DE3421533A1 - Gegenstrom-leckdetektor mit kuehlfalle - Google Patents

Gegenstrom-leckdetektor mit kuehlfalle

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DE3421533A1
DE3421533A1 DE3421533A DE3421533A DE3421533A1 DE 3421533 A1 DE3421533 A1 DE 3421533A1 DE 3421533 A DE3421533 A DE 3421533A DE 3421533 A DE3421533 A DE 3421533A DE 3421533 A1 DE3421533 A1 DE 3421533A1
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Paul Richard N. Easton Mass. Fruzzetti
Philip John Billerica Mass. Leavitt
Frank Joseph Methuen Mass. Nuzzi
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/20—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using special tracer materials, e.g. dye, fluorescent material, radioactive material
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Description

Gegenstrom-Leckdetektor mit"Kühlfalle
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf die Lecksuche bei abgedichteten Gegenständen und insbesondere auf einen neuartigen Helium-Massen spektrometer-Leckdetektor.
Die Lecksuche mit Hilfe eines Helium-Massenspektrometer-Leckdetektors ist ein bekanntes Verfahren. Helium wird als Prüfgas verwendet, das bei einem abgedichteten Prüfling die kleinsten Leckstellen durchdringt. Anschließend wird das Helium in ein Leckdetektorgerät abgesaugt und gemessen. Der wichtigste Bestandteil des Geräts ist eine Massenspektrometerröhre, die das Helium ermittelt und mißt. Das einströmende Gas wird ionisiert und durch die Spektrometerröhre massenanalysiert, um die Heliumkomponente abzutrennen, die anschließend gemessen wird. Bei einem Verfahren wird ein Prüfling mit Helium unter Innendruck gesetzt. Eine mit dem Prüfeinlaß eines Leckdetektors verbundene Abfühlsonde wird um das Äußere des Prüflings herumgeführt. In der Nähe eines Lecks wird Helium in die Sonde eingesaugt und durch den Leckdetektor gemessen. Bei einem anderen Verfahren wird das Innere eines Prüflings an den Prüfeinlaß des Leckdetektors angeschlossen. Auf die Außenseite des Prüflings wird Helium gesprüht, das durch ein Leck nach innen gesaugt und durch den Leckdetektor gemessen wird. Die Helium-Massenspektrometer-Lecksuche ist ein Verfahren, das mit hoher Empfindlichkeit
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in einem weiten dynamischen Bereich arbeitet und das sich schnell und bequem anwenden läßt.
Ein Erfordernis beim Arbeiten mit einer Spektrometerröhre besteht darin, daß der Einlaß, durch den das Helium und andere Gase eintreten, auf einem relativ niedrigen Druck gehalten
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wird, gewöhnlich 2 χ 10 Torr. Bei einem sogenannten Leckdetektor konventioneller Art werden eine Grobpunpe, eine Diffusionspumpe mit zugehöriger Vorpumpe und eine Kühlfalle in einer Vakuumpumpenanordnung bekannter Art verwendet, um die Eintrittsöffnung der Spektrometerröhre auf dem erforderlichen Druck zu halten. Der Leckdetektor konventioneller Art liefert zufriedenstellende Ergebnisse bei unterschiedlichen Arbeitsbedingungen. Die Kühlfalle beseitigt Wasserdampf und andere Verunreinigungen und ermöglicht das Erreichen des Betriebsdrucks der Spektrometerröhre. Dieser Anordnung haften jedoch gewisse Nachteile an. Der Prüfeinlaß, der an den Prüfling oder die Abfühlsonde angeschlossen ist, muß unter einem relativ niedrigen Druck gehalten werden. Daher ist der Vakuumpumpzyklus relativ lang. Außerdem kann es sich beim Prüfen stark leckender oder großvolumiger Teile als schwierig oder unmöglich erweisen, den erforderlichen Druckpegel zu erreichen. Wenn dies überhaupt gelingt, ergibt sich ein langer Pumpzyklus. Infolgedessen kann sich das Prüfverfahren am Fließband als kostspielig erweisen. Auch das Rückströmen von Öl aus mechanischen Pumpen in den Prüfling hat bei Leckdetektoren bekannter Art zu Schwierigkeiten geführt.
Ein großer Teil dieser Probleme wurde durch den in der US-PS 3 690 151 beschriebenen Gegenstrom-Leckdetektor ausgeschaltet. Bei diesem Leckdetektor ist die Massenspektrometerrohre an den Einlaß einer Diffusionspumpe angeschlossen, und das Helium als Prüfgas wird durch die Vorvakuumleitung oder die normale Austrittsöffnung der Diffusionspumpe zugeführt. Die Diffusionspumpe weist ein hohes DruckverhSltnis für schwerere Gase, jedoch ein niedriges Druckverhältnis für leichtere Gase wie Helium
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auf. Das Helium diffundiert daher mit einer annehmbaren Geschwindigkeit in Rückwärtsrichtung durch die Diffusionspumpe zu der Spektrometerröhre und wird gemessen. Schwerere in der Probe enthaltene Gase werden durch die Diffusionspumpe zum großen Teil abgefangen und daran gehindert, die Spektrometerröhre zu erreichen. Infolge des in der Diffusionspumpe angewendeten Gegenstromverfahrens kann der Prüfeinlaß des Leckdetektors unter dem für die Vorvakuumleitung der Diffusionspumpe erforderlichen Druck arbeiten. Dieser Druck liegt um mehrere Größenordnungen höher als der erforderliche Betriebsdruck der Spektrometerröhre. Es ist aus verschiedenen Gründen von Vorteil, Lecktests bei höheren Prüfdrücken durchzuführen. Stark leckende oder großvolumige Prüflinge können getestet werden, da der Prüfdruck relativ leicht zu erreichen ist. Außerdem läßt sich der Prüfling ohne Rücksicht auf seine Größe oder Undichtigkeit schneller evakuieren. Es wurde allgemein angenomman, daß wegen des höheren Betriebsdrucks des Gegenstrom-Leckdetektors im Vergleich zum Leckdetektor konventioneller Art eine Kühl- > falle in einem solchen System nicht von Nutzen wäre (siehe z.B. US-PS 3 690 151). Der Gegenstrom-Leckdetektor hat in einem weiten Bereich von Betriebsbedingungen sehr zufriedenstellende Ergebnisse erbracht. Er weist jedoch gewisse begrenzte Nachteile auf. In einigen Fällen ist es zu einer Ölrückströmung aus der Halte- oder Vorpumpe in den Prüfling gekommen. Außerdem ist in Fällen, in denen große, undichte oder verschmutzte Bauteile schnell geprüft werden sollen, oder bei hoher Luftfeuchtigkeit die Leistungsfähigkeit der Grobpumpe beim Erreichen des erforderlichen Druckpegels stark beansprucht worden, so daß sich lange Pumpzeiten ergaben. Es ist erwünscht, hier Abhilfe zu schaffen, ohne die überaus günstigen Eigenschaften des Gegenstrom-Leckdetektors zu beeinträchtigen.
Der Erfindung liegt allgemein die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Helium-Massenspektrometer-Leckdetektor zu schaffen. Weiterhin soll durch die Erfindung eine Leckdetektorvorrichtung geschaffen werden, die-mit einem -h©hen-Prüfdruck arbeitet und
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eine hohe Wasserdampfpumpleistung aufweist. Außerdem soll eine Leckdetektorvorrichtung geschaffen werden, bei der ein Rückströmen von Öl in den Prüfling ausgeschlossen ist. Ferner soll durch die Erfindung eine Leckdetektorvorrichtung mit erhöhter Arbeitsgeschwindigkeit geschaffen werden.
Erfindungsgemäß werden diese und andere Ziele und Vorteile durch eine Vorrichtung zur Lecksuche erreicht, zu der ein Prüf— einlaß zum Zuführen eines Prüfgases , ein Gasanalysegerät zum Ermitteln des Prüfgases mit einem Einlaß für das Prüfgas und einer ersten Vakuumpumpeneinrichtung gehört, die eine relativ hohe Rückdiffusionsgeschwindigkeit für leichte Gase und eine relativ niedrige Rückdiffusionsgeschwindigkeit für schwere Gase aufweist. Die erste Vakuumpumpeneinrichtung hat einen Pumpeneinlaß, der an den Einlaß des Gasanalysegeräts angeschlossen ist. Zu der Vorrichtung gehört außerdem eine Kühlfalle, die zwischen dem Prüfeinlaß und einer Vorvakuumleitung oder Auslaßöffnung der ersten Vakuumpumpeneinrichtung eingeschaltet ist. Durch die Kühlfalle werden Verunreinigungen, Wasserdampf und andere Gase aus der Gasprobe kondensiert. Das Prüfgas durchströmt die erste Vakuumpumpeneinrichtung in Rückwärtsrichtung und wird durch das Gasanalysegerät gemessen. Eine zweite Vakuumpumpeneinrichtung arbeitet in Kombination mit der Kühlfalle, um während einer Leckprüfung einen vorgeschriebenen Betriebsdruck in der Vorvakuumleitung zu erzeugen. Eine mit einer Kühlfalle versehene Gegenstrom-Leckdetektorvorrichtung ermöglicht eine Lecksuche bei relativ hohen Drücken. Außerdem verhindert sie das Rückströmen von Öl aus mechanischen Vakuumpumpen in den "Prüfling, sie ermöglicht die schnelle Leckprüfung großer, stark leckender oder •verunreinigter Teile sowie das Prüfen solcher Teile bei hoher Luftfeuchtigkeit.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. IA und IB Leckdetektorsysteme nach dem Stand der Technik;
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Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Leckdetektorsystem; und
Fig. 3 eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leckdetektorsystems.
In Fig. IA ist ein Leckdetektorsystem bekannter Art dargestellt. Ein Prüfeinlaß 10 ist über ein Grobventil 12 an eine Grobpumpe 14 angeschlossen, die zum einleitenden Grob- oder Vakuumpumpen des Prüfeinlasses 10 dient. An den letzteren ist ein Prüfling oder eine Abfühlsonde (nicht gezeigt) angeschlossen. Der Einlaß einer Spektrometerröhre 16 ist über eine Kühlfalle 18 und ein Prüfventil·20 an den Prüfeinlaß 10 angeschlossen. Die Kühlfalle 18 steht außerdem in Verbindung mit dem Einlaß einer Diffusionspumpe 22, deren Vorvakuumleitungsdruck durch die Vorpumpe 24 aufrechterhalten wird. Beim Betrieb reduziert die Grobpumpe 14 zunächst den Druck am Prüfeinlaß 10 auf annähernd 0,015 Torr. Nunmehr wird das Ventil 20 geöffnet. Die Kühlfalle 18, die in Kombination mit der Diffusionspumpe 22 arbeitet, reduziert den Druck am Prüfeinlaß 10 auf die Größenordnung von
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2 χ 10 Torr, wie sie für den Betrieb der Spektrometerröhre 16 erforderlich ist. Die Kühlfalle 18 beseitigt Wasserdampf und andere kondensierbare Verunreinigungen. Der niedrige Prüfdruck läßt sich jedoch im Fall von Prüflingen mit hoher Gaslast nicht erreichen, so daß eine Lecksuche unmöglich ist.
Fig. IB zeigt einen Gegenstrom-Leckdetektor nach dem Stand der Technik. Ein Prüfeinlaß 30 ist über ein Grobventil 32 an eine Grobpumpe 34 angeschlossen. Der Prüfeinlaß 30 ist außerdem über ein Prüfventil 36 mit der Vorvakuumle-itung 38 einer Diffusionspumpe 40 verbunden. Die Vorvakuumleitung steht ferner mit einer Vorpumpe 42 in Verbindung, die in der Vorvakuumleitung 38 den j erforderlichen Betriebsdruck aufrechterhält. Der Einlaß der I
Diffusionspumpe 40 ist an den Einlaß einer Spektrometerröhre [
44 angeschlossen. Beim Betrieb evakuiert die Grobpumpe 34 zu- ! nächst den Prüfeinlaß 30 und den Prüfling (oder die Ahfühlsonde) auf einen Druck in der Größenordnung von 0,1 bis 0,3 Torr. Nun-
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mehr wird das Prüfventil 36 geöffnet, und das Helium-.Prüfgas5 das durch den Prüfeinlaß 30 angesaugt wird, diffundiert in Rückwärtsrichtung durch die Diffusionspumpe 40 zu der Spektrometerröhre 44. Da die Diffusionspumpe 40 eine weit niedrige Rückdiffusionsgeschwindigkeit für die in der Probe enthaltenen schwereren Gase aufweist, fängt sie diese Gase vor der Spektrometerröhre 44 ab und trennt somit erfolgreich das Prüfgas ab. Die Anordnung nach Fig. IB arbeitet mit einem sehr viel höheren Prüfdruck als die Anordnung nach Fig. IA, wodurch das Evakuieren erleichtert wird. Außerdem wird die Leckprüfung von Prüflingen mit hoher Gaslast erfolgreich durchgeführt. Das Zurückströmen von öl, das Prüfen verunreinigter Teile sowie das Arbeiten bei hoher Luftfeuchtigkeit haben bei Systemen der in Fig. IB gezeigten Art jedoch gelegentlich zu Problemen geführt.
Ein erfindungsgemäßes Leckdetektorsystem ist in Fig. 2 dargestellt. Ein Prüfling 100 oder eine nicht gezeigte Abfühlsonde ist vakuumdicht an einen Prüfeinlaß 110 angeschlossen. Der Prüf— einlaß 110 steht über ein Grobventil 112 mit einer Grobpumpe in Verbindung. Die verschiedenen in Fig. 2 gezeigten Elemente sind durch geeignete gasdichte Einrichtungen, z.B. Rohre mit etwa 28,6 mm Außendurchmesser, miteinander verbunden. Der Prüfeinlaß 110 1st über ein Prüfventil 116 auch an den Einlaß einer Kühlfalle 118 angeschlossen. Der Auslaß der Kühlfalle 118 ist mit der Vorvakuumleitung 120 einer Diffusionspumpe 122 verbunden. Eine Vorpumpe 124 ist an eine andere Öffnung der Kühlfalle 118 angeschlossen und steht in Gasverbindung mit der Vorvakuumleitung 120 der Diffusionspumpe 122. Ein Einlaß der Diffusionspumpe 122 ist an einen Einlaß einer Spektrometerröhre 126 angeschlossen. Ein Belüftungsventil 130 und ein Unterdruckmesser 132 sind an den Prüfeinlaß 110 angeschlossen. Zwischen der Kühlfallenseite des Prüfventils 116 und der Grobpumpe.114 ist ein Großleckventil 136 eingeschaltet.
Bei der Kühlfalle 118 handelt es sich um ein Kühlsystem, das auf einer gekühlten Fläche Dämpfe kondensiert, die aus dem Prüf—
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ling 100 oder aus der den Einlaß einer Abfühlsonde umgebenden Atmosphäre in die Leckdetektorvorrichtung gesaugt worden sind. Zu der Kühlfalle gehören gewöhnlich ein zylinderförmiges äußeres Gehäuse 140 und ein inneres Gehäuse 142 mit kleinerem Durchmesser, das innerhalb des äußeren Gehäuses 140 angeordnet ist. Bei einer typischen Anordnung kann das äußere Gehäuse einen Durchmesser von etwa 125 mm aufweisen und das innere Gehäuse in einem Abstand von etwa 12,5 mm von dem äußeren Gehäuse angeordnet sein. Das Prüfgas und andere zwischen dem Prüfeinlaß 110 und der Diffusionspumpe 122 strömende Gase zirkulieren durch den Zwischenraum zwischen dem äußeren Gehäuse 140 und dem inneren Gehäuse 142. Das innere Gehäuse ist mit einem Kühlmaterial, z.B. flüssigem Stickstoff, gefüllt. Somit werden Gase, die die Kühlfalle 118 durchströmen, auf der Außenfläche des inneren Gehäuses 142 kondensiert. Helium wird wegen seines außerordentlich niedrigen Siedepunkts nicht kondensiert. Die Kühlfalle kann auch in anderer Form und unter Benutzung anderer Kühlmaterialien ausgebildet sein. Derartige Systeme arbeiten mit Hilfe einer Kühlfläche, an der Dämpfe kondensiert werden. Beispielsweise kann bei der Kühlfalle auch eine mechanische Kühleinrichtung mit Kühlschlangen verwendet werden, die mit dem inneren Gehäuse 142 in Berührung stehen. Alternativ kann eine im Handel erhältliche Kryogenpumpe verwendet werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Pumpleistung sowohl der Grobpumpe 114 als auch der Vorpumpe 124 bei etwa Ο,2 m /min. Für besondere Zwecke können, wenn nötig, Pumpen größerer Kapazität verwendet werden. Die Diffusionspumpe und die Spektrometerröhre 126 ähneln denjenigen, die bei dem von der Varian Lexington Vacuum Division hergestellten Leckdetektor, Modell 938-41, verwendet werden. Die Eigenschaft, die eine Verwendung von Diffusionspumpen in'Rückwärtsrichtung oder im Gegenstrom ermöglicht, besteht in den unterschiedlichen Rückdiffusionsgeschwindigkeiten für schwere Gase und leichte Gase. Das bedeutet, daß einegewisse. Fraktion der leichten
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Gase einschließlich des Heliums die Pumpe in der Rückwärtsrichtung passiert, während dies nur bei einer erheblich kleineren Fraktion der schweren Gase der Fall ist. Die Verwendung einer Diffusionspumpe im Gegenstrombetrieb ist in der US-PS 3 690 151 beschrieben sowie durch Worthington in der Veröffentlichung "New Developments in Trapless Leak Detection" in Vacuum Technology Research/Development, Nov. 1976, erläutert worden. Auch andere Hochvakuumpumpen haben die erforderliche Eigenschaft der unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeit und sind zum Gebrauch in dem erfindungsgemäßen Gegenstrom-Leckdetektor geeignet.
Beim Betrieb wird der Prüfling 100 oder eine Abfühlsonde an den Prüfeinlaß 110 angeschlossen. Der Prüfling 100 kann ein oder mehrere Lecks aufweisen, die mit Hilfe der Vorrichtung nach Fig. 2 ermittelt werden sollen. Zunächst werden das Prüfventil 116, das Großleckventil 136 und das Belüftungsventil 130 geschlossen und das Grobventil 112 geöffnet, wodurch eine Grobovakuierung des Prüflings 100 (oder der Abfühlsondenleitung) ermöglicht und der Prüfeinlaß 110 auf einen Druck von etwa 0,1 bis 0,3 Torr gebracht wird. Wach Erreichen dieses Druckes wird das Grobventil 112 geschlossen und das Prüfventil 116 geöffnet. Das Öffnen und Schließen der Ventile kann manuell z.B. von einem Bedienungspult aus oder automatisch entweder durch ein Mikroprozessor-Steuersystem oder ein elektrisches Steuersystem bewirkt werden, dem Eingangssignale von dem Unterdruckmesser zugeführt werden. Ist das Prüfventil 116 geöffnet, werden die Kühlfalle 118 und die Vorpumpe 124 in Kombination betätigt, um den Druck des Prüflings oder der Abfühlsonde, des Prüfeinlasses 110 und der Vorvakuumleitung 120 der Diffusionspumpe auf einem Wert in der Größenordnung von 0,1 bis 0,3 Torr zu halten. Nunmehr kann die Lecksuche beginnen. Als Prüf gas wird Helium auf die Außenfläche des Prüflings 100 aufgebracht, z.B. in Form von Heliumspray, wie in Fig.—2 bei 150 schematisch angedeutet. Wird im alternativen Fall der Prüfling mit Helium unter Innendruck gesetzt, wird die Abfühlsonde um die Außenseite des
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f Ll ncja bew«ql:. [;as Helium wird durch vorhandene Lecks in das Tnnere des Prüflings 100 gesaugt oder durch die Abfühlsonde abgesaugt und gelangt durch den Prüfeintritt 110 in die Leckdetektorvorrichtung. Das Helium passiert sodann die Kühlfalle 118 und gelangt in die Vorvakuumleitung 120 der Diffusionspumpe. Wie in Fachkreisen bekannt, diffundiert das Helium wegen seines geringen Gewichts in der Gegenrichtung durch die Diffusionspumpe 122 zu der Spektrometerröhre 126. Diese ist zum Ermitteln und Messen von Helium eingestellt und liefert ein Ausgangssignal, das zu der Heliummenge proportional ist, die in der aus dem Prüfling 100 oder der Abfühlsonde entnommenen Gasprobe enthalten ist. Die Heliumkonzentration ist proportional zu dem Leckverlust des Teststücks 100. Die Diffusionspumpe 122 läßt zwar nur eine bestimmte Fraktion des Heliums zu der Spektrometerröhre 126 gelangen, doch genügt diese Menge, um eine sehr genaue Ablesung des Leckverlusts zu gestatten. Nach Beendigung der Lecksuche wird das Prüfventil 116 geschlossen und das Belüftungsventil 130 geöffnet, um den Prüfling 100 zur Atmosphäre zu entlüften und seine Entnahme zu ermöglichen. Wird eine Abfühlsonde benutzt, wird der Heliumdruck vom Prüfling weggenonmen3 und die Abfühlsonde bleibt mit dem Prüfeintritt 110 verbunden.
Das Großleckventil 136 ermöglicht das Untersuchen von Prüflingen mit sehr hohen Leckverlusten. Beim Durchführen eines Großlecktests sind das Prüfventil 116 und das Großleckventil 136 zunächst geschlossen, und das Grobventil 112 ist offen, um eine Grobevakuierung des Prüflings oder der Abfühlsondenleitung und des Prüfeintritts zu ermöglichen. Anschließend bleibt das Grobventil 112 offen, das Prüfventil 116 bleibt geschlossen, und das Großleckventil 136 wird geöffnet, um eine Leckprüfung durchzuführen. Die Grobpumpe 144 steht mit dem Prüfeintritt 110 in Verbindung und trägt zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Prüfdrucks bei.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in
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Fig. 3 dargestellt. Dieser Leckdetektor unterscheidet sich
von dem in Fig. 2 gezeigten und vorstehend beschriebenen Leckdetektor im Prinzip dadurch, daß eine einzige mechanische Pumpe verwendet wird, um sowohl die Funktion der Grobevakuierung als auch der Aufrechterhaltung des Druckes auszuüben. Ein Prüfling 200 oder eine Abfühlsonde wird vakuumdicht an einen Prüfeinlaß 210 angeschlossen. Letzterer steht über ein Grobventil 212 und ein Prüfventil 216, die in Reihe geschaltet sind, mit einem Einlaß einer Kühlfalle 218 in Verbindung. An das Verbindungsstück zwischen dem Grobventil 212 und dem Prüfventil 216 ist eine
Grob- und Haltepumpe 214 angeschlossen. Der Auslaß der Kühlfalle 218 ist an die Vorvakuumleitung 220 einer Diffusionspumpe 222 angeschlossen. Ein Einlaß der Diffusionspumpe 222 steht mit
einem Einlaß einer Spektrometerröhre 226 in Verbindung. An den Prüfeinlaß 210 sind ein Belüftungsventil 220 und ein Unterdruckmesser 232 angeschlossen.
Die Elemente des Leckdetektors nach Fig. 3 wie die Spektrometerröhre 226, die Diffusionspumpe 222 und die Kühlfalle 218 gleichen den in Fig. 2 gezeigten und vorstehend beschriebenen entsprechenden Elementen. Bei der Grob- und Haltepumpe 214 kann es sich um eine mechanische Pumpe handeln, die gewöhnlich eine Kapa-
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zität von annähernd 0,2 m /min aufweist.
Beim Betrieb wird ein Prüfling 200 oder eine Abfühlsonde an
den Prüfeinlaß 210 angeschlossen. Zunächst sind das Prüfventil 216 und das Entlüftungsventil 230 geschlossen, und das Grobventil 212 wird geöffnet, so daß der Prüfling 200 (oder die Abfühlsonde) durch die Grob- und Haltepumpe 214 grobevakuiert werden ■kann. Nach Erreichen eines Druckes von etwa 0,1 bis 0,3 Torr
wird das Prüfventil 216 geöffnet, und die Lecksuche kann in der anhand von Fig. 2 beschriebenen Weise erfolgen. Während des Prüfzyklus halt die Grob- und Haltepumpe 214 die Leitung zwischen dem Prüfeinlaß 210 und der Vorvakuumleitung 220 der Diffusionspumpe 222 auf dem erforderlichen Prüfdruck. Die Grob- und Haltepumpe 214 ist also sowohl während der Grobevakuierunq als auch während
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des Prüfzyklus in Betrieb, und die in Fig. 2 gezeigte Vorpumpe 124 fällt fort. Die Verwendung der Kühlfalle 218 in dem Leckdetektor nach Fig. 3 bietet beim Betrieb die gleichen Vorteile und Verbesserungen wie vorstehend anhand von Fig. 2 beschrieben.
Es sei bemerkt, daß dem Leckdetektorsystem nicht nur das Prüfgas Helium durch den Prüfling oder die Abfühlsonde zugeführt wird, sondern auch aus der Atmosphäre stammende Gase, Wasserdampf und andere Verunreinigungen. Erfindungsgemäß dient die Kühlfalle dazu, Verunreinigungen, Wasserdampf und Gase mit Ausnahme von Helium zu kondensieren und die Wirkungsweise des Systems zu verbessern. Die Kühlfalle ist bei der Lecksuche unter einer Reihe von besonderen Arbeitsbedingungen besonders nützlich. Sind großvolumige Werkstücke zu prüfen, kann sich die Evakuierung auf das erforderliche Niveau wegen der Gasabgabe der relativ großen Oberflächenbereiche des Prüflings als schwierig erweisen. Auch bei Prüflingen, die besonders starke Undichtigkeiten aufweisen, können Schwierigkeiten beim Evakuieren auftreten. Oft müssen Bauteile geprüft werden, deren Oberflächen mit flüchtigen Stoffen wie Öl oder Wasserdampf verunreinigt sind, die während des PrüfVorgangs ständig Gas abgeben. Jede der genannten Bedingungen kann durch einen hohen Feuchtigkeitsgehalt der Umgebungsluft verschlimmert werden, da hierdurch große Mengen Wasserdampf in das Leckdetektorsystem eindringen. Unter allen diesen Umständen hat es sich bisher als schwierig erwiesen, den erforderlichen Prüfdruck aufrechtzuerhalten. Außerdem ist es erwünscht, die Leistungsfähigkeit des Leckdetektorsystems durch Reduzieren der Prüfzeit möglichst weitgehend zu verbessern. Teilweise läßt sich die Prüfzeit dadurch verkürzen, daß man die zum Evakuieren des Prüflings erforderliche Zeit reduziert. Der erfindungsgemäße Gegenstrom-Leckdetektor mit Kühlfalle ermöglicht das Prüfen bei relativ hohen Drücken und ist außerdem imstande, große oder verunreinigte Stücke sehr schnell zu prüfen, selbst bei sehr hoher Luftfeuchtigkeit. Ein weiterer Vorteil der Kühlfalle bezieht sich auf das Rückströmen von Öl aus der Vorpumpe während einer Leck-
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prüfung. Die Kältefalle kondensiert Öldämpfe aus der Vorpumpe und hindert sie daran, den Prüfling zu erreichen und zu verunreinigen.
Ein Prüfling mit einer 11 Itr fassenden Plasma-Ätzkammer, der Kunststoff enthielt (der zur Gasabgabe neigt) und blinde Gewindelöcher aufwies, wurde mit einem Leckdetektor konventioneller Art nach Fig. IA, einem Gegenstrom-Leckdetektor nach Fig. IB und mit einem erfindungsgemäßen Leckdetektor nach Fig. 2 geprüft. Mit dem Leckdetektor konventioneller Art ließ sich kein ausreichender Unterdruck zur Übertragung auf die Spektrometerröhre erreichen. Der Gegenstrom-Leckdetektor erreichte in 3,25 Minuten einen Detektor-Empfindlichkeitspegel von 1 χ 10 cm atm./see.
Der erfindungsgemäße Leckdetektor erreichte in 2,5 Minuten den
-9 3 Detektor-Empfindlichkeitspegel von 1 χ 10 cm atm /see.
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Claims (14)

Ansprüche
1. Leckdetektorvorrichtung, gekennzeichnet durch
einen Prüfeinlaß (110; 210) zum Einlassen eines Prüfgases;
ein Gasanalysegerät (126; 226), das zum Ermitteln des Prüfgases eingerichtet ist und einen Einlaß zum Aufnehmen des Prüf gases aufweist;
eine erste Vakuumpumpeneinrichtung (122; 222), die eine relativ hohe Rückdiffusionsgeschwindigkeit für leichte Gase und eine relativ geringe Rückdiffusionsgeschwindigkeit für schwere Gase aufweist, wobei die erste Vakuumpumpeneinrichtung einen an das Gasanalysegerät angeschlossenen Pumpeneinlaß sowie eine Vorvakuumleitung (120; 220) besitzt;
eine zwischen dem Prüfeinlaß und der Vorvakuumleitung der ersten Vakuumpumpeneinrichtung eingeschaltete Kühlfalle (118; 218); und
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eine zweite Vakuumpumpeneinrichtung (124; 214), die in Kombination mit der Kühlfalle arbeitet, um während einer Leckprüfung einen vorbestimmten Arbeitsdruck zu liefern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu der zweiten Vakuumpumpeneinrichtung folgende Einrichtungen gehören:
eine Grobpumpeneinrichtung (114; 214) zum Evakuieren des Prüfeinlasses (110; 210) während eines die Leckprüfung vorbereitenden Grobevakuierungszyklus und
ein Prüfventil (116; 216), das den Prüfeinlaß von der Kühlfalle (118; 218), der ersten Vakuumpumpeneinrichtung (122; 222) und dem Gasanalysegerät (126; 226) während des Grobevakuierungszyklus isoliert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu der zweiten Vakuumpumpeneinrichtung außerdem eine Vorpumpe (124) gehört, die in Kombination mit der Kühlfalle (118) den Druck in der Vorvakuumleitung (120) während der Leckprüfung auf dem Betriebsdruck oder darunter hält, wobei das Prüfventil (116) mit dem Prüfeinlaß (110) in Verbindung steht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Grobpumpeneinrichtung ein Grobventil (112; 212) gehört, das an den Prüfeinlaß (110; 210) angeschlossen ist, sowie eine Grobvakuumpumpe (114; 214), die über das Grobventil mit dem Prüfeinlaß in Verbindung steht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu der ersten Vorvakuumpumpeneinrichtung eine Diffusionspumpe (122; 222) gehört.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Gasanalysegerät eine Massenspektrometerröhre (126; 226) gehört.
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7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlfalle (118; 218) als Kühlmittel flüssigen Stickstoff enthält.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Kühlfalle (118; 218) eine mechanische Kühleinrichtung gehört.
9. Leckdetektorvorrichtung, gekennzeichnet durch
einen Prüfeinlaß (110; 210) zum Aufnehmen eines Prüfgases aus einem zu testenden Prüfling;
ein Massenspektrometer (126; 226) zum Ermitteln des Prüfgases mit einem Einlaß zum Aufnehmen des Prüfgases;
eine Diffusionspumpe (122; 222) mit einem an den Einlaß des Massenspektrometer angeschlossenen Pumpeneinlaß und mit einer Vorvakuumleitung (120; 220);
eine Kühlfalle (118; 218), die in eine Gasverbindungsleitung zwischen dem Prüfeinlaß und der Vorvakuumleitung der Diffusionspumpe eingeschaltet ist;
eine Einrichtung (114; 214) zum Evakuieren des Prüfeinlasses während eines den Prüfzyklus vorbereitenden einleitenden Grobevakuierungszyklus;
eine Vakuumpumpe (124; 214), die in Kombination mit der Kühlfalle die Vorvakuumleitung während des Prüfzyklus auf dem vorgeschriebenen Betriebsdruck oder darunter hält; sowie
ein Prüfventil (116; 216) zum Isolieren des Prüfeinlasses von der Kühlfalle, der Diffusionspumpe und dem Massenspektrometer während des Grobevakuierungszyklus.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Einrichtung zum Evakuieren des Prüfeinlasses eine Grobpumpe (114; 214) gehört, die über ein während des Grobevakuierungszyklus geöffnetes Grobventil (112; 212) mit dem Prüfeinlaß (110; 210) in Verbindung steht.
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11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumpumpe (124; 214) an die Kühlfalle (118; 218) angeschlossen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlfalle (118; 218) flüssigen Stickstoff enthält.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Kühlfalle (118; 218) eine mechanische Kühleinrichtung gehört.
14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an die Leitung zwischen dem Grobventil (112) und der Grobpumpe (114) eine Großleckleitung angeschlossen ist, die auch mit der Leitung zwischen dem Prüfventil (116) und der Kühlfalle (118) in Verbindung steht, und daß in dieser Großleckleitung ein Großleckventil (136) angeordnet ist.
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DE3421533A 1983-06-22 1984-06-08 Gegenstrom-leckdetektor mit kuehlfalle Withdrawn DE3421533A1 (de)

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US06/506,737 US4499752A (en) 1983-06-22 1983-06-22 Counterflow leak detector with cold trap

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