DE19523430A1 - Lecknachweisgerät, das eine Verbund-Turbomolekularpumpe benutzt - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Lecknachweisgerät, welches eine Verbund-Turbomolekularpumpe benutzt. Das Gerät wird benutzt, um Gaslecks von Einrichtungen nachzuweisen, für die Gasdichtheit erforderlich ist, wie bei einem Kompressor, einem Kondensor, die in einem Gefrierschrank oder dergl. benutzt werden. In der vorliegenden Erfindung wird der Begriff "Verbund-Molekularpumpe" für eine Pumpe verwendet, die aus einer Kombination einer Turbomolekularpumpe und einer Verdrängungspumpe (drag pump) (oder einer Turbomolekularpumpe oder einer Schraubenpumpe anstelle der Verdrängungspumpe) besteht.

Konventionell ist ein Gasleck eines Prüfgegenstands (oder eines Gegenstands der untersucht wird) auf die folgende Art nachgewiesen worden. Es wird der Prüfgegenstand wie ein Kompressor oder dergl. in einer Heliumgasatmosphäre plaziert oder es wird Heliumgas an ihn geblasen. Das Innere des Prüfgegenstands ist mit einem Lecknachweisgerät zur Massenanalyse (oder ein Massenspektrometer) ausgestattet, wie es in den Fig. 3 und 2 gezeigt ist. Heliumgas, das vom Leckpunkt in das Innere des Prüfgegenstands gelangt, wird dabei nachgewiesen. In dem Lecknachweisgerät, welches in Fig. 3 gezeigt ist und welches vom Typ der direkten Einführung ist, wird das He­ liumgas, welches in den Prüfgegenstand "a" geleckt ist, falls ein Leck in dem Prüfgegenstand "a" vorhanden ist, durch einen Testanschluß b durch einen Schieber (oder einen Absperrschieber) c, eine Analyseröhre d, eine Turbomolekularpumpe e, und eine Hilfsvakuumpumpe f herausströmen, so daß das Heliumgas in der Analyseröhre d nachgewiesen wird. Da an diesem Gerät die Analyseröhre d innerhalb der Ausströmleitung, durch welche das Heliumgas, welches in dem Testanschluß b eingeführt wurde, ausströmt, lokalisiert ist, kann eine hohe Nachweisempfindlichkeit erlangt werden, und die Reaktionsgeschwindigkeit mit dem Heliumgas ist hoch.

Auf der anderen Seite benutzt das in Fig. 2 gezeigte Lecknachweisgerät, welches ein Rückdiffusionstyp ist, die molekulare Bewegung (Diffusion) des Heliumgases. Das in das Innere des Prüfgegenstands "a" geleckte Heliumgas strömt von einem Testanschluß b durch ein Grobvakuumventil g und eine Hilfsvakuumpumpe f. Auf seinem Weg diffundiert das Gas teilweise zurück zu einer Analyseröhre d über eine Turbomolekularpumpe e und wird in der Analyseröhre d massenanalysiert (oder ein Massenspektrometer ist anstelle der Analyseröhre d vorgesehen). Die oben beschriebene Rückdiffusion ist ein Phänomen, welches auftritt, wenn das Kompressionsverhältnis der Turbomolekularpumpe selbst relativ klein ist zu kleinen leichten Molekülen, wie die des Heliumgases. Da in diesem Apparat eine Messung möglich ist, falls die Evakuierung bis hinunter zu einem inneren Druck des Prüfgegenstands "a" von etwa 100 Pa gemacht wird, besteht der Vorteil, daß die Zeit für die Grobevakuierung vor dem Start des Lecknachweises kurz sein kann.

In einem Gerät vom Typ der direkten Einführung, wie er in Fig. 3 gezeigt ist, wird der Druck (10^-3 Pa) innerhalb der Analyseröhre d, der für das Massenspektrometer erforderlich ist, gleich dem inneren Druck des Prüfgegenstands "a" sein. Somit braucht es viel Zeit, bevor der Druck innerhalb des Prüfgegenstands "a" einen Wert erreicht, der für die Prüfung ausreicht. Ein solches Gerät ist somit nicht geeignet für den Lecknachweis an großvolumigen Gegenständen. Auf der anderen Seite erfordert ein Gerät vom Rückdiffusionstyp, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, eine kürzere Zeit zum Starten des Lecknachweises. Es hat jedoch den Nachteil, daß gemäß den Charakteristiken des Evakuierungssystems die Nachweisempfindlichkeit und die Reaktionszeit geringer sind als die des Gerätes vom Typ der direkten Einführung. Diese konventionellen Geräte haben somit beide Vorteile und Nachteile und es wird der Erfahrung des Benutzers überlassen, zu wählen, welchen der beiden Typen - der der di­ rekten Einführung oder der der Rückdiffusion - zum Lecknachweis benutzt wird. Somit folgt, daß eine adäquate Auswahl von einem Benutzer ohne Erfahrung im Lecknachweis verschiedenster Prüfgegenstände nicht gemacht werden kann.

Wegen dieser Nachteile hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Lecknachweisgerät bereitzustellen, bei welchem der Lecknachweis des Prüfgegenstands in einer kürzeren Zeit gestartet werden kann und welches höchste Nachweisemp­ findlichkeit und Reaktionsgeschwindigkeit aufweist und welches einfacher zu bedienen ist.

Um die obere und andere Aufgaben zu lösen, enthält ein Lecknachweisgerät, welches eine Verbund-Turbomolekularpumpe benutzt, folgendes: eine Analyseröhre; eine Hilfsvakuumpumpe wie eine Rotationspumpe, die mit der Analyseröhre durch Leitungsmittel mit einer Verbund-Molekularpumpe und einem Vorventil (oder einem Hilfsventil) dazwischen verbunden ist; eine Evakuierungsleitung, die sich von einem Testanschluß erstreckt, an dem der Prüfgegenstand angeschlossen ist; wobei die Evakuierungsleitung in mehrere Zweigleitungen verzweigt ist und jede der Zweigleitungen mit einem Ort unterschiedlichen Kompressionsverhältnisses der Verbund-Turbomolekularpumpe verbunden ist; und wobei ein Absperrschieber (bzw. ein Absperrventil) in jeder der Zweigleitungen angeordnet ist.

Vorzugsweise ist für das Gerät des weiteren vorgesehen ein Unterdruckmesser, der mit der Evakuierungsleitung verbunden ist, wobei der Unterdruckmesser durch eine Steuerung mit jedem der Absperrschieber in Verbindung steht. Falls die Absperrschieber dann sequentiell geöffnet und geschlossen werden, durch ein Signal von der Steuerung entsprechend einer Veränderung im Druck, der durch den Druckmesser nachgewiesen wird, wird ein automatischer Betrieb möglich. Die oben beschriebene Aufgabe kann auch erlangt werden durch ein Lecknachweisgerät, welches eine Verbund-Turbomolekularpumpe benutzt, welche enthält: eine Analyseröhre; eine Hilfsvakuumpumpe (oder eine Hilfspumpe), die mit der Analyseröhre durch ein Leitungsmittel über eine Verbund-Turbomolekularpumpe und ein Vorventil dazwischen verbunden ist, wobei die Hilfsvakuumpumpe in ihrer Drehzahl veränderbar ist; eine Evakuierungsleitung, die sich von einem Testanschluß erstreckt, an dem der Prüfgegenstand angeschlossen ist; und einen Vakuummesser, der mit der Evakuie­ rungsleitung verbunden ist, wobei die Evakuierungsleitung sich in drei Leitungen, nämlich eine erste Zweigleitung, eine zweite Zweigleitung und eine dritte Zweigleitung verzweigt; einen Absperrschieber, welcher in jeder der Zweigleitungen angeordnet ist, wobei die erste Zweigleitung mit dem Ort eines niedrigen Kompressionsverhältnisses der Verbund-Turbomolekularpumpe verbunden ist, die dritte Zweigleitung mit dem Ort des höchsten Kompressionsverhältnisses der Verbund-Turbomolekularpumpe verbunden ist, die zweite Zweigleitung mit dem Ort eines mittleren Kompressionsverhältnisses verbunden ist, so daß nur die dritte Zweigleitung geöffnet ist, wenn ein durch den Vakuummesser nachgewiesener Druck in einem hohen Bereich liegt, daß nur die zweite Zweigleitung geöffnet ist, wenn der Druck in einem mittleren Bereich liegt und daß nur die erste Zweigleitung geöffnet ist, wenn der Druck in einem niedrigen Bereich liegt.

In einem Ausgangszustand, in welchem jedes der Ventile geschlossen ist, in welchem das Vorventil und ein Belüftungsventil geöffnet sind, und die Hilfsvakuumpumpe und die Verbund-Turbomolekularpumpe in Betrieb sind, ist der Prüfgegenstand, welcher sich in einer Heliumgasatmosphäre befindet, mit dem Testanschluß verbunden, wodurch der Lecknachweis des Prüfgegenstands gestartet wird. Das Vorventil und das Belüftungsventil werden zunächst geschlossen, woraufhin der Schieber in der Zweigleitung, welche mit dem Ort des größten Kompressionsverhältnisses der Verbund- Turbomolekularpumpe (d. h. der dritten Zweigleitung) verbunden ist, geöffnet wird.

Dadurch wird erreicht, daß die Zweigleitung und der Prüfgegenstand durch die Hilfsvakuumpumpe evakuiert werden. Wenn der Druck z. B. 1000 Pa erreicht hat, dies ist ein Druck, bei dem ein Druck von 10^-3 Pa beibehalten werden kann, bei welchem Massennachweis oder Massenspektrometrie in der Analyseröhre durchgeführt werden kann, wird das Vorventil geöffnet, um dadurch einen Gesamtlecktest auszuführen. In diesem Test wird das Gas innerhalb des Prüfgegenstands meistens von der Zweigleitung zu der Hilfsvakuumpumpe geleitet. Falls jedoch der Prüfgegenstand ein großes Leck aufweist, wodurch ein Einströmen eines großen Betrages an Heliumgas dahinein verursacht wird, werden die Heliummoleküle des Leckgases in eine Richtung entgegen der der Evakuierung der Verbund-Turbomolekularpumpe rückdiffundieren, wodurch sie in der Analyseröhre nachgewiesen werden.

Falls in dem Prüfgegenstand ein kleines oder kein Leck ist, ist auch der Anteil von Helium in dem Gas klein und, konsequenterweise, kann ein Leck nicht in diesem Gesamtlecktest bestimmt oder beurteilt werden. In diesem Fall wird die Evakuierung durch die Hilfsvakuumpumpe, zur Druckerniedrigung innerhalb der Zweigleitung innerhalb des Prüfgegenstands weitergeführt bis zu einem Druck, der um eine Größenordnung kleiner ist, z. B. bis 100 Pa. Der Schieber in der Zweigleitung, die bis zu dieser Zeit in Betrieb war (d. h. der dritten Zweigleitung), wird geschlossen und der Schieber, der mit einem Ort verbunden ist, der das nächstgrößere Kompressionsverhältnis (d. h. der zweiten Zweigleitung) verbunden ist, wird geöffnet, um einen "mittleren" Lecktest auszuführen. Da zu dieser Zeit der Prüfgegenstand und die Zweigleitung auf einem niedrigen Druck sind, ist der Anteil von Heliumgas, das hereingeleckt ist, groß geworden. Somit ist es einfach, die Heliumgasmoleküle durch die Analyseröhre durch Rückdiffusion in die Verbund-Turbomolekularpumpe nachzuweisen. Da desweiteren die Evakuierung durch Benutzung eines Teils der Verbund-Turbomolekularpumpe von hoher Evakuierungsgeschwindigkeit ausgeführt wird, kann der "mittlere" Lecktest in kurzer Zeit abgeschlossen werden.

Die Bestätigung, daß sehr wenig oder kein Leck vorhanden ist, wird in einem "feinen" Lecktest gemacht, d. h. durch Erniedrigung des Drucks innerhalb der Zweigleitung und dem Prüfgegenstand bis weiter hinunter zu einem Druck, der sich um eine weitere Größenordnung unterscheidet, d. h. bis zu 10 Pa, durch Schließen des Schiebers in der Zweigleitung, die bis zu diesem Zeitpunkt in Betrieb war (d. h. der zweiten Zweigleitung) und durch Öffnen des Schiebers in der Zweigleitung, die mit einem Ort des kleinsten Kompressionsverhältnisses der Verbund-Turbomolekularpumpe (d. h. der ersten Zweigleitung) verbunden ist. Da zu dieser Zeit der Anteil des Heliumgases weiter vermindert worden ist, kann sogar ein sehr kleines Leck gefunden werden. Somit kann beurteilt werden, falls nichts in der Analyseröhre nachgewiesen worden ist, daß der Prüfgegenstand kein Leck aufweist. Da auch zu dieser Zeit die Evakuierung durch Benutzung eines Teils der Funktion der Verbund-Turbomolekularpumpe von größerer Evakuierungsgeschwindigkeit ausgeführt wird, kann der "feine" Lecktest in kurzer Zeit ausgeführt werden.

Durch alternative Verbindung jeder der Zweigleitungen ist es möglich, ein Leck sogar dann nachzuweisen, wenn der Druck auf der Vorderseite der Verbund- Turbomolekularpumpe relativ hoch ist. Es ist im Gegensatz zu einem konventionellen Gerät nicht notwendig, den Lecknachweis auszuführen, nachdem der Druck der Vorderseite bis zu einem vorherbestimmten niedrigen Druck hinunter evakuiert wurde. Somit kann die Zeit bis zum Starten des Lecknachweises des Prüfgegenstands von großem Volumen verkürzt werden. Die Nachweisempfindlichkeit und die Reaktionsgeschwindigkeit kann durch den Betrieb der Schieber verbessert werden, wodurch ein Lecknachweis von höchster Genauigkeit ermöglicht wird. Da desweiteren die Steuerung der Schieber automatisch in Abhängigkeit mit dem Druckmesser vorgenommen werden kann, wird die Arbeitsfähigkeit verbessert und die Erfahrung im Lecknachweis für verschiedene Arten von Prüfgegenständen wird nicht mehr benötigt.

Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung, die ein Ausführungsbeispiel eines Leck­ nachweisgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine schematische Darstellung, die ein konventionelles Lecknachweisgerät vom Rückdiffusionstyp zeigt;

Fig. 3 eine schematische Darstellung, die ein konventionelles Lecknachweisgerät vom Typ der direkten Einführung zeigt;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht, die ein Ausführungsbeispiel einer Verbund-Turbomolekularpumpe der Fig. 1 zeigt;

Fig. 5 ein Diagramm, das die Entgaszeit (cleaning up time) des Gerätes in Fig. 1 zeigt;

Fig. 6, welche durch Fig. 6A und 6B gebildet ist, ein Flußdiagramm, das den Betrieb des Gerätes in Fig. 3 zeigt;

Fig. 7 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Drehzahl der Verbund- Turbomolekularpumpe und der Nachweisempfindlichkeit jeder Zweigleitung zeigt;

Fig. 8 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Drehzahl der Verbund- Turbomolekularpumpe und dem Kompressionsverhältnis an dem Verbindungsteil jeder Zweigleitung zeigt; und

Fig. 9 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen der Drehzahl der Verbund- Turbomolekularpumpe und dem Anschlußdruck an dem verbindenden Teil jeder Zweigleitung zeigt.

Es wird jetzt eine Erläuterung gegeben bezüglich eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Analyseröhre zur Massenanalyse oder Massenspektrometrie. Zum Auspumpen oder Evakuieren des Inneren der Analyseröhre 1 auf ein Hochvakuum von 10^-3 Pa ist eine Hilfsvakuumpumpe 4 wie eine Rotationspumpe oder dergl. mit der Analyseröhre 1 durch eine Hauptleitung 5 über eine Verbund-Turbomolekularpumpe 2 und ein Vorventil (oder ein Hilfsventil) 3 verbunden, welche beide auf der Vorderseite der Analyseröhre 1 angeordnet sind. Die Verbund- Turbomolekularpumpe 2 ist konventionell und hat den folgenden Aufbau. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist innerhalb eines Pumpengehäuses 2b, für welches ein Anschluß 2a zu der Analysenröhre und ein Anschluß 2k zu der Hauptleitung 5 vorgesehen ist, ein Turbomolekularpumpenteil 2c und ein Verdrängungspumpenteil (drag pump) 2d angeordnet. Ein Rotor 2e und ein Rotor 2f, welche entsprechende Pumpteile bilden, sind an einer gemeinsamen Rotationsachse 2h befestigt, damit sie durch einen elektrischen Motor 2g gedreht werden. Ein Stator 2i und ein Stator 2j, welche entsprechende Pumpenteile bilden, sind innerhalb des Gehäuses 2b befestigt. Die Teile sind so angeordnet, daß das Gas als ein Resultat der Drehung des elektrischen Motors 2g von dem Anschluß 2a zu dem Anschluß 2k durch den Betrieb der Pumpenteile ausgepumpt wird. Der Verdrängungspumpenteil 2d wird durch einen Rotor 2f gebildet, welcher aus einem dreifach-zylindrischen Körper gemacht ist, und aus zwei Statoren 2j, welche spiralförmige Rillen oder Schrauben 2l auf der peripheren Oberfläche aufweisen, welche zwischen jedem der Rotoren 2f angeordnet sind. Das durch den Turbomolekularpumpenteil 2c auszupumpende oder zu evakuierende Gas wird durch die Hauptleitung 5 mittels der Spiralrillen 2l des Verdrängungspumpenteils 2d ausgepumpt. Die Verbund-Turbomolekularpumpe 2 kann von solcher Ausbildung sein, daß anstatt des Verdrängungspumpenteils ein Turbomolekularpumpenteil oder ein Schraubenpumpenteil vorgesehen ist.

Die Nummer 6 bezeichnet einen Testanschluß an den das Innere eines Prüfgegenstands 7 einer Einrichtung, die Gasdichtheit erfordert wie ein Kompressor oder ein Kondensor eines Gefriergerätes oder dergl., angeschlossen wird. Eine Evakuierungsleitung 8, welche sich von diesem Testanschluß 6 erstreckt, ist verzweigt, und die Zweigleitungen 9 sind zu entsprechenden Orten unterschiedlicher Kompressionsverhältnisse der Verbund-Turbomolekularpumpe 2 über Sperrschieber (oder Absperrventile) 10 verbunden. In dem dargestellten Beispiel verzweigen sich die Zweigleitungen 9 in drei, d. h. einer ersten bis einer dritten Zweigleitung 9a, 9b, 9c. Erster bis dritter Schieber 10a, 10b, 10c sind jeweils in den Zweigleitungen 9a, 9b, 9c angeordnet. Die erste Zweigleitung 9a ist mit einer solchen mittleren Position zwischen dem Verbund- Turbomolekularpumpenteil 2c und dem Verdrängungspumpenteil 2d verbunden, daß ein Kompressionsverhältnis von 2500 erreicht werden kann. Die zweite Zweigleitung 9b ist so mit einer mittleren Position des Verdrängungspumpenteils 2d verbunden, daß ein Kompressionsverhältnis von 15 000 erreicht werden kann. Die dritte Zweigleitung 9c ist mit einer solchen Position verbunden, daß ein Kompressionsverhältnis von 150 000 erreicht werden kann.

Die Analyseröhre 1 kann, außer wenn der interne Druck 10^-3 Pa oder darunter ist, keine genaue Analyse gemäß der Beziehung der mittleren freien Weglänge vornehmen. Durch eine Verbindung der Zweigleitungen mit den oben beschriebenen Positionen der Verbund-Turbomolekularpumpe 2 kann jedoch der interne Druck in der Analyseröhre 1 von 10^-3 Pa sogar dann erhalten werden, wenn der maximale Druck in der ersten Zweigleitung 9a 25 Pa ist, der maximale Druck in der zweiten Zweigleitung 9b 150 Pa ist und der maximale Druck in der dritten Zweigleitung 9c 1500 Pa ist. Um den Druck von 10^-3 Pa innerhalb der Analyseröhre 1 in dem in Fig. 2 gezeigten konventionellen Beispiel zu erhalten, ist es notwendig, den maximalen Druck auf der Rückdruckseite der Turbomolekularpumpe von ungefähr 100 Pa zu erzeugen. Im Gegensatz dazu kann der Lecknachweis mit der vorliegenden Erfindung durch die oben beschriebene Verbindung gemacht werden, weil eine Gegenströmung sogar bei einem Druck, der eine Größenordnung höher ist, erreicht werden kann. Desweiteren wird in der vorlie­ genden Erfindung das Kompressionsverhältnis relativ zu dem Heliumgas in der ersten Zweigleitung 9a zu 25, in der zweiten Zweigleitung 9b zu 150, und in der dritten Zweigleitung 9c zu 1500. Gemäß den Unterschieden in den Kompressionsverhältnissen variieren die Gegenstromcharakteristiken in jeder der Zweigleitungen, und es kann in der ersten Zweigleitung 9a mit einem kleineren Kompressionsverhältnis eine Nachweisempfindlichkeit, welche ungefähr gleich der in einem Typ der direkten Einführung, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, erlangt werden. Bei dem eigentlichen Lecknachweis kann eine Nachweisempfindlichkeit von 10^-11 bis 10^-7 Pa m³/sec in der ersten Zweigleitung 9a erlangt werden, eine Nachweisempfindlichkeit von 10^-10 bis 10^-6 Pa m³/sec in der zweiten Zweigleitung 9b und eine Nachweisempfindlichkeit von 10^-8 bis 10^-4 Pa m³/sec in der dritten Zweigleitung 9c. Somit ist ein Lecknachweis im weiten Bereich von 10^-11 bis 10^-4 Pa m³/sec möglich.

Die Entleerungs- oder Evakuierungsgeschwindigkeit an dem Testanschluß 6 in dem in Fig. 2 gezeigten Rückdiffusionstyp hängt von der Evakuierungsgeschwindigkeit der Hilfsvakuumpumpe, wie einer Rotationspumpe, ab. Somit ist die Evakuierungsgeschwindigkeit ungefähr 5 l/min. Im Gegensatz dazu kann, da die erste und die zweite Zweigleitung 9a, 9b die Funktion der Verbund-Turbomolekularpumpe 2 benutzen, d. h. die Funktion des Verdrängungspumpenteils, jeweils ungefähr einige Zehnfache der Evakuierungsgeschwindigkeit von 5 l/sec und 3 l/sec in der ersten und der zweiten Zweigleitung 9a, 9b erreicht werden. Dies resultiert in einer Verbesserung der effektiven Evakuierungsgeschwindigkeit in der Ordnung von einigen Mehrfachen gegenüber einem konventionellen Gerät. Somit ist es möglich, wie es durch die Kurve A in Fig. 5 gezeigt ist, die Zeit zum Entgasen bis auf ungefähr 20 Sekunden zu verkür­ zen. Dieses ist eine große Verminderung gegenüber einer konventionellen Ent­ gasungszeit von 116 Sekunden, wie es in der Kurve B gezeigt ist. Diese Entgasungszeit wurde zunächst durch Einführung von Heliumgas von 1 × 10^-2 Pa m³/sec durch den Testanschluß 6 und dann, nach Anhalten der Einführung, durch Messung der Zeit gemessen, bis der Rest des Heliumgases aufhört zu existieren (nicht mehr nachweisbar war).

An die Evakuierungsleitung 8 sind angeschlossen ein Unterdruckmesser 11, wie ein Pirani-Messer, um den Druck nachzuweisen, ein Referenz (oder Standard)-Leck 12 mit einem Quarzglas durch einen Schieber 13 und ein Belüftungsventil 14. Der Druckmesser 11 ist so ausgebildet, daß eine Steuerung 15 vorgesehen ist, um das Öffnen und Schließen des ersten bis dritten Schiebers basierend auf einem Druck, der durch den Druckmesser 11 nachgewiesen wurde, zu steuern. Mit der Steuerung 15 sind auch elektrisch das Vorventil 3, der Schieber 13 und das Belüftungsventil 14 verbunden, so daß diese durch die Steuerung 15 zum Öffnen und Schließen gesteuert werden können.

Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels wird nun mit Bezug zu dem in Fig. 6 gezeigten Flußdiagramm erläutert, welches in die zwei Fig. 6A und 6B geteilt gezeigt ist. In einem Ausgangszustand ist der Prüfgegenstand 7 an dem Testanschluß 6 angebracht, und die Verbund-Turbomolekularpumpe 2 und die Hilfsvakuumpumpe 4 sind in Betrieb genommen. Das Vorventil 3 und das Belüftungsventil 14 sind geöffnet, und die anderen Ventile sind geschlossen. Wenn ein Signal, das den Beginn des Lecknachweises anzeigt, von der Steuerung 15 ausgegeben wird, werden das Vorventil 3 und das Belüftungsventil 14 geschlossen und der dritte Schieber 10c geöffnet. Es wird begonnen, das Innere des Prüfgegenstands 7 durch die Hilfsvakuumpumpe 4 grob zu evakuieren oder auszupumpen. Wenn die Anzeige des Pirani-Messers 11 zur Drucküberwachung einen Wert von 1000 Pa erreicht hat, wird das Vorventil 3 geöffnet, wodurch ein Gesamtlecktest gestartet wird. In einem solchen Test wird das Gas innerhalb des Prüfgegenstands 7 durch die dritte Zweigleitung 9c und die Hilfsvakuumpumpe 4 nach außen evakuiert. Wenn in dem Prüfgegenstand 7 ein großes Leck besteht und, konsequenterweise, der Anteil an Heliumgas in dem Leckgas groß ist, diffundiert ein Teil des Heliumgases zurück durch das Vorventil 3 und die Verbund- Turbomolekularpumpe 2 und wird in der Analyseröhre 1 festgehalten. Das Vorhandensein des Lecks kann auf diese Art und Weise bestätigt werden. Falls kein Leck nachgewiesen wird, wird das Testen fortgeführt. Wenn die Anzeige des Pirani- Messers einen Wert von 100 Pa erreicht hat, schließt die Steuerung 15 den dritten Schieber 10c und öffnet den zweiten Schieber 10b. Demgemäß wird das Gas innerhalb des Prüfgegenstands 7 von der zweiten Zweigleitung 9b durch den Verdrängungspumpenteil 2d der Verbund-Turbomolekularpumpe 2, das Vorventil 3 und die Hilfsvakuumpumpe 4 nach außen evakuiert, wodurch ein "mittlerer" Lecktest (mittlerer Empfindlichkeit) ausgeführt wird. Wenn in diesem Zustand ein Leck in dem Prüfgegenstand 7 vorhanden ist, wird der Anteil des Heliumgases in dem Leckgas groß.

Somit ist es wahrscheinlich, daß die Heliummoleküle zurück in die Analyseröhre 1 diffundieren. Es folgt, daß das Vorhandensein eines Lecks sogar nachgewiesen werden kann, falls das Ausmaß des Leckens nicht groß ist. Da desweiteren ein Teil der Funktion der Verbund-Turbomolekularpumpe 2, welche eine große Evakuierungsge­ schwindigkeit aufweist, benutzt wird, kann ein Niedrigdruckzustand schnell erreicht werden. Falls durch den "mittleren" Lecktest ein Leck nicht nachgewiesen werden kann, wird das Testen weiter fortgeführt werden. Wenn die Anzeige des Pirani-Messers 11 einen Wert von 10 Pa erreicht hat, schließt die Steuerung 15 den zweiten Schieber 10b und öffnet den ersten Schieber 10a. Demgemäß wird das Gas innerhalb des Prüfgegenstands 7 mit einer hohen Geschwindigkeit von der ersten Zweigleitung 9a durch den Verdrängungspumpenteil 2d, das Vorventil 3 und die Hilfspumpe 4 nach außen evakuiert, wodurch ein "feiner" Lecktest (hoher Empfindlichkeit) ausgeführt wird. In diesem Fall ist das Innere des Prüfgegenstands 7 in einem Niedrigdruckzustand, welcher äquivalent ist zu dem in einem Typ direkter Einführung, wie er in Fig. 1 gezeigt ist. Somit kann sogar ein kleinstes Leck des Prüfgegenstands 7, d. h. die Einführung eines sehr kleinen Betrages an Heliumgas dorthinein nachgewiesen werden. Sogar wenn das Volumen des Prüfgegenstands groß ist, oder sogar wenn die Gasmenge, welche von dem Prüfgegenstand 7 ausgesandt wird, groß ist, werden die Zweigleitungen automatisch durch die Anzeige des Pirani-Messers 11 ausgewählt, welche den Druck der Evakuierungsleitung 8 mißt, die sich von dem Testanschluß 6 erstreckt. Als Resultat kann der Lecktest mit der am besten geeigneten Leitung ausgeführt werden, ohne daß das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Benut­ zers des Nachweisgerätes mit Erfahrung von Einfluß ist. Der Betrieb des Nach­ weisgerätes wird somit einfach.

Es ist möglich, die Drehzahl der Verbund-Turbomolekularpumpe 2, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, in zwei Stufen zu verändern, z. B. in eine hohe und eine niedrige Drehzahl. In einer solchen Anordnung können sechs Arten von Kompressionsverhältnissen in den drei Zweigleitungen erlangt werden, mit dem Resultat, daß ein weiterer extensiver Lecknachweis ausgeführt werden kann. Konkret wird die Drehzahl der Verbund- Turbomolekularpumpe 2 in eine normale Drehzahl (RN) von 90 000 rpm verändert und eine reduzierte Drehzahl (RD), welche um 40% gegenüber der normalen Drehzahl vermindert. In jeder der oberen Drehzahlen wurden 10^-7 bis 10^-10 Pa m³/sec an Heliumgas von dem Referenzleck 12 eingeströmt, um die Nachweisempfindlichkeit in der Analyseröhre 1 für jede der Zweigleitungen zu überprüfen. Wie in Fig. 7 gezeigt, wurde die Nachweisempfindlichkeit entsprechend dem Referenzleckbetrag in jeder der Zweigleitungen erreicht. Es kann somit ersehen werden, daß eine Linearität sichergestellt ist und daß ein Unterschied in dem Bereich der Nachweisempfindlichkeit von den Zweigleitungen besteht.

Desweiteren wurde ein Kompressionsverhältnis von Stickstoffgas in dem Anschluß überprüft, mit dem jede der Zweigleitungen verbunden ist, zu der Verbund- Turbomolekularpumpe zu einer Zeit der normalen Drehzahl (RN) und einer um 40% reduzierten Drehzahl (RD), wobei die Resultate in Fig. 8 gezeigt sind. An dem Anschluß 2a, an welchem die Verbund-Turbomolekularpumpe 2 mit der Analyseröhre 1 verbunden ist, ist ein Druck von 10^-3 Pa erforderlich. Ein Übergangspunkt jeder der Kurven in Fig. 8 wird zu einem Grenzwert des Drucks in jeder der Zweigleitungen. Gemäß diesen Kurven kann ersehen werden, daß die dritte Zweigleitung bei einer normalen Drehzahl bis zu einem Druck von 1000 Pa verbunden werden darf.

Desweiteren wurde sequentiell ein Betrieb der Einströmung von Stickstoffgas in jede der Zweigleitungen ausgeführt, während ein Referenzleck von 10^-8 Pa m³/sec verursacht wurde, um dort hineinzuströmen und um die Lage des durch das Heliumgas gemessenen Übergangspunkts zu überprüfen, bei welchem die Evakuierungsgeschwin­ digkeit der Verbund-Turbomolekularpumpe 2 variiert. Die Resultate sind in Fig. 9 gezeigt. Die Ordinate dieser Figur stellt einen Wert des elektrischen Ionen-Stroms dar, wenn ein Referenzleck des Heliumgases von 10^-8 Pa m³/sec in der Analyseröhre 1 gemessen wurde und die Abszisse stellt einen Einführdruck des Stickstoffgases dar. Jede der Kurven in diesem Fall ist die gleiche wie in Fig. 8, so daß zu ersehen ist, daß entsprechende Übergangspunkte für entsprechende Zweigleitungen vorhanden sind. Die linke untere Seite der Übergangspunkte jeder der Kurven ist der Anschlußdruck (oder der Druck, der genutzt werden kann) jeder der Zweigleitungen. Der Übergangspunkt wird zu einem Setzwert einer Zeit, bei der der Zustand des Schiebers durch die Steuerung 15 verändert wird.

Falls demgemäß die Drehzahl der Verbund-Turbomolekularpumpe 2 verändert wird, kann ein weiter Bereich des Lecknachweises in den drei Zweigleitungen ausgeführt werden. Die Anzahl der Zweigleitungen braucht nicht auf drei begrenzt zu werden, sondern kann zwei oder mehr als drei sein.

Wie es oben erläutert wurde, ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Hilfsvakuumpumpe mit einer Analyseröhre durch eine Verbund-Turbomolekularpumpe und ein Vorventil verbunden. Die Evakuierungsleitung von dem Testanschluß, an welchem der Prüfgegenstand angeschlossen wird, ist verzweigt, und jede der Zweigleitungen ist mit unterschiedlichen Orten von unterschiedlichen Kompressionsverhältnissen der Verbund-Turbomolekularpumpe durch einen Schieber verbunden. Somit kann durch alternatives Öffnen jeder der Zweigleitungen ein Lecknachweis schnell ausgeführt werden, ohne daß er durch das Volumen des Prüfgegenstands und durch das Gas, welches von diesem emittiert wird, beeinflußt wird, und desweiteren kann eine schnelle Entgasungszeit erreicht werden. Der Lecknachweis einer großen Zahl von Prüfgegenständen kann somit effizient ausgestaltet werden, und eine höchste Nachweisempfindlichkeit kann erlangt werden. Es folgt, daß der Lecknachweis sogar von einem unerfahrenen Benutzer ausgeführt werden kann. Der Aufbau des Nachweisgerätes ist auch relativ einfach und billig in der Herstellung. Weiter kann durch die Steuerung des Öffnens und Schließens der Schieber in jeder der Zweigleitungen entsprechend der Anzeige des Unterdruckmessers verbunden mit der Evakuierungsleitung der Lecknachweis automatisch durchgeführt werden, wodurch sein Betrieb einfach wird.

Es ist leicht ersichtlich, daß das oben beschriebene Lecknachweisgerät, das eine Verbund-Turbomolekularpumpe benutzt, alle oben erwähnten Aufgaben erfüllt und auch den Vorteil einer weiten gewerblichen Nutzbarkeit hat. Es sollte verstanden werden, daß die spezifische Form der Erfindung wie sie hierin beschrieben wurde, nur als eine repräsentative beabsichtigt ist, also, daß bestimmte Modifikationen innerhalb des Umfangs dieser Lehre für den Fachmann ersichtlich sind.

Claims (5)

1. Lecknachweisgerät, das eine Verbund-Turbomolekularpumpe (2) benutzt, gekennzeichnet durch
eine Analyseröhre (1);
eine Hilfsvakuumpumpe (4) wie eine Rotationspumpe, die mit der Analyseröhre (1) durch Leitungsmittel (5) mit einer Verbund-Molekularpumpe und einem Vorventil (3) dazwischen verbunden ist;
eine Evakuierungsleitung (8), die sich von einem Testanschluß (6) erstreckt, an dem der Prüfgegenstand (7) angeschlossen wird;
wobei die Evakuierungsleitung (8) in mehrere Zweigleitungen (9) verzweigt ist und jede der Zweigleitungen mit einem Ort unterschiedlichen Kompressionsverhältnisses der Verbund-Turbomolekularpumpe (2) verbunden ist; und
wobei ein Absperrschieber (10) in jeder der Zweigleitungen (9) angeordnet ist.

2. Lecknachweisgerät, das eine Verbund-Turbomolekularpumpe (2) benutzt, gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Unterdruckmesser (11), der mit der Evakuierungsleitung (8) verbunden ist, wobei der Unterdruckmesser (11) durch die Steuerung (15) mit jedem der Absperrschieber (10) in Verbindung steht, so daß die mit Orten unterschiedlicher Kompressionsverhältnisse verbundenen Absperrschieber (10) sequentiell durch ein Signal von der Steuerung (15) entsprechend einer Veränderung im Druck, der durch den Druckmesser (11) nachgewiesen wird, geöffnet und geschlossen werden.

3. Lecknachweisgerät, das eine Verbund-Turbomolekularpumpe (2) benutzt, gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbund-Turbomolekularpumpe (2) durch eine Mehrstufen- Turbomolekularpumpe, eine einteilige Kombination einer Turbomolekularpumpe und einer Verdrängungsmolekularpumpe (2d) oder eine einteilige Kombination einer Turbomolekularpumpe und einer Schraubenpumpe gebildet ist und daß ein Lüftungsventil mit der Evakuierungsleitung verbunden ist.

4. Lecknachweisgerät, das eine Verbund-Turbomolekularpumpe (2) benutzt, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbund-Turbomolekularpumpe (2) in ihrer Drehzahl verändert werden kann.

5. Lecknachweisgerät, das eine Verbund-Turbomolekularpumpe (2) benutzt, gekennzeichnet durch
eine Analyseröhre (1);
eine Hilfsvakuumpumpe (4) wie eine Rotationspumpe, die mit der Analyseröhre (1) durch ein Leitungsmittel (5) über eine Verbund-Turbomolekularpumpe (2) und ein Vorventil (3) dazwischen verbunden ist, wobei die Hilfsvakuumpumpe (4) in ihrer Drehzahl veränderbar ist;
eine Evakuierungsleitung (8), die dich von einem Testanschluß (6) erstreckt, an dem der Prüfgegenstand (7) angeschlossen wird; und
ein Vakuummesser (11), der mit der Evakuierungsleitung (8) verbunden ist, wobei die Evakuierungsleitung (8) sich in drei Leitungen (9), nämlich eine erste Zweigleitung (9a), eine zweite Zweigleitung (9b) und eine dritte Zweigleitung (9c) verzweigt;
einem Absperrschieber (10), welcher in jeder der Zweigleitungen (9) angeordnet ist, wobei die erste Zweigleitung (9a) mit dem Ort eines niedrigen Kompressionsverhältnisses der Verbund-Turbomolekularpumpe (2) verbunden ist, die dritte Zweigleitung (9c) mit dem Ort des höchsten Kompressionsverhältnisses der Verbund-Turbomolekularpumpe (2) verbunden ist, die zweite Zweigleitung (9b) mit dem Ort eines mittleren Kompressionsverhältnisses verbunden ist, so daß nur die dritte Zweigleitung (9c) geöffnet ist, wenn ein durch den Vakuummesser (11) nachgewiesener Druck in einem hohen Bereich liegt, daß nur die zweite Zweigleitung (9b) geöffnet ist, wenn der Druck in einem mittleren Bereich liegt und daß nur die erste Zweigleitung (9a) geöffnet ist, wenn der Druck in einem niedrigen Bereich liegt.