DE1937271B2 - Anordnung zur Lecksuche - Google Patents
Anordnung zur LecksucheInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Lecksuche nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einer bekannten Anordnung dieser Art (britische Patentschrift 10 47 204) ist dem Massenspektrometer
eine Sorptionspumpe vorgeschaltet. Bei einer solchen Anordnung muß unbedingt verhindert werden, daß Luft
in die Sorptionspumpe eindringt, weil eine solche Pumpe bei Lufteinbruch sehr schnell unbrauchbar wird.
Dies bedingt die Anordnung mehrerer Ventile, was einen entsprechenden Aufwand für Steuerungsmittel
erfordert, wenn die Anordnung sicher arbeiten soll.
Der direkte Anschluß eines Massenspektrometers zwischen der Hochvakuumpumpe und der Vorpumpe
ist nur bei Anordnung eines Drosselventils möglich, da Massenspektrometer nur bei einem niedrigeren Druck
arbeiten, als er zwischen Hochvakuumpumpe und Vorpumpe herrscht. Die Anordnung von Drosselventilen
hat den und daß der Zutritt des Prüfgases zum Massenspektrometer gleich stark gedrosselt wird wie
der ähnlicher anderer Gase, also Grobventil Beispiel Luft, was sich auf die Empfindlichkeit der Anordnung
ungünstig auswirkt.
Es ist deshalb bereits eine Anordnung zur Lecksuche an Vakuumgefäßen mit Hilfe eines durch Leckstellen in
das angeordnet Gefäß strömenden Prüfgases, zum Beispiel Helium, mit einem Massenspektrometer und
einem den Behälter evakuierenden Pumpsatz, bestehend aus einer Vorpumpe und einer Hochvakuumpumpe,
wobei an der zur Evakuierung des Gefäßes dienenden Leitung an einer Stelle, an der der Druck
höher ist als der zum Betrieb des Massenspektrometers erforderliche Druck, eine Anzapfung vorgesehen ist,
vorgeschlagen worden, bei der die Anzapfung mit der Auslaßseite einer Turbomolekularpumpe verbunden ist
und an der Saugseite der Turbomolekularpumpe das Massenspektrometer angeschlossen ist, und die Turbomolekularpumpe
eine solche Stufenzahl und einen solchen Drehzahlbereich hat, daß sie für das Prüfgas -ein
nur kleines Druckverhältnis, jedoch für Luft und andere Gase, die schwerer als das Prüfgas sind, ein großes
Druckverhältnis aufbaut, wobei die Hochvakuumpumpe und die mit dem Massenspektrometer verbundene
Turbomolekularpumpe eine gemeinsame Welle haben und im Pumpengehäuse sowohl ein Anschluß (Saugstutzen)
für das zu prüfende Gefäß als auch eine Anzapfung für das Massenspektrometer vorgesehen ist, wobei die
Scheibengruppe der Hochvakuumpumpe auf einer Seite des Saugstutzens angeordnet ist, während die dem
Massenspektrometer vorgeschaltete Turbomolekularpumpe auf der anderen Seite des Saugstutzens liegt und
durch eine auf der gemeinsamen Welle und im gemeinsamen Gehäuse angeordnete Scheibengruppe
gebildet ist, wobei die Saugseite der Turbomolekularpumpe gegenüber dem Saugstutzen abgedichtet ist
(DE-AS 16 48 648.9-52).
Aufgabe der Erfindung ist, eine Anordnung der eingangs genannten Art verfügbar zu machen, bei der
das Massenspektrometer zwischen Hochvakuumpumpe und Vorpumpe ohne Zwischenschaltung eines Drosselventils
angeschlossen werden kann und bei der auch keine Sorptionspumpe benötigt wird. Diese Aufgabe
wird durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Abweichend von dem älteren Recht wird also nicht eine Turbomolekularpumpe spezieller Ausbildung zusätzlich
zur Hochvakuumpumpe benötigt, sondern es wird die als Hochvakuumpumpe vorhandene Diffusionspumpe
mit ausgenutzt.
Spezielle Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 5.
Die Erfindung soll anhand von verschiedenen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher
erläutert werden.
Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform LD-Il weist einen Prüfeinlaß TP, eine Einlaßleitung /Z, eine
Grobleitung RL, eine Prüfleitung TLlI, ein Grobventil RVW, ein Prüfventil TVII, ein Massenspektrometer
MS, ein Meßinstrument M, eine Hochvakuum-Diffusionspumpe WVP und eine Grobpumpe RP (mechanische
Kreiselpumpe) auf. Die Hochvakuum-Diffusionspumpe HVP bildet im wesentlichen die einzige
Molekularströmungspumpe zwischen Einlaß und Spektrometer. Es ist keine Kühlfalle wie bei bekannten
Anordnungen ähnlicher Art vorhanden. Das Grobventil RVU und das Prüfventil TVII befinden sich in
Hochdruckleitungen und brauchen daher weniger strengen Anforderungen zu genügen als die Ventile bei
der eingangs genannten bekannten Anordnung, die im Hochvakuumbereich angeordnet werden müssen und
Hochvakuumabdichtungsfunktionen erfüllen müssen.
Beim Betrieb des Gerätes LDII wird zunächst das
Massenspektrometer MS als Vorbereitung für das jeweilige Tagespensum über die Grobpumpe RP und
das geöffnete Ventil TVlI und anschließend über HVP, TVU RP (bei stets geschlossenem Ventil RVU)
vorgepumpt. Eine Leckprüfung wird dann wie folgt vorgenommen: Der Prüfeinlaß TP wird an eine der
üblichen Leckprüfanordnungen angeschlossen, beispielsweise eine Abfühlsonde, eine Vakuumkammer, in
die der vorgesättigte Prüfling eingebracht ist, oder eine
Anzapfung einer vorhandenen Vakuumapparatur mit einer Vakuumkammer, die mittels einer Kühlfalle, einer
Diffusionspumpe und einer Vorpumpe evakuiert wird. Das Ventil 7VlI wird geschlossen und das Ventil Λ VlI
geöffnet Anschließend wird die Prüfanordnung, soweit erforderlich, mittels der Pumpe P? grobevakuiert
Während dieser Grobevakuierzeit wirkt die Vorvakuumleitung FL der Pumpe HVP stromaufwärts vom
geschlossenen Prüfventil TVII als Bailast- .c/der
Ausgleichstank. Wenn die Prüfanordnung grobgepumpt ist wird das Ventil 7VII geöffnet und mit der
Undichtigkeitsprüfung begonnen. Während der Undichtigkeitsprüfung dient die Pumpe RP als Vorpumpe.
Obwohl die Pumpe RP Einströmgas mit entsprechendem Prüfgasgehalt von der Prüfleitung abzieht ist der
dadurch bedingte Empfindlichkeitsverlust zusammen mit den Empfindlichkeitsverlusten beim Durchströmen
der Diffusionspumpe ziemlich gering. Ein ausreichender Anteil des bei Vorhandensein eines Lecks durch den
Prüfeinlaß TP eintretenden Prüfgases gelangt durch die Pumpe HVP nach rückwärts und erreicht das Massenspektrometer
MS, so daß etwaige Lecks erfaßt werden können. Zugleich verhindert die Pumpe HVP, daß
andere, mit der Gasprobe einströmende Bestandteile (höheren Molekulargewichts) wie Wasserdampf, Sauerstoff
und Stickstoff in das Massenspektrometer MS eintreten.
Zwischen den einzelnen Undichtigkeitsprüfungen einer Testserie mit der dargestellten Anordnung wird
diese mittels der Pumpe HVP und RP jeweils von Prüfgasresten gesäubert Nach der Testserie wird das
Ventil ÄVII geschlossen und die Prüfanordnung vom Einlaß TPentkoppelt
Für die Pumpe HVPkann irgendeine der handelsüblichen
zweizölligen und in den meisten Fällen sogar vierzölligen Diffusionspumpen verwendet werden. Solche
Pumpen ergeben eine Gesamtluftgeschwindigkeit die ausreicht um das Massenspektrometervolumen
nach bekannten Prinzipien in kurzer Zeit zu evakuieren, darüber hinaus aber ein niedriges Druckverhältnis für
leichte Prüfgase. Dieses niedrige Druckverhältnis für leichte Prüfgase ist für die Wirkungsweise ausschlaggebend,
es spielt keine Rolle, daß Diffusionspumpen bekanntlich für leichte Gase eine größere Sauggeschwindigkeit
haben als für schwere (vergl. beispielsweise Eschbach »Praktikum der Hochvakuumtechnik«
Leipzig 1962, Seiten 36 bis 42). Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Pumpe HVP mil Einlaß und
Vorvakuumleitung so ausgebildet, daß sie an ihrem Einlaß ein Hochvakuum (10-3Torr Druck oder
niedriger) erzeugt und einen Vordruck oberhalb des Hochvakuumwertes aufweist (10-3 Torr oder mehr,
typischerweise 0,1 bis 1 Torr). Im allgemeinen ist das Verhältnis von Leistung zu Durchsatz ungefähr 1,5 oder
größer (in Kilowatt Nennleistung, dividiert durch Sauggeschwindigkeit mal 0,001 Torr), im Gegensatz zu
dem Verhältnis 1,0 bei den meisten modernen Diffusionspumpen.
F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform, die für die Abfühlmethode geeignet ist. Bei dieser Anordnung hat
das Ansaugrohr der Abfühlsonde SP-III eine erweiterte Öffnung, die eine Einströmung von 0,1 oder mehr
ccm/sec atm. ergibt, im Gegensatz zu der Beschränkung bekannter Anordnungen auf ungefähr 0,001 ecm/
see atm. Gaseinströmung. Durch diese erhöhte Gaseinströmungsrate wird die Empfindlichkeit der Sonde bei
der Suche nach kleineren Lecks verbessert, da eine erößere Wahrscheinlichkeit besteht, daß das das Leck
durchdringende Prüfgas aufgefangen wird Außerdem ist das Problem, daß sich die Abfühisonde verstopft
stark herabgesetzt
Die Anordnung LD-Ul nach F i g. 2 ist als Einzweck-
·> Lecksuchgerät für die Abfühlmethode geeignet ein
Grobventil und Prüfventil gemäß Fig. 1 entfallen. Die
Abfühlsonde SP-Ul selbst bildet den Prüfeinlaß, wobei ihre Ansaugrohrkonstruktion das Grobpumpen ermöglicht
Wie bereits erwähnt kann eine solche Abfühlsonde aber auch auf den Prüfeinlaß TP nach Fig. 1
montiert werden.
Bei der in Fig.3 dargestellten Ausführungsform LiJ-IV sind getrennte mechanische Pumpen für das
Vorpumpen (FP) und das Grobpumpen (RP) vorgese-
l) hen. Ein Prüfventil 7V-II und ein Grobventil RV-II
sowie ein Prüfeinlaß TP sind wie im Falle der F i g. 1 vorgesehen.
Bei der Ausführungsform LD-W nach F i g. 4 ist eine
zweistufige Grobpumpe RP-V vorgesehen. Eine Prüfeinlaßleitung,
eine Grobleitung RL, eine Hochvakuum-Diffusionspumpe HVP und ein Massenspektrometer
MS sind wie bei der Ausführungsform nach F i g. 1 vorgesehen und angeordnet Mittels zweier Ventile X
und Y kann die Strömung entweder durch beide
r> Pumpstufen zum Grobpumpen oder durch nur die zweite Stufe zum Vorpumpen während der Leckprüfung
geleitet werden. Eine volle Grobpumpleistung führt zu einem merklichen Empfindlichkeitsverlust der
durch Herabsetzen auf eine niedrigere Vorpumpleistung während der eigentlichen Leckprüfung verringert
werden kann.
Bei der Ausführungsform LD-Vl gemäß Fig. 5 sind
ein Massenspektrometer MS mit nicht dargestelltem Meßinstrument, eine Hochvakuum-Diffusionspumpe
HVP und eine Vorvakuumleitung FL vorgesehen. Ein beliebiger Punkt dieser Vorvakuumleitung FL kann
dabei als Prüfeinlaß für den Eintritt des Testgases verwendet werden.
Diese Anordnung ist an das Pumpsystem einer Vakuumanordnung D angeschlossen, deren Dichtigkeit
geprüft werden soll. Die übliche Ausrüstung des Vakuumsystems D mit einer Vakuumkammer D1, einer
Kühlfalle D 2, einer Diffusionspumpe D 3 und einer Vorpumpe D4 mit den üblichen, nicht näher dargestellten
Ventilen, kann dabei auch für die Zwecke der Lecksuchanordnung verwendet werden, indem die
Vorpumpe D 4 gleichzeitig als Vorpumpe für die Lecksuchanordnung dient. Um sowohl eine hohe
Empfindlichkeit bei der Leckprüfung als auch eine rasche Reinigung der Anordnung zwischen den Tests zu
erreichen, kann das Prüfgasdruckverhältnis der Hochvakuum-Diffusionspumpe HVP durch Erniedrigen von
deren Pumpwirkung in dem Sinne reguliert werden, daß das Prüfgasdruckverhältnis über der Hochvakuum-Diffusionspumpe
HVP während der eigentlichen Prüfung erniedrigt wird, während zwischen den Tests die volle
Leistung zur raschen Säuberung des Gerätes verfügbar ist. Beispielsweise kann das Prüfgasdruckverhältnis
dadurch erniedrigt werden, daß die Diffusionspumpe während des Tests mit einer niedrigeren Öltemperatur
betrieben wird, eine andere Möglichkeit besteht darin, die Vorpumpgeschwindigkeit zwischen den Tests
heraufzusetzen.
Bei der Ausführungsform LZJ-VII gemäß Fig.6 sind
zwei Diffusionspumpen HVPA und HVPB hintereinander geschaltet, wobei HVPB zusammen mit einer
mechanischen Pumpe FB das Vorpumpsystem für die PumDe HVPA bildet. Die PumDe HVPA hat ein
niedriges Druckverhältnis für das Prüfgas als die Pumpe HVPB (z. B. sind beide Pumpen zweizeilige Öldiffusionspumpen
und hat HVPA eine Leistung = V3 der
Leistung der Pumpe HVPB). Die Anordnung wird durch eine Pumpe ÄPüber ein Ventil R V grobgepumpt. Die
Dichtigkeitsprüfung erfolgt durch Schließen des Ventils Λ V und Einlassen der Gasprobe über ein Prüfventil TV
in der Vorvakuumleitung FL der Diffusionspumpe
HVPA. Während der Prüfung wird eine Drosselplatte TW(eine Platte mit Düsenöffnung) über den Einlaß der
Pumpe HVPB gebracht, um die effektive Pumpleistung von HVPB auf ungefähr 3 1/sec herabzusetzen. Nach
dem Prüfen wird die Drosselplatte TH aus ihrer Sperrlage durch einen Magneten abgehoben; um die
volle Pumpgeschwindigkeit wieder zu erhalten.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Anordnung zur Lecksuche an einem Prüfling mit Hilfe eines durch Leckstellen des Prüflings
strömenden Prüfgases, z. B. Helium, mit einer Vorpumpe, einer Diffusionspumpe und einem
Massenspektrometer, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionspumpe (HVP, HVPA) mit einer Einlaßseite unmittelbar an das
Massenspektrometer (MS) und mit ihrer Auslaßseite (FL) an die der Prüfgasquelle (D-S) abgewandte
Seite (TP, D-2) des Prüflings (D) angeschlossen ist
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Auslaßseite (FL) der Diffusionspumpe
(HVP) em Prüfventil (TVU, TV) angeschlossen ist das in einer Betriebsstellung die Leitung (FL)
sperrt und in der anderen Prüfgas vom Prüfling durchläßt
3. Anordung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß zwischen dem Prüfventil (TV-U) und
dem Prüfling ein Grobventil (RV-U) liegt, und das Prüfventil (TV-U) unmittelbar mit der Vorpumpe
(RP) verbunden ist (F i g. 2).
4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, zur
Lecksuche mittels einer Abfühlsonde, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfühlsonde (SPIII) so
ausgebildet und angeordnet ist daß sie eine Gasströmung von mindestens 0,1 ccm/sec atm.
durchläßt.
5. Anoi dnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet daß eine zusätzliche Grobpumpe (RP, RPV) vorgesehen ist (F i g. 4,5).
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