DE2924258A1

DE2924258A1 - Verfahren zum betrieb eines lecksuchgeraetes sowie dafuer geeignetes lecksuchgeraet

Info

Publication number: DE2924258A1
Application number: DE19792924258
Authority: DE
Inventors: Hans-Heinrich Dipl Phy Henning; Werner Dipl-Phys Dr Jansen; Hans-Peter Dr Kabelitz; Guenter Dipl Phys Dr Reich
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1979-06-15
Filing date: 1979-06-15
Publication date: 1980-12-18

Description

Verfahren zum Betrieb eines Lecksuchgeräces
sowie dafür geeignetes Lecksuchgerät Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Lecksuchgerätes für leichte Testgase (z. B. Wasserstoff oder Helium) mit einem Massenspektrometer, einer dem Massenspektrometer vorgelagerten Hochvakuumpumpe, deren Kompressionsvermögen für leichte Gase kleiner ist als für schwere Gase, mit einer der Hochvakuumpumpe vorgelagerten Vorvakuumpumpe und einer zwischen der Hochvakuumpumpe und der Vorvakuumpumpe mündenden, ggf. Testgas führenden Leitung. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein für die Anwendung dieses Betriebsverfahrens geeignetes Lecksuchgerät, Betriebsverfahren dieser Art sowie für diese Betriebsverfahren geeignete Lecksuchgeräte sind aus den deutschen Offenlegungsschriften 16 48 648, 19 37 271 und 20 49 117 bekannt. Das Kennzeichnende daran ist, daß die dem als Testgasdetektor dienenden Massenspektrometer vorgelagerten Hochvakuumpumpen vom Testgas entgegen ihrer Pumprichtung.
durchströmt werden. Durch diese Maßnahme können Kühlfallen eingespart werden, die bei direktem Anschluß der Testgas führenden Leitung auf der Hochvakuumseite der Pumpe notwendig sind. Die vorbekannten Lecksuchgeräte bzw. Lecksuchverfahren haben jedoch den Nachteil, daß quantitative Leckratenmessungen nicht möglich sind. Der Grund dafür liegt darin, daß das Kompressionsvermögen der Hochvakuumpumpen insbesondere für leichte Gase zwischen 0,5 und 10 3 mbar erheblich schwankt, d. h., daß die Empfindlichkeit des Gerätes in diesem Bereich ebenfalls erhed M! schwankt. Erst wenn der Vorvakuumdruck kleinere Werte als 10 mbar annimmt, ist das Kompressionsvermögen konstant, so daß dann quantitative Leckratenmessungen möglich wären.
Um solche Druckwerte zu erreichen, sind aber lange Pumpzeiten erforderlich, die ein solches Verfahren für die industrielle Lecksuche mit hohen Taktzeiten unwirtschaftlich machen würden.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art sowie ein für die Anwendung des Betriebsverfahrens geeignetes Lecksuchgerät zu schaffen, mit dem quantitative Leckratenmessungen auch bei höheren Drücken als 10 3 mbar möglich sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Ansprüchen enthaltenen Maßnahmen vorgeschlagen. Der wesentliche Vorteil der angegebenen Lösungen besteht darin, daß dadurch, daß das Kompressionsvermögen der Hochvakuumpumpe konstant gehalten wird, die vom Massenspektrometer abgegebene Anzeige direkt proportional der vorhandenen Testgasmenge ist. Selbst wenn sich das Saugvermögen der der Hochvakuumpumpe vorgelagerten Vorvakuumpumpe ändert, bleibt dieser Vorteil erhalten.
Nach einer entsprechenden Eichung können also mit erfindungsgemäß ausgebildeten Lecksuchgeräten quantitative Leckratenmessungen durchgeführt werden. Da sowohl die Abhängigkeit des Kompressionsvermögens von der Drehzahl einer Turbomolekularpumpe oder von der Heizleistung einer Diffusionspumpe als auch die Abhängigkeit des Kompressionsvermögens vom Vorvakuumdruck bei einer der beiden Pumpentypen bekannt bzw. in einfacher Weise gemessen werden können, kann auch die Regelung im Single der vorliegenden Erfindung in einfacher Weise realisiert werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 bis 5 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden.
Die Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei der ein Massenspektrometer 1 über die Leitung 2 mit der Hochvakuumseite der Turbomolekular-Vakuumpumpe 3 verbunden ist.
Die Vorvakuumseite der Turbomolekularpumpe 3 ist über die Leitung 4 an die Vorvakuumpumpe 5 angeschlossen. In die Leitung 4 mündet eine weitere Leitung 6 mit einem Ventil 7, über die zu beobachtendes bzw. zu registrierendes Testgas zugeführt wird.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel kann dieses Testgas z. B. aus dem Prüfling 8 stammen, der zur Leckprüfung von außen mit Testgas besprüht wird. An den Prüfling ist die Leitung 9 mit dem Ventil 10 angeschlossen, welche mit der Leitung 6 in Verbindung steht.An die Leitung 6 bzw. 9 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel über die Leitung 11 noch eine weitere Vorpumpe 12 angeschlossen, die mit Hilfe des Ventils 13 von dem Leitungssystem 6, 9 getrennt werden kann. Mit einer solchen Vorvakuumpumpe kann bei geschlossenem Ventil 7 und geöffnetem Ventil 13 eine Vorevakuierung des Prüflings 8 vorgenommen werden. Außerdem besteht die Möglichkein, mit Hilfe der Ventile 7 und 13 eine Aufteilung des aus dem Prüfling strömenden Gasstromes vorzunehmen. Da mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung quantitative Messungen möglich sein sollen, müssen die Ventile 7 und 13 so ausgebildet sein, daß das Aufteilungsverhältni erkennbar ist.
Um die quantitativen Leckratenmessungen durchführen zu können, sind beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 folgende Maßnahmen getroffen worden: Unmittelbar auf der Vorvakuumseite der Turbomolekularpumpe 3 ist ein Druckmeßgerät 15 angeschlossen, mit dem der Vorvakuumdruck gemessen wird. Die vom Meßgerät abgegebenen Signale werden auf ein Steuergerät 16 gegeben. An das Steuergerät 16 schließt sich das Stellglied 17 an, mit dem mit Hilfe des Ventils 18 testgasfreies Gas aus dem Gasvorratsbehälter 19 in die Leitung 9 eingelassen wird. Im Steuergerät -6 ist die Abhängigkeit des Kompressionsvermögens vom Vorvakuumdruck gespeichert, so daß das vom Steuergerät an das Stellglied 17 abgegebene Signal immer so groß ist, daß durch die über das Ventil 18 eingelassene Gasmenge immer so groß ist, daß das Kompressionsvermögen der Turbomolekularpumpe 3 konstant bleibt. Zweckmäßigerweise wird die Regelung gleichzeitig so getroffen, daß sich ein Vorvakuumdruck von etwa 0,1 mbar einstellt. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß bereits nach sehr kurzen Pumpzeiten mit der quantitativen Leckratenmessung begonnen werden kann. Natürlich sind auch andere Druckwerte zwischen 0,5 mbar und 10-m² mbar zweckmäßig.
In den weiteren Figuren 2, 3 und 4sind jeweils nur noch die dem Massenspektrometer vorgelagerte Hochvakuumpumpe sowie die zugehörigen Steuerelemente dargestellt. Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist die Hochvakuumpumpe als Diffusionspumpe 21 ausgebildet. Mit Hilfe des Druckmeßgerätes 15, dem Steuerglied 16 und dem Stellgln f^;i 7 wird in der erfindungsgemäßen Weise die Heizleisio J {r Diffusionspumpe 21 geregelt.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist die Hochvakuumpumpe wieder als Turbomolekularpumpe 3 ausgebildet, deren Antriebsmotor 22 getrennt davon dargestellt ist. Mit Hilfe des Meßgerätes 15, des Steuergerätes 16 und des Stellgliedes 17 wird in der erfindungsgemäßen Weise die Drehzahl des Antriebmotors 22 geregelt.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 wird mittels der Steuerelemente Einfluß auf den Leitwert des Stators der Turbomolekularpumpe 3 genommen. Dazu ist in den Figuren 5a und 5b eine Statorstufe 23 dargestellt. Um den Leitwert einer solchen Statorstufe verändern zu können, ist sie in einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Rotors zweiteilig (Statorscheibenteile 24, 25) gestaltet.
Durch Verdrehen des unteren Teiles um die Drehachse des Rotors (vgl. Pfeil 26) läßt sich erreichen, daß sich die von den Statorstufen gebildeten Kanäle mehr oder weniger geöffnet oder abgeschlossen sind, wodurch Einfluß auf den Leitwert des Stators 23 genommen werden kann. Diese Einflußnahme muß wieder so gestaltet sein, daß das Kompressionsvermögen der Pumpe unabhängig vom Vorvakuumdruck konstant bleibt.
L e e r s e i t e

Claims

ANSPRfCHE Verfahren zum Betrieb eines Lecksuchgerätes für leichte Testgase mit einem Massenspektrometer, einer dem Massenspektrometer vorgelagerten Hochvakuumpumpe, deren Kompressionsvermögen für leichte Gase kleiner ist als für schwerere Gase, mit einer der Hochvakuumpumpe vorgelagerten Vorvakuumpumpe und einer zwischen der Hochvakuumpumpe und der Vorvakuumpumpe mündenden, ggf.

Testgas führenden Leitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochvakuumpumpe (3, 21) unabhängig vom jeweils herrschenden Vorvakuumdruck mit im wesentlichen konstanten Kompressionsvermögen betrieben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konstanthaltung des Kompressionsvermögens der Hochvakuumpumpe (3, 21) testgasfreies Gas in die Testgas führende Leitung in entsprechender Menge eingelassen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 mit einer als Diffusionspumpe ausgebildeten Hochvakuumpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konstanthaltung des Kompressionsvermögens die Heizleistung der Diffusionspumpe (21) geregelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 mit einer als Turbomolekul,ar-Vakuumpumpe ausgebildeten Hochvakuumpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konstanthaltung des Kompressionsvermögens die Drehzahl der Turbomolekularpumpe (3) geregelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 mit einer als Turboxqlekular-Vakuumpumpe ausgebildeten Hochvakuumpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konstanthaltung des Kompressionsvermögens der Leitwert des Stators (23) der Turbomi kularpumpe (3) geregelt wird,
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck auf der Vorvakuumseite der Hochvakuumpumpe (3, 21) auf einem zwischen 10 3 und 0,5 mbar liegenden Wert, vorzugsweise auf 0t1 mbar, konstant gehalten wird.
7. Zur Anwendung des Betriebsverfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche geeignetes Lecksuchgerät für leichte Testgase mit einem Massenspektrometer, einer dem Massenspektrometer vorgelagerten Hochvakuumpumpe, deren Kompressionsvermögen für leichte Gase kleiner ist als für schwere Gase, mit einer der Hochvakuumpumpe vorgelagerten Vorvakuumpumpe und einer zwischen der Hochvakuumpumpe und der Vorvakuumpumpe mündenden, ggf.

Testgas führenden Leitung, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (15, 16, 17) zum Betrieb der Hochvakuumpumpe (3, 21) mit im wesentlichen konstantem Kompressionsvermögen vorgesehen sind.
8. Lecksuchgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus einem Druckmeßgerät (15) zur Messung des Vorvakuumdruckes der Hochvakuumpumpe (3, 21), einem Steuergerät (16) zur Registrierung und Verarbeitung der vom Druckmeßgerät abgegebenen Signale sowie einem Stellglied (17) zur Gaseinlaßregelung, Heizregelung, Drehzahlregelung oder Regelung des Statorleitwertes bestehen.
9. Lecksuchgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gaseinlaßregelung (18, 19) vorgesehen ist und daß der Gaseinlaß möglichst nahe beim Prüfling (8) angeordnet ist oder über den Prüfling selbst erfolgt
10. Lecksuchgerät nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß an die vom Prüfling (8) zur Vorvakuumseite der Hochvakuumpumpe (3, 21) führende Leitung eine weitere, für sich absperrbare Vorvakuumpumpe (12) angeschlossen ist.
11. Lecksuchgerät nach Anspruch 7 oder 8 mit einer als Turbomolekular-Vakuumpumpe ausgebildeten Hochvakuumpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Leitwertes des Stators (23) der Turbomolekularpumpe (3) mindestens ein Teil der Statorstufen bzw.

-scheiben bezüglich einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Rotors zweiteilig (24, 25) ausgebildet ist und daß eine (25) der beiden Teilscheiben relativ zur anderen um die Drehachse'des Rotors verdrehbar ist.