Wie stelle ich fest, ob ein trocken-
laufender Lecksucher etwas taugt?
Frage: Wie stelle ich fest, ob ein trockenlaufender Helium-Lecksucher "etwas taugt"?
Antwort: Den Abluftanschluss des betriebswarmen, blindgeflanschten Lecksuchers mit der Helium-Sprühpistole ansprühen und das Untergrundsignal beobachten. Je besser der Lecksucher, desto geringer und langsamer steigt das Untergrundsignal an.
Begründung: Die Pumpe, die das Prüfgas Helium aus dem Lecksuchgerät hinausbefördert, ist die mechanische Vorpumpe. Bei trockenlaufenden Vorvakuumpumpen sind die Spalte zwischen Rotor und Stator nicht mit Öl abgedichtet, wie zum Beispiel bei Drehschieberpumpen. Deshalb haben trockenlaufende Lecksucher ein "eingebautes Leck" vom "Auspuff" des Lecksuchgeräts zurück bis zur Spektrometerzelle, in der das Prüfgas nachgewiesen wird. Helium der Umgebungsluft gelangt daher über das Pumpsystem zur Messzelle und macht sich als Untergrundsignal bemerkbar, was die Messung kleiner Leckraten behindern oder gar unmöglich machen kann.
Bei low cost Trockenläufern wie Kolben- oder Scrollpumpen, versucht man durch trockene "Schmiermittel" in Form von Kunststoffen die Abdichtung der Spalte zu erhöhen. Diese meist teflonartigen Kuststoffe unterliegen allerdings einem deutlichen Verschleiß. Als Folge davon nimmt das "eingebaute Leck" während des Betriebs laufend an Größe zu und verschlechtert so das Untergrundverhalten des Lecksuchers. Zusätzlich werden durch den Abrieb Partikel erzeugt, welche die Lebensdauer des Lecksuchgeräts (z. B. durch Ablagerung in Ventilsitzen) verringern und eventuell noch weitere Leckagen erzeugen können.
Je nach dem Aufwand, den der Hersteller in das trockenlaufende Pumpsystem gesteckt hat, "taugt" der trockene Lecksucher daher mehr oder weniger. Diese Eigenschaft kann aus den üblichen technischen Daten nicht entnommen werden. Müssen kleine Lecks nachgewiesen werden oder ist mit einer erhöhten Heliumkonzentration in der Umgebungsluft zu rechnen, sollte diese Eigenschaft unbedingt vor der Auswahl des Gerätes getestet werden. Trockenlaufende adixen Lecktestgeräte mit überragender Untergrundstabilität sind z.B. der ASM 122D und der ASM 182TD+. Beide Geräte besitzen Pumpsysteme ohne verschleißende dynamisch belastete Spaltabdichtungen (Membranpumpe bzw. 5stufige 5stufige Wälzkolbenpumpe). Die Primärpumpen werden jeweils durch zwei Hochvakuumpumpen ergänzt. Dieser Aufwand zahlt sich aus in Form einer hervorragenden Langzeitstabilität des Untergrundsignals, welches weitgehend unabhängig von der Betriebsdauer der Pumpen ist.
Glossar
Helium: Helium ist bei Zimmertemperatur ein farb- und geruchloses Gas. Es ist nach Wasserstoff das chemische Element mit der geringsten Dichte und besitzt die niedrigste Schmelztemperatur aller Elemente. Wie alle anderen Edelgase (Neon, Argon, Krypton, Xenon) ist Helium sehr reaktionsträge. Daher sind in der Natur keine Heliumverbindungen bekannt. Bei tiefen Temperaturen wandelt sich Helium (Helium I) zu einer anderen Zustandform (Helium II) um. Helium II ist der beste bekannte Wärmeleiter und besitzt eine 300mal höhere Wärmeleitfähigkeit als Silber. Außerdem fließt es ohne innere Reibung und durchdringt selbst winzigste Öffnungen. Aufgrund dieser Eigenschaften wird Helium II auch als Supraflüssigkeit bezeichnet.
In normaler Luft bewegt sich der Schall mit einer Geschwindigkeit von etwa 330 Metern pro Sekunde, in Heliumgas mit doppelter Geschwindigkeit. Dies erklärt den Mickey-Mouse-Effekt, wenn man Helium einatmet.
Vorkommen: Heliumatome sind nach den Wasserstoffatomen mit 7,19% Anteil am zweithäufigsten im Universum vertreten. Während sie in der Erdhülle nur mit einem geringen Anteil von 0,0000004% vorkommen, sind sie an der Zusammensetzung der Luft mit 0,00046% beteiligt. In größeren Mengen findet sich das Edelgas auch als radioaktives Zerfallsprodukt im Erdgas und im Erdöl, die bis zu 10% Helium enthalten können. In der Sonne entsteht das Element durch Kernverschmelzungsprozesse von Wasserstoffatomen.
Viele radioaktive Stoffe senden sogenannte Alphastrahlen aus, die aus zweifach positiv geladenen Heliumkernen bestehen, die ihre Elektronen abgegeben haben. Heliumatome mit der Massezahl 4 (Helium-4) besitzen 2 Protonen, 2 Elektronen und 2 Neutronen. Das natürliche Helium besteht aus einem Gemisch von zwei verschiedenen Isotopen. Mit einem Anteil von 0,00014% kommt das Helium-3-Isotop (mit nur einem Neutron) jedoch relativ selten vor.
Kolbenpumpe: Eine Kolbenpumpe ist eine Maschine zur Förderung von Flüssigkeiten oder Gasen, wobei Gase dabei auch verdichtet werden. Dabei wird mit einem Kolben, der in einem Zylinder läuft, im ersten Takt das zu fördernde Medium durch ein Einlassventil angesaugt. Anschließend wird es durch das Auslassventil ausgestoßen. Dieses Prinzip wird auch als Verdrängerpumpe bezeichnet. Mit Kolbenpumpen können beim Fördern von Flüssigkeiten hohe Drücke erreicht werden. Zudem ist das geförderte Flüssigkeitsvolumen genau bestimmbar. Der Antrieb kann von Hand, Elektromagneten oder durch Motoren erfolgen.
Scrollpumpe: Eine Scrollpumpe ist eine Vakuumpumpe, die nach dem Verdrängerprinzip arbeitet. Sie besteht aus zwei ineinander gesteckten archimedischen Spiralen. Eine dieser Spiralen steht fest, die andere bewegt sich über einen Exzenterantrieb auf einer kreisförmigen Bahn. Zwischen den Spiralen entstehen so einzelne, abgeschlossene Hohlräume, die ihr Volumen innen immer weiter verkleinern. Dadurch wird das zu pumpende Gas außen angesaugt, innerhalb der Pumpe verdichtet und über einen Anschluss in der Spiralenmitte ausgestoßen.
Membranpumpe: Die Membranpumpe ist eine Sonderform der Kolbenpumpe, bei der das Fördermedium statt durch einen Kolben durch eine Membran angesaugt bzw. ausgestoßen wird.
Mehrstufige Wälzkolbenpumpe: Rotationsverdrängerpumpe, bei der sich im Pumpengehäuse zwei, meist achtförmige Rotoren mit gleichem Querschnitt ohne Berührung untereinander und mit der Gehäusewand gegensinnig aufeinander abwälzen. Die beiden Wälzkolben sind so synchronisiert, dass sie sich mit geringem Spiel aneinander vorbeibewegen. Im Schöpfraum der Pumpe findet keine Verdichtung statt.