DE4140366A1 - Lecksucher fuer vakuumanlagen sowie verfahren zur durchfuehrung der lecksuche an vakuumanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lecksucher für Vakuumanlagen, welche eine während des Betriebs der Anlage unter Vakuum stehende Kammer sowie eine der Evakuierung der Kammer dienende Vakuumpumpe umfassen, wobei der Lecksucher einen als Massenspektrometer ausgebildeten Testgasdetektor sowie eine Hochvakuumpumpe zur Erzeugung des für den Betrieb des Massenspektrometers erforder­ lichen Druckes aufweist.

Vakuumanlagen müssen zu Beginn ihres Betriebs, nach Wartungs- oder Reparaturarbeiten und auch nach anderen Betriebsunterbre­ chungen immer wieder auf Dichtheit geprüft werden, um einen optimalen, nicht durch Leckgasströme gestörten Betriebsablauf sicherzustellen.

Aus der DE-OS 33 16 765 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lecksuche an Turbinengehäusen bekannt. Im Turbinengehäuse wird mit Hilfe von Vakuumpumpen ein Unterdruck aufrechterhalten. Zur Lecksuche werden die leckverdächtigen Stellen des Turbinen­ gehäuses von außen mit einem Testgas, vorzugsweise Helium, besprüht. Zur Feststellung eventuell vorhandener Lecks wird das Abgas der Vakuumpumpen mit Hilfe eines Schnüffel-Lecksuchers überwacht. Eine Lecksuche dieser Art ist relativ unempfindlich.

Außerdem ist eine Lecksuchanordnung für diese Aufgabe relativ grob und schwer, da sie ein vollständiges Hochvakuumpumpsystem mit schwerer Vorvakuumpumpe enthalten muß.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lecksuche an Vakuumanlagen bei reduziertem technischen Aufwand empfindlicher durchführen zu können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Lecksucher der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß die Kammer der Vaku­ umanlage über eine Drossel mit der Einlaß- und/oder Auslaßseite der Hochvakuumpumpe im Lecksucher verbindbar ist. Durch die - entsprechend bemessene - Drossel ist sichergestellt, daß der Druck im Massenspektrometer ausreichend niedrig bleibt. Aufgrund der unmittelbaren Verbindung zwischen der Kammer der Vakuumanlage und dem Lecksucher sind die Strömungswege des Testgases zwischen einem eventuell vorhandenen Leck und dem Massenspektrometer-De­ tektor wesentlich kürzer als beim Stand der Technik, was den Vorteil einer Verbesserung der Empfindlichkeit und einer Redu­ zierung des Aufwandes zur Folge hat.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, daß die Drossel als Regelventil ausgebildet ist. Mit Hilfe dieses Regel­ ventiles kann das zum Massenspektrometer-Detektor strömende Gas derart gedrosselt werden, daß der Druck im Massenspektrometer- Detektor unabhängig vom Prozeßdruck in der Anlage konstant gehalten werden kann, und zwar vorzugsweise auf einem optimal hohen Totaldruck von etwa 10^-4 mbar. Bei einer derartigen Be­ triebsart arbeitet der Lecksucher als Konzentrationsmeßgerät für das Testgas, so daß dem Prozeßverantwortlichen unmittelbar die störende Gaskonzentration in seinem Prozeß angezeigt wird. Konzentrationsveränderungen werden dabei unabhängig von Total­ druckschwankungen im Prozeß richtig gemessen, auch wenn die Leckagerate selbst konstant bleibt (die Leckagerate ist nur die verursachende Größe der Gaskonzentration, die den Prozeß stört).

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, im Lecksucher ein Pumpensystem einzusetzen, das aus einer Hochvakuumpumpe und einer weiteren Pumpenstufe besteht, so daß auf der Druckseite des Pumpensystems ein Druck erzeugt werden kann, der in der Größen­ ordnung des Betriebsdruckes in der Kammer der Vakuumanlage liegt, beispielsweise etwa 40 mbar. Bei einem derartigen Pumpensystem besteht die Möglichkeit, den Auslaß des Pumpensystems mit der Kammer der Vakuumanlage zu verbinden, so daß es nicht mehr erforderlich ist, den Lecksucher selbst mit einer Vorvakuumpumpe auszurüsten. Der Lecksucher wird dadurch leicht und besonders handlich, was speziell bei der Lecksuche an großen, stationären Anlagen wichtig ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden.

In den Figuren ist die auf Lecks zu untersuchende Vakuumanlage mit 1, ihre Vakuumkammer mit 2 und die zur Vakuumanlage 1 gehö­ rende Vorvakuumpumpe mit 3 bezeichnet.

Der generell mit 4 bezeichnete Lecksucher ist über die Flansch­ verbindung 5 unmittelbar mit der Kammer 2 verbindbar. Er umfalt den Massenspektrometer-Detektor 6 und die Hochvakuumpumpe 7, die vorzugsweise als Turbomolekularvakuumpumpe ausgebildet ist. Über die Leitung 8 mit der Drossel 9 kann die Kammer 2 unmittelbar mit der Einlaßseite der Hochvakuumpumpe, also unmittelbar mit dem Detektor 6, verbunden werden. Von der Leitung 8 zweigt sich - in Strömungsrichtung des ggf. von der Kammer 2 zum Massenspektrome­ ter-Detektor 6 strömenden Testgases - hinter der Drossel 9 eine Leitung 11 ab, die zur Auslaßseite der Hochvakuumpumpe führt, so daß die Kammer 2 der Vakuumanlage 1 über die Drossel 9 auch mit dieser Stelle im Lecksucher 4 verbunden werden kann. Schaltven­ tile 12 und 13 steuern den gewünschten Gasstrom.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 schließt sich an die Hochvakuumpumpe 7 eine übliche Vorvakuumpumpe 14 an. Die Lecksu­ che erfolgt in der Weise, daß die Kammer 2 der Vakuumanlage 1 von außen mit Testgas besprüht wird. Zur Feststellung, ob ein relativ grobes Leck vorhanden ist, wird zunächst über die Drossel 9 die Verbindung zwischen der Kammer 2 und der Auslaßseite der Hochva­ kuumpumpe 7 hergestellt (Ventil 12 offen, Ventil 13 geschlossen). Gegebenenfalls durch diesen Leitungsweg strömendes Testgas gelangt entgegen der Pumprichtung der Hochvakuumpumpe 7 in das Massenspektrometer 6, das mit im einzelnen nicht dargestellten Anzeigevorrichtungen verbunden ist. Eine Steigerung der Empfind­ lichkeit der Lecksuche ist dadurch möglich, dar das Ventil 13 geöffnet wird, so daß Testgas unmittelbar zum Detektor 6 gelangen kann.

Die Drossel 9 muß derart bemessen sein, daß der für den Betrieb des Massenspektrometers 6 erforderliche Druck nicht überschritten wird. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Drossel 9 als Regel­ ventil ausgebildet ist und derart in Abhängigkeit vom Druck im Massenspektrometer 6 gesteuert wird, daß dieser Druck konstant bleibt. Bei dieser Betriebsart arbeitet der Lecksucher als Konzentrationsmeßgerät, während er bei fester Drossel oder fest eingestelltem Regelventil 9 die Funktion eines Leckratenmeßge­ rätes hat. Nur in Fig. 1 sind schematisch Mittel zur Steuerung des Regelventils 9 dargestellt. Sie umfassen die als Block dargestellte Steuereinrichtung 15, der über die Leitung 16 die notwendige Information über den Druck im Massenspektrometer-De­ tektor 6 zugeführt wird. Mit 17 ist ein Druckmeßgerät bezeichnet, das den Druck im Detektor 6 anzeigt. Ein Anstieg des Druckes in der Kammer 2 hat bei fest eingestellter Drossel 9 einen Druckan­ stieg im Detektor 6 zur Folge. Die dargestellte Regelung bewirkt bei einem Anstieg des Druckes in der Kammer 2 eine stärkere Drosselwirkung des Regelventiles 9, und zwar derart, daß der Druck im Detektor 6 konstant bleibt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 schließt sich an die Hochvakuumpumpe 7 eine Membranvakuumpumpe 21 an, welche zweistu­ fig ausgebildet ist. Sie ist zweckmäßig so ausgebildet, daß sie - ausgehend von einem Einlaßdruck von etwa 0,1 mbar - in der Lage ist, einen Auslaßdruck von etwa 40 bis 100 mbar zu erzeugen. In diesem Fall besteht die Möglichkeit, die Auslaßleitung 22 mit der Kammer 2 zu verbinden, so daß im Lecksucher 4 auf eine gegen Atmosphärendruck verdichtende Vorvakuumpumpe verzichtet werden kann. Um zwei Verbindungsleitungen zwischen der Kammer 2 und dem Lecksucher 4 zu vermeiden, führt die Leitung 22 innerhalb des Lecksuchers 4 in die Leitung 8, und zwar zwischen dem Einlaßven­ til 12 und der Drossel 9.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die sich an die Hoch­ vakuumpumpe 7 anschließende Pumpe als Gewinde- bzw. Molekularva­ kuumpumpenstufe 23 ausgebildet. Kombiniert Turbomolekular-/ Molekularvakuumpumpen, deren Rotoren auf einer Welle angeordnet sind, sind inzwischen bekannt und haben ebenfalls die zum Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 2 beschriebene Vorvakuumbeständig­ keit, so daß es ebenfalls möglich ist, die Auslaßleitung 22 zur Kammer 2 zurückzuführen und damit auf eine separate Vorvakuum­ pumpe im Lecksucher 4 verzichten zu können.

Mit den Ausführungen nach den Fig. 2 und 3 kann die Lecksuche an der Anlage 1 mit drei Empfindlichkeitsstufen ausgeführt werden. Voraussetzung ist dabei, daß auch die Leitung 11 mit einem Ventil 24 ausgerüstet ist. Bei einer Lecksuche nach beson­ ders groben Lecks sind die Ventile 13 und 24 geschlossen, so daß eventuell in die Kammer 2 eindringendes Testgas nur über die Leitungen 22 und entgegen der Pumprichtung der Pumpenstufen 7, 21 bzw. 7, 23 zum Detektor 6 gelangen kann. Zum Zwecke der Erhöhung der Empfindlichkeit kann danach zunächst das Ventil 24 und dann das Ventil 13 geöffnet werden.

Claims (7)

1. Lecksucher (4) für Vakuumanlagen (1), welche eine während des Betriebs der Anlage unter Vakuum stehende Kammer (2) sowie eine der Evakuierung der Kammer dienende Vakuumpumpe (3) umfassen, wobei der Lecksucher (4) einen als Massenspek­ trometer ausgebildeten Testgasdetektor (6) sowie eine Hochvakuumpumpe (7) zur Erzeugung des für den Betrieb des Massenspektrometers erforderlichen Druckes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer der Vakuumanlage über eine Drossel (9) mit der Einlaß- und/oder Auslaßseite der Hoch­ vakuumpumpe (4) verbindbar ist.

2. Lecksucher (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (9) ein Regelventil ist.

3. Lecksucher (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hochvakuumpumpe (7) Bestandteil eines Pumpensystems (7, 21 bzw. 7, 23) ist, das auf der Druckseite einen Druck erzeugt, der in der Größenordnung des Betriebs­ drucks in der Kammer (2) der Vakuumanlage (1) liegt.

4. Lecksucher (4) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß des Pumpensystems (7, 21 bzw. 7, 23) über die Leitung (22) mit der Vakuumkammer (2), vorzugsweise mit ihrem Lecksuch-Eingang, verbunden ist.

5. Lecksucher (4) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Pumpensystem eine kombinierte Turbomole­ kular/ Molekular-Vakuumpumpe (7, 23) ist.

6. Lecksucher (4) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Pumpensystem aus einer Hochvakuumpumpe (7) und mindestens einer der Hochvakuumpumpe nachgeordneten Membranpumpe (21) besteht.

7. Verfahren zur Lecksuche an einer Vakuumanlage (1), bei dem leckverdächtige Stellen der Anlage von außen mit einem Testgas, vorzugsweise Helium, besprüht werden, mit Hilfe eines Lecksuchers (4) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das zum Massenspektrometer-Detektor (6) strömende Gas mit Hilfe des Regelventiles (9) derart gedrosselt wird, daß der Druck im Massenspektrometer-Detektor (6) konstant bleibt.