Experimentelle Untersuchungen virtueller Lecks

Beschreibung:

Zur Ermittlung des Einflusses virtueller Lecks in Schraubenverbindungen auf die Vakuumperformanz einer Vakuumanlage wurden Versuche unter realistischen Bedingungen durchgeführt. Schraubenverbindungen wurden innerhalb einer Vakuumkammer untersucht. Unter sonst identischen Bedingungen wurde der Versuch einmal mit Schrauben ohne Entlüftungsöffnung und einmal mit Schrauben durchgeführt, die eine zentrische Entlüftungsbohrung mit einem Bohrungsdurchmesser von 1,8 mm besaßen.

Untersuchung:

16 Schrauben M8 x 30mm wurden in je eine Sackgewindebohrung eines Testbauteils eingeschraubt. Das Testbauteil wurde in eine Vakuumkammer mit gut bekanntem Volumen und gut charakterisiertem Saugvermögen eingebracht. Die Vakuumkammer wurde evakuiert und die Abpumpkurve aufgezeichnet.
 
Experimentelle Erhebung

Das Diagramm zeigt aufgezeichnete Abpumpkurven einer Vakuumkammer mit 16 innenliegenden Schraubenverbindungen einmal ohne Entlüftung und einmal mit zentrischen Entlüftungsbohrungen an den Schrauben.

Experimentelle Untersuchungen virtueller Lecks

Untersuchungsergebnis

Für die nicht vakuumgerechte Schraubenverbindung wurde aus der Differenz zwischen den beiden aufgezeichneten Abpumpkurven eine "virtuelle Leckrate" von rund 3E-7 mbar*l/s ermittelt. Im Experimentellen Beispiel wird die Abpumpzeit mit einer vakuumgerechten Ausführung der Schraubenverbindungen um bis zu 60% verringert, der erreichte Basisdruck ist um 1E-7 mbar niedriger.

Zusammenfassung: Auswirkung virtueller Lecks

Nicht vakuumgerecht ausgeführte Schraubenverbindungen wirken sich dramatisch auf die Performanz von Vakuumanlagen aus.

Bereits bei Anwendungen im Hochvakuum sollten Schraubenverbindungen vakuumgerecht ausgeführt werden, in der UHV-Technik ist es absolut unerlässlich. Die ermittelte „virtuelle Leckrate“ einer Schraubenverbindung ist im Vergleich zu spezifizierten Leckraten standardisierter Vakuumflanschverbindungen enorm groß. Eine nicht vakuumgerecht ausgeführte Schraubenverbindung erzeugt einen mehr als 300 Mal größeren Gasbeitrag als eine Elastomer-O-Ring-gedichtete Flanschverbindung und sogar einen mehr als 30.000 Mal größeren Gasbeitrag als eine metallisch gedichtete UHV-Flanschverbindung.
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Das Diagramm zeigt aufgezeichnete Abpumpkurven einer Vakuumkammer mit 16 innenliegenden Schraubenverbindungen einmal ohne Entlüftung und einmal mit zentrischen Entlüftungsbohrungen an den Schrauben.

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