DE102004036133A1

DE102004036133A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung mindestens eines Volumens

Info

Publication number: DE102004036133A1
Application number: DE200410036133
Authority: DE
Inventors: Christian Schleicher; Werner Wunderlich
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2004-07-24
Filing date: 2004-07-24
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2024-07-25
Also published as: DE102004036133B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Ermittlung mindestens eines Prüf-Volumens (11, 54), mit den Schritten: DOLLAR A - Befüllen eines ersten Volumens (14) mit einem Prüf-Gas (13) unter einem ersten Druck, DOLLAR A - Ermitteln eines ersten Druck-Messwerts (41) durch Messen des ersten Drucks des ersten Volumens, DOLLAR A - Verschließen des ersten Volumens, DOLLAR A - Befüllen eines zu prüfenden zweiten Volumens (15) mit dem Prüf-Gas unter einem zweiten Druck, DOLLAR A - Ermitteln eines zweiten Druck-Messwerts (42) durch Messen des zweiten Drucks in dem zweiten Volumen, DOLLAR A - Verschließen des zweiten Volumens, DOLLAR A - Verbinden des ersten und des zweiten Volumens zu einem Gesamtvolumen (44), wobei das Gesamtvolumen (44) ansonsten verschlossen ist, DOLLAR A - Ermitteln eines Gesamt-Druck-Messwerts (46) durch Messen eines Gesamt-Drucks des Gesamtvolumens und DOLLAR A - Ermitteln eines zweiten Volumenwerts (48) des zweiten Volumens (15) anhand des ersten Druck-Messwerts, des zweiten Druck-Messwerts und des Gesamt-Druck-Messwerts, wobei das zweite Volumen das mindestens eine Prüf-Volumen (11, 54) enthält oder bildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Ermittlung mindestens eines Volumens.

Ein Volumen, beispielsweise das Volumen eines Behälters, einer pneumatischen Ventilanordnung oder dergleichen, kann beispielsweise durch eine geometrische Berechnung ermittelt werden. Es ist auch möglich, das Volumen im Rahmen eines sogenannten Ausliterns zu bestimmen, wobei das Volumen mit einem Prüfmedium befüllt wird, beispielsweise einer Flüssigkeit, und man anschließend das Volumen des erforderlichen Prüfmediums ermittelt. Ferner ist es möglich, die zum Befüllen des Prüfvolumens benötigte Menge eines Prüfmediums, beispielsweise eines Gases, beim Befüllen zu messen, was auch als Massenstrommessung bezeichnet wird.

Häufig ist es auch notwendig, die Leckage eines Volumens zu ermitteln. Aus der DE 199 42 185 A1 ist ein Verfahren zur Leckagebestimmung bekannt, bei dem eine Leckage eines Volumens anhand einer Referenz-Leckage ermittelt wird. Das Verfahren arbeitet sozusagen mit einem Referenzleckagefluss, der während einer ersten Prüfzeit analysiert wird. Dann wird diese Referenzleckage verschlossen und eine Leckage des Prüflings bzw. des Prüfvolumens ermittelt. Aus dem Verhältnis der Druckverluste während der Prüfzeiten lässt sich die Leckage des Prüfvolumens ermitteln.

Nun ist es aber in vielen Fällen erforderlich, dass ein relatives oder absolutes Volumen eines Prüflings, sozusagen ein Prüfvolumen ermittelt wird. Ferner sind Leckagemessungen zeitaufwändig.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie Vorrichtungen zur verbesserten Ermittlung eines Prüfvolumens, insbesondere eines absoluten Werts eines Prüfvolumens, bereitzustellen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte vor:

– Befüllen eines ersten Volumens mit einem Prüf-Gas unter einem ersten Druck,
– Ermitteln eines ersten Druck-Messwerts durch Messen des ersten Drucks des ersten Volumens,
– Verschließen des ersten Volumens,
– Befüllen eines zu prüfenden zweiten Volumens mit dem Prüf- Gas unter einem zweiten Druck,
– Ermitteln eines zweiten Druck-Messwerts durch Messen des zweiten Drucks in dem zweiten Volumen,
– Verschließen des zweiten Volumens,
– Verbinden des ersten und des zweiten Volumens zu einem Gesamtvolumen, wobei das Gesamtvolumen ansonsten verschlossen ist,
– Ermitteln eines Gesamt-Druck-Messwerts durch Messen eines Gesamt-Drucks des Gesamtvolumens, und
– Ermitteln eines zweiten Volumenwerts des zweiten Volumens anhand des ersten Druck-Messwerts, des zweiten Druck-Messwerts, und des Gesamt-Druck-Messwerts, wobei das zweite Volumen das mindestens eine Prüf-Volumen enthält oder bildet.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist mit entsprechenden Mitteln zur Durchführung des Verfahrens ausgestattet, nämlich

– zwei Einspeiseeinrichtungen zum Befüllen des ersten und zweiten Volumens mit einem Prüf-Gas unter einem ersten und zweiten Druck sowie
– einer zwischen die erste Einspeiseeinrichtung und das erste Volumen geschalteten ersten Ventilanordnung und
– einer zwischen das zweite Volumen und die zweite Einspeiseeinrichtung geschalteten zweiten Ventilanordnung zum Sperren oder Verbinden des jeweiligen Volumens mit der Einspeiseeinrichtung und einer dritten Ventilanordnung zum Verbinden des ersten und zweiten Volumens. Bei der Vorrichtung ist eine Druckmesseinrichtung oder sind mehrere Druckmesseinrichtungen zum Messen des ersten und des zweiten Drucks sowie zum Messen des Gesamtdrucks vorhanden, wenn das erste und das zweite Volumen miteinander verbunden sind. Analysemittel ermitteln anhand der Druckmesswerte der Druckmesseinrichtung den zweiten Volumenwert. Die erste, zweite und dritte Ventilanordnung sind oder enthalten beispielsweise Sperrventile. Zur Lösung der Aufgabe ist ferner eine Steuerungsvorrichtung zur Steuerung der vorgenannten Vorrichtung vorgesehen. Die Steuerungsvorrichtung kann beispielsweise einen Personal-Computer, eine speicherprogrammierbare Steuerung oder dergleichen enthalten. Es ist aber auch möglich, dass die Steuerungsvorrichtung als ein Softwaremodul ausgestaltet ist, das durch einen Prozessor ausführbaren Programmcode aufweist.

Erfindungsgemäß werden also nicht Durchflüsse, sondern im wesentlichen statische Druckzustände gemessen, um das Prüfvolumen zu bestimmen, das in dem zweiten Volumen enthalten ist oder dieses bildet. Beim Messen des ersten Drucks des ersten Volumens kann dieses mit dem zweiten Volumen verbunden sein, so dass zur Messung des ersten Drucks eine im Bereich des zweiten Volumens angeschlossene Druckmesseinrichtung verwendbar ist.

Eine erfindungsgemäß eingesetzte "Einspeiseeinrichtung" kann auch zur Entnahme von Prüf-Gas aus dem ersten bzw. zweiten Volumen ausgestaltet und beispielsweise eine Art Vakuum- Einrichtung sein. Man könnte die "Einspeiseeinrichtung" auch allgemeiner als Druck-Konditioniereinrichtung bezeichnen. Das Prüf-Gas strömt bei einer Einspeiseeinrichtung in der Art einer Vakuum-Einrichtung nicht von der jeweiligen Einspeiseeinrichtung in das erste oder zweite Volumen ein, sondern aus dem Volumen zu der Einspeiseeinrichtung.

Der zweite Volumenwert wird zweckmäßigerweise in Abhängigkeit eines ersten Volumenwertes des ersten Volumens ermittelt, so dass ein absoluter zweiter Volumenwert ermittelbar ist. Es ist jedoch auch möglich, dass der zweite Volumenwert als ein zum ersten Volumenwert relativer Volumenwert berechnet wird. Der erste Volumenwert, der sozusagen ein Referenzwert ist, muss dann nicht absolut bekannt sein. Auf diesem Wege lassen sich beispielsweise Serienschwankungen bei einer Fertigungslinie ermitteln. Besonders bevorzugt ist jedoch die Ermittlung des ersten Volumenwertes bzw. des Prüfvolumens als absolute Volumenwerte. Dabei werden für ideale Gase die nachfolgenden Beziehungen ausgewertet:

Dabei sind V1 und V2 das erste und das zweite Volumen, p1 und p2 der erste und der zweite Druck und T1 bzw. T2 die Temperaturen des ersten und des zweiten Volumens. Ferner sind m1 und m2 die Massen des Prüf-Gases im ersten und zweiten Volumen sowie R die Gaskonstante des Prüf-Gases.

Für das Gesamtvolumen gilt:

Dabei sind Vges, pges und Tges das Gesamtvolumen, der Gesamt-Druck und die Temperatur des aus den Volumina V1 und V2 vermischten Prüf-Gas-Gesamtvolumens. Die Masse des Gesamtvolumens ist mges.

Für die Masse mges und das Gesamtvolumen Vges gilt ferner. m1 + m2 = mges (4) V1 + V2 = Vges (5)

Werden die Drücke p1, p2 und pges bei im wesentlichen gleicher Temperatur, zweckmäßigerweise jeweils nach einer thermischen Stabilisierungszeitspanne, gemessen, so gilt: T1 = T2 = Tges = Tx (6)

Die Formeln (1), (2) und (3) werden nach m1, m2 und mges umgestellt und in Gleichung (4) eingesetzt: Unter Berücksichtigung von Formel (5) gilt dann:

pges·(V1 + V2) = p1·V1 + p2·V2 (7a)

Weiteres Umstellen von Formel (7a) ergibt:

Zu einer Bestimmung des zweiten Volumens V2 als ein auf das erste Volumen relativ bezogenes Volumen würde erfindungsgemäß beispielsweise die folgende Beziehung verwendet werden:

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der Beschreibung:
Zweckmäßigerweise wird das erste Volumen in Abhängigkeit von der Größe des zu prüfenden zweiten Volumens verändert und/oder ausgewählt, beispielsweise durch Anschließen unterschiedlicher Referenz-Volumenbehälter oder dergleichen. Das erste Volumen enthält nämlich vorteilhafterweise eines oder mehrere Referenzvolumina, beispielsweise normierte Behälter oder dergleichen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Berücksichtigung von Totvolumina vor. Diese Totvolumina können in dem ersten und oder in dem zweiten Volumen enthalten sein. Die Totvolumenwerte der Totvolumina in dem ersten oder zweiten Volumen können bei der Ermittlung des Prüfungsvolumens und/oder eines Referenzvolumens, die in dem zweiten bzw. ersten Volumen enthalten sind, vorteilhafterweise berücksichtigt werden. Beispielsweise wird von dem zweiten Volumenwert ein zweites Totvolumen subtrahiert, um den Volumenwert eines Prüfvolumens zu ermitteln, das zusammen mit dem Totvolumen das zweite Volumen bildet. In entsprechender Weise wird bei dem ersten Volumen vorgegangen, sofern dies gewünscht ist. Bei einer Ermittlung des zweiten Volumens in Relation zum ersten Volumen ist die Berücksichtigung von Totvolumina nicht unbedingt notwendig, jedoch bevorzugt.

Besonders bevorzugt ist das Abwarten von einer oder mehreren thermischen Stabilisierungsphasen, bevor die jeweiligen Drücke, beispielsweise der erste und/oder der zweite und/oder der Gesamt-Druck, gemessen werden. Eine erforderliche Dauer einer thermischen Stabilisierungsphase kann beispielsweise durch Ermittlung der jeweiligen Temperatur in den jeweiligen Volumina ermittelt werden. Es ist aber auch möglich, eine oder mehrere vorbestimmte Zeitspannen zu warten, bis sich gleichmäßige Temperatur-, vorzugsweise auch gleichmäßige Druckverhältnisse in dem jeweils zu messenden Volumen eingestellt haben. Zu gleichmäßigen Temperaturverhältnissen kann auch aktiv beigetragen werden, beispielsweise durch Erwärmen, Abkühlen oder dergleichen des jeweiligen Volumens.

Aus Gründen der Messgenauigkeit ist es besonders bevorzugt, dass sich die beiden zu messenden ersten und zweiten Drücke unterscheiden. Der erste Druck kann beispielsweise ein Atmosphärendruck sein, der zweite Druck ein Über- oder Unterdruck in Relation zum atmosphärischen Druck.

Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorteilhaft, eine Leckrate, insbesondere des zweiten Volumens, zu ermitteln. Hierfür wird zweckmäßigerweise eine Druckmessung während einer vorbestimmten Prüfzeit vorgenommen. Die Leckratenmessung kann vor, während und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgen, wobei für die Leckrate L gilt:

Die Leckrate L ermittelt man aus einem bekannten Volumen V eines Prüf-Volumens und dem gemessenen Druckabfall dp innerhalb einer bestimmten Zeit dt. Das bekannte Volumen V ist beispielsweise das erfindungsgemäß ermittelte zweite Volumen V2.

Die Deutsche Industrienorm DIN 1330 beschreibt die Ermittlung einer Leckrate. Bei einer Raumtemperatur von 20 °C lässt sich die Leckrate mit der Einheit (mbar·l/s] z.B. durch eine Multiplikation mit 3,31 in einen Normvolumenstrom nach DIN 1343 mit der Einheit (l/h] umrechnen.

Es versteht sich, dass auch die Leckrate des Gesamtvolumens ermittelt werden kann, wobei man dann beispielsweise die Leckrate des Gesamtvolumens um die Leckrate des ersten Volumens, sozusagen des Referenzvolumens, bereinigt. Prinzipiell ist es auch möglich, die Leckrate des zweiten Volumens oder des Gesamtvolumens z.B. während, vorzugsweise aber nach einer thermischen Stabilisierungsphase zu ermitteln. Die Leckrate wird vorzugsweise bei nach außen verschlossenem zweiten Volumen vorgenommen, insbesondere wenn dieses auch zum ersten Volumen hin verschlossen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere im Zusammenhang mit der Serienfertigung von Serienprodukten zweckmäßig, wobei das jeweilige Serienprodukt das Prüfvolumen zumindest teilweise bildet. Anhand des zweiten Volumenwertes ist es möglich, dass eine Kennung eines jeweils gemessenen Serienprodukts ermittelt wird. Beispielsweise kann auf diesem Weg eine Typkennung eines zu prüfenden Behälters ermittelt werden. Es ist auch möglich, beispielsweise eine fluidtechnische Ventilanordnung, eine sogenannte Ventilbatterie oder dergleichen, anhand dieser Methode zu prüfen. Beispielsweise weisen unterschiedliche fluidtechnische Ventilanordnungen eine unterschiedliche Anzahl und/oder unterschiedliche Typen von Ventilen auf, die zu einer Ventilbatterie kombiniert sind. Anhand des jeweils ermittelten Prüfvolumens ist es möglich, die Konfiguration der Ventilbatterie, insbesondere die enthaltenen Ventile, zu ermitteln und eine Typkennung oder eine sonstige Kennung der Ventilanordnung anhand des zweiten Volumenwerts, der das Prüfvolumen enthält, festzustellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich aber auch für andere Zwecke, beispielsweise zur Kontrolle bei Produktionsprozessen, bei denen z.B. Kunststoffbehälter hergestellt werden. Auch die Auslegung pneumatischer Netzwerke wird durch die Erfindung erleichtert. Beispielsweise wird das zweite Volumen durch das pneumatische Netzwerk zumindest teilweise gebildet.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
2 einen schematischen Druckverlauf an einer in der Vorrichtung gemäß 1 enthaltenen Druckmesseinrichtung bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Eine Vorrichtung 10 dient zur Ermittlung eines Prüfvolumens 11, das durch einen Prüfling 12 begrenzt wird. Der Prüfling 12 ist beispielsweise ein Verpackungsbehälter, eine pneumatische Ventilanordnung oder dergleichen. Zur Ermittlung des Prüfvolumens 11 wird vorliegend als Prüf-Gas 13 Luft verwendet, so dass man die Vorrichtung 10 auch als eine pneumatische Vorrichtung bezeichnen kann. Es versteht sich, dass auch andere Gase als Prüf-Gas verwendbar sind.
Die Vorrichtung 10 enthält ein erstes und zweites Volumen 14, 15, die mittels einer jeweiligen ersten und zweiten Einspeiseeinrichtung 16, 17 mit dem Prüf-Gas 13 beaufschlagbar sind. Die Einspeiseeinrichtungen 16, 17 sind über Leitungen 18, 19 sowie erste und zweite Ventilanordnungen in Gestalt eines ersten und zweiten Sperrventils 20, 21 mit dem ersten und zweiten Volumen 14, 15 verbindbar. In der Offenstellung lassen die Sperrventile 20, 21 einen Prüfgasfluss zwischen den Einspeiseeinrichtungen 16, 17 und den jeweiligen Volumina 14, 15 zu. In der Sperrstellung sind die Einspeiseeinrichtungen 16, 17 von den Volumina 14, 15 getrennt, so dass die Volumina 14, 15 sozusagen verschlossen sind. Mit Hilfe einer dritten Ventilanordnung in Gestalt eines dritten Sperrventils 22 sind die ersten und zweiten Volumen 14, 15 miteinander verbindbar bzw. voneinander trennbar.
Die erste und/oder die zweite Einspeiseeinrichtung 16, 17 können auch zur Entnahme von Prüf-Gas 13 aus dem ersten bzw. zweiten Volumen 14, 15 ausgestaltet sein, beispielsweise als Vakuum-Einrichtung(en).
Das erste Volumen 14 enthält eine erste Leitungsanordnung 23, die die Sperrventile 20, 22 miteinander sowie mit einem Referenz-Behälter 24 verbindet. Das zweite Volumen 15 enthält eine zweite Leitungsanordnung 25, die die Sperrventile 21, 22 miteinander sowie mit dem Prüfling 12 verbindet. Ferner ist eine Druckmesseinrichtung 26 mit der zweiten Leitungsanordnung 25 verbunden. Im vorliegenden Fall werden das erste und zweite Volumen 14, 15 durch die erste und zweite Leitungsanordnung 23, 25, den Referenzbehälter 24 bzw. den Prüfling 12 sowie zumindest teilweise durch die Ventile 20, 21, 22 gebildet bzw. begrenzt. Man könnte die erste Leitungsanordnung 23 bzw. die durch diese miteinander verbundenen Einrichtungen auch als Referenzzweig 27 und die durch die zweite Leitungsanordnung 25 miteinander verbundenen Einrichtungen auch als Prüfzweig 28 der Vorrichtung 10 bezeichnen. Als eine optionale, später noch vorgestellte Variante kann an den Referenzzweig 27 über die Leitungsanordnung 23 eine zweite Druckmesseinrichtung 29 angeschlossen sein.
Eine Steuerungsvorrichtung 30, die einen Bestandteil der Vorrichtung 10 bilden kann, dient zu deren Steuerung und Überwachung bzw. im vorliegenden Fall zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Steuerungsvorrichtung 30 ist beispielsweise als eine Mikroprozessorsteuerung, ein Personal-Computer oder dergleichen ausgestaltet. Die Steuerungsvorrichtung 30 enthält beispielsweise einen Prozessor 31 sowie flüchtigen und nichtflüchtigen Speicher 32. In dem Speicher 32 ist Programmcode von Programmmodulen abgespeichert, beispielsweise von einem nicht dargestellten Betriebssystem sowie von einem Analysemodul 33, das Analysemittel bildet, sowie von einem Steuerungsmodul 34, das zur Steuerung der Vorrichtung 10 dient. Der Prozessor 31 führt diesen Programmcode aus, wobei das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. Über eine Schnittstelle 35 zur analogen und/oder digitalen Ausgabe von Steuerbefehlen bzw. zum Empfang digitaler und/oder analoger Signale kann die Steuerungsvorrichtung 30 Steuersignale ausgeben bzw. Messsignale empfangen. Beispielsweise gibt die Steuerungsvor richtung 30 über Leitungen 36, 37, 38 Steuerbefehle zur Ansteuerung der Sperrventile 20, 21, 22 aus. Über die Leitungen 36, 37, 38 kann die Steuerungsvorrichtung 30 die Sperrventile 20 bis 22 ansteuern. Mittels Leitungen 39, 40 ist die Steuerungsvorrichtung 30 mit den Druckmesseinrichtungen 26, 29 verbunden und kann von diesen Messsignale mit Druckmesswerten erhalten.
Mit Hilfe des nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Volumen des Prüfzweiges 28 bzw. des Prüflings 12 ermittelt werden. In einem ersten Schritt steuert die Steuerungsvorrichtung 30 bzw. steuert das Steuerungsmodul 34 das Sperrventil 21 zur Einnahme der Sperrstellung an. Sodann öffnet die Steuerungsvorrichtung 30 das Sperrventil 20 und das Sperrventil 22. Somit kann das Prüf-Gas 13 von der ersten Einspeiseeinrichtung 16 in den Referenzzweig 27 und zusätzlich in den Prüfzweig 28 einströmen. Dann ist es möglich, mit der Druckmesseinrichtung 26 den einen ersten Druck-Messwert 41 zu messen, der dem ersten Volumen 14 zugeordnet ist. Das Öffnen des Sperrventils 22 ist lediglich dafür notwendig, dass die Druckmesseinrichtung 26 den ersten Druckmesswert 41 ermitteln kann. Wenn die Druckmesseinrichtung 29 vorhanden ist, kann das Sperrventil 22 zur Ermittlung des ersten Druckmesswertes 41 auch geschlossen sein.
Die erste Einspeiseeinrichtung 16 verbindet das erste Volumen 14 beispielsweise mit der Atmosphäre, so dass der ersten Druckmesswert 41 einen Druck p1 der Atmosphäre repräsentiert.
Nach dem Ermitteln des ersten Druckmesswerts 41 verschließt die Steuerungsvorrichtung 30 das erste Volumen 14 durch Verschließen des dritten Sperrventils 22. Sodann öffnet die Steuerungsvorrichtung 30 das Sperrventil 21, so dass die Einspeiseeinrichtung 17 mit dem Prüfzweig 28, das heißt mit dem zweiten Volumen 15, verbunden ist und dieses zweite Volumen 15 mit dem Prüf-Gas 13 beaufschlagen kann. Die zweite Einspeiseeinrichtung 17 beaufschlagt das zweite Volumen 15 mit dem Prüf-Gas 13 unter einem zweiten Druck p2, der größer ist als der erste Druck p1. Es versteht sich, dass auch ein Beaufschlagen mit einem geringerem Druck p2 als dem ersten Druck p1 möglich ist. Sodann misst die Druckmesseinrichtung 26 den Druck p2 und übermittelt einen zweiten Druckmesswert 42 an die Steuerungsvorrichtung 30.
Die Druckmesseinrichtung 26 übermittelt beispielsweise kontinuierlich Druckmesswerte an die Steuerungsvorrichtung 30. Die Analysemittel in Gestalt des Analysemoduls 33 warten jedoch zunächst eine thermische Stabilisierungsphase 43 ab, bis sie einen von der Druckmesseinrichtung 26 ermittelten Druckmesswert als zweiten Druckmesswert akzeptieren. Die thermische Stabilisierungsphase 43 beginnt zu einem Zeitpunkt t0, bei dem das Ventil 21 geöffnet wird, oder einem Zeitpunkt t1, bei dem im wesentlichen stabile Druckverhältnisse vorliegen, und endet z.B. zu einem Zeitpunkt t2, bei dem thermische gleichmäßige Verhältnisse im Prüfzweig 28 herrschen. Es ist zweckmäßig, dass das Sperrventil 21 während der thermischen Stabilisierungsphase 43, zumindest aber spätestens zum Zeitpunkt t2 geschlossen wird.
Nun verbindet die Steuerungsvorrichtung 30 den Prüfzweig 28 mit dem Referenzzweig 27 durch Öffnen des Sperrventils 22.
Im vorliegenden Fall wird über die erste Einspeiseeinrichtung 16 die Vorrichtung 10 mit Atmosphärendruck beaufschlagt. Dementsprechend kann bis zum Öffnen des Sperrventils 22 das Sperrventil 20 geöffnet bleiben.
Es ist aber bevorzugt, dass das Sperrventil 20 bereits geschlossen ist, wenn eine Druckmessung durchgeführt wird, so dass sich eventuelle Druckschwankungen der ersten Einspeiseeinrichtung 16 auf die Druckmessung nicht auswirken. Dasselbe gilt für das Sperrventil 21, das während Druckmessungen zweckmäßigerweise geschlossen ist, um die jeweilige Druckmessung von möglichen Druckschwankungen der zweiten Einspeiseeinrichtung 17 zu entkoppeln.
Bevor jedenfalls das Sperrventil 22 geöffnet wird, muss das Sperrventil 20 geschlossen werden, so dass ein durch das ers te und zweite Volumen 14, 15 gebildetes Gesamtvolumen 44 nach außen hin geschlossen ist.
Zu einem Zeitpunkt t3 sind das erste und zweite Volumen 14 und 15 miteinander verbunden und nach außen hin verschlossen. Die Druckmesseinrichtung 26 misst dann einen Gesamtdruck pges und sendet einen Gesamt-Druck-Messwert 46 an die Steuerungsvorrichtung 30.
Das Analysemodul 33 ermittelt nun anhand des ersten und zweiten Druckmesswerts 41, 42 sowie des Gesamt-Druck-Messwerts 46 einen zweiten Volumenwert 48 des zweiten Volumens 15, beispielsweise anhand der Formel (8). Ein das erste Volumen 14 repräsentierender erster Volumenwert 47, der bei der Formel (8) benötigt wird, ist beispielsweise im Speicher 32 abgelegt. Die Steuerungsvorrichtung 30 übermittelt den zweiten Volumenwert 48 beispielsweise an eine übergeordnete Zentralsteuerung 70 oder dergleichen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Steuerungsvorrichtung 30 anhand des zweiten Volumenwerts 48 das Prüfvolumen 11 des Prüflings 12 ermittelt. Dazu subtrahiert das Analysemodul 33 vom zweiten Volumenwert 48 beispielsweise einen Totvolumenwert 49, der ebenfalls im Speicher 32 gespeichert ist und ein Totvolumen des Prüfzweigs 28 repräsentiert. Dieses Totvolumen ist beispielsweise durch die zweite Lei tungsanordnung 25 sowie zumindest teilweise durch die Sperrventile 21, 22 definiert.
Wenn zusätzlich die Druckmesseinrichtung 29 vorhanden ist, kann der oben beschriebene Ablauf auch beschleunigt werden: Zunächst ist das Sperrventil 22 geschlossen und sind die Sperrventile 20, 21 offen, so dass die Einspeiseeinrichtung 16, 17 zugleich das erste und zweite Volumen 14, 15 mit Prüf-Gas 13 unter den Drücken p1 und p2 beaufschlagen können. Die Druckmesseinrichtungen 26, 29 messen die Drücke p1 und p2, vorzugsweise nach einer thermischen Stabilisierungsphase. Die Sperrventile 20, 21 können zu diesem Zeitpunkt offen oder geschlossen sein.
Sodann schließt die Steuerungsvorrichtung 30 die Sperrventile 20, 21 und öffnet das Sperrventil 22. Vorzugsweise nach einer thermischen Stabilisierungsphase misst die Druckmesseinrichtung 26 und/oder die Druckmesseinrichtung 29 den Gesamtdruck pges. Das Analysemodul 33 kann dann anhand der nunmehr vorliegenden Druckmesswerte 41, 42, 46 sowie des gespeicherten Volumenwerts 47 den zweiten Volumenwert 48 ermitteln. Ferner kann das Analysemodul in der oben beschriebenen Weise unter Berücksichtigung des Totvolumenwerts 49 einen Prüfvolumenwert 50 ermitteln und diesen beispielsweise der übergeordneten zentralen Steuerung 70 melden.
Zweckmäßigerweise wird der zweite Volumenwert 48 und/oder der Prüfvolumenwert 50 zur Ermittlung einer Leckrate des Prüflings 12 verwendet. Beispielsweise misst die Vorrichtung 10 nach dem Zeitpunkt t3 während einer vorbestimmten (in 2 nicht maßstäblich dargestellten) Zeitspanne 51 zwischen Zeitpunkten t4 und t5 mit Hilfe der Druckmesseinrichtung 26 einen Druckverlust des Gesamtvolumens 44 und/oder, wenn das Sperrventil 22 geschlossen ist, des zweiten Volumens 15. Zweckmäßigerweise ist während der Druckverlust-Messung das Sperrventil 21 geschlossen. Anhand der Formel (9) ermittelt das Analysemodul 33 unter Berücksichtigung des zweiten Volumenwerts 48 eine Leckrate L des zweiten Volumens 15. In 2 ist zur Veranschaulichung dieser Messung ein Steigungsdreieck dp/dt eingezeichnet. Es versteht sich, dass dieses Steigungsdreieck aus Veranschaulichungsgründen stärker ausgeprägt ist, als der Druckverlust in der Realität typischerweise stattfindet. Nun ist es möglich, dass auch im Bereich des Totvolumens des zweiten Volumens 15 eine Leckage vorhanden ist. Das Analysemodul 33 ermittelt dann eine Leckage des Prüflings 12 beispielsweise dadurch, dass es von einer ermittelten Gesamtleckage des zweiten Volumens eine Leckage des Totvolumens subtrahiert.
Wie bereits erläutert, wartet die Steuerungsvorrichtung 30 bzw. warten das Analysemodul 33 jeweils eine thermische Stabilisierungsphase 43 bis zu den Druckmessungen der Drücke p1, p2 und pges ab, wenn eine Druckveränderung stattgefunden hat. Die Länge der jeweiligen Stabilisierungsphase beeinflusst die Messgenauigkeit. Beispielsweise wird eine längere Zeit gewartet um eine höhere Messgenauigkeit zu erzielen und eine kürze Zeitspanne gewartet, wenn eine geringere Messgenauigkeit ausreichend ist. Die thermische Stabilisierungsphase ist gleichzeitig eine Druck-Stabilisierungsphase im jeweils zu messenden Volumen, während der zweckmäßigerweise die Einspeiseeinrichtungen 16 und/oder 17 durch geschlossene Sperrventile 20, 21 von den Volumina 15, 16 getrennt sind.
Das Analysemodul 33 kann die Druckmesseinrichtungen 26 und/oder 29 zur Übermittlung der jeweiligen Druckmesswerte 41, 42 und 46 synchronisiert ansteuern. Beispielsweise fordert die Steuerungsvorrichtung 30 bei den Druckmesseinrichtungen 26 und/oder 29 die jeweiligen Druckmesswerte an, wenn die Sperrventile 20 bis 22 die oben erläuterten Schaltstellungen erreicht haben (und vorzugsweise die thermischen Stabilisierungsphasen abgeschlossen sind), bei denen das erste und zweite Volumen 14, 15 bzw. das Gesamtvolumen 44 messbar sind.
Es versteht sich, dass das Analysemodul 33 auch anhand des jeweiligen Messwertverhaltens ermitteln kann, ob der jeweilige Messwert den ersten oder zweiten Druck p1, p2 bzw. den Gesamtdruck pges darstellt. Dazu kann das Analysemodul 33 beispielsweise den Absolutwert des jeweiligen Messwertes, die Messveränderung und/oder die Messwertveränderungsgeschwindigkeit analysieren.
An die Vorrichtung 10 können unterschiedliche Prüflinge angeschlossen werden. Dazu sind Anschlussmittel 52 vorhanden, beispielsweise ein Schraubgewinde oder dergleichen, an die die unterschiedlichen Prüflinge, beispielsweise der Prüfling 12, anschließbar sind. In der Zeichnung ist ein an die Anschlussmittel 52 alternativ zum Prüfling 12 anschließbarer zweiter Prüfling 53 gezeigt, der ein Prüfvolumen 54 begrenzt. Das Prüfvolumen 54 ist kleiner als das Prüfvolumen 11 des Prüflings 12.
Bei der Vorrichtung 10 ist das erste Volumen 14, sozusagen das Gesamt-Referenzvolumen, an den jeweils zu messenden Prüfling anpassbar. Beispielsweise ist an Stelle des Referenzbehälters 24, der ein Referenzvolumen 55 begrenzt, ein Referenzbehälter 56, der ein im Verhältnis zum Referenzvolumen 55 kleineres Referenzvolumen 57 begrenzt, an Anschlussmitteln 58 des Referenzzweigs 27 anschließbar. Das Referenzvolumen 57 und das Prüfvolumen 54 korrespondieren miteinander.
Es versteht sich, dass die Steuerungsvorrichtung 30 auch auf anderem Wege Einfluss auf die Messgenauigkeit nehmen kann. Beispielsweise kann sie den ersten und/oder den zweiten Druck p1, p2 beim Befüllen des ersten und zweiten Volumens 14, 15 beeinflussen. Dazu öffnet sie beispielsweise die Sperrventile 20, 21 beispielsweise nur solange, bis der erste und zweite Druck p1, p2 ein gewünschtes Druckniveau erreicht haben. Es versteht sich, dass auch eine Drosselventilanordnung bei den Sperrventilen 20, 21 angeordnet sein kann, um den ersten und zweiten Druck p1, p2 beeinflussen zu können.
Die Vorrichtung 10 kann weitere Ausgestaltungen aufweisen, beispielsweise könnten beide Referenzbehälter 24, 56 dauerhaft am Referenzzweig 27 angeschlossen sein und durch nicht dargestellte Ventilanordnungen zum ersten Volumen 14 zugeschaltet werden oder von diesem getrennt werden.
Die Steuerungsvorrichtung 30 kann anhand des jeweils ermittelten zweiten Volumenwerts 48 für die Prüflinge 53 und 12 eine Kennung für diese Prüflinge 12, 53 ermitteln. Das Analysemodul 33 vergleicht den jeweiligen zweiten Volumenwert 48 mit den Volumenwerten 60 und 61, die einer Tabelle 59 im Speicher 32 abgelegt sind. Wenn der zweite Volumenwert 48 mit dem Volumenwert 60 übereinstimmt, wobei eine vorbestimmte Toleranz akzeptierbar ist, ermittelt das Analysemodul 33, beispielsweise eine Kennung 62, die dem Prüfling 12 zugeordnet ist. Die Kennung 62 bezeichnet beispielsweise den Typ des Prüflings 12. Wenn der zweite Volumenwert 48 in etwa einem Volumenwert 61 der Tabelle 59 entspricht, ermittelt das Analysemodul 33 eine Kennung 63, die dem Prüfling 53 zugeordnet ist. Somit ist es möglich, anhand der jeweiligen Volumenwerte der angeschlossenen Prüflinge deren Typkennung oder sonstige Eigenschaften zu ermitteln.

Claims

Verfahren zur Ermittlung mindestens eines Prüf-Volumens (11, 54), mit den Schritten: – Befüllen eines ersten Volumens (14) mit einem Prüf-Gas (13) unter einem ersten Druck, – Ermitteln eines ersten Druck-Messwerts (41) durch Messen des ersten Drucks des ersten Volumens (14), – Verschließen des ersten Volumens (14), – Befüllen eines zu prüfenden zweiten Volumens (15) mit dem Prüf-Gas (13) unter einem zweiten Druck, – Ermitteln eines zweiten Druck-Messwerts (42) durch Messen des zweiten Drucks in dem zweiten Volumen (15), – Verschließen des zweiten Volumens, – Verbinden des ersten und des zweiten Volumens zu einem Gesamtvolumen (44), wobei das Gesamtvolumen (44) ansonsten verschlossen ist, – Ermitteln eines Gesamt-Druck-Messwerts (46) durch Messen eines Gesamt-Drucks des Gesamtvolumens (44), und – Ermitteln eines zweiten Volumenwerts (48) des zweiten Volumens (15) anhand des ersten Druck-Messwerts (41), des zweiten Druck-Messwerts (42), und des Gesamt-Druck-Messwerts (46), wobei das zweite Volumen das mindestens eine Prüf-Volumen (11, 54) enthält oder bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ermitteln des zweiten Volumenwerts (48) anhand eines ersten Volumenwerts (47) des ersten Volumens (14).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Volumenwert (48) als der mit dem ersten Volumenwert (47) multiplizierte Quotient aus der Differenz des ersten Druck-Messwerts (41) und des Gesamt-Druck-Messwerts (46) und der Differenz des Gesamt-Druck-Messwerts (46) und des zweiten Druck-Messwerts (42) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ermitteln des zweiten Volumenwerts (48) als einen zum ersten Volumenwert (47) des ersten Volumens (14) relativen Volumenwert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Volumen (14) beim Ermitteln des ersten Druck-Messwerts (41) durch Messen des ersten Drucks des ersten Volumens (14) verschlossen ist und/oder das zweite Volumen beim Ermitteln des zweiten Druck-Messwerts (42) durch Messen des zweiten Drucks in dem zweiten Volumen (15) verschlossen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Verändern des ersten Volumens (14) in Abhängigkeit von der Größe des zu prüfenden zweiten Volumens (15), insbesondere des mindestens einen Prüf-Volumens (11, 54).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Volumen (14) mindestens ein Referenzvolumen (55, 57) bildet oder enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Volumen (14) ein erstes Totvolumen und/oder das zweite Volumen (15) ein zweites Totvolumen aufweist, und Auswerten des ersten Totvolumens und/oder des zweiten Totvolumens bei der Ermittlung des zweiten Volumenwerts (48), insbesondere bei der Ermittlung mindestens eines in dem zweiten Volumen (15) enthaltenen Prüfvolumens (11, 54).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Volumen (15) ein Prüf-Volumen (11, 54) und ein insbesondere Leitungen enthaltendes Totvolumen enthält, und Ermitteln eines Prüf-Volumenwertes durch Subtraktion eines das Totvolumen repräsentierenden Totvolumenwerts von dem zweiten Volumenwert (48).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Abwarten mindestens einer thermischen Stabilierungsphase vor dem Messen des ersten Drucks und/oder vor dem Messen des zweiten Drucks und/oder vor dem Messen des Gesamt-Drucks.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Herstellen im wesentlichen gleicher thermischer Zustände bei dem Messen des ersten Drucks und/oder dem Messen des zweiten Drucks und/oder dem Messen des Gesamt-Drucks.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Abwarten mindestens einer Druck-Stabilisierungsphase vor dem Messen des ersten Drucks und/oder vor dem Messen des zweiten Drucks und/oder vor dem Messen des Gesamt-Drucks.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Druck voneinander verschieden sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Ermitteln einer Leckrate (L) insbesondere des zweiten Volumens (15) anhand einer Druckverlaufsmessung.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Leckrate (L) während und/oder nach einer thermischen Stabilisierungsphase (43) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Leckrate (L) bei nach au ßen, insbesondere zu dem ersten Volumen (14) hin, verschlossenen zweiten Volumen (15) vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Volumen (14, 15) verbunden sind, wenn sie mit dem Prüf-Gas (13) unter einem ersten Druck befüllt werden und der erste Druck-Messwert (41) des ersten Drucks des ersten Volumens (14) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es im Rahmen einer Serienfertigung von Serienprodukten durchgeführt wird, bei der das jeweilige Serienprodukt das Prüf-Volumen zumindest teilweise bildet, mit dem Schritt: Ermitteln einer Kennung (62, 63) des jeweiligen Serienprodukts oder eines sonstigen Parameters des Serienprodukts anhand zweiten Volumenwerts (48).
Vorrichtung zur Ermittlung mindestens eines Prüf-Volumens, – mit einer ersten Einspeiseeinrichtung (16) zum Befüllen eines ersten Volumens (14) mit einem Prüf-Gas (13) unter einem ersten Druck, – mit einer ersten Ventilanordnung (20) zum Verbinden der ersten Einspeiseeinrichtung (16) mit dem ersten Volumen (14) und zum Sperren eines Gasflusses zwischen der ersten Einspeiseeinrichtung und dem ersten Volumen (14), – mit einer zweiten Einspeiseeinrichtung (17) zum Befüllen des zweiten Volumens (15) mit dem Prüf-Gas (13) unter einem zweiten Druck, – mit einer zweiten Ventilanordnung (21) zum Verbinden der zweiten Einspeiseeinrichtung (17) mit einem zweiten Volumen (15) und zum Sperren eines Gasflusses zwischen der zweiten Einspeiseeinrichtung (17) und dem zweiten Volumen (15), – mit einer dritten Ventilanordnung (22) zum Verbinden des ersten und des zweiten Volumens (15), – mit mindestens einer Druckmesseinrichtung (26, 29) zum Messen des ersten Druck-Messwerts (41) des ersten Drucks, zum Messen des eines zweiten Druck-Messwerts (42) des zweiten Drucks und zum Messen eines Gesamt-Druck-Messwerts (46) eines Gesamt-Drucks, wenn das erste und das zweite Volumen (15) zu einem Gesamtvolumen (44) verbunden sind, – und mit mit der mindestens einen Druckmesseinrichtung (26, 29) zusammenwirkenden Analysemitteln (33) zum Ermitteln eines zweiten Volumenwerts (48) des zweiten Volumens (15) anhand des ersten Druck-Messwerts (41), des zweiten Druck-Messwerts (42), des Gesamt-Druck-Messwerts (46) und eines ersten Volumenwerts (47) des ersten Volumens (14), wobei das zweite Volumen (15) das mindestens eine Prüf-Volumen (11, 54) enthält oder bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Analysemittel (33) von der mindestens einen Druckmesseinrichtung (26, 29) im wesentlichen kontinuierlich Druck-Messwerte erhalten, und anhand des Messwertverhaltens, insbesondere anhand von Messwertbeträgen und/oder von Messwertänderungen der Druck-Messwerte ermitteln, ob der jeweiligen Messwert den ersten Druck-Messwert (41), den zweiten Druck-Messwert (42) oder den Gesamt-Druck-Messwert (46) bildet.
Steuerungsvorrichtung zur Steuerung der Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie Steuermittel zur Ansteuerung der ersten, zweiten und dritten Ventilanordnung (20–22) zur insbesondere zeitgesteuerten Durchführung der folgenden Schritte gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 aufweist: – Befüllen eines ersten Volumens (14) mit einem Prüf-Gas (13) unter einem ersten Druck, – Verschließen des ersten Volumens (14), – Befüllen eines zu prüfenden zweiten Volumens (15) mit dem Prüf-Gas (13) unter einem zweiten Druck, – Verschließen des zweiten Volumens (15), und – Verbinden des ersten und des zweiten Volumens zu einem Gesamtvolumen (44), wobei das Gesamtvolumen (44) ansonsten verschlossen ist.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel zur Ansteuerung der mindestens einen Druckmesseinrichtung (26, 29) zum Messen des ersten Drucks, des zweiten Drucks und des Gesamt-Drucks in Ab hängigkeit von der Ansteuerung der ersten, zweiten und dritten Ventilanordnung (20–22) ausgestaltet sind.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Analysemittel (33) der Vorrichtung gemäß Anspruch 18 oder 19 enthält.
Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch einen Prozessor ausführbaren Programmcode aufweist.