutzer bedient werden kann. Die Sonde 3 ist über eine Leitung 2a mit einer Spürgasquelle 6 verbunden und ermöglicht die Freisetzung von Spürgas durch Betätigen der Steuerung 16. Die Suche nach Lecks erfolgt in der Regel, indem die Sonde 3 an diskrete Punkte des zu prüfenden Objekts 11 geführt wird, insbesondere an Punkte, die Schwachstellen der Luftdichtheit aufweisen können, wie etwa die Dichtungen, die Schweißnähte und die Verbindungsstellen. Helium oder Wasserstoff werden im Allgemeinen als Spürgas verwendet, da diese Gase aufgrund der geringen Größe ihrer Moleküle und ihrer hohen Geschwindigkeit leichter durch kleine Lecks hindurchgehen als andere Gase.
Die Erfassungseinheit 4 des Leckerfassungssystems 1 umfasst einen Saugeingang 10, der über eine Leitung 2b mit dem zu prüfenden Objekt 11 zu verbinden ist, um im Inneren des Objekts 11 einen Unterdruck zu erzeugen und jegliches von der Sonde 3 eingeblasenes Spürgas anzusaugen, das durch ein Leck in das zu prüfende Objekt 11 eindringen würde. Ein Teil der Moleküle (typischerweise des Spürgases), die gegen die vom Pumpmodul 12 angesaugten Gase strömen, wird vom Gaserfassungsmodul 5 analysiert, zum Beispiel mit einem Massenspektrometer (nicht dargestellt), das eine Spürgasleckrate an das Verarbeitungsmodul 7 liefert, vorzugsweise zur Anzeige auf dem Anzeigeelement 9. In der Regel kann die Leckrate zum Beispiel in mbar·l·s^-1 or Pa·m³·s^-1 gemessen werden. Das Verarbeitungsmodul 7 überwacht einen minimalen Spürgasschwellenwert, dessen Überschreitung als Leck, also als Luftdichtheitsdefekt des zu prüfenden Objekts 11, angesehen wird.
Die erste Pumpvorrichtung 13 umfasst mindestens eine Membranpumpe, die mindestens zwei Pumpstufen E1, E2, E3, E4 umfasst. Es versteht sich, dass eine Membranpumpe alle Pumpstufen E1, E2, E3, E4 oder nur einen Teil der Pumpstufen E1, E2, E3, E4 kombinieren kann, wobei der andere Teil der Pumpstufen E1, E2, E3, E4 zu mindestens einer anderen Membranpumpe gehört.
Im Bereich von zu prüfenden Objekten unterschiedlicher Größe (typischerweise zwischen 0,5 und 20 Litern), also für die ein Förderstrom von weniger als 10 m³·h^-1 ausreicht (in der überwiegenden Mehrzahl der allgemein beobachteten Fälle), werden vorzugsweise Membranpumpen zum Erzeugen des Primärvakuums des Leckdetektors eingesetzt. Bei der Anwendung auf diese Leckdetektoren ermöglicht keine andere Trockentechnologie einen besseren Kompromiss zwischen der erforderlichen Kompaktheit, den Kosten und der Leistung. Die Roots-Vakuumpumpen beispielsweise ermöglichen in der Regel keinen Förderstrom von weniger als 15 m³·h^-1, was sie zu sperrig, zu teuer und zu schwer macht, um sie in solchen Leckdetektoren einzusetzen. Die erste Pumpvorrichtung 13 verwendet also mindestens eine Membranpumpe, weil sie für ein Leckerfassungssystem 1 vorgesehen ist, bei dem der trockene, das heißt ohne Öl im geförderten Strom, Förderstrom unter 10 m³·h^-1 ausreichend ist.
Die Pumpstufen E1, E2, E3, E4 sind durch ein Verbindungsmodul 14 miteinander verbunden, das so ausgelegt ist, dass es jede Pumpstufe E1, E2, E3, E4 in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter des Leckerfassungssystems 1, wie typischerweise am Saugeingang 10, selektiv parallel oder in Reihe mit mindestens einer anderen Pumpstufe E1, E2, E3, E4 schaltet.
Das Verbindungsmodul 14 umfasst vorzugsweise Kanäle C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11, C12, C13, C14, C15, C16, C17, die den Eingang und den Ausgang jeder Pumpstufe E1, E2, E3, E4 der ersten Pumpvorrichtung 13 verbinden, und Verschlusselemente V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V9, V10, V11, die selektiv den Durchgang in den Kanälen C6, C7, C8, C9, C10, C11, C13, C14, C15, C16, C17 ermöglichen. Bei den Verschlusselementen V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V9, V10, V11 kann es sich um Ventile handeln, die insbesondere vom Verarbeitungsmodul 7 angesteuert werden können, und/oder um Rückschlagventile, die jeweils so ausgelegt sind, dass sie ein Öffnen/Schließen in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Druckschwellenwert ermöglichen, um die Verbindungen zwischen den Pumpstufen E1, E2, E3, E4 vorzugsweise in Abhängigkeit vom Druck stromaufwärts des Leckerfassungssystems 1 und/oder in Abhängigkeit vom Druck stromaufwärts oder stromabwärts einer Pumpstufe E1, E2, E3, E4 zu modifizieren. Jeder Druck kann durch einen eigenen Drucksensor, wie etwa den Sensor 18 beispielsweise, überwacht werden, um den Druck stromaufwärts des Leckerfassungssystems 1 zu überwachen.
Die erste Pumpvorrichtung 13 des Leckerfassungssystems 1 ermöglicht es daher, je nach Betrieb die Pumpauslegung zu ändern, insbesondere je nachdem, ob sie sich in der Vorabsaugphase des zu prüfenden Objekts 11 oder in der Phase der Überprüfung der Luftdichtheit des zu prüfenden Objekts 11 befindet. Das Verbindungsmodul 14 der ersten Pumpvorrichtung 13 ermöglicht somit eine bessere fluidische Verbindung zwischen den Pumpstufen E1, E2, E3, E4 entsprechend der Verwendung des Leckerfassungssystems 1. Auf diese Weise ist es möglich, bei gleichem Platzbedarf und begrenzten Mehrkosten ein intelligenteres Pumpen zu realisieren, das Vorteile vereint, die normalerweise nicht miteinander kombiniert werden können, wie zum Beispiel die maximale Verkürzung der Dauer der Vorabsaugphase und die maximale Verringerung des Hintergrundrauschens (sehr niedriger Grenzvakuumdruck) der Phase der Prüfung der Luftdichtheit des zu prüfenden Objekts 11 in Bezug auf die Anzahl von Pumpstufen E1, E2, E3, E4, ohne dass mehrere Arten von ersten primären Pumpvorrichtungen oder Pumpstufen mit größerem Volumen verwendet werden müssen.
Dies ist möglich, weil das Verarbeitungsmodul 7 die zweite Pumpvorrichtung 15 abschaltet, wenn der Druck stromaufwärts des Leckerfassungssystems 1 im Wesentlichen dem Atmosphärendruck entspricht, das heißt zu Beginn der Ansaugung des zu prüfenden Objekts 11, und das Verbindungsmodul 14 so ausgelegt ist, dass alle Pumpstufen E1, E2, E3, E4 der ersten Pumpvorrichtung 13 parallel geschaltet werden, um den Förderstrom im Inneren des Objekts 11 durch die erste Pumpvorrichtung 13 zu maximieren. Wenn der Druck stromaufwärts des Leckerfassungssystems 1 unter einem Mindestdruckschwellenwert liegt (vorzugsweise zwischen 1 mbar und 10 mbar), der es dem Erfassungsmodul 5 ermöglicht, im Modus hoher Empfindlichkeit zu arbeiten, schaltet das Verarbeitungsmodul 7 die erste und die zweite Pumpvorrichtung 13, 15 in Reihe, verbindet sie also fluidisch miteinander, und das Verbindungsmodul 14 ist so ausgelegt, dass es alle Pumpstufen E1, E2, E3, E4 der ersten Pumpvorrichtung 13 in Reihe schaltet, um den Druck im Inneren des Objekts 11 auf ein möglichst niedriges Niveau zu senken und so die Empfindlichkeit des Erfassungsmoduls 5 maximal zu erhöhen.
Wenn alle Pumpstufen der ersten Pumpvorrichtung parallel geschaltet sind und vorzugsweise während der gesamten Vorabsaugung des zu prüfenden Objekts 11, gibt das Verarbeitungsmodul 7 jeder Pumpe, das heißt einer oder mehreren verwendeten Membranpumpen, eine Drehzahl vor, die größer ist als ihre Nenndrehzahl, um den Förderstrom der ersten Pumpvorrichtung 13 zu maximieren. Die vorgegebene Drehzahl kann beispielsweise zwischen 100 % und 170 % ihrer Nenndrehzahl liegen, während in den anderen Auslegungen außerhalb der Vorabsaugung die normale Drehzahl jeder Pumpe zwischen 30 % und 100 % ihrer Nenndrehzahl begrenzt werden kann (abgesehen von Ausnahmen, wie nachstehend erläutert).
In einer Zwischenbetriebsart, etwa wenn der Druck stromaufwärts des Leckerfassungssystems 1 unter einem maximalen Druckschwellenwert (vorzugsweise zwischen 15 mbar und 50 mbar) liegt, ab der das Erfassungsmodul 5 betrieben werden kann, schaltet das Verarbeitungsmodul 7 die erste und die zweite Pumpvorrichtung 13, 15 zusammen, das heißt, verbindet sie fluidisch, und das Verbindungsmodul 14 ist so ausgelegt, dass es zumindest die beiden letzten Pumpstufen E1, E2, E3, E4 der ersten Pumpvorrichtung in Reihe schaltet, um eine ausreichende Empfindlichkeit des Erfassungsmoduls 5 zu gewährleisten, zum Beispiel am Beginn der Überprüfung der Luftdichtheit des zu prüfenden Objekts 11.
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. In dem in 2 dargestellten Beispiel umfasst die erste Pumpvorrichtung 13 eine einzelne Membranpumpe mit vier Pumpstufen E1, E2, E3, E4. Je mehr Pumpstufen E1, E2, E3, E4 vorhanden sind, desto besser lassen sich natürlich der Förderstrom und der Grenzvakuumdruck der ersten Pumpvorrichtung 13 verbessern. Es versteht sich auch, dass es möglich ist, mehrere mögliche Auslegungen zwischen derjenigen, in der alle Pumpstufen beim Start parallel geschaltet sind, und derjenigen, in der alle Pumpstufen in Reihe geschaltet sind, für den Fall, dass eine hochempfindliche Erfassung erforderlich ist, zu durchlaufen.
Das in 2 dargestellte Beispiel soll nun erläutert werden, 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 Kanälen C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11, C12, C13, C14, C15, C16, C17, die den Saugeingang 10 über den Kanal C1 verbinden. Verschlusselemente V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V9, V10, V11 ermöglichen selektiv den Durchgang in die Kanäle C6, C7, C8, C9, C10, C11, C14, C16, C13, C15 und C17. In diesem spezifischen Beispiel sind die Verschlusselemente V7 und V8 steuerbare Ventile, da sie nach dem Druckabbau nacheinander geschlossen, geöffnet und wieder geschlossen werden sollen. Bei den weiteren Elementen V1, V2, V3, V4, V5, V6, V9, V10, V11 kann es sich ohne Vorzug um steuerbare Ventile und/oder Rückschlagventile handeln, die gemäß einem vorbestimmten Druckschwellenwert stromaufwärts des Leckerfassungssystems 1 und/oder stromaufwärts und stromabwärts einer Pumpstufe E1, E2, E3, E4 ausgelegt sind. Die erste Pumpvorrichtung 13 ist so ausgelegt, dass sie die Gase über den Auslass 17 abgibt, vorzugsweise bei Umgebungsdruck.
Im Beispiel der 2 umfasst die zweite Pumpvorrichtung 15 eine Turbomolekularvakuumpumpe T, die stromaufwärts (Ansaugung) mit dem Erfassungsmodul 5 verbunden ist und die stromabwärts (Auslass und Zwischenstufen) an drei verschiedenen Stufen der Turbomolekularvakuumpumpe T mit dem Kanal C1 jeweils über die Kanäle C2, C3 bzw. C4 verbunden werden kann, um den Entnahmestrom an das Niveau der Lecks anzupassen. Der Durchgang der letztgenannten Kanäle C2, C3, C4 wird selektiv durch die Verschlusselemente V12, V13, V14 gesteuert, die vorzugsweise steuerbare Ventile sind. Das Durchgangselement V15, das vorzugsweise ein steuerbares Ventil ist, dient schließlich dazu, den Kanal C1 zwischen seinen Verbindungen mit den Kanälen C3 und C4 zu schließen.

Die folgende Tabelle enthält ein Beispiel für die Steuerung des Leckerfassungssystems 1.

Modus	Druck (mbar)	Ventil offen
Grobabsaugung	Atmosphäre → P1	V1, V2, V3, V4, V5, V6, V15
Feinabsaugung	P1 → P2	V1, V6, V7, V8, V10, V15
Messung von größeren Lecks	P2 → P3	V1, V7, V10, V11, V14, V15
Normale Messung	P3 → P4	V1, V7, V10, V11, V13, V14, V15
Hochempfindliche Messung	P4 → Grenzvakuum	V9, V10, V11, V12, V14

In einer ersten Phase der Grobabsaugung lassen die Verschlusselemente V1, V2, V3, V4, V5, V6, V15 den Durchgang in den Kanälen C6, C7, C8, C9, C10, C11, C1 zusätzlich zu den Kanälen C5 und C12 zu, die ständig geöffnet sind. Die zweite Pumpvorrichtung 15 ist somit isoliert. Das Verbindungsmodul 14 ist so ausgelegt, dass alle Pumpstufen E1, E2, E3, E4 der ersten Pumpvorrichtung 13 parallel geschaltet werden, um den Förderstrom im Inneren des Objekts 11 durch die erste Pumpvorrichtung 13 zu maximieren, bis ein vorbestimmter Druckschwellenwert P1 stromaufwärts des Leckerfassungssystems 1 erreicht ist. Der Druckschwellenwert P1 liegt vorzugsweise zwischen 100 mbar und 400 mbar, das heißt, zum Beispiel bei 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 Druckschwellenwertes P1 beginnt eine zweite Phase der Feinabsaugung, in der die Verschlusselemente V1, V6, V7, V8, V10, V15 den Durchgang in den Kanälen C6, C11, C14, C16, C15 bzw. C1 zusätzlich zu den ständig geöffneten Kanälen C5 und C12 ermöglichen. Die zweite Pumpvorrichtung 15 ist also weiterhin isoliert. Das Verbindungsmodul 14 ist so ausgelegt, dass es die Pumpstufen E1 und E2 parallel schaltet und dann stromabwärts über die Kanäle C14, C15, C16 mit den Pumpstufen E3 und E4, ebenfalls parallel, verbindet, um den Förderstrom zu verringern, aber den Grenzvakuumdruck zu erhöhen, bis ein vorbestimmter Druckschwellenwert P2 stromaufwärts des Leckerfassungssystems 1 erreicht ist. Der maximale Druckschwellenwert P2 liegt vorzugsweise zwischen 15 mbar und 50 mbar, das heißt, beispielsweise bei 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 Druckschwellenwertes P2 kann eine dritte Phase der Messung größerer Lecks eingeleitet werden. In der dritten Phase lassen die Verschlusselemente V1, V7, V10, V11, V14, V15 den Durchgang in den Kanälen C6, C14, C15, C17, C4, C1 zusätzlich zu den Kanälen C5 und C12 zu, die ständig geöffnet sind. Die zweite Pumpvorrichtung 15 ist mit der ersten Pumpvorrichtung 13 verbunden. Das Verbindungsmodul 14 ist so ausgelegt, dass es die Pumpstufen E1 und E2 parallel schaltet, die dann stromabwärts über die Kanäle C14, C15 mit den Pumpstufen E3 und E4 verbunden sind, die nun in Reihe geschaltet sind, um den Förderstrom zu verringern, aber den Grenzvakuumdruck zu erhöhen, bis ein vorbestimmter minimaler Druckschwellenwert P4 stromaufwärts des Leckerfassungssystems 1 erreicht ist. Der minimale Druckschwellenwert P4 liegt vorzugsweise zwischen 1 mbar und 10 mbar, das heißt, er ist gleich 1 mbar, 2 mbar, 3 mbar, 4 mbar, 5 mbar, 6 mbar, 7 mbar, 8 mbar, 9 mbar oder 10 mbar.
Je nach spezifischem Betrieb, insbesondere je nach dem Druckbereich P3 stromaufwärts des Leckerfassungssystems 1 und den spezifischen Anforderungen des Benutzers, kann die zweite Vorrichtung 15 verschiedene Betriebsarten haben. Als nicht einschränkendes Beispiel kann in einem Druckbereich P3, der zwischen 2 mbar und 5 mbar liegt, eine vierte Phase der Messung durchschnittlicher Lecks begonnen werden, ohne dass die Auslegung des Verbindungsmoduls 14 der ersten Pumpvorrichtung 13 geändert werden muss, das heißt, indem die Verschlusselemente V1, V7, V10, V11 in den Kanälen C6, C14, C15, C17 zusätzlich zu den permanent geöffneten Kanälen C5 und C12 geöffnet bleiben. Die Verschlusselemente V13, V14, V15 hingegen ermöglichen den Durchgang in den jeweiligen Kanälen C3, C4, C1, um das Erfassungsmodul 5 des Leckerfassungssystems 1 empfindlicher zu machen, insbesondere indem sie den Gegenstrom eines Teils der Moleküle (typischerweise des Spürgases) auf einer Zwischenebene (Leitung C3) der Turbomolekularvakuumpumpe T zusätzlich zur Verbindung mit der Auslassleitung C4 der Turbomolekularvakuumpumpe T eintreten lassen.
Unterhalb des minimalen Druckschwellenwertes P4 kann eine fünfte Phase der Messung kleiner Lecks eingeleitet werden. In der vierten Phase lassen die Verschlusselemente V9, V10, V11, V12, V14 den Durchgang in den Kanälen C14, C13, C15, C17, C2, C4 zu, zusätzlich zu den Kanälen C5 und C12, die ständig geöffnet sind. Die zweite Pumpvorrichtung 15 ist immer noch mit der ersten Pumpvorrichtung 13 verbunden, aber der Strom vom Saugeingang 10 wird gezwungen, in die zweite Pumpvorrichtung 15 einzutreten, bevor er in die erste Pumpvorrichtung 13 abgeleitet wird, bevor er durch den Auslass 17 abgeleitet wird. Das Verbindungsmodul 14 ist so ausgelegt, dass alle Pumpstufen E1, E2, E3, E4 in Reihe geschaltet werden, um den Druck im Inneren des Objekts 11 auf ein möglichst niedriges Niveau zu senken und so die Empfindlichkeit des Erfassungsmoduls 5 maximal zu erhöhen. Der minimale Druckschwellenwert P4 liegt vorzugsweise unter 1 mbar.
Es ist auch möglich, die Druckschwankungen stromaufwärts des Erfassungssystems 1 indirekt zu bestimmen, das heißt, ausgehend von einem Bezugspunkt, der eine Schätzung der Druckschwankungen ermöglicht. So ist es in einer Variante auch möglich, den Durchsatz und die Durchflussrate des Erfassungssystems 1 zu überwachen. Die Formel: Druck = Massendurchsatz/Volumendurchsatz ermöglicht eine indirekte Messung.
Wie oben erläutert, sollte der Betriebsparameter nicht auf den beispielsweise vom Sensor 18 gemessenen Druck stromaufwärts des Leckerfassungssystems 1 beschränkt sein, sondern könnte möglicherweise auch eine gemessene Temperatur der zweiten Pumpvorrichtung 15 und/oder eine erfasste Spürgasverschmutzung und/oder eine Erfassung von kondensierbarem Gas und/oder einen Betriebszustand einer Entlüftung berücksichtigen, um die Änderung der Auslegung durch das Verbindungsmodul 14 herbeizuführen.
Wenn nämlich der Druck stromabwärts der Turbomolekularpumpe T (Kanal C4) zu hoch ist, kann die Temperatur der Turbomolekularpumpe T ansteigen. Dieser Temperaturanstieg kann zur Aktivierung des Sicherheitsmodus führen, das heißt, der Betrieb der Turbomolekularpumpe T wird verlangsamt oder gestoppt, um jegliche Schäden zu vermeiden. Wenn die Temperatur der Turbomolekularpumpe T auf der Grundlage der Überwachung durch das Verarbeitungsmodul 7 einen Temperaturschwellenwert überschreitet, kann das Verbindungsmodul 14 verwendet werden, um alle Pumpstufen E1, E2, E3, E4 temporär (Zeitsteuerung) und/oder so lange in Reihe zu schalten, bis die Temperatur der Turbomolekularpumpe T wieder unter den gleichen Schwellenwert oder einen niedrigeren Schwellenwert als den, der die Änderung der Auslegung ausgelöst hat, fällt. Dies würde es nämlich ermöglichen, den Druck im Kanal C4 unter Verwendung der ersten Pumpvorrichtung 13 zu senken, um die Aktivierung ihres Sicherheitsmodus zu vermeiden. Jeder Temperaturschwellenwert könnte beispielsweise zwischen 40 °C und 70 °C liegen, das heißt beispielsweise 40 °C, 45 °C, 50 °C, 55 °C, 60 °C, 65 °C oder 70 °C betragen.
Es ist auch möglich, die Temperaturschwankungen der Turbomolekularpumpe T indirekt zu bestimmen, das heißt auf der Grundlage eines Bezugspunktes, der eine Schätzung der Temperaturschwankungen ermöglicht. So ist es auch möglich, die von der Turbomolekularpumpe T aufgenommene Leistung oder den Wert des Stroms, der die Turbomolekularpumpe T antreibt, zu überwachen.
Wenn das Pumpmodul 12 mit Spürgas gesättigt ist, typischerweise wenn ein vom Erfassungsmodul 5 gemessener maximaler Spürgasschwellenwert überschritten wird, wird davon ausgegangen, dass eine Spürgasverschmutzung im Leckerfassungssystem 1 vorliegt. Dieses kann daher die Dichtheit des zu prüfenden Objekts 11 nicht mehr korrekt überprüfen. So kann aus der Überwachung eines maximalen Spürgasschwellenwertes durch das Verarbeitungsmodul 7 bei Überschreiten des maximalen Schwellenwertes über das Verbindungsmodul 14 gefordert werden, dass zumindest die zwei ersten Pumpstufen E1, E2, E3, E4 temporär (Zeitsteuerung) und/oder so lange parallel geschaltet werden, bis die Spürgasverschmutzung im Leckerfassungssystem 1 als beendet gilt. Dies würde es nämlich ermöglichen, den Durchsatz stromabwärts der Turbomolekularpumpe T mittels der ersten Pumpvorrichtung 13 zu erhöhen, um das überschüssige Spürgas abzuführen. Der maximale Schwellenwert zum Feststellen einer Spürgasverschmutzung im Leckerfassungssystem 1 könnte zum Beispiel 10^-4 mbar·l·s^-1 betragen.
Diese Phase der Verschmutzungsentfrachtung, die als aktive Rückgewinnung bezeichnet wird, kann dadurch verbessert werden, dass für jede Pumpe, das heißt für eine oder mehrere verwendete Membranpumpen, eine höhere Drehzahl als die Nenndrehzahl festgelegt wird, um den Förderstrom der ersten Pumpvorrichtung 13 zu maximieren. Die vorgegebene Drehzahl kann beispielsweise zwischen 100 % und 170 % der Nenndrehzahl liegen.
Das Vorhandensein von kondensierbarem Gas im Pumpmodul 12 kann ebenfalls berücksichtigt werden. Solche kondensierbaren Gase, wie zum Beispiel Dampf, können das Pumpen erschweren. Folglich wird das Vorhandensein solcher kondensierbarer Gase mittels eines eigenen Sensors (nicht dargestellt) im Pumpmodul 12 durch das Verarbeitungsmodul 7 überwacht. So kann das Verbindungsmodul 14 dazu verwendet werden, alle Pumpstufen E1, E2, E3, E4 temporär (Zeitsteuerung) und/oder so lange in Reihe zu schalten, bis das Vorhandensein von kondensierbaren Gasen im Leckerfassungssystem 1 als beendet angesehen wird. Dies würde es nämlich ermöglichen, den Druck im Pumpmodul 12 zu senken, um jegliches kondensierbares Gas abzuführen. Der maximale Schwellenwert zum Feststellen einer Spürgasverschmutzung im Leckerfassungssystem 1 könnte zum Beispiel 10^-4 mbar·l·s^-1 betragen.
Schließlich ist es für den „Saug“-Modus üblich, dass im Pumpmodul 12 eine Entlüftung vorhanden ist, um die Ableitung der Spürgasansammlung in den Pumpstufen E1, E2, E3, E4 zu unterstützen. Bei einem hohen Unterdruck erschwert die Verringerung des Luftanteils im Verhältnis zum Spürgas das Abpumpen des Spürgases, das in den Pumpstufen E1, E2, E3, E4 gespeichert bleibt. Durch die Entlüftung kann also ein temporärer Strom erzeugt werden, der das überschüssige Spürgas zum Auslass 17 leitet. Infolgedessen kann das Verbindungsmodul 14 je nach Betriebszustand der Entlüftung dazu verwendet werden, die Auslegung der Pumpstufen E1, E2, E3, E4 temporär (Zeitsteuerung) und/oder bis zu einer neuen Änderung des Betriebszustands der Entlüftung (Öffnen zu Schließen, Schließen zu Öffnen, Änderungen des Öffnungsgrades usw.) zu ändern.
In dem in 3 dargestellten Beispiel handelt es sich bei der Sonde 3 um eine Schnüffelsonde, die ein Griffelement aufweist, das es dem Benutzer ermöglicht, sie zu handhaben. Die Sonde 3 ist über eine flexible Leitung 2 mit einem Saugeingang 10 der Erfassungseinheit 4 verbunden, um die Gase rund um das zu prüfende Objekt 11, das mit Spürgas gefüllt ist, anzusaugen. Beim „Sprüh“-Modus werden in der Regel Helium oder Wasserstoff als Spürgas verwendet, da diese Gase aufgrund der geringen Größe ihrer Moleküle und ihrer hohen Geschwindigkeit leichter durch die kleinen Lecks dringen als die anderen Gase.
Ein Teil der vom Pumpmodul 12 angesaugten Moleküle (typischerweise des Spürgases) wird vom Gaserfassungsmodul 5 analysiert, beispielsweise unter Verwendung eines Massenspektrometers (nicht dargestellt), das eine Spürgasleckrate an das Verarbeitungsmodul 7 liefert, damit diese bevorzugt auf dem Anzeigeelement 9 angezeigt werden kann. In der Regel kann die Leckrate zum Beispiel in mbar·l·s^-1 or Pa·m³·s^-1 gemessen werden. Das Verarbeitungsmodul 7 überwacht einen minimalen Spürgasschwellenwert, dessen jegliche Überschreitung als Leck, das heißt als Luftdichtheitsdefekt des zu prüfenden Objekts 11, angesehen wird.
Erfindungsgemäß kann das Pumpmodul 12 im „Schnüffel“-Modus vorteilhafterweise eine Architektur umfassen, wie sie im Beispiel von 4 dargestellt ist. So sind die Pumpstufen E1, E2, E3, E4 erfindungsgemäß vorteilhafterweise durch ein Verbindungsmodul 14 miteinander verbunden, das dafür ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter des Leckerfassungssystems 1 wahlweise mindestens eine Pumpstufe E1, E2, E3, E4 parallel oder in Reihe mit mindestens einer anderen Pumpstufe E1, E2, E3, E4 zu schalten. Typischerweise können für eine erste Pumpvorrichtung 13 mit zwei Pumpstufen E1, E2 eine oder zwei Membranpumpen verwendet werden, ohne dass dies vom Umfang der Erfindung abweicht.
Im „Schnüffel“-Modus ist die Logik anders als im „Sprüh“-Modus". Im „Schnüffel“-Modus wird nämlich nicht mehr in erster Linie der Unterdruck überwacht, sondern der Massendurchsatz der angesaugten Gase, der stromaufwärts des Leckerfassungssystems 1 gemessen wird, typischerweise mit dem Sensor 19. Ein solcher Massendurchsatz wird in cm³·min^-1 bei Standardtemperatur- und -druckbedingungen gemessen (bekannt unter dem Akronym „sccm“, abgeleitet von „standard cubic centimetre per minute“).
Je höher also der Massendurchsatz ist, desto eher ist das Erfassungsmodul 5 statistisch in der Lage, ein Leck des Objekts 11 in einem größeren Bereich um die Sonde 3 zu erfassen. Bei einem höheren Durchsatz ist der am freien Ende der Sonde 3 erzeugte Unterdruck in der Lage, mehr Gasgemisch pro Zeiteinheit anzusaugen und somit einen größeren Saugstrom um die Sonde 3 herum zu erzeugen. Von einem gewissen Standpunkt aus ermöglicht ein höherer Durchsatz im Vergleich zu einem niedrigeren Durchsatz desselben Erfassungssystems 1 eine bessere Empfindlichkeit, das heißt die Erfassung eines Lecks aus größerem Abstand.
Im „Schnüffel“-Modus, das heißt, wenn das Leckerfassungssystem 1 mit der Sonde 3 verbunden werden soll, kann der Betriebsparameter somit den Massendurchsatz der angesaugten Gase, der stromaufwärts des Leckerfassungssystems 1 gemessen wird, und gegebenenfalls eine gemessene Temperatur der zweiten Pumpvorrichtung und/oder eine erfasste Spürgasverschmutzung umfassen.
Das Verbindungsmodul 14 umfasst vorzugsweise Kanäle C5, C6, C12, C13, C14, C15, C17, die den Eingang und den Ausgang jeder Pumpstufe E1, E2, E3, E4 der ersten Pumpvorrichtung 13 verbinden, sowie Verschlusselemente V1, V7, V9, die jeweils den Durchgang in den Kanälen C6, C14, C13 ermöglichen. Bei den Verschlusselementen V1, V7, V9 kann es sich um Ventile handeln, die insbesondere durch das Verarbeitungsmodul 7 gesteuert werden können, und/oder um Rückschlagventile, die jeweils so ausgelegt sind, dass sie ein Öffnen/Schließen gemäß einem vorbestimmten Druckschwellenwert ermöglichen, um die Verbindungen zwischen den Pumpstufen E1, E2, E3, E4 in Abhängigkeit vom gewünschten Massendurchsatz zu verändern. Der tatsächliche Durchfluss kann von einem eigenen Durchflusssensor überwacht werden, wie zum Beispiel dem Sensor 19, der sich in der Leitung C18 unmittelbar stromabwärts des Saugeingangs 10 befindet.
Erfindungsgemäß ermöglicht es die erste Pumpvorrichtung 13 des Leckerfassungssystems 1 daher, je nach Betrieb die Pumpauslegung zu ändern, insbesondere je nachdem, ob sie sich in der Phase der Prüfung des zu prüfenden Objekts 11 im Moduus normaler Empfindlichkeit oder im Modus maximaler Empfindlichkeit befindet. Das Verbindungsmodul 14 der ersten Pumpvorrichtung 13 ermöglicht somit eine bessere fluidische Verbindung zwischen den Pumpstufen E1, E2, E3, E4 auf der Grundlage der Verwendung des Leckerfassungssystems 1.
So ermöglicht die Erfindung bei gleichem Platzbedarf und begrenzten Mehrkosten die Herstellung intelligenterer Pumpen, die Vorteile bieten, die normalerweise nicht miteinander kombiniert werden können, wie zum Beispiel das Bereitstellen mehrerer unterschiedlicher Empfindlichkeiten im „Schnüffel“-Modus mit einem einzigen Erfassungssystem 1, wobei eine einzige Leitung 2 zwischen der Sonde 3 und dem Saugeingang 10 der Erfassungseinheit 4 angeschlossen bleibt.
Dies ist möglich, weil das Verarbeitungsmodul 7, wenn eine maximale Erfassungsempfindlichkeit gewünscht ist, vorzugsweise die erste und die zweite Pumpvorrichtung 13, 15 fluidisch verbindet und das Verbindungsmodul 14 vorzugsweise so ausgelegt ist, dass alle Pumpstufen E1, E2, E3, E4 der ersten Pumpvorrichtung 13 in Reihe geschaltet werden, um einen ersten Massendurchsatz der von der Sonde 3 angesaugten Gase zu erhalten. Der erste vorbestimmte Massendurchsatz kann zum Beispiel im Wesentlichen 3000 cm³·min^-1 bei Standardtemperatur- und -druckbedingungen betragen.
Wenn hingegen eine normale Erfassungsempfindlichkeit gewünscht wird, verbindet das Verarbeitungsmodul 7 vorzugsweise die erste und die zweite Pumpvorrichtung 13, 15 fluidisch miteinander, und das Verbindungsmodul 14 ist vorzugsweise so ausgelegt, dass mindestens die zwei ersten Pumpstufen E1, E2 der ersten Pumpvorrichtung 13 parallel geschaltet werden, um einen zweiten vorbestimmten Massendurchsatz der von der Sonde 3 angesaugten Gase zu erhalten. Der zweite vorbestimmte Massendurchsatz kann zum Beispiel zwischen 200 cm³·min^-1 und 400 cm³·min^-1 bei Standardtemperatur- und - druckbedingungen liegen.
Erfindungsgemäß umfasst die erste Pumpvorrichtung 13 mindestens zwei Pumpstufen E1, E2, E3, E4, das heißt, kann zum Beispiel zwei, drei, vier, fünf oder sechs Pumpstufen E1, E2, E3, E4 umfassen, ohne dass damit vom Umfang der Erfindung abgewichen wird. In dem in 4 dargestellten Beispiel umfasst die erste Pumpvorrichtung 13 eine einzelne Membranpumpe mit vier Pumpstufen E1, E2, E3, E4. Je mehr Pumpstufen E1, E2, E3, E4 vorhanden sind, desto besser lassen sich natürlich der Förderstrom und der Grenzvakuumdruck der ersten Pumpvorrichtung 13 verbessern. Es versteht sich auch, dass weitere Auslegungen möglich sind zwischen derjenigen, bei der alle Pumpstufen parallel geschaltet sind, und derjenigen, bei der alle Pumpstufen in Reihe geschaltet sind.
Das in 4 dargestellte Beispiel soll nun erläutert werden, 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 Kanälen C5, C6, C12, C13, C14, C15, C17, die den Saugeingang 10 über den Kanal C18 verbinden. Verschlusselemente V1, V7 und V9 erlauben selektiv den Durchgang in die Kanäle C6, C14 bzw. C13. Die erste Pumpvorrichtung 13 ist so ausgelegt, dass die Gase über den Auslass 17 vorzugsweise bei Umgebungsdruck abgegeben werden.
Im Beispiel von 4 umfasst die zweite Pumpvorrichtung 15 eine Turbomolekularvakuumpumpe T, die stromaufwärts (Ansaugung) mit dem Erfassungsmodul 5 verbunden ist und stromabwärts (Auslass und Zwischenstufe) auf zwei verschiedenen Stufen der Turbomolekularvakuumpumpe T über die Kanäle C4 bzw. C19 mit dem Kanal C5 bzw. C18 verbunden werden kann. Der Durchgang der Kanäle C4, C19 wird selektiv durch die Verschlusselemente V14, V17 gesteuert, die vorzugsweise steuerbare Ventile sind. Schließlich ist vorgesehen, dass der Kanal C18 über das Verschlusselement V16 mit dem Kanal C15 zwischen der stromabwärts gelegenen Pumpstufe E2 und der stromaufwärts gelegenen Pumpstufe E3 verbunden werden kann.
Die folgende Tabelle enthält ein Beispiel für die Steuerung des Leckerfassungssystems 1.

Modus Durchsatz (mbar) Ventil offen

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

Normale Empfindlichkeit D1 → Dmin V1, V7, V14, V16, V17
Oberhalb des Massendurchsatzschwellenwertes D1 und typischerweise beim ersten Massendurchsatz Dmax kann eine Phase mit hochempfindlicher Messung eingeleitet werden. In dieser Phase lassen die Verschlusselemente V9, V14, V16, V17 den Durchgang in den Kanälen C13, C4, C18 bzw. C19 zu, zusätzlich zu den Kanälen C5, C12, C15 und C17, die ständig geöffnet sind. Die zweite Pumpvorrichtung 15 ist mit der ersten Pumpvorrichtung 13 verbunden. Das Verbindungsmodul 14 ist so ausgelegt, dass es die Pumpstufen E1 und E2 in Reihe schaltet und dann stromabwärts über den Kanal C15 mit den Pumpstufen E3 und E4 in Reihe verbindet, um einen ersten Massendurchsatz der von der Sonde 3 angesaugten Gase zu erhalten. Erfindungsgemäß liegt der Massendurchsatzschwellenwert D1 bei Standardtemperatur- und -druckbedingungen zwischen 200 cm³·min^-1 und 400 cm³·min^-1, das heißt, er ist beispielsweise 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 in der oben erläuterten Auslegung und bei Abwesenheit von Hindernissen in der Sonde 3 der erste Massendurchsatz Dmax erreicht, der vorzugsweise gleich 3000 cm³·min^-1 bei Standardtemperatur- und -druckbedingungen ist.
Unterhalb des Massendurchsatzschwellenwertes D1 und typischerweise beim zweiten Massendurchsatz Dmin kann eine Messphase mit normaler Empfindlichkeit eingeleitet werden. In dieser Phase lassen die Verschlusselemente V1, V7, V14, V16 und V17 den Durchgang in den Kanälen C6, C14, C4, C18 bzw. C19 zu, zusätzlich zu den Kanälen C5, C12, C15 und C17, die ständig geöffnet sind. Die zweite Pumpvorrichtung 15 ist mit der ersten Pumpvorrichtung 13 verbunden. Das Verbindungsmodul 14 ist so ausgelegt, dass es die Pumpstufen E1 und E2 in Reihe schaltet und dann stromabwärts über den Kanal C15 mit den Pumpstufen E3 und E4 parallel verbindet, um einen zweiten Massendurchsatz der von der Sonde 3 angesaugten Gase zu erhalten. Erfindungsgemäß liegt der Massendurchsatzschwellenwert D1 bei Standardtemperatur- und -druckbedingungen zwischen 200 cm³·min^-1 und 400 cm³·min^-1, das heißt, er kann beispielsweise 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 sein. Typischerweise wird in der oben erläuterten Auslegung und bei Abwesenheit von Hindernissen in der Sonde 3 der zweite Massendurchsatz Dmin erreicht, der vorzugsweise gleich 300 cm³·min^-1 bei Standardtemperatur- und -druckbedingungen ist.
Es ist auch möglich, die Massendurchsatzschwankungen stromaufwärts des Erfassungssystems 1 indirekt zu bestimmen, das heißt ausgehend von einem Bezugspunkt, der eine Schätzung der Massendurchsatzschwankungen ermöglicht. So ist es als Variante auch möglich, den Druck und den Volumendurchsatz des Erfassungssystems 1 zu überwachen. Die Formel Massendurchsatz = Druck * Volumendurchsatz ermöglicht eine indirekte Messung, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.
Wie oben erläutert, sollte der Betriebsparameter nicht auf den beispielsweise vom Sensor 19 gemessenen Massendurchsatz stromaufwärts des Leckerfassungssystems 1 beschränkt sein, sondern könnte möglicherweise auch eine gemessene Temperatur der zweiten Pumpvorrichtung 15 und/oder eine erfasste Spürgasverschmutzung berücksichtigen, um die Änderung der Auslegung durch das Verbindungsmodul 14 anzufordern.
Wenn nämlich der Druck stromabwärts der Turbomolekularpumpe T (Kanal C4) zu hoch ist, kann die Temperatur der Turbomolekularpumpe T ansteigen. Dieser Temperaturanstieg kann zur Aktivierung des Sicherheitsmodus führen, das heißt, der Betrieb der Turbomolekularpumpe T wird verlangsamt oder gestoppt, um jegliche Schäden zu vermeiden. Auf der Grundlage der Überwachung eines Temperaturschwellenwertes der Turbomolekularpumpe T durch das Verarbeitungsmodul 7 ermöglicht es die Erfindung vorteilhafterweise, bei Überschreiten des Schwellenwertes mittels des Verbindungsmoduls 14 alle Pumpstufen E1, E2, E3, E4 temporär (Zeitsteuerung) und/oder so lange in Reihe zu schalten, bis die Temperatur der Turbomolekularpumpe T unter den gleichen Schwellenwert oder einen niedrigeren Schwellenwert als den, der die Änderung der Auslegung ausgelöst hat, sinkt. Dies würde es nämlich ermöglichen, den Druck im Kanal C4 unter Verwendung der ersten Pumpvorrichtung 13 zu senken, um die Aktivierung ihres Sicherheitsmodus zu vermeiden. Jeder Temperaturschwellenwert könnte beispielsweise zwischen 40 °C und 70 °C liegen, das heißt beispielsweise 40 °C, 45 °C, 50 °C, 55 °C, 60 °C, 65 °C oder 70 °C betragen.
Es ist auch möglich, die Temperaturschwankungen der Turbomolekularpumpe T indirekt zu bestimmen, das heißt auf der Grundlage eines Bezugspunktes, der eine Schätzung der Temperaturschwankungen ermöglicht. So ist es auch möglich, die von der Turbomolekularpumpe T aufgenommene Leistung oder den Wert des die Turbomolekularpumpe T antreibenden Stroms zu überwachen, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.
Wenn das Pumpmodul 12 mit Spürgas gesättigt ist, typischerweise wenn ein vom Erfassungsmodul 5 gemessener maximaler Spürgasschwellenwert überschritten wird, wird davon ausgegangen, dass eine Spürgasverschmutzung im Leckerfassungssystem 1 vorliegt. Dieses kann daher die Luftdichtheit des zu prüfenden Objekts 11 nicht mehr korrekt überprüfen. Die Erfindung würde es also vorteilhaft ermöglichen, auf der Grundlage der Überwachung eines maximalen Spürgasschwellenwertes durch das Verarbeitungsmodul 7 bei Überschreiten der maximalen Schwelle über das Verbindungsmodul 14 zumindest die zwei ersten Pumpstufen E1, E2 temporär (Zeitsteuerung) und/oder so lange parallel anzufordern, bis die Spürgasverschmutzung im Leckerfassungssystem 1 als beendet angesehen wird. Dies würde es nämlich ermöglichen, den Durchsatz stromabwärts der Turbomolekularpumpe T unter Verwendung der ersten Pumpvorrichtung 13 zu erhöhen, um das überschüssige Spürgas abzuführen. Der maximale Schwellenwert zum Feststellen einer Spürgasverschmutzung im Leckerfassungssystem 1 könnte zum Beispiel 10^-4 mbar·l·s^-1 betragen.
Diese Phase der Verschmutzungsentfrachtung, die als aktive Rückgewinnung bezeichnet wird, kann dadurch verbessert werden, dass für jede Pumpe, das heißt für eine oder mehrere verwendete Membranpumpen, eine höhere Drehzahl als die Nenndrehzahl festgelegt wird, um den Förderstrom der ersten Pumpvorrichtung 13 zu maximieren. Die vorgegebene Drehzahl kann beispielsweise zwischen 100 % und 170 % der Nenndrehzahl liegen, während in der übrigen Zeit die normale Drehzahl jeder Pumpe zwischen 30 % und 100 % ihrer Drehzahl begrenzt werden kann.
Die Erfindung ist nicht auf die vorgestellten Ausführungsformen und Varianten beschränkt, und andere Ausführungsformen und Varianten werden sich Fachleuten klar erschließen. Somit können die Ausführungsformen und die Varianten miteinander kombiniert werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. In nicht einschränkender Weise kann die erste Pumpvorrichtung 13 so vorgesehen werden, dass sie mehr als vier Pumpstufen E1, E2, E3, E4 umfasst, um den Förderstrom und den Grenzvakuumdruck weiter zu erhöhen. Das Verbindungsmodul 14 wird dann angepasst, indem die Anzahl der Kanäle und Ventile erhöht wird.

Claims

System (1) zum Erfassen von Lecks mittels eines Spürgases, das dazu bestimmt ist, mit einer Schnüffelsonde (3) verbunden zu werden, um die Luftdichtheit eines mit dem Spürgas gefüllten zu prüfenden Objekts (11) zu überprüfen, umfassend eine erste Pumpvorrichtung (13), die es ermöglicht, ein Primärvakuum zu schaffen, eine zweite Pumpvorrichtung (15), die es ermöglicht, ein Sekundärvakuum zu schaffen, ein Spürgaserfassungsmodul (5) und ein Verarbeitungsmodul (7), das es ermöglicht, den Betrieb des Leckerfassungssystems (1) zu steuern, wobei der stromabwärts (C4) gelegene Teil der sekundären Pumpvorrichtung (15) mit dem stromaufwärts (C5) gelegenen Teil der primären Pumpvorrichtung (13) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pumpvorrichtung (13) mindestens eine Membranpumpe umfasst, die mindestens zwei Pumpstufen (E1, E2, E3, E4) umfasst, die durch ein Verbindungsmodul (14) miteinander verbunden sind, das dafür ausgelegt ist, jede Pumpstufe (E1, E2, E3, E4) in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter des Leckerfassungssystems (1) selektiv parallel oder in Reihe mit mindestens einer anderen Pumpstufe (E1, E2, E3, E4) zu schalten, um den Massendurchsatz der von der Schnüffelsonde (3) angesaugten Gase zu verändern, ohne mehrere Schnüffelleitungen zu verwenden.
Leckerfassungssystem (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Betriebsparameter einen stromaufwärts des Leckerfassungssystems (1) gemessenen Massendurchsatz der angesaugten Gase, eine gemessene Temperatur der zweiten Pumpvorrichtung (15) und/oder eine erfasste Spürgasverschmutzung umfasst.
Leckerfassungssystem (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei, wenn eine maximale Erfassungsempfindlichkeit gewünscht wird, das Verarbeitungsmodul (7) die erste und die zweite Pumpvorrichtung (13, 15) fluidisch verbindet, und das Verbindungsmodul (14) so ausgelegt ist, dass es alle Pumpstufen (E1, E2, E3, E4) der ersten Pumpvorrichtung (13) in Reihe schaltet, um einen maximalen Massendurchsatz der von der Schnüffelsonde (3) angesaugten Gase zu erhalten.
Leckerfassungssystem (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der maximale Massendurchsatz im Wesentlichen gleich 3000 cm³·min^-1 bei Standardtemperatur- und -druckbedingungen ist.
Leckerfassungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wenn eine normale Erfassungsempfindlichkeit gewünscht wird, das Verarbeitungsmodul (7) die erste und die zweite Pumpvorrichtung (13, 15) fluidisch verbindet, und das Verbindungsmodul (14) so ausgelegt ist, dass mindestens die zwei ersten Pumpstufen (E1, E2, E3, E4) der ersten Pumpvorrichtung (13) parallel geschaltet werden, um einen vorbestimmten, sogenannten normalen Massendurchsatz der von der Schnüffelsonde (3) angesaugten Gase zu erhalten.
Leckerfassungssystem (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der normale Massendurchsatz zwischen 200 cm³·min^-1 und 400 cm³·min^-1 bei Standardtemperatur- und -druckbedingungen liegt.
Leckerfassungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Pumpvorrichtung (13) mindestens vier durch das Verbindungsmodul (14) miteinander verbundene Pumpstufen (E1, E2, E3, E4) umfasst, zu dem Zweck, das Hintergrundrauschen zu minimieren.