DE102009004363B4

DE102009004363B4 - Leckdetektionsverfahren

Info

Publication number: DE102009004363B4
Application number: DE102009004363.2A
Authority: DE
Inventors: Martin Bohn; Norbert Rolff; Dr. Puchalla Jochen; Michael Dauenhauer
Original assignee: Inficon GmbH Deutschland
Current assignee: Inficon GmbH Deutschland
Priority date: 2009-01-08
Filing date: 2009-01-08
Publication date: 2022-08-25
Anticipated expiration: 2029-01-09
Also published as: WO2010079055A1; CN102272570A; CN102272570B; EP2373969A1; DE102009004363A1; US8893543B2; JP2012514743A; US20110283769A1

Abstract

Leckdetektionsverfahren, bei welchem ein mit einem Testgas gefüllter Prüfling (24) einem Luftstrom ausgesetzt wird, und der Luftstrom (16) oder ein Teilstrom davon, auf Anwesenheit des Testgases untersucht wird,dadurch gekennzeichnet,dass der Luftstrom in der Umgebungsatmosphäre an im Wesentlichen der gesamten Oberfläche des nicht-umhüllten Prüflings in ungelenktem Fluss ausschließlich durch Saugen entlanggeführt wird, unddass im Zuge des Luftstromes (16) Teilstromentnahmestellen (1, 2, 3), an die jeweils ein Testgasdetektor (17, 17a) anschließbar ist, vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leckdetektionsverfahren, bei welchem ein mit einem Testgas gefüllter Prüfling einem Luftstrom ausgesetzt wird und der Luftstrom oder ein Teilstrom davon, auf Anwesenheit des Testgases untersucht wird.
Bekannt sind Verfahren zur Leckdetektion, bei denen der Prüfling, d. h. der auf Lecks zu untersuchende Gegenstand, mit einem Testgas gefüllt wird. Der Prüfling wird in eine dichte Kammer gebracht, die von einem Trägergas durchströmt wird. Nach dem Verlassen der Kammer wird das Trägergas auf die Anwesenheit von Prüfgas untersucht. Ein derartiges Verfahren ist beschrieben in WO 2005/054806 A1 (Sensistor Technologies AB). Dieses Verfahren erfordert es, dass der Prüfling in eine abschließbare Kammer eingebracht wird, deren Innenraum gegen die Atmosphäre isoliert ist.
In JP 2005-121481 A (Denso) ist ein Leckdetektionsverfahren beschrieben, bei dem der Prüfling in eine Kammer eingesetzt wird, die eine Keilform hat, wobei die Keilspitze mit einer Saugvorrichtung verbunden ist, während das dicke Ende gegenüber der Atmosphäre offen und nur mit einem Filter bedeckt ist. Durch den Filter wird Luft angesaugt, die an dem Prüfling entlang strömt. Testgas, das aus dem Innern des Prüflings nach außen dringt, wird mit einem Testgasdetektor erkannt, welchem ein Teilstrom des aus der Kammer abgesaugten Gases zugeführt wird.
Die bekannten Leckdetektionsverfahren setzen das Vorhandensein einer den Gegenstand umschließenden Kammer voraus, die entweder gegen die Umgebung druckdicht verschlossen ist oder in pneumatischer Verbindung mit der Umgebung steht. In jedem Fall ist ein Raum für die Unterbringung des Prüflings erforderlich.
Bekannt sind ferner Schnüffellecksucher, die geeignet sind, einen nicht-umhüllten Prüfling zu untersuchen. Solche Schnüffellecksucher haben eine stabförmige dünne Sonde, durch die Umgebungsluft eingesaugt wird. Die Sonde ist mit einem Testgasdetektor verbunden, der imstande ist, in dem angesaugten Gas das Vorhandensein von Testgas zu ermitteln. Ein derartiger Schnüffellecksucher hat zwangsläufig einen eng begrenzten räumlichen Detektionsbereich. Er ist nicht nur dazu bestimmt, das Vorhandensein eines Lecks zu detektieren, sondern auch den Ort des Lecks kenntlich zu machen. Bei Erkennung eines Lecks wird der Ort des Lecks durch den Ort ermittelt, den die Sondenspitze bei der Leckerkennung einnimmt. Der räumliche Detektionsbereich eines Schnüffellecksuchers ist daher gemäß der Natur dieses Leckdetektionsverfahrens sehr eng begrenzt.
US 5,563,335 A offenbart ein Gerät zur Messung flüchtiger Gasemissionen mit hoher Flussrate.
US 6,553,810 B2 beschreibt ein Messgerät für Gasemissionen.
US 3,837,228 A beschreibt ein Lecksuchgerät mit einer für Spürgas permeablen Messsonde.
US 5,417,105 A beschreibt einen Flussbeschleuniger für eine Leckdetektorsonde.
US 6,553,848 B1 beschreibt ein Gasmessgerät.
US 5,537,879 A beschreibt ein Teilchenmesssystem für ein Gaszuführsystem.
DE 10 2005 021 909 A1 beschreibt einen Schnüffellecksucher mit einem Quartzfenstersensor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leckdetektionsverfahren anzugeben, das eine Leckdetektion ohne jede Einschränkung der Bewegungsfähigkeit des Prüflings und ohne das Erfordernis einer Umhüllung ermöglicht.
Das Leckdetektionsverfahren nach der vorliegenden Erfindung ist durch den Anspruch 1 definiert. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom in der Umgebungsatmosphäre an im wesentlichen der gesamten Oberfläche des nicht-umhüllten Prüflings in ungelenktem Fluss ausschließlich durch Saugen entlanggeführt wird. Im Zuge des Luftstromes sind Teilstromentnahmestellen vorgesehen, an die jeweils ein Testgasdetektor anschließbar ist.
Mit „ungelenktem Fluss“ ist gemeint, dass die Luftströmung allein durch den Sog an der Oberfläche des Prüflings entlang bewegt wird, ohne durch Leitbleche oder ähnliche Leitvorrichtungen beeinflusst zu werden. Die Oberfläche des Prüflings 24 ist an allen Stellen frei zugänglich.
Erfindungsgemäß wird der Prüfling ohne jegliche Umhüllung einem Luftstrom ausgesetzt, der in eine groß dimensionierte Saugöffnung eingesaugt wird. Die Saugöffnung hat einen Durchmesser, der größer ist als 5 % der größten Abmessung des Prüflings. Durch die große Saugöffnung wird sichergestellt, dass der angesaugte Luftstrom im wesentlichen sämtlichen Außenflächen des Prüflings überstreicht, so dass ein am Prüfling vorhandenes Leck in jeglicher Position detektiert werden kann, allerdings ohne den Ort des Lecks am Prüfling zu lokalisieren.
Die Erfindung eignet sich insbesondere auch für die Leckprüfung bewegbarer Prüflinge. Es ermöglicht es, vorbeifahrende Produkte, wie sie in der Massenproduktion hergestellt werden, während ihrer Bewegung zu prüfen. Solche Produkte sind beispielsweise Pumpen oder Behälter, die mit einem Testgas, insbesondere Helium unter Überdruck gefüllt werden. Diese Produkte werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren integral auf Lecks geprüft.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es auch, einen ganzen Bereich einer Fertigungsanlage integral auf das Vorhandensein von Lecks an den Prüflingen zu prüfen, ohne den jeweiligen Prüfbereich einzuhüllen.
Die Testgasdetektion kann entweder am gesamten Luftstrom vorgenommen werden oder an einem Teilstrom davon. Wird von dem Luftstrom ein Teilstrom abgezweigt, so kann dieser entweder einem Massenspektrometer zugeführt werden oder einem selektiv auf das Testgas ansprechenden Quarzfenstersensor.
Der Luftstrom hat eine relativ hohe Strömungsrate von mindestens 100 Normcm³ pro sec. und insbesondere von mindestens 1 Normliter pro sec. Entsprechend groß ist der Durchmesser des Saugrohres, der mindestens 5 cm beträgt, insbesondere mindestens 10 cm.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Leckdetektionsverfahrens und
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Leckdetektionsverfahrens.

Bei dem Verfahren nach 1 ist ein Saugrohr 10 mit einem relativ großen Durchmesser vorgesehen. Der Durchmesser beträgt mindestens 5 cm, insbesondere mindestens 10 cm. Durch die Saugöffnung 11 an einem Ende des Saugrohrs 10 wird Außenluft angesaugt, was durch die Pfeile 12 veranschaulicht ist. Die Außenluft wird ohne jegliche Luftleiteinrichtungen angesaugt, so dass sie nicht nur axial in das Saugrohr eingesaugt wird, sondern auch mit seitlichen Komponenten, wie die Pfeile 12 zeigen.
Das stromabseitige Ende 13 des Saugrohrs ist über einen flexiblen Schlauch 14 mit einer Fördereinheit 15 verbunden, die den Luftstrom 16 antreibt.
Im Zuge des Luftstromes 16 sind Teilstromentnahmestellen 1, 2 und 3 vorgesehen, an die jeweils ein Testgasdetektor 17 angeschlossen werden kann. Ein solcher Testgasdetektor 17 ist an der Teilstromentnahmestelle 2 dargestellt. Er weist ein Massenspektrometer 18 auf, das mit einer Vakuumpumpe 19 verbunden ist. Der Einlass 20 des Testgasdetektors 17 wird mit der Teilstromentnahmestelle verbunden.
Die Teilstromentnahmestelle 1 befindet sich am Saugrohr 10, die Teilstromentnahmestelle 2 an dem Schlauch 14 und vor der Fördereinheit 15 und die Teilstromentnahmestelle 3 befindet sich hinter der Fördereinheit 15.
In 1 ist ferner ein Testgasdetektor 17a dargestellt, der als Quarzfensterdetektor ausgebildet ist. Ein solcher Quarzfensterdetektor ist beschrieben in DE 100 31 882 A1 . Er weist ein Gehäuse 21 auf, das mit einer Membran 22 abgeschlossen ist. Die Membran 22 ist für das Testgas, beispielsweise Helium, selektiv durchlässig. Im Innern des Gehäuses 21 befindet sich ein Drucksensor. An der Membran 22 strömt der Gasstrom entlangt. Wenn sich in dem Gasstrom Testgas befindet, dringt dieses durch die Membran 22 in das Gehäuse 21. Hier erhöht sich der Druck, was an einem Messgerät angezeigt wird. Der Quarzfenstersensor benötigt für seine Funktion kein Vakuum im Bereich des Prüflings.
Der Prüfling 24 befindet sich in der umgebenden Atmosphäre vor der Saugöffnung 11, so dass seine gesamte Oberfläche der Luftströmung ausgesetzt ist. Der Prüfling ist mit Testgas (Helium) gefüllt. Wenn ein Leck vorhanden ist, dringt das Testgas in den Luftstrom ein und wird von diesem mitgeführt.
Damit die gesamte Oberfläche des Prüflings von der Luftströmung überstrichen wird, sollte die Querschnittsfläche der Saugöffnung 11 mindestens 10 % der Projektionsfläche des Prüflings auf die Ebene der Saugöffnung betragen. Insbesondere sollte sie mindestens 20 % der Projektionsfläche betragen.
Die Prüfung kann in der Weise erfolgen, dass die Prüflinge 24 kontinuierlich oder diskontinuierlich an der Saugöffnung 11 entlangbewegt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich daher für die Serien- oder Massenproduktion. Es besteht auch die Möglichkeit, einen ganzen Bereich oder Ansammlungen von Prüflingen auf das Vorhandensein von Lecks zu prüfen, indem das Saugrohr 10 an die Prüflinge verbracht wird. Dies ermöglicht der flexible Schlauch 14.
Bei dem Ausführungsbeispiel von 2 ist die Fördereinheit 15 in Form eines Ventilators im Innern des Saugrohrs 10 angeordnet. Ein Schlauch, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist nicht vorhanden. An eine der Entnahmestellen 1, 2 kann ein Testgasdetektor 17a angeschlossen werden. In 2 ist ein Quarzfenstersensor dargestellt, jedoch könnte auch ein massenspektrometrischer Sensor benutzt werden. Die Teilstromentnahmestellen 1, 2 können vor oder hinter der Fördereinheit 15 angeordnet sein.
Es besteht auch die Möglichkeit, um die Saugöffnung herum einen Kragen vorzusehen.
Die Erfindung ermöglicht eine hohe Flexibilität bei der Lecksuche. Sie dient vornehmlich der bloßen Leckdetektion, ohne eine Lokalisierung eines Lecks am Prüfling vorzunehmen.

Claims

Leckdetektionsverfahren, bei welchem ein mit einem Testgas gefüllter Prüfling (24) einem Luftstrom ausgesetzt wird, und der Luftstrom (16) oder ein Teilstrom davon, auf Anwesenheit des Testgases untersucht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom in der Umgebungsatmosphäre an im Wesentlichen der gesamten Oberfläche des nicht-umhüllten Prüflings in ungelenktem Fluss ausschließlich durch Saugen entlanggeführt wird, und dass im Zuge des Luftstromes (16) Teilstromentnahmestellen (1, 2, 3), an die jeweils ein Testgasdetektor (17, 17a) anschließbar ist, vorgesehen sind.
Leckdetektionsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling (24) vor der Saugöffnung (11) eines Saugrohres (10) positioniert wird, welches Luft aus der Erdatmosphäre an dem Prüfling vorbei ansaugt.
Leckdetektionsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Saugöffnung (11) mindestens 10 % der Projektionsfläche des Prüflings auf die Ebene der Saugöffnung beträgt.
Leckdetektionsverfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Luftstrom (16) hinter dem Prüfling (24) ein Teilstrom abgezweigt wird, der einem Testgasdetektor (17, 17a) zugeführt wird.
Leckdetektionsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasverwirbelung in dem Saugrohr in Flussrichtung vor der Abzweigung des Teilstroms erfolgt.
Leckdetektionsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom zentrisch in der Mitte des Saugrohres (10) entnommen wird.
Leckdetektionsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom an mehreren Stellen des Querschnitts des Saugrohres entnommen wird.
Leckdetektionsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Testgasdetektor (17) ein Massenspektrometer verwendet wird.
Leckdetektionsverfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass als Testgasdetektor (17a) ein Quarzfenstersensor verwendet wird.
Leckdetektionsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Saugrohr (10) mit einem lichten Durchmesser von mindestens 2 cm benutzt wird.
Leckdetektionsverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Saugrohr mit einem lichten Durchmesser von mindestens 5 cm benutzt wird.
Leckdetektionsverfahren nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom (16) mindestens 100 Normcm ³ pro sec. beträgt.
Leckdetektionsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom mindestens 1 Normliter pro sec. beträgt.
Leckdetektionsverfahren nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling (24) kontinuierlich oder diskontinuierlich an der Saugöffnung (11) vorbeibewegt wird.