EP2310823A1 - Verfahren zur bestimmung einer gesamt-leckrate einer vakuumanlage sowie vakuumanlage - Google Patents

Verfahren zur bestimmung einer gesamt-leckrate einer vakuumanlage sowie vakuumanlage

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EP2310823A1
EP2310823A1 EP09781528A EP09781528A EP2310823A1 EP 2310823 A1 EP2310823 A1 EP 2310823A1 EP 09781528 A EP09781528 A EP 09781528A EP 09781528 A EP09781528 A EP 09781528A EP 2310823 A1 EP2310823 A1 EP 2310823A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
vacuum system
process chamber
content
determining
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09781528A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Palten
Gerhard Wilhelm Walter
Damian Ehrensperger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leybold GmbH
Original Assignee
Oerlikon Leybold Vacuum GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oerlikon Leybold Vacuum GmbH filed Critical Oerlikon Leybold Vacuum GmbH
Publication of EP2310823A1 publication Critical patent/EP2310823A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a method for determining a total leak rate of a vacuum system and a vacuum system, in which the method is feasible.
  • Dicht ⁇ gke ⁇ ts- test methods by helium leak detection are known.
  • the device to be tested for example, surrounded with a helium HuÜe or arranged in a space filled with helium.
  • vacuum systems include a variety of individual devices and devices, wherein an entire Vacuum system partially more than fifty, possibly even more than one hundred devices / components may include. Furthermore, vacuum systems often have large process chambers which, for example, have a volume of more than 10 m 3 , in particular more than 20 m 3 . It is not economically appropriate to wrap the entire vacuum systems with a helium casing in order then to be able to detect the helium pumped by a pumping device.
  • the object of the invention is to provide a method for determining a total leakage of a vacuum system with which a total leakage can be determined in a simple and cost-effective manner.
  • the method serves to comply with Expionsions- or Flammalia ⁇ of the medium to be pumped or process gas.
  • Another object of the invention is to provide a vacuum system in which the inventive method is feasible. The object is achieved by a method according to claim 1 or 9 and by a vacuum system according to claim 15.
  • the inventive method for determining a total leakage rate of a vacuum plant according to the invention can be used in particular large-volume and / or a variety of individual devices or devices having vacuum systems. These are in particular vacuum systems with a process chamber with several m 3 Voiumen, in particular more than 10 m 3 or even more than 20 m 3 volume. The method according to the invention is also particularly suitable for systems with a large number of individual apparatuses or devices or devices whose number can be greater than fifty, in particular greater than one hundred. Connected to the process chamber is at least one pump device, which usually has a plurality of vacuum pumps.
  • the vacuum system can consist of several process chambers and optionally have multiple pumping systems.
  • an exhaust gas purification system Downstream of the pumping device, an exhaust gas purification system can be provided.
  • the exhaust gas purification system cleans process gases.
  • the inventively constructed vacuum system further comprises a sensor device, such as an oxygen sensor. This is provided downstream in the flow direction of the pump device, wherein the sensor is preferably arranged as close as possible in front of the exhaust gas purification system, if an exhaust gas purification system is provided.
  • the senor may be connected to a control and / or evaluation device, which is preferably also connected to crizvent ⁇ len the system and is used to control the pumping device.
  • a first method according to the invention for determining the total leakage of the vacuum system the process gas supply to the vacuum chamber is prevented in a first step. This is done, for example, by switching off or closing the process gas supply line or by keeping the supply line closed.
  • the control of an electrical valve preferably provided for this purpose preferably takes place via the control device.
  • a supply of a carrier gas which is preferably an inertizing gas, takes place into the process chamber. Nitrogen is preferably used as the inertizing gas.
  • other gases can be used, it should be noted that the influence of the gas is avoided by the measurement.
  • the carrier gas is conveyed by means of the pumping device. Furthermore, the pumping device promotes the penetrating due to the leakage in the process chamber gas or the penetrating air.
  • the pump device in the flow direction downstream sensor is carried out measuring a content of a gas component.
  • the oxygen content is measured by means of an oxygen sensor, since the oxygen represents the largest proportion of the air.
  • a determination is made of the total leakage rate of the vacuum system.
  • This is according to the invention in a simple manner preferably possible, since the oxygen content in the air of about 21% is known and penetrates the pumping of the carrier gas through the leaks air into the system. For example, via tables stored in the controller, based on the measured oxygen content or the content of another air component in the air, the overall leak rate can be easily and quickly determined.
  • the flow rate of the carrier gas ie the amount of carrier gas supplied per unit time of the process chamber is known. This is an accurate calculation of the total leakage rate of the vacuum system, especially in An evaluation device, to which the corresponding data are supplied without any effect, is possible.
  • the oxygen sensor used is in a particularly preferred embodiment, an oxygen sensor, the oxygen content in% Vol. measures.
  • Particularly suitable oxygen sensors are sensors which measure the oxygen content in% VoL with the aid of electrolytic methods. This is, for example, a sensor with the name "Polytron" from Dräger. Such sensors operate reliably in areas where substantially atmospheric pressure prevails, which is the preferred arrangement of the sensor in the flow direction downstream of the pumping device and upstream of a gas cleaning system if available, is given.
  • the conveyed amount of carrier gas is preferably known.
  • a corresponding blocking or releasing the system takes place in a preferred embodiment automatically and can be done via the existing controller.
  • the process gas itself, for example, oxygen, so that, for example explosive gas mixture already occurs at lower total leakage rates.
  • hazardous gases or gas mixtures or, for example, oxygen may be formed during the process. In a particularly preferred embodiment, this is taken into account or included in the determination of the upper limit of the total leak rate or in determining the total leak rate.
  • the inventive method is preferably carried out at regular intervals. Further, it is possible to perform the process before each process start, such as before each new batch. Possibly. For example, regular performance and performance prior to each start of the process can be combined. This depends in particular on the frequency of a process start and the required security level.
  • a further method according to the invention for determining a total leak rate of a vacuum system is a continuously performed method.
  • the vacuum system is in this case, as stated above, formed.
  • a sensor preferably an oxygen sensor, is arranged downstream of the pump device in the conveying direction and, if an exhaust gas cleaning system is provided, upstream of the latter in the flow direction.
  • the erfindu ⁇ gsdorfen process takes place during the working process, ie while a process gas is supplied to the process chamber, measuring the content of a gas component, in particular the oxygen content preferably in the exhaust gas.
  • the oxygen content is preferably in turn transmitted to an evaluation device.
  • the evaluation device is also the components of the process gas or the process exhaust gas, in particular a hydrogen content known. From this, a total leak rate can be determined and, in particular, an upper limit of the overall leak rate can be determined which, for safety reasons, should not be exceeded in order to avoid the formation of explosive or combustible gas mixtures.
  • the oxygen content of the process gas or of the process exhaust gas must be known in order to be able to determine the critical oxygen content at which explosive or combustible gases are produced.
  • the hydrogen content is either known or can be measured by a separate hydrogen sensor.
  • the oxygen content is again measured in% vol using the oxygen sensor. If a measurement of the hydrogen content takes place, this is preferably likewise carried out in% vol.
  • the output of a warning signal preferably takes place when a first limit value is exceeded.
  • This may be an audible and / or visual warning signal.
  • the lower limit value is preferably a limit value at which a process may enter a critical area with regard to the flammability or explosiveness of the resulting gases, but a shutdown of the system is not yet necessary.
  • the system is automatically switched off.
  • the second limit value is chosen such that the risk of ignition or explosion is exceeded depending on the requirements for safety. It is particularly preferable to carry out the two methods described above for the cyclical and continuous determination of a total leakage value in combination.
  • the vacuum system which is suitable for carrying out the method, it is a conventional vacuum system in which only an additional sensor, in particular an oxygen sensor is provided.
  • the arrangement of the sensor is preferably carried out downstream of the pump device in the flow direction, so that the sensor is arranged in particular in a region of the system in which there is approximately atmospheric pressure.
  • the sensor is preferably connected to an evaluation device, in particular an electronic evaluation device, by directly calculating the total leak rate in dependence on the measured content of a gas component, in particular the oxygen content.
  • the senor is not arranged directly in the pipeline which adjoins the pumping device, if necessary, leading to the exhaust-gas purification system, but rather through a bypass to this pipeline.
  • a particularly electrically controllable valve can be provided in the bypass branch that is only opened when carrying out the cyclic measurement method.
  • the process chamber of the vacuum system is connected to a carrier gas supply device.
  • the carrier gas supply device may be connected to a fürimrnungsvone via a valve.
  • the valve which is preferably an electrically controllable valve, is in a preferred embodiment via the control and evaluation device controllable.
  • a corresponding flow measuring device is preferably arranged in connection with a preferably electrically controllable valve in the feed line of the process gas.
  • the schematic diagram shows a vacuum system with which the method according to the invention can be carried out.
  • the vacuum system has a process chamber 10 in which, for example, a coating process for solar panels is performed. About indicated by arrows 12 pipes, the process chamber 10 different process gases can be supplied. Via a suction line 14, the process chamber 10 is connected to a pumping device 16. By the pumping device 16, the process gas is pumped out of the process chamber 10 and conveyed via a line 18 to an exhaust gas purge system 19.
  • an oxygen sensor 22 and an electrically controllable valve 24 are provided in a bypass 20.
  • the bypass 20 is arranged with the downstream in the flow direction of the pumping means 16 line 18 preferably close to the exhaust gas cleaning system 19.
  • the bypass directs the diverted exhaust gas directly to the exhaust gas purification system.
  • the oxygen sensor 22 and the electrically actuatable valve 24 are connected to a control and evaluation device 26.
  • the process chamber 10 is supplied with carrier gas via a line 28.
  • a flow measuring device 30 is arranged in line 28.
  • the flow measuring device 30 has an electrically controllable valve 32.
  • the flow measuring device 30 and thus also the valve 32 are connected to the evaluation or control device 26.
  • a carrier gas is fed to the process chamber 10 in a known flow rate via the feed line 28.
  • the supplied flow rate of carrier gas is known or can be measured and the evaluation device 26 are transmitted.
  • The% vol. Measured by the oxygen sensor 22. of oxygen are also transmitted to the evaluation device 26. From this, the evaluation device can determine the integral air leakage of the system. Since the oxygen content of the air is known and is about 21%, it can also be determined from the oxygen leakage due to the air leakage.
  • the integral air leakage of the system is 40 sccm.

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Abstract

Ein Verfahren zur Bestimmung einer Gesamt-Leckrate einer Vakuumanlage kann kontinuierlich oder zyklisch durchgeführt werden. Die Vakuumanlage weist zumindest eine Prozesskammer (10) und eine mit der Prozesskammer (10) verbundene Pumpeinrichtung (16) auf. Bei einem erfindungsgemäßen zyklischen Bestimmungsverfahren erfolgen die folgenden Schritte: Unterbinden einer Prozessgas-Zufuhr zu der Prozesskammer (10), Zufuhr eines Trägergases in die Prozesskammer (10), Fördern des Trägergases und eines Leckagegases mittels der Pumpeinrichtung (16), Messen eines Gehalts einer Gaskomponente des gepumpten Gases, und Bestimmen der Gesamt-Leckrate der Vakuumanlage auf Basis des gemessenen Gehalts der Gaskomponente.

Description

Verfahren zur Bestimmung einer Gesamt-Leckrate einer Vakuumanlaqe sowie Vakuurnanlaqe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Gesamt-Leckrate einer Vakuumanlage sowie eine Vakuumanlage, bei der das Verfahren durchführbar ist.
Zur Überprüfung der Dichtigkeit einzelner Vorrichtungen sind Dichtϊgkeϊts- Prüfverfahren mittels Helium-Lecksuche bekannt. Hierbei wird das zu prüfende Gerät beispielsweise mit einer Helium-HuÜe umgeben bzw. in einem mit Helium gefüllten Raum angeordnet. Ferner ist es bekannt, Teile einer zu prüfenden Vorrichtung mit Helium zu besprühen, um eine lokale Prüfung durchzufuhren. Es erfolgt sodann ein Betreiben der Vakuumpumpe des zu untersuchenden Geräts bzw. ein Anschließen einer Vakuumpumpe an das Gerät. Anschließend erfolgt ein Messen des von der Pumpe geförderten Heliums. Hieraus kann eine integrale Leckrate des Geräts bestimmt werden. Es handelt sich hierbei um Verfahren, die zwar eine sehr genaue Bestimmung der Leckrate zulassen, jedoch nur für einzelne kleinere Geräte bzw. Vorrichtungen wirtschaftlich durchführbar sind. Die Untersuchung einer gesamten Vakuumanlage ist mit derartigen Verfahren nur bedingt durchfuhrbar. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass Vakuumanlagen eine Vielzahl einzelner Geräte und Vorrichtungen umfassen, wobei eine gesamte Vakuurnanlage teilweise mehr als fünfzig, ggf. sogar mehr als einhundert Einzeigeräte/ Komponenten umfassen kann. Des Weiteren weisen Vakuumanlagen häufig große Prozesskammern auf, die beispielsweise ein Volumen von mehr als 10 m3, insbesondere mehr als 20 m3 aufweisen. Es ist wirtschaftlich nicht zweckmäßig, die gesamten Vakuumanlagen mit einer Helium-Hülle zu umhüllen, um sodann das von einer Pumpeinrichtung gepumpte Helium delektieren zu können.
Zur Überprüfung der Gesamt-Leckrate einer Vakuumanlage ist es ferner möglich, Unterdruck in der Prozesskammer zu erzeugen und sämtliche mit der Prozesskammer verbundenen Zuleitungen zu schließen. Es wird sodann der Druckanstieg in der Prozesskammer über die Zeit gemessen. Auf Grund des Druckanstiegs und bekanntem Volumen kann auf eine Leckrate geschlossen werden. Bei diesem Verfahren werden nur die Komponenten oberhalb der Vakuumpumpen geprüft. Vakuumpumpen und Abgasleitungen sind mit diesem Verfahren nur schwierig zu testen, vor allem, wenn die Volumina groß sind oder unterschiedliche Verunreinigungsgrade zu erwarten sind.
Sofern die Prozessgase brennbar oder explosiv sind bzw. es sich um entsprechende Gasgemische handelt, ist eine exakte Bestimmung des Sauerstoffgehalts jedoch erforderlich, um Expiosions- bzw. Entflammgrenzen des zu fördernden Mediums bestimmen zu können. Es handelt sich hierbei um eine sicherheitsrelevante Überprüfung, bei der eine entsprechend Genauigkeit erforderlich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bestimmung einer Gesamt- Leckage einer Vakuumanlage zu schaffen, mit dem auf einfache und insbesondere kostengünstige Weise eine Gesamt-Leckage bestimmt werden kann. Insbesondere dient das Verfahren zur Einhaltung von Expiosions- bzw. Flammgrenzeπ des zu fördernden Mediums bzw. Prozessgases. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vakuumanlage zu schaffen, bei welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. 9 sowie durch eine Vakuumanlage gemäß Anspruch 15.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung einer Gesamt-Leckrate einer Vakuumaniage kann erfindungsgemäß bei insbesondere großvolumigen und/ oder eine Vielzahl von Einzelvorrichtungen bzw. -Geräten aufweisenden Vakuumanlagen eingesetzt werden. Hierbei handelt es sich insbesondere um Vakuumanlagen mit einer Prozesskammer mit mehreren m3 Voiumen, insbesondere mehr als 10 m3 oder gar mehr als 20 m3 Volumen. Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren femer bei Anlagen mit einer Vielzahl von einzelnen Apparaten bzw. Geräten oder Vorrichtungen, deren Anzahl größer als fünfzig, insbesondere größer als einhundert sein kann. Mit der Prozesskammer ist eine mindestens eine, üblicherweise mehrere Vakuumpumpen aufweisende Pumpeinrichtung verbunden. Die Vakuumanlage kann aus mehreren Prozesskammern bestehen und ggf. mehrere Pumpsysteme aufweisen.
Der Pumpeinrichtung in Strömungsrichtung nachgeschaltet kann ein Abgasreinigungssystem vorgesehen sein. Durch das Abgasreinigungssystem erfolgt die Reinigung von Prozessgasen. Die erfindungsgemäß ausgebildete Vakuumanlage weist ferner eine Sensoreinrichtung, wie einen Sauerstoffsensor auf. Dieser ist in Strömungsrichtung der Pumpeinrichtung nachgeordnet vorgesehen, wobei der Sensor vorzugsweise möglichst nahe vor dem Abgasreinigungssystem angeordnet ist, sofern ein Abgasreinigungssystem vorgesehen ist.
Insbesondere kann der Sensor mit einer Steuerung und/ oder Auswerteeinrichtung verbunden sein, wobei diese vorzugsweise auch mit Regelventϊlen der Anlage verbunden ist und zur Steuerung der Pumpeinrichtung dient. Bei einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der Gesamt- Leckage der Vakuumanlage wird in einem ersten Schritt die Prozessgaszufuhr zu der Vakuumkammer unterbunden. Dies erfolgt beispielsweise durch Abstellen bzw. Verschließen der Prozessgas-Zuführleitung bzw. durch Geschlossenhalten der Zufuhrleitung. Die Steuerung eines hierzu vorzugsweise vorgesehenen elektrischen Ventils erfolgt vorzugsweise über die Steuereinrichtung. Im nächsten Schritt erfolgt ein Zuführen eines Trägergases, bei dem es sich vorzugsweise um ein Inertisierungsgas handelt, in die Prozesskammer. Als Inertisierungsgas wird vorzugsweise Stickstoff eingesetzt. In Abhängigkeit des verwendeten Sensors können auch andere Gase eingesetzt werden, wobei zu beachten ist, dass durch das Gas eine Beeinflussung der Messung vermieden ist.
Das Trägergas wird mittels der Pumpeinrichtung gefördert. Ferner fördert die Pumpeinrichtung das auf Grund der Leckage in die Prozesskammer eindringende Gas bzw. die eindringende Luft. Mittels des der Pumpeinrichtung in Strömungsrichtung nachgeordneten Sensors erfolgt ein Messen eines Gehalts einer Gaskomponente. Vorzugsweise wird hierbei mittels eines Sauerstoffsensors der Sauerstoffgehalt gemessen, da der Sauerstoff den größten Anteil der Luft darstellt. Auf Grundlage des gemessenen Gehalts der Gaskomponente erfolgt ein Bestimmen der Gesamt-Leckrate der Vakuumanlage. Dies ist erfindungsgemäß auf einfache Weise vorzugsweise möglich, da der Sauerstoffgehalt in der Luft von ca. 21% bekannt ist und beim Pumpen des Trägergases durch die Leckagen Luft in das System eindringt. Beispielsweise über in der Steuerung hinterlegte Tabellen kann auf Basis des gemessenen Sauerstoffgehalts oder des Gehalts einer anderen in der Luft befindlichen Gaskomponente die Gesamt-Leckrate auf einfache Weise und schnell ermittelt werden.
Vorzugsweise ist die Flussrate des Trägergases, d.h. die pro Zeiteinheit der Prozesskammer zugeführte Menge an Trägergas bekannt. Hierdurch ist eine genaue Berechnung der Gesamt-Leckrate der Vakuumanlage, insbesondere in einer Auswerteeinrϊchtung, der die entsprechenden Daten unmitteibar zugeführt werden, möglich.
Bei dem verwendeten Sauerstoffsensor handelt es sich in besonders bevorzugter Ausführungsform um einen Sauerstoffsensor, der den Sauerstoffgehalt in %Vol. misst. Als Sauerstoffsensor sind insbesondere Sensoren geeignet, die mit Hilfe elektrolytischer Verfahren den Sauerstoffgehalt in %VoL messen. Hierbei handelt es sich beispielsweise um einen Sensor mit der Bezeichnung „Polytron" der Fa. Dräger, Derartige Sensoren arbeiten zuverlässig in Bereichen, in denen im Wesentlichen Atmosphärendruck herrscht. Dies ist bei der bevorzugten Anordnung des Sensors in Strömungsrichtung nach der Pumpeinrichtung und vor einem Gasreinigungssystem, sofern dieses vorhanden ist, gegeben.
Bei bekannter oder ggf. durch einen geeigneten Sensor zu messender, insbesondere konstanter Fiussrate des Trägergases und dem gemessenen Sauerstoffgehalt in %Vol. kann die Bestimmung der Gesamt-Leckrate auf einfache Weise mathematisch oder durch hinterlegte Tabellen erfolgen. Hierzu ist vorzugsweise auch die geförderte Menge Trägergas bekannt.
Beim Fördern brennbarer oder explosiver Gase, z.B. H2, muss berücksichtigt werden, dass die untere Explosionsgrenze von Wasserstoff in Luft bei ca. 4% liegt. Es muss also sichergestellt werden, dass die Sauerstoffkonzentration im System 0,8 %Vol. nicht überschreitet. Bei einem bekannten Wasserstoff- Gasfluss bzw. bei einem bekannten Wasserstoffgehalt in dem Prozessgas ergibt sich somit eine maximal vertretbare Luft-Leckage der gesamten Vakuumanlage. Die entsprechenden Grenzen ändern sich je nach Sicherheitsanforderung und bei der Förderung ggf. zusätzlicher anderer explosiver oder brennbarer Gase bzw. Gasgemische,
In Abhängigkeit einer insbesondere prozessbedingt festgelegten Obergrenze der Gesamt-Leckrate der Vakuumanlage erfolgt erfindungsgemäß eine Freigabe der Anlage nur solange die entsprechende Obergrenze nicht erreicht ist. Ein entsprechendes Sperren bzw. Freigeben der Anlage erfolgt in bevorzugter Ausführungsform automatisch und kann über die vorhandene Steuerung erfolgen.
Beim Festlegen der Obergrenze der Gas-Leckrate oder beim Bestimmen der Gas-Leckrate erfolgt erfindungsgemäß ein Berücksichtigen von Gasanteilen des Prozessgases und/ oder während des Prozess entstehender Gase, Es wird somit vorzugsweise berücksichtigt, dass das Prozessgas selbst beispielsweise Sauerstoff aufweist, so dass beispielsweise ein explosives Gasgemisch bereits bei geringeren Gesamt-Leckraten entsteht. Ferner wird vorzugsweise berücksichtigt, dass beim Prozess gefährliche Gase oder Gasgemische oder beispielsweise Sauerstoff entstehen kann. Dies wird in besonders bevorzugter Ausführungsform bei der Festlegung der Obergrenze der Gesamt-Leckrate oder beim Bestimmen der Gesamt-Leckrate berücksichtigt bzw. mit eingerechnet.
Um die Sicherheit der Vakuumanlage zu gewährleisten wird das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise in zeitlich regelmäßigen Abständen durchgeführt. Ferner ist es möglich, das Verfahren vor jedem Prozessstart, wie beispielsweise vor jeder neuen Charge, durchzuführen. Ggf. kann ein regelmäßiges Durchführen sowie ein Durchführen vor jedem Prozessstart miteinander kombiniert werden. Dies hängt insbesondere von der Häufigkeit eines Prozessstarts und der erforderlichen Sicherheitsstufe ab.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung einer Gesamt-Leckrate einer Vakuumanlage handelt es sich um ein kontinuierlich durchgeführtes Verfahren. Die Vakuumanlage ist hierbei, wie vorstehend ausgeführt, ausgebildet. Insbesondere ist ein Sensor, vorzugsweise ein Sauerstoffsensor der Pumpeinrichtung in Förderrichtung nachgeordnet sowie, sofern ein Abgasreinigungssystem vorgesehen ist, diesem in Strömungsrichtung vorgelagert. In dieser Ausführungsform des erfinduπgsgemäßen Verfahrens erfolgt während des Arbeitsprozesses, d.h. während ein Prozessgas der Prozesskammer zugeführt wird, ein Messen des Gehalts einer Gaskomponente, insbesondere des Sauerstoffgehalts vorzugsweise in dem Abgas. Der Sauerstoffgehalt wird vorzugsweise wiederum an eine Auswerteeinrichtung übermittelt. Der Auswerteeinrichtung sind ferner die Komponenten des Prozessgases bzw. des Prozess-Abgases, insbesondere ein Wasserstoffgehalt bekannt. Hieraus kann eine Gesamt- Leckrate bestimmt und insbesondere eine Obergrenze der Gesamt-Leckrate festgelegt werden, die aus Sicherheitsgründen nicht überschritten werden soll, um das Entstehen explosiver oder brennbarer Gasgemische zu vermeiden»
Der Sauerstoffgehalt des Prozessgases bzw. des Prozess-Abgases muss bekannt sein, um den kritischen Sauerstoffgehait bestimmen zu können, bei dem explosive oder brennbare Gase entstehen. Der Wasserstoffgehalt ist entweder bekannt oder kann durch einen gesonderten Wasserstoffsensor gemessen werden.
Vorzugsweise erfolgt mit Hilfe des Sauerstoffseπsors wiederum die Messung des Sauerstoffgehalts in %Vol. Sofern eine Messung des Wasserstoffgehaits erfolgt, erfolgt diese vorzugsweise ebenfalls in %Vol.
Bei dem kontinuierlichen Bestimmungsverfahren einer Gesamt-Leckage-Rate erfolgt vorzugsweise bei Überschreiten eines ersten Grenzwertes die Ausgabe eines Warnsignals. Hierbei kann es sich um ein akustisches und/ oder visuelles Warnsignal handeln. Bei dem unteren Grenzwert handelt es sich vorzugsweise um einen Grenzwert, bei dem ein Prozess ggf. in einen kritischen Bereich hinsichtlich der Entflammbarkeit oder Explosivität der entstehenden Gase gelangt, ein Abschalten der Anlage jedoch noch nicht erforderlich ist. Vorzugsweise erfolgt sodann bei Überschreiten eines zweiten Grenzwertes ein automatisches Ausschalten der Anlage, Hierbei ist der zweite Grenzwert derart gewählt, dass die Entzündungs- oder Explosionsgefahr je nach Anforderungen an die Sicherheit überschritten ist. Besonders bevorzugt ist es, die beiden vorstehend beschriebenen Verfahren zur zyklischen und kontinuierlichen Bestimmung eines Gesamt-Leckagewertes in Kombination durchzufuhren.
Bei der Vakuumanlage, die zur Durchfuhrung des Verfahrens geeignet ist, handelt es sich um eine herkömmliche Vakuumanlage, bei der lediglich ein zusätzlicher Sensor, insbesondere ein Sauerstoffsensor vorgesehen wird. Die Anordnung des Sensors erfolgt hierbei vorzugsweise der Pumpeinrichtung in Strömungsrichtung nachgeordnet, so dass der Sensor insbesondere in einem Bereich der Anlage angeordnet ist, in dem annähernd Atmosphärendruck herrscht. Der Sensor ist vorzugsweise mit einer Auswerteeinrichtung, insbesondere einer elektronischen Auswerteeinrichtung verbunden, durch die unmittelbar ein Berechnen der Gesamt-Leckrate in Abhängigkeit des gemessenen Gehalts einer Gaskomponente, insbesondere des Sauerstoffgehalts erfolgt.
Der Sensor ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform nicht unmittelbar in der sich an die Pumpeinrichtung anschließenden, ggf, zu dem Abgasreinigungssystem führenden Rohrleitung sondern einem Bypass zu dieser Rohrleitung angeordnet. Dies ist insbesondere bei dem erfindungsgemäßen zyklischen Verfahren zweckmäßig, da der Sensor sodann nicht ununterbrochen dem Abgasstrom ausgesetzt ist Hierzu kann in der Bypassabzweigung ein insbesondere elektrisch steuerbares Ventil vorgesehen sein, dass nur bei der Durchfuhrung des zyklischen Messverfahrens geöffnet wird.
Vorzugsweise ist die Prozesskammer der Vakuumanlage mit einer Trägergas- Zufuhreinrichtung verbunden. Die Trägergas-Zufuhreinrichtung kann mit einer Durchfiussmesseinrtchtung über ein Ventil verbunden sein. Das Ventil, bei dem es sich vorzugsweise um ein elektrisch steuerbares Ventil handelt, ist in bevorzugter Ausfuhrungsform über die Steuer- und Auswerteeinrichtung ansteuerbar. So ist es möglich, das erfindungsgemäße zyklische Bestimrnungsverfahren vollautomatisch durchzufuhren.
Bei der Durchführung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen kontinuierlichen Verfahrens ist vorzugsweise eine entsprechende Durchflussmesseinrichtung in Verbindung mit einem vorzugsweise elektrisch steuerbaren Ventil in der Zuführleitung des Prozessgases angeordnet. Hierdurch kann auf einfache Weise die zugeführte Prozessgasmenge gemessen werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausfuhrungsform näher erläutert.
Die Prinzipskizze zeigt eine Vakuumanlage, mit der die erfindungsgemäßen Verfahren durchführbar sind.
Die Vakuumanlage weist eine Prozesskammer 10 auf, in der beispielsweise ein Beschichtungsprozess für Solarpaneele durchgeführt wird. Über durch Pfeile 12 angedeutete Rohrleitungen können der Prozesskammer 10 unterschiedliche Prozessgase zugeführt werden. Über eine Saugleitung 14 ist die Prozesskammer 10 mit einer Pumpeinrichtung 16 verbunden. Durch die Pumpeinrichtung 16 wird das Prozessgas aus der Prozesskammer 10 gepumpt und über eine Leitung 18 zu einem Abgasreinsgungssystem 19 gefördert.
Zur Durchfuhrung der beiden erfindungsgemäßen Verfahren ist in einem Bypass 20 ein Sauerstoffsensor 22 sowie ein elektrisch ansteuerbares Ventil 24 vorgesehen. Der Bypass 20 ist mit der in Strömungsrichtung der Pumpeinrichtung 16 nachgeordneten Leitung 18 vorzugsweise nahe dem Abgasreinigungssystem 19 angeordnet. Der Bypass leitet das abgezweigte Abgas unmittelbar dem Abgasreinigungssystem zu. Der Sauerstoffsensor 22 und das elektrisch betätigbare Ventil 24 sind mit einer Steuer- und Auswerteeinrichtung 26 verbunden. Zur Durchführung des zyklischen Verfahrens zur Bestimmung einer Gesamt- Leckrate wird der Prozesskammer 10 über eine Leitung 28 Trägergas zugeführt. In der Leitung 28 ist eine Durchflussmesseinrichtung 30 angeordnet. Die Durchflussmesseinrichtung 30 weist ein elektrisch steuerbares Ventil 32 auf. Die Durchflussmesseinrichtung 30 und somit auch das Ventil 32 sind mit der Auswerte- oder Steuereinrichtung 26 verbunden.
Bei der Durchführung des kontinuierlichen erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der Gesamt-Leckrate ist das Vorsehen der entsprechenden Zuführleitungen zur Prozesskammer 10 nicht erforderiich. Stattdessen ist es jedoch erforderlich, die Gasflüsse 12 zu messen. Hierzu kann in den Prozessgas-Zuführieitungen jeweils eine Durchfiussmesseinrichtung vorgesehen sein.
Zur Durchführung des erfindungsgemäBen zyklischen Messverfahrens wird über die Zuleitung 28 der Prozesskammer 10 ein Trägergas in bekannter Flussrate zugeführt. Die zugeführte Flussrate an Trägergas ist bekannt oder kann gemessen werden und der Auswerteeinrichtung 26 übermittelt werden. Die vom Sauerstoffsensor 22 gemessenen %Vol. an Sauerstoff werden ebenfalls der Auswerteeinrichtung 26 übermittelt. Hieraus kann die Auswerteeinrichtung die integrale Luft-Leckage des Systems bestimmen. Da der Sauerstoffgehalt der Luft bekannt ist und bei etwa 21% liegt, kann hieraus auch der Sauerstofffluss auf Grund der Luft-Leckage bestimmt werden.
Werden der Prozesskammer beispielsweise 100 sccm an Trägergas zugeführt und der Sauerstoffsensor zeigt 6 %VoL an, so beträgt die integrale Luft- Leckage des Systems 40 sccm. Dies entspricht bei einem Sauerstoffgehalt der Luft von 21% einem Sauerstofffluss von 8,4 sccm. Entsprechend kann bei einem kontinuierlichen Verfahren bei einem bekannten Fiuss an Prozessgas und beispielsweise dem Sauerstoffgehalt des Prozessgases selbst sowie ggf, während des Prozesses entstehenden Sauerstoffs, auf Grund des vom Sauerstoffsensor gemessenen Werts eine Luft-Leckage des Systems bestimmt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung einer Gesamt- Leckrate einer Vakuumanlage mit einer Prozesskammer (10) und einer mit der Prozesskammer (10) verbundenen Pumpeinrichtung (16) mit den Schritten:
Unterbinden einer Prozessgas-Zufuhr zu der Prozesskammer (10),
Zufuhr eines Trägergases in die Prozesskammer (10),
Fördern des Trägergases und eines Leckagegases mittels der Pumpeinrichtung (16),
Messen eines Gehalts einer Gaskomponente des gepumpten Gases, und
Bestimmen der Gesamt-Leckrate der Vakuumanlage auf Basis des gemessenen Gehalts der Gaskomponente.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Trägergas in konstanter, bekannter Flussrate der Prozesskammer (10) zugeführt wird,
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Gehalt der Gaskomponente in %Voi. gemessen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei weichem als Trägergas Inertisierungsgas verwendet und/ oder der Sauerstoffgehalt gemessen wird,
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem in Abhängigkeit einer festgelegten Obergrenze der Gesamt-Leckrate keine Freigabe der Anlage zur Produktion bei Überschreiten der Obergrenze erfolgt. _ i 3 _
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem beim Festlegen der Obergrenze der Gesamt-Leckrate oder beim Bestimmen der Gesamt- Leckrate Gasanteile des Prozessgases und/ oder beim Prozess entstehende Gase berücksichtigt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei weichem die berücksichtigten Prozessgase Sauerstoff und/ oder brennbare Gase sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis I1 bei welchem das Verfahren in zeitlich regelmäßigen Abständen und/ oder vor insbesondere jedem Prozessstart durchgeführt wird.
9. Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung einer Gesamt-Leckrate einer Vakuumanlage mit einer Prozesskammer (10) und einer mit der Prozesskammer (10) verbundenen Pumpeinrichtung (16) mit den Schritten :
Messen eines Gehalts einer Gaskomponente während des Arbeitsprozesses, und
Bestimmen einer Gesamt-Leckrate der Vakuumanlage auf Basis des gemessenen Gehalts der Gaskomponente und des Prozessgasflusses.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die Gaskomponente Sauerstoff gemessen wird und/ oder der Wasserstoffgehait des Prozessgases bekannt ist,
11. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem der Sauerstoffgehalt in %Vol. und/ oder der Wasserstoffgehait in %Vol. gemessen wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei welchem bei Überschreiten eines ersten Grenzwertes ein Warnsignal erzeugt wird und/ oder bei Überschreiten eines zweiten Grenzwertes ein automatisches Ausschalten der Vakuumanlage erfolgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei welchem der Gehalt der Gaskomponente in Strömungsrichtung nach der Pumpeinrichtung (16) bestimmt wird,
14. Verfahren zur zyklischen Bestimmung einer Gesamt-Leckrate einer Vakuumanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zusätzlich während des Produktionsprozesses das Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung der Gesamt-Leckrate der Vakuumanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 13 durchgeführt wird.
15. Vakuumanlage, bei weicher ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 durchfuhrbar ist, mit
einer Prozesskammer (10),
einer mit der Prozesskammer (10) verbundenen Pumpeinrichtung (16),
einem der Prozesskammer (10) in Strömungsrichtung nachgeordneten Sensor (22) zur Bestimmung eines Gehalts einer Gaskomponente, und
einer mit dem Sensor (22) verbundenen Auswerteeinrichtung (26) zur Bestimmung der Gesamt-Leckrate (16).
16. Vakuumanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor in einer Abzweigung (20), insbesondere einem Bypass einer mit einem Auslass der Pumpeinrichtung (16) verbundenen Rohrleitung (18), angeordnet ist.
17. Vakuumanlage nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch eine der Pumpeinrichtung (16) in Strömungsrichtung nachgeordneten Abgas- Reinigungseinrichtung (19), der der Sensor (22) vorgeschaltet ist.
18. Vakuumanlage nach einem der Ansprüche 15 bis 17, gekennzeichnet durch eine mit der Pumpkammer verbundenen Trägergas- Zuführeinrichtung (28, 30).
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