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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren zur Ermittlung
von Leckagen eines Prüflings,
insbesondere von Aggregaten von Kraftstoff-Einspritzsystemen für Kraftfahrzeuge.
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Für eine optimale
Funktion von Einspritzsystemen muss gewährleistet sein, dass alle Systemteile
leckagefrei arbeiten. Da bereits sehr kleine Leckagen zu deutlichen
Funktionseinbußen
führen,
ist es bei der Prüfung
der Dichtigkeit wichtig, bereits sehr kleine Leckagen erkennen zu
können.
Dies ist grundsätzlich
schwierig. Da die bekannten Vorrichtungen bzw. Verfahren zur Leckageerfassung
entweder ungenau oder sehr aufwändig
sind.
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Beispielhaft
kann in diesem Zusammenhang auf die Möglichkeit verwiesen werden,
einen Prüfling intern
mit einem unter Hochdruck stehenden hydraulischen Medium zu beaufschlagen,
in dem ein Spurengas gelöst
ist. Sollte der Prüfling
eine geringfügige Leckage
aufweisen, tritt eine mehr oder weniger große Menge des hydraulischen
Hochdruckfluides aus, wobei das darin gelöste Spurengas aus der Leckageflüssigkeit
austritt und mit entsprechenden Gassensoren, z. B. mit fotoakustischen
Gasnachweissystemen, erfasst werden kann. Die sensorisch ermittelte Menge
des Spurengases ist dann ein Maß für die Menge
der in der Regel nur schwer erfassbaren Leckageflüssigkeit.
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Nachteilig
sind insbesondere die langen Vorbereitungszeiten, die notwendig
sind, um das Spurengas im hydraulischen Druckmedium zu lösen. Hinzu
kommt, dass die typischerweise verwendeten Spurengase (z. B. SF6,
N2O, CO2) als Treibhausgase wirken
und damit schädlich
für die
Umwelt sind.
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
sowie das erfindungsgemäße Verfahren
zum Betrieb der Vorrichtung bieten den Vorteil, dass im Falle einer Dichtigkeitsprüfung von
Elementen einer Kraftstoffeinspritzanlage als hydraulisches Prüfmedium
Kraftstoffe, bzw. Kohlenwasserstoffe verwendet werden können. Im
Falle einer Leckage verdampft der an Undichtigkeiten des Prüflings auftretende
Kraftstoff aufgrund des entsprechend eingestellten Unterdrucks in der
Untersuchungskammer. Die verdampfte Leckageflüssigkeit wird dann mittels
der Vakuumpumpe der Sensorkammer zugeführt, in der auf die Dämpfe der Leckageflüssigkeit,
d. h. auf die Dämpfe
des als hydraulisches Druckmedium benutzten Kraftstoffes reagierende
Sensoren angeordnet sind und die verdampfte Menge der Leckageflüssigkeit
direkt ermitteln können.
Hierbei ist es desweiteren vorteilhaft, dass druckseitig der Vakuumpumpe
ein gegenüber dem
Unterdruck in der Untersuchungskammer deutlich erhöhter Druck
vorliegt, bei dem auf Kohlenwasserstoff- bzw. Kraftstoffdämpfe reagierende
Sensoren mit deutlich erhöhter
Genauigkeit und Geschwindigkeit arbeiten.
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Die
Erfindung beruht also auf dem allgemeinen Gedanken, austretende
Leckageflüssigkeit
in einer unter Unterdruck stehenden Untersuchungskammer zunächst zu
verdampfen und dann die Dämpfe mittels
einer zur Aufrechterhaltung des Unterdruckes dienenden Vakuumpumpe
zu verdichten, so dass die Dämpfe
einer dafür
empfindlichen Sensorik zugeteilt werden können, an der ein eine optimale
Empfindlichkeit gewährleistender
Gasdruck vorliegt, bzw. eingestellt werden kann.
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Im übrigen wird
hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche und
die nachfolgende Erläuterung
der Zeichnung verwiesen, anhand der eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung näher
beschrieben wird.
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Schutz
wird nicht nur für
ausdrücklich
angegebene oder dargestellte Merkmalskombinationen sondern auch
für prinzipiell
beliebige Kombinationen der angegebenen oder dargestellten Einzelmerkmale beansprucht.
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Zeichnungen
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In
der Zeichnung zeigt
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1 eine
schaltplanartige Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Ermittlung von Leckagen eines Prüflings und
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2 eine
abgewandelte Ausführungsform.
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Zur
Untersuchung eines Prüflings 1,
beispielsweise eines Injektors oder sonstigen Teiles eines Kraftstoffeinspritzsystems
eines Kraftfahrzeuges, ist in 1 eine Untersuchungskammer 2 vorgesehen,
die den Prüfling 1 bei
dessen Untersuchung aufnimmt. Der in der Untersuchungskammer 2 zu
untersuchende Prüfling 1 ist über eine
Hochdruckleitung 3, die durch ein Absperrventil 4 gesteuert wird,
mit einer Hochdruckquelle 5 verbindbar, die im dargestellten
Beispiel als Druckübersetzer
ausgebildet ist und den Prüfling 1 unter
hohem Druck mit einem hydraulischen Kohlenwasserstoff, insbesondere einem
für den
Betrieb eines Kraftfahrzeuges vorgesehenen Kraftstoff zu beaufschlagen
vermag. Dieser Kohlenwasserstoff wird in einem Reservoir 6 bereit gehalten.
Gegebenenfalls kann die Hochdruckleitung 3 über ein
Druckentlastungsventil 7 mit dem Reservoir 6 verbunden
werden und dementsprechend druckfrei gemacht werden.
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Der
als Hochdruckquelle 5 dienende Druckübersetzer wird im dargestellten
Beispiel pneumatisch betrieben und besitzt zu diesem Zweck einen
Druckluftanschluss 8, an den eine Druck- bzw. Pressluftquelle
anschließbar
ist und der durch Öffnen
von Absperrventilen 9 über
einen pneumatischen Druckregler 10 mit der Eingangsseite
des Druckübersetzers 5 verbindbar
ist.
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Die
Untersuchungskammer 2 ist über ein Absperrventil 11 und
einen Druckregler 12 mit der Saugseite einer Vakuumpumpenanordnung 13 verbunden,
die im dargestellten Beispiel aus der Kombination einer Membranpumpe 13' und einer magnetgelagerten
Turbomolekularpumpe 13'' besteht. Druckseitig
der Vakuumpumpenanordnung 13 ist eine Sensorkammer 14 mit
für Kohlenwasserstoffdämpfe empfindlichen
Sensoren angeordnet. Auslassseitig der Sensorkammer 14 ist
desweiteren eine Kühlfalle 15 oder
eine Kohlenwasserstoffe abfangende Adsorptionsfalle oder dergleichen
angeordnet.
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Desweiteren
ist die Untersuchungskammer 2 über einen Durchflussregler 16,
Absperrventile 17, eine Vordrossel 18 und einen
Druckregler 19 mit einem Reservoir 20 für synthetische
Luft verbindbar.
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Außerdem kann
die Untersuchungskammer 2 über ein Absperrventil 23 mit
einem zur Atmosphäre
offenen Luftanschluss 22 verbunden werden.
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Die
in 1 dargestellte Vorrichtung wird wie folgt betrieben:
Zunächst wird
in der noch mit dem zur Atmosphäre führenden
Luftanschluss 22 verbundenen Untersuchungskammer 2 ein
Prüfling 1,
beispielsweise ein Kraftstoffinjektor eines Kraftstoffeinspritzsystems
für Kraftfahrzeuge
angeordnet und mit dem als Hochdruckquelle 5 dienenden
Druckübersetzer
verbunden. Sodann wird die Verbindung zum Luftanschluss 22 durch
Absperrung des Absperrventiles 23 geschlossen. Danach wird
die Untersuchungskammer 2 durch Öffnen des Absperrventils 11 mit
der inzwischen in Betrieb gesetzten Vakuumpumpenanordnung 13 und
durch Öffnen
der Absperrventile 17 mit dem Reservoir 20 für die synthetische
Luft verbunden. Dabei wird der mit einem Druckmessgeber 21 erfasste
Druck in der Untersuchungskammer 2 durch Steuerung des
Druckreglers 12 sowie des Massedurchflussreglers 16 auf
einen Wert eingestellt, bei dem das den Prüfling 1 beaufschlagende
hydraulische Druckmittel, hier Kohlenwasserstoffe, verdampft, falls
das Druckmittel aufgrund einer Leckage des Prüflinges 1 in die Untersuchungskammer 2 austreten
sollte.
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Im
Falle einer solchen Leckage nimmt also die die Untersuchungskammer 2 durchströmende synthetische
Luft aus dem Reservoir 20 Kraftstoff- bzw. Kohlenwasserstoffdämpfe auf,
wobei dann die mit diesen Kohlenwasserstoffdämpfen verunreinigte synthetische
Luft von der Vakuumpumpenanordnung 13 der Sensorkammer 14 zugeführt wird.
Da die Sensorkammer 14 druckseitig der Vakuumpumpenanordnung 13 angeordnet
ist, liegt dort ein deutlich höherer
Druck als in der Untersuchungskammer 2 vor, in der Regel
hat die Sensorkammer 14 den Druck der Atmosphäre. Dies
ist messtechnisch wichtig, weil übliche
zur Erfassung von Kohlenwasserstoff geeignete Sensoren gegenüber den
Kohlenwasserstoffen eine vom Umgebungsdruck abhängige Empfindlichkeit aufweisen.
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Nach
Durchlauf durch die Sensorkammer 14 durchströmt die bei
eventuelle Leckagen des Prüflings 1 mit
Kohlenwasserstoffdämpfen
verunreinigte synthetische Luft eine Kühlfalle 15, in der
die Kohlenwasserstoffdämpfe
kondensiert und das Kondensat abgefangen wird. Im Ergebnis wird
damit der Atmosphäre
in jedem Falle saubere synthetische Luft auf der Auslassseite der
Kühlfalle 15 zugeführt. Anstelle der
Kühlfalle 15 können auch
andere Vorrichtungen angeordnet sein, mit denen sich Kohlenwasserstoffe abfangen
lassen, beispielsweise Adsorberanordnungen.
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Zur
Optimierung der Ermittlung eventueller Leckagen des Prüflings 1 ist
vorzugsweise vorgesehen, den die Untersuchungskammer 2 durchsetzenden
Massestrom der synthetischen Luft auf einen solchen konstanten Wert
einzustellen, bei dem aus dem Prüfling 1 austretende
von der synthetischen Luft zur Sensorkammer 14 verfrachtete
Kohlenwasserstoffe den Messbereich der Sensoren optimal ausnutzen. Nach
einer Einregelzeit für
den Druck in der Untersuchungskammer 2 und einer anschließenden Wartezeit
kann mittels der Sensorik in der Sensorkammer 14 ein Messwert
für den
Kohlenwasserstoffanteil in der synthetischen Luft ermittelt werden.
Aufgrund des mittels des Massedurchflussreglers 16 eingeregelten
und erfassten Massestroms der synthetischen Luft und des von der
Sensorik in der Sensorkammer 14 ermittelten Wertes für die Konzentration
der mitgeführten
Kohlenwasserstoffe lässt
sich die Leckage in Masse- oder Volumenstrom berechnen.
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Abweichend
von der vorangehenden Beschreibung kann von der Anordnung einer
gesonderten Sensorkammer 14 abgesehen werden, denn die Sensorik
für die
Kohlenwasserstoffe kann auch unmittelbar in der Auslassleitung der
Vakuumpumpenanordnung 13 angeordnet sein.
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Wie
aus 1 ersichtlich wird, kann vorgesehen sein, dass
bei Inbetriebnahme der Vakuumpumpenanordnung 13 zunächst nur
die Membranvakuumpumpe 13' in
Betrieb gesetzt wird, wobei die Eingangsseite der Membranvakuumpumpe 13' über eine
die Turbomolekularpumpe 13'' umgehende und von
einem Absperrventil 24 gesteuerte Leitung direkt mit der
Untersuchungskammer 2 verbunden wird. Während dieser Phase wird das
die Untersuchungskammer 2 mit der Eingangsseite der Turbomolekularpumpe 13'' verbindende Absperrventil 11 in
Schließstellung
gehalten. Sobald dann der Unterdruck in der Untersuchungskammer 2 einen
hinreichenden Wert erreicht hat, wird die Turbomolekularpumpe 13'' eingeschaltet und das Absperrventil 11 geöffnet, während das
Absperrventil 24 geschlossen wird. Nunmehr arbeiten also
die Turbomolekularpumpe 13'' und die Membranvakuumpumpe 13' in Reihe hintereinander.
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Für die Steuerung
des Betriebes der dargestellten Anlage sowie für die Auswertung der Sensorsignale
kann eine als Computer ausgebildete Steuerzentrale 25 vorgesehen
sein, die auch eine Anzeige für
die von der Sensorik der Sensorkammer 14 erfassten Messwerte
aufweist.
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Die
in 2 dargestellte abgewandelte Ausführungform
unterscheidet sich von der Ausführungsform
der 1 im wesentlichen dadurch, dass die synthetische
Luft aus dem Reservoir nicht in die Untersuchungskammer 2 sondern
direkt in die Ausgangsleitung der Vakuumpumpenanordnung 13 eingeleitet
wird, d. h. die der Sensorkammer 14 zugeführte synthetische
Luft wird mittels der Vakuumpumpenanordnung 13 mit aus
der Untersuchungskammer evakuierten Kohlenwasserstoffdämpfen aufgeladen,
die dann nachfolgend in der Sensorkammer 14 sensiert werden.
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Im übrigen gelten
die obigen Ausführungen zur 1 sinngemäß auch für die Ausführungsform der 2.