DE2441123A1

DE2441123A1 - Verfahren zur dichtigkeitspruefung von gegenstaenden

Info

Publication number: DE2441123A1
Application number: DE19742441123
Authority: DE
Inventors: Joachim Marx; Guenter Dipl Phys Dr Reich
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1974-08-28
Filing date: 1974-08-28
Publication date: 1976-03-11
Also published as: FR2283430A1; FR2283430B1; GB1519499A

Description

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LEYBOLD-HERAEUS GMBH & CO KG Köln-Bayental

Verfahren zur Dichtigkeitsprüfung von Gegenständen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung von Behältern, Kapselungen, Umhüllungen und dgl, auf Dichtigkeit, bei dem die zu prüfenden, Testgas enthaltenden Gegenstände in eine Testkammer eingebracht werden, an die ein testgasspezifisches Nachweisgerät angeschlossen wird.

In weiten Bereichen der Technik und Industrie werden Artikel oder Substanzen in geschlossene Behälter eingebracht, die die Aufgabe haben, den Artikel oder die Substanz vor der Einwirkung für sie schädlicher Gase oder Flüssigkeiten zu schützen. Bekannte Beispiele dafür sind der Schutz gegen Sauerstoff aus der atmosphärischen Luft, der Schutz gegen das Eindringen von Mikroben in verpackte Lebensmittel oder der Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit in elektrische Bauteile.

Zur Prüfung einer solchen Kapselung oder Umhüllung auf Dichtigkeit werden verschiedene Methoden angewandt, wobei eine häufig angewandte Methode darin besteht, daß in die zu prüfende Umhüllung ein Testgas eingebracht wird und anschließend untersucht wird, ob Testgas austritt. Das Testgas kann entweder im Gegenstand enthalten sein (z.B. Helium bei Reed-Relais oder Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoff bei Sprühflaschen)oder zu irgendeinem späteren Zeitpunkt dadurch eingebracht werden, daß der bereits fertig gekapselte Gegenstand längere Zeit einem erhöhten Testgasdruck ausgesetzt wird. Für den Fall, daß er ein Leck aufweist, dringt dann Testgas in ihn ein. Danach erfolgt die eigentliche Untersuchung auf Dichtigkeit mit einem Lecksucher.

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Ein häufig dafür angewendetes testgasspezifisches Nachweisgerät ist ein Lecksucher mit einem Massenspektrometer, das auf das Testgas eingestellt ist. Als Testgas kommt in der Regel Helium in Frage» Bei einem mit diesem Gerät durchgeführten Lecksuchverfahren wird der zu prüfende Gegenstand in eine Testkammer eingebracht. Mit Hilfe der in der Regel in das Lecksuchgerät eingebauten Vakuumpumpe wird die Testkammer evakuiert und anschließend untersucht, ob Testgas aus der Umhüllung des Gegenstandes austritt» Bei diesem Verfahren muß die Testkammer vor der eigentlichenPrüfung auf Dichtigkeit auf einen sehr niedrigen Druck evakuiert werden» Im Falle von groben Undichtigkeiten der Umhüllung besteht deshalb die Gefahr, daß während der zum Betrieb des Massenspektrometer notwendigen Evakuierung der Testkammer das gesamte Testgas aus dem zu prüfenden Gegenstand austritt. Dadurch ist dieses Verfahren zwar für die Feststellung relativ kleiner Undichtigkeiten mit hoher Empfindlichkeit geeignet j es versagt jedoch bei groben Undichtigkeiten. Ist das gesamte Testgas im Falle einer groben Undichtigkeit während der Evakuierphase der Testkammer aus dem zu prüfenden Gegenstand ausgetreten, dann ist das Nachweisgerät nicht mehr in der Lage, zwischen einem Gegenstand mit grober Undichtigkeit und einem dichten Gegenstand zu unterscheiden.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb -die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Prüfung von Behälter, Kapselungen, Umhüllungen und dgl. auf Dichtigkeit, bei dem die zu prüfenden Testgas enthaltenden Gegenstände in eine Testkammer eingebracht werden, an die ein testgasspezifisches Nachweisgerät angeschlossen wird, anzugeben, bei dem nicht mehr die Gefahr besteht, daß Gegenstände mit groben Undichtigkeiten nicht erkannt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Prüfung der Dichtigkeit der zu untersuchenden Gegenstände mit Hilfe einer an die Testkammerangeschlossenen Schnüffelsonde

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vorgenommen wird. Eine Schnüffelsonde kann bei wesentlich höheren Drücken als ein Massenspektrometer-Lecksucher z.B. auch bei Atmosphären Druck - eingesetzt werden. Durch die Sonde wird ständig Gas angesaugt und einem testgasspezifischen Nachweisgerät zugeführt. Dringt also z.B. bereits bei Atmosphärendruck aus einer groben Undichtigkeit eines in der Testkammer befindlichen Gegenstandes Testgas aus, dann kann bereits diese Erhöhsfung des Testgaspartialdruckes in der Testkammer vom Schnüffler festgestellt werden= Als testgasspezifisches Nachweisgerät können hierbei ein Massenspektrometerlecksucher oder auch andere Lecksucher, wie Halogenlecksuchgeräte oder dgl. Verwendung finden»

Das Austreten des Testgases aus einer möglichen groben Undichtigkeit kann dadurch beschleunigt werden, daß vor und/oder während der Dichtigkeitsprüfung mit der Schnüffelsonde das in der Testkammer vorhandene Gas expandiert ^ird. Dadurch sinkt der Druck in der Umgebung des zu testenden Gegenstandes soweit ab, daß der Gasaustritt aus einer Undichtigkeit nicht nur infolge Diffusion, sondern auch durch Strömung erfolgt» Die Expansion des in der Testkammer befindlichen Gases hat gegenüber der Evakuierung der Testkammer mit Hilfe einer Vakuumpumpe den Vorteil, daß das aus einer möglicherweise groben Undichtigkeit austretende Testgas nicht durch den Abpumpprozeß verloren geht.

Eine weitere vorteilhafte Verfahrensmaßnahme besteht darin, daß vor und/oder während der Dichtigkeitsprüfung mit der Schnüffelsonde das in der Testkammer vorhandene Gas verwirbelt wird, wasz,Bo mit Hilfe eines in der Testkammei untergebrachten Ventilators durchgeführt werden kann. Diese Maßnahme bewirkt ebenfalls, daß das eventuell aus einer groben Undichtigkeit austretende Testgas schneller von der Schnüffelsonde aufgenommen werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zwar nicht so empfindlich

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wie die Dichtigkeitsprüfung der Gegenstände mit Hilfe eines Massenspektrometerlecksuchers. Für viele Anwendungsfälle reicht jedoch die Empfindlichkeit aus, zumal diese durch die Expansion der in der Testkammer befindlichen Gase noch erhöht werden kann. Außerdem besteht noch der wesentliche Vorteil, daß dieGefahr des Nichterkennens grober Undichtigkeiten beseitigt ist.

Reicht die Empfindlichkeit nicht aus, dann ist es im Rahmen der Erfindung zweckmäßig, wenn im Anschluß an die Dichtigkeitsprüfung mit der Schnüffelsonde eine weitere Dichtigkeitsprüfung auf kleine Undichtigkeiten vorgenommen wird. Das kann z.B. dadurch geschehen, daß die Testkammer nach der Dichtigkeitsprüfung mit der Schnüffeisonde evakuiert und an einen Massenspektrometerlecksucher angeschlossen wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn als testgasspezifisches Nachweisgerät für die Schnüffelsonde ebenfalls der Massenspektrometerlecksucher verwendet wird, so daß mit nur einem testgasspezifischen Nachweisgerät nacheinander sowohl eine Prüfung auf grobe Undichtigkeiten(mit der Schnüffelsonde) als auch eine Prüfung auf kleine Undichtigkeiten (durch direkten Anschluß der Testkammer an den Massenspektrometerlecksucher) durchgeführt werden kann. Bei diesem Verfahren ist die Dichtigkeitsuntersuchung mit der Schnüffelsonde als Vorabprüfung auf grobe Undichtigkeiten anzusehen, der sich eine Prüfung auf kleine Undichtigkeiten mit großer Empfindlichkeit anschließt.

Eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Testkammer, eine in die Testkammer eingeführte Schnüffelsonde und ein testgasspezifisches Nachweisgerät aufweist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 bis' 3 stark schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden.

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In diesen Figuren sind jeweils die Testkammer mit 1, das testgasspezifische Nachweisgerät mit 2 und der in der Testkammer befindliche, auf Dichtigkeit zu prüfende Gegenstand mit 3 bezeichnet«, das testgasspezif ische Nadhweisgerät ist jeweils als Massenspektrometerlecksucher ausgebildet. Es weist u.a. jeweils die Vakuumpumpe 4 und das Massenspektrometer 5 auf» Diese Elemente sind schematisch in dem als Block dargestellten Lecksucher 2 angedeutet«

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist der Lecksucher 2 über das Ventil 6 und die Schnüffelsonde 7, die vorteilhafterweise zum Teil in die Testkammer 1 hineinragt, mit der Testkammer 1 verbunden. Dichtigkeitsprüfungen erfolgen bei diesem Ausführungsbeispiel in der Weise, daß der zu untersuchende Gegenstand 3 zunächst in die Testkammer 1 eingebracht wird« Danach wird der Schnüffler 7 in Betrieb genommen. Im Falle einer groben Undichtigkeit wird Testgas durch Diffusion aus dem zu testenden Gegenstand 3 austreten und sich in der Testkammer verteilen. Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit läßt sich mit Hilfe des Schnüfflers 7 feststellen, ob eine derartige Undichtigkeit vorliegt oder nicht.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist zusätzlich an die Testkammer 1 über die Leitung 9 mit dem Ventil 10 der Behälter 11 angeschlossen, welcher seinerseits über die Leitung 12 mit dem Ventil 13 an eine Vakuumpumpe^angeschlossen ist. Bei einer in dieser Weise ausgebildeten Einrichtung kann mit Hilfe des Behälters 11 eine Beschleunigung des Austrete&i von Testgas aus dem Gegenstand 3 vor oder während der Dichtigkeitsprüfung mit dem Schnüffler 7 erreicht werden. Dazu wird zunächst bei geschlossenem Ventil 10 und geöffnetem Ventil 13 der Behälter 11 mit Hilfe der Vakuumpumpe 8 auf einen bestimmten Druck evakuiert. Danach wird das Ventil 13 geschlossen und das Ventil 10 geöffnet. Damit erfolgt lediglich eine von den Volumina der Testkammer 1 und des Behälters 11 abhängige Expansion des in der Testkammer befind-

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lichen Gases und kein Abpumpen dieser Gase, so daß die Gefahr des Abpumpens des gesamten eventuell aus dem Gegenstand 3 austretendenTestgasffi nicht besteht. Anstellte der gesonderten Vakuumpumpe 8 kann zur Evakuierung des Behälters auch die im Lecksucher 2 eingebaute Vakuumpumpe 4 verwendet werden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist die Testkammer 1 zusätzlich noch über die Leitung 14 mit dem Ventil 15 direkt mit dem Massenspektrometerlecksucher 2 verbunden. Außerdem weist die Testkammer 1 einen Ventilator 16 auf. Der Antriebsmotor 17 für diesen Ventilator 16 ist auf derAußenseite des Deckels 18 gehaltert, mit dem die TEstkammer 1 vakuumdicht verschließbar ist.

Bei einer in dieser Weise ausgebildeten Einrichtung kann zunächst eine Prüfung des in die Testkammer 1 eingebrachten Gegenstanden? auf grobe Undichtigkeiten durchgeführt werden und zwar in der Weise, wie es zu den Figuren 1 und 2 beschrieben wurdeο Das Ventil 15 ist dabei geschlossen. Mit Hilfe des zusätzlich in die Testkammer eingebauten Ventilators 16 kann zusätzlich dafür gesorgt werden, daß das in der Testkammer 1 vorhandene Gas verwirbelt wird, so daß sich eventuell aus dem Gegenstand 3 austretendes Testgas sehr schnell gleichmäßig in der Testkammer 1 verteilt. Dadurch gelangt das Testgas schneller zur Mündung des Schnüfflers und somlrfaie Zeit zur Prüfung des Gegenstandes auf grobe Undichtigkeiten mit Hilfe des Schnüfflers reduziert werden. Ist das Testergebnis positiv ausgefallen, d.h. ist der zu untersuchende Gegenstand nicht grob undicht, dann wird das Ventil 6 geschlossen. Danach erfolgt über das jetzt zu öffne^nde Ventil 15 zunächst eine Evakuierung der Testkammer auf den für Massenspektrometerlecksucher geeigneten Wert

(z.B. auf caο 10 mbar) mit Hilfe der im Lecksucher 2 eingebauten Pumpe 4« Ist dieser Druck erreicht, dann erfolgt in nicht näher dargestellter Weise der Anschluß der Testkammer

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an das Massenspektrometer selbst, mit dessen Hilfe die ' weitere Durchführung des Testverfahrens zur Auffindung von kleinen Undichtigkeiten in an sich bekannter Weise erfolgt,

DerAnschluß der Testkarnmer 1 an den Lecksucher 2 für die Durchführung des Testverfahrens zur Auffindung kleiner Undichtigkeiten kann auch über die Leitung 9, das Ventil 10 und den Behälter 11 selbst erfolgen. Dazu müssen dann noch die gestrichelt dargestellte Leitung 19 und das Ventil 20 vorgesehen sein. Über diese Leitung 19 und das Ventil 20 kann auch die Vorevakuierung des Behälters 11 vorgenommen werden, so daß bei dem in dieser Weise abgeänderten Ausführungsbeispiel die Leitungen 12 und 14 sowie die Ventile 13 und 15 entfallen können.

Schließlich ist an der Testkammer 1 noch die Leitung 21 mit dem Ventil 22 angeschlossen, die die Testkammer 1 mit einem Behälter 2 3 für testgasfreies Gas verbindet. Insbesondere bei der Verwendung von Helium als Testgas, das auch in der Atmosphäre vorhanden ist, hat sich diese Maßnahme als zweckmäßig erwiesen. Durch Einlassen des testgasfreien Gases (z.B. Stickstoff) in die Testkammer 1 während des Wechsels des Prüflings 3 kann eine Verseuchung der Testkammer und der nicht dargestellten, dem dichten Verschluß der·Testkammer 1 dienenden Dichtungsringe mit Helium aus der Atmosphäre vermieden werden.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind besonders geeignet für die automatische Untersuchung von Gegenständen auf Dichtigkeit bei Serienproduktionen. Es müssen dann entsprechende Steuer- und Regeleinrichtungen vorhanden sein, die den Dichtigkeitsprüfungsprozeß selbsttätig ablaufen lassen. Diese Steuer- und Regeleinrichtungen bilden nicht denGegenstand der vorliegenden Erfindung, so daß sie in den Figuren nicht dargestellt wurden. Sind die Anforderungen an die Empfindlichkeit nicht zu hoch, dann genügt es, Einrichtungen

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entsprechend den Figuren 1 oder 2 zu verwenden. Insbesondere mit der Einrichtung nach Figur 2 können schnelle Taktzeiten erreicht werden, wenn die Expansion durch Wahl eines gegenüber dem Ventil 6 großen Ventils 10 praktisch schlagartig vorgenommen wird. Für extrem hohe Empfindlich-

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keiten (Leckraten bis zu 10 mbar l/s) ist die Einrichtung nach Figur 3 geeignet»

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Claims

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ANSPRÜCHE

Verfahren zur Prüfung von Behältern, Kapselungen, Umhüllungen und dgl. auf Dichtigkeit, bei dem die zu prüfenden, Testgas enthaltenden Gegenstände in eine Testkammer eingebracht werden, an die ein testgasspezifisches Nachweisgerät angeschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Prüfung auf Dichtigkeit der zu untersuchenden Gegenstände (3) mit Hilfe einer an die Testkammer (1) angeschlossenen Schnüffelsonde (7) vorgenommen'wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor und/oder während der Dichtigkeitsprüfung mit der Schnüffelsonde (7) das in der Testkammer (1) vorhandene Gut expandiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor und/oder während der Dichtigkeitsprüfung mit der Schnüffelsonde (7) das in der Testkammer (1) vorhandene Gas verwirbelt wird»

U. Verfahren nach Anspruchl, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Dichtigkeitsprüfung mit der Scnnüffelsonde (7) eine weitere Dichtigkeitsprüfung auf kleine Undichtigkeiten vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Testkammer (1) nach der Dichtigkeitsprüfung mit der Schnüffelsonde (7) evakuiert und an einen Massenspektrometerlecksucher (2) angeschlossen wird=

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorabprüfung des Gegenstandes (3) auf grobe Undichtigkeiten mit der Schnüffelsonde (7) ebenfalls der Massenspektrometerlecksucher (2) verwendet wird.

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ο Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Testkammer (D, eine in die Testkammer (1) teilweise eingeführte Schnüffelsonde (7) und ein testgasspezifisches Nachweisgerät (2) für die Schnüffelsonde aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das testgasspezifische Nachweisgerät von einem Massenspektrometerlecksucher (2) gebildet wird«

ο Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß an die Testkammer (1) über ein Ventil (10) ein evakuierbarer Zwischenbehälter (11) angeschlossen ist.

ΙΟ»Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet,daß der Zwischenbehälter (11) an die im Lecksucher (2) eingebaute Vakuumpumpe (H) über eine Leitung (12) mit einem Ventil (13) angeschlossen ist.

llo Vorrichtung nach Anspruch 8,. zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch H, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Testkammer (1) über eine weitere Leitung (11 oder 9, 11, 19) mit einem Ventil (15 bzw. 10,20) an den Massenspektrometerlecksucher (2) anschließbar ist.

12.Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,daß der Zwischenbehälter 11) über eine Leitung (19) mit einem Ventil (20) an den Massenspektrometerlecksucher (2) angeschlossen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß an die Testkammer (1) über die Leitung (21) mit dem VEntil (22) ein mit testgasfreiem Gas gefüllter Behälter (23) angeschlossen ist,

IH ο Testkammer, insbesondere zur Verwendung in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis IH, dadurch gekennzeichnet, daß in der TEstkammer (1) ein Ventilator (16) vorgesehen ^1St' 609811/0099