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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Dichtheitsprüfung hohler,
mehrere Öffnungen
aufweisender Werkstücke
durch Abdrücken
mit einem Fluid sowie ein mit dieser Einrichtung durchführbares
Prüfverfahren.
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Die
Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, eine gattungsgemäße Einrichtung zu schaffen, mit
der ein Prüfverfahren
weitestgehend automatisiert, das heißt ohne Einsatz hierfür erforderlichen Bedienungspersonals
durchgeführt
werden kann. Die Einrichtung soll insbesondere für einen schnellen und stückzahlmäßig hohen
Durchlauf geeignet sein.
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Gelöst wird
dieses Problem in erster Linie durch eine gattungsmäßige Einrichtung
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einem
Prüfverfahren
unter Verwendung einer solchen Einrichtung.
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Zweckmäßige und
vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Einrichtung sind Gegenstand
der einrichtungsbezogenen Unteransprüche.
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Ein
besonders vorteilhaftes Verfahren zur Dichtheitsprüfung in
der erfindungsgemäßen Einrichtung
zeigt der erste Verfah rensanspruch auf. Die weiteren Verfahrensansprüche enthalten
wiederum vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das zu prüfende Werkstück zur Dichtheitsprüfung in
einem dicht verschließbaren
Aufnahmeraum eines beweglichen Werkstückträgers einzuspannen und dort
mit Gas abzudrücken.
Das zum Abdrücken
verwendete Prüfgas
unterscheidet sich von der in dem Aufnahmeraum des Werkstückträgers eingeschlossenen
Luft. Auf diese Weise ist es möglich,
Leckagen innerhalb der Hohlraumwand durch eine Überprüfung des stofflichen Luftzustandes
innerhalb des Aufnahmeraumes zu kontrollieren. Bei einer Leckage
austretendes Prüfgas
verändert
den Stoffzustand der Luft in dem Aufnahmeraum und gibt damit einen
Hinweis auf das Bestehen einer Undichtigkeit an der Hohlraumbegrenzung
des zu prüfenden Werkstückes.
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Wichtig
für ein
dauerhaftes Funktionieren einer solchen Prüfeinrichtung ist es, dass die
nach außen
führenden Öffnungen
des Werkstück-Hohlraumes
gegenüber
den sie verschließenden
Widerlagern an dem Werkstückträger tatsächlich absolut dicht
verschlossen sind. Anderenfalls würden möglicherweise nicht vorhandene
Undichtigkeiten in der Hohlraumbegrenzung allein durch undichte
Verschlüsse
der Hohlraumöffnungen
fälschlich
simuliert.
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Um
eine während
eines dauerhaften Betriebes der Prüfeinrichtung notwendige, stets
sichere Abdichtung zwischen den Hohlraumöffnungen und den entsprechenden,
dichtenden Widerlagern des Werkstückträgers zu erhalten, wird zwischen
den Öffnungsrändern des
Werkstückes
und den dichtenden Widerlagern des Werkstückträgers jeweils eine druckluftbeaufschlagte
Labyrinthdichtung eingesetzt. Der genaue Aufbau dieser durckluftbeaufschlagten Labyrinthdichtungen
wird im Zusammenhang mit einem gezeichneten Ausführungsbeispiel noch näher erläutert werden.
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Der
Werkstückträger ist
ortsungebunden bewegbar, insbesondere verfahrbar und besitzt nach außen führende Gas-,
Energie- und/oder
Datenübertragungsmittel
für einen
Anschluss an getrennt ortsfest angeordnete Anschlussstationen.
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Zur
Druckluftversorgung der Labyrinthdichtungen besitzt der Werkstückträger einen
in diesen integrierten Druckluftspeicher.
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Um
an einer Stelle des zu prüfenden
Werkstückes
austretendes Leckage-Prüfgas
auch an einer entfernten Stelle, an der ein Gassensor angebracht
ist, rasch und sicher ermitteln zu können, ist in dem Aufnahmeraum
des Werkstückträgers vorzugsweise
mindestens ein Ventilator vorgesehen.
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Zur
Kalibrierung und Überprüfung der
Funktionsfähigkeit
der erfindungsgemäßen Einrichtung
ist in dem Werkstückträger eine
in den Aufnahmeraum führende
Prüfgasdüse vorgesehen,
mit der definierte Leckagen zu Testzwecken simuliert werden können.
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Mit
der vorstehend beschriebenen Einrichtung lässt sich ein Prüfverfahren
wie folgt in einer besonders vorteilhaften Weise durchführen und
zwar insbesondere unter Erzielung eines hohen Stückzahldurchsatzes an zu prüfenden Werkstoffen.
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Mit
einem Handhabungsautomaten wird ein zu prüfendes Werkstück auf den
erfindungsgemäßen Werkstückträger aufgesetzt.
Das Werkstück
kann beispielsweise ein Rohrleitungssystem mit einer Vielzahl an
Anschlussöffnungen
sein, bei dem sich die Anschlussöffnungen
jeweils im angelöteten
Anschlussstutzen befinden. Solche Rohrleitungssysteme werden beispielsweise bei
einer Kraftstoffversorgung eines Fahrzeugmotors eingesetzt. Bei
einem solchen Rohrleitungssystem sind die Lötverbindungen auf Dichtheit
zu prüfen.
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Das
Aufsetzen des Rohrleitungssystems als zu prüfendes Werkstück in den
beweglichen Werkstückträger erfolgt
in der Art, dass die Anschlussöffnungen
dicht auf in dem Werkstückträger werkstückspezifisch
passend vorgesehene, dichtende Widerlager aufgelegt werden. Die
Dichtungen sind in der vorstehend beschriebenen Weise jeweils als
druckluftbeaufschlagte Labyrinthdichtungen ausgebildet. Die Druckluftbeaufschlagung
der Labyrinthdichtungen bewirkt, dass wegen des Überdruckes, der größer sein
muss als der Abdrückdruck
innerhalb des Hohlraumes des zu prüfenden Werkstückes, mit
Sicherheit aus der Dichtung kein Prüfgas in die Luft des Aufnahmeraumes
des Werkstückes übertreten
kann.
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Der
Werkstückträger wird
bei aufgesetztem, zu prüfendem
Werkstück
an eine erste Anschlussstation temporär angeschlossen. Während der
Anschlusszeit erfolgt das Abdrücken
des Werkstück-Hohlraumes
mit Prüfgas,
das insbesondere wasserstoffhaltig ist. Nach erfolgtem Abdrücken des Werkstückhohlraumes
wird der Werkstückträger von der
ersten Anschlussstation getrennt. Während einer vorgebbaren Verweilzeit,
während
der der Werkstückträger an keine
Anschlussstation angeschlossen ist, kann eine Grobprüfung durch
mindestens einen in dem Aufnahmeraum vorgesehenen in dem Inneren
des Werkstück-Hohlraumes messenden Drucksensor
erfolgen. In den Hohlraum eingeführt wird
der mindestens eine Drucksensor durch eine der Werkstücköffnungen.
Dabei wirkt dieser mindestens eine Drucksensor mit den dichtenden
Widerlagern zusammen, um gegenüber
dem Aufnahmeraum des Werkstückträgers sicher
gedichtet zu sein. Vorteilhafterweise sind mehrere Drucksensoren vorhanden, die
jeweils in zugeordnete Werkstücköffnungen
eingreifend an dem Werkstückträger angeordnet
sein können.
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Grobprüfung heißt hier,
dass besonders grobe Undichtigkeiten an der Hohlraumbegrenzung,
die innerhalb des Hohlraumes messbare Druckveränderungen erzeugen, bereits
ohne Anschluss des Werkstückträgers an
eine zweite Anschlussstation erfasst werden können.
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Während der
Verweilzeit des Werkstückträgers zwischen
seinem Anschluss an der ersten und einer zweiten Anschlussstation
kann ein in dem Aufnahmeraum vorgesehener Ventilator für eine Luftdurchmischung
innerhalb des Aufnahmeraumes sorgen.
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Am
Ende der für
den Werkstückträger zwischen
der ersten und zweiten Anschlussstation vorgegebenen Verweilzeit
wird der Werkstückträger zu der
zweiten Anschlussstation bewegt. Dort erfolgt die Vermessung des
Luftzustandes des Aufnahmeraumes durch einen Gassensor, der in die
Luft des Aufnahmeraumes eingetretenes Leckage-Prüfgas als Zeichen für das Vorhandensein
einer Leckage an der Hohlraumbegrenzung des Werkstückes erfasst.
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Nach
der an der zweiten Anschlussstation erfolgten Überprüfung des stofflichen Zustandes
der Luft des Aufnahmeraumes wird der Werkstückträger von der zweiten Anschlussstation
entfernt und das zu prüfende
Werkstück
mit dem Befund „gut" oder „schlecht" von dem Werkstückträger wiederum
durch insbesondere einen Handhabungsautomaten abgenommen und einem
nächsten
Prozess zugeführt. Der
nächste
Prozess kann beispielsweise eine Weiterbearbeitung unter Hinzufügen von
Anbauteilen oder auch eine erforderliche Nacharbeit sein. Der Werkstückträger wird
zurück
in seine Aufnahmeposition für
ein nächstes
zu prüfendes
Werkstück
bewegt.
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Ein
besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung und des mit ihr
durchführbaren Prüfverfahren
besteht darin, dass das Einführen
und Verlagern des zu prüfenden
Werkstückes
in beziehungsweise innerhalb der Prüfeinrichtung vollautomatisch
mittels Handhabungsautomaten, das heißt ohne den Einsatz von Bedienungspersonal,
erfolgen kann. Durch die bewegliche Ausgestaltung der Werkstückträger können in
einer einzigen Prüfeinrichtung eine
Vielzahl solcher Werkstückträger eingesetzt werden,
die jeweils nur kurzzeitig an zentral vorhandene Anschlussstationen
angeschlossen werden müssen,
während
sie während
eines Teiles des Prüfprozesses
unangeschlossen in einer Art Verweil-Bahnhof verbleiben können. Auf
diese Weise können
durch eine erfindungsgemäße Prüfeinrichtung
hohe Stückzahlen
an zu prüfenden
Werkstücken
in insgesamt kurzen Taktzeiten geprüft werden.
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Ein
vorteilhaftes nachstehend noch näher
erläutertes
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Werkstückträgers ist
in der Zeichnung dargestellt.
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In
dieser zeigen:
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1 eine
Ansicht eines Werkstückträgers mit
einem hier beispielsweise durchsichtig verkleideten Aufnahmeraum
und einem eingespannten, zu prüfenden
Werkstück,
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2 einen
Ausschnitt des Werkstückträgers nach
dem Pfeil II in 1.
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In
einem Werkstückträger 1 ist
zur Durchführung
einer Dichtheitsprüfung
ein Rohrleitungsabschnitt als hohles Werkstück 2 mit mehreren
Zuleitungsstutzen 3 eingesetzt.
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Jeder
der Stutzen 3 ist gegen an dem Werkstückträger 1 vorgesehene
Widerlager gedichtet.
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Der
Werkstückträger 1 ist
fahrbar und besitzt eine, in der Zeichnung durchsichtig dargestellte, Haube 4,
die in geschlossenem Zustand einen gegenüber Atmosphäre gedichteten Aufnahmeraum 5 für das zu
prüfende
Werkstück 2 bildet.
In dem Aufnahmeraum 5 befindet sich von der Atmosphäre getrennt
Luft.
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Das
Abdrücken
des Werkstückes 2 erfolgt durch
ein von Luft unterschiedliches Prüfgas, insbesondere ein wasserstoffhaltiges
Prüfgas.
Das Prüfgas
wird durch einen der Stutzen 3 zugeführt. Im vorliegenden Beispiel
ist dieser Stutzen 3 in der 1 mit dem
Pfeil II gekennzeichnet.
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Die
Art der Prüfgaszuführung in
den mit dem Pfeil II markierten Stutzen 3 zeigt 2.
Danach ist zwischen dem Stutzen 3 und dem Prüfgas-Einlassstutzen 6 eine
Labyrinthdichtung 7 vorgesehen. Diese Labyrinthdichtung 7 besteht
aus einer Radialdichtung 8 zwischen dem Einlassstutzen 6 und
dem Stutzen 3 des Werkstückes 2, einer Axialdichtung 9 zwischen
dem Werkstückträger 1 und
dem Stutzen 3 des Werkstückes 2 sowie einer
zwischen dem Einlassstutzen 6, dem Stutzen 3 und
den beiden Dichtungen 8, 9 eingeschlossenen Kammer 10.
Diese Kammer 10 ist über
eine Leitung 11 mit Druckluft beaufschlagt. Die Druckluft
besitzt einen Druck, der höher
ist als der Prüfdruck,
unter dem das Prüfgas
innerhalb des Werkstückes 2 steht.
Das Prüfgas
wird in das Werkstück 2 eingeführt durch
eine Prüfgas-Leitung 12.
Durch die in der vorbeschriebenen Weise druckbeaufschlagte Labyrinthdichtung 7 kann
kein Prüfgas
aus dem Inneren des Werkstückes 2 in
den Aufnahmeraum 5 übertreten.
Damit wird auf absolut sichere Weise eine Prüf gasleckage im Verbindungsbereich
zwischen Prüfgas-Zuführleitung 12 und
Stutzen 3 des Werkstückes 2 vermieden.
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Die
Leitungen 11 und 12 zur Zuführung von Druckluft bzw. Prüfgas sind
mit einer Schnellkupplungseinrichtung 13 des Werkstückträgers 1 verbunden, über die
Versorgungsleitungen von außen
an den Werkstückträger 1 einfach
angeschlossen werden können.
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Um
aus den Hohlraumbegrenzungen des Werkstückes 2 austretendes
Prüfgas
als Indiz für
das Vorliegen einer Leckage innerhalb des Aufnahmeraumes 5 messen
zu können,
ist dort ein den Stoffzustand der Luft des Aufnahmeraumes 5 ermittelnder Gassensor 14 vorgesehen
und über
eine Messleitung 15 mit der Schnellkupplungseinrichtung 13 verbunden.
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Zusätzlich zu
der definitiven Dichtungsprüfung,
die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Werkstückträgers 1 mit dem Gassensor 14 durchgeführt werden
soll, kann in dem Werkstückträger 1 dieser
definitiven Dichtheitsprüfung
eine Grobprüfung vorgeschaltet
sein. Durch eine solche Grobprüfung können besonders
grobe Undichtigkeiten an den Werkstückhohlräumen und/oder bei der Verbindung der
Stutzen 3 mit den dichtenden Widerlagern des Werkstückträgers 1 vorab
festgestellt werden. Zu diesem Zweck ist zumindest durch die Verbindung
eines Stutzens 3 mit dem zugeordneten, dichtenden Widerlager
des Werkstückträgers 1 eine
Zuleitung 16 zu einem Drucksensor, der im zu prüfenden Hohlraum
des Werkstückes 2 zu
liegen kommt, vorgesehen. Ein solcher Drucksensor kann im Bereich
jedes der einzelnen Stutzen 3 im Inneren des Werkstückes 2 liegen.
Diese, in der Zeichnung nicht dargestellten Drucksensoren können grobe
Druckabfälle
leicht feststellen.
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Im
Aufnahmeraum 5 des Werkstückträgers 1 kann mindestens
ein Ventilator 17 zur Luftverwirbelung vorgesehen sein.
Durch eine solche Luftverwirbelung kann eventuell austretendes Leckage-Prüfgas in
dem Aufnahmeraum 5 rasch verteilt und damit an den Gassensor 14 geleitet
werden.
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Zum
Kalibrieren und Überprüfen der
an dem Werkstückträger 1 vorgesehenen
Prüfeinrichtung
ist in dem Aufnahmeraum 5 ein Prüfgas-Zuführventil 18 angeordnet,
das mit der Prüfgaszuleitung 12 verbunden
ist. Durch dieses Zuführventil 18 kann
eine definierte Prüfgasmenge
zur Simulation einer Leckage in den Aufnahmeraum 5 für eine Testmessung
eingeführt
werden.
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An
dem Werkstückträger 1 befindet
sich des weiteren eine Anschlusskupplung 19 für Steuerleitungen.
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Ein
Prüfverfahren
mit dem vorstehend beschriebenen Werkstückträger 1 läuft folgendermaßen ab.
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Von
einer Vielzahl serienmäßig zu prüfender Werkstücke 2 wird
eines mit seinen Stutzen 3 dicht auf einen Werkstückträger 1 bei
geöffneter
Haube 4 aufgesetzt. Danach wird die Haube 4 geschlossen. Nach
einem Anschluss der Schnellkupplungseinrichtungen 13 und 19 des
Werkstückträgers 1 an
eine stationäre
erste Anschlussstation wird dem Werkstück über die Prüfgasleitung 12 wasserstoffhaltiges Prüfgas unter
Druck zugeführt.
Zuvor werden die Labyrinthdichtungen 7 zwischen den Stutzen 3 des Werkstückes 2 und
den zugeordneten, dichtenden Widerlagern des Werkstückträgers 1 aus
einem an dem Werkstückträger 1 vorhandenen
Druckluftspeicher 11' über Druckluftleitungen 11 druckluftbeaufschlagt.
Nach dieser Druckluftbeaufschlagung ist sichergestellt, dass kein
Prüfgas
durch die Auflagestellen der Stutzen 3 in den Aufnahmeraum 5 übertreten kann.
Voraussetzung ist lediglich, dass der Druck der Druckluft über demjenigen
des Prüfgases
liegt.
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Nach
der Prüfgasbeaufschlagung
wird der Werkstückträger 1 von
der ersten Anschlussstation entfernt und auf einen Verweilbahnhof
verfahren. Auf dem Verweilbahnhof befindet sich der Werkstückträger über einen
vorgegebenen Zeitraum. Die Länge dieses
vorgegebenen Zeitraumes bestimmt sich nach der Zeitdauer, die erforderlich
ist, um als Leckage austretendes Prüfgas nach Vermischung mit der Luft
dem Aufnahmeraum 5 sicher mit dem Drucksensor 14 erfassen
zu können.
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Spätestens
nach einem Abtrennen des Werkstückträgers 1 von
der ersten Anschlussstation erfolgt eine Grobprüfung auf grobe Undichtigkeiten durch
die in das Innere des Werkstückhohlraumes eingreifenden,
in der Zeichnung nicht dargestellten Drucksensoren. Wird eine Grobundichtigkeit
festgestellt, wird das zu prüfende
Werkstück
direkt als defekt aus dem Prüfprozess
entfernt.
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Aus
dem Verweilbahnhof gelangen die Werkstückträger, sofern nicht bereits eine
Grobundichtigkeit der in ihnen aufgenommenen Werkstücke 2 festgestellt
worden ist, an eine zweite Anschlussstation. Dort erfolgt die definitive
Dichtheitsprüfung
durch den Gassensor 14. Nach Abschluss der Dichtheitsprüfung an
der zweiten Anschlussstation wird das Werkstück 2 aus dem Werkstückträger 1 entnommen
und zwar entweder als gut oder schlecht und dem weiteren Bearbeitungsprozess
zugeführt
bzw. als schlecht aussortiert. Der Werkstückträger 1 wird sodann
in eine Aufnahmeposition für
die Aufnahme eines nächsten
Werkstückes
gefahren.
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Das
gesamte Prüfverfahren
kann praktisch vollautomatisch erfolgen. Die Werkstücke können über einen
Handhabungsautomaten in den Werkstückträger 1 eingesetzt werden.
Sämtliche
Prüfabläufe an dem
Werkstückträger 1 sowie
dessen örtliche
Verlagerungen während
des Prüfprozesses
können
ebenfalls vollautomatisch durchgeführt werden. Damit ist zur Durchführung des
gesamten Dichtheitsprüfverfahrens
keine Bedienungsperson erforderlich. Eine äußerst wichtige Maßnahme bei
der Durchführung
des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens
ist ein absolut dichter Anschluss der Werkstückstutzen 3 an die
Widerlager des Werkstückträgers 1,
der erfindungsgemäß durch
druckluftbeaufschlagte Labyrinthdichtungen 7 erzielt wird.
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Die
Aufnahmen des Werkstückträgers 1,
an denen ein zu prüfendes
Werkstück 2 aufgenommen wird,
können
in dem Werkstückträger 1 austauschbar vorgesehen
sein. Auf diese Weise ist ein gleicher Werkstückträger 1 einfach auf
zu prüfende,
unterschiedliche Werkstücke
umrüstbar.
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Als
wasserstoffhaltiges Prüfgas
kann beispielsweise eingesetzt werden, ein bekanntes Formiergas
mit der Zusammensetzung 5 % H2/95 % N2.
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Alle
in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten
Merkmale können sowohl
einzeln als auch in beliebiger Form miteinander erfindungswesentlich
sein.