DE3715452C2 - Vorrichtung zur Vakuum-Leckprüfung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vakuum-Leckprü­ fung eines Gegenstandes mit einem auf ein Suchgas anspre­ chenden Suchgasfühler, der das Durchlecken des Suchgases durch den Gegenstand erfaßt. Die Erfindung ist vorwiegend auf eine derartige Vorrichtung gerichtet, die tragbar oder in anderer Weise als integrale Einheit aufgebaut ist, so daß sie in ein System, das als zu überprüfenden Gegenstand eine Kammer oder ein Gehäuse enthält, eingepaßt werden kann.

Es ist bekannt, einen Gegenstand auf Lecken dadurch zu prü­ fen, daß ein Suchgas wie Helium gegen eine Fläche des Gegen­ standes gerichtet wird und daß ein Vakuumdetektor wie ein Massenspektrometer benutzt wird, um die Anwesenheit von Suchgas zu erfassen, das zu einer entgegengesetzt liegenden Fläche durchgedrungen ist (DE-Z.: Vakuum-Technik, 30. Jahrgang 1981, Heft 2, Seiten 41 bis 44).

Typischerweise wird das Suchgas so angewendet, daß es die Au­ ßenseite des zu untersuchenden Gegenstandes, beispielsweise einer Kammer, umspült, deren Inneres ausgepumpt wird und die mit dem Massenspektrometer in Verbindung steht. Alternativ kann das Suchgas unter Druck in das Innere des zu untersu­ chenden Behälters eingeführt werden, während eine evakuier­ te, mit einem Massenspektrometer in Verbindung stehende Sonde über die Außenfläche des Behälters geführt wird. In jedem Fall zeigt das Massenspektrometer ein Lecken durch An­ sprechen auf das Helium oder das andere benutzte Suchgas an.

Zur zufriedenstellenden Ausführung sollte das Massenspektro­ meter bei einem niedrigen Druck von typischerweise in der Größenordnung von 10^-4 mbar arbeiten, und solche Druckwerte sind in Anwesenheit von kondensierbaren Dämpfen wie Wasser­ dampf oder anderen Verunreinigungen, wie flüchtige Kohlenwas­ serstoffe, die aus dem Inneren des zu untersuchenden Gegen­ standes entwickelt werden können, schwierig zu erreichen und aufrechtzuerhalten.

Es sind eine Anzahl von Verfahren vorgeschlagen worden, um zu verhindern, daß kondensierbare Dämpfe ein als Leckfühler benutztes Massenspektrometer erreichen. Bei einem solchen Verfahren (US 3 690 151) wir eine gekühlte Fläche zwischen die zu untersuchende Kammer und das Massenspektrometer ge­ setzt, um derartige Dämpfe daran kondensieren zu lassen. Die gekühlte Fläche, die in Form einer Kältefalle oder einer Käl­ tekammer bestehen kann, wir am Eingang des Massenspektro­ meters angeordnet und kann durch eine kryogene Flüssigkeit, z. B. Flüssig-Stickstoff, gekühlt werden. Dieses Verfahren besitzt jedoch den Nachteil, daß ein dauernder Nachschub der kryogenen Flüssigkeit erforderlich ist, was sich als schwie­ rig und unbequem erweist, und Lagerungsprobleme erzeugen kann, und außerdem leidet dieses Verfahren an dem Nachteil, daß so kondensierte Dämpfe nicht permanent aus dem Nieder­ drucksystem entfernt werden oder nicht unwirksam bleiben. Bei einem weiteren bekannten Verfahren (US 3 342 990) wird vor dem Massenspektrometer eine Sorptionspumpe vorgesehen, um die Konzentration des Suchgases in dem Gemisch aus Such­ gas, Stickstoff, Sauerstoff und Wasserdampf durch Absorption von Stickstoff, Sauerstoff und Wasserdampf in der Sorptions­ pumpe zu erhöhen.

Bei einem anderen Verfahren (GB-Z.: Vacuum/Volume 35, No. 3, 1985, Seiten 119 bis 123), bei dem die zu untersuchende Kam­ mer mittels einer Haupt-Dampfdiffusionspumpe evakuiert wird, die durch eine mechanische Pumpe gestützt wird, wird die Diffusionspumpe so ausgelegt, daß sie ein schlechtes Druck­ verhältnis für Helium besitzt, jedoch Luft und Wasserdampf wirksam auspumpt. Die zu untersuchende Kammer wird zwischen der Hauptpumpe und der Stützpumpe angeschlossen. Die Haupt­ pumpe, die alternativ auch eine Turbomolekular-Pumpe sein kann, pumpt sowohl Luft als auch kondensierbare Dämpfe aus dem Massenspektrometer ab, läßt jedoch Helium von der Kammer zum Spektrometer in Gegenrichtung durch. Diese Be­ triebsweise erlaubt eine Lecktestung bei Druckwerten in der Testkammer bis zu 0,7 mbar. Jedoch ist die Empfindlichkeit der Untersuchung im Vergleich zu dem oben beschriebenen üb­ lichen Verfahren stark herabgesetzt, und die Ansprechzeit des Fühlers erhöht, da sie von der Stützpumpe abhängt. Wei­ terhin ist die Reaktion auf die Leistungszuführung für den Diffusionspumpenheizer sehr empfindlich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Vakuum-Leckprüfung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit der ein optimaler Betriebsdruckwert besser auf­ rechterhalten werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Vorrich­ tung nach dem Patentanspruch 1 vorgesehen.

Erfindungsgemäß sind also für den zu evakuierenden Gegen­ stand und den Suchgasfühler getrennte Pumpsysteme vorgese­ hen, die durch die Drosselöffnung weitgehend entkoppelt sind, wobei jedoch eine ausreichende Menge von Suchgas durch die Drosselöffnung hindurchtreten kann, um für die Messung im Suchgasfühler zur Verfügung zu stehen.

Während bei einem üblichen Massenspektrometer-Leckfühler mit nur einem Pumpsystem eine Pumpgeschwindigkeit von 100 l/s er­ forderlich ist, genügt es bei der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung mit zwei, insbesondere als Diffusionspumpen ausgebilde­ ten Pumpsystemen, wenn jede Pumpe mit einer Pumpgeschwindig­ keit von nur 10 l/s arbeitet.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend näher anhand der beigefügten Zeichnung erläutert, deren einzige Figur eine schematische Darstellung einer tragbaren Massen­ spektrometer-Leckfühlereinheit mit den erfindungsgemäßen zwei Pumpen zeigt.

In der Zeichnung ist eine tragbare, innerhalb eines Gehäuses 4 angeordnete Leckfühlereinheit 2 dargestellt, die über einen außerhalb des Gehäuses 4 angeordneten Vielzweckeinlaß 8 an eine auf Dichtigkeit zu untersuchende Kammer 6 angeschlossen ist.

Der Einlaß 8 ist über ein Grob- oder Vorpumpventil 10 mit einer Vorpumpe 12 verbunden, die zur Erzeugung einer An­ fangs-Grobevakuierung der Kammer 6 wirksam ist, bevor die Verbindung mit dem Leckfühler selbst über das Prüfventil 14 hergestellt wird. Während der Grobevakuierung ist das Vor­ pumpventil 10 geöffnet und das Prüfventil 14 geschlossen.

An das Prüfventil 14 ist der eigentliche Leckfühler ange­ schlossen, zu dem eine Diffusions- oder Turbomolekularpumpe 16 gehört, die über das Prüfventil 14 mit der Kammer 6 in Verbindung gebracht werden kann und durch eine Stütz- oder Vorpumpe 18 ausgepumpt wird. Durch direkte Verbindung über das Prüfventil 14 mit der Kammer 6 bewirkt die Diffusions­ pumpe 16 vornehmlich das Evakuieren der Kammer 6.

An das Prüfventil 14 ist über eine Drosselöffnung 20 auch ei­ ne Hilfsdiffusionspumpe 22 angeschlossen, die in dieser Aus­ führung der Erfindung ebenfalls durch die Vor- oder Stützpum­ pe 18 gepumpt wird, die aber alternativ auch durch eine unab­ hängige Stützpumpe oder durch die Grobpumpe 12 ausgepumpt werden kann.

Die Diffusionspumpe 22 ist direkt mit einem Massenspektrome­ ter-Leckfühler 24 verbunden, der auf das die Kammer 6 umge­ bende oder auf sie abschnittweise aufgebrachte Suchgas rea­ giert.

Die Bemessung der Drosselöffnung 20 stellt sicher, daß die Diffusionspumpe 22 vorherrschend das Massenspektrometer 24 auspumpt, um sicherzustellen, daß irgendeine Erhöhung des Gasdruckes innerhalb der Kammer 6, die z. B. von außerordent­ lichem Einlecken von Gas in die Kammer oder von Entwicklung oder Desorption von Gas von den Wänden der Kammer herrührt, keine entsprechende Erhöhung des Gasdruckes im Massenspektro­ meter 24 erzeugt. Die vorliegende Erfindung stellt demzufol­ ge sicher, daß der Gasdruck im Massenspektrometer auf einem optimalen Pegel, vorzugsweise unter 10^-4 mbar gehalten werden kann, relativ unabhängig von Gasdruckschwankungen in­ nerhalb der Kammer 6.

Durch Benutzen der Erfindung kann die Größe des Pumpsyste­ mes, das zur Aufrechterhaltung eines optimalen Gasdruckes im Massenspektrometer 24 unabhängig von relativ hohem Gasdruck in der Kammer 6 notwendig ist, beträchtlich verringert werden. Typischerweise kann eine Diffusionspumpe mit einer Pumpgeschwindigkeit von 100 l/s bei einem üblichen Massen­ spektrometer-Leckfühler mit nur einer solchen Pumpe durch zwei Diffusionspumpen mit jeweiligen Pumpgeschwindigkeiten von nur 10 l/s ersetzt werden.

Es ist einzusehen, daß der erfindungsgemäße Leckfühler ein billigeres und wirksameres Pumpsystem ergibt bei Aufrechter­ haltung eines konstanteren und niedrigeren Gasdruckes inner­ halb des Massenspektrometers selbst.

Die Verwendung von zwei Diffusions- oder gleichartigen Pumpen bei einer unabhängigen Leckfühlereinheit ermöglicht es, die Einheit kompakter und dadurch leichter tragbar oder besser in bestehende Systeme einpaßbar zu gestalten.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Vakuum-Leckprüfung eines Gegenstandes (6) mit einem auf ein Suchgas ansprechenden Suchgasfüh­ ler (24), der das Durchlecken des Suchgases durch den Gegenstand (6) erfaßt, einem erste Pumpsystem (16, 18), das mit seinem Einlaß an den Gegenstand (6) angeschlos­ sen ist, einem zweiten Pumpsystem (22, 28), das mit seinem Einlaß an den Suchgasfühler (24) angeschlossen ist, und einer in eine Verbindungsleitung zwischen den Einlässen des ersten Pumpsystems (16, 18) und des zwei­ ten Pumpsystems (22, 18) geschalteten Drosselöffnung (20) mit einer solchen Bemessung, daß das erste Pump­ system (16, 18) vorwiegend den zu überprüfenden Gegen­ stand (6) und das zweite Pumpsystem (22, 18) vorwiegend den Suchgasfühler (24) evakuiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Pumpsystem (16, 18) und das zweite Pump­ system (22, 18) im Inneren eines Gehäuses (4) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Pumpsystem (16, 18) und/oder das zweite Pumpsystem (22, 18) eine Diffusions- oder Turbomolekular­ pumpe umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung der jeweiligen Diffusions- oder Turbomolekularpumpe (16, 22) eine Vorpumpe (18) vorgese­ hen ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum anfänglichen Evakuieren des zu untersuchenden Gegenstandes (6) eine Vorpumpe (12) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Suchgasfühler (24) als Massenspektrometer ausgebildet ist.