AT399225B

AT399225B - Anordnung zur dichtheitsprüfung bzw. feststellung des gas- und/oder flüssigkeitsgehaltes von gegenständen

Info

Publication number: AT399225B
Application number: AT171289A
Authority: AT
Inventors: Peter Ing Casari; Peter Dr Matyas; Karl Wallisch
Original assignee: Schrack Components Ag
Priority date: 1989-07-14
Filing date: 1989-07-14
Publication date: 1995-04-25
Also published as: ATA171289A

Description

AT 399 225 B

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Dichtheitsprüfung bzw. Feststellung des Gas und/oder Fiüssigkeitsgehaltes von Gegenständen wie z.B. Behältern, Gehäusen oder dgl., bei der ein dichter Behälter mit einer über eine Steuereinrichtung gesteuerte Einrichtung zur Veränderung des Druckes in seinem Inneren versehen, oder mit dieser verbunden ist und bei der eine Meßeinrichtung zur Vermessung der Formänderung des zu prüfenden Gegenstandes vorgesehen ist und in dem ein mit der Einrichtung zur Veränderung des Druckes gegebenenfalls über die Steuereinrichtung in Verbindung bringbarer Druckfühler angeordnet ist.

Eine solche Einrichtung wurde z.B. durch die DE-OS 3 312 963 bekannt, wobei ein Mikrocomputer vorgesehen ist, der zu Beginn eines jeden Meßzykiusses die Erfassung der Form des zu prüfenden Gegenstandes bei Umgebungsdruck und danach die Einstellung des Prüidruckes und die Vermessung des Gegenstandes bei dem Prüfdruck steuert, wonach der Druck konstant gehalten und die Verformungsrückbildungsgeschwindigkeit erfaßt und mit einem errechneten Wert zur Entscheidung über "Gut/Schlecht" verglichen wird.

Der Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, daß durch die Art des Meßverfahrens nur relativ große Leckraten erfaßbar sind, und weiters nicht festgestellt werden kann, wo sich das Leck befindet.

Ziel der Erfindung ist es diese Nachteile zu vermeiden und eine Anordnung zur Dichtheitsprüfung bzw. Feststellung des Gas- und bzw. oder Flüssigkeitsgehaltes von Gegenständen vorzuschlagen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in dem Behälter eine Auflage, sowie eine mit der Steuereinrichtung verbundene Heiz- und bzw. oder Kühleinrichtung angeordnet ist, wobei die Heiz- und bzw. oder Kühleinrichtung mit einem im inneren des Behälters angeordneten Temperaturfühler in Verbindung bringbar ist.

Durch diese Maßnahmen ist es möglich, die zu prüfenden Gegenstände Belastungen auszusetzen, die zur Erkennung auch von kleinsten Lecks führen. So ist es mit der erfindungsgemäßen Einrichtung möglich, den zu prüfenden Gegenstand zuerst einer Temperaturänderung und danach einer Druckänderung zu unterwerfen.

Weiters kann vorgesehen sein, daß die Steuereinrichtung eine Zeitgeberschaltung aufweist und weiters mit der Meßeinrichtung verbunden ist.

Auf diese Weise kann die Dauer der Thermostatisierung und der Druckbeaufschlagung des zu prüfenden Gegenstandes, sowie der Zeitpunkt des Beginns der Druckbeaufschiagung und der Zeitpunkt des Beginns der Messung der Verformung des zu prüfenden Gegenstandes oder die Zeitpunkte der Durchführung solcher Messungen gesteuert werden. Dabei kann die Messung der Form des zu prüfenden Gegenstandes sowohl kontinuierlich oder in einem oder mehreren vorgegebenen Zeitpunkten gemessen werden. in diesem Sinne kann auch vorgesehen sein, daß die Kühl- bzw. Heizeinrichtung im Behälter durch einen von einem Kühl- und bzw. oder Heizfluid durchströmbaren Wärmetäuscher gebildet ist, wobei auch vorgesehen sein kann, daß dem Behälter eine Vorheiz- bzw. Vorkühlkammer vorgeordnet ist.

Durch diese Maßnahmen laßt sich eine Beschleunigung bei Reihentests erreichen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Meßeinrichtung zur Erfassung der Formänderungen der zu prüfenden Gegenstände Meßfühler aufweist, die auf Strahlungsbasis, insbesondere auf Licht-, Ultraschall- oder Mikrowellenstrahlung arbeiten, und der gegenüber der durch einen Träger gebildeten Auflage wahrend der Vermessung des zu prüfenden Gegenstandes gegenüber diesem ortsfest gehalten ist, wobei die Auflage bzw. Träger vorzugsweise einen Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweist, der kleiner als 10-3mm/°C, insbesondere kleiner als I0~4mm/’C ist, wobei die zu prüfenden Gegenstände die Strahlung reflektierende Markierungen tragen.

Auf diese Weise lassen sich auch sehr empfindliche Gegenstände vermessen, ohne daß die Messung selbst das Meßergebnis beeinflußt, wie das durch den von mechanischen Fühlern auf den zu messenden Gegenstand ausgeübten Druck der Fall wahre. Dabei wird durch die Verwendung von Materialien mit extrem kieinem thermischen Ausdehnungskoeffizienten eine Beeinflussung der Lage des zu messenden Gegenstandes bei einer thermischen Beaufschlagung weitgehend vermieden, die zu einer Verfälschung des Meßergebnisses führen würde.

Dabei kann weiters vorgesehen sein, daß der Behälter mit einem außerhalb desselben angeordneten mit Strahlung, insbesondere Lichtstrahlung arbeitenden Meßfühler versehen ist und ein für diese Strahlung durchlässiges Fenster in der Behälterwand aufweist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Meßfühler mit einer Auswerteschaltung verbunden sind, die eine Vergleichsschaltung zur Auswertung zweier aufeinanderfolgender Meßwerte, oder zur Durchführung eines Vergleichs der gemessenen Werte mit vorgegebenen Sollwerten, aufweist. 2

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Dies ermöglicht eine einfache Durchführung der Tests, wobei die Meßwerte sowohl für sich mit vorgegebenen Werten verglichen werden können, als auch mit einer vorgegebenen Differenz.

Weiters kann auch vorgesehen sein, daß der Meßfühler durch mindestens einen Magneten und mindestens einen Hallsensor gebildet ist.

Auch in diesem Falle ist eine berührungslose Messung der Verformung des zu prüfenden Gegenstandes möglich.

Besonders günstig ist es, wenn die Meßeinrichtung eine Laserdiode als Lichtquelle und als Empfangseinrichtung eine Lateraldiode oder ein Diodenarray aufweist. Für Reihentests ist es vorteilhaft, wenn eine Mehrzahl von Meßfühlern vorgesehen ist, die über eine Multiplexereinrichtung mit der Auswerteeinrichtung verbunden sind.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 1a bis 1d verschiedene Ausführungsformen von Sensoren für die Meßeinrichtung und Fig. 2 ein Diagramm einer Verfahrensführung.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung, die einen Behälter 1 mit einer Auflage 11 aufweist, auf der der zu prüfende Gegenstand 2 angeordnet werden kann. Der Gegenstand 2 kann über eine, in der Fig. 1 nur schematisch angedeutete Schleuse 7 in den Behälter eingebracht und auf der Auflage 11 plaziert werden. Im Behälter 1 ist eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung 3 angeordnet, die als Wärmetauscher ausgebildet ist, der von einem thermostatisierten Fluid, das über den Anschluß 3' zu- und über den Anschluß 4 abführbar ist, durchströmt ist und durch die der zu prüfende Gegenstand in seiner Temperatur veränderbar ist. Das Innere des Behälters 1 ist über den Anschluß 5 mit einer Druckquelle und bzw. oder einer Vakuumpumpe verbunden. In dem Behälter 1 sind noch Temperatur- und Druckfühler 9 und 8 angeordnet. In der oberen Wand des Behälters 1 ist ein Fenster 12 angeordnet, über dem ein optischer Meßfühler 10 angeordnet ist, der eine Lichtquelle 13 in Form einer Laserdiode und eine Lateraldiode 14 aufweist. Dabei fällt das Licht der Laserdiode 13 auf den zu vermessenden Gegenstand 2, bzw. auf eine an diesem angebrachte Markierung 16, wobei die Lateraldiode 14 den Auftreffpunkt des Lichtstrahles abtastet. in der Fig. 1 ist auch die Möglichkeit einer dichten Abdeckung des Gegenstandes 2 mit einer Folie 2' gezeigt, mit der es mag ich ist den Fluidgehalt des Gegenstandes 2 zu untersuchen. Weiters ist mit einer solchen dichten flexiblen Abdeckung auch mag ich die Dichtheit starrer Gegenstände zu überprüfen. In jedem Falle kommt es beim Gasaustritt aus dem zu prüfenden Gegenstand zu einem Ausbauchen der Folie, die mittels des Meßfühlers erfaßt werden kann.

Die Meßwerte des Temperaturfühlers 9, des Druckfühlers 8 und des optischen Meßfühlers 10 werden einer Steuereinrichtung 6 zugeführt, die die Zufuhr des Heiz- bzw. Kühlfluids, sowie der Druckgasquelle und bzw. der Vakuumpumpe regelt. An dieser Steuereinrichtung 6 ist weiters eine Auswerteeinheit 15 angeschlossen, in der die Meßsignale des Meßfühlers 10 ausgewertet und in der z.B. aus den Absolutwerten der Meßsignale Rückschlüsse auf die Dichtheit gewonnen werden können, oder aber es werden die Meßwerte mit vorgegebenen Sollwerten verglichen. Weiters ist auch eine Auswertung in der Weise möglich, daß die Differenz der bei zwei aufeinanderfolgenden Messungen erhaltenen Meßwerte mit einem vorgegebenen Differenzwert verglichen wird oder es wird bei konstant gehaltenen Bedingungen im inneren des Behälters 1 die bei kontinuierlicher Messung des Gegenstandes 2 erfaßte Formänderungsgeschwindigkeit mit einem vorgegebenen Wert verglichen.

Die Auswerteschaltung 15 kann eine optische Anzeige 20 aufweisen, oder mit einer Einrichtung 21 verbunden sein, die die für ungeeignet erkannten Gegenstände 2 aussortiert. Weiters kann die Auswerteeinheit bei einer Vielzahl von Meßfühlern 10 für die gleichzeitige Überwachung einer Vielzahl von zu prüfenden Gegenständen 2 mit einem Multiplexer 19 verbunden sein, der die Meßfühler 10 der Reihe nach abfragt und deren Meßsignale der Auswerteeinheit zuführt. Außer dem in der Fig. 1 dargesteliten Meßfühler 10 können auch noch andere verwendet werden, wobei es aber zweckmäßig ist, lediglich berührungslose Meßfühler zu verwenden.

Ein weiteres Beispiel für einen solchen Meßfühler ist in der Fig. 1a dargestellt. Bei diesem Meßfühler ist eine Lichtquelle 25 vorgesehen, deren Lichtstrahl unter einem Winkel auf den zu prüfenden Gegenstand 2 trifft und mittels des Empfängers 26 die Änderung des Reflexionswinkels erfaßt wird.

Fig. 1 b zeigt einen mit einem Dehnungsmeßstreifen 22 versehenen Biegebalken 27 zur Aufnahme der Verformung des prüfenden Gegenstandes, wobei der Biegebalken 27 mit einer Spitze 28 auf dem zu prüfenden Gegenstand 2 aufsteht und mit seinem anderen Ende in einem Träger 23 gehalten ist. Bei einer Formänderung des Gegenstandes 2 kommt es zu einer Veränderung der Lage der Spitze 28 und damit zu einer Durchbiegung des Biegebalkens 27, die zu einer Änderung der Werte des Dehnungsmeßstreifens 22 fuhrt, die entsprechend ausgewertet werden können. Ein solcher Meßfühler ist hauptsächlich für Gegenstände vorgesehen, bei deren Verformung entsprechend große Kräfte wirken, sodaß die durch den 3

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Biegebalken 27 auf den Gegenstand ausgeübten Kräfte vemachlässigbar gering sind.

Fig. 1c zeigt eine Interferometeranordnung zur Aufnahme der Verformung des Gegenstandes 2.

Fig. 1d zeigt einen Meßfühler mit einem Ultraschallgebe-Empfangskopf 29. 30 mit dem der Abstand zwischen dem Sende-Empfangskopf 29, 30 und dem zu prüfenden Gegenstand gemessen wird.

Die Ausführungen von Meßfühlern nach den Fig. 1b und 1c können innerhalb des Behälters angeordnet werden, wogegen die Meßfühler nach den Fig. 1a und 1d außerhalb des Behälter angeordnet werden können.

Weiters kann der Meßfühler auch, wie in der Fig. 1 angedeutet ist, auch durch einen an dem zu prüfenden Gegenstand 2 angebrachten Magneten 17 und einem Hailsensor 18 gebildet sein, der die Lage des Magneten 17 abfühlt.

Wesentlich ist bei allen Meßfühlern, daß sowohl diese als auch der zu prüfende Gegenstand gegeneinander ortsstabil gehalten werden. Aus diesen Gründen ist die Auflage 11 und die Halterung des Meßfühlers 10 zweckmäßigerweise aus einem Material mit möglichst keinem thermischen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt.

Die Fig. 2 zeigt ein Diagramm eines Tests eines Gegenstandes. Dabei sind auf der Ordinate die Meßwerte I für die Lage des Gegenstandes, bzw. die Lage einer Markierung auf diesem oder einer Umhüllung desselben angebrachten Markierung in Bezug auf den Meßfühler aufgetragen. Aus diesen Eintragungen sind auch die entsprechenden Lageänderungen, die sich durch Verformungen des zu prüfenden Gegenstandes ergeben, erkennbar.

Zu Beginn des Tests wird der Abstand Io zwischen dem Meßfühler 10 und dem Gegenstand bei Ausgangsbedingungen gemessen und danach gemäß Fig. 2 der zu prüfende Gegenstand einer Temperaturerhöhung von To auf Ti unterworfen, wodurch sich im inneren des zu prüfenden Gegenstandes der Druck von Pi0 auf Pn erhöht und es im Falle einer zunächst ausreichenden Dichtheit des Gegenstandes zu einer Formänderung entsprechend dem Abstand P kommt. Nachdem die entsprechende Temperatur Ti erreicht wurde, wird eine Zeitspanne tT zugewartet, während der es zu einem entsprechenden Temperaturausgleich im zu prüfenden Gegenstand kommt. Danach kann die Entfernung I des Gegenstandes vom Meßfühler abermals gemessen werden, wobei während dieser Zeitspanne tr die Temperatur konstant gehalten wird.

Hinsichtlich der Temperaturführung kann vorgesehen sein, daß die zu prüfenden Gegenstände auf 50 °C bis 80 "C, gegebenenfalls bis 300 eC, oder auch bis 500* C, erwärmt werden, oder aber die zu prüfenden Gegenstände werden abgekühlt, z.B. bis auf die Temperatur flüssiger Luft oder die Temperatur flüssigen Heliums.

Die Steuereinrichtung 6 sorgt dafür, daß ab dem Zeitpunkt tx der Druck im Behälter 1 vermindert wird, wodurch sich eine in gleicher Richtung wie durch die vorhergehende Temperaturerhöhung erfolgende Verformung des zu prüfenden Gegenstandes ergibt.

In diesem Zusammenhang kann es vorteilhaft sein, wenn die Änderung des Umgebungsdruckes 100mbar bis 400mbar beträgt, wobei auch vorgesehen sein kann, daß der Umgebungsdruck des zu prüfenden Gegenstandes bis auf Vakuum abgesenkt wird. Diese Druckbeaufschlagung des zu prüfenden Gegenstandes kann auch kurzzeitig erfolgen, wobei z.B. der Druckauf- oder -abbau innerhalb 1/10 sec. ca 1 bar betragen kann.

Ist nun der entsprechende Druck P2 nach der Dauer fc der Druckeinwirkung erreicht, so wird die Entfernung I" zwischen Gegenstand und Meßfühler gemessen.

Diese Meßwerte werden der weiteren Auswertung zugrundegelegt. Dabei können diese Meßwerte mit vorgegebenen Meßwerten verglichen werden.

Kommt es aufgrund der durch die Temperaturänderung und die Druckänderung bedingten Belastung des zu prüfenden Gegenstandes zur Ausbildung eines Lecks, so kommt es zu einem entsprechenden Druckausgleich des inneren des Gegenstandes mit dem inneren des Behälters 1, bzw. zu einem Druckabfall und damit zu einer Rockbildung ΔΙ seiner Verformung. Durch Erfassung der Formrückbildung Innerhalb oder nach Ablauf einer bestimmten Zeit At können die zu prüfenden Gegenstände in dichte (AI = 0), gering undichte (AI =Ah) oder völlig undichte (AI =Ab) Gegenstände unterteilt werden, wobei diese Unterscheidung auch nach der aus diesen Werten errechenbaren Formrückänderungsgeschwindigkeit getroffen werden kann.

Dabei kann aber auch in der Weise vorgegangen werden, daß die Form des Gegenstandes ab dem Zeitpunkt zu dem der Druck P2 im Behälter erreicht wurde, kontinuierlich gemessen wird, bis der Abstand des Meßfühlers vom Gegenstand einen bestimmten Wert AI erreicht hat, oder dieser Wert nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeit erreicht wurde. In letzterem Falle handelt es sich um dichte Gegenstände, in den anderen Fällen um mehr oder weniger undichte Gegenstände. 4

Claims

AT 399 225 B Im Falle von z.B. gering undichten Gegenständen kann zur Klärung ihrer Dichtheit in einer zweiten Verfahrensstufe zusätzlich zur Druckänderung auch noch eine Temperaturänderung vorgesehen sein, wobei diese eine Verformung des zu prüfenden Gegenstandes im gleichen Sinne bewirken soll wie die gleichzeitige Druckänderung. 5 Bei der Verfahrensführung nach der Fig. 2 wird die Temperatur im Behälter 1 erhöht und danach der Druck im Behälter abgesenkt. Grundsätzlich ist es aber aüth möglich, die Temperatur abzusenken und danach den Druck im inneren des Behälter 1 zu erhöhen und gegebenenfalls die Temperatur gleichzeitig weiter abzusenken. Die vorstehend im Zusammenhang mit Figur 2 erläuterte Verfahrensführung kann auch dahingehend io abgeändert werden, daß zuerst der Verfahrensschritt der Druckänderung und danach der Verfahrensschritt der Temperaturänderung erfolgt. Naturgemäß erfolgt dann die die Dichtheit beurteilende Messung am Ende des Verfahrensschrittes der Temperaturänderung. Eine andere Modifizierung des Verfahrens kann auch noch darin bestehen, daß der zunächst ausgeführte Verfahrensschritt der Temperaturänderung, insbesondere der Temperaturerhöhung außerhalb des Behäl-15 ters 1 erfolgt, z.B. so, daß mehrere auf einem Karusseltisch angeordnete Chargen von zu prüfenden Gegenständen der Temperaturinderung unterworfen werden; jene Charge, weiche die Prüftemperatur erreicht hat, wird in den Behälter 1, z.B. über die Schleuse 7, eingebracht, gleichzeitig aber wird eine neue Charge zur Erwärmung auf den Karusseltisch aufgegeben. Der Behälter 1 ist dann nur für die gegenüber der für die Dichtheitsprüfung aufzuwendenden Gesamtzeit der Prüfung eines Gegenstandes bzw. Charge 20 relativ kurze Zeitspanne t2 besetzt, wodurch die Mehrfachausnützung des Behälters 1 möglich ist. Patentansprüche 1. Anordnung zur Dichtheitsprüfung bzw. Feststellung des Gas- und/oder Flüssigkeitsgehaltes von Gegen-25 ständen wie z.B. Behältern, Gehäusen oder dgl„ bei der ein dichter Behälter mit einer über eine Steuereinrichtung gesteuerte Einrichtung zur Veränderung des Druckes in seinem Inneren versehen, oder mit dieser verbunden ist und bei der eine Meßeinrichtung zur Vermessung der Formänderung des zu prüfenden Gegenstandes vorgesehen ist und in dem ein mit der Einrichtung zur Veränderung des Druckes gegebenenfalls über die Steuereinrichtung in Verbindung bringbarer Druckfühler angeordnet 30 ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Behälter (1) eine Auflage (11), sowie eine mit der Steuereinrichtung (6) verbundene Heiz- und bzw. oder Kühleinrichtung (3) angeordnet sind, wobei die Heiz- und bzw. oder Kühleinrichtung (3) mit einem im Inneren des Behälters (1) angeordneten Temperaturfühler (8) in Verbindung bringbar ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (6) eine Zeitgeberschaltung aufweist und weiters mit der Meßeinrichtung (10) verbunden ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühl- bzw. Heizeinrichtung im Behälter (1) durch einen von einem Kühl- und bzw. oder Helzfluid durchströmbaren Wärmetauscher 40 gebildet ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Behälter (1) eine Vorheiz- bzw. Vorkühlkammer (9) vorgeordnet ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet; daß die Meßeinrichtung zur Erfassung der Formänderungen der zu prüfenden Gegenstände Meßfühler aufweist, die auf Strahlungsbasis, insbesondere auf Licht-, Ultraschall- oder Mikrowellenstrahlung arbeiten und der gegenüber der durch einen Träger gebildeten Auflage während der Vermessung des zu prüfenden Gegenstandes (2) gegenüber diesem ortsfest gehalten ist, wobei die Auflage bzw. Träger (11) vorzugsweise einen so Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweist, der kleiner als 10-3mm/°C, insbesondere kleiner ais lO^mm/'C ist, wobei die zu prüfenden Gegenstände die Strahlung reflektierende Markierungen tragen.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) mit einem außerhalb 55 desselben angeordneten mit Strahlung, insbesondere Lichtstrahlung arbeitenden Meßfühler versehen ist und ein für diese Strahlung durchlässiges Fenster in der Behälterwand aufweist. 5 AT 399 225 B
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfühler mit einer Auswerteschaltung (15) verbunden sind, die eine Vergleichsschaltung zur Auswertung zweier aufeinanderfolgender Meßwerte, oder zur Durchführung eines Vergleichs der gemessenen Werte mit vorgegebenen Sollwerten, aufweist. 5
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler durch mindestens einen Magneten und mindestens einen Hallsensor (18) gebildet ist.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung io eine Laserdiode als Lichtquelle und als Empfangseinrichtung (14) eine Lateraldiode oder ein Diodenar- ray aufweist.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Meßfühler vorgesehen ist, die über eine Multiplexereinrichtung (19) mit der Auswerteeinrichtung (15) 75 verbunden sind. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 20 25 30 35 40 45 50 6 55