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📖 Vakuum Knowledge Base

Das smarte Nachschlagewerk für Vakuumphysik & Helium-Lecksuche.

! HINWEIS: PU-Schlauch als Heliumspeicher

PU-Schläuche können Helium aufnehmen und zeitverzögert wieder abgeben. Bei Helium-Lecktests kann dies zu folgenden Effekten führen:

  • Erhöhter Helium-Hintergrund
  • Verzögerter Signalabfall nach einer Prüfung
  • Memory-Effekte (Resthelium aus vorherigen Messungen)
  • Schwankende Grundanzeige des Lecksuchers
  • Scheinlecksignale durch Helium-Permeation

Werden an einem Gaspanel regelmäßig Helium-Leckprüfungen über mehrere Minuten durchgeführt, kann sich Helium im Schlauchmaterial anreichern. Dies gilt insbesondere für lange PU-Schlauchleitungen zwischen Anlage und Lecksucher.

Dadurch kann der Eindruck entstehen, dass eine Undichtigkeit in der Anlage vorhanden ist, obwohl das gemessene Signal teilweise oder vollständig durch die Heliumspeicherung und Permeation des PU-Schlauchs verursacht wird.

Bei der Bewertung kleiner Leckraten sollte daher geprüft werden, ob der beobachtete Heliumanstieg tatsächlich von der Anlage stammt oder durch gespeichertes Helium in den verwendeten Schlauchleitungen verursacht wird.

🚀 Bedienungsanleitung: Gas-Linien Rechner PRO

Herzlich willkommen! Dieser Rechner ist dein digitaler Assistent für professionelle Lecksuchprüfungen. Er sagt dir auf die Sekunde genau, wie lange du Helium sprühen musst und wann das Signal am Lecksucher (HLT) verlässlich ankommt.

⬅️ LINKE SPALTE: Deine Anlagen-Eingaben

Hier baust du deine Anlage digital nach. Du kannst jeden Block (1 bis 6) oben rechts am jeweiligen Schalter einzeln ein- oder ausschalten.

1. Haupt-Gas-Linie (Anlage)

Das eigentliche Rohrnetz deiner Anlage. Gib den Innendurchmesser an. Die Länge VOR MFC ist die Druck-Seite (ab Gasflasche), die Länge NACH MFC ist die Vakuum-Seite (bis zur Kammer/Lecksucher).

  • Leck VOR MFC prüfen: Setze diesen Haken, wenn du Leitungen vor dem MFC absprühst. Der geschlossene/gedrosselte MFC wirkt wie ein Nadelöhr!
  • Zusätzliche Bauteile: Zähle Ventile, Regler und Manometer. Die App addiert automatisch deren versteckte Hohlräume.

1.5 Prüfkammer (Optional)

Schalte dies ein, wenn am Ende der Gasleitung eine große Reaktorkammer sitzt. Ein großes Volumen macht das System extrem träge! Wähle, ob der Lecksucher direkt an der Kammer hängt (T-Stück) oder am Anfang der Leitung (Reihe).

2. Verbindungsschlauch (zum HLT)

Wie ist dein Lecksucher angeschlossen? Ein dünner PTFE-Schlauch drosselt deinen Lecksucher extrem ab. Trage hier Schlauchtyp, Länge und das Saugvermögen deines Geräts (z.B. 4 l/s) ein.

3. Zusatzpumpe (Teilstrom)

Läuft an der Kammer zeitgleich eine Turbopumpe mit? Diese saugt dir wertvolles Helium weg. Trage die Daten der Anlagepumpe ein, damit die App den Teilstrom-Verlust berechnen kann.

5. Physikalische Bedingungen (PRO)

Für Profis: Definiere hier das Trägergas (z.B. N2) und den Strömungszustand. Über die Auto-Detect-Funktion und die Eingabe des Gas-Flusses (MFC in slm/sccm) berechnet die App den exakten Leitungsdruck und wählt automatisch zwischen Laminar-, Knudsen- oder Molekularströmung.

➡️ RECHTE SPALTE: Ergebnisse richtig ablesen

Sobald du links tippst, rechnet die App rechts live mit. Auf diese Boxen schaust du, wenn du mit der Sprühpistole an der Anlage stehst:

🎈 1. Erstes Signal (Laufzeit)

Nach dieser Zeit sollte der Zeiger deines Lecksuchers zum allerersten Mal zucken (reine Transportgeschwindigkeit). Das ist noch kein verlässlicher Messwert, sondern nur ein Lebenszeichen!

2. MINDEST-SPRÜHZEIT (T95% SÄTTIGUNG)

Das ist die wichtigste Zahl für deine Arbeit! Wenn das Leck NACH dem MFC liegt, musst du exakt so lange sprühen und warten. Brichst du vorher ab, zeigt der Lecksucher zu wenig an und du übersiehst das Leck.

3. LECK VOR MFC (T95%)

Taucht nur auf, wenn links der Haken gesetzt ist. Sprühst du VOR dem Nadelöhr (MFC), musst du zwingend auf diese rote, viel längere Zeit schauen! Das Gas muss sich erst extrem mühsam durch den MFC quetschen.

💡 Tipp für die Praxis: Speichere dir Anlagen-Setups, die du oft prüfst (z. B. "Reaktor 4 Gaslinie"), einfach über den Button Speichern (unten links im Rechner) ab. So hast du beim nächsten Einsatz sofort die richtigen Wartezeiten parat!

App Anleitungen & Tools

Bedienungsanleitungen

📊

Anleitung: Messmethode "Statisch"

Netto-Leckraten-Berechnung

Mit der statischen Messmethode ermittelst du in Sekundenschnelle die exakte Netto-Leckrate deiner Anlage. Die App zieht den systembedingten Helium-Hintergrund automatisch vom gemessenen Brutto-Wert ab und bewertet das Ergebnis sofort anhand deiner Vorgaben.

Schritt 1: Zielwert definieren

Trage auf der linken Seite unter Sollwert / Grenzwert (mbar·l/s) die maximal zulässige Leckrate für deine Prüfung ein (z. B. 1e-7). Dieser Wert dient der App als Basis für die automatische Qualitätsbewertung.

Schritt 2: Messwerte erfassen

Trage nun die Werte ein, die du direkt am Display deines Lecksuchers (z. B. am ASM 340 oder HLT 560) abliest:

  • Brutto-Messwert: Der aktuelle Gesamtwert der Messung.
  • Hintergrund (BG): Der reine Helium-Untergrund des Systems vor der eigentlichen Prüfung.
Tipp für die Eingabe: Nutze die gelben Plus- und Minus-Buttons, um die Exponenten (z. B. 10⁻⁸) bequem und fehlerfrei in der normgerechten wissenschaftlichen Schreibweise einzustellen.

Schritt 3: Messzeit dokumentieren (Optional)

Mit dem integrierten Live-Mess-Assistent (Stoppuhr) kannst du die exakte Dauer deiner Messung überwachen. Gib das gewünschte Zeitintervall in Sekunden ein und klicke auf "Start".

Schritt 4: Ergebnisse auf einen Blick

Auf der rechten Seite wertet die App alle Daten in Echtzeit aus:

  • Berechnete Netto-Leckrate: Dein finales, bereinigtes Prüfergebnis. Der Text darunter zeigt dir sogar genau an, wie viel Prozent du unter dem geforderten Grenzwert liegst.
  • Systemstatus: Ein klares, grünes I.O. (Bestanden) bestätigt dir sofort, dass die Anlage dicht ist.
  • Zusätzliche Parameter: Für erweiterte Protokolle berechnet die App automatisch auch den Helium-Massenstrom (g/h) sowie den theoretischen Gasverlust pro Jahr (g/a).
📄

Anleitung: Abnahmeprotokoll (PDF/CSV)

Dokumentation und Export

Im Reiter "Prüfbericht" generieren Sie professionelle, normgerechte Abnahmeprotokolle aus Ihren zuvor berechneten Messwerten. Diese Protokolle dokumentieren die Helium-Lecksuche lückenlos für interne Audits oder Kundenabnahmen.

Schritt 1: Stammdaten eintragen

Füllen Sie die Felder im oberen Bereich aus. Neben Firma, Anlagentyp und Projekt-ID können Sie hier auch den Standort und den Namen des Prüfers festhalten. Angaben zum verwendeten Lecksuchgerät und dessen Kalibrierung (Intern/Extern) runden die Stammdaten ab.

Schritt 2: Firmenlogo einbinden (Optional)

Klicken Sie auf "Logo importieren", um das Logo Ihres Unternehmens hochzuladen. Dieses Logo wird später gut sichtbar auf dem PDF-Protokoll platziert und sorgt für ein professionelles Erscheinungsbild beim Kunden.

Schritt 3: Messaufbau & Spezifikation

  • Messaufbau: Dokumentieren Sie hier, ob Sie im Vakuum (Sprühmethode) oder mit einer Schnüffelsonde gearbeitet haben. Wählen Sie das Prüfgas und den verwendeten Anschlussschlauch.
  • Spezifikation: Überprüfen Sie den vorgegebenen Grenzwert (mbar·l/s) und die Art des Prüflings. Die App übernimmt hierbei intelligent Ihre Eingaben aus dem Reiter "Rechner".

Schritt 4: Unterschrift & Export

Nutzen Sie das digitale Unterschriftenfeld, um mit der Maus oder dem Finger direkt auf dem Bildschirm zu signieren. Alternativ können Sie über "Bild hochladen" ein Foto Ihrer Unterschrift einfügen.

Anschließend haben Sie drei Möglichkeiten:

  • Als Vorlage speichern: Speichert Ihre Stammdaten lokal im Browser. Beim nächsten Öffnen der App sind Felder wie Firma oder Prüfer bereits vorausgefüllt.
  • PDF Export: Erzeugt ein druckfertiges, mehrseitiges PDF-Dokument (inklusive der Live-Messkurve!).
  • CSV Export: Speichert alle Daten tabellarisch, ideal zum Importieren in Excel oder eigene Firmendatenbanken.
Wichtiger Hinweis: Bevor Sie ein PDF exportieren können, prüft die App, ob wichtige Pflichtfelder (wie Firmenname oder Anlagen-Typ) ausgefüllt sind. Ist dies nicht der Fall, erhalten Sie eine Warnmeldung.
⏱️

Anleitung: Dynamisch (3-Punkt)

Asymptoten-Berechnung nach ISO 20485

Die dynamische 3-Punkt-Messung ist ein wahrer Lebensretter im Laboralltag. Sie wird verwendet, wenn der Helium-Hintergrund in der Anlage nicht stabil ist, sondern langsam abfällt (Ausgasen) oder ansteigt. Anstatt stundenlang zu warten, bis sich der Wert beruhigt hat, errechnet die App aus drei kurzen Messungen den mathematischen Endwert (die Asymptote).

Schritt 1: Zeitintervall (Δt) festlegen

Die eiserne Regel dieser Methode lautet: Die drei Messwerte müssen in exakt gleichen zeitlichen Abständen abgelesen werden!

Trage links unter "Zeitintervall (Δt)" deinen gewünschten Abstand ein (z.B. 10 Sekunden). Nutze den "Start"-Button des Live-Mess-Assistenten. Er piept und blinkt exakt dann, wenn du den Wert am Lecksucher ablesen musst.

Schritt 2: Die 3 Messwerte erfassen

Trage nun die drei Werte ein, die du an den vorgegebenen Zeitpunkten am Display abliest:

  • 1. Messwert (0s): Dein Startwert genau beim Drücken der Stoppuhr.
  • 2. Messwert (Δt): Der Wert nach dem ersten Intervall (z.B. nach 10s).
  • 3. Messwert (2Δt): Der Wert nach dem zweiten Intervall (z.B. nach 20s).

Die App berechnet nun sofort die Hintergrund-Asymptote – also den Wert, bei dem die Anlage in der Unendlichkeit zum Stillstand kommen würde.

Schritt 3: Echtes Leck messen (Hintergrund abziehen)

Willst du nicht nur den Hintergrund berechnen, sondern ein echtes Leck prüfen?

  • Setze den Haken bei "Hintergrund abziehen".
  • Sprühe dein Bauteil mit Helium an.
  • Trage den höchsten Wert, der nun am Lecksucher erscheint, in das neue Feld "Bruttowert" ein.

Die App zieht nun deine berechnete Asymptote von diesem Bruttowert ab.

Schritt 4: Die Ergebnisse & Messkurve

Auf der rechten Seite siehst du die finale Auswertung:

  • Berechnete Netto-Leckrate: Dein finales Prüfergebnis, sauber bereinigt um das stetige Kriechen des Hintergrunds.
  • Messkurve: Ein visuelles Diagramm, das dir genau zeigt, wie sich dein Hintergrundsignal verhält (gelbe Linie), wo die berechnete Asymptote liegt (grün gestrichelt) und wie groß dein eigentliches Netto-Signal ist (Säulendiagramm bei aktiviertem Bruttowert).
📈

Anleitung: Druckanstieg (Akkumulation)

Leckrate über Zeit messen

Das Druckanstiegs-Verfahren wird eingesetzt, wenn winzig kleine Leckraten an großen Behältern geprüft werden müssen oder wenn man die Gesamtdichtheit eines Systems (ohne dauerhaft laufende Pumpe) bestätigen möchte. Anstatt auf einen sofortigen Wert zu schauen, sperrt man die Kammer ab und wartet, ob und wie schnell sich Luft (oder Prüfgas) ansammelt.

Schritt 1: Systemvolumen (V) definieren

Tragen Sie das absolute Innenvolumen Ihrer Kammer (in Litern) ein. Die Physik besagt: Je größer die Kammer, desto länger dauert es, bis sich ein Leck bemerkbar macht! Wenn Sie das Volumen nicht genau kennen, nutzen Sie unseren Volumen-Rechner.

Schritt 2: Druckanstieg (\(\Delta p\)) & Messdauer (\(\Delta t\)) erfassen

  • Druckanstieg (\(\Delta p\)): Pumpen Sie die Kammer ab, sperren Sie das Ventil und notieren Sie den Startdruck. Warten Sie. Notieren Sie den Enddruck. Tragen Sie hier die Differenz (Enddruck minus Startdruck) ein.
  • Messdauer (\(\Delta t\)): Wie lange haben Sie gewartet, während das Ventil geschlossen war? (Minuten, Stunden etc.)

Tipp: Die App errechnet daraus sofort die riesengroß angezeigte "Berechnete Netto-Leckrate".

Schritt 3: Zulässigen Grenzwert (Optional) nutzen

Viele Prüfnormen geben keinen Leckraten-Wert in mbar·l/s vor, sondern sagen einfach: "Der Druck darf in 10 Minuten nicht um mehr als 1 mbar steigen."

Tragen Sie genau diesen Wert im Feld Zulässiger Druckanstieg (\(\Delta p \, max\)) ein. Die App prüft dann sofort im "Systemstatus", ob Sie diesen Grenzwert eingehalten haben oder nicht.

Das Geheim-Feature: Physikalischer Abgleich (Auto-Sync)

Wenn Sie oben im Block "Geräte-Messwerte" den AUTO-SYNC-Button drücken, holt sich die App Ihr Live-Helium-Signal aus dem Lecksucher. Sie vergleicht nun: Passt der Druckanstieg in der Kammer (Ihre Handeingabe) zu dem winzigen Helium-Leck, das der Lecksucher misst?

Wenn der Druck in der Kammer tausendmal schneller ansteigt, als er es wegen des winzigen Lecks dürfte, warnt Sie die App in fetter, roter Schrift: "Verdacht: Ausgasung (Feuchtigkeit) oder virtuelles Leck!"

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Anleitung: Teilstrom (Bypass-Messung)

Warum zeigt der Lecksucher zu wenig an?

Wenn ein Lecksucher nicht alleine abpumpt, sondern parallel zu einer großen Anlagenpumpe (Zusatzpumpe) betrieben wird, "klaut" die große Pumpe einen Großteil des Heliums. Der Lecksucher bekommt nur einen winzigen Bruchteil ab und zeigt eine viel zu geringe Leckrate an. Dieser Modus korrigiert das mathematisch!

Schritt 1: Saugvermögen eintragen

Trage links die auf den Typenschildern angegebenen nominalen Pumpgeschwindigkeiten ein:

  • Saugvermögen Lecksucher (l/s): z.B. 1.5 l/s
  • Saugvermögen Zusatzpumpe (l/s): Die große Anlagenpumpe, z.B. 4.5 l/s

Schritt 2: Geräte-Messwerte (Q_ger) erfassen

Nutze den AUTO-SYNC Button oder tippe den Brutto-Messwert und den Hintergrund deines Lecksuchers manuell ein (z.B. 1.40e-10). Die App berechnet daraus die Netto-Leckrate die tatsächlich am Gerät ankommt.

Schritt 3: Auswertung & Teilstrom-Verhältnis

Auf der rechten Seite berechnet die App das sogenannte "Effektive Teilstrom-Verhältnis" (Ratio). Die Formel lautet: (S_Lecksucher + S_Zusatzpumpe) / S_Lecksucher.

Beispiel mit 1.5 l/s und 4.5 l/s:
Das ergibt eine Ratio von 4.00. Das heißt, das tatsächliche Leck ist 4-mal größer als das, was der Lecksucher sieht! Die große gelbe Zahl zeigt dir die wahre, massiv nach oben korrigierte Netto-Leckrate am Prüfling.

Wichtiger Hinweis zu Leitungsverlusten!

Dieser Basis-Modus rechnet nur mit den reinen nominale Saugvermögen der Pumpen. Wenn du jedoch lange oder dünne Schläuche zwischen den Pumpen und der Anlage verbaut hast, werden diese Werte durch den Leitwert massiv gedrosselt und die Ratio verfälscht! Nutze in diesem Fall zwingend den Profi-Modus "Teilstrom + Leitwert"!

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Anleitung: Leitwert (Pumping Speed)

Der Flaschenhals in der Vakuum-Leitung

Auf dem Typenschild eines Lecksuchers steht oft ein Saugvermögen von z.B. 1,5 l/s. Doch sobald Sie einen Schlauch (oder ein Rohr) zwischen Lecksucher und Prüfkammer anschließen, wirkt dieser Schlauch wie ein Strohhalm, der die Luft abschnürt. Das nennt man den Leitwert (C). Dieser Modus berechnet, wie viel Saugvermögen tatsächlich noch an der Kammer ankommt und wie stark das Ihr System verlangsamt.

Schritt 1: Kammer definieren

Tragen Sie unter Kammer / Behälter das Volumen (V) in Litern ein. Ein größeres Volumen bedeutet, dass es länger dauert, bis die Kammer evakuiert ist und ein Lecksignal den Sensor erreicht.

Schritt 2: Die Verbindungsleitung (HLT)

  • Wählen Sie den Typ der Leitung (z.B. einen 12mm PTFE-Schlauch oder KF-Flansch).
  • Tragen Sie die Länge der Leitung in Metern (m) ein.
  • Geben Sie das nominale Saugvermögen des Lecksuchers (laut Typenschild) an.

Die App berechnet nun live im Block "Analyse" den Leitwert der Leitung und das daraus resultierende Effektive Saugvermögen. Ist der Schlauch zu dünn, warnt die App vor einem drastischen Leistungsverlust (in Prozent).

Schritt 3: Physikalische Bedingungen (Optional)

Im unteren Block können Sie das verwendete Prüfgas (meist Helium) und die Strömungsart einstellen. Die Einstellung "Auto-Detect" ist meistens optimal, da die App anhand des Leitungsdrucks (z.B. 1,0 mbar) selbst erkennt, ob es sich um eine viskose oder molekulare Strömung handelt.

Schritt 4: Ergebnisse & Systemträgheit

Auf der rechten Seite sehen Sie nicht mehr direkt eine Leckrate, sondern Zeiten:

  • Berechnete Zeit Werte (t_95%): Das ist die entscheidende Wartezeit! So lange dauert es in Sekunden, bis 95% des tatsächlichen Lecksignals am Lecksucher angekommen sind.
  • Tau (τ): Die Zeitkonstante des Systems (Volumen geteilt durch effektives Saugvermögen).
  • Messkurve: Zeigt visuell, wie das Signal (gelbe Linie) über die Zeitachse langsam von 0 auf 100% ansteigt.
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Anleitung: Teilstrom + Leitwert

Die Königsdisziplin der Lecksuche

Dieser Modus ist für Profis gedacht, die an großen, komplexen Anlagen messen. Hier werden zwei massive physikalische Effekte kombiniert, die das Messsignal verfälschen: Die Drosselung durch die langen Anschlussschläuche (Leitwert) und der Helium-Diebstahl durch parallel laufende große Anlagenpumpen (Teilstrom). Die App rechnet beide Fehler heraus und ermittelt die wahre Leckrate an der Kammer.

Schritt 1: Kammer & Geräte-Messwerte

  • Trage ganz oben (ggf. über AUTO-SYNC) die Werte ein, die du aktuell am Display deines Lecksuchers abliest (Brutto und Hintergrund). Daraus bildet die App die Netto-Referenz am Gerät.
  • Gib unter Kammer / Behälter das Volumen der zu evakuierenden Anlage ein (z.B. 40 Liter).

Schritt 2: Die Leitungen (Flaschenhälse) definieren

Jetzt wird es ernst: Wir müssen der App sagen, durch welche "Strohhalme" unsere Pumpen saugen müssen.

  • 1. Verbindung Lecksucher (HLT): Wähle aus, mit welchem Schlauch (z.B. KF DN25) und in welcher Länge (z.B. 2.0 m) der Lecksucher angeschlossen ist. Gib sein nominales Saugvermögen ein (z.B. 2.5 l/s).
  • 2. Verbindung Zusatzpumpe: Mach das Gleiche für die große Anlagenpumpe. (z.B. ein langes 12m KF DN63 Rohr vor einer riesigen 155 l/s Pumpe).
Der Aha-Moment: Achte auf die roten Prozent-Werte (Leistungsverlust)! Eine 155 l/s Pumpe, die an einem 12m Rohr hängt, verliert massiv an Kraft. Am Ende der Leitung kommen vielleicht nur noch kümmerliche 6.498 l/s an der Kammer an!

Schritt 3: Das Finale Ergebnis

Sobald alle Leitungen definiert sind, passiert auf der rechten Seite die Magie:

  • Effektives Teilstrom-Verhältnis: Die App vergleicht nun nicht mehr blind 155 l/s gegen 2.5 l/s. Sie vergleicht die tatsächlich an der Kammer ankommenden, gedrosselten Saugvermögen (die S_eff Werte)! So ermittelt sie, wie sich das Helium wirklich aufteilt.
  • Berechnete Netto-Leckrate: Die riesige gelbe Zahl ist die wahre, brutal ehrliche Leckrate deines Prüflings. Sie ist um alle Schlauch- und Pumpenverluste nach oben korrigiert.
  • Zeit / Tau: Unten rechts bei Massenstrom siehst du nun in eckigen Klammern sogar die tatsächlichen Zeit-Werte [t_95%] und [Tau], die sich aus dem zähen Saugen durch die langen Rohre ergeben!
⚙️

Anleitung: Pumpen-Umrechner

Schluss mit dem Kopfrechnen!

Das Saugvermögen einer Vakuumpumpe (also wie viel Volumen pro Zeit sie abpumpen kann) wird je nach Hersteller, Pumpenart und Land in völlig unterschiedlichen Einheiten angegeben. Der Pumpen-Umrechner nimmt Ihnen das lästige Kopfrechnen ab.

Warum brauche ich dieses Tool?

  • Lecksuchgeräte geben ihr internes Saugvermögen meist in Liter pro Sekunde (l/s) an.
  • Europäische Vorvakuumpumpen (z. B. Drehschieber- oder Scrollpumpen) sind fast immer in Kubikmeter pro Stunde (m³/h) deklariert.
  • Japanische und amerikanische Hersteller nutzen wiederum oft Liter pro Minute (l/min) oder cfm.

Wenn Sie in unseren anderen Tools (wie dem Gas-Linien Rechner oder Teilstrom) ein "Saugvermögen (l/s)" für eine Zusatzpumpe eingeben müssen, auf dem Typenschild Ihrer Pumpe aber "16 m³/h" steht, müssen Sie diesen Wert erst mühsam umrechnen.

Die Bedienung

Die Bedienung ist denkbar einfach und auf Geschwindigkeit in der Werkstatt ausgelegt:

  1. Schauen Sie auf das Typenschild oder in das Datenblatt Ihrer Pumpe.
  2. Klicken Sie in das entsprechende Feld in der App.
  3. Tippen Sie den Wert ein.
Echtzeit-Berechnung (Beidseitig)

Es ist völlig egal, in welches der drei Felder Sie etwas eintragen. Das Tool erkennt automatisch, welches Feld Sie gerade bearbeiten, und aktualisiert die anderen beiden dynamisch während Sie tippen. Sie müssen keine zusätzlichen Buttons klicken!

Die zugrundeliegenden Formeln

Falls Sie es manuell nachrechnen möchten (wobei \(1 \, m^3 = 1000 \, l\) und \(1 \, Stunde = 3600 \, Sekunden\)):

Von m³/h: l/s = m³/h ÷ 3,6
l/min = m³/h × 16,666...
Von l/s: m³/h = l/s × 3,6
l/min = l/s × 60
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Anleitung: System-Volumen Baukasten

Das Fundament jeder Vakuum-Berechnung

Das präzise Innenvolumen (V) einer Anlage ist die absolute Grundlage für die meisten Vakuum-Berechnungen. Ein falsch geschätztes Volumen verfälscht die Ergebnisse des Druckanstiegs-Verfahrens (Leckrate) und der Ansprechzeit (Tau) extrem. Mit diesem Baukasten "klicken" Sie Ihre Anlage einfach Bauteil für Bauteil zusammen.

1. Das Grundprinzip: Die Stückliste

Anstatt mühsam mit dem Taschenrechner Hohlräume zu addieren, fügen Sie hier einfach "Blöcke" hinzu. Jeder Block repräsentiert ein Bauteil Ihrer Anlage (z.B. 1x Kammer, 1x Rohr, 2x Ventile). Das Tool addiert alles in Echtzeit zusammen und zeigt Ihnen rechts oben das Gesamtvolumen in Litern (L) an.

Tipp: Sie können unendlich viele Bauteile hinzufügen und mit dem "Mülleimer"-Symbol einzeln wieder löschen.

2. Bauteil / Geometrie (Die großen Körper)

Hier berechnen Sie die großen Hohlkörper, in die Sie mit einem Zollstock hineinmessen können.

  • Rohr / Schlauch: Für Wellschläuche, Messstutzen oder lange Gasleitungen. Wählen Sie die Einheit flexibel (z.B. Durchmesser in mm, Länge aber in Metern).
  • Eckige Kammer: Für rechteckige Prozesskammern oder Ventilblöcke. Achtung: Bitte immer die inneren Abmessungen messen, die dicke Stahl-Wandstärke zählt nicht zum Vakuumvolumen!
  • Kugel / Glocke: Für runde Rezipienten. Die umschaltbare Option "Halbkugel (Glocke)" teilt das berechnete Volumen exakt durch zwei (ideal für Standard-Vakuumglocken auf Prüfständen).
  • Reduzierung (Konus): Berechnet das Volumen von Übergangsstücken (Kegelstumpf) zwischen zwei unterschiedlichen Flanschgrößen (z.B. von ISO-K 100 auf KF 40).
Der häufigste Fehler: Innen- vs. Außendurchmesser

Schläuche und Rohre (besonders im US/Zoll-Bereich) werden im Handel oft nach ihrem Außendurchmesser (OD = Outer Diameter) benannt. Für das Vakuumvolumen zählt ausschließlich der Innendurchmesser (ID = Inner Diameter)! Ein "1/4 Zoll" Stahlrohr (6,35 mm Außen) hat durch seine dicke Wand oft nur einen Innendurchmesser von ca. 4,5 mm. Geben Sie hier den falschen Wert ein, wird das berechnete Volumen massiv zu groß!

3. Systemkomponenten & Armaturen (Die kleinen Helfer)

Neben den großen Kammern besteht eine Anlage aus vielen kleinen Standard-Bauteilen. Da diese sich schwer mit dem Zollstock ausmessen lassen, haben wir hier durchschnittliche Praxiswerte für das innere "Totvolumen" hinterlegt.

  • Fügen Sie z. B. den Block "Sensoren, MFCs & Regler" hinzu.
  • Wählen Sie aus dem Dropdown die gewünschte Komponente (z. B. "Mass Flow Controller").
  • Geben Sie die Stückzahl (z. B. "2") ein. Die App addiert automatisch das passende Volumen dazu.

4. Referenz-Tabellen nutzen (Unten rechts)

Wir haben Ihnen die Suche in dicken Tabellenbüchern abgenommen. Wenn Sie rechts unten auf "Referenz: Rohr- & Flanschgrößen" klicken, öffnen sich Tabellen für:

  • Halbleiter & Gaspanels (Zoll): Zeigt Ihnen für gängige VCR/Swagelok-Rohre (wie 1/4" oder 1/2") genau den Innendurchmesser in mm an, den Sie links in die Geometrie-Blöcke eintragen müssen.
  • ISO-KF / ISO-K Flansche: Zeigt Ihnen für gängige europäische Flansche (wie KF25, KF40) die exakten Innendurchmesser.
Export & Speichern

Haben Sie die gesamte Anlage "zusammengeklickt"? Perfekt! Über den Speichern Button landet die Konfiguration als Projekt in Ihrer Datenbank. Über PDF / CSV können Sie die detaillierte Aufschlüsselung (inklusive dem Kreisdiagramm) als Nachweis für Ihre Unterlagen exportieren.

🎮

Anleitung: Vakuum-Physik Simulator

Spielend die Vakuumphysik verstehen

Vakuumtechnik ist oft abstrakt und schwer vorstellbar. Der Vakuum-Physik Simulator ist ein interaktives Lernwerkzeug. Durch einfaches Ziehen an den Schiebereglern können Sie in Echtzeit und in echten Industrie-Maßstäben beobachten, wie sich Schläuche und Zusatzpumpen auf Ihr Messergebnis auswirken.

🥛 Modus 1: Das Strohhalm-Prinzip (Leitwert)

Dieser Modus verdeutlicht, warum dicke und kurze Verbindungen in der Vakuumtechnik überlebenswichtig sind.

  • Die Theorie: Ein Vakuum verhält sich wie Wasser. Wenn Sie versuchen, mit einer riesigen Feuerwehrpumpe einen Pool durch einen kleinen Trinkhalm abzusaugen, verpufft die Leistung der Pumpe völlig. Der Strohhalm (das Rohr) ist der Flaschenhals.
  • Die Praxis im Simulator: Stellen Sie das nominale Saugvermögen Ihrer Pumpe (z. B. 150 l/s) am oberen Regler ein. Ziehen Sie dann den unteren Regler für den "Leitwert der Verbindung" (den Schlauch) nach unten.
  • Der Aha-Effekt: Im Balkendiagramm unten sehen Sie sofort, dass von den 150 l/s am Prüfling plötzlich nur noch winzige 9 l/s ankommen! Die Pumpe nützt Ihnen nichts, wenn die Leitung zu klein ist.

🔀 Modus 2: Das Kreuzungs-Problem (Teilstrom)

Dieser Modus zeigt den gefürchteten "Helium-Diebstahl" bei Anlagen, an denen mehrere Pumpen gleichzeitig laufen.

  • Die Theorie: Das Helium aus einem Leck verhält sich wie eine Schafherde vor einer Weggabelung. Ein Weg ist ein riesiges Scheunentor (die große Anlagenpumpe), der andere Weg ist eine winzige Hundeklappe (der kleine Lecksucher). Fast das gesamte Helium verschwindet im großen Tor und wird nie gemessen.
  • Die Praxis im Simulator: Stellen Sie oben das Saugvermögen der großen Zusatzpumpe (z. B. 155 l/s) und darunter das des kleinen Lecksuchers (z. B. 10 l/s) ein.
  • Der Aha-Effekt: Das Tortendiagramm (Donut-Chart) unten visualisiert gnadenlos die Realität. Es zeigt Ihnen, dass ein riesiger Teil des Heliums (oft über 90%) ungemessen in der Zusatzpumpe verloren geht. Ihr Lecksucher erwischt nur den winzigen blauen Rest. Deshalb zeigt er ein viel zu kleines Leck an!
Einsatz im Alltag

Nutzen Sie diesen Simulator vor allem, um neuen Kollegen oder Kunden anschaulich zu demonstrieren, warum eine bestimmte Prüfanordnung (mit langen Schläuchen oder im Beisein starker Pumpen) unweigerlich zu fehlerhaften, viel zu kleinen Leckraten-Anzeigen am Display führt.

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Anleitung: O-Ring Permeations-Radar

Wenn Gummi zum Schweizer Käse wird

Helium ist ein extrem kleines und schnelles Atom. Für Helium ist ein O-Ring aus Gummi nicht massiv, sondern wie ein Schwamm. Wenn Sie einen O-Ring oder Kunststoffschlauch lange genug von außen mit Helium ansprühen, wandert das Gas mitten durch das intakte Material hindurch! Dieses Phänomen nennt man Permeation. Der Lecksucher piept, und Sie denken, Sie haben ein Leck – dabei ist die Dichtung völlig in Ordnung (ein sogenanntes Scheinleck).

1. Der Lokal-Test (Wie bediene ich die App?)

Wählen Sie oben aus, ob Sie einen O-Ring (Dichtung) oder einen Schlauch (z. B. aus der Pneumatik) berechnen möchten.

  • Material: FKM (Viton) ist relativ dicht, während Silikon für Helium praktisch wie ein offenes Fenster wirkt.
  • Geometrie: Geben Sie die Schnurstärke (CS) des O-Rings bzw. die Wandstärke des Schlauchs ein. Das ist die Strecke, die das Helium durchdringen muss.
  • Temperatur: Extrem wichtig! Permeation folgt einem exponentiellen Gesetz. Wenn ein O-Ring warm wird (z. B. 40°C), kriecht das Helium oft doppelt bis dreimal so schnell hindurch wie bei 20°C!
Das sichere Zeitfenster (Die große Zahl)

Die App berechnet Ihnen sofort die Durchbruchszeit. Das ist die Zeit, die das erste Helium-Atom braucht, um sich durch den Gummi zu kämpfen. Ihre goldene Regel: Jedes Signal, das am Lecksucher vor Ablauf dieser Zeit auftritt, ist ein ECHTES Leck (ein Riss, ein Kratzer, ein Haar). Jedes Signal, das erst nach dieser Zeit auftritt, ist höchstwahrscheinlich nur Permeation (Scheinleck).

2. Integral-Test (Die Warn-Box rechts)

Wenn Sie nicht nur lokal sprühen, sondern die ganze Anlage in Folie einpacken (Integraltest), baden alle O-Ringe gleichzeitig im Helium. In der Warn-Box auf der rechten Seite zeigt Ihnen die App, was passiert, wenn das Helium das Material komplett durchdrungen hat (Sättigung).

Ist dieser Wert extrem hoch (z. B. bei Silikon oder PU-Schläuchen), warnt Sie die App eindringlich davor, überhaupt einen Integraltest durchzuführen, da das Hintergrundsignal den Prüfgrenzwert sofort sprengen würde!

🧮

Anleitung: Einheiten-Konverter

Ordnung im Einheiten-Chaos

Die Vakuumtechnik ist international geprägt. Europäer messen in mbar, Amerikaner in Torr, die Industrie steuert Gase in sccm und im Automotive-Bereich wird oft nach ppm geschnüffelt. Dieser Konverter übersetzt alle gängigen Normen in Echtzeit (Auto-Sync).

Block 1: Druck-Einheiten

Ein klassischer Konverter für Vakuumdrücke. Tippen Sie einfach einen Wert in ein beliebiges Feld (z.B. bei Torr), und alle anderen Felder (wie mbar, Pascal, psi) passen sich sofort an.

Tipp: Exponential-Format

Wenn Sie mit Hochvakuum arbeiten (z.B. \(10^{-7}\) mbar), schalten Sie unten den Schalter "Exponential-Format (e-X)" ein. Das erspart Ihnen das Eintippen von endlosen Nullen (0.0000001).

Block 2: Leckrate & Mass-Flow (Das Herzstück!)

Oft wirkt es verwirrend, warum man "Gasfluss" (sccm oder slm) und "Leckrate" (mbar·l/s) miteinander verknüpft. Die Realität: Es ist physikalisch exakt das Gleiche! Beides beschreibt eine definierte Menge Gas, die in einer bestimmten Zeit strömt.

Wenn Ihnen die SPS-Steuerung der Anlage einen Mass-Flow-Controller (MFC) Wert von "5 sccm" vorgibt, tippen Sie das einfach hier ein. Das Tool sagt Ihnen sofort, welche Leckrate (z.B. in mbar·l/s) das an Ihrem Lecksucher bedeuten würde.

Block 3: Der ppm-Wandler (Für Schnüffler)

"ppm" (Parts Per Million) ist keine feste Leckrate, sondern nur eine Konzentration (wie viel Helium-Teilchen schwimmen in der Luft?). Ein Lecksucher misst aber eine Leckrate (Volumen mal Druck pro Zeit).

Damit 10 ppm an Ihrem Gerät zu einer verlässlichen Anzeige führen, MÜSSEN Sie wissen, wie stark die Pumpe an dem Schnüffelschlauch saugt!

  1. Wählen Sie oben das Effektive Saugvermögen Ihrer Schnüffelsonde (oder wählen Sie Ihr Gerät aus den Presets).
  2. Tippen Sie unten Ihren Zielwert ein (entweder ppm oder mbar·l/s). Das Tool übersetzt die Konzentration sofort in eine greifbare Leckrate, die Sie am Gerät ablesen können.
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Platzhalter Anleitung 3

Hier kommt bald der Inhalt rein...
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Pre-HLT Checkliste & Vorbereitung

Anlagen-Prüfung vor dem eigentlichen Helium-Test

Bereitschaft der Gas-Komponenten

Alle Gas-Komponenten müssen vor dem HLT (Helium Leak Test) auf ihre Funktion, korrekte Installation und Betriebsbereitschaft geprüft werden.

1. Einbaulage & Durchflussrichtung
  • Gasfilter
  • MFCs (Mass Flow Controller)
  • MFMs (Mass Flow Meter)
  • Rückschlagventile
  • Ansteuerventile
  • Druckregler
2. Prüfung der Adressierung
  • Adressierung der MFCs und MFMs
  • Adressierung der SMC-Module
3. Funktionsprüfung
  • Korrekte Ansteuerung aller Ventile
  • Funktionsfähigkeit der VAT- & Eckventile
  • Funktionsfähigkeit aller Druckregler & Sensoren

Achtung: Beaufschlagen der Gasleitungen (Pressure Surges)

Bei Halbleiteranlagen, Gas-Cabinets und Prozessgasleitungen muss der Druckregler vor dem Beaufschlagen der Leitung vollständig geschlossen sein. Erst nach dem Aufbau eines stabilen Vordrucks darf der Druckregler langsam geöffnet und auf den erforderlichen Ausgangsdruck eingestellt werden.

Mögliche Folgen bei Missachtung:
  • Beschädigung der Reglermembran
  • Verkürzte Lebensdauer des Druckreglers
  • Fehlfunktionen empfindlicher MFCs
Empfohlenes Vorgehen:
  1. Druckregler vollständig schließen/entspannen.
  2. Gasversorgungsventil langsam öffnen.
  3. Vordruck aufbauen & stabilisieren lassen.
  4. Regler langsam auf Ausgangsdruck einstellen.

🔬 Bereitschaft von Prozesskammern & Vakuumleitungen

Wichtiger Vorbereitungsschritt:

Prozessrohre und Kammern sollten nicht über Stunden oder Tage offen zur Umgebung stehen. Spätestens 24 Stunden vor dem HLT sollte das System evakuiert und anschließend mit Stickstoff (N₂) gespült werden. Dies entfernt Feuchtigkeit, Partikel und Verunreinigungen (Reduziert Ausgasungen massiv!).

  • Kammern sind vollständig montiert & vakuumdicht.
  • Flansche & Dichtungen nach Vorgabe angezogen.
  • Vakuumventile angeschlossen & angesteuert.
  • Keine offenen Anschlüsse oder unbeabsichtigte Blindstellen.
Freigabekriterium für den HLT:

Die Prozesskammer bzw. das Rohrleitungssystem muss das spezifizierte Vakuum stabil aufbauen und über den geforderten Zeitraum halten können, bevor mit dem Helium Leak Test begonnen wird.

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Schritt-für-Schritt: Gas-Panel prüfen

Profi-Anleitung zur Dichtheitsprüfung von Gasverteilungen

Gas-Panels (Gas-Sticks) sind aufgrund vieler VCR-Fittings, Ventile und MFCs auf engstem Raum extrem anspruchsvoll. Diese Anleitung führt sicher durch den Vakuum-Sprüh-Test.

1 Vorbereitung & Toträume (Dead Legs) eliminieren

Das größte Risiko beim Gas-Panel sind eingeschlossene Gaspolster. Das Helium erreicht das Leck nicht, wenn ein Ventil im Panel geschlossen ist.

  • Sicherheit zuerst: Panel muss drucklos, von toxischen Gasen befreit und N2-gespült sein.
  • Pneumatik-Ventile: Alle pneumatischen Ventile manuell (Service-Druckluft) oder elektronisch auf OFFEN stellen.
  • MFCs: Mass Flow Controller komplett öffnen (100% Setpoint) oder Bypass-Ventile nutzen.

2 Evakuieren & Basis-Vakuum herstellen

Wichtig: Druckregler langsam öffnen (siehe Pre-HLT Checkliste), um Membranschäden zu vermeiden!
  • Lecksucher am Ende des Panels (immer in Flussrichtung, niemals gegen die Flussrichtung) an der entsprechenden Gas-Linie anschließen.
  • System abpumpen und warten, bis der Lecksucher in den hochsensiblen Modus (Normalmodus / feinstes Messregime) wechselt.
  • Warten, bis das Signal absolut stabil ist.
    Profi-Tipp: Vergiss nicht, diesen stabilen Hintergrundwert (Background/BG) zu notieren! Er wird in der App zwingend für die Berechnung der Netto-Leckrate benötigt.

3 Die Sprüh-Regel: Von OBEN nach UNTEN

Da Helium leichter als Luft ist, steigt es sofort nach oben. Sprüht man unten zuerst, steigt das Helium auf und kriecht in ein Leck, das weiter oben liegt. Man denkt fälschlicherweise, das Leck sei unten!

✅ Richtiges Vorgehen:
  1. Ganz oben am Panel (höchster Punkt) beginnen.
  2. Nur minimale Mengen sprühen (kleine Sprühpistole).
  3. Ansprechzeit (T_95) abwarten!
  4. Langsam Etage für Etage nach unten arbeiten.
🔍 Profi-Tipp für VCR-Fittings:

VCR-Muttern haben oft 2 kleine Testlöcher. Nicht einfach wild auf die Mutter sprühen (das Helium wird oft vom Lüfter der Halle weggeblasen)! Für höchste Sensibilität: Lege ein Tütchen (z. B. Ziploc-Beutel) oder ein Stück saubere Folie locker um das Fitting und gib einen winzigen Schuss Helium unter die Folie. So baust du ein kleines Helium-Zelt auf.

4 Lokalisierung & Auswertung

  • Schlägt der Lecksucher an, sofort mit dem Sprühen aufhören!
  • Warten, bis das Signal wieder auf den alten Hintergrundwert abgefallen ist (Clear-Down). Das kann mehrere Minuten dauern (5x Tau).
  • Mit einem feineren Helium-Strahl oder durch Abkleben das Leck exakt eingrenzen (Pinpointing).
  • Schlauch/Fitting markieren, Leckrate in der App dokumentieren.
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Schritt-für-Schritt: Kammer im Direktstrom (Standard-Verfahren)

Das Umschalt-Verfahren (Hauptpumpe wird abgeschiebert)

Bei diesem Verfahren gibt es keinen Teilstrom. Die externe Vakuumpumpe (Roughing Pump) wird nur benutzt, um die Kammer anfangs leer zu saugen. Während der eigentlichen Messung wird diese Pumpe vom System getrennt. Der Lecksucher (HLT) bekommt 100% des Heliums!

1 Vor-Evakuieren (Roughing)

Da der Lecksucher allein viel zu schwach wäre, um eine große Kammer von Atmosphärendruck abzupumpen, nutzen wir zuerst die "große" Anlage.

  • Ventil zum Lecksucher bleibt geschlossen.
  • Hauptpumpe (oder Vorpumpe) der Anlage starten und Kammer abpumpen.
  • Warten, bis der Druck in der Kammer tief genug ist, damit der Lecksucher ihn verträgt (meist < 10-2 mbar oder feiner).

2 Der Umschalt-Moment (Das Abschiebern)

Gefahr des Druckanstiegs!
Sobald du die große Pumpe trennst, muss der kleine Lecksucher die Kammer allein "sauber" halten. Wenn die Kammer noch nass ist (Ausgasung) oder ein riesiges Leck hat, wird der Druck jetzt sofort in die Höhe schießen und der Lecksucher bricht ab ("Druck zu hoch").
  • Lecksucher-Ventil zur Kammer öffnen.
  • Haupt-Vakuumpumpe trennen (Eckventil oder großen Schieber zur Hauptpumpe schließen).
  • Den Druck am Lecksucher genau beobachten! Bleibt er stabil, kannst du weitermachen.
💡 PROFI-TIPP:
Auch wenn der Druck anfangs stabil aussieht: Warte nach dem Abschiebern mindestens 15 Minuten, bevor du mit der Helium-Suche beginnst! Anfänger denken oft "Juhu, es klappt!", fangen wild an zu sprühen und 10 Minuten später kriecht das Signal durch langsames Ausgasen der Wände doch in die Decke. Dann wissen sie nicht: War das jetzt mein Helium oder ist die Kammer nur noch feucht? Gib dem Hintergrundwert Zeit, sich auf das nun viel geringere Saugvermögen des Lecksuchers einzupegeln!

3 Die Messung (100% Sensibilität)

Jetzt hast du ideale Bedingungen: Jeder Tropfen Helium, der durch ein Leck kommt, muss in den Lecksucher fließen. In der App stellst du das Teilstrom-Verhältnis (Split) hier einfach auf 0 (oder deaktivierst den Teilstrom).

  • Hintergrund notieren: Warten, bis sich das Signal beruhigt hat. Dieser Wert ist dein BG (Background).
  • Von Oben nach Unten sprühen: Auch hier gilt: Helium steigt auf. Immer am höchsten Flansch beginnen!
  • Ansprechzeit (Tau) beachten: Weil jetzt nur noch der kleine Lecksucher die Kammer evakuiert, ist das "Effektive Saugvermögen" geringer. Das bedeutet: Das System ist jetzt träger! Nutze den Leitwert-Modus in der App (ohne Zusatzpumpe), um dir die Wartezeit T_95% ausrechnen zu lassen.
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Schritt-für-Schritt: Prozesskammer prüfen

Der Einsteiger-Guide für große Volumina und Flansche

Bei Vakuumkammern ist das riesige Volumen die größte Herausforderung. Das System reagiert extrem träge. Wer hier wild herumsprüht, findet das Leck nie, sondern flutet die Halle mit Helium. Die wichtigste Regel hier lautet: Geduld!

1 Anschluss & Teilstrom (Split-Flow)

Große Kammern werden oft von starken Turbopumpen evakuiert. Der Lecksucher alleine schafft dieses Volumen nicht.

  • Den Lecksucher idealerweise in die Vorvakuumleitung (Foreline) der Turbopumpe anschließen (zwischen Turbopumpe und Vorpumpe).
  • Nutze in der App den Modus Teilstrom + Leitwert, da sich der Lecksucher und die Vorpumpe das angesaugte Helium nun teilen.

2 Abpumpen & Ausgasung (Das "Fake-Leck")

Häufigster Anfängerfehler: Die Kammer stand offen an der Luft. Die Wände sind voll mit Wasserdampf (Luftfeuchtigkeit). Beim Abpumpen verdampft dieses Wasser langsam. Der Druckabfall stagniert! Das ist kein Leck, sondern Ausgasung!
  • Gib der Kammer Zeit. Manchmal dauert es Stunden, bis das Wasser abgepumpt ist und der Basisdruck erreicht wird.
  • Erst wenn das Hintergrundsignal am Lecksucher (Background/BG) völlig stabil ist, diesen Wert notieren und mit der Suche beginnen.

3 Die eiserne Regel: Von OBEN nach UNTEN

Genau wie beim Gas-Panel gilt auch an der riesigen Kammer: Helium ist extrem leicht und steigt sofort nach oben auf!

❌ Was passiert, wenn man unten anfängt?

Du sprühst unten an einen Flansch. Das Helium prallt ab, schwebt an der Außenwand der Kammer nach oben und wird von einem lecken Flansch am Deckel eingesaugt. Der Lecksucher piept! Du denkst: "Ah, der Flansch unten ist kaputt!" – Ein fataler Irrtum, der stundenlange, sinnlose Reparaturen nach sich zieht.

  • Beginne am absolut höchsten Punkt der Kammer (Deckel, obere Fenster).
  • Arbeite dich Schicht für Schicht kreisförmig nach unten (wie beim Schälen eines Apfels).
  • Gehe erst nach ganz unten (Bodenflansche, Vorvakuumpumpen), wenn oben alles dicht ist.

4 Sprühen, Warten & "Helium-Sumpf" vermeiden

Weil die Kammer riesig ist, braucht das Helium lange, bis es am Lecksucher ankommt. Nutze die App (Modus: Leitwert), um dir die Ansprechzeit T_95% ausrechnen zu lassen!

  • Sprüh-Geschwindigkeit: Führe die Sprühpistole langsam (ca. 1 Zentimeter pro Sekunde) am Flansch entlang.
  • Weniger ist mehr: Sprühe nur einen hauchdünnen Helium-Strahl (wie eine Kerze auspusten). Wenn du zu viel sprühst, füllt sich der Raum um die Kammer mit Helium (Helium-Sumpf). Der Lecksucher piept dann ständig, und du findest das eigentliche Leck nicht mehr.
  • Die 3-Tau-Regel: Nach jedem Flansch oder Segment musst du die T_95% Zeit abwarten, bevor du an einer anderen Stelle weitersprühst. Wenn der Lecksucher piept, musst du warten, bis das Signal wieder auf den Hintergrundwert (BG) abgefallen ist.
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Mythbuster: Molekular vs. Laminar

Der Irrtum der alten Hasen: Welche Strömung ist wirklich die schnellste?

Der 30-Jahre-Profi-Irrtum

"Im Hochvakuum (molekulare Strömung) ist das Rohr ja völlig leer! Da stößt das Helium an keine Luftmoleküle mehr und schießt rasend schnell zur Pumpe!"

FALSCH! Genau das Gegenteil ist der Fall.

Um zu verstehen, warum die App manchmal extrem lange Wartezeiten (Totzeiten) berechnet, muss man wissen, wie sich Gas im Rohr bewegt. Das hängt vom Druck ab!

🌊
🕳️

1. Viskos / Laminar

Grobvakuum / Überdruck

Der reißende Fluss. Bei hohem Druck sind so viele Moleküle im Rohr, dass sie dicht an dicht gedrängt sind. Sie stoßen ständig aneinander und schieben sich gegenseitig als riesige "Masse" durch das Rohr.

🚀 EXTREM SCHNELL (Sekundenbruchteile)
🌪️
🕳️

2. Knudsen-Strömung

Feinvakuum (Übergang)

Das Verkehrschaos. Der Druck sinkt. Die Moleküle haben mehr Platz. Manchmal stoßen sie noch aneinander (Fluss), manchmal fliegen sie aber auch schon ungebremst an die Rohrwand. Die gemeinsame Strömung bricht langsam zusammen.

🐢 WIRD IMMER TRÄGER...
🏓
🕳️

3. Molekulare Strömung

Hochvakuum

Der einsame Flummi. Das Rohr ist fast leer. Ein Helium-Atom hat niemanden mehr, der es "anschiebt". Es prallt an die linke Rohrwand, dann an die rechte, springt sogar weit rückwärts zurück... Es bewegt sich wie eine chaotische Flipper-Kugel durch reinen Zufall irgendwann zur Pumpe!

🐌 ABSOLUT LANGSAM! (Geduld)

Ab welcher Leckrate passiert das?

Das ist der Clou: Es hängt nicht direkt von der Leckrate ab, sondern vom Druck (p) im Rohr und dem Rohrdurchmesser (d)!

Die Faustregel der Lecksuche:

  • Massive Lecks (> 10-2 mbar·l/s):
    Durch das riesige Leck strömt so viel Luft ein, dass die Vakuumpumpe den Druck nicht unter z.B. 1 mbar senken kann. Das System bleibt unfreiwillig im viskosen Bereich. Sprüht man jetzt Helium, wird es vom massiven Luftstrom wie in einem Tornado extrem schnell zur Pumpe gerissen (Sekunden).
  • Micro-Lecks (< 10-5 mbar·l/s):
    Das System ist super dicht. Die Pumpe saugt alles leer (z.B. 10-5 mbar). Wir sind voll in der molekularen Strömung. Ein winziges Helium-Leck bedeutet jetzt: Die wenigen Atome müssen ganz alleine, nur durch wildes Herumspringen an den Wänden, den Weg zur Pumpe finden (Diffusion). Die Wartezeit T_95% explodiert!
💡 Die Lösung im Gas-Panel: Spülgas!

Deshalb nutzen Profis bei sehr langen, dünnen Rohren (wie Gas-Linien) einen MFC, der absichtlich etwas Trägergas (z.B. Stickstoff mit 30 sccm) einströmen lässt. Das erhöht den Druck künstlich, erzeugt eine laminare/viskose "Autobahn" und reißt das Helium aus dem Mikro-Leck superschnell mit zum Lecksucher!

⚠️ Der Preis dafür: Helium-Verdünnung!

Das Trägergas macht das System zwar extrem schnell, aber es verdünnt das bisschen Helium massiv. Der Lecksucher bekommt nur noch einen Bruchteil des Heliums ab, das angezeigte Signal stürzt drastisch ab.

Wie die Haupt-App das berechnet: Im Haupt-Modus "Teilstrom" der App gibst du nicht die Gasmenge (z.B. 30 sccm) ein, sondern das Saugvermögen der Pumpen (Zusatzpumpe vs. Lecksucher). Warum? Weil die riesige Trägergas-Menge zwingend von einer starken Zusatzpumpe abgesaugt werden muss. Diese Pumpe "klaut" den Großteil des Heliums. Die App berechnet über das Verhältnis dieser Pumpen (den Split-Faktor) die exakte Verdünnung und korrigiert das winzige Signal mathematisch wieder auf die echte, wahre Netto-Leckrate hoch!

🌊 Der "Fluss-in-den-See" Effekt (Rohr + Kammer)

Was passiert, wenn man 30 sccm Trägergas in ein langes Rohr bläst, das am Ende in eine riesige Kammer (z.B. 40 Liter) mündet?
Im engen Rohr staut sich das Gas leicht an (z.B. auf 0.5 mbar). Es entsteht eine reißende, viskose Strömung. Das Helium rast in Bruchteilen einer Sekunde (Totzeit z.B. 0.9s) wie auf einer Autobahn durch das Rohr.
Aber dann: Das Gas schießt in die riesige 40L Kammer. Das Volumen explodiert, die Strömung bricht zusammen, das Gas verteilt sich. Die schnelle "Autobahn" endet in einem gigantischen, ruhigen See. Ab hier dauert es extrem lange (z.B. 2 Minuten T_95%), bis die Pumpe das Helium aus diesem riesigen Volumen evakuiert hat. Spülgas macht also nur das Rohr schnell, nicht die Kammer!

💡 Tipp: Kammer direkt beaufschlagen berechnen

Wenn du berechnen willst, wie lange es dauert, wenn du Spülgas direkt in eine Kammer gibst (ohne langes Rohr davor):
Gehe in den Gas-Linien Rechner, lass die "Haupt-Gas-Linie" eingeschaltet, aber setze die Rohrlängen (Vor/Nach) und alle Zusatzkomponenten auf 0. Schalte dann die "Prüfkammer" ein. Der Rechner nutzt jetzt den Flow, ignoriert das Rohr und berechnet exakt die Trägheit des Trägergases in der Kammer!

Du willst die exakte Strömung & Totzeit mit Trägergas (sccm) berechnen? Zum Gas-Linien Rechner

💧

Die Leckraten-Skala: Wie dicht ist "dicht"?

Von 1E-1 bis 1E-12: Abstrakte Zahlen einfach und praxisnah erklärt.

Was bedeutet eigentlich das "E" (z.B. 1.0E-3)?

In der Vakuumtechnik sind die Leckraten oft so winzig, dass man sie nicht mit normalen Nullen schreiben kann (z.B. 0,000000001). Deshalb nutzt man die E-Notation (Exponent). Die Zahl hinter dem E- sagt dir einfach nur, um wie viele Stellen du das Komma nach links verschieben musst.

1E-3 = 0,001
1E-9 = 0,000.000.001

Zum Vergleich: Wir stellen uns vor, wie lange es dauert, bis 1 Kubikzentimeter (1 cm³ = ca. die Größe eines Spielwürfels) Gas durch das Leck geströmt ist.

1E-1
bis 1E-2
Grobes Leck (Pfeifen & Zischen)

Vergleich: Ein geplatzter Fahrradschlauch. Wenn Wasser drinnen wäre, würde es stetig tropfen oder sogar leicht rinnen. Der Lecksucher stürzt hier oft sofort ab ("Druck zu hoch").

1 cm³ braucht:
Bruchteile von Sekunden
1E-3
bis 1E-4
Wasserdicht (aber nicht gasdicht!)

Vergleich: Ein Autoreifen, der über ein paar Wochen platt wird, oder ein tropfender Wasserhahn (ca. 1 Tropfen pro Minute). Wasser kommt hier nicht mehr leicht durch, aber das extrem kleine Helium-Atom quetscht sich noch locker hindurch.

1 cm³ braucht:
ca. 17 Minuten
1E-5
bis 1E-6
Industrie-Standard (Gasdicht)

Vergleich: So dicht ist ein Kühlschrank-Kompressor, die Klimaanlage im Auto oder eine Spraydose. Man nennt dies allgemein "technisch gasdicht". Flüssigkeiten haben hier längst keine Chance mehr.

1 cm³ braucht:
11 Tage
1E-7
bis 1E-8
Halbleiter-Schweißnaht (Extrem Dicht)

Vergleich: Hier beginnt die Premium-Liga. Typische Grenzwerte für hochwertige Gasleitungen, intakte Schweißnähte in der Halbleiterindustrie, Airbag-Zünder oder Herzschrittmacher.

1 cm³ braucht:
3 Jahre
1E-9
bis 1E-10
UHV & Metalldichtungen (Absolute Meisterklasse)

Vergleich: Das Limit für perfekte VCR-Metalldichtungen in toxischen Gas-Panels oder Systemen für die Raumfahrt (Satelliten). Ein Gummi-O-Ring (FKM/Viton) kann diese Werte auf Dauer niemals erreichen, weil Gas direkt durch das Gummi diffundiert!

1 cm³ braucht:
31 Jahre
1E-11
bis 1E-12
Die physikalische Grenze (Forschung)

Vergleich: Wir bewegen uns am Rande des physikalisch Messbaren für Industrie-Lecksucher. Gefordert bei Teilchenbeschleunigern (CERN), tiefkalten Systemen (Kryotechnik) oder Uran-Zentrifugen. In der Praxis der Halbleiterindustrie nennt man ein solches System schlicht "100% dicht".

1 cm³ braucht:
3.170 Jahre!
PREMIUM WISSEN
🧮

Formelsammlung & Praxis-Beispiele

📈

Leckrate berechnen (Druckanstieg)

Wie wandelt man einen einfachen Druckanstieg in einem geschlossenen Behälter in eine handfeste Leckrate um? Diese Formel ist das absolute Fundament der Dichtheitsprüfung durch Akkumulation.

Die Formel
Q = (V · Δp) / Δt
  • Q = Berechnete Leckrate (meist in mbar·l/s)
  • V = Evakuiertes System-Volumen (in Liter)
  • Δp = Gemessener Druckanstieg (in mbar)
  • Δt = Vergangene Zeit bzw. Messdauer (in Sekunden)

Achtung: Einheitenfalle!

Die Formel funktioniert nur, wenn Sie vorher alles korrekt umrechnen! Das Volumen muss in Liter sein, der Druck in mbar (nicht Torr oder Pascal) und die Zeit zwingend in Sekunden (nicht in Minuten).

🧮

Schritt-für-Schritt Beispielrechnung

Druckanstieg App Screenshot

In diesem Praxis-Beispiel haben wir eine Kammer verschlossen und warten, wie stark der Druck ansteigt. Ziel ist es, aus diesem Anstieg die tatsächliche Leckrate in mbar·l/s zu ermitteln.

Schritt 1: Der Einheiten-Check (Vorbereitung)

Bevor wir die Formel nutzen können, müssen wir die Werte aus der App in die "S.I.-Basiseinheiten" der Vakuumtechnik übersetzen (Liter, mbar, Sekunden).

  • Volumen (V): 40 Liter ✓ Passt schon
  • Druck (Δp): 2 mTorr → Umrechnen!
  • Zeit (Δt): 1 Minute → Umrechnen!
Schritt 2: Umrechnung in mbar und Sekunden

Wir machen aus den fremden Einheiten nun die Einheiten, die unsere Formel verlangt.

Druck von mTorr nach mbar:

1 mTorr = 0,00133322 mbar

2 mTorr · 0,00133322 = 0,00266644 mbar
Zeit von Minuten nach Sekunden:
1 Minute · 60 = 60 Sekunden
Schritt 3: Finale Leckrate berechnen

Jetzt haben wir perfekte, saubere Werte (40 Liter, 0,00266644 mbar, 60 Sekunden) und setzen sie in Q = (V · Δp) / Δt ein:

Q = (40 · 0,00266644) / 60
Q = 0,00177762... mbar·l/s

Um es lesbarer zu machen, verschieben wir das Komma um 3 Stellen nach rechts und hängen ein "e-3" (mal tausendstel) dran:

Ergebnis: 1,78e-3 mbar·l/s

Vergleichen Sie das mit dem Bild oben: Die App hat exakt dieses Ergebnis berechnet!

⏱️

2. Zeitkonstante & Ansprechzeit (τ)

τ = V / Seff
t95% = 3 · τ

Bedeutung: Die Zeitkonstante τ (Tau) gibt an, wie träge ein Vakuumsystem ist. Sie berechnet sich aus dem Volumen (V in Litern) geteilt durch das effektive Saugvermögen (Seff in l/s). Ein großes Volumen mit einer schwachen Pumpe hat ein sehr großes Tau (sehr träge).

Für eine verlässliche Lecksuche muss das Helium erst die Kammer füllen. Erst nach 3 Tau hat das Signal 95% seines echten Wertes erreicht.

📈

Was bedeuten 1 bis 5 Tau? (Einfach erklärt)

Tau (τ) ist wie der "Herzschlag" oder das "Trägheits-Maß" deiner Vakuumanlage. Stell dir vor, du sprühst Helium auf ein Leck: Das Gas ist nicht sofort im Lecksucher! Es muss sich erst durch die Kammer und Schläuche kämpfen. Das Signal auf dem Bildschirm schleicht sich wie eine Kurve nach oben. Die Dauer dieses Anstiegs (oder beim Abpumpen des Abfalls) messen wir in der Einheit Tau.

1 τ
≈ 63 % des Signals

Der Lecksucher schlägt deutlich aus, zeigt aber noch viel zu wenig an. Hörst du jetzt auf zu sprühen, übersiehst du einen Großteil des Lecks!

2 τ
≈ 86 % des Signals

Das Signal klettert weiter. Für eine grobe Schätzung reicht das oft, aber für ein offizielles Prüfprotokoll ist es immer noch zu ungenau.

3 τ
≈ 95 % des Signals (Der Industrie-Standard!)

Das ist die magische Grenze! Erst nach 3 Tau (t95%) gilt ein Signal in der Industrie als aussagekräftig und stabil. Dies ist die Mindest-Wartezeit für jede Messung.

4 τ
≈ 98 % des Signals

Die Kurve flacht stark ab. Wird meist nur in hochpräzisen Laborumgebungen abgewartet.

5 τ
> 99 % des Signals (Sättigung / Komplett Leer)

Das System hat seinen Endzustand erreicht. Wichtig für den Abbau: Wenn du ein riesiges Leck angesprüht hast, musst du 5 Tau warten, bis die Pumpen das Helium wieder zu 99% aus der Kammer gesaugt haben und der Lecksucher wieder auf Null ist!

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Teilstrom-Verhältnis (Split-Flow)

Wie rechnet man den Helium-Verlust zurück, wenn eine riesige Zusatzpumpe parallel zum kleinen Lecksucher an der Anlage saugt?

Die Formel
Ratio = (SLD + SAux) / SLD
Qnetto = Qger · Ratio
  • Ratio = Das Teilstrom-Verhältnis (Wie viel mal größer ist das Gesamtsystem als der Lecksucher?)
  • SLD = Saugvermögen des Lecksuchers (in l/s)
  • SAux = Saugvermögen der parallel laufenden Zusatzpumpe (in l/s)
  • Qger = Das Netto-Signal, das der Lecksucher anzeigt (meist sehr klein!)
  • Qnetto = Die wahre, berechnete Leckrate der Anlage
🧮

Schritt-für-Schritt Beispielrechnung

Teilstrom App Screenshot

In diesem Beispiel saugt eine dicke Turbopumpe (155 l/s) parallel zu unserem kleinen Lecksucher (4 l/s) an der Anlage. Wir müssen berechnen, wie stark unser Messergebnis verfälscht wird.

Schritt 1: Gesamtsaugvermögen & Ratio berechnen

Zuerst schauen wir, wie viel Saugkraft insgesamt an der Kammer anliegt und welchen Anteil der Lecksucher daran hat. Wir berechnen das Ratio (Verhältnis):

Ratio = (4 + 155) / 4 Ratio = 159 / 4 Ratio = 39,75

Was heißt das? Die Anlage saugt insgesamt knapp 40-mal stärker als unser Messgerät alleine. Das bedeutet, wir verlieren fast das ganze Helium an die große Pumpe. Wir sehen nur noch ~2,5 % des echten Lecks auf unserem Display!

Schritt 2: Das Messsignal korrigieren

Jetzt nehmen wir den kleinen Wert, den unser Gerät gerade anzeigt (4,26e-9), und multiplizieren ihn mit unserem berechneten Ratio (39,75), um das echte Leck auszurechnen.

Qnetto = 4,26e-9 · 39,75
Qnetto = 1,69335e-7 mbar·l/s

Auf zwei Nachkommastellen gerundet ergibt das 1,69e-7. Exakt das Ergebnis, das die App oben anzeigt!

Sehr Wichtig
🔮

4. Dynamische 3-Punkt Extrapolation (ISO 20485)

Der App-Vorteil

Die manuelle Auswertung eines dynamischen 3-Punkt-Tests kann aufgrund der erforderlichen Berechnungen und Plausibilitätsprüfungen sehr zeitintensiv sein. Mit Helium-Lecksuche Experte Pro werden alle Berechnungen automatisch durchgeführt. Die Netto-Leckrate wird inklusive Hintergrundkorrektur innerhalb von Sekunden ermittelt. Das spart Zeit, erhöht die Genauigkeit und ermöglicht eine schnellere Entscheidungsfindung direkt an der Anlage.

Ein Blick in die Zukunft der Leckrate

Stell dir vor, du sprühst Helium, aber die Kammer ist so riesig, dass es ewig dauern würde, bis der Lecksucher endlich einen stabilen, geraden Strich anzeigt (die Asymptote). Mit der 3-Punkt Methode aus der ISO 20485 musst du nicht warten!

Du misst einfach drei Punkte, während die Kurve noch ansteigt (oder abfällt). Die Mathematik berechnet daraus sofort den Endwert, den die Kurve in der Zukunft erreichen wird. Das ist extrem nützlich bei sehr trägen Systemen (großes Volumen, kleines Saugvermögen).

Asymptote (A) =
(P1 × P3 - P2²) / (P1 + P3 - 2 × P2)
  • P1 1. Messwert: Der Startwert am Anfang (Zeit = 0s).
  • P2 2. Messwert: Genau nach der Hälfte der Wartezeit (Zeit = $\Delta t$).
  • P3 3. Messwert: Am Ende der Wartezeit (Zeit = 2 × $\Delta t$).
Die goldene Regel: Genauigkeit ist alles!

Damit die Formel funktioniert, muss der zeitliche Abstand zwischen P1 und P2 exakt gleich lang sein wie der Abstand zwischen P2 und P3 (z.B. immer genau 10 Sekunden). Nutze dafür unbedingt die eingebaute Stoppuhr der App!

🧮 Beispielrechnung (Einfach erklärt)

Schauen wir uns genau an, wie die App im Hintergrund arbeitet. Das Ziel ist es, die wahre Netto-Leckrate herauszufinden, obwohl das Signal noch abfällt.

Dynamische 3-Punkt Messung
1 Was haben wir eingegeben?

Laut dem Bild auf der linken Seite haben wir 4 Werte ermittelt:

Die 3 Messpunkte (Für den Hintergrund):

  • P1 = 2.0 e-8
  • P2 = 8.0 e-9
  • P3 = 3.5 e-9

Der Haupt-Messwert:

Brutto = 9.0 e-9

2 App berechnet den wahren Hintergrund

Jetzt wirft die App P1, P2 und P3 in die komplizierte ISO-Formel. Das Ergebnis nennt man Hintergrund-Asymptote. Das ist der Wert, auf den die Kurve in der Zukunft abfallen wird.

Errechnete Asymptote (Hintergrund):
0.8 e-9

(Siehe Feld "Hintergrund-Asymptote" im App-Bild rechts)

3 Finale Netto-Leckrate berechnen

Jetzt kommt der einfachste, aber wichtigste Schritt! Wir ziehen den errechneten Hintergrund einfach von unserem gemessenen Brutto-Wert ab. Da beide jetzt e-9 am Ende haben, können wir die vorderen Zahlen wie in der Grundschule subtrahieren:

BRUTTO 9.0
-
ASYMPTOTE 0.8
=
NETTO 8.2
(Alle Werte mit e-9)
🚰

Leitwert & Effektives Saugvermögen (Seff)

Der Strohhalm-Effekt im Vakuum

Eine Vakuumpumpe saugt nie direkt in der Kammer, sondern ist immer über ein Rohr oder einen Schlauch verbunden. Im Hochvakuum (molekulare Strömung) verhalten sich Gase nicht mehr wie ein fließender Fluss, sondern wie einzelne Flummis, die zufällig gegen die Wände prallen. Ein langes, dünnes Rohr wirkt daher wie ein extremer Flaschenhals.

Egal wie stark deine Pumpe ist (Snom), am Ende der Kammer kommt immer nur das effektive Saugvermögen (Seff) an!

Die Grundformel für das effektive Saugvermögen: Seff = (Snom × C) / (Snom + C)
  • Seff Effektives Saugvermögen (l/s): Die tatsächliche Saugleistung, die an der Kammer anliegt.
  • Snom Nominales Saugvermögen (l/s): Die maximale Leistung der Pumpe laut Typenschild (direkt am Flansch).
  • C Leitwert der Leitung (l/s): Die "Durchlässigkeit" des Rohres (Conductance). Hängt massiv vom Durchmesser ab (d3).
🧮 Beispielrechnung (Einfach erklärt)

Schauen wir uns die App-Berechnung für den Lecksucher (HLT) aus dem Bild genauer an.

Leitwert Analyse
1 Was sagt uns das Bild?

Unter "1. Verbindung Lecksucher (HLT)" finden wir folgende Werte:

  • Nominales Saugvermögen (Snom) = 2.5 l/s
  • Berechneter Leitwert Leitung (C) = 2.543 l/s
2 In die Formel einsetzen

Wir setzen die Werte nun einfach in unsere Formel für das effektive Saugvermögen ein:

Seff = (2.5 × 2.543) / (2.5 + 2.543)
3 Ausrechnen

Oberer Teil: 2.5 × 2.543 = 6.3575

Unterer Teil: 2.5 + 2.543 = 5.043

Ergebnis: 6.3575 / 5.043 = 1.261 l/s

(Das ist unser effektives Saugvermögen für den Lecksucher, genau wie in der App!)

4 Wie kommt die App auf die 15.5 Sekunden?

Dafür brauchen wir die Zeitkonstante (Tau). Die Formel lautet: Volumen / Saugvermögen.
Im Bild sehen wir, dass auch eine Zusatzpumpe läuft. Deren effektives Saugvermögen (6.499 l/s) hilft natürlich mit, die Kammer zu leeren!

  • 1. Gesamtes Saugvermögen: 1.261 l/s (HLT) + 6.499 l/s (Pumpe) = 7.76 l/s
  • 2. Tau berechnen (V/S): 40 L / 7.76 l/s = 5.15 Sekunden (Die App zeigt gerundet 5.2s)
  • 3. Ansprechzeit (T_95%): Tau × 3 → 5.15s × 3 = 15.45 s

(Tada! Gerundet sind das exakt die 15.5s, die oben rechts in der App gelb leuchten.)

🔬

Die Nanometer-Skala (nm)

Von 10 nm bis 2 nm: Mikrochips, DNA und das Helium-Geheimnis.

Was ist überhaupt ein Nanometer?

Ein Nanometer (nm) ist ein Milliardstel Meter (0,000.000.001 m). Stell dir einen einzigen Millimeter auf dem Lineal vor. Teile diesen winzigen Strich in eine Million gleich große Scheiben. Eine einzige dieser Scheiben ist ein Nanometer!

💇‍♀️

Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist ca. 80.000 nm dick!

10 nm
Ein mittelgroßes Protein

Technik: Um das Jahr 2017 war "10 nm" der absolute Spitzenstandard in der Halbleiterfertigung (z.B. Intel Prozessoren). 10 nm entsprechen ungefähr einer Kette von 50 Silizium-Atomen nebeneinander.

8-9 nm
Die Zellmembran (Biologie)

Die Schutzhülle jeder einzelnen Zelle deines Körpers (Lipiddoppelschicht) ist etwa so dick. Ein Leck in einer Vakuumkammer, das so groß ist, ist für moderne Lecksucher bereits massiv (Grobleck).

4-6 nm
Moderne Smartphone-Chips

Technik: Die Fertigungsgröße von Premium-Prozessoren (ca. 2022/2023). Um solch extrem winzige Strukturen auf einen Wafer zu drucken, benötigt man EUV-Lithographie. Das EUV-Licht wird von normaler Luft absorbiert – deshalb MUSS diese Fertigung im Hochvakuum stattfinden!

2 nm
Der DNA-Strang & Die Chip-Zukunft

Die berühmte Doppelhelix unserer DNA ist exakt 2 bis 2,5 Nanometer breit! In der Technik ist "2 nm" das absolute physikalische Limit für klassische Silizium-Transistoren. Wir sprechen hier von Bauteilen, die nur noch ca. 10 Atome breit sind!

0,26 nm
Das Helium-Atom (Das Geheimnis der Lecksuche)

Jetzt wird es spannend: Der Durchmesser eines Helium-Atoms beträgt gerade einmal ca. 0,26 Nanometer. Zum Vergleich: Ein Wassermolekül (H₂O) ist mit ca. 0,27 nm fast exakt gleich groß!

Warum nutzen wir dann Helium statt Wasser zur Lecksuche?

Ein Riss in einer Schweißnaht kann z.B. 1 nm groß sein. Wasser ist 0,27 nm groß – es müsste also eigentlich durchpassen! Tut es aber nicht.
Wasser ist "polar" und bildet Wasserstoffbrückenbindungen. Die Wassermoleküle kleben stark aneinander (Oberflächenspannung / Viskosität) und bleiben am Eingang des 1 nm Risses wie ein dicker Tropfen einfach stecken.

Helium hingegen ist ein Edelgas. Es geht absolut keine Bindungen ein, klebt nirgendwo fest und hat keine Oberflächenspannung. Es ist wie extrem feiner, trockener Sand. Das 0,26 nm kleine Helium-Atom flutscht völlig mühelos selbst durch die allerkleinsten Risse (bis zu 1E-12).
Fazit: Eine Leitung kann absolut wasserdicht sein, ist aber für Helium noch lange nicht gasdicht!

Ansprechzeiten im Knudsen-Strömungsbereich

Frage:

"Erläuterung, weshalb bei der Helium-Lecksuche die Ansprechzeiten im Knudsen-Strömungsbereich je nach Randbedingungen teilweise über und teilweise unter denen der laminaren Strömung liegen?"

Antwort: Der scheinbare Widerspruch entsteht daraus, dass die Ansprechzeit der Helium-Lecksuche nicht allein von der Strömungsart abhängt, sondern vom Zusammenspiel von:

  • Strömungsleitwert der Verbindung
  • effektivem Pumpvermögen am Messort
  • Geometrie des Prüflings
  • Totvolumina
  • Druckverteilung entlang der Leitung

Deshalb ist die Aussage „Knudsen-Strömung = langsamer“ nicht generell richtig.


Grundidee: Ansprechzeit als Volumen-Leitwert-System

Vereinfacht gilt für die Zeitkonstante \(\tau\):

$$\tau \approx \frac{V}{S_{eff}}$$

mit \(V\) = relevantes Volumen, \(S_{eff}\) = effektives Pumpvermögen.

Dabei ergibt sich:

$$\frac{1}{S_{eff}} = \frac{1}{S_{Pumpe}} + \frac{1}{C}$$

wobei \(C\) der Leitwert der Verbindungsstrecke ist. Die Ansprechzeit wird also wesentlich vom Leitwert bestimmt.

Laminarer Bereich (viskose Strömung)

Bei höherem Druck gilt näherungsweise das Hagen-Poiseuille-Gesetz:

$$C_{lam} \propto \frac{d^4}{l} \cdot p$$

Der Leitwert hängt stark vom mittleren Druck \(p\) ab. Wird der Druck kleiner, fällt der Leitwert proportional mit ab.

Knudsen-Bereich (molekulare Strömung)

Hier stoßen die Gasmoleküle überwiegend mit der Wand zusammen. Für ein Rohr gilt näherungsweise:

$$C_{mol} \propto \frac{d^3}{l}$$

Wesentliche Besonderheit: Der Leitwert ist praktisch unabhängig vom Druck und proportional zur mittleren Molekülgeschwindigkeit:

$$v \propto \sqrt{\frac{T}{M}}$$

Helium besitzt eine sehr hohe thermische Geschwindigkeit und daher einen besonders hohen molekularen Leitwert.


Warum kann die Ansprechzeit im Knudsen-Bereich größer sein?

Fall 1: Große Querschnitte, mäßiger Druck

Im laminaren Bereich kann die viskose Strömung als „Massenstrom“ große Gasmengen transportieren. Da \(C_{lam} \propto d^4\), steigt der Leitwert bei größeren Rohrdurchmessern extrem an.

Dann gilt: \(C_{lam} > C_{mol}\) und die Heliumwolke erreicht den Massenspektrometer-Eingang schneller.
Folge: Ansprechzeit im Knudsen-Bereich ist länger als im laminaren Bereich.

Warum kann die Ansprechzeit im Knudsen-Bereich kleiner sein?

Fall 2: Niedriger Druck

Da der laminare Leitwert mit dem Druck abnimmt (\(C_{lam} \propto p\)), wird er bei genügend kleinem Druck sehr klein. Der molekulare Leitwert bleibt dagegen nahezu konstant.

Dann ergibt sich: \(C_{mol} > C_{lam}\) und das Helium wird im molekularen Bereich schneller zum Detektor transportiert.
Folge: Ansprechzeit im Knudsen-Bereich ist kürzer als im laminaren Bereich.

Zusätzlicher Effekt: „Direkter Flug“ der Heliumatome

Im molekularen Bereich breitet sich ein Heliumstoß nicht mehr wie eine zusammenhängende Gasfront aus. Ein Teil der Atome kann den Detektor vergleichsweise schnell erreichen. Dadurch sieht man häufig:

  • einen frühen Signalanstieg,
  • aber eine längere Nachlaufzeit bis zum stationären Signal.

Deshalb muss man unterscheiden zwischen: erster Nachweiszeit, 90-%-Ansprechzeit, Einschwingzeit. Je nachdem, welche Definition verwendet wird, kann dieselbe Messanordnung im Knudsen-Bereich scheinbar schneller oder langsamer sein als im laminaren Bereich.

Merksatz

Die Ansprechzeit wird nicht direkt durch die Strömungsart bestimmt, sondern durch den resultierenden Leitwert der Gasstrecke. Da der viskose Leitwert stark mit dem Druck wächst, der molekulare Leitwert dagegen nahezu druckunabhängig ist, gibt es einen Übergangsbereich, in dem der Knudsen-Strömungsbereich je nach Geometrie und Druck sowohl kürzere als auch längere Ansprechzeiten als die laminare Strömung liefern kann. Helium verstärkt diesen Effekt zusätzlich wegen seiner hohen molekularen Geschwindigkeit.


Rechenbeispiel

Betrachten wir eine typische Helium-Lecksuche mit einem Prüflingsvolumen \(V = 10 \, l\) und einer Verbindungsleitung zum Lecksuchgerät:

  • Rohrlänge \(l = 1 \, m = 100 \, cm\)
  • Rohrdurchmesser \(d = 1 \, cm\)

Die Ansprechzeit schätzen wir über \(\tau \approx \frac{V}{C}\) (das gilt näherungsweise, wenn der Leitwert \(C\) kleiner als das Pumpvermögen des Lecksuchers ist).

Fall 1: Molekularer (Knudsen-) Bereich

Für Luft bzw. Heliumvakuumtechnik wird für ein langes Rohr häufig verwendet:

Formel: \(C_{mol} = 12.1 \cdot \frac{d^3}{l}\)

C_mol = 0.121 l/s

τ_mol ≈ 83 s

Fall 2: Laminare Strömung bei 1 mbar Druck

Für die viskose Leitfähigkeit eines langen Rohres gilt näherungsweise:

Formel: \(C_{lam} = 1350 \cdot \frac{d^4}{l} \cdot p\)

C_lam = 13.5 l/s

τ_lam ≈ 0.7 s

Hier ist die laminare Strömung also über 100-mal schneller.

Fall 3: Druck fällt auf \(10^{-3} \, mbar\)

Jetzt wird der viskose Leitwert extrem klein:

  • \(C_{lam} = 0.0135 \, l/s\) → \(\tau_{lam} = 741 \, s\) (ca. 12,4 min)
  • \(C_{mol} = 0.121 \, l/s\) → \(\tau_{mol} = 83 \, s\)
Strömungsart Leitwert bei \(10^{-3} \, mbar\)
Laminar 0.0135 l/s
Molekular 0.121 l/s

Ergebnis: Jetzt ist \(C_{mol} \approx 9 \cdot C_{lam}\). Der Knudsen-Bereich ist nun deutlich schneller.

Physikalische Interpretation

Der Übergangspunkt liegt dort, wo beide Leitwerte gleich werden: \(C_{lam} = C_{mol}\).
Mit den obigen Formeln (für \(d = 1 \, cm\)) ergibt sich \(p \approx 9 \times 10^{-3} \, mbar\).

  • Oberhalb von etwa \(10^{-2} \, mbar\) ist die viskose Strömung schneller.
  • Unterhalb von etwa \(10^{-2} \, mbar\) wird die molekulare (Knudsen-) Strömung schneller.

Genau deshalb findet man in der Lecksuchliteratur Aussagen, dass die Ansprechzeit im Knudsen-Bereich je nach Randbedingungen sowohl über als auch unter derjenigen der laminaren Strömung liegen kann. Entscheidend sind Druck, Rohrdurchmesser und Leitwert der Verbindungsstrecke.


Überprüfung der App-Berechnung

Frage: "Hier ein Rechenbeispiel mit der App – sind diese Werte korrekt?"

Antwort: Ja, die Werte sehen physikalisch plausibel aus.

Parameter Laminar Knudsen
Leitwert \(C\) 0,514 l/s 0,681 l/s
Effektives Saugvermögen 0,489 l/s 0,637 l/s
Leistungsverlust 95,1 % 93,6 %
\(\tau\) (Tau) 20,4 s 15,7 s
\(t_{95\%}\) 61,3 s 47,1 s
Volumen 10 l 10 l

Prüfung der Zeitkonstante

Für Vakuumsysteme gilt: \(\tau = \frac{V}{S_{eff}}\)

  • Laminar: \(\tau = \frac{10}{0,489} = 20,45 \, s\) ➔ Anzeige in App: 20,4 s ✅
  • Knudsen: \(\tau = \frac{10}{0,637} = 15,70 \, s\) ➔ Anzeige in App: 15,7 s ✅

Prüfung der 95%-Ansprechzeit

Für 95 % eines Endwertes gilt vereinfacht: \(t_{95} \approx 3\tau\) (bzw. exakt \(t_{95} = -\tau \cdot \ln(1 - 0,95) \approx 2,996 \cdot \tau\))

  • Laminar: \(t_{95} = 2,996 \cdot 20,4 = 61,1 \, s\) ➔ Anzeige in App: 61,3 s ✅
  • Knudsen: \(t_{95} = 2,996 \cdot 15,7 = 47,0 \, s\) ➔ Anzeige in App: 47,1 s ✅

Physikalische Bewertung

Der Unterschied zwischen den beiden Strömungsarten ist ebenfalls logisch:

  • Knudsen-Strömung: höherer Leitwert (0,681 l/s)
  • Laminare Strömung: niedrigerer Leitwert (0,514 l/s)

Dadurch erhältst du bei Knudsen ein höheres effektives Saugvermögen, eine kleinere Zeitkonstante und eine schnellere Ansprechzeit. Der Faktor zwischen den Ansprechzeiten beträgt \( \frac{61,3}{47,1} = 1,30 \), also etwa 30 % schnellere Reaktion im Knudsen-Modell, was zu den dargestellten Leitwerten passt.

Fazit

Ist die Formel in der App korrekt? ➔ Ja.
Ist das gewählte Strömungsmodell für 1 mbar korrekt? ➔ Wahrscheinlich eher Knudsen/Übergangsströmung als rein laminar.

Die App hat also nicht falsch gerechnet. Sie zeigt lediglich unterschiedliche Ergebnisse für unterschiedliche physikalische Modelle an. Die Werte in der App sind extrem konsistent. Die Mathematik dahinter passt exakt. Eigentlich ist das sogar ein sehr gutes Zeichen für die App: Wenn sich durch den Wechsel des Strömungsmodells Leitwert, effektives Saugvermögen und daraus die Ansprechzeit sinnvoll ändern, dann beweist das, dass die Berechnung im Hintergrund sauber implementiert wurde.

Anleitung zur Berechnung der Helium-Leckrate

Bei einer Helium-Dichtheitsprüfung wird die tatsächliche Leckrate (Netto-Leckrate) durch Abzug des Hintergrundsignals von der gemessenen Brutto-Leckrate bestimmt.

Formel

$$Q_{Netto} = Q_{Brutto} - Q_{Hintergrund}$$

Erläuterung

  • Brutto-Leckrate: Gemessener Gesamtwert während der Prüfung.
  • Hintergrund-Leckrate: Grundsignal bzw. Rauschen der Anlage ohne Prüfling oder durch Umgebungshelium.
  • Netto-Leckrate: Tatsächliche Leckrate des Prüflings.

Rechenschritte

  1. Hintergrundwert messen.
  2. Bruttowert mit Prüfling messen.
  3. Hintergrundwert vom Bruttowert abziehen.
  4. Ergebnis dokumentieren und mit der Spezifikation vergleichen.

Beispielrechnung

Messwerte

  • Brutto-Leckrate: \( 3{,}5 \times 10^{-6} \, \text{mbar} \cdot \text{l/s} \)
  • Hintergrund-Leckrate: \( 8{,}0 \times 10^{-7} \, \text{mbar} \cdot \text{l/s} \)

Berechnung

$$Q_{Netto} = 3{,}5 \times 10^{-6} - 8{,}0 \times 10^{-7}$$ $$Q_{Netto} = 2{,}7 \times 10^{-6} \, \text{mbar} \cdot \text{l/s}$$

Ergebnis

✅ Netto-Leckrate = \( 2{,}7 \times 10^{-6} \, \text{mbar} \cdot \text{l/s} \)


Excel-Formel

Wenn:

  • Zelle A2 = Brutto-Leckrate
  • Zelle B2 = Hintergrund-Leckrate

dann lautet die Formel:

=A2-B2

Beispiel:

Brutto (A2) Hintergrund (B2) Netto
3,5E-06 8,0E-07 =A2-B2

Ergebnis in Excel: 2,7E-06 mbar·l/s.

Was genau ist mit "Leitungsdruck" gemeint?

In der App würde ich „Leitungsdruck (mbar)” so verstehen:
Der mittlere absolute Druck innerhalb der Leitung zwischen Prüfobjekt und Lecksucher.

Dieser Wert wird verwendet, um zu bestimmen, welches Strömungsregime vorliegt:

  • Hoher Druck → viskose / laminare Strömung
  • Mittlerer Druck → Übergangsströmung (Knudsen)
  • Niedriger Druck → Molekularströmung

Beispiel mit typischen Werten

  • PTFE-Leitung: 10 mm
  • Länge: 1 m
  • Leitungsdruck: 1 mbar
  • Gas: Helium

Die App berechnet daraus die Knudsen-Zahl und entscheidet, wie der Leitwert der Leitung exakt berechnet werden soll.

Wichtig

Der Leitungsdruck ist nicht unbedingt:

  • der Atmosphärendruck (1000 mbar)
  • der Druck in der Prüfkammer
  • der Enddruck des Lecksuchers

...sondern der Druck, der tatsächlich in der Verbindungsleitung herrscht.

Für einen Helium-Massenspektrometer-Lecksucher

Typische Werte könnten sein:

Vakuumbereich Druck (mbar)
Grobvakuum 10 – 100 mbar
Vorvakuum 0,1 – 10 mbar
Hochvakuum < 0,001 mbar

Ein eingetragener Wert von 1 mbar liegt beispielsweise genau im Bereich, in dem die Übergangsströmung (Knudsen) extrem relevant wird.

Wenn die App automatisch zwischen Laminar, Knudsen und Molekular umschalten soll, ist der Leitungsdruck exakt der Parameter, anhand dessen diese Auswahl getroffen wird. Das ist der eigentliche Zweck dieses Eingabefelds.

Was ist die Zeitkonstante τ (Tau)?

Tau (\(\tau\)) ist eine Kenngröße, die beschreibt, wie schnell ein Helium-Lecksignal am Lecksucher ankommt und ansteigt.

Man kann sich Tau wie die Trägheit eines Systems vorstellen:

  • Kleine \(\tau\) → schnelle Reaktion
  • Große \(\tau\) → langsame Reaktion

Einfache Vorstellung

Stell dir einen 10-Liter-Behälter vor, der über einen Schlauch mit einem Lecksucher verbunden ist.
Wenn Helium in den Behälter gelangt, erscheint das Signal nicht sofort vollständig am Lecksucher. Das Signal steigt langsam an.
Tau beschreibt, wie lange dieser Anstieg dauert.

Formel

$$\tau = \frac{V}{S_{eff}}$$

Dabei ist:

  • \(V\) = Behältervolumen [Liter]
  • \(S_{eff}\) = effektives Saugvermögen [l/s]
  • \(\tau\) = Zeitkonstante [s]

Beispiel

  • Volumen: \(V = 10 \, l\)
  • Effektives Saugvermögen: \(S_{eff} = 0{,}5 \, l/s\)

Dann: \(\tau = \frac{10}{0{,}5} = 20 \, s\) → Tau = 20 Sekunden


Was bedeutet Tau praktisch?

Nach einer Zeit von 1 × \(\tau\) sind erst ca. 63 % des Endsignals erreicht.

Zeit Erreichtes Signal
1 \(\tau\) 63 %
2 \(\tau\) 86 %
3 \(\tau\) 95 %
4 \(\tau\) 98 %
5 \(\tau\) 99,3 %

Darum wird in der Lecksuchtechnik häufig die 95%-Ansprechzeit verwendet:

$$t_{95} \approx 3 \cdot \tau$$

Beispiel aus der App

Knudsen-Beispiel: \(\tau = 15{,}7 \, s\)
Dann: \(t_{95} = 3 \times 15{,}7 = 47{,}1 \, s\)

Das bedeutet:
Nach 15,7 s sieht der Bediener erst etwa 63 % des Lecksignals.
Nach 47,1 s sieht der Bediener etwa 95 % des tatsächlichen Lecks.


Worauf muss man achten?

1. Große Behälter = große Tau

Je größer das Volumen (\(V \uparrow\)), desto länger dauert die Messung.

Volumen Tau
10 l 15 s
100 l 150 s

2. Dünne oder lange Schläuche vergrößern Tau

Lange Leitungen reduzieren den Leitwert und damit das effektive Saugvermögen.
Folge: \(S_{eff} \downarrow\) führt zu \(\tau \uparrow\)

3. Das Lecksignal erscheint verzögert

Ein Leck kann bereits vorhanden sein, obwohl der Lecksucher noch keinen vollen Wert anzeigt. Deshalb sollte man immer die Ansprechzeit berücksichtigen.

4. Zu frühes Ablesen führt zu Fehlern

Beispiel: \(\tau = 20 \, s\). Bereits nach 5 s wird der Wert abgelesen.
Dann ist das Signal noch weit vom Endwert entfernt. Das Leck wird massiv unterschätzt.

Merksatz für Anfänger

Tau ist die Zeit, die das Vakuumsystem benötigt, um auf eine Änderung zu reagieren.
Kleine Tau = schnelle Heliumanzeige.
Große Tau = langsame Heliumanzeige.

Für die Praxis ist meist noch wichtiger: Nach etwa 3 × Tau sind 95 % des tatsächlichen Lecksignals erreicht. Deshalb zeigt deine App neben \(\tau\) auch die 95%-Ansprechzeit an, weil diese für den Prüfer oft der aussagekräftigere Wert ist.

Anleitung: Gas-Linien Rechner

Der Gas-Linien Rechner simuliert dynamisch, wie schnell ein Leckgas (Helium) durch eine komplexe Anlage bis zum Lecksucher strömt. Er berücksichtigt dabei Staudrücke, Strömungsarten (Laminar/Knudsen) und Teilstrom-Verluste. Hier erfahren Sie, wie Sie das Tool optimal nutzen.


Schritt 1: Die Haupt-Gas-Linie definieren

Hier bilden Sie die Leitungen ab, durch die das Prüfgas fließt, bevor es sich aufteilt oder gemessen wird.

  • Durchmesser & Längen: Tragen Sie den Innendurchmesser der Leitung sowie die Länge vor und nach dem Mass Flow Controller (MFC) ein.
  • Restgas-Entleerung (Gasstoß): Wenn eine Leitung vor dem Test unter Druck (z.B. 1 bar Atmosphäre) stand und plötzlich zum Lecksucher geöffnet wird, muss dieses "Totvolumen" erst abgesaugt werden. Aktivieren Sie diese Option, berechnet das Tool die Verzögerungszeit, bis dieses Gas abgepumpt ist.
  • MFC Durchfluss: Welches Basisgas (z.B. Stickstoff) strömt durch die Leitung? Dieser Wert (in sccm oder slm) baut in der Leitung einen Staudruck auf und treibt die viskose Strömung an.
    Tipp zur Simulation ohne MFC: Wenn Sie ein komplett offenes Rohr (reines Vakuum ohne Trägergas) berechnen wollen, setzen Sie den Flow auf 0. Die App "öffnet" dann das virtuelle MFC vollständig und behandelt die Leitungen davor und danach als ein gemeinsames, zu evakuierendes Vakuumvolumen.
  • Bauteile: Jedes Ventil und jeder Regler fügt dem System ein kleines Totvolumen hinzu. Tragen Sie hier grob die Anzahl der Komponenten ein.

Schritt 1.5: Prüfkammer (Optional)

Wird das Gas nicht nur durch Rohre, sondern auch durch eine voluminöse Kammer (z.B. ein großes Gehäuse) geleitet? Dann aktivieren Sie dieses Feld und tragen Sie das Volumen ein. Große Volumina machen das System massiv träger!

Schritt 2: Der Lecksucher (HLT)

Hier definieren Sie die direkte Verbindung vom Prüfaufbau zu Ihrem Helium-Lecksucher.

  • Durchmesser & Länge: Typischerweise ist dies ein PTFE-Schnüffelschlauch oder ein dünner Vakuumschlauch.
  • Saugvermögen HLT: Geben Sie das nominale Saugvermögen Ihres Geräts ein (meist 1 bis 3 l/s bei kleinen Geräten, bei großen bis zu 10 l/s).

Beobachtung: Das Tool zeigt Ihnen sofort den Leistungsverlust an. Ein dünner, langer PTFE-Schlauch wirkt wie ein massiver Flaschenhals, sodass vom Saugvermögen des HLT kaum noch etwas am Prüfling ankommt.

Schritt 3: Zusatzpumpe / Teilstrom (Optional)

Oft wird parallel zum Lecksucher eine große Pumpe betrieben, um das Vakuum zu halten oder den Flow des MFCs abzusaugen.

  • Aktivieren Sie diesen Bereich und definieren Sie die Verrohrung zur Zusatzpumpe.
  • Geben Sie das Saugvermögen dieser Pumpe ein (z.B. 100 l/s).

Was passiert physikalisch? Der Gasstrom teilt sich auf. Die große Zusatzpumpe saugt den Großteil des Gases ab. Das Tool berechnet das exakte Teilstrom-Verhältnis und zeigt Ihnen, wie viel Prozent des Signals überhaupt noch am Lecksucher ankommen.

Schritt 4: Statische Messung / Wahre Leckrate

Wenn Sie bereits eine Prüfung durchführen und einen Wert am Lecksucher ablesen (z.B. \(1.5 \times 10^{-8}\)), können Sie diesen hier eintragen.

Das Tool wendet nun automatisch den errechneten Teilstrom-Verlust an und zeigt Ihnen in der großen Box ganz unten rechts die wahre Leckrate an, die tatsächlich am Prüfling anliegt.


Die Ergebnisse richtig lesen

In der großen grünen Box (Gesamtergebnis) finden Sie die wichtigsten zeitlichen Werte. Sie müssen zwei Dinge streng unterscheiden:

  1. Totzeit (Gas-Laufzeit): Das ist die reine Transportzeit. Wie lange braucht das Gas-Paket physikalisch durch die Rohre vom Leck bis zum Sensor? Erst nach Ablauf dieser Zeit fängt das Signal am Gerät überhaupt an zu steigen!
  2. Systemträgheit (Tau): Ist die Gasfront angekommen, baut sich das Signal langsam auf (aufgrund des Volumens). Nach 1 × Tau sehen Sie ca. 63 % des Signals.
  3. Gesamt t95%: Das ist die Zeit, die Sie warten müssen, bis Sie einen stabilen, gültigen Messwert ablesen dürfen! (Totzeit + 3 × Tau). Lesen Sie früher ab, ist Ihr Messwert falsch!

Export & Dokumentation

Sobald Sie Ihr Setup konfiguriert haben, nutzen Sie die Buttons unten links. Mit Werte Speichern bleibt Ihr Setup auch beim Schließen des Browsers erhalten. Über PDF / Drucken generiert die App ein sauberes, helles Messprotokoll. Mit CSV Export erhalten Sie alle Daten sofort als Excel-kompatible Datei.

1000 mbar vs. 1 mbar: Warum unterschiedliche Startwerte?

In den verschiedenen Rechnern der App tauchen unterschiedliche Standardwerte für den Leitungsdruck auf (oft 1000 mbar oder 1,0 mbar). Das stiftet anfangs oft Verwirrung. Hier ist der einfache Grund dafür: Es kommt darauf an, wann und wo wir uns im System befinden.


Szenario A: Der 1000 mbar Fall (Atmosphärendruck)

Wo findet man das? Zum Beispiel im Gas-Linien Rechner unter "Druck des Restgases".

Warum 1000 mbar?
Dieser Wert steht für den normalen Umgebungsdruck (Atmosphärendruck) auf der Erde. Wenn eine Leitung oder ein Bauteil noch nicht evakuiert wurde (z.B. weil ein Ventil davor noch geschlossen war) oder wenn Sie mit einer Schnüffelsonde an der frischen Luft arbeiten, herrscht in diesem Volumen ganz normale Luft mit einem Druck von rund 1000 mbar.

Der Gas-Linien Rechner nutzt diesen hohen Druck, um zu berechnen, wie lange Ihre Vakuumpumpen brauchen, um dieses massive "Luftpolster" abzusaugen, wenn Sie das Ventil öffnen (sogenannte Restgas-Entleerung).

Szenario B: Der 1,0 mbar Fall (Vakuumbereich)

Wo findet man das? In der Haupt-App unter "Teilstrom + Leitwert".

Warum 1,0 mbar (oder weniger)?
Hier befinden wir uns mitten in einer aktiven Vakuum-Lecksuche. Die großen Pumpen haben die Anlage bereits evakuiert. Würden Sie in diesem Moment 1000 mbar Luftdruck auf Ihren hochempfindlichen Lecksucher loslassen, würde das Massenspektrometer sofort überlasten und das Gerät würde mit einer Störmeldung (Druck zu hoch!) abschalten.

Um Lecks zu suchen, muss die Anlage unter Vakuum stehen. 1,0 mbar ist dabei ein typischer Schätzwert für das sogenannte Vorvakuum. In diesem Bereich wechseln Gase in die sogenannte Knudsen-Strömung (Übergangsströmung), bei der Leitungsverluste und Teilstöme besonders kritisch berechnet werden müssen.

Faustregel

  • ~ 1000 mbar: Das System ist zur Umgebung hin offen oder noch voller normaler Luft.
  • < 1 mbar: Das System ist abgepumpt, befindet sich im Vakuum und ist bereit für die eigentliche Lecksuche.

Wichtig: Die in der App vorgegebenen Werte sind nur "typische Startwerte" (Defaults). In der Praxis sollten Sie immer den echten Druck eintragen, den Sie aktuell auf den Messuhren (Manometern) Ihrer Anlage ablesen können!

Scheinlecks & Permeation: Wenn es gar kein Loch gibt

Der Lecksucher piept, das Signal steigt unaufhörlich, aber Sie finden einfach kein Loch? Willkommen in der Welt der Scheinlecks, der Permeation und des Ausgasens. Dies ist der häufigste Grund, warum Anfänger bei der Lecksuche verzweifeln.


1. Permeation (Das Schwamm-Prinzip)

Helium ist ein extrem kleines und flüchtiges Atom. Es verhält sich bei bestimmten Materialien (wie Teflon/PTFE, Gummi-O-Ringen oder Silikon) so, wie Wasser bei einem Schwamm.

Wenn Sie einen Kunststoff-Schlauch von außen mit Helium ansprühen, gibt es dort kein echtes Loch. Aber das Helium wandert langsam durch die intakte Wand des Schlauchs hindurch. Es diffundiert. Auf dem Lecksucher sehen Sie einen stetigen Anstieg der Leckrate, obwohl das Bauteil technisch völlig in Ordnung ist.

  • Materialien, die stark permeieren: Teflon (PTFE), Viton, Silikon, Plexiglas.
  • Materialien, die dicht sind: Edelstahl, Kupfer, Glas, Keramik.

2. Ausgasen (Der Dreck-Effekt)

Wenn ein System belüftet wird (z.B. wenn es offen in der Halle lag), nehmen die Oberflächen und Dichtungen Feuchtigkeit, Helium aus der Luft und Schmutz auf. Sobald Sie das System abpumpen, "kochen" diese Gase langsam aus den Oberflächen heraus.

Das führt zu einem dauerhaft hohen und extrem langsam abfallenden Hintergrund-Signal (BG) auf dem Lecksucher. Man denkt, man hätte ein riesiges Leck, dabei ist das System nur schmutzig oder feucht.

3. Das echte Scheinleck (Die Sackloch-Schraube)

Ein klassisches "echtes" Scheinleck (Virtual Leak) ist ein physikalisch eingeschlossenes Volumen innerhalb der Vakuumkammer. Das bekannteste Beispiel ist eine Schraube in einem Sackloch-Gewinde. Unter der Schraube ist ein kleines Luftpolster gefangen. Das Vakuum zieht nun über Stunden hinweg langsam diese gefangene Luft durch die Gewindegänge ab. Das erzeugt eine Kurve, die exakt wie ein echtes Leck aussieht.

Die Goldene Faustregel zur Unterscheidung

Wie erkennen Sie am Display des Lecksuchers, ob es ein echtes Loch oder nur Permeation ist? Schauen Sie auf die Geschwindigkeit des Signals!

  • Echtes Leck: Das Signal schießt steil nach oben, sobald Sie sprühen. Wenn Sie aufhören zu sprühen, fällt das Signal genauso schnell wieder ab.
  • Permeation / Ausgasen: Das Signal kriecht im Zeitlupentempo nach oben. Wenn Sie aufhören zu sprühen, steigt das Signal oft noch minutenlang weiter an und fällt danach nur quälend langsam wieder ab.

Einbauten & Prüflinge: Die Bremsen in der Kammer

Eine leere Vakuumkammer ist schnell abgepumpt. Legt man jedoch einen Gegenstand (ein Werkzeug, ein Rohr oder ein Bauteil) hinein, dauert das Abpumpen oft ewig und der Hintergrundwert am Lecksucher bleibt extrem hoch. Warum ist das so?


Gegenstände bringen im Vakuum zwei unsichtbare Probleme mit sich, die jede Messung massiv stören können:

1. Die Wasserhaut (Desorption)

Jeder Gegenstand, der an der normalen Raumluft lag, ist mit einer hauchdünnen, unsichtbaren Schicht aus Wassermolekülen überzogen. Metalle, Kunststoffe, Platinen – alles ist feucht (selbst wenn es sich trocken anfühlt).

Sobald Sie das Vakuum einschalten, beginnt dieses Wasser auf der Oberfläche zu "kochen" und verdampft langsam. Der Gegenstand verhält sich wie eine unsichtbare Gas-Quelle, die ständig neues Gas in die Kammer pumpt. Solange der Gegenstand ausgast, wird die Kammer ihren optimalen Enddruck nicht erreichen. Der Lecksucher zeigt einen stark schwankenden, hohen Hintergrundwert (BG) an.

Abhilfe: Gegenstände vorher trocknen, reinigen (fettfrei!) und im Vakuum eventuell erwärmen (ausheizen).

2. Der Luftballon-Effekt (Makroskopische Hohlräume)

Oft haben Bauteile kleine Hohlräume, aus denen die Luft im Vakuum nur extrem langsam entweichen kann. Die häufigsten Übeltäter sind:

  • Normale Schrauben in Sacklöchern: Das Gewinde dichtet den Hohlraum unter der Schraube fast luftdicht ab. Die gefangene Luft kriecht stundenlang durch die Gewindegänge ins Vakuum. Lösung: Nur Schrauben mit einer hohlen Mittelbohrung (Entlüftungsbohrung) für Vakuum-Einbauten verwenden!
  • Unsaubere Schweißnähte: Zwei überlappend geschweißte Bleche ohne Entlüftungsloch schließen Luft ein.
  • Dichtungsringe (O-Ringe): Wenn ein Bauteil zwei O-Ringe hintereinander hat (Doppeldichtung), ist der Raum dazwischen oft nicht evakuiert und drückt ewig Gas in die Kammer.

Vakuumgerechtes Konstruieren

Wenn Sie Vorrichtungen für Vakuumkammern bauen, gilt: Vermeiden Sie Hohlräume um jeden Preis! Jedes noch so kleine eingeschlossene Luftpolster verhält sich im Hochvakuum wie ein riesiger, aufgeblähter Ballon, der aus einem winzigen Loch langsam Luft verliert. Er ruiniert Ihre Pumpzeit und macht eine feine Lecksuche unmöglich, da er ein klassisches Scheinleck erzeugt.

Vakuumfett & Isopropanol: Fluch und Segen zugleich

Isopropanol (Alkohol) zum Reinigen von Flanschen und Vakuumfett für die O-Ringe gehören zur Grundausstattung jedes Technikers. Doch bei falscher Anwendung ruinieren sie jede Lecksuche und sind oft der Grund für falsche Freigaben!


1. Das trügerische Abdichten (Der flüssige Pfropfen)

Das ist der wohl gefährlichste Fehler für Anfänger! Wenn Sie ein Leck vermuten, dürfen Sie die Stelle niemals einfach mit Isopropanol abwischen oder eine extra dicke Schicht Fett darüber schmieren, während die Anlage unter Vakuum steht.

Was physikalisch passiert: Durch den extremen Unterdruck in der Kammer wird die Flüssigkeit (oder das Fett) direkt in den feinen Haarriss (das Leck) hineingesaugt. Dort wirkt es aufgrund der Kapillarkräfte wie ein starker Korken. Das Leck ist schlagartig verstopft!

Die fatale Folge: Sie sprühen Helium, der Lecksucher piept nicht, und Sie nehmen die Anlage als "dicht" ab. Wenn die Anlage später im Dauerbetrieb läuft, trocknet das Vakuum die Flüssigkeit jedoch langsam aus. Der flüssige Pfropfen platzt auf – und das Leck ist wieder da! Die Anlage fällt im Feld aus.

2. Die massive Ausgasungs-Hölle

Gegenstände und Flüssigkeiten verhalten sich im Vakuum völlig anders als an der frischen Luft.

  • Isopropanol: Verdampft im Vakuum geradezu explosionsartig. Ein winziger, übersehener Tropfen Alkohol an einem Flansch wird im Vakuum zu einer gigantischen Gaswolke. Der Lecksucher schlägt sofort wegen zu hohem Druck Alarm oder kämpft stundenlang mit einem massiven Hintergrund-Rauschen.
  • Vakuumfett: Viele Anfänger behandeln Vakuumfett wie Sanitär-Silikon im Badezimmer ("Viel hilft viel, dann wird es schon dicht"). Das ist komplett falsch! Fett dichtet keine schlechten Flansche ab. Wenn Sie zu viel Fett verwenden, schließt es winzige Luftbläschen ein und die dicke Fettschicht dampft im Hochvakuum extrem langsam ab. Das erzeugt ein dauerhaft hohes, stetig kriechendes Hintergrundsignal (BG) am Lecksucher, das sich fast nicht von einem echten Leck unterscheiden lässt.

Die Goldene O-Ring Regel

"Ein glänzender O-Ring ist ein schlechter O-Ring."

Vakuumfett dient ausschließlich dazu, dass der Gummi beim Einbau in die Nut nicht gequetscht oder gerissen wird – es ist nur ein Gleitmittel! Tragen Sie es so dünn auf, dass der O-Ring leicht matt bleibt. Er darf niemals nass oder glänzend aussehen.

Regel für Reinigungsmittel:

Nach der Reinigung mit Isopropanol müssen alle Teile an der Umgebungsluft zu 100 % vollständig abtrocknen, bevor das Vakuum eingeschaltet wird!

Die Folien-Methode: Der Integrale Helium-Test

Oft reicht es nicht aus, ein Bauteil nur punktuell mit der Sprühpistole abzufahren. Was passiert, wenn das Bauteil 20 winzige Mikrolecks hat? Jedes Leck für sich fällt beim lokalen Sprühen vielleicht nicht auf, aber in der Summe ist die Anlage undicht! Hier kommt die Integrale Messung (Hüllen- oder Folienmethode) ins Spiel.


Was bedeutet "Integral"?

Integral bedeutet "Gesamtheit". Anstatt das genaue Leck zu lokalisieren (Wo ist es?), wollen wir bei dieser Prüfung nur wissen: Wie groß ist die Summe aller Lecks an diesem Bauteil? Wir hüllen den Prüfling komplett in Helium ein. Ist die Gesamt-Leckrate in Ordnung, bekommt das Teil die Freigabe.

Schritt-für-Schritt Anleitung (Folien-Methode)

1. Einpacken des Prüflings

Das zu prüfende Vakuum-Bauteil (z.B. ein geschweißter Behälter) ist an den Lecksucher angeschlossen und wird evakuiert. Nun stülpen Sie eine handelsübliche Plastikfolie oder einen Müllsack komplett über das Bauteil und kleben die Öffnung unten am Schlauch mit Klebeband zu.

2. Der wichtigste Schritt: Die Luft rauspressen!

Bevor Sie Helium in die Folie leiten, müssen Sie die Folie eng an das Bauteil andrücken und so viel normale Umgebungsluft wie möglich herauspressen. Warum ist das für Anfänger so eine tückische Falle?

  • Der Lecksucher berechnet den Wert auf dem Display immer unter der Annahme, dass sich außen am Leck 100 % reines Helium befindet.
  • Wenn Sie die Folie einfach wie einen riesigen Ballon über das Teil stülpen und ein bisschen Helium hineinsprühen, mischt sich das Helium mit der vielen Luft in der Folie.
  • Besteht das Gemisch in der Folie plötzlich nur noch zu 10 % aus Helium und zu 90 % aus Luft, zeigt der Lecksucher auch eine 10-mal kleinere Leckrate an, als in Wirklichkeit vorhanden ist! Sie würden ein defektes Bauteil freigeben.

3. Mit Helium befüllen

Nachdem die Folie "leergepresst" ist, stecken Sie den Schlauch der Heliumflasche durch eine kleine Öffnung (die sie danach zuhalten) und füllen den Sack mit Helium, bis er sich leicht aufbläht. Nicht prall aufpumpen, er soll nicht platzen! Jetzt badet das gesamte Bauteil in nahezu 100 % Helium.

4. Warten auf die Sättigung

Jetzt heißt es Geduld haben. Geben Sie dem Gas Zeit! Das Helium muss nun durch alle feinen Haarrisse, Kapillaren und schlechten Schweißnähte wandern.

Das Signal am Lecksucher wird langsam ansteigen. Warten Sie, bis der Wert am Display nicht mehr weiter steigt (Asymptote / Endwert). Das kann bei großen Teilen mehrere Minuten dauern (siehe Thema: Zeitkonstante Tau). Der höchste Wert, der sich einstellt, ist Ihre integrale Gesamt-Leckrate.

Die clevere Variante: Die 3-Punkt Messung

Genau für diese Folien-Methode haben wir in der App den Modus "Dynamisch (3-Punkt)" integriert! Wenn Sie nicht 15 Minuten warten wollen, bis das Signal unter der Folie seinen Endwert erreicht hat, lesen Sie einfach den Wert nach 0s, 10s und 20s ab, tragen diese in die App ein, und die Mathematik der ISO 20485 rechnet Ihnen sofort den Endwert aus, auf den die Kurve später hinauslaufen würde. Das spart im Labor massiv Zeit!

Anleitung: System-Volumen Baukasten

Das präzise Innenvolumen (V) einer Anlage ist die mathematische Basis für fast alle Vakuum-Berechnungen. Ein fehlerhaftes Volumen verfälscht die Ergebnisse des Druckanstiegs-Verfahrens und der Ansprechzeit (Tau) massiv.


1. Die 4 Bauteil-Typen

  • 🪈 Rohr / Schlauch: Für Wellschläuche, Messstutzen oder Gasleitungen. Es zählt immer der Innendurchmesser (Nennweite).
  • 📦 Eckige Kammer: Für rechteckige Prozesskammern oder Ventilblöcke. Bitte immer die inneren Abmessungen messen, die dicke Wandstärke zählt nicht zum Vakuumvolumen.
  • 🔮 Kugel / Glocke: Für runde Rezipienten. Die Option "Halbkugel (Glocke)" teilt das Volumen exakt durch zwei (z.B. für Standard-Vakuumglocken).
  • 🔽 Konus / KF-Reduzierung: Berechnet das Volumen von Übergangsstücken (Kegelstumpf) zwischen zwei unterschiedlichen Flanschgrößen.

2. Wichtige Praxistipps

Innen- vs. Außendurchmesser: Das ist der häufigste Anfängerfehler! Schläuche werden im Handel oft nach Außendurchmesser verkauft. Für das Vakuumvolumen zählt ausschließlich der Innendurchmesser! Ein 40 mm Rohr mit 2 mm Wandstärke hat einen Innendurchmesser von 36 mm.

Zusätzlich sollten Sie immer auf die gewählte Einheit (mm, cm, m) achten. Der Baukasten rechnet alles automatisch in Liter (L) und Kubikmeter (m³) um. Sie können die fertige Anlagen-Konfiguration speichern oder als Protokoll (PDF / CSV) exportieren.

Theorie: Was ist eine "Hintergrund-Asymptote"?

Die dynamische 3-Punkt-Messung (oft zur Berechnung der Hintergrund-Asymptote genutzt) ist ein extrem cleverer mathematischer Trick in der Vakuumtechnik.

Sie wird eingesetzt, wenn der Hintergrund-Pegel an Helium am Lecksucher noch nicht stabil ist, sondern noch langsam absinkt ("kriecht"). Anstatt Stunden zu warten, bis das System vollständig ausgegast hat, misst man drei Punkte und berechnet, wo die Kurve in der Unendlichkeit landen wird (die Asymptote).


Hier ist die genaue Erklärung, wie diese Berechnung funktioniert:

Die mathematische Formel

Wenn ein Signal exponentiell abklingt (was bei Ausgasungsprozessen im Vakuum der Fall ist), kann man den Endwert (die Asymptote \(A\)) mit folgender Formel berechnen:

$$ A = \frac{P_1 \cdot P_3 - P_2^2}{P_1 + P_3 - 2 \cdot P_2} $$

Die Bedingungen für die Messung (WICHTIG!)

Damit diese Formel funktioniert, gibt es eine eiserne Regel, die du beim Ablesen am Lecksucher einhalten musst:

Die drei Messpunkte (\(P_1\), \(P_2\), \(P_3\)) müssen in exakt gleichen Zeitabständen (\(\Delta t\)) abgelesen werden!

Beispiel:

  • \(P_1\): Messwert bei Sekunde 0
  • \(P_2\): Messwert nach exakt 15 Sekunden
  • \(P_3\): Messwert nach exakt 30 Sekunden

(Das Zeitintervall \(\Delta t\) beträgt hier also genau 15 Sekunden).

Rechenbeispiel aus der Praxis

Stell dir vor, du pumpst eine große Kammer ab. Der Lecksucher zeigt einen abklingenden Hintergrund. Du willst nicht mehr warten und wendest die 3-Punkt-Methode an. Du wählst ein Intervall von \(\Delta t = 20\) Sekunden.

Du schaust auf den Lecksucher und notierst den Startwert:
\(P_1 = 5.0 \cdot 10^{-7}\) mbar·l/s

Du wartest genau 20 Sekunden und notierst den zweiten Wert:
\(P_2 = 3.0 \cdot 10^{-7}\) mbar·l/s

Du wartest nochmal genau 20 Sekunden (also 40 Sekunden nach Start) und notierst den dritten Wert:
\(P_3 = 2.0 \cdot 10^{-7}\) mbar·l/s

Jetzt setzen wir das in die Formel ein:

Zähler berechnen (Oben):

\((P_1 \cdot P_3) - P_2^2\)
\((5.0 \cdot 10^{-7} \cdot 2.0 \cdot 10^{-7}) - (3.0 \cdot 10^{-7})^2\)
\(= (10.0 \cdot 10^{-14}) - (9.0 \cdot 10^{-14}) = \mathbf{1.0 \cdot 10^{-14}}\)

Nenner berechnen (Unten):

\((P_1 + P_3) - (2 \cdot P_2)\)
\((5.0 \cdot 10^{-7} + 2.0 \cdot 10^{-7}) - (2 \cdot 3.0 \cdot 10^{-7})\)
\(= (7.0 \cdot 10^{-7}) - (6.0 \cdot 10^{-7}) = \mathbf{1.0 \cdot 10^{-7}}\)

Ergebnis (Teilen):

Zähler / Nenner
\((1.0 \cdot 10^{-14}) / (1.0 \cdot 10^{-7}) = \mathbf{1.0 \cdot 10^{-7}}\)

Ergebnis: Die berechnete Hintergrund-Asymptote (\(A\)) beträgt \(1.0 \cdot 10^{-7}\) mbar·l/s.

Was bedeutet das für deinen Lecktest?

Du weißt jetzt: Wenn du die Anlage noch zwei Stunden lang pumpen lassen würdest, würde der Lecksucher irgendwann exakt bei \(1.0 \cdot 10^{-7}\) zum Stillstand kommen.

Anstatt also zu warten, nimmst du diesen Wert jetzt sofort als deinen "Hintergrund-Offset".

Wenn du jetzt das Bauteil mit Helium ansprühst und der Lecksucher springt hoch auf einen Bruttowert von \(8.0 \cdot 10^{-7}\), dann rechnest du einfach:

Netto-Leckrate = Bruttowert - Asymptote

Netto-Leckrate = \(8.0 \cdot 10^{-7}\) - \(1.0 \cdot 10^{-7}\) = \(7.0 \cdot 10^{-7}\) mbar·l/s

(Genau diese Rechnung führt deine Haupt-App "Helium-Lecksuche Experte Pro" im Tab "Rechner" unter "Dynamisch (3-Punkt)" für dich vollautomatisch aus!)

Theorie: Was ist das "Effektive Teilstrom-Verhältnis"?

Wenn Ihr Lecksucher die Vakuumkammer zusammen mit einer großen Zusatzpumpe abpumpt, teilt sich das Gas (und damit auch das Helium aus einem Leck) auf. Die App spricht dann oft von einem "Effektiven Teilstrom-Verhältnis" (Ratio). Aber was heißt das genau?


1. Die Lüge auf dem Typenschild

Viele Techniker machen folgenden Fehler: Sie schauen auf das Typenschild der Zusatzpumpe (z.B. "Saugvermögen: 100 Liter pro Sekunde") und auf das des Lecksuchers (z.B. "2 Liter pro Sekunde"). Sie rechnen dann einfach 100 gegen 2 und glauben, das sei die Aufteilung.

Das ist in der Realität fast immer falsch! Warum? Weil Pumpen nur selten direkt ohne Schläuche an die Kammer geschraubt werden. Sobald ein Schlauch oder Rohr dazwischen liegt, wird die Pumpe gedrosselt (der sogenannte "Leitwert"). Das Saugvermögen, das tatsächlich noch an der Kammer ankommt, nennt man das Effektive Saugvermögen ($S_{eff}$).

Ein Alltags-Beispiel (Der Staubsauger-Vergleich)

Stellen Sie sich vor, Sie streuen 1000 Krümel (Helium) auf den Boden. Nun holen Sie zwei Staubsauger:
1. Einen riesigen Industriestaubsauger (Zusatzpumpe). Diesen schließen Sie aber über einen 50 Meter langen, dünnen Gartenschlauch an.
2. Einen kleinen Handstaubsauger (Lecksucher). Diesen halten Sie mit einer dicken, extrem kurzen Düse direkt auf die Krümel.

Obwohl der Industriestaubsauger auf dem Papier viel stärker ist, wird der kleine Handstaubsauger wegen seines kurzen, dicken Rohrs am Ende die meisten Krümel einsaugen! Seine effektive Saugleistung am Ort des Geschehens ist höher.

2. Was bedeutet das "Verhältnis" (Ratio)?

Die App berechnet im Hintergrund für beide Pumpen, wie viel Luft sie effektiv noch aus der Kammer saugen können, nachdem Schläuche und Rohre berücksichtigt wurden.

Aus diesen zwei echten, "effektiven" Werten bildet die App dann das Teilstrom-Verhältnis (Ratio).

  • Beispiel: Die App errechnet ein Teilstrom-Verhältnis von 50.
  • Bedeutung: Das gesamte Helium teilt sich so auf, dass der Lecksucher nur ein Fünfzigstel (also 2%) des Heliums erwischt. Die restlichen 98% verschwinden in der Zusatzpumpe.
  • Das Resultat: Die App weiß nun, dass das Signal, das Sie am Bildschirm des Lecksuchers ablesen, in Wirklichkeit 50-mal zu klein ist! Sie multipliziert Ihren abgelesenen Wert (den Bruttowert) automatisch mit 50, um die wahre, reale Leckrate (Netto-Leckrate) des Bauteils zu berechnen.

Fazit: Nur mit dem effektiven Teilstrom-Verhältnis verhindern Sie, dass Sie große Lecks an einer Vakuumanlage "übersehen", weil Schläuche das Strömungsverhalten komplett verdreht haben!

Leitwert-Messung

"Kommt das volle Saugvermögen des Lecksuchers überhaupt am Prüfling an?"

In der Praxis lautet die Antwort oft: Nein.

Zweck & Kurzbeschreibung

Die Leitwert-Messung analysiert den Einfluss von Schlauch- und Rohrverbindungen auf die Leistungsfähigkeit des Lecksuchsystems. Aus Leitwert, Saugvermögen und Kammer-Volumen werden das effektive Saugvermögen, die Zeitkonstante, die Ansprechzeit sowie mögliche Leistungsverluste berechnet. Die Methode hilft dabei, Messaufbauten zu optimieren und unnötige Verzögerungen bei der Helium-Lecksuche zu vermeiden.

Physikalischer Hintergrund

Ein Lecksuchgerät besitzt am Geräteanschluss ein definiertes Saugvermögen (z.B. S = 1,5 l/s). Zwischen Prüfling und Lecksuchgerät befindet sich jedoch häufig ein Flaschenhals für den Gasstrom:

  • PTFE-Schlauch
  • Edelstahlleitung
  • Vakuumschlauch
  • Flanschsystem

Wichtiger Merksatz

Der kleinste Leitwert bestimmt die Messgeschwindigkeit. Selbst ein sehr leistungsfähiger Lecksucher kann nicht schneller arbeiten als die Verbindung, die ihn mit dem Prüfling verbindet.

Berechnung Effektives Saugvermögen

  • S = Saugvermögen Lecksucher
  • C = Leitwert der Verbindung
  • S_eff = Effektives Saugvermögen am Prüfling

Ansprechzeit und Zeitkonstante

  • V = Kammer-Volumen (L)
  • τ = Zeitkonstante
  • t_95% = Zeit für 95% Signalerfassung

Messablauf

  1. Kammer-Volumen eingeben (z.B. 10 Liter)
  2. Verbindung auswählen (z.B. PTFE 12 mm oder DN16)
  3. Leitungslänge eingeben (z.B. 1 Meter)
  4. Saugvermögen des Lecksuchers (z.B. 1,5 l/s)
  5. Optional Zusatzpumpe eingeben (z.B. 4,5 l/s)
  6. Analyse starten

Die App berechnet automatisch Leitwert, effektives Saugvermögen, Leistungsverlust, Zeitkonstante & Ansprechzeit.

Interpretation der Ergebnisse

  • Verlust < 20%: Sehr gut
  • Verlust 20–50%: Akzeptabel
  • Verlust > 50%: Einschränkung
  • Verlust > 80%: Flaschenhals!

Vorteile der Methode

  • Erkennt Flaschenhälse im Messaufbau
  • Verkürzt Ansprechzeiten
  • Optimiert die Empfindlichkeit
  • Verbessert die Reproduzierbarkeit
  • Unterstützt die Auswahl geeigneter Schläuche
  • Physikalisch fundierte Bewertung des Messsystems

Typische Optimierungsmaßnahmen

  • Größeren Schlauch verwenden (Beispiel: DN25 statt DN16)
  • Leitung verkürzen (Beispiel: 1 m statt 5 m)
  • Lecksucher näher an den Prüfling bringen (Dadurch steigt der Leitwert erheblich.)

Druckanstiegs-Verfahren (Akkumulation)

Zweck

"Wie messe ich Lecks, die für das direkte Signal zu klein sind?"

Das Druckanstiegs- bzw. Akkumulationsverfahren wird eingesetzt, wenn kleinste Leckraten gemessen werden müssen oder Bauteile nicht direkt an den Lecksucher angeschlossen werden können. Das austretende Gas sammelt sich in einem definierten, geschlossenen Volumen über eine bestimmte Zeit an. Durch den resultierenden Druckanstieg wird die eigentliche Leckrate berechnet.

Physikalischer Hintergrund

Die Leckrate Q ist physikalisch definiert als Druckänderung in einem bestimmten Volumen pro Zeiteinheit. Das Volumen (V) muss dafür exakt bekannt sein. Je länger gewartet wird (Δt), desto höher wird das Signal (Δp).

Formel

  • V = Systemvolumen (Liter)
  • Δp = Druckanstieg (mbar)
  • Δt = Messdauer (Sekunden)

Messablauf in der App

  1. 1. Systemvolumen festlegen
    Das absolute Innenvolumen der Kammer (z.B. 10 L).
  2. 2. Druckanstieg eintragen
    Die Differenz zwischen Start- und Enddruck (z.B. 5 mbar).
  3. 3. Messdauer bestimmen
    Wie lange wurde gemessen bzw. Gas gesammelt (z.B. 1 Minute)?
  4. Physikalischer Abgleich (Auto-Sync)
    Die App vergleicht das Resultat intelligent mit dem statischen Signal des Lecksuchers. Weicht der Druckanstieg stark nach oben ab, warnt die App vor Ausgasung oder Wasser.
© Walter Dogendorf | Vakuum-Lexikon