DE19635943A1 - Integral leak testing method for large volume test objects - Google Patents
Integral leak testing method for large volume test objectsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur integralen Dichtheitsprüfung von großvolu migen Behältern und/oder Gehäusen wie etwa PKW- oder LKW-Motoren, Gasther men, Getriebeblöcken, usw., wonach ein derartiges Prüfobjekt mit einem Testgas beaufschlagt wird, das gegenüber der Umgebung unter erhöhtem Druck steht, so daß bei Vorhandensein eines Lecks Gas aus dem Prüfobjekt austritt und hieraus das Leck erkannt wird.The invention relates to a method for integral leak testing of large volumes Containers and / or housings such as car or truck engines, Gasther men, gear blocks, etc., after which such a test object with a test gas is applied, which is under increased pressure from the environment, so that if there is a leak, gas escapes from the test object and from it the leak is detected.
Zur automatisierten Dichtheitsprüfung von großvolumigen Behältern, wie etwa PKW- oder LKW-Motoren, Gasthermen, aber auch Getriebeblöcken, sind im wesentlichen zwei Gasnachweis-Verfahren zur integralen Dichtheitsprüfung bekannt. Beiden Verfahren gemeinsam ist, daß das Prüfobjekt mit einem Testgas bedrückt und die Umgebung des Prüfobjektes auf das Testgas hin untersucht wird.For automated leak testing of large-volume containers, such as car or truck engines, gas heaters, but also gear blocks are essential two gas detection methods for integral leak testing known. Both The common method is that the test object is pressurized with a test gas and the Environment of the test object is examined for the test gas.
Bei dem ersten Verfahren werden zum Testgas-Nachweis Massenspektrometer und als Testgas meist Helium eingesetzt (Helium-Lecktester). Die in das Massenspek trometer eingeleiteten Moleküle werden innerhalb des Spektrometers gezielt ionisiert und in einem elektrischen Feld beschleunigt. Dabei muß im Massenspektrometer ein Hochvakuum (ein Druck von kleiner 10-4 mbar) herrschen, so daß die beschleunig ten Moleküle möglichst nicht mit anderen stoßen und ungestört ein elektromagneti sches Massenfilter passieren können. Der Ort, an dem die Moleküle das Massenfilter dann wieder verlassen, hängt daher nur noch von der Molekülmasse ab, wodurch das Testgas (meist Helium) eindeutig identifiziert werden kann. Für den Prüfvorgang wird das Prüfobjekt in eine Testkammer eingebracht und mit Testgas bedrückt. Die Testkammer wird dann über leistungsfähige Vakuumpumpen auf einen Druck kleiner 10-2-10-4 mbar evakuiert. Bei Erreichen dieses Drucks wird dem Massenspektrometer ein Teil des aus der Testkammer abgesaugten Gases zugeführt. Im Massenspektrometer wird dann die Testgaskonzentration - der Testgaspartialdruck - dieser, aus dem abgepumpten Gasstrom entnommenen Gasprobe bestimmt. Die gemessene Testgaskonzentration ist dann ein direktes Maß für die Leckage am Prüfling.In the first method, mass spectrometers are used for test gas detection and helium is usually used as the test gas (helium leak tester). The molecules introduced into the mass spectrometer are selectively ionized within the spectrometer and accelerated in an electric field. A high vacuum (a pressure of less than 10 -4 mbar) must prevail in the mass spectrometer so that the accelerated molecules do not collide with others and an electromagnetic mass filter can pass undisturbed. The location at which the molecules then leave the mass filter only depends on the molecular mass, which means that the test gas (usually helium) can be clearly identified. For the test procedure, the test object is placed in a test chamber and pressurized with test gas. The test chamber is then evacuated to a pressure of less than 10 -2 -10 -4 mbar using powerful vacuum pumps. When this pressure is reached, part of the gas extracted from the test chamber is fed to the mass spectrometer. The test gas concentration - the test gas partial pressure - of this gas sample taken from the pumped gas stream is then determined in the mass spectrometer. The measured test gas concentration is then a direct measure of the leakage at the test object.
Ein wesentlicher Nachteil dieses empfindlichen, aber teuren Dichtheitsprüfverfah rens, sind die benötigten sehr großen, druckbeständigen und daher teuren Test kammern mit den dazugehörigen leistungsstarken Hochvakuumpumpständen. Es ist daher in der Regel sehr zeitaufwendig und auch wartungsintensiv, einen solchen Prüfstand zu betreiben. A major disadvantage of this sensitive, but expensive leak test procedure rens, are the very large, pressure-resistant and therefore expensive test required chambers with the associated high-performance high-vacuum pumping stations. It is therefore usually very time-consuming and also maintenance-intensive, such To operate the test bench.
Bei dem zweiten Verfahren erfolgt der Testgas-Nachweis opto-akustisch. Die in das optische Dichtheitsprüfsystem eingebrachten Moleküle werden in diesem von einem auf die Absorptionslinien des verwendeten Testgases spektral abgestimmten periodisch gepulsten Laser beleuchtet. Werden dabei auch Testgasmoleküle be leuchtet, so absorbieren diese einen Teil des eingestrahlten Laserlichtes. Diese Ab sorption des Laserlichtes führt dann zu, über den opto-akustischen Effekt erzeugten, Signalen, welche über einen in der Nachweiszelle integrierten hochempfindlichen Sensor registriert werden. Die Amplituden dieser periodischen Signale sind dann ein direktes Maß für die Testgaskonzentration (siehe hierzu auch: Deutsche Patentan meldung DE 195 00 947.9; Stetter/Schroff, 14.01.1995). Als Testgas wird meist das Inertgas SF₆, sowie das Gas Ethen (C₂H₄) eingesetzt. Für den Prüfvorgang wird das Prüfobjekt in eine Testkammer eingebracht und mit Testgas bedrückt. Die Testkam mer wird über eine Vakuumpumpe auf einen Druck kleiner 10 mbar evakuiert. Nach Erreichen dieses Drucks wird etwas Gas aus der Testkammer dem Prüfsystems zu geführt, wo dann die Testgaskonzentration gemessen wird. Die gemessene Test gaskonzentration ist dann ein direktes Maß für die Leckage des Prüfobjektes.In the second method, the test gas is detected opto-acoustically. The in that Optical leak test system introduced molecules are in this one spectrally matched to the absorption lines of the test gas used periodically pulsed laser illuminated. Are test gas molecules also be lights up, they absorb part of the incident laser light. This Ab sorption of the laser light then leads to, generated via the opto-acoustic effect, Signals which are transmitted via a highly sensitive integrated in the detection cell Sensor can be registered. The amplitudes of these periodic signals are then on direct measure of the test gas concentration (see also: Deutsche Patentan message DE 195 00 947.9; Stetter / Schroff, January 14, 1995). This is usually used as the test gas Inert gas SF₆, and the gas ethene (C₂H₄) used. For the test process, this is The test object is placed in a test chamber and pressurized with test gas. The test came mer is evacuated to a pressure of less than 10 mbar using a vacuum pump. After When this pressure is reached, some gas from the test chamber is sent to the test system where the test gas concentration is then measured. The measured test gas concentration is then a direct measure of the leakage of the test object.
Ein wesentlicher Nachteil dieses empfindlichen, aber teuren Dichtheitsprüfverfah rens ist in der großvolumigen, druckfesten Testkammer, sowie in den benötigten lei stungsstarken Vakuumpumpen zu sehen. Es ist trotz dieses großen apparativen Aufwandes meist - schon allein aus Kostengründen - nicht möglich, Taktzeiten von ein bis zwei Minuten zu erreichen.A major disadvantage of this sensitive, but expensive leak test procedure rens is in the large, pressure-resistant test chamber and in the required lei powerful vacuum pumps. It is despite this large apparatus Most of the time - for cost reasons alone - not possible, cycle times of to reach one or two minutes.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die integrale Dichtheitsprüfung für praktische Anwendungsfälle wesentlich einfacher und damit preiswerter unter rauhen Industriebedingungen automatisiert durchgeführt werden kann.Proceeding from this, the object of the invention is a method of to improve the type mentioned that the integral Leakage testing for practical applications is much easier and therefore can be automated more cheaply under harsh industrial conditions can.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merk male des Patentanspruchs 1, dem Grundgedanken nach, sowie in Ausführungsvari anten und Ausgestaltungen derselben durch die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 8 gelöst.This task is carried out with regard to the process by the characteristic note male of claim 1, according to the basic idea, and in variant anten and embodiments of the same by the features of subclaims 2 to 8 solved.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es in einer für die Prüfung von großvolumigen Prüfobjekten in der Regel zur Verfügung stehenden Zeit von ein bis zwei Minuten durch ein einfaches, geeignet gestaltetes Verwirbeln der das Prüfob jekt umgebenden Luft schon bei Atmosphärendruck möglich ist, eine homogene Durchmischung des aus einem Leck aus dem Prüfobjekt austretenden Testgases mit der das Prüfobjekt umgebenden Luft zu erreichen. Setzt man zudem solche Testga se zur Dichtheitsprüfung ein, welche in der Atmosphäre (Luft) natürlicherweise in nur sehr geringen Konzentrationen - vorzugsweise kleiner 100 ppb - vorkommen, so ist es innerhalb dieser Zeit möglich, selbst sehr kleine Leckagen sicher zu detektieren.The invention is based on the finding that it is in a for testing large-volume test objects usually available from one to two minutes by simply swirling the test object surrounding air is already possible at atmospheric pressure, a homogeneous Mixing of the test gas emerging from a leak from the test object to reach the air surrounding the test object. If you also set such a testga leak test, which is naturally only in the atmosphere (air) very low concentrations - preferably less than 100 ppb - occur, so it is possible to detect even very small leaks within this time.
Hiernach wird - gemäß der Erfindung - zur Detektion von Leckstellen des Prüfobjektes das Prüfobjekt in eine Testkammer eingebracht und mit einem, von der Atmosphäre (Luft) unterscheidbaren und in der Atmosphäre natürlicherweise nur in sehr geringen Konzentrationen - vorzugsweise kleiner 100 ppb - vorhandenen, Testgas befüllt und mit Druck beaufschlagt, der gegenüber dem in der Testkammer herrschenden Atmosphärendruck erhöht ist. An etwaigen Leckstellen tritt dann das Testgas aus dem Prüfobjekt aus und wird durch geeignet gestaltetes Verwirbeln der das Prüfobjekt umgebenden Luft innerhalb der Testkammer definiert - vorzugsweise gleichmäßig - verteilt. Aus dem Auftreten des Testgases in der Testkammer kann dann sicher auf das Vorhandensein von Leckagen geschlossen werden und aus der Testgaskonzentrationen kann auf die Größe etwaiger Leckagen geschlossen wer den. Wird die in der Testkammer befindliche Luft so verwirbelt, daß es zu einer gleichmäßigen Verteilung des aus Leckagen am Prüfobjekt austretenden Testgases in der Testkammer kommt, so stellt sich innerhalb der Testkammer schnell eine na hezu homogene Testgaskonzentration ein.According to the invention, this is used to detect leaks in the test object the test object is placed in a test chamber and with one from the atmosphere (Air) distinguishable and in the atmosphere naturally only in very small amounts Concentrations - preferably less than 100 ppb - available, filled test gas and pressurized to that prevailing in the test chamber Atmospheric pressure is increased. The test gas then escapes at any leaks the test object and is created by swirling the Test object surrounding air defined within the test chamber - preferably equally distributed. From the occurrence of the test gas in the test chamber can then be safely concluded on the presence of leaks and from the Test gas concentrations can be concluded from the size of any leaks the. If the air in the test chamber is swirled so that it becomes a Even distribution of the test gas escaping from leakages on the test object comes in the test chamber, a na quickly arises within the test chamber very homogeneous test gas concentration.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die integrale Dichtheitsprüfung gerade für großvolumige Prüfobjekte wie z. B. PKW/LKW-Motoren, Gasthermen oder Getriebe blöcke, sehr einfach und mit einem geringen apparativen Aufwand in einer vernünfti gen Prüfzeit durchgeführt werden kann. Da die Testkammer zu keiner Zeit evakuiert werden muß, sondern ausschließlich dazu benötigt wird, einen Gasaustausch zwi schen Testkammerinnerem und der die Testkammer umgebenden Atmosphäre (Luft) für die Dauer der Prüfung zu unterbinden, kann die Testkammer einfach und damit sehr preiswert gestaltet werden. Die bisher benötigten teuren Vakuumpumpen zum Evakuieren der Testkammer entfallen ganz.The advantage of the invention is that the integral leak test just for large-volume test objects such as B. car / truck engines, gas heaters or gearboxes blocks, very simple and with little equipment in a reasonable the test time can be carried out. Because the test chamber never evacuated must be, but is only required to exchange gas between the interior of the test chamber and the atmosphere (air) surrounding the test chamber To prevent the duration of the test, the test chamber can easily and thus be designed very inexpensively. The previously required expensive vacuum pumps for Evacuation of the test chamber is completely eliminated.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht die Detektion und/oder Konzen trationsbestimmung des Testgases mit einem optischen Gasnachweisverfahren vor. Detection and / or concentration is a preferred embodiment of the invention determination of the test gas using an optical gas detection method.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung verwendet zum Testgasnach weis das in der Deutschen Patentanmeldung DE 195 00 947.9 (Stetter/Schroff; 14.01.95) beschriebene optische Gasnachweisverfahren.Another preferred embodiment of the invention uses the test gas after knows this in German patent application DE 195 00 947.9 (Stetter / Schroff; 14.01.95) described optical gas detection method.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht den Einsatz der Gase N₂O (Lachgas), C₂H₄ (Ethen) oder SF₆ als Testgas vor. Diese Gase liegen in der Atmo sphäre natürlicherweise in teils weit geringeren Konzentrationen als 100 ppb (10-7 Volumenanteilen) vor, was eine sehr empfindliche Dichtheitsprüfung ermöglicht.An advantageous embodiment of the invention provides the use of the gases N₂O (laughing gas), C₂H₄ (ethene) or SF₆ as a test gas. These gases are naturally present in the atmosphere in concentrations that are sometimes much lower than 100 ppb (10 -7 parts by volume), which enables a very sensitive leak test.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung verwendet als Testgas ein Gasgemisch aus Luft und/oder Ethen und/oder SF₆.Another embodiment of the invention uses a gas mixture as the test gas from air and / or ethene and / or SF₆.
Ein bevorzugtes Verfahren sieht zur Verwirbelung und Durchmischung der in der Testkammer befindlichen Luft ein oder mehrere Ventilatoren und/oder Gebläse vor.A preferred method provides for swirling and mixing in the Test chamber located air one or more fans and / or blowers before.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, vor dem Befüllen des Prüfobjektes mit Testgas dieses zu evakuieren, um so zum einen eine definierte Testgasverteilung im Prüfling sicherstellen zu können und zum anderen eine sehr preiswerte - da über ein einfaches Abpumpen des Testgases zu realisierende - Testgas-Rückgewinnung durchführen zu können.Another advantageous embodiment of the invention provides before filling to evacuate the test object with test gas, in order to create a defined one To be able to ensure test gas distribution in the test object and, on the other hand, a very inexpensive - because it can be realized by simply pumping off the test gas - To be able to carry out test gas recovery.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, das in den Prüfling verbrachte Testgas aus diesem nach der Prüfung wieder abzupumpen und rückzu gewinnen.Another preferred embodiment of the invention provides that in the test specimen spent test gas out of this after the test and pumped back again win.
Claims (8)
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DE1996135943 DE19635943A1 (en) | 1996-09-05 | 1996-09-05 | Integral leak testing method for large volume test objects |
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DE1996135943 DE19635943A1 (en) | 1996-09-05 | 1996-09-05 | Integral leak testing method for large volume test objects |
Publications (1)
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1996
- 1996-09-05 DE DE1996135943 patent/DE19635943A1/en not_active Withdrawn
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