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Verfahren zum Betrieb einer Lecksuchein-
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richtung sowie dazu geeignete Lecksucheinrichtung Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Betrieb einer Lecksucheinrichtung, bei der das auf Vorhandensein
von Testgas zu untersuchende Gas über ein Leitungssystem einem Testgasnachweisgerät
(Detektor) zugeführt wird. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine für die
Durchführung dieses Betriebsverfahrens geeignete Lecksucheinrichtung.
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Die Dichtheit von Behältern, Systemen, Verpackungen und dgl.
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kann dadurch bestimmt werden, daß man prüft, ob ein bestimmtes Testgas
durch eine eventuell vorhandene Undichtikgeit von der einen zur anderen Seite der
zu prüfenden Wandungen strömt.
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In der Regel wird dazu das zu prüfende Objekt in eine Testkammer eingebracht.
Befindet sich Testgas im Innern des zu untersuchenden Objektes, dann wird die Testkammer
evakuiert und das aus der Testkammer abgesaugte Gas einem testgasspezifischen Detektor
zugeführt. Ist ein Leck vorhanden, dann gelangt Testgas in die Testkammer und von
dort aus in den Detektor. Eine andere Möglichkeit besteht darin, in die Testkammer
Testgas einzulassen, im Objekt selbst einen Unterdruck zu erzeugen und das daraus
abgesaugte Gas dem Detektor zuzuführen. Ist ein Leck vorhanden, so dringt Testgas
in das Objekt und wird dann vom Detektor rigistriert. Es besteht natürlich auch
die Möglichkeit, die notwendige Druckdifferenz dadurch herzustellen, daß auf der
einen Seite der zu untersuchenden Wandungen ein Überdruck erzeugt wird.
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Als testgasspezifische Detektoren kommen z.B. Massenspektrometer infrage,
die vor allen Dingen bei der Verwendung von Helium als Testgas eingesetzt werden.
Es ist aber auch bekannt, Wärmeleitungsdetektoren
zu benutzen,
mit deren Hilfe die Änderung der Wärmeleitfähigkeit in Gegenwart eines Testgases
gemessen wird. Ein weiterer Detektor ist der Langmuir-Taylor-Detektor für Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe
als Testgas.
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Dem Detektor wird häufig die gesamte zu untersuchende Testgasmenge
zugeführt, was auch als Hauptstromprinzip bezeichnet wird. Im Detektor wird dann
der Partialdruck des eventuell vorhandenen Testgases gemessen, so daß die Testgaskonzentration
feststellbar ist. Dieses Hauptstromprinzip hat den großen Vorteil, daß es sehr empfindlich
ist, da die gesamte, im Falle einer Undichtigkeit vorhandene Testgasmenge dem Detektor
zugeführt wird. Bei der Verwendung von Massenspektrometern als Detektor ist jedoch
Voraussetzung, daß vor dem Anschluß dieses Detektors an die Testkammer der für den
Betrieb des Massenspektrometer-Detektors notwendige Unterdruck erzeugt worden ist.
Das kann bei sehr großen Lecks dazu führen, daß bereits die gesamte vorhandene Testgasmenge
aus der Testkammer abgepumpt worden ist, bevor der Massenspektrometer-Lecksucher
zugeschaltet wird. In einem solchen Fall kann also der Detektor nicht zwischen einem
Objekt mit sehr großem Leck und einem dichten Objekt unterscheiden. Ein weiterer
Nachteil des Hauptstromprinzips besteht darin, daß die max. zulässige dem Detektor
zuzuführende Gasmenge relativ klein sein muß, was relativ lange Pumpzeiten zur Folge
hat.
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Bei einer anderen Betriebsweise wird dem Detektor nur ein Bruchteil
des zu untersuchenden Gases zugeführt (Teilstromprinzip).
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Der Vorteil dieses Prinzips besteht darin, daß nur bei Unterdruck
betriebsbereite Detektoren bereits sehr früh über eine
Druckstufe
zugeschaltet werden können, also wesentlich früher mit der Dichtheitskontrolle begonnen
werden kann. Das verkürzt einerseits die Pumpzeiten; zum anderen können auch grobe
Undichtigkeiten registriert werden. Der Nachteil der Zuführung der Gase zum Detektor
nach dem Teilstromprinzip ist jedoch, daß die Empfindlichkeit der Lecksuche wesentlich
verringert ist, da nur ein kleiner Teil des durch das Leck strömenden Gases dem
Detektor zugeführt wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Betrieb einer Lecksucheinrichtung, bei der das auf Vorhandensein von Testgas
zu untersuchende Gas über ein Leitungssystem dem Testgasnachweisgerät zugeführt
wird, vorzuschlagen, das sowohl in der Lage ist, grobe Lecks festzustellen als auch
sehr empfindliche. Außerdem soll eine für die Durchführung dieses Betriebsverfahrens
geeignete Vorrichtung geschaffen werden, die insbesondere für die Integrierung in
einen automatischenprozeßablauf geeignet ist.
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Das erfindungsgemäße Verf ahren zum Betrieb einer Lecksucheinrichtung
besteht darin, daß dem Nachweisgerät zunächst nur ein Bruchteil des zu untersuchenden
Gases über ein Leitungssystem zugeführt wird und daß dieser Bruchteil in Stufen
oder stufenlos entweder bis zu 100 % oder bis zur Registrierung eines Lecks vergrößert
wird.
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Bei einem Verfahren dieser Art können selbst nur bei Unterdruck betriebsbereite
Detektoren sehr früh zugeschaltet werden, so daß auch grobe Lecks registriert werden.
Weiterhin kann die Empfindlichkeit dieses erfindungsgemäßen Lecksuchverfahrens bis
zum höchstmöglichen Wert gesteigert werden, da gegen Ende der Lecksuche nach diesem
Verfahren die gesamte zu untersuchende Gasmenge dem Detektor zugeführt wird. Dadurch,
daß beim erfindungsgemäßen VErfahren vom Teilstromprinzip in Stufen oder
stufenlos
zum Hauptstromprinzip übergegangen wird, können also die Nachteile dieser beiden
Verfahren - einzeln durchgeführt -beseitigt und ihre Vorteile ausgenutzt werden.
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Darüber hinaus hat das erfindungsgemäße Verfahren noch einen erheblichen,
die Verseuchungsgefahr der Detektoren betreffenden Vorteil.Bei der Durchführung
der Lecksuchverfahren nach dem Teilstromprinzip ist man, um die Empfindlichketi
nicht zu sehr zu verringern, bestrebt, den Bruchteil des dem Lecksucher zuzuführenden
Gases nicht zu klein zu wählen. Bei großen Lecks besteht dann die Gefahr, daß dem
Detektor Gas mit hoher Testgas-Konzentration zugeführt wird, was eine Verseuchung
des Detektors zur Folge haben kann, die nur durch eine mehr oder weniger lange Erholzeit
abgebaut werden kann.Währeilldieser Zeit ist die Funktion unterbrochen. Bei der
Lecksuche nach dem Hauptstromprinzip, insbesondere beim Arbeiten mit Detektoren,
die bereits bei Normaldruck betriebsbereit sind, sind diese Nachteile ebenfalls
gegeben.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, diese Verseuchungsgefahr
des Detektors zu beseitigen. Dadurch, daß die Lecksuche letzlich doch mit sehr hoher
Empfindlichkeit durchgeführt wird, kann der Bruchteil des zu Beginn des erfindungsgemäßen
Lecksuchverfahrens dem Detektor zugeführten, zu untersuchenden Gases so klein gewählt
werden, daß selbst bei groben Lecks eine Verseuchung des Detektors ausgeschlossen
ist.
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Eine für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete
Lecksucheinrichtung weist zweckmäßig ein der Zuführung der zu untersuchenden Gase
zum
dienendes Leitungssystem auf, dessen Leitwert in Stufen oder stufenlos veränderbar
ist.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens
sowie einer zur Durchführung dieses Verfahrens geeigneten Lecksucheinrichtung sollen
anhand von in den Figuren 1 bis 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele
erläutert
werden.
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In allenFiguren sind die Testkammer mit 1, das darin befindliche,
zu untersuchende Objekt mit 2, die zur Erzeugung des notwendigen Differenzdruckes
dienende Vakuumpumpe mit 3 und der Lecksuchdetektor mit 4 bezeichnet. Der Lecksuchdetektor
4 ist als Massenspektrometer-Lecksucher ausgebildet und enthält das Massenspektrometer
5 und die zusätzliche Vakuumpumpe 6.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 enthält das Objekt 2 Testgas.
Mit Hilfe der Vakuumpumpe 3 wird über die Leitung 7 und das Ventil 8 in der Testkammer
1 ein Unterdruck erzeugt.
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Weist das Objekt 2 ein Leck auf,dann gelangt das daraus entweichende
Testgas durch die Leitung 7 ebenfalls zur Vakuumpumpe 3.
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Zur Registrierung und Messung der Konzentration dieses Testgases ist
der Lecksuchdetektor 4 vorgesehen, der über die parallel an die Leitung 7 angeschlossenen
Leitungen 9 bis 12 mit den Ventilen 13 bis 16 und die Leitung 17 mit der Testkammer
1 verbunden ist.
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zu Beginn der Lecksuche sind zunächst nur die Ventile 8 und 13 offen.
Dadurch strömt nur ein Bruchteil der aus der Testkammer 1 abgesaugten, gegebenenfalls
Testgas enthaltenden Gase durch die Leitung 9 und 17 zum Massenspektrometer 5. Die
Größe dieses Bruchteils kann durch Wahl der Leitungsquerschnitte und/oder durch
das Saugvermögen der Pumpen 3 und 6 beeinflußt werden. Wird bereits zu diesem Zeitpunkt
Testgas vom Massenspektrometer 5 registriert, ist ein relativ grobes Leck vorhanden.
Wird noch kein Testgas registriert, wird zusätzlich das Ventil 14 geöffnet. Dadurch
vergrößert sich die dem Lecksuchdetektor zugeführte Gasmenge, so daß die Lecksuche
mit
größerer Empfindlichkeit fortgesetzt werden kann. Wird auch danach kein Leck festgestellt,
werden nach und nach die Ventile 15 und 16 geöffnet und schließlich das Ventil 8
geschlossen, so daß die dargestellte Einrichtung gegen Ende des Lecksuchverfahrens
nach dem Hauptstromprinzip arbeitet.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 sind in den Leitungen 9 bis
12 mit den Ventilen 13 bis 16 zusätzlich Drosseln 18 bis 21 mit steigendem Querschnitt
angeordnet. Die Lecksuche mit die.<r Einrichtunq erfolgt in der Weise, daß zunächst
das Ventil 13 geöffnet wird, so daß nur eine durch die Drossel 18 bestimmte Gasmenge
zum Detektor 4 strömt. Wird kein Leck registriert, dann wird das Ventil 13 geschlossen
und das Ventil 14 geöffnet, so daß eine durch die Drossel 19 mit etwas größerem
Querschnitt bestimmte Gasmenge dem Detektor 4 zuströmt.
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In dieser Weise werden nacheinander die Drosseln 20 und 21 mit jeweils
größerem Querschnitt eingeschaltet und schließlich das Ventil 8 geschlossen, so
daß auch hierbei nach und nach vom Teilstromprinzip zum Hauptstromprinzip übergegangen
wird. Beim dargestelltenAusführungsbeispieMnach Figur 2 ist die Leitung 7 mit dem
Innern des Objektes 2 verbunden, so daß in dem Objekt 2 ein Unterdruck entsteht.
In einem solchen Fall wird die Testkammer 1 mit Testgas geflutet, so daß bei eventuell
vorhandenen Lecks Testgas in das Objekt 2 dringt.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist an die Leitung 7 nur eine
zum Lecksuchdetektor 4 führende Leitung 22 angeschlossen.
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Diese weist ein einziges regelbares Ventil 23 auf, mit dem die Menge
der von der Testkammer 1 zum Detektor 4 strömenden Gase regelbar ist. Dem Ventil
23 ist darüberhinaus ein Anzeigeinstrument 24 zugeordnet, das jeweils die Stellung
des Ventils anzeigt. Schließlich weist auch der Lecksuchdetektor 4 noch
ein
Gerät 25 zur Anzeige des Testgasstromes auf. Das erfindungsgemäße Lecksuchverfahren
kann mit diesem Ausführungsbeispiel in der Weise erfolgen, daß das Ventil 23 vom
Schließzustand stufenlos bis zum max. Öffnungszustand geöffnet und dann das Ventil
8 geschlossen wird.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Anzeige von Lecks folgendermaßen
vorgenommen wird: Das Anzeigegerät 25 wird auf eine feste Testgasstromrate eingestellt.
Dadurch wird ein Sollwert gegeben, der mit Hilfe eines Regelkreises die Stellung
des Ventils 23 beeinflußt und zwar derart, daß die feste Testgasstromrate nicht
überschritten wird. Vorzugsweise erfolgt die Regelung so, daß das Ventil so lange
eingeregelt wird, bis entweder seine Offenstellung oder bei einer Zwischenstellung
die eingestellte Testgasstromrate erreicht ist. Die Anzeige erfolgt dann in der
Weise, daß bei Vorhandensein von Testgas und bei einer geringfügigen Öffnung des
Ventils eine große Undichtigkeit und bei einer großen Öffnung des Ventils eine kleine
Undichtigkeit vorliegen muß. Die Stellung des Ventils 23 ist also dann ein Maß für
die Größe des Lecks. Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, daß der Testgasdetektor
mit Sicherheit vor einer Verseuchung geschützt ist Alle in denFiguren 1 bis 3 dargestelltenAusführungsbeispiele
eignen sich für den Einsatz in automatisch ablaufende Produktionsanlagen, bei denen
ein Objekt von außen nach innen, von innen nach außen oder auch durch Schnüffeln
auf Lecks untersucht werden soll. Die dazu notwendigen Steuermittel sind in den
Figuren als Block 26 dargestellt. Die jeweils zu steuernden Elemente sind mit dem
Block 26 über gestrichelte Linien verbunden. BeimAusführungsbeispiel nach Figur
1 veranlassen
die Steuermittel 26 das nacheinander erfolgende Öffnen
der Ventile 13 bis 16 und das Schließen des Ventils 8. Beim Ausführungsbeispiel
nach Figur 2 werden die Ventile 13 bis 16 automatisch nacheinander geöffnet und
wieder geschlossen, bevor das jeweils nächste Ventil geöffnet wird. In der Endphase
erfolgt wieder das Schließen des Ventiles 8.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 sorgen die Steuermittel 26 dafür,
daß sich das VEntil 23 stufenlos öffnet.
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Außerdem erfolgt mit Hilfe dieser Steuermittel 26 die Kalibrierung
des Anzeigeinstrumentes 24 auf konstante Testgasstromanzeige. Auch der Lecksuchdetektor
4 steht bei allenAusführungsbeispielen mit dem Block 26 in Verbindung, so daß der
Ablauf des Lecksuchprozesses rechtzeitig unterbrochen werden kann, wenn ein Leck
registriert wird. Würde das nicht geschehen, bestände wieder die Gefahr der Verseuchung
der Detektoren.