Virtuelle Lecks: Entstehung, Detektion und Vermeidung

 

Unter einem virtuellen Leck versteht man ein scheinbares, nicht wirklich vorhandenes Leck. Es wird durch die langsame Abgabe von Gasen an der Oberfläche, aus dem Inneren des Materials oder teilweise aus abgeschlossenen Volumina innerhalb des Systems hervorgerufen. Dabei ist die Langsamkeit der Gasabgabe die entscheidende Eigenschaft, die ein virtuelles Leck kennzeichnet.

Virtuelle Lecks verlangsamen als Gasquellen einen Abpumpprozess oder die Zeit zum Erreichen des gewünschten Enddrucks deutlich. Die Gasflussrate aus dem virtuellen Leck wird bestimmt durch die Abmessungen des Leckkanals zwischen dem eingeschlossenen Gasvorrat und dem freien Volumen des Vakuumbehälters. Ist der Kanal sehr klein, werden die eingeschlossenen Gase wegen des hohen Strömungswiderstands des Kanals sehr langsam abgegeben und die Abpumpzeit des Behälters kann drastisch verlängert werden. Wird das Vakuumsystem wiederholt belüftet, kann sich der Gasvorrat immer wieder auffüllen. Damit tritt dieser Effekt bei jedem Anpumpvorgang erneut auf. Eine Pumpe hat dabei keinen Einfluss auf die Geschwindigkeit der Gasabgabe. Die Leckagerate (in mbar·l/s) aus dem Hohlraum ist im Gleichgewicht mit der Gasabfuhr durch die Pumpe, also dem Saugvermögen (l/s) multipliziert mit dem aktuellen Druck (mbar).

Entstehung von virtuellen Lecks durch eingeschlossene Gase
Eingeschlossene Gasvolumina können beispielsweise durch Fügeprozesse während der Produktion eines Vakuumbehälters entstehen. Soll beispielsweise die Wand eines Vakuumbehälters stumpf auf eine Bodenplatte geschweißt werden, so montieren unerfahrene Konstrukteure sie oft mit einer doppelten Kehlnaht. Dies birgt die Gefahr, dass Gas zwischen den beiden Schweißnähten eingeschlossen wird.

Doppelkehlnaht, die Vakuumseite ist durch die gestrichelte Linie angedeutet
Doppelkehlnaht, die Vakuumseite ist durch die gestrichelte Linie angedeutet

Ist nun die vakuumseitige Schweißnaht undicht, so wird sich das eingeschlossene Gas in das Innere der Vakuumkammer ausbreiten. Durch den hohen Strömungswiderstand der kleinen Pore zwischen eingeschlossenem Gasvolumen und dem Innenvolumen der Kammer wird dies langsam geschehen. Ist nun gleichzeitig die äußere Schweißnaht dicht, so besteht keine Möglichkeit, die undichte Stelle mittels Helium-Lecksuche zu lokalisieren. Daher werden die von der Atmosphärenseite zugänglichen Schweißnähte nicht durchgezogen, sondern entweder unterbrochen oder nachträglich angebohrt.

Lesen Sie mehr dazu im beigefügten Anwendungsbericht.

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