DE3124205C2

DE3124205C2 -

Info

Publication number: DE3124205C2
Application number: DE19813124205
Authority: DE
Inventors: Hermann Balzers Li Mennenga
Original assignee: Balzers Hochvakuum 6200 Wiesbaden De GmbH
Current assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Priority date: 1981-06-19
Filing date: 1981-06-19
Publication date: 1989-12-21
Also published as: DE3124205A1

Description

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 Turbovakuumpum pe vorgesehen ist.

Ähnliche Anordnungen sind bekannt, z. B. aus DP 16 48 648 und Schweizer Patent 5 19 137. Sie arbeiten nach dem sogenannten Gegenstromprinzip: Das in das zu prüfende Gefäß eingedrungene Prüfgas gelangt über die Zulei tung an die Ausgangsseite einer Turbovakuumpumpe und entgegen deren För derrichtung 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 Kompressions faktor für das Prüfgas ist dabei so klein zu wählen, daß dieses entge gen der Pumprichtung zum Detektor vordringen und in diesem einen meßbaren 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 be sonders geeignet.

Ein Nachteil des Gegenstromprinzips in bekannten Anordnungen war jedoch der damit mit der Notwendigkeit einer besonderen Gegenstrompumpe ver bundene, 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 stär keren Anstieg (peak) des Prüfgaspartialdrucks im Detektor eine relativ lange Erholungszeit erforderlich war, bis die volle Nachweisempfindlich keit für nachfolgende schwächere Prüfgassignale wieder erreicht werden konnte. Diese Beschränkung ergab sich meistens daraus, daß für das Ab saugen des Prüfgases aus dem Detektor und/oder dem Rezipienten im wesent lichen 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 Turbovakuumpumpe anzugeben, wobei die Anordnung mit geringerem Aufwand als bisher auf gebaut werden kann, indem eine einzige Turbovakuumpumpe mit Vorpumpe zu ihrem Betrieb erforderlich ist, nicht wie bisher eine Turbovakuum pumpe und zusätzlich noch eine weitere Hochvakuumpumpe mit Vorpumpe.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 definierte Anordnung gelöst.

Zwar war bei der Anordnung nach der Erfindung, da hierbei 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. Überraschender weise hat sich aber gezeigt, daß diese theoretisch zu erwartende Einbuße an Nachweisempfindlichkeit nicht eintritt. Vermutlich ist dies darauf zu rückzuführen, daß im bekannten Falle bei vorübergehend hohem Prüfgaspeak eine Gasaufnahme im Ölvorrat der ausstoßseitigen Lagerung der Turbova kuumpumpe und demjenigen der Vorpumpe eintritt, und das aufgenommene Gas nachfolgend nur langsam wieder abgegeben wird. Dessen Partialdruck anteil wird jedoch bei der Anordnung nach der Erfindung durch die Zwischen schaltung der nicht als Gegenstrompumpe benutzten Pumpstufen der Turbo vakuumpumpe unterdrückt bzw. unschädlich gemacht. Die erfindungsgemäße Lösung hat deshalb im wesentlichen die zwei folgenden Vorteile:

1. Die Zeitkontante bis zum Wiedererreichen der vollen Empfindlichkeit nach einem Prüfgaspeak wird im Verhältnis der Saugvermögen der der Evakuierung des Prüflings dienenden restlichen Pumpstufen der Turbo vakuumpumpe und der Vorpumpe kürzer;
2. die Hochdruckseite des Pumpenabschnitts der Turbovakuumpumpe, der den Detektor evakuiert, bleibt sicher frei von Kohlenwasserstoffen mit ihrem Prüfgas-Absorptionsvermögen, d. h. der sogenannte Memoryeffekt der Vor pumpe bleibt ohne Wirkung, so daß mit der Erfindung die Nachweisempfind lichkeit der bekannten Anordnungen unter Umständen sogar noch übertrof fen werden kann.

Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. In der schematischen Zeichnung bedeutet 1 die Turbovakuumpumpe als Ganzes, 2 den an deren Eingangsseite angeschlossen en Detektor (z. B. ein Quadropolmassenspektrometer) zum Nachweis des Prüf gases, 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 prüfenden Vakuumge fäß 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 De tektor 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 Mi nimalwert des Kompressionsverhältnisses für die störenden Gase im kon kreten Falle festgelegt. Es ist ferner vorteilhaft, die Einmündungsstelle der Verbindungsleitung als einen Ringkanal 10 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 Leitung 8 abzusperren, beispielsweise zu dem Zweck, den Prüfling 9 wechseln zu können, ohne jedesmal die ganze Pumpe belüften zu müssen. Aus der Zeich nung ist auch eine Leitung 12 mit Ventil 13 ersichtlich, die eine absperr bare direkte Verbindung zwischen dem Prüfling und der Vorvakuumpumpe her zustellen gestattet. Damit wird eine schnellere (weil direkte), Vorevakuie rung des Prüfgefäßes durch die Vorpumpe 7 zur Herstellung der Betriebs bereitschaft ermöglicht.

Unter einer Turbovakuumpumpe im Sine dieser Beschreibung ist eine Vakuum pumpe 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 vis kosen Strömungsbereich arbeiten als auch solche, die Gase bei niedrigeren Drücken im Bereich der molekularen Strömung fördern. (Bei letzteren er folgt eine Impulsübertragung durch das bewegte Bauteil auf jedes einzel ne 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 Pump richtung fördern und dabei um einen bestimmten Faktor komprimieren. Da bei kann es zweckmäßig sein, die einzelnen Pumpstufen mit unterschied lichem Kompressionsvermögen auszubilden, nämlich diejenigen Pumpstufen, die als Gegenstrompumpe wirken, mit geringerem Kompressionsvermögen, dagegen die restlichen mit höherem Kompressionvermögen, 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 Turbovakuumpumpe ist für die Durchführung der Erfindung besonders geeignet.

Claims

1. Lecksuchanordnung zur Auffindung von Lecks an Vakuumgefäßen mit Hilfe eines durch Leckstellen in das Gefäß von außen eindringen gen Prüfgases, mit einer Turbovakuumpumpe, an deren Eingang ein Detektor für das Prüfgas und an deren Ausgang eine Vorpumpe an geschlossen ist, und wobei eine Zuleitung zur Zuführung von aus dem zu prüfenden Gefäß abgepumptem Prüfgas zur Turbovakuumpumpe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung in eine Zwischenstufe der Turbovakuumpumpe mündet.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Gehäuse der Turbovakuumpumpe an der Einmündungs stelle der Verbindungsleitung einen Ringkanal aufweist, der die Zwischenstufe umgibt.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, 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 Schei bensätzen mündet.