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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung von
Bauteilabdichtungen gegen das Eindringen einer elektrisch leitfähigen Testflüssigkeit in
einen von einer Dichtmembran umschlossenen Innenraum.
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Insbesondere
im Fahrzeugbau werden relativ zueinander bewegliche Bauteile, beispielsweise an
Gelenkwellen und Koppelstangengelenken, zumindest teilweise von
elastischen Dichtmembranen umschlossen. Die Lebensdauer derartiger
Bauteile wird entscheidend durch die Dichtheit der Bauteilabdichtungen
bestimmt. An der Außenseite
der abgedichteten Bauteile lagern sich im Betrieb Schmutz und Salz
ab. Diese Stoffe können
insbesondere beim Einsatz von Hochdruckreinigern in den von der
Dichtmembran umschlossenen Innenraum eingebracht werden und dort
zu Korrosion und abrasivem Verschleiß führen. Dadurch werden diese
Bauteile geschädigt
und fallen aus.
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Bei
Lebensdauertests, denen solche Bauteile unterzogen werden, muss
deshalb auch die Dichtheit unter praxisnahen Versuchsbedingungen
geprüft werden.
Dies ist bisher nur durch eine Zerstörung der Dichtmembran möglich. Nach
der Einwirkung einer Testflüssigkeit
wird die Dichtmembran geöffnet,
um festzustellen, ob Testflüssigkeit
in den umschlossenen Innenraum eingedrungen ist. Da hierbei die Dichtmembran
zerstört
werden muss, kann mit dem betreffenden Bauteil keine weitere Prüfung durchgeführt werden.
Die Dichtheitsprüfung
beendet damit jeweils auch den Lebensdauertest des Bauteils.
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Es
ist bekannt (
DE 197
27 620 A1 ), zur Feuchtebestimmung einen gesonderten, einen
elektrischen Schwingkreis bildenden Feuchtesensor zu verwenden,
jedoch nicht in einem von einer Dichtmembran umschlossenen Innenraum
eines Bauteils.
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Bei
einem anderen bekannten Verfahren (
DE 195 18 011 A1 ) liegt zwar auch das Problem
vor, die Dichtheit einer Dichtung zu überprüfen. Im Bereich der Dichtung
wird ein elektrischer Schwingkreis installiert, dessen Kapazitätsänderung
erfasst wird. Hierzu wird die Resonanzfrequenz des Schwingkreises,
der sich im abgedichteten Innenraum befindet, mit Hilfe einer Messelektronik
induktiv erfasst Für
von einer Dichtmembran umschlossene Innenräume wäre aber auch dieses Verfahren
ungeeignet, weil die aufwändige
Installation eines elektrischen Schwingkreises erforderlich ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung zu
schaffen, mit dem eine zerstörungsfreie
Dichtheitsprüfung
ermöglicht wird.
Während
des Lebensdauertests können
dann in regelmäßigen Abständen Dichtheitsprüfungen durchgeführt werden,
ohne die Funktion des abgedichteten Bauteils zu beeinträchtigen
oder das Bauteil und/oder die Dichtung zu manipulieren.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass mittels einer außerhalb
der Dichtmembran angeordneten Sende-Empfang-Spule einer Wirbelstromsonde
ein hochfrequentes Magnetfeld im Innenraum erzeugt wird und dass
nach Eindringen der Testflüssigkeit
in den Innenraum die dort induzierten Wirbelströme ein Messsignal liefern das erfasst
und ausgewertet wird.
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Während das
hochfrequente Magnetfeld im Innenraum ohne elektrisch leitfähige Testflüssigkeit keine
Wirbelströme
verursacht, werden durch die eingedrungene, elektrisch leitende
Testflüssigkeit
unter der Wirkung des hochfrequenten Magnetfeldes Wirbelströme in dem
von der Dichtmembran umschlossenen Innenraum induziert, welche wiederum ein
Magnetfeld erzeugen, das dem Erreger-Magnetfeld entgegenwirkt und es somit
bedämpft.
Dadurch entsteht ein erfassbares und auswertbares Messsignal, das
eine qualitative und quantitative Aussage über das Eindringen von elektrisch
leitfähiger
Testflüssigkeit
und somit über
die Dichtheit der Bauteilabdichtung liefert.
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Bevorzugt
wird die Bedämpfung
der Sende- und Empfangsspule erfasst und ausgewertet. Es ist auch
möglich,
dass ein von den Wirbelströmen
erzeugtes bzw. beeinflusstes Magnetfeld in der Sende-Empfangsspule
ein Messsignal erzeugt, das erfasst und ausgewertet wird.
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Der
Einsatz der Wirbelstromtechnik zu Prüfzwecken ist bekannt. Wirbelstromsonden
werden umfangreich zur Rissprüfung
von metallischen Bauteilen eingesetzt (DIN 54 140). Weitere Anwendungsgebiete
der Wirbelstromtechnik sind induktive Abstandssensoren, die in der
Automatisierungstechnik eingesetzt werden, um die Annäherung eines
Bauteils an eine Messsonde zu erfassen. Ein weiteres Einsatzgebiet
von Wirbelstromsonden liegt beispielsweise in der Identifizierung
und Klassifizierung von Minen (
EP 0 844 499 A2 ).
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Die
Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel im Laborversuch
näher erläutert, das
in der Zeichnung dargestellt ist. Die Zeichnung zeigt schematisch
eine Anordnung zur Dichtheitsprüfung
von Bauteilabdichtungen.
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Ein
zu prüfendes
Bauteil, beispielsweise ein Koppelstangengelenk 1 aus dem
Automobilbau weist zwei relativ zueinander bewegbare Gelenkteile 2 und 3 auf,
deren Bewegungsbereich von einer elastischen Dichtmembran 4 umgeben
ist. Die Dichtmembran 4 ist gegenüber den beiden Gelenkteilen 2 und 3 abgedichtet
und umschließt
einen Innenraum 5. Das Koppelstangengelenk 1 ist
in einer Klemmeinrichtung 6 einer Testkörper-Halteeinrichtung 7 aufgenommen.
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Eine
Wirbelstrom-Prüfsonde 8 ist
auf einer Führung 9 verschieblich
und festlegbar angeordnet und kann in die für den Prüfvorgang optimale Stellung
verfahren werden.
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Die
Wirbelstromsonde 8 weist eine Sende-Empfang-Spule 10 auf,
die von einer Wirbelstromeinheit 11 mit einem hochfrequenten
Erregerstrom beaufschlag wird. Das dadurch erzeugte hochfrequente
Magnetfeld wirkt durch die magnetisch durchlässige Dichtmembran 4 in
den Innenraum 5. Das zu prüfende Koppelstangengelenk 1 wird
auf einem (hier nicht dargestellten) Prüfstand einer Lebensdauerprüfung unterzogen.
Während
dieser Prüfung
wird die Außenseite
des Gelenkes kontinuierlich oder in regelmäßigen zeitlichen Abständen mit
einer elektrisch leitfähigen
Testflüssigkeit
unter vorgegebenen Prüfbedingungen
beaufschlagt, beispielsweise besprüht.
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Während des
gesamten Prüflaufs
wird das Koppelstangengelenk 1 zu vorgegebenen Zeitpunkten
durch die in der Zeichnung dargestellte Prüfanordnung für die Dichtheitsprüfung mittels
der Wirbelstromsonde 8 geprüft. Wenn infolge nachlassender Dichtwirkung
der Dichtmembran 4 elektrisch leitfähige Testflüssigkeit in den Innenraum 5 eingedrungen ist,
werden in dieser Wirbelströme
induziert, deren Stärke
von der elektrischen Leitfähigkeit
und der Permeabilität
des im Innenraum 5 enthaltenen Stoffgemischs abhängig ist.
Der Wirbelstrom erzeugt ein Magnetfeld, das dem der Sende-Empfang-Spule 10 entgegengesetzt
ist. Diese Überlagerung
der Magnetfelder wirkt sich als eine Bedämpfung der Sende- Empfang-Spule 10 aus.
Diese Wirkung wird in der Wirbelstromeinheit 11 erfasst
und ausgewertet. Hierzu können
an die Wirbelstromeinheit 11 u.a. ein Oszillator 12,
ein Rechner 13 mit Bildschirm 14 und zur Dokumentation
ein Drucker 15 angeschlossen sein.
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Es
sind unterschiedliche Ausführungsformen von
Wirbelstromsonden bekannt; so können
die Sende- und Empfangs-Funktion sowohl in einer einzigen als auch
in mehreren Spulen realisiert werden. In beiden Fällen wird
in der als Empfangs-Spule tätigen Einheit
ein von den Wirbelströmen
erzeugtes bzw. beeinflusstes Magnetfeld Messsignal erzeugt, das
in der Wirbelstromeinheit 11 erfasst und ausgewertet wird.
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Die
Stärke
der im Innenraum 5 erzeugten und messtechnisch erfassten
Wirbelströme
lässt einen
qualitativen und quantitativen Rückschluss
auf die Menge der eingedrungenen Testflüssigkeit und damit auf die
zunehmende Undichtheit der Dichtmembran 4 zu.
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Abhängig von
der Gestaltung des zu prüfenden
Bauteils, von der Dicke und Materialeigenschaft der Dichtmembran,
von der Gestaltung des Innenraums und den elektrischen Eigenschaften
der Testflüssigkeit
können
unterschiedliche, an sich bekannte Ausführungen der Wirbelstromsonden
eingesetzt werden. Insbesondere ist es möglich, wahlweise Absolut- oder
Differenz-Messsonden einzusetzen.
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Bei
einem Versuch entsprechend dem skizzierten Aufbau wurde mit einer
Absolut-Tastsonde im statischen Betrieb eine Prüfung bei einer Prüffrequenz
von 10 MHz vorgenommen. Nach einem Nullabgleich der Wirbelstromeinheit 11 mit
der Wirbelstromsonde 8 wurde eine ausreichende Signalstabilität der Messsignalspannung
ohne störende
Drift festgestellt. Anschließend
wurde eine Kochsalzlösung
in den Innenraum 5 eingebracht. Danach war ein deutlicher
Anstieg der Messspannung erkennbar, der als Messsignal für das Vorhandensein
einer elektrisch leitfähigen
Flüssigkeit
im Innenraum 5 ausgewertet werden konnte.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
der Wirbelstromtechnologie kann die Dichtheitsprüfung von Bauteilabdichtungen
zerstörungsfrei
durchgeführt
werden. Dadurch kann bei Prototypen neu entwickelter Dichtmembranen
und ähnlicher
Dichtungselemente versuchsbegleitend die Benetzung des Innenraums
mit eingedrungener Testflüssigkeit
berührungslos
nachgewiesen werden. Der Prüfkörper kann hierbei
in seinem montierten Zustand verbleiben und weiteren mechanischen
und/oder thermischen Prüfungen
unterzogen werden.
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Durch
den Einsatz von an die jeweilige Probenform angepassten Wirbelstromsonden
kann erreicht werden, dass das Wirbelstromfeld unter Berücksichtigung
der Strahlanteile optimal eingeleitet wird. Durch spezielle Anordnung
mehrerer Wirbelstromsonden wird ein sog. örtlicher Fremdvergleich ermöglicht,
was zu einer weiteren Verfahrensoptimierung führt.