WO2025191069A1 - Vakuumlecksuchsystem mit wälzkolbenpumpe zum evakuieren eines prüfanschlusses - Google Patents

Vakuumlecksuchsystem mit wälzkolbenpumpe zum evakuieren eines prüfanschlusses

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WO2025191069A1
WO2025191069A1 PCT/EP2025/056876 EP2025056876W WO2025191069A1 WO 2025191069 A1 WO2025191069 A1 WO 2025191069A1 EP 2025056876 W EP2025056876 W EP 2025056876W WO 2025191069 A1 WO2025191069 A1 WO 2025191069A1
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WO
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pump
roots pump
outlet
detection system
vacuum
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PCT/EP2025/056876
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English (en)
French (fr)
Inventor
Silvio Decker
Volkhard MÄCKEL
Daniel Wetzig
Simon MATHIOUDAKIS
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Inficon GmbH Deutschland
Original Assignee
Inficon GmbH Deutschland
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • 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
    • G01M3/202—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 using mass spectrometer detection systems
    • G01M3/205—Accessories or associated equipment; Pump constructions

Definitions

  • the invention relates to a vacuum leak detection system for detecting a gas leak in a test object.
  • a vacuum leak detection system has a test port that can be evacuated by a vacuum pump, to which the test specimen or a test chamber containing the test specimen can be connected in order to evacuate the test specimen or the test chamber containing the test specimen.
  • a gas detector is provided for analyzing the evacuated gas flow to detect any possible leakage gas.
  • the vacuum pump is a Roots pump. Roots pumps have a high power consumption, especially when evacuating against atmospheric pressure, e.g., when pre-evacuating ("pumping") the test specimen or the test chamber. The energy consumption of a Roots pump is particularly high in these situations. Roots pumps are particularly used as backing pumps in multi-stage high-vacuum pumping systems. The Roots pump then evacuates the outlet of a turbomolecular pump. The outlet of the turbomolecular pump and the inlet of the Roots pump can be connected to the test connection, with the Roots pump serving both to provide the backing vacuum for the turbomolecular pump and to evacuate the test specimen.
  • the invention is based on the object of creating an improved vacuum leak detection system with a Roots pump for evacuating a test connection.
  • the vacuum leak detection system has a test port that is vacuum-connected to a Roots pump to evacuate the test port and a test object connected to the test port or a test chamber connected to the test port.
  • the gas stream drawn from the test port is transported by the test port through the Roots pump, whose outlet may be open to the atmosphere.
  • a gas detector is provided and designed to analyze gas from the transported gas stream and detect a possible leak gas or a test gas. Roots pumps have a high power consumption, particularly when evacuating below atmospheric pressure, e.g., when pumping the test object, and thus consume comparatively large amounts of energy.
  • the invention consists in connecting a diaphragm pump to the outlet of the Roots pump, which reduces the pressure at the outlet of the Roots pump. This significantly reduces the power consumption and energy consumption of the Roots pump, especially when evacuating below atmospheric pressure, i.e. when the outlet of the diaphragm pump is exposed to the atmosphere.
  • the energy requirement of the additional diaphragm pump provided according to the invention is lower than the energy saved by operating the Roots pump with the diaphragm pump.
  • the Roots pump can be part of a multi-stage turbomolecular vacuum pumping system, with the Roots pump forming the backing pump of the turbomolecular vacuum pumping system.
  • the inlet of the Roots pump is connected to the outlet of a turbomolecular pump, whose inlet is connected to the gas detector.
  • the gas detector can then be a mass spectrometer, so that the vacuum leak detection system can be a mass spectrometric vacuum leak detection system.
  • the gas from the test port can be fed to the mass spectrometer according to the countercurrent principle, in countercurrent through the turbomolecular pump.
  • the test port can be connected to at least one intermediate gas inlet of the turbomolecular pump via an intermediate gas line.
  • the intermediate gas line can branch off from a vacuum line that connects the test port to the inlet of the Roots pump.
  • the inlet of the Roots pump is connected to the outlet of the turbomolecular pump by another line, which can be referred to as the forevacuum line.
  • the diaphragm pump may have an outlet open to the atmosphere.
  • the diaphragm pump inlet may be provided with a bypass that bypasses the diaphragm pump and is also open to the atmosphere.
  • a selectively switchable valve may be provided to connect the test connection either to the diaphragm pump inlet or to the bypass.
  • the selectively switchable valve may, for example, be a 3/2-way valve connected to the diaphragm pump inlet and/or to the Roots pump outlet.
  • the diaphragm pump and/or the Roots pump may be provided with a pressure relief valve to reduce the pressure at the outlet of the Roots pump and/or the outlet of the diaphragm pump and thereby reduce the energy consumption of the Roots pump and/or the diaphragm pump.
  • the invention offers the advantage of reducing the pressure at the outlet of the Roots pump, e.g. to approximately 100 mbar, whereby the Roots pump consumes significantly less power at the same speed and the same pumping capacity, e.g. only about half the power than in the case without the diaphragm pump. Due to the lower pressure at the outlet of the Roots pump, the speed of the Roots pump can also be reduced compared to the case without a diaphragm pump, whereby the power consumption of the Roots pump can be further reduced, e.g. to up to a third of the power in the case without a diaphragm pump.
  • the energy consumption of the diaphragm pump when operating at the outlet of the Roots pump is many times lower than the energy consumption saved by the Roots pump, i.e. the energy consumption saved compared to operation without a diaphragm pump.
  • the above advantages can be further enhanced by connecting an intermediate gas inlet, for example a conventional gas ballast, of the Roots pump and the Roots pump outlet to a buffer volume.
  • the first connecting line connecting the intermediate gas inlet to the buffer volume can have a selectively actuated first valve.
  • the second vacuum line connecting the Roots pump outlet to the buffer volume can have a selectively actuated second valve.
  • the Roots pump outlet is advantageously also provided with a pressure relief valve.
  • the buffer volume can be evacuated via the intermediate gas inlet or alternatively via the main inlet of the Roots pump, for example by opening the first valve and closing the second valve.
  • the opening and closing of the first and second valves can advantageously be pressure-dependent.
  • the first connecting line or the intermediate gas inlet can be connected to a first pressure gauge
  • the outlet of the Roots pump can be connected to a second pressure gauge.
  • the first valve can then be controlled depending on the pressure measured by the first pressure gauge, while the second valve can be controlled depending on the pressure measured by the second pressure gauge.
  • the evacuated buffer volume can then be connected to the outlet of the Roots pump, for example, by pressure-dependently closing the first valve and correspondingly opening the second valve.
  • the Roots pump then pumps into the evacuated buffer volume, further reducing the power consumption of the Roots pump.
  • the pressure relief valve at the outlet of the Roots pump ensures that no overpressure builds up in the outlet area of the Roots pump, even when the volume is pumped out.
  • Fig. 1 shows a first embodiment
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the invention
  • Fig. 5 shows a detail of another embodiment.
  • the vacuum leak detection system 10 has a test port 12, which is connected to a Roots pump 16 via a vacuum line 14.
  • the Roots pump 16 evacuates test port 12 via vacuum line 14.
  • a test specimen can be directly connected to test port 12, so that the connected test specimen is evacuated.
  • gas from the atmosphere surrounding the test specimen flows into the test specimen as leakage gas and is evacuated by the Roots pump 16.
  • a test chamber can be connected to test port 12, which accommodates the test specimen to be tested. In the event of a leak in the test specimen, gas from the interior of the test specimen then passes through the leak into the test chamber and is evacuated via test port 12 by the Roots pump 16.
  • the gas evacuated from the test port 12 is fed to a gas detector 18, which is vacuum-connected to the Roots pump 16 and the test port 12.
  • the gas detector 18 is designed for gas analysis in order to detect a leakage gas and/or a test gas.
  • a diaphragm pump 20 is connected to the outlet of the Roots pump 16, the outlet of which is open to the atmosphere.
  • a pressure relief valve 22 is provided at the inlet of the diaphragm pump 20.
  • the pressure relief valve 22 connects the inlet of the diaphragm pump 20 to the atmosphere.
  • the diaphragm pump 20 conveys gas from the outlet area of the Roots pump to the outside environment, thereby reducing the pressure at the outlet of the Roots pump 16. As a result, the Roots pump 16 has lower energy consumption during operation than without the diaphragm pump 20.
  • the embodiments according to Figures 1 and 3 are a mass spectrometric leak detector in which the gas detector 18 is a mass spectrometer and the Roots pump 16 forms the backing pump of a two-stage vacuum pumping system 38.
  • the main pumping stage of the vacuum pumping system 38 is a turbomolecular pump 40, the inlet of which is connected to the gas detector 18 and the outlet of which is connected to the Inlet of the Roots pump 16.
  • the forevacuum line 42 is provided with a valve 44, which can be closed to pre-evacuate the test connection 12, for example, after changing a test specimen, in order to evacuate the test connection 12 only through the Roots pump 16.
  • Two intermediate gas lines 46, 46a connect the vacuum line 14 and thus the test connection 12 with respective intermediate gas inlets 48, 48a of the turbomolecular pump 40.
  • Both intermediate gas lines 46, 46a are each provided with selectively actuable intermediate gas valves 50, 50a for selectively opening or closing the respective intermediate gas line 46, 46a.
  • the vacuum line 14 has a vacuum valve 52 between the test port 12 and the Roots pump 16, downstream of the intermediate gas lines 46, 46a in the flow direction from the test port 12 to the Roots pump 16.
  • the vacuum valve 52 can be closed as soon as a sufficient vacuum pressure has been generated at the test port 12.
  • gas from the test port 12 passes through the respective intermediate gas inlet 48, 48a into the interior of the turbomolecular pump 40 and from there, if the high vacuum in the gas detector 18 is sufficiently low, flows in countercurrent through the turbomolecular pump 40 into the gas detector 18.
  • the vacuum leak detection system according to Fig. 1 forms a mass spectrometric vacuum leak detector based on the countercurrent principle.
  • the connecting line connecting the outlet of the Roots pump 16 to the inlet of the diaphragm pump 20 is connected to a selectively actuated valve 26 in the form of a 3/2-way valve, which is designed to connect the outlet of the Roots pump 16 either to the inlet of the diaphragm pump 20 or to a bypass 24 open to the atmosphere.
  • the bypass 24 serves to bypass the diaphragm pump 20, for example, to evacuate the test connection 12 exclusively with the Roots pump 16.
  • the Roots pump 16 fulfills two functions: Firstly, the Roots pump 16 generates the required pre-vacuum for the turbomolecular pump 40.
  • the Roots pump 16 can be used for pumping, i.e., pre-evacuating, the test port 12 and a test specimen or test chamber connected to the test port 12. Especially during pre-evacuating the test port 12, the power consumption of the Roots pump 16 is particularly high, and thus its energy consumption is high.
  • the diaphragm pump 20 reduces the pressure at the outlet of the Roots pump 16 and thus the energy consumption of the Roots pump 16.
  • the Roots pump 16 evacuates the test port 12 and the gas detector 18 is contained in the vacuum line 14 or analyzes the gas flowing through the vacuum line 14.
  • the vacuum line 14 is the line that connects the test port 12 to the inlet of the Roots pump 16.
  • a bypass 24 bridging the diaphragm pump 20 can also be provided as in the embodiments according to Figs. 1 and 3.
  • Fig. 3 differs from that of Fig. 1 by the additional buffer volume 60, which is connected via a first vacuum line 70 to an intermediate gas inlet 62 in the form of a conventional gas ballast of the Roots pump 16. Accordingly, the buffer volume is connected via a second gas-conducting connecting line 72 to the outlet 64 of the Roots pump 16.
  • the first gas line 70 has a first valve 66.
  • the second gas line 72 has a second valve 68.
  • the two valves 66, 68 are pressure-dependently controllable.
  • a first pressure gauge 74 in the first connecting line 70 and a second pressure gauge 76 at the outlet 64 of the Roots pump 16 can be used to control the first valve 66 depending on the measured pressure. or to open or close the second valve 68 depending on the gas pressure.
  • FIG. 5 A detail of the two embodiments according to Figs. 3 and 4 is shown in Fig. 5.
  • a corresponding buffer volume 60 is provided as in Fig. 3 and is connected in a gas-conducting manner to the intermediate gas inlet 62 and to the outlet 64 of the Roots pump 16.
  • the first valve 66 is opened and the second valve 68 is closed, so that the Roots pump 16 evacuates the buffer volume 60.
  • the first valve 66 is closed and the second valve 68 is opened.
  • the Roots pump 16 then pumps into the evacuated buffer volume 60 at reduced pressure, which can further reduce the power consumption of the Roots pump 16.
  • a pressure relief valve 22 at the outlet 64 of the Roots pump 16 prevents overpressure in the outlet area of the Roots pump 16.

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Abstract

Ein Vakuumlecksuchsystem (10) mit einem Prüfanschluss (12) zum Anschließen eines zu testenden Prüflings oder einer den Prüfling aufnehmenden Prüfkammer, einer mit dem Prüfanschluss (12) vakuumtechnisch verbundenen Wälzkolbenpumpe (16) zum Transportieren eines Gasstroms durch den Prüfanschluss (12) und die Wälzkolbenpumpe (16) und mit einem mit dem Prüfanschluss (12) verbundenen Gasdetektor (18) zum Detektieren eines Prüfgases in dem transportierten Gasstrom, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkolbenpumpe (16) einen Auslass aufweist, der mit dem Einlass einer Membranpumpe (20) verbunden ist.

Description

Vakuumlecksuchsvstem mit Wälzkolbenpumpe zum Evakuieren eines Prüfanschlusses
Die Erfindung betrifft ein Vakuumlecksuchsystem zur Detekticn eines Gaslecks in einem Prüfling.
Ein Vakuumlecksuchsystem weist einen vcn einer Vakuumpumpe evakuierbaren Prüfanschluss auf, an den der Prüfling cder eine den Prüfling aufnehmende Prüfkammer angeschlcssen werden kann, um den Prüfling cder die den Prüfling enthaltende Prüfkammer zu evakuieren. Dabei ist ein Gasdetektor zur Analyse des evakuierten Gasstroms vorgesehen, um ein mögliches Leckagegas zu detektieren. Die Vakuumpumpe ist eine Wälzkolbenpumpe. Wälzkolbenpumpen haben insbesondere beim Evakuieren gegen Atmosphärendruck eine hohe Leistungsaufnahme, z. B. beim Vorevakuieren ("Anpumpen") des Prüflings oder der Prüfkammer. Der Energieverbrauch einer Wälzkolbenpumpe ist dann besonders groß. Insbesondere finden Wälzkolbenpumpen als Vorvakuumpumpen eines mehrstufigen Hochvakuumpumpsystems Anwendung. Die Wälzkolbenpumpe evakuiert dann den Auslass einer Turbomolekularpumpe. Der Auslass der Turbomolekularpumpe und der Einlass der Wälzkolbenpumpe können dabei mit dem Prüfanschluss verbunden sein, wobei die Wälzkolbenpumpe einerseits zum Bereitstellen des Vorvakuums für die Turbomolekularpumpe und andererseits zum Evakuieren des Prüflings dient.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Vakuumlecksuchsystem mit einer Wälzkolbenpumpe zum Evakuieren eines Prüfanschlusses zu schaffen.
Das erfindungsgemäße Vakuumlecksuchsystem weist einen Prüfanschluss auf, der vakuumtechnisch mit einer Wälzkolbenpumpe verbunden ist, um den Prüfanschluss und einen an den Prüfanschluss angeschlossenen Prüfling oder eine an den Prüfanschluss angeschlossene Prüfkammer zu evakuieren. Der aus dem Prüfanschluss angesogene Gasstrom wird von dem Prüfanschluss durch die Wälzkolbenpumpe transportiert, deren Auslass zur Atmosphäre hin offen sein kann. Ein Gasdetektor ist vorgesehen und dazu ausgebildet, Gas aus dem transportierten Gasstrom zu analysieren und ein mögliches Leckagegas oder ein Prüfgas zu detektieren. Wälzkolbenpumpen weisen insbesondere beim Evakuieren gegenüber Atmosphärendruck, z.B. beim Anpumpen des Prüflings, eine hohe Leistungsaufnahme auf und verbrauchen damit vergleichsweise viel Energie.
Die Erfindung besteht darin, an den Auslass der Wälzkolbenpumpe eine Membranpumpe anzuschließen, die den Druck am Auslass der Wälzkolbenpumpe reduziert. Dadurch werden die Leistungsaufnahme und der Energieverbrauch der Wälzkolbenpumpe deutlich reduziert, insbesondere beim Evakuieren gegenüber Atmosphärendruck, d. h. wenn der Auslass der Membranpumpe zur Atmosphäre hin offen ist. Der Energiebedarf der erfindungsgemäß zusätzlich vorgesehenen Membranpumpe ist dabei geringer als die bei der Wälzkolbenpumpe durch den Betrieb mit der Membranpumpe eingesparte Energie.
Die Wälzkolbenpumpe kann Teil eines mehrstufigen turbomolekularen Vakuumpumpsystems sein, wobei die Wälzkolbenpumpe die Vorvakuumpumpe des turbomolekularen Vakuumpumpsystems bildet. Der Einlass der Wälzkolbenpumpe ist dabei an den Auslass einer Turbomolekularpumpe angeschlossen, deren Einlass mit dem Gasdetektor verbunden ist.
Bei dem Gasdetektor kann es sich dann um ein Massenspektrometer handeln, so dass es sich bei dem Vakuumlecksuchsystem um ein massenspektrometrisches Vakuumlecksuchsystem handeln kann. Dabei kann dem Massenspektrometer das Gas aus dem Prüfanschluss nach dem Gegenstromprinzip im Gegenstrom durch die Turbomolekularpumpe hindurch zugeführt werden. Hierzu kann der Prüfanschluss über eine Zwischengasleitung mit mindestens einem Zwischengaseinlass der Turbomolekularpumpe verbunden sein. Die Zwischengasleitung kann von einer Vakuumleitung abzweigen, die den Prüfanschluss mit dem Einlass der Wälzkolbenpumpe verbindet. Der Einlass der Wälzkolbenpumpe ist dabei durch eine weitere Leitung mit dem Auslass der Turbomolekularpumpe verbunden, die als Vorvakuumleitung bezeichnet werden kann.
Die Membranpumpe kann einen zur Atmosphäre hin offenen Auslass aufweisen. Der Einlass der Membranpumpe kann mit einem die Membranpumpe überbrückenden Bypass versehen sein, der ebenfalls zur Atmosphäre hin offen ist. Ein selektiv schaltbares Ventil kann vorgesehen sein, um den Prüfanschluss wahlweise entweder mit dem Einlass der Membranpumpe oder mit dem Bypass zu verbinden. Das selektiv schaltbare Ventil kann z. B. ein 3/2-Wegeventil sein, das mit dem Einlass der Membranpumpe und/oder mit dem Auslass der Wälzkolbenpumpe verbunden ist. Die Membranpumpe und/oder die Wälzkolbenpumpe können mit einem Überdruckventil versehen sein, um den Druck am Auslass der Wälzkolbenpumpe und/oder am Auslass der Membranpumpe und dadurch den Energieverbrauch der Wälzkolbenpumpe und/oder der Membranpumpe zu reduzieren.
Die Erfindung bietet den Vorteil, den Druck am Auslass der Wälzkolbenpumpe zu reduzieren, z. B auf ungefähr 100 mbar, wodurch die Wälzkolbenpumpe bei gleicher Drehzahl und gleicher Pumpleistung deutlich weniger Leistung verbraucht, z. B. nur noch etwa die Hälfte der Leistung als im Fall ohne die Membranpumpe. Durch den geringeren Druck am Auslass der Wälzkolbenpumpe kann zudem die Drehzahl der Wälzkolbenpumpe gegenüber dem Fall ohne Membranpumpe reduziert werden, wodurch sich die Leistungsaufnahme der Wälzkolbenpumpe weiter reduzieren lässt, z. B. auf bis zu einem Drittel der Leistung im Fall ohne Membranpumpe. Der Energieverbrauch der Membranpumpe ist beim Betrieb am Auslass der Wälzkolbenpumpe um ein Vielfaches geringer als der eingesparte Energieverbrauch der Wälzkolbenpumpe, also der Energieverbrauch, der gegenüber dem Betrieb ohne Membranpumpe eingespart wird.
Die obigen Vorteile können noch weiter verstärkt werden, indem ein Zwischengaseinlass, zum Beispiel ein herkömmlicher Gasballast, der Wälzkolbenpumpe und der Auslass der Wälzkolbenpumpe mit einem Puffervolumen verbunden sind. Die den Zwischengasleinlass mit dem Puffervolumen verbindende erste Verbindungsleitung kann ein selektiv betätigbares erstes Ventil aufweisen. Die dem Auslass der Wälzkolbenpumpe mit dem Puffervolumen verbindende zweite Vakuumleitung kann ein selektiv betätigbares zweites Ventil aufweisen. Dabei ist der Auslass der Wälzkolbenpumpe vorteilhafterweise zudem mit einem Überdruckventil versehen.
Das Puffervolumen kann über den Zwischengaseinlass oder alternativ auch über den Haupteinlass der Wälzkolbenpumpe evakuiert werden, zum Beispiel durch Öffnen des ersten Ventils und Schließen des zweiten Ventils. Das Öffnen und Schließen der ersten und zweiten Ventile kann vorteilhafterweise druckabhängig erfolgen. Hierzu können die erste Verbindungsleitung beziehungsweise der Zwischengasleinlass mit einem ersten Druckmesser und der Auslass der Wälzkolbenpumpe mit einem zweiten Druckmesser verbunden sein. Das erste Ventil kann dann in Abhängigkeit des von dem ersten Druckmessers gemessenen Druck gesteuert werden, während das zweite Ventil in Abhängigkeit von dem mit dem zweiten Druckmesser gemessenen Drucks gesteuert werden kann.
Das derart evakuierte Puffervolumen kann anschließend mit dem Auslass der Wälzkolbenpumpe verbunden werden, zum Beispiel durch druckabhängiges Schließen des ersten Ventils und entsprechend druckabhängiges Öffnen des zweiten Ventils. Die Wälzkolbenpumpe fördert dann in das evakuierte Puffervolumen, wodurch der Stromverbrauch der Wälzkolbenpumpe weiter reduziert wird. Durch das Überdruckventil am Auslass der Wälzkolbenpumpe entsteht auch beim Abpumpen des Volumens kein Überdruck im Auslassbereich der Wälzkolbenpumpe.
Im Folgenden werden anhand der Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Darstellung gemäß Figur 1,
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Darstellung gemäß Figur 2
Fig. 5 ein Detail eines weiteren Ausführungsbeispiels.
Bei den Ausführungsbeispielen weist das Vakuumlecksuchsystem 10 einen Prüfanschluss 12 auf, der durch eine Vakuumleitung 14 mit einer Wälzkolbenpumpe 16 vakuumtechnisch verbunden ist. Die Wälzkolbenpumpe 16 evakuiert den Prüfanschluss 12 über die Vakuumleitung 14. An den Prüfanschluss 12 kann ein Prüfling direkt angeschlossen sein, so dass der angeschlossene Prüfling evakuiert wird. Im Falle eines Lecks im Prüfling strömt Gas aus der den Prüfling umgebenden Atmosphäre als Leckagegas in den Prüfling nach und wird von der Wälzkolbenpumpe 16 evakuiert. Alternativ kann an den Prüfanschluss 12 eine Prüfkammer angeschlossen sein, die den zu testenden Prüfling aufnimmt. Im Falle eines Lecks im Prüfling gelangt dann Gas aus dem Inneren des Prüflings durch das Leck in die Prüfkammer und wird über den Prüfanschluss 12 von der Wälzkolbenpumpe 16 evakuiert.
Bei den Ausführungsbeispielen wird zumindest ein Teil des aus dem Prüfanschluss 12 evakuierten Gases einem Gasdetektor 18 zugeführt, der mit der Wälzkolbenpumpe 16 und dem Prüfanschluss 12 vakuumtechnisch verbunden ist. Der Gasdetektor 18 ist bei beiden Ausführungsbeispielen zur Gasanalyse ausgebildet, um ein Leckagegas und/oder ein Prüfgas detektieren zu können.
Bei den Ausführungsbeispielen ist an den Auslass der Wälzkolbenpumpe 16 eine Membranpumpe 20 angeschlossen, deren Auslass zur Atmosphäre hin offen ist. Ein Überdruckventil 22 ist dabei am Einlass der Membranpumpe 20 vorgesehen. Das Überdruckventil 22 verbindet den Einlass der Membranpumpe 20 mit der Atmosphäre. Die Membranpumpe 20 fördert Gas aus dem Auslassbereich der Wälzkolbenpumpe in die äußere Umgebung zur Atmosphäre und reduziert dabei den Druck am Auslass der Wälzkolbenpumpe 16. Dadurch weist die Wälzkolbenpumpe 16 im Betrieb einen geringeren Energieverbrauch auf als ohne Membranpumpe 20.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fign. 1 und 3 handelt es sich um einen massenspektrometrischen Lecksucher, bei dem der Gasdetektor 18 ein Massenspektrometer ist und die Wälzkolbenpumpe 16 die Vorvakuumpumpe eines zweistufigen Vakuumpumpsystems 38 bildet. Die Hauptpumpstufe des Vakuumpumpsystems 38 ist eine Turbomolekularpumpe 40, deren Einlass mit dem Gasdetektor 18 und deren Auslass durch eine Vorvakuumleitung 42 mit dem Einlass der Wälzkolbenpumpe 16 verbunden ist. Die Vorvakuumleitung 42 ist mit einem Ventil 44 versehen, das zum Vorevakuieren des Prüfanschlusses 12, zum Beispiel nach Wechsel eines Prüflings, geschlossen werden kann, um den Prüfanschluss 12 nur durch die Wälzkolbenpumpe 16 zu evakuieren.
Zwei Zwischengasleitungen 46, 46a verbinden die Vakuumleitung 14 und damit den Prüfanschluss 12 mit jeweiligen Zwischengaseinlässen 48, 48a der Turbomolekularpumpe 40. Beide Zwischengasleitungen 46, 46a sind jeweils mit selektiv betätigbaren Zwischengasventilen 50, 50a zum wahlweisen Öffnen oder Schließen der jeweiligen Zwischengasleitung 46, 46a versehen.
Die Vakuumleitung 14 weist zwischen dem Prüfanschluss 12 und der Wälzkolbenpumpe 16 stromabwärts der Zwischengasleitungen 46, 46a in Strömungsrichtung von dem Prüfanschluss 12 zu der Wälzkolbenpumpe 16 ein Vakuumventil 52 auf. Das Vakuumventil 52 kann geschlossen werden, sobald ein ausreichender Vakuumdruck am Prüfanschluss 12 erzeugt wurde, wobei bei geöffneten Zwischengasventilen 50, 50a Gas aus dem Prüfanschluss 12 durch den jeweiligen Zwischengaseinlass 48, 48a in das Innere der Turbomolekularpumpe 40 gelangt und von dort bei ausreichend geringem Hochvakuum im Gasdetektor 18 im Gegenstrom durch die Turbomolekularpumpe 40 in den Gasdetektor 18 strömt. In dem Fall bildet das Vakuumlecksuchsystem gemäß Fig. 1 einen massenspektrometrischen Vakuumlecksucher nach dem Gegenstromprinzip.
Die den Auslass der Wälzkolbenpumpe 16 mit dem Einlass der Membranpumpe 20 verbindende Verbindungsleitung ist mit einem selektiv betätigbaren Ventil 26 in Form eines 3/2-Wegeventils verbunden, das dazu ausgebildet ist, den Auslass der Wälzkolbenpumpe 16 wahlweise mit dem Einlass der Membranpumpe 20 oder mit einem zur Atmosphäre hin offenen Bypass 24 zu verbinden. Der Bypass 24 dient dabei zur Überbrückung der Membranpumpe 20, um beispielsweise den Prüfanschluss 12 ausschließlich mit der Wälzkolbenpumpe 16 zu evakuieren. Die Wälzkolbenpumpe 16 erfüllt bei den Ausführungsbeispielen nach den Fign. 1 und 3 zwei Funktionen: Zum einen generiert die Wälzkolbenpumpe 16 das erforderliche Vorvakuum für die Turbomolekularpumpe 40. Zum anderen kann die Wälzkolbenpumpe 16 zum Anpumpen, d. h. Vorevakuieren des Prüfanschlusses 12 und eines an den Prüfanschluss 12 angeschlossenen Prüflings oder einer Prüfkammer dienen. Gerade beim Vorevakuieren des Prüfanschlusses 12 ist die Leistungsaufnahme der Wälzkolbenpumpe 16 besonders hoch und dadurch deren Energieverbrauch groß. Die Membranpumpe 20 reduziert den Druck am Auslass der Wälzkolbenpumpe 16 und damit den Energieverbrauch der Wälzkolbenpumpe 16.
Entsprechendes gilt für die Ausführungsbeispiele nach den Fign. 2 und 4, bei denen die Wälzkolbenpumpe 16 den Prüfanschluss 12 evakuiert und der Gasdetektor 18 in der Vakuumleitung 14 enthalten ist oder das Gas, das durch die Vakuumleitung 14 strömt, analysiert. Die Vakuumleitung 14 ist diejenige Leitung, die den Prüfanschluss 12 mit dem Einlass der Wälzkolbenpumpe 16 verbindet.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fign. 2 und 4 kann ebenfalls ein die Membranpumpe 20 überbrückender Bypass 24 wie bei den Ausführungsbeispielen nach den Fign. 1 und 3 vorgesehen sein.
Das Ausführungsbeispiel von Fig. 3 unterscheidet sich von demjenigen nach Figur 1 durch das zusätzliche Puffervolumen 60, welches über eine erste Vakuumleitung 70 mit einem Zwischengaseinlass 62 in Form eines herkömmlichen Gasballasts der Wälzkolbenpumpe 16 gasleitend verbunden ist. Entsprechend ist das Puffervolumen über eine zweite gasleitende Verbindungsleitung 72 mit dem Auslass 64 der Wälzkolbenpumpe 16 gasleitend verbunden. Die erste Gasleitung 70 weist ein erstes Ventil 66 auf. Die zweite Gasleitung 72 weist ein zweites Ventil 68 auf. Die beiden Ventile 66, 68 sind druckabhängig steuerbar. Hierzu können ein erster Druckmesser 74 in der ersten Verbindungsleitung 70 und ein zweiter Druckmesser 76 am Auslass 64 der Wälzkolbenpumpe 16 verwendet werden, um in Abhängigkeit von dem gemessenen Drücken das erste Ventil 66 beziehungsweise das zweite Ventil 68 gasdruckabhängig zu öffnen oder zu schließen.
Ein Detail der beiden Ausführungsbeispiele gemäß den Fign. 3 und 4 ist in Fig. 5 dargestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4 ist ein entsprechendes Puffervolumen 60 wie in Fig. 3 vorgesehen und gasleitend mit dem Zwischengaseinlass 62 und mit dem Auslass 64 der Wälzkolbenpumpe 16 verbunden.
Zum Evakuieren des Puffervolumens 60 wird das erste Ventil 66 geöffnet und das zweite Ventil 68 geschlossen, sodass die Wälzkolbenpumpe 16 das Puffervolumen 60 evakuiert. Nach Evakuieren des Puffervolumens 60 auf einen ausreichend geringen Druck wird das erste Ventil 66 geschlossen und das zweite Ventil 68 geöffnet. Die Wälzkolbenpumpe 16 fördert dann in das evakuierte Puffervolumen 60 mit reduziertem Druck, wodurch die Leistungsaufnahme der Wälzkolbenpumpe 16 weiter reduziert werden kann. Ein Überdruckventil 22 am Auslass 64 der Wälzkolbenpumpe 16 vermeidet einen Überdruck im Auslassbereich der Wälzkolbenpumpe 16.

Claims

Ansprüche
1. Vakuumlecksuchsystem (10) mit einem Prüfanschluss (12) zum Anschließen eines zu testenden Prüflings oder einer den Prüfling aufnehmenden Prüfkammer, einer mit dem Prüfanschluss (12) vakuumtechnisch verbundenen Wälzkolbenpumpe (16) zum Transportieren eines Gasstroms durch den Prüfanschluss (12) und die Wälzkolbenpumpe (16) und mit einem mit dem Prüfanschluss (12) verbundenen Gasdetektor (18) zum Detektieren eines Prüfgases in dem transportierten Gasstrom, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Wälzkolbenpumpe (16) einen Auslass aufweist, der mit dem Einlass einer Membranpumpe (20) verbunden ist.
2. Vakuumlecksuchsystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranpumpe (20) einen zur Atmosphäre hin offenen Auslass aufweist.
3. Vakuumlecksuchsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass der Membranpumpe (20) und/oder der Auslass der Wälzkolbenpumpe (16) mit einem die Membranpumpe (20) überbrückenden Bypass (24) versehen ist, der zur Atmosphäre hin offen ist.
4. Vakuumlecksuchsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass der Wälzkolbenpumpe (16) über ein selektiv schaltbares Ventil (26) wahlweise mit dem Einlass der Membranpumpe (20) oder mit dem Bypass (24) verbindbar ist.
5. Vakuumlecksuchsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranpumpe (20) und/oder die Wälzkolbenpumpe (16) mit einem Überdruckventil (22) verbunden ist.
6. Vakuumlecksuchsystem (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Überdruckventil (22) mit dem Auslass der Wälzkolbenpumpe (16) und mit dem Einlass der Membranpumpe (20) verbunden ist.
7. Vakuumlecksuchsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkolbenpumpe (16) die Vorvakuumpumpe eines turbomolekularen Vakuumpumpsystems (38) bildet, das eine Turbomolekularpumpe (40) aufweist, die einen mit dem Gasdetektor (18) verbundenen Einlass und einen mit dem Einlass der Wälzkolbenpumpe (16) verbundenen Auslass aufweist.
8. Vakuumlecksuchsystem (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfanschluss (12) über eine Vakuumleitung (14) mit dem Einlass der Wälzkolbenpumpe (16) verbunden ist und die Turbomolekularpumpe (40) mindestens einen Zwischengaseinlass (48) aufweist, der über eine Zwischengasleitung (46) mit der Vakuumleitung (14) verbunden ist.
9. Valuumlecksuchsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (64) der Wälzkolbenpumpe (16) und ein Zwischengaseinlass (62) der Wälzkolbenpumpe (16) mit einem Puffervolumen (60) derart verbunden ist, dass das Puffervolumen (60) wahlweise mit dem Zwischengaseinlass (62) zum Evakuieren des Puffervolumens (60) oder mit dem Auslass (64) der Wälzkolbenpumpe (16) verbindbar ist, damit die Wälzkolbenpumpe (16) in das zuvor evakuierte Puffervolumen (60) fördert.
10. Vakuumlecksuchsystem (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (64) mit einem Überdruckventil (22) verbunden ist.
11. Vakuumlecksuchsystem (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine das Puffervolumen (60) mit dem Zwischengaseinlass (62) verbindende Vakuumleitung (70) ein selektiv betätigbares erstes Ventil (66) aufweist.
12. Vakuumlecksuchsystem (10) nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, dass eine das Puffervolumen (60) mit dem Auslass (64) verbindende zweite Verbindungsleitung ein selektiv betätigbares zweites Ventil (68) aufweist.
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