DE3124205A1

DE3124205A1 - Lecksuchanordnung

Info

Publication number: DE3124205A1
Application number: DE19813124205
Authority: DE
Inventors: Hermann 9496 Balzers Mennenga
Original assignee: Balzers AG
Current assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Priority date: 1981-06-19
Filing date: 1981-06-19
Publication date: 1982-12-30
Also published as: DE3124205C2

Description

Lecks uchanordnung
Die Erfindung betrifft eine Lecksuchanordnung zur Auffindung von Lecks an Vakuumgefässen mit Hilfe eines durch Leckstellen in das Gefäss von aussen eindringenden Prüfgases, mit einer Turbovakuumpumpe an deren Eingangsseite ein Detektor für das Prüfgas und an deren Ausgangsseite eine Vorpumpe angeschlossen ist, und wobei eine Zuleitung zur Zuführung von aus dem zu prüfenden Gefäss abgesaugtem Prüfgas zur Turbovakuumpumpe vorgesehen ist.
Aehnliche Anordnungen sind bekannt, z.B. aus DP 16 48 648 und Schweizer Patent 519 137..Sie arbeiten nach dem sogenannten Gegenstromprinzip: Das in das zu prüfende Gefäss eingedrungene Prüfgas gelangt über die Zuleitung an die Ausgangsseite einer Turbovakuumpumpe und entgegen deren Förderrichtung zu dem an deren Eingangsseite angeschlossenen Detektor, und wird durch diesen nachgewiesen. Eine Anordnung, welche anstelle einer Turbovakuumpumpe eine Diffusionspumpe als Gegenstrompumpe verwendet, ist aus USP 36 90 151 bekannt.
Voraussetzung für die erfolgreiche Anwendung des Gegenstromprinzips ist, dass eine Gegenstrompumpe zur Verfügung steht, die für das Prüfgas einen stabilen Kompressionsfaktor einzustellen gestatten, der kleiner ist als der Kompressionsfaktor für andere aus dem Prüfling abgepumpte und den Nachweis des Prüfgases durch den Detektor störende Gase. Der Kompressionsfaktor für das Prüfgas ist dabei so klein zu wählen, dass dieses entgegen der Pumprichtung zum Detektor vordringen und in diesem einen messbarei Partialdruck aufbauen kann. Der Kompressionsfaktor für die übrigen Gase sollte dagegen möglichst hoch sein, damit ihr Beitrag zum Störuntergrund klein bleibt. Turbovakuumpumpen sind wegen ihres vom Molekulargewicht der gepumpten Gassorte abhängigen Kompressionsfaktor als Gegenstrompumpen besonders geeignet.
Ein Nachteil des Gegenstromprinzips in bekannten Anordnungen war jedoch der damit mit der Notwendigkeit einer besonderen Gegenstrompumpe verbundene, verhältnismässig hohe Aufwand, weshalb sich die Anwendung dieses Prinzips bisher in vielen Fällen aus wirtschaftlichen Gründen verbot.
Schwerwiegender noch ist aber der weitere Nachteil, dass nach jedem stärkeren Anstieg (peak) des Prüfgaspartialdrucks im Detektor eine relativ lange Erholungszeit erforderlich war, bis die volle Nachweisempfindlichkeit für nachfolgende schwächere Prüfgassignale wieder erreicht werden konnte. Diese Beschränkung ergab sich meistens daraus, dass für das Absaugen des Prüfgases aus dem Detektor und/oder dem Rezipienten im wesentlichen nur das Saugvermögen der Vorpumpe ausschlaggebend war.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, eine Lecksuchanordnung der eingangs genannten Art zur Lecksuche mittels einer Turbovakuumppumpe anzugeben, wobei die Anordnung mit geringerem Aufwand als bisher aufgebaut werden kann, indem eine einzige Turbovakuumpumpe mit Vorpumpe zu ihrem Betrieb erforderlich ist, nicht wie bisher eine Turbovakuumpumpe und zusåtzlich noch eine weitere Hochvakuumpumpe mit Vorpumpe.
Dies Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 definierte Anordnung gelöst.
Zwar war bei der Anordnung nach der Erfindung, da hiebei nur ein Teil der Turbovakuumpumpe als Gegenstrompumpe benutzt wird, zu befürchten, dass das Druckverhältnis von Prüfgasdruck zum Totaldruck im Detektor um Grössenordnungen grösser und infolgedessen der durch den Totaldruck und besonders durch Druckschwankungen im Prüfling bewirkte Störuntergrund viel stärker sein würde als bei bekannten Anordnungen. Ueberraschenderweise hat sich aber gezeigt, dass diese theoretisch zu.erwartende Einbusse an Nachweisempfindlichkeit nicht eintritt. Vermutlich ist dies darauf zurückzuführen, dass im bekannten Falle bei vorübergehend hohem Prüfgaspeak eine Gasaufnahme im Oelvorrat der ausstosseitigen Lagerung der Turbovakuumpumpe und demjenigen der Vorpumpe eintritt, und das aufgenommene Gas nachfolgend nur langsam wieder abgegeben wird. Dessen Partialdruckanteil wird jedoch bei der Anordnung nach der Erfindung durch die Zwischenschaltung der nicht als Gegenstrompumpe benutzten Pumpstufen der Turbovakuumpumpe unterdrückt bzw. unschädlich gemacht. Die erfindungsgemässe Lösung hat deshalb im wesentlichen die zwei folgenden.Vorteile: 1. Die Zeitkonstante bis zum Wiederereichen der vollen Empfindlichkeit nach einem Prüfgaspeak wird im Verhältnis der Saugvermögen der der Evakuierung des Prüflings dienendem restlichen Pumpstufen der Turbovakuumpumpe und der Vorpumpe kürzer; 2. Die Hochdruckseite des Pumpenabschnitts der Turbovakuumpumpe, der den Detektor evakuiert; bleibt sicher frei von Kohlenwasserstoffen mit ihrem Prüfgas-Absorbtionsvermögen, d.h. der sogenannte. Memoryeffekt der Vorpumpe bleibt ohne Wirkung, sodass mit der Erfindung die Nachweisempfindlichkeit der bekannten Anordnungen unter Umständen sogar noch übertroffen werden kann.
Nachfolgend wird anhand der anliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. In der schematischen Zeichnung bedeutet 1 die Turbovakuumpumpe als Ganzes, 2 den an deren Eingangsseite angeschlossenen Detektor (z.B. ein Quadropolmassenspektrometer) zum Nachweis des Prüfgases, und 3 die Ausgangsseite der Pumpe, an welche über den Stutzen 4, das Ventil 5 und die Leitung 6 die Vorpumpe 7 angeschlossen ist. 8 bedeutet die Zuleitung zur Zuführung des Prüfgases von dem zu prüfendem Vakuumgefäss 9, welche entsprechend der Erfindung in eine (zwischen Eingang und Ausgang liegende) Zwischenstufe der Turbovakuumpumpe einmündet.
Die Einmündung erfolgt am zweckmässigsten an einer solchen Stelle, an der das Kompressionsverhältnis gegenüber der Eingangsseite der Pumpe für die störenden Gase (Luft) einem Wert entspricht, der gerade genügt, um im Detektor ein optimales Betriebsvakuum aufrechtzuerhalten, z.B. bei Verwendung eines Massenspektrometers als Detektor ein Vakuum in der Grössenordnung von 10 5 Millibar. Durch diese Bedingung wird dann gleichzeitig der Minimalwert des Kompressionsverhältnisses für die störenden Gase im konkreten Falle festgelegt. Es ist ferner vorteilhaft, die Einmündungsstelle 10 der Verbindungsleitung als einen Ringkanal im Pumpengehäuse auszubilden, der die betreffende Stufe der Pumpe umgibt, um das Saugvermögen dieser Stufe optimal auszunützen.
Die Zeichnung zeigt noch ein Ventil 11, das vorteilhaft sein kann, um die 8 Leitung abzusperren, beispielsweise zu dem Zweck, den Prüfling 9 wechseln zu können, ohne jedesmal die ganze Pumpe belüften zu müssen. Aus der Zeichnung ist auch eine Leitung 12 mit Ventil 13 ersichtlich, die eine absperrbare direkte Verbindung zwischen dem Prüfling und der Vorvakuumpumpe herzustellen gestattet. Damit wird eine schnellere. (weil direkte),Vorevakuierung des Prüfgefässes durch die Vorpumpe 7 zur Herstellung der Betriebsbereitschaft ermöglicht.
Unter einer Turbovakuumpumpe im Sinne dieser Beschreibung ist ei-ne Vakuumpumpe zu verstehen, bei der dem zu fördernden Gas ein Bewegungsimpuls in Förderrichtung durch schnell rotierende Bauteile, wie Schaufeln oder rotierende Scheiben, übertragen wird. Im Sinne dieser Beschreibung umfasst der genannte Begriff also sowohl solche Turbovakuumpumpen, die im viskosen Strömungsbereich arbeiten als ob solche, die Gase bei niedrigeren Drücken im Bereich der molekularen-Strömung fördern. (Bei letzteren erfolgt eine Impulsübertragung durch das bewegte Bauteil auf jedes einzelne geförderte Gasmolekül und diese Pumpen werden dann vielfach auch als Turbomolekularpumpen bezeichnet.) Unter Pumpstufen sind die einzelnen Schaufelkränze oder Scheiben einer Turbovakuumpumpe zu verstehen, die, wenn sie rotieren, das Gas in Pumprichtung fördern und dabei um einen bestimmten Faktor komprimieren. Dabei kann es zweckmässig sein, die einzelnen Pumpstufen mit unterschiedlichem Kompressionsvermögen auszubilden, nämlich diejenigen Pumpstufen, die als Gegenstrompumpe wirken, mit geringerem Kompressionsvermögen, dagegen die restlichen mit höherem Kompressionsvermögen, um eine bessere Absperrung gegenüber der Vorpumpe zu erzielen; die beiden verschiedenen Scheibensätze werden dann auf gemeinsamer Welle in einem gemeinsamen Pumpengehäuse untergebracht. Eine derartige Turbovakummpumpe ist für die Durchführung der Erfindung besonders geeignet.
Leerseite

Claims

P A T E N T A N S P R UE C H E e0 Lecksuchanordnung zur Auffindung von Lecks an Vakuumgefässen mit Hilfe eines durch Leckstellen in das Gefäss von aussen eindringenden Prüfgases, mit einer Turbovakuumpumpe, an deren Eingang ein Detektor für das Prüfgas und an deren Ausgang eine Vorpumpe angeschlossen ist, und wobei eine Zuleitung zur Zuführung von aus dem zu prüfendem Gefäss abgepumptem Prüfgas zur Turbovakuumpumpe vorgesehen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Zuleitung in eine Zwischenstufe der Turbovakuumpumpe-mündet.
2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z-e i c hn e t, dass das Gehäuse der Turbovakuumpumpe an der Einmündungsstelle der Verbindungsleitung einen Ringkanal aufweist, der die Zwischenstufe umgibt.
3. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c hnet, dass eine Turbovakuumpumpe verwendet wird, bei der in einem gemeinsamen Gehäuse auf gemeinsamer Welle zwei Scheibensätze mit unterschiedlichem Kompressionsvermögen untergebracht sind, und die Zuleitung des Prüfgases in den Raum zwischen den beiden Scheibensätzen mündet.