Virtuelle Lecks

Sie haben Ihren Vakuumaufbau bereits mit einem Heliumlecktest auf reale Lecks bzw. Porenlecks untersucht, können Permeation durch geeignete Dichtungen ausschließen und haben Ihre Anlage ausreichend gereinigt und ausgeheizt um Ausgasen von der Oberfläche auszuschließen und dennoch steigt der Druck unerwartet stark an? Dann liegt hier sehr wahrscheinlich ein sogenanntes virtuelles Leck vor.

Was sind virtuelle Lecks?

Nach DIN-EN-ISO-20484 sind virtuelle Lecks (QVL) „scheinbare (nicht wirklich vorhandene) Lecks, welche durch langsame Abgabe sorbierter oder okkludierter Gase“ aus eingeschlossenen Volumina resultieren.

QVL [mbar*l s-1]

Doch virtuelle Lecks sind soviel mehr als nur eine genormte Definition!

Virtuelle Lecks sind der Grund, weshalb der Prozessdruck Ihrer
Vakuumanwendung nicht wie gewünscht erreicht wird. Virtuelle Lecks sind
der Grund weshalb Ihre Prozesszeiten steigen oder Sie häufiger
nachpumpen müssen als geplant.

Durch vakuumgerechte Konstruktion und Montage können diverse Ursachen
für virtuelle Lecks im Vorhinein vermieden werden. Doch nicht immer ist
es konstruktiv möglich bestimmte Komponenten so zu designen, dass
eingeschlossene Volumina, in der Regel in Sacklöchern, vermieden werden.

Vakuumkammer

VOC – Vacuum Optimizing Components liefert Ihnen eine vakuumoptimierende, kostengünstige und hochverfügbare Lösung, mit der Sie virtuelle Lecks effizient und verlässlich in Ihrer Vakuumanwendung eliminieren.

Wo existieren virtuelle Lecks in einer Vakuumanlage?

Virtuelle Lecks können durch eine Vielzahl von Ausgangssituationen entstehen. Ein Szenario besteht darin, dass innenliegende Schweißnähte nicht durchgängig geschweißt sind und somit eingeschlossenes Gas zurück ins Vakuum strömt und dieses kontaminiert.

Ein weiteres Szenario ist die falsche Parameterwahl beim Schweißen. Hierdurch entstehen sogenannte Lunker, also Hohlräume im Inneren der Schweißnaht. Zudem können eingeschlossene Gase in falsch ausgelegten Flansch-verbindungen als virtuelle Lecks fungieren.

Leck Vakuum

Die meist verbreitete Ursache jedoch liegt in der konstruktiven Auslegung von Schraubverbindungen innerhalb der Vakuumanlage und derer Komponenten. In der Theorie sollten alle Hohlräume (z.B. Sackgewinde bzw. Gewindeausläufe), welche konstruktiv nicht zu vermeiden sind, mit Entlüftungskanälen ausgestattet werden. In der praktischen Umsetzung ist dies kosten- und fertigungstechnisch nicht realisierbar. Deshalb ist der Einsatz von sog. Entlüftungsschrauben unabdingbar. Durch einen im Verbindungselement eingebrachten Entlüftungs-kanal können die eingeschlossenen Gase, üblicherweise Luft-bestandteile, da bei Atmosphärendruck montiert wird, aber auch Partikel und andere Kontaminations-quellen, leichter abgepumpt werden.

Vented Screw

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Welche Auswirkungen haben virtuelle Lecks?

Je kleiner das Volumen der Kammer und je höher die Anzahl der Sackgewinde ist, desto größer ist die Auswirkung des bzw. der virtuellen Lecks.

Ausschlaggebend für die Funktion der Entlüftungskanäle ist die Leitfähigkeit des Kanals, welcher die Kavität (Hohlraum) mit der Vakuumumgebung verbindet. Bei Schraubverbindungen mit Standardschrauben dient der Spalt zwischen dem Außengewinde der Schraube und dem Innengewinde des Gegenstücks als Entlüftungskanal.

Im viskosen Strömungsbereich kriecht das Gas über die Gewindegänge und verlängert die benötige Abpumpzeit. Durch den Einsatz von Vakuumschrauben werden die eingeschlossenen Gase konstant abgepumpt und es entsteht eine typische exponentielle Abpumpkurve (siehe grüner Graf in Diagramm1).

Da der Spaltdurchmesser im molekularen Strömungsbereich mit Faktor 3 einfließt verschlechtert sich der Leitwert hier ggü. einer vakuumoptimierenden Schraube um das ca. 1.000.000.000.000 fache (Annahme Spaltdurchmesser 1µm). Das führt dazu, dass das eingeschlossene Gas beim Einsatz von Standardschrauben über einen sehr langen Zeitraum kontinuierlich in kleinen Mengen ausströmt und den erreichbaren  Enddruck im Ultrahochvakuum (UHV) / extremen Ultrahochvakuum (XHV) limitiert.

Virtuelle Lecks verhindern mit VOC - Vakuumschrauben

Mit Hilfe unserer vakuumoptimierenden Verbindungselemente können Sacklöcher und Durchgangsbohrungen entlüftet werden. Dazu bringen wir in die verschiedensten Verbindungselemente Lüftungskanäle ein. Diese Lüftungskanäle verlaufen zentrisch durch die Mittelachse der Schraube. Wird eine solche Vakuumschraube in einer Vakuumanlage verbaut, werden virtuelle Lecks auf ein Minimum reduziert. Durch den Entlüftungskanal werden die sich im Sackloch befindlichen Gase während des Evakuierungsvorgangs des Rezipienten abgepumpt.

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