DE19523430C2 - Lecknachweisgerät, das eine Verbund-Turbomolekularpumpe benutzt - Google Patents
Lecknachweisgerät, das eine Verbund-Turbomolekularpumpe benutztInfo
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- DE19523430C2 DE19523430C2 DE19523430A DE19523430A DE19523430C2 DE 19523430 C2 DE19523430 C2 DE 19523430C2 DE 19523430 A DE19523430 A DE 19523430A DE 19523430 A DE19523430 A DE 19523430A DE 19523430 C2 DE19523430 C2 DE 19523430C2
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Lecknachweisgerät, welches eine
Verbund-Turbomolekularpumpe benutzt. Das Gerät wird benutzt, um Gaslecks von
Einrichtungen nachzuweisen, für die Gasdichtheit erforderlich ist, wie bei einem
Kompressor, einem Kondensor, die in einem Gefrierschrank oder dergl. benutzt
werden. In der vorliegenden Erfindung wird der Begriff "Verbund-Molekularpumpe"
für eine Pumpe verwendet, die aus einer Kombination einer Turbomolekularpumpe und
einer Verdrängungspumpe (drag pump) (oder einer Turbomolekularpumpe oder einer
Schraubenpumpe anstelle der Verdrängungspumpe) besteht.
Konventionell ist ein Gasleck eines Prüfgegenstands (oder eines Gegenstands der
untersucht wird) auf die folgende Art nachgewiesen worden. Es wird der
Prüfgegenstand wie ein Kompressor oder dergl. in einer Heliumgasatmosphäre plaziert
oder es wird Heliumgas an ihn geblasen. Das Innere des Prüfgegenstands ist mit einem
Lecknachweisgerät zur Massenanalyse (oder ein Massenspektrometer) ausgestattet, wie
es in den Fig. 3 und 2 gezeigt ist. Heliumgas, das vom Leckpunkt in das Innere des
Prüfgegenstands gelangt, wird dabei nachgewiesen. In dem Lecknachweisgerät, welches
in Fig. 3 gezeigt ist und welches vom Typ der direkten Einführung ist, wird das He
liumgas, welches in den Prüfgegenstand "a" geleckt ist, falls ein Leck in dem
Prüfgegenstand "a" vorhanden ist, durch einen Testanschluß b durch einen Schieber
(oder einen Absperrschieber) c, eine Analyseröhre d, eine Turbomolekularpumpe e,
und eine Hilfsvakuumpumpe f herausströmen, so daß das Heliumgas in der
Analyseröhre d nachgewiesen wird. Da an diesem Gerät die Analyseröhre d innerhalb
der Ausströmleitung, durch welche das Heliumgas, welches in dem Testanschluß b
eingeführt wurde, ausströmt, lokalisiert ist, kann eine hohe Nachweisempfindlichkeit
erlangt werden, und die Reaktionsgeschwindigkeit mit dem Heliumgas ist hoch.
Auf der anderen Seite benutzt das in Fig. 2 gezeigte Lecknachweisgerät, welches ein
Rückdiffusionstyp ist, die molekulare Bewegung (Diffusion) des Heliumgases. Das in
das Innere des Prüfgegenstands "a" geleckte Heliumgas strömt von einem Testanschluß
b durch ein Grobvakuumventil g und eine Hilfsvakuumpumpe f. Auf seinem Weg
diffundiert das Gas teilweise zurück zu einer Analyseröhre d über eine
Turbomolekularpumpe e und wird in der Analyseröhre d massenanalysiert (oder ein
Massenspektrometer ist anstelle der Analyseröhre d vorgesehen). Die oben beschriebene
Rückdiffusion ist ein Phänomen, welches auftritt, wenn das Kompressionsverhältnis der
Turbomolekularpumpe selbst relativ klein ist zu kleinen leichten Molekülen, wie die des
Heliumgases. Da in diesem Apparat eine Messung möglich ist, falls die Evakuierung
bis hinunter zu einem inneren Druck des Prüfgegenstands "a" von etwa 100 Pa gemacht
wird, besteht der Vorteil, daß die Zeit für die Grobevakuierung vor dem Start des
Lecknachweises kurz sein kann.
In einem Gerät vom Typ der direkten Einführung, wie er in Fig. 3 gezeigt ist, wird der
Druck (10-3 Pa) innerhalb der Analyseröhre d, der für das Massenspektrometer
erforderlich ist, gleich dem inneren Druck des Prüfgegenstands "a" sein. Somit braucht
es viel Zeit, bevor der Druck innerhalb des Prüfgegenstands "a" einen Wert erreicht,
der für die Prüfung ausreicht. Ein solches Gerät ist somit nicht geeignet für den
Lecknachweis an großvolumigen Gegenständen. Auf der anderen Seite erfordert ein
Gerät vom Rückdiffusionstyp, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, eine kürzere Zeit zum
Starten des Lecknachweises. Es hat jedoch den Nachteil, daß gemäß den
Charakteristiken des Evakuierungssystems die Nachweisempfindlichkeit und die
Reaktionszeit geringer sind als die des Gerätes vom Typ der direkten Einführung. Diese
konventionellen Geräte haben somit beide Vorteile und Nachteile und es wird der
Erfahrung des Benutzers überlassen, zu wählen, welchen der beiden Typen - der der di
rekten Einführung oder der der Rückdiffusion - zum Lecknachweis benutzt wird. Somit
folgt, daß eine adäquate Auswahl von einem Benutzer ohne Erfahrung im Lecknachweis
verschiedenster Prüfgegenstände nicht gemacht werden kann.
Aus der DE 42 28 313 A1 ist ein Gegenstrom-Lecksucher mit einer Hochvakuumpumpe
bekannt, der die Merkmale des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruches 1 verwirklicht.
Im einzelnen umfasst der dort beschriebene Gegenstrom-Lecksucher ein
Massenspektrometer, dass als Testgasdetektor dient, und eine Verbund-
Turbomolekularpumpe, die mit dem Massenspektrometer verbunden ist und die zwei
Pumpstufen aufweist. Zwischen der ersten Pumpstufe, die vorzugsweise eine
Turbomolekularpumpe ist, und der zweiten Pumpstufe, die vorzugsweise eine
Molekularpumpe ist, ist eine Drossel mit festem Leitwert angeordnet. Dabei ist es
möglich, Prüfgase vor und hinter der Drossel in den Bereich zwischen der
Turbomolekularpumpe und der Molekularpumpe zuzuführen.
Aus der amerikanischen Patentschrift US 4,487,058 ist ein Gasleck-Nachweisgerät
bekannt, das ebenfalls mit einer Turbomolekularpumpe arbeitet. Weiter ist eine
drehzahlgeregelte Vakuumpumpe zum Evakuieren des Prüflings beschrieben.
In Heft 3/1987 der Zeitschrift "Technisches Messen tm" beschreibt C. J. Kündig auf den
Seiten 89 bis 95 in einem Aufsatz allgemein neue Wege beim Bau und der Anwendung
von Helium-Lecksuchern und diskutiert dabei die Vor- und Nachteile bekannter Verfahren
und Vorrichtungen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lecknachweisgerät bereitzustellen, bei
welchem der Lecknachweis des Prüfgegenstandes in einer kurzen Zeit gestartet werden
kann, und welches höchste Nachweisempfindlichkeit und Reaktionsgeschwindigkeit
aufweist und einfach zu bedienen ist.
Die Aufgabe wird gemäß dem Hauptanspruch der Erfindung gelöst. Die Erfindung wird in
ihren Unteransprüchen weitergebildet.
In einem Ausgangszustand, in welchem jedes der Ventile geschlossen ist, in welchem
das Vorventil und ein Belüftungsventil geöffnet sind, und die Hilfsvakuumpumpe und
die Verbund-Turbomolekularpumpe in Betrieb sind, ist der Prüfgegenstand, welcher
sich in einer Heliumgasatmosphäre befindet, mit dem Testanschluß verbunden, wodurch
der Lecknachweis des Prüfgegenstands gestartet wird. Das Vorventil und das
Belüftungsventil werden zunächst geschlossen, woraufhin der Schieber in der
Zweigleitung, welche mit dem Ort des größten Kompressionsverhältnisses der Verbund-
Turbomolekularpumpe (d. h. der dritten Zweigleitung) verbunden ist, geöffnet wird.
Dadurch wird erreicht, daß die Zweigleitung und der Prüfgegenstand durch die
Hilfsvakuumpumpe evakuiert werden. Wenn der Druck z. B. 1000 Pa erreicht hat, dies
ist ein Druck, bei dem ein Druck von 10-3 Pa beibehalten werden kann, bei welchem
Massennachweis oder Massenspektrometrie in der Analyseröhre durchgeführt werden
kann, wird das Vorventil geöffnet, um dadurch einen Gesamtlecktest auszuführen. In
diesem Test wird das Gas innerhalb des Prüfgegenstands meistens von der Zweigleitung
zu der Hilfsvakuumpumpe geleitet. Falls jedoch der Prüfgegenstand ein großes Leck
aufweist, wodurch ein Einströmen eines großen Betrages an Heliumgas dahinein
verursacht wird, werden die Heliummoleküle des Leckgases in eine Richtung entgegen
der der Evakuierung der Verbund-Turbomolekularpumpe rückdiffundieren, wodurch sie
in der Analyseröhre nachgewiesen werden.
Falls in dem Prüfgegenstand ein kleines oder kein Leck ist, ist auch der Anteil von
Helium in dem Gas klein und, konsequenterweise, kann ein Leck nicht in diesem
Gesamtlecktest bestimmt oder beurteilt werden. In diesem Fall wird die Evakuierung
durch die Hilfsvakuumpumpe, zur Druckerniedrigung innerhalb der Zweigleitung
innerhalb des Prüfgegenstands weitergeführt bis zu einem Druck, der um eine
Größenordnung kleiner ist, z. B. bis 100 Pa. Der Schieber in der Zweigleitung, die bis
zu dieser Zeit in Betrieb war (d. h. der dritten Zweigleitung), wird geschlossen und der
Schieber, der mit einem Ort verbunden ist, der das nächstgrößere
Kompressionsverhältnis (d. h. der zweiten Zweigleitung) verbunden ist, wird geöffnet,
um einen "mittleren" Lecktest auszuführen. Da zu dieser Zeit der Prüfgegenstand und
die Zweigleitung auf einem niedrigen Druck sind, ist der Anteil von Heliumgas, das
hereingeleckt ist, groß geworden. Somit ist es einfach, die Heliumgasmoleküle durch
die Analyseröhre durch Rückdiffusion in die Verbund-Turbomolekularpumpe
nachzuweisen. Da desweiteren die Evakuierung durch Benutzung eines Teils der
Verbund-Turbomolekularpumpe von hoher Evakuierungsgeschwindigkeit ausgeführt
wird, kann der "mittlere" Lecktest in kurzer Zeit abgeschlossen werden.
Die Bestätigung, daß sehr wenig oder kein Leck vorhanden ist, wird in einem "feinen"
Lecktest gemacht, d. h. durch Erniedrigung des Drucks innerhalb der Zweigleitung und
dem Prüfgegenstand bis weiter hinunter zu einem Druck, der sich um eine weitere
Größenordnung unterscheidet, d. h. bis zu 10 Pa, durch Schließen des Schiebers in der
Zweigleitung, die bis zu diesem Zeitpunkt in Betrieb war (d. h. der zweiten
Zweigleitung) und durch Öffnen des Schiebers in der Zweigleitung, die mit einem Ort
des kleinsten Kompressionsverhältnisses der Verbund-Turbomolekularpumpe (d. h. der
ersten Zweigleitung) verbunden ist. Da zu dieser Zeit der Anteil des Heliumgases
weiter vermindert worden ist, kann sogar ein sehr kleines Leck gefunden werden. Somit
kann beurteilt werden, falls nichts in der Analyseröhre nachgewiesen worden ist, daß
der Prüfgegenstand kein Leck aufweist. Da auch zu dieser Zeit die Evakuierung durch
Benutzung eines Teils der Funktion der Verbund-Turbomolekularpumpe von größerer
Evakuierungsgeschwindigkeit ausgeführt wird, kann der "feine" Lecktest in kurzer Zeit
ausgeführt werden.
Durch alternative Verbindung jeder der Zweigleitungen ist es möglich, ein Leck sogar
dann nachzuweisen, wenn der Druck auf der Vorderseite der Verbund-
Turbomolekularpumpe relativ hoch ist. Es ist im Gegensatz zu einem konventionellen
Gerät nicht notwendig, den Lecknachweis auszuführen, nachdem der Druck der
Vorderseite bis zu einem vorherbestimmten niedrigen Druck hinunter evakuiert wurde.
Somit kann die Zeit bis zum Starten des Lecknachweises des Prüfgegenstands von
großem Volumen verkürzt werden. Die Nachweisempfindlichkeit und die
Reaktionsgeschwindigkeit kann durch den Betrieb der Schieber verbessert werden,
wodurch ein Lecknachweis von höchster Genauigkeit ermöglicht wird. Da desweiteren
die Steuerung der Schieber automatisch in Abhängigkeit mit dem Druckmesser
vorgenommen werden kann, wird die Arbeitsfähigkeit verbessert und die Erfahrung im
Lecknachweis für verschiedene Arten von Prüfgegenständen wird nicht mehr benötigt.
Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung, die ein Ausführungsbeispiel eines Leck
nachweisgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine schematische Darstellung, die ein konventionelles Lecknachweisgerät vom
Rückdiffusionstyp zeigt;
Fig. 3 eine schematische Darstellung, die ein konventionelles Lecknachweisgerät vom
Typ der direkten Einführung zeigt;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht, die ein Ausführungsbeispiel
einer Verbund-Turbomolekularpumpe der Fig. 1 zeigt;
Fig. 5 ein Diagramm, das die Entgaszeit (cleaning up time) des Gerätes in Fig. 1 zeigt;
Fig. 6, welche durch Fig. 6A und 6B gebildet ist, ein Flußdiagramm, das den Betrieb
des Gerätes in Fig. 3 zeigt;
Fig. 7 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Drehzahl der Verbund-
Turbomolekularpumpe und der Nachweisempfindlichkeit jeder Zweigleitung zeigt;
Fig. 8 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Drehzahl der Verbund-
Turbomolekularpumpe und dem Kompressionsverhältnis an dem Verbindungsteil jeder
Zweigleitung zeigt; und
Fig. 9 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen der Drehzahl der Verbund-
Turbomolekularpumpe und dem Anschlußdruck an dem verbindenden Teil jeder
Zweigleitung zeigt.
Es wird jetzt eine Erläuterung gegeben bezüglich eines Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen. In Fig. 1
bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Analyseröhre zur Massenanalyse oder
Massenspektrometrie. Zum Auspumpen oder Evakuieren des Inneren der Analyseröhre
1 auf ein Hochvakuum von 10-3 Pa ist eine Hilfsvakuumpumpe 4 wie eine
Rotationspumpe oder dergl. mit der Analyseröhre 1 durch eine Hauptleitung 5 über eine
Verbund-Turbomolekularpumpe 2 und ein Vorventil (oder ein Hilfsventil) 3 verbunden,
welche beide auf der Vorderseite der Analyseröhre 1 angeordnet sind. Die Verbund-
Turbomolekularpumpe 2 ist konventionell und hat den folgenden Aufbau. Wie in Fig. 4
gezeigt, ist innerhalb eines Pumpengehäuses 2b, für welches ein Anschluß 2a zu der
Analysenröhre und ein Anschluß 2k zu der Hauptleitung 5 vorgesehen ist, ein
Turbomolekularpumpenteil 2c und ein Verdrängungspumpenteil (drag pump) 2d
angeordnet. Ein Rotor 2e und ein Rotor 2f, welche entsprechende Pumpteile bilden,
sind an einer gemeinsamen Rotationsachse 2h befestigt, damit sie durch einen
elektrischen Motor 2g gedreht werden. Ein Stator 21 und ein Stator 2j, welche
entsprechende Pumpenteile bilden, sind innerhalb des Gehäuses 2b befestigt. Die Teile
sind so angeordnet, daß das Gas als ein Resultat der Drehung des elektrischen Motors
2g von dem Anschluß 2a zu dem Anschluß 2k durch den Betrieb der Pumpenteile
ausgepumpt wird. Der Verdrängungspumpenteil 2d wird durch einen Rotor 2f gebildet,
welcher aus einem dreifach-zylindrischen Körper gemacht ist, und aus zwei Statoren 2j,
welche spiralförmige Rillen oder Schrauben 21 auf der peripheren Oberfläche
aufweisen, welche zwischen jedem der Rotoren 2f angeordnet sind. Das durch den
Turbomolekularpumpenteil 2c auszupumpende oder zu evakuierende Gas wird durch die
Hauptleitung 5 mittels der Spiralrillen 21 des Verdrängungspumpenteils 2d ausgepumpt.
Die Verbund-Turbomolekularpumpe 2 kann von solcher Ausbildung sein, daß anstatt
des Verdrängungspumpenteils ein Turbomolekularpumpenteil oder ein
Schraubenpumpenteil vorgesehen ist.
Die Nummer 6 bezeichnet einen Testanschluß an den das Innere eines Prüfgegenstands
7 einer Einrichtung, die Gasdichtheit erfordert wie ein Kompressor oder ein Kondensor
eines Gefriergerätes oder dergl., angeschlossen wird. Eine Evakuierungsleitung 8,
welche sich von diesem Testanschluß 6 erstreckt, ist verzweigt, und die Zweigleitungen
9 sind zu entsprechenden Orten unterschiedlicher Kompressionsverhältnisse der
Verbund-Turbomolekularpumpe 2 über Sperrschieber (oder Absperrventile) 10
verbunden. In dem dargestellten Beispiel verzweigen sich die Zweigleitungen 9 in drei,
d. h. einer ersten bis einer dritten Zweigleitung 9a, 9b, 9c. Erster bis dritter Schieber
10a, 10b, 10c sind jeweils in den Zweigleitungen 9a, 9b, 9c angeordnet. Die erste
Zweigleitung 9a ist mit einer solchen mittleren Position zwischen dem Verbund-
Turbomolekularpumpenteil 2c und dem Verdrängungspumpenteil 2d verbunden, daß ein
Kompressionsverhältnis von 2500 erreicht werden kann. Die zweite Zweigleitung 9b ist
so mit einer mittleren Position des Verdrängungspumpenteils 2d verbunden, daß ein
Kompressionsverhältnis von 15000 erreicht werden kann. Die dritte Zweigleitung 9c ist
mit einer solchen Position verbunden, daß ein Kompressionsverhältnis von 150000
erreicht werden kann.
Die Analyseröhre 1 kann, außer wenn der interne Druck 10 -3 Pa oder darunter ist,
keine genaue Analyse gemäß der Beziehung der mittleren freien Weglänge vornehmen.
Durch eine Verbindung der Zweigleitungen mit den oben beschriebenen Positionen der
Verbund-Turbomolekularpumpe 2 kann jedoch der interne Druck in der Analyseröhre 1
von 10-3 Pa sogar dann erhalten werden, wenn der maximale Druck in der ersten
Zweigleitung 9a 25 Pa ist, der maximale Druck in der zweiten Zweigleitung 9b 150 Pa
ist und der maximale Druck in der dritten Zweigleitung 9c 1500 Pa ist. Um den Druck
von 10-3 Pa innerhalb der Analyseröhre 1 in dem in Fig. 2 gezeigten konventionellen
Beispiel zu erhalten, ist es notwendig, den maximalen Druck auf der Rückdruckseite
der Turbomolekularpumpe von ungefähr 100 Pa zu erzeugen. Im Gegensatz dazu kann
der Lecknachweis mit der vorliegenden Erfindung durch die oben beschriebene
Verbindung gemacht werden, weil eine Gegenströmung sogar bei einem Druck, der
eine Größenordnung höher ist, erreicht werden kann. Desweiteren wird in der vorlie
genden Erfindung das Kompressionsverhältnis relativ zu dem Heliumgas in der ersten
Zweigleitung 9a zu 25, in der zweiten Zweigleitung 9b zu 150, und in der dritten
Zweigleitung 9c zu 1500. Gemäß den Unterschieden in den Kompressionsverhältnissen
variieren die Gegenstromcharakteristiken in jeder der Zweigleitungen, und es kann in
der ersten Zweigleitung 9a mit einem kleineren Kompressionsverhältnis eine
Nachweisempfindlichkeit, welche ungefähr gleich der in einem Typ der direkten
Einführung, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, erlangt werden. Bei dem eigentlichen
Lecknachweis kann eine Nachweisempfindlichkeit von 10-11 bis 10-7 Pam3/sec in der
ersten Zweigleitung 9a erlangt werden, eine Nachweisempfindlichkeit von 10-10 bis
10-6 Pam3/sec in der zweiten Zweigleitung 9b und eine Nachweisempfindlichkeit von
10-8 bis 10-4 Pam3/sec in der dritten Zweigleitung 9c. Somit ist ein Lecknachweis im
weiten Bereich von 10-11 bis 10-4 Pam3/sec möglich.
Die Entleerungs- oder Evakuierungsgeschwindigkeit an dem Testanschluß 6 in dem in
Fig. 2 gezeigten Rückdiffusionstyp hängt von der Evakuierungsgeschwindigkeit der
Hilfsvakuumpumpe, wie einer Rotationspumpe, ab. Somit ist die
Evakuierungsgeschwindigkeit ungefähr 5 l/min. Im Gegensatz dazu kann, da die erste
und die zweite Zweigleitung 9a, 9b die Funktion der Verbund-Turbomolekularpumpe 2
benutzen, d. h. die Funktion des Verdrängungspumpenteils, jeweils ungefähr einige
Zehnfache der Evakuierungsgeschwindigkeit von 5 l/sec und 3 l/sec in der ersten und
der zweiten Zweigleitung 9a, 9b erreicht werden. Dies resultiert in einer Verbesserung
der effektiven Evakuierungsgeschwindigkeit in der Ordnung von einigen Mehrfachen
gegenüber einem konventionellen Gerät. Somit ist es möglich, wie es durch die Kurve
A in Fig. 5 gezeigt ist, die Zeit zum Entgasen bis auf ungefähr 20 Sekunden zu verkür
zen. Dieses ist eine große Verminderung gegenüber einer konventionellen Ent
gasungszeit von 116 Sekunden, wie es in der Kurve B gezeigt ist. Diese Entgasungszeit
wurde zunächst durch Einführung von Heliumgas von 1 × 10-2 Pam3/sec durch den
Testanschluß 6 und dann, nach Anhalten der Einführung, durch Messung der Zeit
gemessen, bis der Rest des Heliumgases aufhört zu existieren (nicht mehr nachweisbar
war).
An die Evakuierungsleitung 8 sind angeschlossen ein Unterdruckmesser 11, wie ein
Pirani-Messer, um den Druck nachzuweisen, ein Referenz (oder Standard)-Leck 12 mit
einem Quarzglas durch einen Schieber 13 und ein Belüftungsventil 14. Der
Druckmesser 11 ist so ausgebildet, daß eine Steuerung 15 vorgesehen ist, um das
Öffnen und Schließen des ersten bis dritten Schiebers basierend auf einem Druck, der
durch den Druckmesser 11 nachgewiesen wurde, zu steuern. Mit der Steuerung 15 sind
auch elektrisch das Vorventil 3, der Schieber 13 und das Belüftungsventil 14
verbunden, so daß diese durch die Steuerung 15 zum Öffnen und Schließen gesteuert
werden können.
Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels wird nun mit Bezug zu dem in Fig. 6
gezeigten Flußdiagramm erläutert, welches in die zwei Fig. 6A und 6B geteilt gezeigt
ist. In einem Ausgangszustand ist der Prüfgegenstand 7 an dem Testanschluß 6
angebracht, und die Verbund-Turbomolekularpumpe 2 und die Hilfsvakuumpumpe 4
sind in Betrieb genommen. Das Vorventil 3 und das Belüftungsventil 14 sind geöffnet,
und die anderen Ventile sind geschlossen. Wenn ein Signal, das den Beginn des
Lecknachweises anzeigt, von der Steuerung 15 ausgegeben wird, werden das Vorventil
3 und das Belüftungsventil 14 geschlossen und der dritte Schieber 10c geöffnet. Es wird
begonnen, das Innere des Prüfgegenstands 7 durch die Hilfsvakuumpumpe 4 grob zu
evakuieren oder auszupumpen. Wenn die Anzeige des Pirani-Messers 11 zur
Drucküberwachung einen Wert von 1000 Pa erreicht hat, wird das Vorventil 3 geöffnet,
wodurch ein Gesamtlecktest gestartet wird. In einem solchen Test wird das Gas
innerhalb des Prüfgegenstands 7 durch die dritte Zweigleitung 9c und die
Hilfsvakuumpumpe 4 nach außen evakuiert. Wenn in dem Prüfgegenstand 7 ein großes
Leck besteht und, konsequenterweise, der Anteil an Heliumgas in dem Leckgas groß
ist, diffundiert ein Teil des Heliumgases zurück durch das Vorventil 3 und die Verbund-
Turbomolekularpumpe 2 und wird in der Analyseröhre 1 festgehalten. Das
Vorhandensein des Lecks kann auf diese Art und Weise bestätigt werden. Falls kein
Leck nachgewiesen wird, wird das Testen fortgeführt. Wenn die Anzeige des Pirani-
Messers einen Wert von 100 Pa erreicht hat, schließt die Steuerung 15 den dritten
Schieber 10c und öffnet den zweiten Schieber 10b. Demgemäß wird das Gas innerhalb
des Prüfgegenstands 7 von der zweiten Zweigleitung 9b durch den
Verdrängungspumpenteil 2d der Verbund-Turbomolekularpumpe 2, das Vorventil 3 und
die Hilfsvakuumpumpe 4 nach außen evakuiert, wodurch ein "mittlerer" Lecktest
(mittlerer Empfindlichkeit) ausgeführt wird. Wenn in diesem Zustand ein Leck in dem
Prüfgegenstand 7 vorhanden ist, wird der Anteil des Heliumgases in dem Leckgas groß.
Somit ist es wahrscheinlich, daß die Heliummoleküle zurück in die Analyseröhre 1
diffundieren. Es folgt, daß das Vorhandensein eines Lecks sogar nachgewiesen werden
kann, falls das Ausmaß des Leckens nicht groß ist. Da desweiteren ein Teil der
Funktion der Verbund-Turbomolekularpumpe 2, welche eine große Evakuierungsge
schwindigkeit aufweist, benutzt wird, kann ein Niedrigdruckzustand schnell erreicht
werden. Falls durch den "mittleren" Lecktest ein Leck nicht nachgewiesen werden
kann, wird das Testen weiter fortgeführt werden. Wenn die Anzeige des Pirani-Messers
11 einen Wert von 10 Pa erreicht hat, schließt die Steuerung 15 den zweiten Schieber
10b und öffnet den ersten Schieber 10a. Demgemäß wird das Gas innerhalb des
Prüfgegenstands 7 mit einer hohen Geschwindigkeit von der ersten Zweigleitung 9a
durch den Verdrängungspumpenteil 2d, das Vorventil 3 und die Hilfspumpe 4 nach
außen evakuiert, wodurch ein "feiner" Lecktest (hoher Empfindlichkeit) ausgeführt
wird. In diesem Fall ist das Innere des Prüfgegenstands 7 in einem
Niedrigdruckzustand, welcher äquivalent ist zu dem in einem Typ direkter Einführung,
wie er in Fig. 1 gezeigt ist. Somit kann sogar ein kleinstes Leck des Prüfgegenstands 7,
d. h. die Einführung eines sehr kleinen Betrages an Heliumgas dorthinein nachgewiesen
werden. Sogar wenn das Volumen des Prüfgegenstands groß ist, oder sogar wenn die
Gasmenge, welche von dem Prüfgegenstand 7 ausgesandt wird, groß ist, werden die
Zweigleitungen automatisch durch die Anzeige des Pirani-Messers 11 ausgewählt,
welche den Druck der Evakuierungsleitung 8 mißt, die sich von dem Testanschluß 6
erstreckt. Als Resultat kann der Lecktest mit der am besten geeigneten Leitung
ausgeführt werden, ohne daß das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Benut
zers des Nachweisgerätes mit Erfahrung von Einfluß ist. Der Betrieb des Nach
weisgerätes wird somit einfach.
Es ist möglich, die Drehzahl der Verbund-Turbomolekularpumpe 2, wie es in Fig. 3
gezeigt ist, in zwei Stufen zu verändern, z. B. in eine hohe und eine niedrige Drehzahl.
In einer solchen Anordnung können sechs Arten von Kompressionsverhältnissen in den
drei Zweigleitungen erlangt werden, mit dem Resultat, daß ein weiterer extensiver
Lecknachweis ausgeführt werden kann. Konkret wird die Drehzahl der Verbund-
Turbomolekularpumpe 2 in eine normale Drehzahl (RN) von 90000 rpm verändert und
eine reduzierte Drehzahl (RD), welche um 40% gegenüber der normalen Drehzahl
vermindert. In jeder der oberen Drehzahlen wurden 10-7 bis 10-10 Pam3/sec an
Heliumgas von dem Referenzleck 12 eingeströmt, um die Nachweisempfindlichkeit in
der Analyseröhre 1 für jede der Zweigleitungen zu überprüfen. Wie in Fig. 7 gezeigt,
wurde die Nachweisempfindlichkeit entsprechend dem Referenzleckbetrag in jeder der
Zweigleitungen erreicht. Es kann somit ersehen werden, daß eine Linearität
sichergestellt ist und daß ein Unterschied in dem Bereich der Nachweisempfindlichkeit
von den Zweigleitungen besteht.
Desweiteren wurde ein Kompressionsverhältnis von Stickstoffgas in dem Anschluß
überprüft, mit dem jede der Zweigleitungen verbunden ist, zu der Verbund-
Turbomolekularpumpe zu einer Zeit der normalen Drehzahl (RN) und einer um 40%
reduzierten Drehzahl (RD), wobei die Resultate in Fig. 8 gezeigt sind. An dem
Anschluß 2a, an welchem die Verbund-Turbomolekularpumpe 2 mit der Analyseröhre 1
verbunden ist, ist ein Druck von 10-3 Pa erforderlich. Ein Übergangspunkt jeder der
Kurven in Fig. 8 wird zu einem Grenzwert des Drucks in jeder der Zweigleitungen.
Gemäß diesen Kurven kann ersehen werden, daß die dritte Zweigleitung bei einer
normalen Drehzahl bis zu einem Druck von 1000 Pa verbunden werden darf.
Desweiteren wurde sequentiell ein Betrieb der Einströmung von Stickstoffgas in jede
der Zweigleitungen ausgeführt, während ein Referenzleck von 10-8 Pam3/sec
verursacht wurde, um dort hineinzuströmen und um die Lage des durch das Heliumgas
gemessenen Übergangspunkts zu überprüfen, bei welchem die Evakuierungsgeschwin
digkeit der Verbund-Turbomolekularpumpe 2 variiert. Die Resultate sind in Fig. 9
gezeigt. Die Ordinate dieser Figur stellt einen Wert des elektrischen Ionen-Stroms dar,
wenn ein Referenzleck des Heliumgases von 10-8 Pam3/sec in der Analyseröhre 1
gemessen wurde und die Abszisse stellt einen Einführdruck des Stickstoffgases dar.
Jede der Kurven in diesem Fall ist die gleiche wie in Fig. 8, so daß zu ersehen ist, daß
entsprechende Übergangspunkte für entsprechende Zweigleitungen vorhanden sind. Die
linke untere Seite der Übergangspunkte jeder der Kurven ist der Anschlußdruck (oder
der Druck, der genutzt werden kann) jeder der Zweigleitungen. Der Übergangspunkt
wird zu einem Setzwert einer Zeit, bei der der Zustand des Schiebers durch die
Steuerung 15 verändert wird.
Falls demgemäß die Drehzahl der Verbund-Turbomolekularpumpe 2 verändert wird,
kann ein weiter Bereich des Lecknachweises in den drei Zweigleitungen ausgeführt
werden. Die Anzahl der Zweigleitungen braucht nicht auf drei begrenzt zu werden,
sondern kann zwei oder mehr als drei sein.
Wie es oben erläutert wurde, ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine
Hilfsvakuumpumpe mit einer Analyseröhre durch eine Verbund-Turbomolekularpumpe
und ein Vorventil verbunden. Die Evakuierungsleitung von dem Testanschluß, an
welchem der Prüfgegenstand angeschlossen wird, ist verzweigt, und jede der
Zweigleitungen ist mit unterschiedlichen Orten von unterschiedlichen
Kompressionsverhältnissen der Verbund-Turbomolekularpumpe durch einen Schieber
verbunden. Somit kann durch alternatives Öffnen jeder der Zweigleitungen ein
Lecknachweis schnell ausgeführt werden, ohne daß er durch das Volumen des
Prüfgegenstands und durch das Gas, welches von diesem emittiert wird, beeinflußt
wird, und desweiteren kann eine schnelle Entgasungszeit erreicht werden. Der
Lecknachweis einer großen Zahl von Prüfgegenständen kann somit effizient ausgestaltet
werden, und eine höchste Nachweisempfindlichkeit kann erlangt werden. Es folgt, daß
der Lecknachweis sogar von einem unerfahrenen Benutzer ausgeführt werden kann. Der
Aufbau des Nachweisgerätes ist auch relativ einfach und billig in der Herstellung.
Weiter kann durch die Steuerung des Öffnens und Schließens der Schieber in jeder der
Zweigleitungen entsprechend der Anzeige des Unterdruckmessers verbunden mit der
Evakuierungsleitung der Lecknachweis automatisch durchgeführt werden, wodurch sein
Betrieb einfach wird.
Es ist leicht ersichtlich, daß das oben beschriebene Lecknachweisgerät, das eine
Verbund-Turbomolekularpumpe benutzt, alle oben erwähnten Aufgaben erfüllt und
auch den Vorteil einer weiten gewerblichen Nutzbarkeit hat. Es sollte verstanden
werden, daß die spezifische Form der Erfindung wie sie hierin beschrieben wurde, nur
als eine repräsentative beabsichtigt ist, also, daß bestimmte Modifikationen innerhalb
des Umfangs dieser Lehre für den Fachmann ersichtlich sind.
Claims (5)
1. Lecknachweisgerät, das eine Verbund-Turbomolekularpumpe (2) benutzt,
umfassend:
eine Analyseröhre (1);
eine Verbund-Turbomolekularpumpe (2), die mit der Analyseröhre (1) verbunden ist, wobei die Verbund-Turbomolekularpumpe (2) als erste Stufe eine Turbomolekularpumpe (2c) und als zweite Stufe eine Turbomolekularpumpe oder eine Verdrängungspumpe (2d) aufweist,
eine Hilfsvakuumpumpe (4) wie eine Rotationspumpe, die mit der Analyseröhre (1) durch Leitungsmittel (5) mit der Verbund-Molekularpumpe (2) und einem Vorventil (3) dazwischen verbunden ist;
eine Evakuierungsleitung (8), die sich von einem Testanschluß (6) erstreckt, an dem der Prüfgegenstand (7) angeschlossen wird;
wobei die Evakuierungsleitung (8) in zumindest drei Zweigleitungen (9) verzweigt ist und jede der Zweigleitungen mit einem Ort unterschiedlichen Kompressionsverhältnisses der Verbund-Turbomolekularpumpe (2) verbunden ist; und
wobei ein Absperrschieber (10) in jeder der Zweigleitungen (9) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zweigleitung (9b), die mit dem Ort mittleren Kompressionsverhältnisses verbunden ist, mit einer mittleren Position der zweiten Stufe (2d) der Verbund- Turbomolekularpumpe (2) verbunden ist.
eine Analyseröhre (1);
eine Verbund-Turbomolekularpumpe (2), die mit der Analyseröhre (1) verbunden ist, wobei die Verbund-Turbomolekularpumpe (2) als erste Stufe eine Turbomolekularpumpe (2c) und als zweite Stufe eine Turbomolekularpumpe oder eine Verdrängungspumpe (2d) aufweist,
eine Hilfsvakuumpumpe (4) wie eine Rotationspumpe, die mit der Analyseröhre (1) durch Leitungsmittel (5) mit der Verbund-Molekularpumpe (2) und einem Vorventil (3) dazwischen verbunden ist;
eine Evakuierungsleitung (8), die sich von einem Testanschluß (6) erstreckt, an dem der Prüfgegenstand (7) angeschlossen wird;
wobei die Evakuierungsleitung (8) in zumindest drei Zweigleitungen (9) verzweigt ist und jede der Zweigleitungen mit einem Ort unterschiedlichen Kompressionsverhältnisses der Verbund-Turbomolekularpumpe (2) verbunden ist; und
wobei ein Absperrschieber (10) in jeder der Zweigleitungen (9) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zweigleitung (9b), die mit dem Ort mittleren Kompressionsverhältnisses verbunden ist, mit einer mittleren Position der zweiten Stufe (2d) der Verbund- Turbomolekularpumpe (2) verbunden ist.
2. Lecknachweisgerät, das eine Verbund-Turbomolekularpumpe (2) benutzt, gemäß
Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
einen Unterdruckmesser (11), der mit der Evakuierungsleitung (8) verbunden ist, wobei
der Unterdruckmesser (11) durch die Steuerung (15) mit jedem der Absperrschieber
(10) in Verbindung steht, so daß die mit Orten unterschiedlicher
Kompressionsverhältnisse verbundenen Absperrschieber (10) sequentiell durch ein
Signal von der Steuerung (15) entsprechend einer Veränderung im Druck, der durch
den Druckmesser (11) nachgewiesen wird, geöffnet und geschlossen werden.
3. Lecknachweisgerät, das eine Verbund-Turbomolekularpumpe (2) benutzt, gemäß
Anspruch 1 oder 2
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbund-Turbomolekularpumpe (2) durch eine Mehrstufen-
Turbomolekularpumpe, eine einteilige Kombination einer Turbomolekularpumpe und
einer Verdrängungsmolekularpumpe (2d) oder eine einteilige Kombination einer
Turbomolekularpumpe und einer Schraubenpumpe gebildet ist und daß ein
Lüftungsventil mit der Evakuierungsleitung verbunden ist.
4. Lecknachweisgerät, das eine Verbund-Turbomolekularpumpe (2) benutzt, gemäß
einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbund-Turbomolekularpumpe (2) in ihrer Drehzahl verändert werden kann.
5. Lecknachweisgerät gemäß einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hilfsvakuumpumpe (4) und/oder die Verbund-Turbomolekularpumpe (2) in
ihrer Drehzahl veränderbar sind.
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| JP6148228A JP2655315B2 (ja) | 1994-06-29 | 1994-06-29 | 複合分子ポンプを使用した漏洩探知装置 |
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ID=15448147
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|---|---|---|---|
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