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Dichtheitsprüfung an Vakuumsystemen

Zur Sicherstellung von Vakuumintegrität ist mehr als nur das Feststellen von Leckagen erforderlich – es werden eine präzise Lecksuche und -lokalisierung benötigt. An dieser Stelle kommt das Sprühen mit Helium zum Einsatz.

Im Rahmen von Inbetriebnahme, Wartung oder Reparatur ist es entscheidend, Qualität und Funktionalität sicherzustellen.

Helium-Sprühen zur akkuraten Lokalisierung von Leckagen

In großen Vakuumsystemen können selbst kleine Leckagen die Leistung beeinträchtigen, Prozesse verunreinigen oder Produktionsabläufe verzögern. Wird mithilfe eines Druckanstiegs- oder Druckabfalltests eine Undichtigkeit ermittelt, muss im nächsten Schritt die genaue Position der Leckage schnell und zuverlässig ermittelt werden.

Hierfür ist eine Lokalisierung mittels Helium-Sprühen erforderlich. Diese Detektionsmethode ist über einen breiten Druckbereich sehr effektiv und unterstützt qualitative Prüfungen.

So funktioniert Helium-Sprühen

  • Ausgangsprüfung: Führen Sie eine Druckanstiegs- oder Druckabfallprüfung (auch "Leak up"-Test genannt) zur Feststellung der Dichtigkeit durch. Durch vorheriges Ausheizen des Systems lassen sich Ausgasungen wirksam minimieren.
  • Als nächstes folgt der Anschluss eines Helium-Lecksuchgeräts an Ihr Vakuumsystem.
  • Sprühen Sie das Helium auf mutmaßlich undichte Stellen, z. B. auf Dichtungen, Schweißstellen, Ventil- oder Flanschverbindungen.
  • Erkennen Sie Undichtigkeiten, indem Sie ein ansteigendes Signal auf der Anzeige bei Eintritt des Heliums in das System beobachten.
Beim Sprühen mit Helium wird aus einem "Lecksucher" ein echter "Leckfinder" – denn im Gegensatz zu anderen Verfahren ermöglicht diese Methode nicht nur den Nachweis, sondern auch die punktgenaue Ortung der Leckage.
Christian Burger, Market Manager bei Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions

Anwendungen, für die eine Vakuum-Lecksuche erforderlich ist

Helium-Sprühen ist eine wichtige Prüfmethode für eine Vielzahl industrieller Anwendungen – von der Halbleiterproduktion bis hin zur Ultrahochvakuum-Forschung (UHV).

Herausforderungen in der Halbleiterproduktion

  • Verunreinigung durch Gas- oder Mikroleckagen
  • Ausfallzeiten in 24/7-Produktionsumgebungen
  • O-Ring-Alterung infolge zyklischer Temperaturbelastung

Herausforderungen im Systembau

  • Arbeitssicherheit bei Tätigkeiten in gasgefüllten engen Räumen
  • Schäden durch zyklische Temperaturwechsel im Prozessbetrieb
  • Schwierigkeiten bei der Lokalisierung von Undichtigkeiten in komplexen Systemen

Herausforderungen in UHV-Umgebungen

  • Erreichen und Halten extrem niedriger Druckniveaus
  • Aufspüren feinster Leckagen in Systemen mit vielen Übergängen und Verbindungen
  • Verhindern von Verunreinigungen in ultrareinen Umgebungen

Halbleiterproduktion

In der Halbleiter-Fertigung ist die Aufrechterhaltung der Vakuumintegrität entscheidend – insbesondere in Systemen, die für Prozesse wie Abscheidung, Lithografie oder Ätzverfahren verwendet werden

.Diese Vakuumprozesse laufen kontinuierlich unter rauen thermischen und mechanischen Bedingungen ab.

Helium-Sprühen bietet in der Halbleiterindustrie folgende Vorteile:

  • Schnelle Lokalisierung von undichten Stellen in Echtzeit während des laufenden Betriebs
  • Hohe Empfindlichkeit zur Erkennung von Mikroleckagen, bevor Schäden entstehen
  • Prozess- und Produktsicherheit, auf die Sie sich verlassen können

Diese Methode zahlt sich besonders in systematischen Ansätzen der vorausschauenden Wartung für große Vakuumsysteme in Umgebungen mit hohem Durchsatz aus.


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(z. B. bei Vakuumöfen oder Beschichtungsanlagen)

Systembau

Nach der Montage oder Wartung können selbst kleine Fehler bei der Bauteilabdichtung zu großen Problemen führen – insbesondere im Umgang mit reaktiven oder gefährlichen Gasen wie Argon oder Chlor.

Undichtigkeiten treten häufig an Verbindungsstellen auf, an denen Ventile, Werkzeuge oder prozessspezifische Komponenten in das System integriert werden.

Helium-Lecksucher bieten im Systembau folgende Vorteile:

  • Anwendersicherheit gewährleisten und Gasexposition verhindern
  • Schnelle Ortung von Leckagen für kürzere Reparaturzeiten
  • Produktqualität sichern und Oxidation oder Defekte vermeiden
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Ultrahochvakuum-Umgebungen (UHV)

In Ultrahochvakuum-Systemen (UHV), die bei 10⁻⁷ hPa (mbar) oder weniger arbeiten, können selbst kleinste Leckagen an Flanschen oder geschweißten Bauteilen Experimente stören, Daten verfälschen oder empfindliche Ausrüstung beschädigen.

Warum Helium-Sprühen in UHV entscheidend ist:

  • Ermöglichung einer präzisen Lecksuche in komplexen, aufwendig abgedichteten Systemen
  • Trägt zur Erfüllung der strengen Dichtheitsanforderungen bei, die für den Betrieb im Ultra-Hochvakuum-(UHV) notwendig sind
  • Aufrechterhaltung der sauberen Bedingungen in empfindlichen Aufbauten wie Beschleunigern, Elektronenmikroskopen und Beschichtungskammern
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Helium-Lecksucher von Pfeiffer

Finden Sie die richtige Lösung für Ihr System.

Unterschiedliche Anwendungen erfordern unterschiedliche Lösungen – vom kompakten Modell für Wartungseinsätze bis hin zu vollständig integrierten Produktionslinien mit hohem Durchsatz. Lecksuchgeräte nutzen Helium-Massenspektrometrie – unterscheiden sich jedoch in Baugröße, Mobilität, Durchsatz und Pumpenkonfiguration:

  • Flexible Systemintegration mit der Option, aus verschiedenen Vorpumpen (trocken, ölgeschmiert oder extern) für unterschiedliche Leckraten und Kammervolumina zu wählen (ASM 340)
  • Kompakte und tragbare Bauformen ideal für mobilen Service, F&E oder beengte Platzverhältnisse (ASM 310)
  • Modelle mit hohem Durchsatz und maximalem Helium-Saugvermögen für eine schnelle Stabilisierung in Reinräumen und 24/7-Umgebungen (ASM 390/392)
  • Mit anwendungsspezifischer Ausstattung und Zubehör können Sie Ihren Leckdetektor an sich ändernde Bedingungen und Arbeitsabläufe anpassen. Von Helium-Sprüh-Sets bis hin zu Transportwagen – alles, um Ihren Prüfaufbau zu optimieren

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Grundlagen der Lecksuche und Basiswissen

Was sind die Ursachen für Leckagen in Vakuumsystemen?

Undichte Stellen können verursacht werden durch:

  • Beschädigte O-Ringe
  • Risse oder Korrosion an Flanschen, Ventilen oder Schweißnähten
  • Fehlerhafte Installation oder Reparatur von Komponenten oder Vakuumbauteilen
  • Virtuelle Leckagen durch eingeschlossene Gase oder poröse Materialien

Was ist ein virtuelles Leck?

Eine virtuelle Leckage tritt auf, wenn eingeschlossene Gase (häufig Wasserdampf) langsam aus Hohlräumen entweichen - zum Beispiel aus Gewindegängen oder porösen Materialien. Obwohl es sich nicht um eine echte Undichtigkeit handelt, können diese Ausgasungen wie eine solche erscheinen.

Unter Partialdruck sind virtuelle Leckagen mitunter schwer zu erkennen und erfordern hochempfindliche Nachweismethoden. Hochpräzise Helium-Lecksuchgeräte oder eine erweiterte Beobachtung sind erforderlich, um sie zu identifizieren.

Kann man WD-40 zur Vakuum-Lecksuche verwenden?

Nein. WD-40 hinterlässt ölige Rückstände und Verunreinigungen in Vakuumumgebungen,besonders unterhalb von 1×10⁻³ hPa (mbar) ist das eher hinderlich. Verwenden Sie stattdessen Isopropanol oder eine andere alkoholbasierte Flüssigkeit - sie verdampft rückstandsfrei und erzeugt durch lokale Abkühlung eine temporäre Abdichtung der mutmaßlichen Fehlstelle, was einen Hinweis auf deren Position gibt.

Warum wird üblicherweise Helium zur Lecksuche verwendet?

Helium ist das bevorzugte Prüfgas für verschiedene Methoden der Dichtheitsprüfung, insbesondere in Vakuumanwendungen.

Die Gründe dafür sind:

  • Inert und reaktionsträge
  • Äußerst geringe Atomgröße, ideal für Mikroleckagen
  • Geringe Konzentration in der Luft (~5 ppm), dadurch hohe Empfindlichkeit
  • Ungiftig und umweltfreundlich


Unsachgemäßes Handhabung kann jedoch zu Hintergrundverunreinigungen und falsch positiven Ergebnissen führen.

Beachten Sie stets:

  • Nicht zu viel Helium versprühen
  • Sprühschlauch vor der Prüfung entlüften
  • Helium vorsichtig und gezielt auf die verdächtigen Stellen aufbringen

Leckagen verhindern und beherrschen

Wie kann ich Undichtigkeiten in meinem Vakuumsystem verhindern?

  • Verwenden Sie Materialien, die zu für Ihren Druckbereich geeignet sind
  • Vermeiden Sie unnötige Verbindungen, Biegungen und Totvolumina bei der Konstruktion
  • Gehen Sie bei der Installation vorsichtig mit den Teilen um
  • Regelmäßige Sichtprüfung kritischer Komponenten im Vakuumsystem durchführen
  • Machen Sie Ausheizfahrten, um Feuchtigkeit und Gase aus dem System zu entfernen

Was sollte ich bei der Auswahl eines Lecksuchers und der Vorbereitung des Systems für die Suche nach Mikroleckagen beachten?

  • Methode wählen: Sie müssen aus mehreren Methoden diejenige auswählen, die am besten zum Systemdruck und zur angestrebten Leckrate passt.
  • Detektorspezifikationen: Schnelle Reaktionszeit, hohe Empfindlichkeit.
  • Genauigkeitsfaktoren: Virtuelle Lecks vermeiden, einen guten Leitwert sicherstellen.
  • Sauberkeit: Kammern vorab reinigen und bei Bedarf ausheizen.
  • Sicherheit: Fehlerhafte Teile oder Vorgehensweise können die Sicherheit von Produkt und Bediener gefährden.
  • Dokumentation: Erfassen Sie Prüfergebnisse und Rahmenbedingungen sorgfältig, sodass alle Erkenntnisse nachvollziehbar und Entscheidungen rückverfolgbar bleiben.

Experten-Unterstützung: Sie wissen nicht genau, welche Prüflösung für Sie passt?
Senden Sie eine Anfrage oder schauen Sie sich unsereLecksuchservices für praxisnahe Beratung an.

Wie sammle und dokumentiere ich die Prüfergebnisse meines Leckdetektors?

Moderne Helium-Lecksucher (z. B. ASM-Baureihe) unterstützen:

  • Digitale Datenaufzeichnung
  • USB- oder Ethernet-Export
  • Integrierte Diagnosefunktionen und auditfreundliche Berichterstellung

Methoden und bewährte Ansätze der Helium-Lecksuche

Wie genau ist die Sprühprüfung als Methode?

Unter den verfügbaren Prüfmethoden bietet das Helium-Sprühen ausreichend Genauigkeit, um die meisten relevanten Leckagen zur erkennen. Helium-Sprühen dient der Lokalisierung, und ist nicht für quantitative Leckratenbestimmung geeignet. Mit der Sprühmethode findet man Leckagen bis ca. 10⁻⁷ zu 10⁻⁹ mbar∙l/s, sind ist damit für die meisten Vakuumanwendungen geeignet.

Stärken:

  • Funktioniert auch im laufenden Betrieb
  • Ideal nach Druckanstiegs- oder Druckabfalltests
  • Schnelles Auffinden von Lecks, die die Sicherheit oder Leistung beeinträchtigen

Sprühen oder Schnüffeln: Welche Methode eignet sich besser für die Vakuum-Lecksuche?

Die Sprühprüfung und die Schnüffelprüfung sind zwei von mehreren Methoden Helium-Lecksuche im Vakuum. Die Wahl hängt von den Druckbedingungen und davon ab, ob das System unter Vakuum steht oder mit Luft gefüllt ist.

 
Helium-Sprühen
Helium-Schnüffeln
Heliumflussrichtung
Außen → innen
Innen → außen
Anwendungsfall
Kammer unter Vakuum
Kammer unter Druck
Heliummenge
Gering, kontrolliert
Vollständige Befüllung des Kammervolumens

Die meisten Lecksuchgeräte unterstützen beide Verfahren. Für die Vakuum-Lecksuche bleibt das Sprühverfahren die effizienteste und kostengünstigste Methode.

Was beeinflusst die Ansprechzeit bei Sprühprüfungen?

In großen Systemen kann es einige Zeit dauern, bis das Helium die Leckwege durchlaufen hat. So können Sie die Ansprechzeit optimieren:

  • Verwenden Sie kurze und breite Anschlüsse
  • Sorgen Sie für einen guten Leitwert
  • Halten Sie den Strömungswiderstand außerhalb der Pumpe klein (Teilstrom-Aufbauten können die Signalstärke verringern)

Leckagen in angeflanschten Bauteilen oder unter Partialdruck können eine längere Stabilisierung erfordern.

Kann ich alternativen Methoden zur Erkennung von Lufteintritten oder anderen Leckagen verwenden?

Ja. Insbesondere wenn Leckagen durch das Eindringen von Luft oder anderen Gasen erkannt werden sollen, bieten alternative Methoden wie Quadrupol-Massenspektrometer (QMS) zusätzliche Genauigkeit.

QMS können Gase wie zum Beispiel Stickstoff, Wasserdampf oder Argon nachweisen. Sie sind besonders nützlich in der Diagnostik, Pharmaindustrie oder Forschung & Entwicklung, und weil sie Leckagen anhand des Masse-zu-Ladung-Verhältnisses analysieren.

Praktische Anwendung und Einrichtung von Lecksuchgeräten

Wie stelle ich die Helium-Sprühpistole richtig ein?

  • Stellen Sie einen sanften, kontrollierten Durchfluss ein – gerade genug, dass sich kleine Bläschen im Wasser bilden
  • Spülen Sie das im Schlauch angesammelte Helium vor Prüfbeginn aus, fern vom Prüfling
  • Sprühen Sie nur auf wahrscheinliche Leckstellen (Flansche, O-Ringe, Schweißnähte)
  • Vermeiden Sie die Freisetzungen größerer Gasmengen, da dies zu verfälschten Ergebnissen führen können

Auswahl des richtigen Helium-Lecksuchers für Sprühprüfverfahren

Ihre Wahl sollte sich nach den Anforderungen Ihres Aufbaus richten – darunter Aspekte wie Mobilität, Ansprechzeit, Saugvermögen und Integrierbarkeit:

  • ASM 340:Ein vielseitig einsetzbares Gerät für die Qualifizierung von Vakuumsystemen und mittelgroße Aufbauten. Bietet ein hohes Helium-Saugvermögen und kann mit verschiedenen Vorpumpen – trocken, ölgeschmiert oder extern – ausgestattet werden, um unterschiedlichen Kammergrößen und Leckageraten gerecht zu werden.
  • ASM 310:Eine kompakte, leichte Lösung, optimiert für Service, F&E und beengte Platzverhältnisse. Unterstützt den Betrieb in mehreren Positionen, ist einfach zu handhaben und verfügt über ein abnehmbares Touchscreen-Bedienpaneel. Bestens geeignet für mobile oder flexible Anwendungen, bei denen Tragbarkeit und schnelle Einsatzbereitschaft gefragt sind.
  • ASM 390/392: Entwickelt für den Reinraumeinsatz und 24/7-Hochdurchsatzprozesse. Diese Modelle bieten das höchste Helium-Saugvermögen im Portfolio. Ideal für zeitkritische Prozesse, die eine schnelle Stabilisierung erfordern, z. B. in der Halbleiterproduktion oder an automatisierten QS-Stationen.

Alle Modelle unterstützen sowohl das Helium-Sprühen als auch das Schnüffelverfahren und können an verschiedene Aufgaben angepasst werden. Kontaktieren Sie uns, um die Lecksuchlösung zu konfigurieren, die am besten zu Ihrem Vakuumsystem passt.

Mit welchem Zubehör lässt sich die Helium-Lecksuche optimieren?

Die richtigen Werkzeuge machen die Helium-Lecksuche präziser und effizienter.

Besonders hilfreich ist dabei folgendes Zubehör:

  • HeliSpray: Wiederbefüllbare tragbare Sprüheinheit für eine gezielte Heliumanwendung an Dichtungen, Ventilen und Schweißnähten.
  • Helium-Sprühpistolen: Stellen eine kontrollierte Heliumfreisetzung bei geringem Durchfluss sicher, verringern Fehlanzeigen und verbessern die Nachweisgenauigkeit.
  • Transportwagen und -kisten: Mit diesen können Sie Ihre Lecksuchgeräte und empfindlichen Bauteile schützen und sicher transportieren.
  • Modulare Rollwagen: Ideal für flexible Prüfaufbauten in Labor- oder Produktionsumgebungen.

Dieses Zubehör trägt zu verbesserten Prüfergebnisse bei, unterstützt sicheres Arbeiten und erweitert Ihre Möglichkeiten bei der Lecksuche.