DE102013104682B3

DE102013104682B3 - Dichtheitsprüfanordnung und Dichtheitsprüfverfahren

Info

Publication number: DE102013104682B3
Application number: DE201310104682
Authority: DE
Inventors: Gerald Lüdolph; Wolfgang Fuhrmann
Original assignee: Luedolph Man GmbH; Luedolph Management GmbH
Current assignee: LUEDOLPH MANAGEMENT GMBH, DE
Priority date: 2013-05-07
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2014-05-15
Anticipated expiration: 2033-05-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtheitsprüfanordnung (1) für die Prüfung eines Strukturbauteils (2) oder einer geschlossenen Verpackung/Objekts (2’’ + 21’’, 2“*) mit einer auf Dichtheit zu prüfenden Wandung, aufweisend: eine Testkammer (3), in der während der Dichtheitsprüfung das Strukturbauteil (2) oder die Verpackung/das Objekt (2’’ + 21’’, 2“*) angeordnet ist, einen Testgasraum (4), der auf einer ersten Seite der Wandung des Strukturbauteils (2) und der Testkammer (3) ausgebildet ist oder der dem Innenraum der Verpackung/des Objekts (2“, 2“*) entspricht, einen Prüfraum (5), der auf einer zweiten Seite der Wandung des Strukturbauteils (2) und der Testkammer (3) ausgebildet ist oder zwischen Wandung der Verpackung/Objekts (2“ + 21“, 2“*) und der Testkammer (3) ausgebildet ist, eine Testgaszuführung (6) zur Zuführung von Druckluft (DL) und/oder eines Testgases (TG) in den Testgasraum (5), eine Testgasmessanordnung (7) zur Messung oder Detektion des Testgases (TG) in dem Prüfraum (5) mit einem Sensorsystem (72) und eine Prüfraum-Vakuumanordnung (51) zur Evakuierung des Prüfraumes (5). Ferner betrifft die Erfindung ein Dichtheitsprüfverfahren zur Prüfung eines Strukturbauteils (2) oder einer geschlossenen Verpackung/eines Objekts (2’’ + 21’’, 2“*) mit einer erfindungsgemäßen Dichtheitsprüfanordnung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtheitsprüfanordnung zur Prüfung eines Strukturbauteils oder einer geschlossenen Verpackung bzw. eines geschlossenen Objektes oder Bauteils mit einer auf Dichtheit zu prüfenden Wandung, aufweisend: eine Testkammer, in der während der Dichtheitsprüfung das Strukturbauteil oder die Verpackung, das geschlossene Objekt oder Bauteil angeordnet ist, einen Testgasraum, der auf einer ersten Seite der Wandung des Strukturbauteils und der Testkammer ausgebildet ist oder der dem Innenraum der Verpackung/des geschlossenen Objektes oder Bauteils entspricht, einen Prüfraum, der auf einer zweiten Seite der Wandung des Strukturbauteils und der Testkammer ausgebildet ist oder zwischen Wandung der Verpackung, des geschlossenen Objektes oder Bauteils und der Testkammer ausgebildet ist, eine Testgaszuführung zur Zuführung von Druckluft und/oder eines Testgases in den Testgasraum, eine Testgasmessanordnung zur Messung oder Detektion des Testgases in dem Prüfraum mit einem Sensorsystem und eine Prüfraum-Vakuumanordnung zur Evakuierung des Prüfraumes.
Ferner betrifft die Erfindung ein Dichtheitsprüfverfahren zur Prüfung eines Strukturbauteils oder einer geschlossenen Verpackung, eines geschlossenen Objektes oder Bauteils mit einer erfindungsgemäßen Dichtheitsprüfanordnung.
Eine Dichtheitsprüfung ist physikalisch gesehen eine Messung der Leckrate, wobei die Dichtheit eines zu prüfenden Objektes unterhalb einer vorgebbaren Leckrate gegeben ist und oberhalb einer vorgegebenen Leckrate die Dichtheit eines zu prüfenden Objektes nicht mehr gegeben ist.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Dichtheitsprüfanordnungen bekannt, um eine industrielle Dichtheitsprüfung von Strukturbauteilen mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite durchzuführen, wobei die Dichtheit zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite zu prüfen ist. Derartige industrielle Dichtheitsprüfungen werden in der Massenproduktion von Autofelgen, insbesondere Aluminiumrädern, Kälteleitungen, Druck- und Saugleitungen, Wärmetauschern, wie Kühlern und dgl., Pumpengehäusen, Stoßdämpfern sowie Federbeinen und Dämpfern, Kraftstofftanks, Ventilen, Motoren, Armaturen, Leuchtmitteln und dgl., als auch in der Arzneimittelindustrie für Blisterverpackungen, Dosiersprays oder Langzeit-Medikamentverpackungen durchgeführt. Die zuvor aufgeführten Anwendungsbeispiele sind hierbei nicht abschließend zu sehen. Insbesondere ist der Bereich der Luftfahrt-Bauteile-Prüfung ein sehr großes Segment der Dichtheitsprüfung, wobei hier die unterschiedlichsten Bauteile auf Dichtheit geprüft werden können.
Im Bereich der industriellen Dichtheitsprüfung für Aluminiumräder wird praktisch ausnahmslos in entsprechenden Dichtheitsprüfanordnungen eine Dichtheitsprüfung der Aluminiumräder mittels eines Massenspektrometers und dem Testgas Helium durchgeführt. Für die Dichtheitsprüfung einer Autofelge wird der Prüfling produktionsseitig über Fördersysteme der Dichtheitsprüfanordnung zugeführt und über ein Handlingsystem wird der Prüfling innerhalb einer Testkammer der Dichtheitsprüfanordnung positioniert.
Nach der richtigen Positionierung wird die Autofelge, dies können auch Stahlfelgen oder neuartige Carbonfelgen sein, derart abgedichtet, dass die Wandung zwischen dem Innen- und Außenbereich der Autofelge, also die Trennwand bzw. Aufnahme für den später aufzubringenden Reifenmantel, auf Dichtheit prüfbar ist. Nunmehr erfolgt zunächst eine Evakuierung der Räume sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite der Autofelge.
Im Anschluss erfolgt eine Druckbeaufschlagung mit einem Testgas auf der einen Seite der Autofelge, bevorzugt der Außenseite, wobei auf der anderen Seite das Vakuum gehalten wird und nach Erreichen des vorbestimmten Druckes eine Ventilschaltung geöffnet wird, so dass eine Gasprobe aus dem Innenraum der Autofelge entnommen werden kann, die im Anschluss dahin gehend geprüft wird, ob das Testgas die Wandung durchdrungen hat und somit Testgas auf der Vakuumseite detektierbar ist. Diese Prüfung wird durch ein Massenspektrometer durchgeführt, wobei die Probe auf definierte Anteile von Helium, die aus einem evtl. vorhandenen Leck in der Wandung der Autofelge durchgetreten sind, untersucht wird.
Über einen entsprechend vorgegebenen Grenzwert erfolgt dann die Sortierung nach Autofelgen, die die notwendige Dichtheit aufweisen und jenen die Undichtigkeiten aufweisen.
Nach der durchgeführten Dichtheitsmessung wird das Testgas Helium entspannt, rückgewonnen und sämtliche Prüfräume werden im Anschluss belüftet. Anschließend erfolgt die Öffnung der Testkammer und es wird ein Radwechsel automatisiert durchgeführt.
Die Druckschrift US 3,762,212 A offenbart eine Dichtheitsprüfanordnung, bei der mittels eines Testgases, welches auf ein in dem System vorhandenes Massenspektrometer abgestimmt ist, eine Leckageprüfung erfolgt, wobei als Testgas bevorzugt Helium verwendet wird, gleichwohl auch andere Testgase verwendet werden können, und diese reinen Testgase bevorzugt mit Luft vermischt werden.
Die Druckschrift US 3,729,984 A zeigt eine Dichtheitsprüfanordnung für Container. Weiter ist aus der Druckschrift US 3,186,214 A eine Dichtheitsprüfanordnung bekannt, bei der ein Testgas und Druckluft nacheinander in den Testgasraum eingebracht werden.
Aus der Druckschrift US 5,850,036 A ist eine Raddichtheitsprüfanordnung bekannt, bei der eine Prüfung mittels eines Gemisches aus Helium und Druckluft durchgeführt wird und mittels eines Helium Massen-Spektrometers entsprechend ausgewertet wird.
Ferner zeigt die Druckschrift DE 43 20 363 A1 eine Dichtheitsprüfanordnung, bei der Luft als Testgas genommen wird und vor Anwendung in einem Separator aufgetrennt und einzelne Komponenten abgetrennt werden, bevor die verbleibenden Bestandteile zur Testgasbeaufschlagung verwendet werden.
Ein Problem an denen im Stand der Technik bekannten Dichtheitsprüfanordnungen zur Prüfung von Strukturbauteilen und geschlossenen Verpackungen sowie geschlossenen Bauteilen auf Dichtheit stellt die Testgasverseuchung der Dichtheitsprüfanordnung durch ein undichtes Strukturbauteil oder einen Mixbetrieb bei der Dichtheitsmessung von unterschiedlich großen zu prüfenden Elementen.
Die Testgasverseuchung durch eine Undichtigkeit in dem Strukturbauteil führt bei den empfindlichen Massenspektrometerprüfmethoden zu erheblichen Testverzögerungen bzw. zu Fehl- bzw. Falschmessungen, insbesondere zu einem Pseudoausschuss und scheint generell nicht beseitigbar zu sein.
Der Pseudoausschuss, nämlich Bauteile, Strukturbauteile, etc. die vollständig in Ordnung sind, jedoch auf Grund einer Testgasverseuchung als nicht in Ordnung gekennzeichnet werden, muss entweder aufwendig erneut geprüft werden, was zu einem erheblichen Eingriff bzw. zu einer zeitlichen Verzögerung führt, oder aber entsprechend den Herstellervorgaben zerstört werden, was wiederum zu einem wirtschaftlichen Nachteil führt, da eine Testgasverseuchung der Dichtheitsprüfanlage nicht unbedingt bereits nach einer weiteren Prüfung verschwunden ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtheitsprüfanordnung sowie ein Dichtheitsprüfverfahren aufzuzeigen, die es ermöglichen, den Pseudoausschuss an geprüften Bauteilen erheblich zu reduzieren, und auf diese Art und Weise die Wirtschaftlichkeit einer Dichtheitsprüfanordnung zu erhöhen.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Dichtheitsprüfanordnung nach Anspruch 1 sowie einem Dichtheitsprüfverfahren nach Anspruch 4.
Das Sensorsystem weist ein Massenspektrometer, ein Quadrupol-Massenspektrometer und/oder mindestens zwei einzelne Testgassensoren auf, wobei das Sensorsystem der Testgasmessanordnung mindestens zwei Testgase detektieren kann, und die Testgaszuführung mit mindestens zwei unterschiedlichen Testgasen beaufschlagbar ist, wobei entweder das erste Testgas, das zweite Testgas oder eine Kombination aus dem ersten und dem zweiten Testgas in dem Testgasraum einbringbar ist. Durch diese neuartige Ausgestaltung einer Dichtheitsprüfanordnung ist es möglich, die Anlage mit zwei unterschiedlichen Testgasen zu fahren, wobei diese beide detektiert werden.
Für den Fall einer Verseuchung würde im nächsten Vorgang ein anderes Testgas verwendet werden, was somit nicht zu einem Pseudoausschuss des zu testenden Strukturbauteils führen wird. Somit kann das Strukturbauteil ohne Pseudoausschuss geprüft werden und es werden nur noch die tatsächlich undichten Bauteile als NIO, nicht – in – Ordnung gekennzeichnet und entsprechend vernichtet, nachbearbeitet oder dgl, was zu einer immensen Kostenersparnis bei der Herstellung führt, da entweder nur noch so viele Elemente produziert werden, wie benötigt werden oder aber der tatsächliche Produktionsausstoß deutlich, nämlich genau um den Pseudoausschuss erhöht wird.
In einer einfachen Ausgestaltung können einfache Sensoren zur Detektion der Testgase bzw. deren Konzentration in der Luft verwendet werden. Bevorzugt können jedoch Sensorsysteme verwendet werden, die zwei oder mehr Testgase detektieren können.
Die Testgaszuführung ist erfindungsgemäß mit mindestens zwei unterschiedlichen Testgasen beaufschlagbar, wobei entweder das erste Testgas, das zweite Testgas oder eine Kombination aus dem ersten und dem zweiten Testgas nutzbar ist, wobei die Testgase bevorzugt Wasserstoff (H²), besonders bevorzugt als Formiergas, Helium (HE) und/oder Kohlenstoffdioxid (CO²) sind. Hierbei ist deren einfache und kostengünstige Verfügbarkeit der wichtigste und ausschlaggebende Aspekt. Selbstverständlich können auch andere Gase verwendet werden. Es sei noch angemerkt, dass bei Verwendung von Formiergas keinerlei Probleme in Bezug auf eine mögliche Explosionsgefahr bestehen. Die Wasserstoffkonzentration innerhalb eines Druckluft-Testgas-Gemisches mit Basis von Formiergas kann auf Grund der Verwendung eines Quadrupol-Massenspektrometers derart gering gehalten werden, dass sich durch Verwendung von Formiergas keinerlei Probleme ergeben.
Das Sensorsystem weist ein Massenspektrometer, insbesondere ein Quadrupol-Massenspektrometer und/oder mindestens zwei einzelne Testgassensoren auf, wobei das Sensorsystem der Testgasmessanordnung in einer besonders bevorzugten Ausführung mindestens zwei Testgase detektieren kann.
Ein Quadrupol-Massenspektrometer ist ein „Partialdruckmessgerät“ für das Feinvakuum, Hochvakuum bzw. Ultrahochvakuum und ist in einer kostengünstigen Variante als Restgasanalysator erhältlich. Quadrupol-Massenspektrometer sind ein häufiger Massenspektrometer-Typ, da die Geräte kompakt und kostengünstig gebaut werden können. Quadrupole sind außerdem schnell genug, um eine schnelle Restgasanalyse durchführen zu können. Gerade in der automatisierten Dichtheitsprüfung ist der Zeitfaktor von besonderer Bedeutung.
Das Quadrupol-Massenspektrometer stellt für diese Aufgabenbereiche einen guten Kompromiss aus Leistungsfähigkeit, Platzaufwand und Anschaffungskosten dar, da hier die Eigenschaften, wie beispielsweise die einfache Art des Scannens über den gesamten Massebereich, die hohe Empfindlichkeit, die hohe Mess- und Wiederholungsrate sowie der große Messbereich und die Kompatibilität zu den allgemeinen vakuumtechnischen Anforderungen wie kleine Abmaße, beliebige Einbauposition und geringe Eigengasabgabe, besonders zum Tragen kommen.
Weiter ist eine Testgasraum-Vorbereitungsanordnung zur Vorbereitung des Testgasraumes zur Aufnahme von Druckluft und/oder Testgases vorgesehen, wobei

– die Testgasraum-Vorbereitungsanordnung eine Testgasraum-Vakuumanordnung zum Evakuieren des Testgasraumes im Falle der Dichtheitsprüfung eines Strukturbauteils oder
– ein Vorbereitungsabschnitt, bevorzugt mit einer kontrollierten Atmosphäre, im Falle einer auf Dichtheit zu prüfenden geschlossenen Verpackung/Objektes ist.

Es ist eine Mischanordnung zur Mischung des/der Testgase mit Druckluft vor oder in dem Testgasraum vorgesehen, wobei in der Mischanordnung Mittel zur homogenen Mischung des Testgases mit der Druckluft vorgesehen sind, wobei die Testgaszuführung mindestens drei einzelne Einbringmittel aufweist, die direkt in den Testgasraum eindringend oder dort angeordnet sind, wobei ein erstes Einbringmittel mit Druckluft, ein zweites Einbringmittel mit einem ersten Testgas und ein drittes Einbringmittel mit einem zweiten Testgas beaufschlagbar ist.
Hierdurch erfolgt zum einen eine optimale Durchmischung des Testgasdruckluftgemisches innerhalb des Testgasraumes und weiter erfolgt eine sehr gute Regelung und Dosierung der Testgasmenge. Insbesondere kann der Einfüllvorgang während des Tests sehr fein und zudem auch dynamisch dosiert werden, so dass bereits bei einem kleinen Testgasdruck eine empfindliche Grobleckmessung vorgenommen werden kann, um eine Testgasverseuchung bei sehr hohem Testgasdruck zu vermeiden. Das Mischungsverhältnis von Testgas zu Druckluft ist ca. um den Faktor 100 bis 1000 kleiner als das bisherige Mischungsverhältnis von im Stand der Technik bekannten Dichtheitsprüfanordnungen, so dass der Verbrauch an teurem Testgas stark reduziert werden kann.
Diesbezüglich kann eine erste frühe Testgasmessung durch eine kleine Probe am Anfang des Testgasmischvorganges erfolgen, so dass das Sensorsystem, beispielsweise ein Quadrupol-Massenspektrometer bereits frühzeitig eine Grobleckage detektieren kann. Sollte bereits zu Beginn der Grobleckage-Messung ein Leck detektiert werden, kann der weitere Prüfvorgang sofort beendet werden, wodurch Testgas eingespart wird.
Sollte eine Testgasverseuchung der Dichtheitsprüfanordnung durch ein undichtes Strukturbauteil erfolgt sein, so wird einfach bei der nächsten Messung durch entsprechend angesteuerte Steuerventile auf das zweite Testgas umgeschaltet, das dann wiederum durch das Sensorsystem, aufgrund dessen breiten Messbereiches, detektiert werden kann. Die Nutzung des zweiten Testgases erfolgt lediglich so lange, bis die Verseuchung mit dem ersten Testgas nicht mehr im Untergrund zu detektieren ist. Dies kann beispielsweise besonders interessant sein, wenn man ein erstes günstiges Testgas und ein zweites teureres Testgas verwendet.
Das Dichtheitsprüfverfahren für die nacheinander durchzuführende Reihenprüfung einer Mehrzahl von Strukturbauteilen oder Verpackungen/Objekten mit einer erfindungsgemäßen Dichtheitsprüfanordnung, wobei ein Testgas zur Dichtheitsprüfung in den Testgasraum eingebracht wird und eine Detektion auf das Testgas im Prüfraum durchgeführt wird, wobei

a) bei Detektion des Testgases im Prüfraum das geprüfte Strukturbauteil oder Verpackung/Objekt eine Undichtigkeit aufweist (NIO);

b) bei fehlender Detektion des Testgases im Prüfraum das geprüfte Strukturbauteil oder Verpackung/Objekt keine Undichtigkeit aufweist (IO);

umfasst in zeitlicher Überschneidung zur, vor und/oder nach der Dichtigkeitsprüfung eine Detektion/Auswertung auf Verseuchung des Prüfraumes durch das Testgas, wobei im Falle einer Verseuchung des Prüfraumes oder einer festgestellten Undichtigkeit ein Umschalten von einem präferierten Testgas auf ein Ersatztestgas für die nächste durchzuführende Dichtheitsprüfungsmessung erfolgt.
In zeitlicher Überschneidung zur, vor und/oder nach der Dichtigkeitsprüfung erfolgt eine Detektion/Auswertung auf Verseuchung des Prüfraumes durch das präferierte Testgas, wobei im Falle, dass keine Verseuchung des Prüfraumes mehr vorliegt, ein Umschalten von dem Ersatztestgas auf das präferierte Testgas für die nächste durchzuführende Dichtheitsprüfungsmessung erfolgt.
Weiter erfolgt in zeitlicher Überschneidung zur, vor und/oder nach der Dichtigkeitsprüfung eine Detektion/Auswertung auf Verseuchung des Prüfraumes durch das Ersatztestgas und im Falle einer Verseuchung des Prüfraumes oder einer festgestellten Undichtigkeit erfolgt ein Spülen des Prüfraumes und/oder der Testkammer mit Luft und das präferierte Testgas wird bei der nächsten durchzuführenden Dichtheitsprüfung verwendet.
Vor der Zufuhr des Testgases erfolgt eine Detektion auf Verseuchung des Prüfraumes mit dem Testgas, wobei hierzu vor der Zuführung des Testgases der Prüfraum auf Anwesenheit des Testgases geprüft wird und bei Detektion des Testgases auf das andere Testgas für den aktuellen Dichtheitsprüfvorgang umgeschaltet wird.
Sollte eine Verseuchung der Testkammer mit einem der Testgase erfolgt sein, so wird auf das andere Testgas umgeschaltet. Sollte auch eine Verseuchung mit dem anderen Testgas vorliegen und die Verseuchung mit dem ersten Testgas noch nicht vollständig verflogen sein, so erfolgt erfindungsgemäß eine Spülung der Testkammer mit Luft und eine Umschaltung auf das präferierte Testgas.
Eine weitere sich ergebende Teil-Aufgabe der Erfindung ist die Verringerung an Testgas zur Durchführung der Dichtheitsprüfung, so dass der Testgasverbrauch reduziert wird, wodurch weitere erhebliche wirtschaftliche Vorteile entstehen. Diese Aufgabe ist insbesondere im Nachgang zu den bisherigen Ausführungen zu sehen.
Dadurch, dass die Testgasmessanordnung zwischen dem Prüfraum und dem Sensorsystem eine Probenstufe mit einer Zwischenkammer, einem zwischen der Zwischenkammer und dem Prüfraum angeordneten Prüfraum-seitigen Ventil, einem zwischen der Zwischenkammer und dem Sensorsystem angeordneten Sensorsystem-seitigen Ventil, einer an die Zwischenkammer angeschlossene Vakuumanordnung zur Evakuierung der Zwischenkammer und einem zwischen der Zwischenkammer und der Vakuumanordnung angeordneten Vakuumanordnung-seitigen Ventil aufweist, ist es zum einen möglich, ein hochempfindliches Messinstrument zur Testgasdetektion als Sensorsystem zu verwenden und zum anderen die Zeit für den Messvorgang zu reduzieren, da die Messung noch weiter geführt werden kann, obwohl die Testkammer bereits wieder entspannt und belüftet wird, wodurch insgesamt ein deutlich reduzierter Testgasverbrauch gegenüber dem bisherigen Stand der Technik gegeben ist und die Taktzeiten trotz einer wesentlich empfindlicheren Messung gleich bleibend sind bzw. sogar reduziert werden können, was letztendlich einem höheren Durchsatz gleich kommt.
Mittels der hintereinander geschalteten und in Richtung des Sensorsystems immer geringere Drücke aufweisenden Kammer bzw. Probenabschnitte sowie einer dazugehörigen verfahrensgemäßen Ansteuerung der entsprechenden Ventile ist es durch den sich zwischen den hintereinander geschalteten Stufen ausbildenden Differenzdruckausgleich möglich, die Gasprobe einem hoch sensitiven Sensorsystem zuzuführen. Bei den hintereinander geschalteten Stufen erfolgt eine Reduzierung der Drücke um mehrere Dekaden, so dass von dem anfänglichen Druck des Prüfraums, nämlich einem sehr einfachen Feinvakuum im Bereich von 1 bis 10^–3 mbar, über das Hochvakuum im Bereich von 10^–3 mbar bis 10^–6 mbar innerhalb der Probenstufe, bis hin zum Hoch- bis Ultrahochvakuum im Bereich von 10^–4 mbar bis 10^–7 mbar, der Druck der Probe aus dem Prüfraum abnimmt ohne dabei die Probenzusammensetzung wesentlich zu ändern.
Zudem ist mit Hilfe dieser Dichtheitsprüfanordnung eine schnelle Messung möglich, wobei sofort nach der ersten Gasprobennahme in die Zwischenkammer die Testkammer wieder entspannt und belüftet werden kann und ein neues Strukturbauteil bzw. eine geschlossene Verpackung bzw. Bauteil zur Prüfung vorgelegt werden kann.
Die Messempfindlichkeit der Dichtheitsprüfanordnung wird auf Grund der Möglichkeit bessere Sensorsysteme anzuschließen etwa um den Faktor 1.000 erhöht, was dazu führt, dass etwa nur ein hundertstel bzw. bis zu einem tausendstel der ursprünglich benötigten Testgasmenge für die Durchführung der Dichtheitsprüfung notwendig ist. Insbesondere seien hier Quadrupol-Massenspektrometer genannt, wobei auch vergleichbare Spektrometer und Sensoren verwendet werden können.
Das Volumen der Zwischenkammer korreliert mit der Größe des Prüfraumes, wobei das Volumen der Zwischenkammer im Bereich von 1 bis 1.000 cm³, insbesondere im Bereich von 1 bis 150 cm³ liegt. Die Größe der Zwischenkammer ist den Gegebenheiten entsprechend anzupassen, um die notwendige minimale Taktzeit zu realisieren, wobei die Zwischenkammer nicht zu groß aber auch nicht zu klein gewählt werden darf. Insbesondere spielen bei der Größenbestimmung die Leckrate, der Takt sowie die Druckverhältnisse eine wichtige Rolle.
Durch diese im Nachhinein recht einfache Konstruktion und Verbindung eines Quadrupol-Massenspektrometers mit einer Probenstufe mittels Differenzdruckmethode kann nunmehr der Testgasverbrauch erheblich gesenkt werden, da die Detektionsempfindlichkeit drastisch erhöht wird, wodurch insgesamt sich die Kosten, die für die Vorhaltung von Helium als Testgas notwendig sind, um den Faktor 100 bis 1.000 reduzieren lassen.
Der besondere Aspekt, warum diese Kombination aus Probenstufe und Quadrupol-Massenspektrometer hier generell anwendbar ist, ist die Nichtveränderung der Gaszusammensetzung. Das Gas, welches aus dem Prüfraum der Testkammer der Dichtheitsprüfanordnung probenmäßig entnommen wird, wird in dessen Gaszusammensetzung nicht geändert, sondern lediglich in dessen Druck erheblich reduziert und dem Quadrupol-Massenspektrometer zur Analyse zugeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante sind alle Vakuum-/Druckleitungen sehr kurz gehalten, um Prozesszeiten sehr kurz zu halten. Selbstverständlich sind die Volumina der Ventile und der Leitungen entsprechend zu berücksichtigen. Die Vakuumanordnung ist eine Membranpumpe, eine Drehschieberpumpe, und/oder eine Turbomolekularpumpe.
Durch eine Membranpumpe kann kostengünstig und höchst effizient das Vakuum für eine im Anschluss stattfindende Teilübertragung über die Druckdifferenz einer gezogenen Probe realisiert werden, damit im Anschluss die aus der Testkammer stammende Gasprobe zunächst in deren Druck, aber nicht in deren Zusammensetzung verändert und im Anschluss weiter an das Sensorsystem ebenfalls über die Druckdifferenz weiter gegeben wird, wobei die Gasprobe sodann im Sensorsystem analysiert werden kann.
Selbstverständlich kann das System der Probenstufe auch mehrfach hintereinander angewendet werden, wodurch eine mehrstufige Druckreduzierung erfolgt, jedoch sich die Gaszusammensetzung nicht ändert. Insbesondere können auf diese Weise die Probleme einer üblichen Drossel, nämlich Probleme durch Verschmutzung, den langsamen Gasdurchsatz sowie insbesondere die sich ändernde Gaszusammensetzung der gezogenen Probe, ausgeschlossen werden.
Zwischen dem Sensorsystem-seitigen Ventil der Zwischenkammer und dem Sensorsystem kann ergänzend mindestens eine Vakuumerhöhungsstufe angeordnet sein, wobei der Druck der im Sensorsystem zu untersuchenden Gasprobe des Prüfraumes weiter verringert wird.
Das Dichtheitsprüfverfahren für die Prüfung eines Strukturbauteils oder einer geschlossen Verpackung bzw. eines geschlossen Objekts mit einer zuvor dargestellten Dichtheitsprüfanordnung umfasst die Schritte:

1) Evakuieren der Zwischenkammer bei geschlossenem Prüfraum-seitigen Ventil und Sensor-seitigen Ventil durch die Vakuumanordnung bei geöffnetem Vakuumanordnung-seitigen Ventil,

2A) im Falle der Dichtheitsprüfung einer Wandung eines Strukturbauteils: a) Positionieren des Strukturbauteils bei offener Testkammer; b) Schließen der Testkammer und Abdichten des Strukturbauteils, so dass sich der Testgasraum und der Prüfraum ausbilden; c) Evakuieren des Prüfraums und des Testgasraums; d) Mischen und Einleiten eines Gasgemisches umfassend Druckluft und/oder ein Testgas in den Testgasraum;

2B) im Falle der Dichtheitsprüfung einer geschlossenen Verpackung/eines geschlossenen Objekts: a) Vorbereiten des Testgasraumes durch Befüllen des Innenraumes der geschlossenen Verpackung/Objekts als Testgasraum mit Druckluft und/oder Testgas b) Positionieren der geschlossenen und mit Druckluft und/oder Testgas befüllten Verpackung/Objekts bei offener Testkammer; c) Schließen der Testkammer, so dass sich der Prüfraum ausbildet; d) Evakuieren des Prüfraums;
3) Schließen des Vakuumanordnung-seitigen Ventils und anschließendes Ziehen einer Probe aus dem Prüfraum über das Druckgefälle eines Teils der Gasprobe durch kurzzeitiges Öffnen und anschließendes Schließen des Prüfraum-seitigen Ventils;
4) a) Freigeben eines Teils der oder der in der Zwischenkammer befindlichen Gasprobe des Prüfraumes an das Sensorsystem über das Druckgefälle durch Öffnen des Sensorsystem-seitigen Ventils während des Analysierens der Gasprobe durch das Sensorsystem und Bewertung der Dichtheit des Strukturbauteils oder der geschlossenen Verpackung/ Objekts;

b) in zeitlicher Überschneidung Belüften der Testkammer zur Neubestückung mit dem nächsten Strukturbauteil durch Entfernen des Strukturbauteils oder der geschlossenen Verpackung/Objekts,

Insbesondere besteht hierbei die Möglichkeit kurze Proben zu ziehen und diese unabhängig von der weiteren Befüllung der Testkammer zu analysieren.
Die Öffnungszeit des Prüfraum-seitigen Ventils [Schritt 3] und/oder des Sensorsystem-seitigen Ventils [Schritt 4)a)] durch kurzzeitiges Öffnen und anschließendes Schließen liegt im Bereich von 0,1 bis 9 Sekunden, insbesondere beträgt die Öffnungszeit 0,5 bis 2 Sekunden, da durch dieses kurze Öffnen nur eine sehr begrenzte Menge der Gasprobe durch den Druckdifferenzausgleich überführt wird.
Nach dem Verfahrensschritt 2A) c) oder 2B) d) kann zunächst das Schließen des Vakuumanordnung-seitigen Ventils und anschließend das Ziehen einer Probe aus dem Prüfraum durch kurzzeitiges Öffnen und anschließendes Schließen des Prüfraum-seitigen Ventils erfolgen [Schritt 3], wobei im Anschluss durch Freigeben eines Teils der oder der in der Zwischenkammer befindlichen Gasprobe des Prüfraumes an das Sensorsystem über das Druckgefälle durch Öffnen des Sensorsystem-seitigen Ventils [Schritt 4)a)] eine Gasanalyse der Gasprobe aus dem Prüfraum durch das Sensorsystem auf Verseuchung mit dem Testgas aus der vorherig durchgeführten Dichtheitsprüfung untersucht wird, wobei bei der Detektion einer Verseuchung des Prüfraumes mit dem ersten Testgas eine Umschaltung der Testgaszuführung auf ein zweites Testgas oder eine Kombination aus dem ersten und zweiten Testgas erfolgt. Es erfolgt somit eine Untersuchung des Untergrundes, wodurch zudem auch eine Kalibrierung realisiert werden kann, die immer von der aktuellen Testatmosphäre abhängig ist und bei der Gasprobenbewertung einbezogen werden kann.
Nach dem Wechsel des Testgases bei einer Testgasverseuchung der Testkammer wird das erste Testgas weiterhin detektiert, wobei bei Unterschreitung einer Verseuchungsgrenze des ersten Testgases erneut auf das erste Testgas umgeschaltet wird. Hierbei können insbesondere kostengünstige Testgase bevorzugt verwendet werden.
Das Mischen und Einleiten des Testgases und der Druckluft in den Testgasraum kann gleichzeitig von Anfang an erfolgen oder aber zeitlich versetzt. Zunächst kann die Druckluft und im Anschluss oder im letzten Drittel der Drucklufteinbringung das Testgas in den Testgasraum eingebracht werden. Hierbei ist es wichtig, dass während der Testgaseinbringung das Testgas ausreichend gut innerhalb des Testgasraumes verteilt wird. Bevorzugt wird das Testgas zuerst in einen zu prüfenden Prüfling eingebracht und erst im Anschluss die Druckluft hinzugefügt, so dass in einem zu Prüfling eine bessere Vermischung erfolgt.
Während der Prüfung auf eine Testgasverseuchung könnte eine Kalibrierung des Untergrundes im Prüfraum erfolgen, wobei die weiteren Auswertungen der Prüfraumproben in Bezug auf eine Undichtigkeit des Strukturbauteils unter Berücksichtigung der Kalibrierung erfolgen. Hierdurch wird die relative Prüfgenauigkeit nochmals deutlich erhöht.
Die Druckluft wird aus der vorhandenen Umgebungsluft erzeugt und ist für die Nutzung als Testgas in Verbindung mit einem Quadrupol-Massenspektrometer möglich.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung detailliert beschrieben.
Darin zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dichtheitsprüfanordnung am Beispiel eines Aluminiumrades mit einer ersten Variante einer Testgasmessanordnung;
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante der Testgasmessanordnung zur Detektion entsprechend dem Ausführungs- und Anwendungsbeispiels aus 1;
3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dichtheitsprüfanordnung am Beispiel eines Aluminiumrades und
4a, 4b eine schematische Darstellung eines Ausführungs- und Anwendungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dichtheitsprüfanordnung am Beispiel eines Fasses, das samt einem zum spezifischen Fass dazugehörigen Deckel auf Dichtheit geprüft werden soll, wobei zunächst Fässer mit unterschiedlichen Testgasen gefüllt werden (4a) und anschließend auf Dichtheit geprüft (4b) werden, wobei die Fässer in Abhängigkeit einer etwaigen Verseuchung der Anlage zugeführt werden.
In 1 ist eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dichtheitsprüfanordnung 1 am Beispiel eines Aluminiumrades 2 mit einer ersten Variante einer Testgasmessanordnung 7.
Die Dichtheitsprüfanordnung 1 besteht aus einer Testkammer 3, einer Testgaszuführung 6 sowie einer Testgasmessanordnung 7. Weiter sind noch Vakuumanordnungen 41 und 51 vorgesehen.
Innerhalb der Testkammer 3 wird das Strukturbauteil/die Autofelge 2 auf einer unteren Dichtplatte 31 automatisiert aufgesetzt. Im Anschluss daran wird die Testkammer 3 mittels der oberen Dichthülle 32, die auf die untere Dichtplatte 31 aufgesetzt und mit Dichtungen 33 abgedichtet wird, verschlossen. Hierbei bildet sich ein Testgasraum 4 und ein Prüfraum 5 aus. Der Testgasraum 4 ist zwischen der Testkammer 3 und der Autofelge 2 realisiert, wobei dies im Wesentlichen dem späteren auf die Autofelge 2 aufzusetzenden Reifenmantel entspricht. Der Prüfraum 5 ist zwischen der unteren Dichtplatte 31 und dem oberen Teil der oberen Dichthülle 32 ausgebildet, wobei dies dem Innenraum der Autofelge 2 entspricht. Die auf Dichtheit zu prüfende Wandung der Autofelge 2 ist somit auf der einen Seite durch den Prüfraum 5 und auf der anderen Seite durch den Testgasraum 4 begrenzt.
Die Testgaszuführung 6 weist mindestens zwei Testgasversorgungen auf, nämlich erstes Testgas TG I, beispielsweise Helium, und zweites Testgas TG II, beispielsweise Wasserstoff oder Kohlenstoffdioxid. Ferner weist die Testgaszuführung 6 noch eine Druckluftversorgung DL auf. Die Druckluft und das Testgas können entweder, wie hier dargestellt, in einer Testgas-/Druckluft-Gasmischanordnung 61 vorgemischt und in den Testgasraum 4 bereits vorgemischt eingebracht werden oder mittels einzelner Zuleitungen und entsprechenden Düsen erst im Testgasraum 4 miteinander vermischt werden, wobei hier das Vermischen dynamisch ablaufen könnte, wobei bereits bei einer frühen Leckdetektion ein unnötiger weiterer Testgasverbrauch vermieden werden könnte.
Die Testgasmessanordnung 7 weist zwei einzelne Sensoren zur Gasdetektion spezifischer Gase auf, nämlich ein erster Sensor 721 zur Detektion des ersten Testgases TG I und einen zweiten Sensor 722 zur Detektion des zweiten Testgases TG II.
Ferner sind in der gesamten Anordnung weitere steuerbare Ventile 8 vorgesehen.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass es sich um eine abstrahierte Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Aufbaus der Dichtheitsprüfanordnung 1 handelt, in der die im Stand der Technik bekannten notwendigen Vakuumanordnungen, nämlich insbesondere Testgasraum-Vakuumanordnung 41 als auch Prüfraum-Vakuumanordnung 51 nicht weiter detailliert beschrieben sind, gleichwohl selbstverständlich entsprechend ausgebildet sind. Beispielsweise können hierzu mehrere gleichartige als auch unterschiedliche Vakuumpumpentypen miteinander zusammenwirken oder stufenweise nacheinander geschaltet sein, um ein entsprechend notwendiges Vakuum erzeugen zu können bzw. den Testgasraum 4 sowie den Prüfraum 5 entsprechend zu evakuieren.
Zur Dichtheitsprüfung der auf Dichtheit zu prüfenden Autofelge 2, die sich in der Testkammer 3 befindet, erfolgt zunächst nach dem Einbringen der Autofelge 2 in die Testkammer 3 und dem Schließen der Testkammer 3 das Evakuieren des Testgasraums 4 über die Testgasraumvakuumanordnung 41 und des Prüfraumes 5 über die Prüfraumvakuumanordnung 51. Das Evakuieren der Räume erfolgt in etwa bis in den Bereich 10^–1 mbar. Im Anschluss an das Evakuieren wird in den Testgasraum 4 über die Testgaszuführung 6 ein erstes Testgas TG I in Kombination mit Druckluft DL eingebracht.
Nunmehr erfolgt eine Probeentnahme aus dem Prüfraum 5, die dann durch den 721, 722 oder die Sensoren 721 und 722 ausgewertet wird bzw. deren Konzentration detektiert wird.
Auf Basis dieser Dichtheitsprüfung erfolgt die Sortierung der Autofelgen nach Status in Ordnung, falls keine Leckage vorgelegen hat, und nicht in Ordnung, falls eine Leckage vorgelegen hat.
Zur Vermeidung unnötiger Wartezeiten, hervorgerufen durch eine Leckage einer Autofelge 2 und einer dadurch hervorgerufenen Testgasverseuchung mit dem ersten Testgas TG I innerhalb der Testkammer 3, durch Spülen der Testkammer 3, kann nach einem Radwechsel durch entsprechende Umschaltung auf ein zweites Testgas TG II umgeschaltet werden und die nächste Dichtheitsprüfung sofort im Anschluss an den Radwechsel erfolgen.
In 2 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Variante der Testgasmessanordnung zur Detektion entsprechend dem Ausführungs- und Anwendungsbeispiels aus 1.
Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel aus 1 ist nunmehr Testgasmessanordnung 7 mit einem Quaudrupol-Massenspektrometer 72 ausgestattet, dass die Konzentration bzw. genauer gesagt der Partialdruck einer Zahl von Gasen, unter anderem auch der zu verwendenden Testgase TG I und TG II detektieren kann. Die entsprechende Testgaskonzentration C_TG wird bei der Messung entsprechend ausgegeben und weiter verarbeitet.
In 3 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dichtheitsprüfanordnung 1 am Beispiel eines Aluminiumrades 2 dargestellt.
Zum grundsätzlichen Aufbau wird auf 1 verwiesen.
Die Testgasmessanordnung 7 weist eine Probenstufe 71 sowie ein Sensorsystem, in diesem Ausführungsbeispiel ein Quadrupol-Massenspektrometer 72 auf.
Die Probenstufe 71 besteht aus einer Zwischenkammer 711 und einer Vakuumanordnung, insbesondere einer Membranpumpe 712, die die Zwischenkammer 711 bis in den Bereich eines Hochvakuums evakuiert. Hierzu sind weiter ein Prüfraum-seitiges Ventil 713 sowie ein Sensorsystem-seitiges Ventil 714 vorgesehen, die die Zwischenkammer 711 entsprechend einerseits von dem Quadrupol-Massenspektrometer 72 und andererseits von dem Prüfraum 5 absperren, während die Zwischenkammer 711 evakuiert wird.
Zur Dichtheitsprüfung der auf Dichtheit zu prüfenden Autofelge 2, die sich in der Testkammer 3 befindet, erfolgt zunächst nach dem Einbringen der Autofelge 2 in die Testkammer 3 und dem Schließen der Testkammer 3 das Evakuieren des Testgasraums 4 über die Testgasraumvakuumanordnung 41 und des Prüfraumes 5 über die Prüfraumvakuumanordnung 51. Das Evakuieren der Räume erfolgt in etwa bis in den Bereich 10^–1 mbar. Im Anschluss an das Evakuieren wird in den Testgasraum 4 über die Testgaszuführung 6 ein erstes Testgas TG I in Kombination mit Druckluft DL eingebracht.
Nunmehr erfolgt eine Probeentnahme aus dem Prüfraum 5, die dann der Zwischenkammer 711 durch kurzzeitiges Öffnen und anschließendes Schließen des Prüfraum-seitigen Ventils 713 zugeführt wird, wobei das Vakuumanordnungseitige Ventil 715 geschlossen ist. Dies erfolgt durch die Differenzdruckübertragung, da in das Vakuum in der Zwischenkammer um den Faktor 100 bis 1.000 besser ist als das Vakuum in dem Prüfraum 5.
Nachdem nunmehr der Druck in der Zwischenkammer 711 leicht angestiegen ist, bedingt durch das Eindringen der Gasprobe aus dem Prüfraum, kann nunmehr die in deren Gaszusammensetzung unveränderte Probe des Prüfraumes 5 durch Öffnen des Sensorsystem-/Quadrupol-Massenspektrometer-seitigen Ventiles 714 dem Quadrupol-Massenspektrometer 72 zur Analyse zugeführt werden, wobei hier ebenfalls die Übertragung auf Grund der Druck-Differenz erfolgt, da der im Bereich des Sensorsystems 72 vorherrschende Druck nochmals niedriger ist als der Druck der Zwischenkammer.
Und auch dieses Mal wird nicht der gesamte Inhalt der Zwischenkammer 711 in den Sensorsystembereich übergeleitet, sondern vielmehr nur ein Bruchteil der Gasprobe durch kurzzeitiges Öffnen und anschließendes Schließen des Sensorsystem-seitigen Ventils 714 in das Sensorsystem 72 übergeleitet, wobei sich erneut dessen Zusammensetzung nicht ändert.
Das Quadrupol-Massenspektrometer 72 analysiert die auf nunmehr erhöhtem Vakuumniveau aber mit gleicher Gaszusammensetzung vorliegende Probe des Prüfraumes 5 und gibt ein Ergebnis aus, das den Gehalt an Testgas TG I liefert. Dieses Messergebnis der Konzentration bzw. des Partialdruckes des ersten Testgases TG I in dem Probengas des Prüfraumes 5 wird dazu verwendet, um festzustellen, ob etwas von dem mit hohem Druck im Testgasraum 4 eingebrachten Testgas-/Druckluft-Gasgemisches durch die auf Dichtheit zu prüfende Autofelge 2 durch ein Leck in den Prüfraum 5 eingedrungen ist. Somit erhält man das Ergebnis, ob das Strukturbauteil, in diesem Fall eine Autofelge 2 an der entsprechend zu prüfenden Stelle die notwendige Dichtheit aufweist.
Auf Basis dieser Dichtheitsprüfung erfolgt die Sortierung der Autofelgen nach Status in Ordnung, falls keine Leckage vorgelegen hat, und nicht in Ordnung, falls eine Leckage vorgelegen hat.
Zur Vermeidung unnötiger Wartezeiten, hervorgerufen durch eine Leckage einer Autofelge 2 und einer dadurch hervorgerufenen Testgasverseuchung mit dem ersten Testgas TG I innerhalb der Testkammer 3, durch Spülen der Testkammer 3, kann nach einem Radwechsel durch entsprechende Umschaltung auf ein zweites Testgas TG II umgeschaltet werden und die nächste Dichtheitsprüfung sofort im Anschluss an den Radwechsel erfolgen.
Insbesondere ist es auch möglich, bereits vor der Testgaszuführung in den Testgasraum 4 eine Probe des Prüfraumes 5 zu ziehen und mit Hilfe der Probenstufe 71 und dem Sensorsystem 72 zu verarbeiten, wobei deren Analyse eine Verseuchung des Prüfraumes 5 mit dem Testgas TG I anzeigen würde und sofort noch vor dem Beginn der Testgasmischung auf ein anderes Testgas TG II umgeschaltet werden könnte. Hierdurch lassen sich Messfehler durch eine Testgasverseuchung effektiv verhindern.
In 4a und 4b ist eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungs- und Anwendungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dichtheitsprüfanordnung 1 am Beispiel eines Fasses 2’’ gezeigt, das samt einem zum spezifischen Fass 2’’ dazugehörigen Deckel 21’’ auf Dichtheit geprüft werden soll, wobei zunächst Fässer 2’’ mit unterschiedlichen Testgasen TG I, TG II gefüllt (4a) und anschließend auf Dichtheit geprüft (4b) werden, wobei die Fässer 2’’* in Abhängigkeit einer etwaigen Verseuchung der Anlage zugeführt werden. Die eigentliche Dichtheitsprüfanordnung 1 ist hierzu in zwei Teilabschnitte, entsprechend 4a und 4b, aufgesplittet worden, um auf diese Weise ein Endprodukt, beispielsweise ein Transportfass 2“* mit einem entsprechend dazugehörigen Fassdeckel 21“ im Endzustand, also bei verschlossenem spezifischen Fassdeckel 21“ auf Dichtheit zu prüfen.
In 4a wird hierzu das Fass 2“ entsprechend evakuiert und mittels Druckluft DL und/oder Testgas TG I, TG II befüllt und nach dem Befüllen mit dem zum Fass 2“ gehörenden Fassdeckel 21“ verschlossen (2“*).
Das so vorbereitete Fass 2“* wird sodann in der Testkammer 3 entsprechend auf Dichtheit geprüft. Hierzu wird auf die vorherigen Ausführungsbeispiele verwiesen.
Das Befüllen des auf Dichtheit zu prüfenden Objektes mit Druckluft DL und/oder Testgas TG I, TG II kann auch in einer speziellen Atmosphäre erfolgen, so dass das Objekt in einer speziellen Kammer entsprechend gefüllt mit Druckluft DL und/oder Testgas TG I, TG II quasi gefüllt und anschließend auch dort verschlossen wird.
Im Sinne dieser Druckschrift sind ferner Arzneimittelverpackung und dgl. als geschlossene Verpackung 2“, 2“* im Sinne des auf Dichtheit zu prüfenden Gegenstandes zu sehen. Derartige Arzneimittelverpackungen, beispielsweise Blister- oder Schweißverpackungen, Dosiersprays oder Langzeit-Medikamentverpackungen können während des Befüllens mit dem Medikament zusätzlich mit Druckluft DL und/oder Testgas TG I, TG II befüllt werden und nach dem Schließen bzw. Versiegeln auf Dichtheit geprüft werden. Hierdurch kann eine lange bzw. längere Haltbarkeit garantiert werden. Ebenso sind bei alleiniger Befüllung des versiegelten Innenraumes der Verpackung mit einem Testgas später Proben auf Dichtheit möglich.
Ferner sind auch Herzschrittmacher und andere vor der Anwendung bzw. Verwendung auf Dichtheit zu prüfende geschlossene Bauteile, Energiequellen und Geräte auf Dichtheit entsprechend prüfbar. Auf diese Weise kann die Dichtheit des Gerätes, beispielsweise eines im menschlichen Körper zu verbauenden Herzschrittmachers, gewährleistet werden.
Bei der Dichtheitsprüfung von medizinischen Geräten oder Arzneimittelverpackungen müssen selbstverständlich für den Körper und die Geräte bzw. Medikamente unschädliche Testgase verwendet werden, so dass bei der späteren Verwendung keine Schädigungen durch das Testgas entstehen können.
Im Sinne eines Strukturbauteils 2 bzw. einer geschlossenen Verpackung, eines geschlossenen Objekts bzw. Bauteils 2“, 2“* sind aber auch Kälteleitungen, Druck- und Saugleitungen, Wärmetauschern, wie Kühlern und dgl., Pumpengehäusen, Stoßdämpfern sowie Federbeinen und Dämpfern, Kraftstofftanks, Ventilen, Motoren, Armaturen, Leuchtmitteln und dgl. sowie Luftfahrt-Bauteile zu verstehen, so dass auf diese Elemente ebenfalls die Anordnung bzw. das Verfahren angewandt werden können.
Die Sensoranordnung des Sensorsystems der Testgasmessanordnung 72 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei einzelnen Sensoren, einem ersten Sensor 721 für das erste Testgas TG I und einem zweiten Sensor 722 für das zweite Testgas TG II.
Erfindungsgemäß können diese beiden Sensoren 721 und 722 sowohl gleichzeitig betrieben werden, um so eine etwaige Verseuchung des Untergrundes festzustellen bzw. zu detektieren, ob die Verseuchung wieder verschwunden ist, oder aber einzeln angesteuert werden, was durch die Ventile 8 erfolgen könnte.
Weiter ist die Art der Handhabung und Befüllung der zu auf Dichtheit zu prüfenden Fässer, Verpackungen bzw. geschlossenen Objekte 2’’, 2’’* unterschiedlich. In diesem Ausführungsbeispiel werden einige Objekte 2’’, 2’’* bewusst von Anfang an mit dem zweiten Testgas TG II gefüllt, so dass zunächst die mit dem ersten Testgas TG I gefüllten Objekte 2’’, 2’’* auf Dichtheit geprüft werden.
Jedoch kann beim Auftreten einer etwaigen Verseuchung sofort auf ein mit einem zweiten Testgas gefülltes Objekt 2’’, 2’’* umgeschaltet werden, so dass die Dichtheitsprüfung fortgesetzt werden kann. Sobald die Verseuchung verschwunden ist, können wieder die mit dem ersten Testgas TG I gefüllten Objekte 2’’, 2’’* geprüft werden. Es ist sinnvoll mehr Fässer mit dem ersten günstigen Testgas TG I vorzuhalten als mit dem teureren Testgas TG II.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen können sich zudem aus den Figuren selbst ergeben.
Bezugszeichenliste

1: Dichtheitsprüfanordnung
2: Strukturbauteil/Autofelge/Aluminiumrad
2’’: Fass/Verpackung/Objekt
2’’*: Fass/geschlossene Verpackung/Objekt – gefüllt mit Testgas
21’’: Fassdeckel
3: Testkammer
31: untere Dichtplatte
32: obere Dichthülle
33: Dichtung
4: Testgasraum
41: Testgasraum-Vakuumanordnung
5: Prüfraum
51: Prüfraum-Vakuumanordnung
6: Testgaszuführung
61: TG/DL-Gasmischanordnung
7: Testgasmessanordnung
71, 71’: Probenstufe
711, 711’: Zwischenkammer
712, 712’: Vakuumanordnung, Membranpumpe
713, 713’: Prüfraum-seitiges Ventil
714, 714’: Sensorsystem-/Quadrupol-Massenspektrometer-seitiges Ventil
715, 715’: Vakuumanordnung-seitiges Ventil
72: Sensorsystem/Quadrupol-Massenspektrometer
721: erster Sensor
722: zweiter Sensor
8: steuerbares Ventil
C_TG: Konzentration Testgas
DL: Druckluft
TG I: erstes Testgas, He
TG II: zweites Testgas, CO₂

Claims

Dichtheitsprüfanordnung (1) für die Prüfung eines Strukturbauteils (2) oder einer geschlossenen Verpackung/Objekts (2’’ + 21’’, 2“*) mit einer auf Dichtheit zu prüfenden Wandung, aufweisend: – eine Testkammer (3), in der während der Dichtheitsprüfung das Strukturbauteil (2) oder die Verpackung/Objekt (2’’ + 21“, 2“*) angeordnet ist; – einen Testgasraum (4), der auf einer ersten Seite der Wandung des Strukturbauteils (2) und der Testkammer (3) ausgebildet ist oder der dem Innenraum der Verpackung/des Objekts (2’’ + 21’’, 2“*) entspricht; – einen Prüfraum (5), der auf einer zweiten Seite der Wandung des Strukturbauteils (2) und der Testkammer (3) ausgebildet ist oder zwischen der Wandung der Verpackung/Objekt (2’’ + 21’’, 2“*) und der Testkammer (3) ausgebildet ist; – eine Testgaszuführung (6) zur Zuführung von Druckluft (DL) und/oder eines Testgases (TG) in den Testgasraum (4); – eine Testgasmessanordnung (7) zur Messung oder Detektion des Testgases (TG) in dem Prüfraum (5) mit einem Sensorsystem (72); – eine Prüfraum-Vakuumanordnung (51) zur Evakuierung des Prüfraumes (5); dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem (72) ein Massenspektrometer, ein Quadrupol-Massenspektrometer (72) und/oder mindestens zwei einzelne Testgassensoren (721, 722) aufweist, wobei das Sensorsystem (72, 721, 722) der Testgasmessanordnung (7) mindestens zwei Testgase (TG I und TG II) detektieren kann, und die Testgaszuführung (6) mit mindestens zwei unterschiedlichen Testgasen (TG I, TG II) beaufschlagbar ist, wobei entweder das erste Testgas (TG I), das zweite Testgas (TG II) oder eine Kombination aus dem ersten (TG I) und dem zweiten Testgas (TG II) in dem Testgasraum (4) einbringbar ist und eine Mischanordnung (61) zur Mischung des/der Testgase (TG I, TG II) mit Druckluft (DL) vor oder in dem Testgasraum (4) vorgesehen ist, wobei in der Mischanordnung (61) Mittel zur homogenen Mischung des Testgases (TG I, TG II) mit der Druckluft vorgesehen sind, wobei die Testgaszuführung (6) mindestens drei einzelne Einbringmittel aufweist, die direkt in den Testgasraum (4) eindringend oder dort angeordnet sind, wobei ein erstes Einbringmittel mit Druckluft (DL), ein zweites Einbringmittel mit einem ersten Testgas (TG I) und ein drittes Einbringmittel mit einem zweiten Testgas (TG II) beaufschlagbar ist.
Dichtheitsprüfanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Testgas (TG I, TG II) Wasserstoff (H²), Helium (HE) und/oder Kohlenstoffdioxid (CO²) ist.
Dichtheitsprüfanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Testgasraum-Vorbereitungsanordnung zur Vorbereitung des Testgasraumes (4) zur Aufnahme von Druckluft (DL) und/oder Testgases (TG I, TG II) vorgesehen ist, wobei – die Testgasraum-Vorbereitungsanordnung eine Testgasraum- Vakuumanordnung (41) zum Evakuieren des Testgasraumes (4) im Falle der Dichtheitsprüfung eines Strukturbauteils (2) oder – ein Vorbereitungsabschnitt, bevorzugt mit einer kontrollierten Atmosphäre, im Falle einer auf Dichtheit zu prüfenden geschlossenen Verpackung/Objektes (2’’ + 21’’, 2“*) ist.
Dichtheitsprüfverfahren für die nacheinander durchzuführende Reihenprüfung einer Mehrzahl von Strukturbauteilen (2) oder Verpackungen/Objekte (2’’ + 21’’, 2“*) mit einer Dichtheitsprüfanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Testgas (TG I/TG II) zur Dichtheitsprüfung in den Testgasraum (4) eingebracht wird und eine Detektion auf das Testgas (TG I/TG II) im Prüfraum (5) durchgeführt wird, wobei: a) bei Detektion des Testgases (TG I/TG II) im Prüfraum (5) das geprüfte Strukturbauteil (2) oder Verpackung/Objekt (2’’ + 21’’, 2“*) eine Undichtigkeit aufweist (NIO); oder b) bei fehlender Detektion des Testgases (TG I/TG II) im Prüfraum (5) das geprüfte Strukturbauteil (2) oder Verpackung/Objekt (2’’ + 21’’, 2“*) keine Undichtigkeit aufweist (IO); dadurch gekennzeichnet, dass in zeitlicher Überschneidung zur, vor und/oder nach der Dichtigkeitsprüfung eine Detektion/Auswertung auf Verseuchung des Prüfraumes (5) durch das Testgas (TG I/TG II) erfolgt und im Falle einer Verseuchung des Prüfraumes (5) oder einer festgestellten Undichtigkeit ein Umschalten von einem präferierten Testgas (TG I) auf ein Ersatztestgas (TG II) für die nächste durchzuführende Dichtheitsprüfungsmessung erfolgt.
Dichtheitsprüfverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in zeitlicher Überschneidung zur, vor und/oder nach der Dichtigkeitsprüfung eine Detektion/Auswertung auf Verseuchung des Prüfraumes (5) durch das präferierte Testgas (TG I) erfolgt und im Falle, dass keine Verseuchung des Prüfraumes (5) mehr vorliegt ein Umschalten von dem Ersatztestgas (TG II) auf das präferierte Testgas (TG I) für die nächste durchzuführende Dichtheitsprüfungsmessung erfolgt.
Dichtheitsprüfverfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in zeitlicher Überschneidung zur, vor und/oder nach der Dichtigkeitsprüfung eine Detektion/Auswertung auf Verseuchung des Prüfraumes (5) durch das Ersatztestgas (TG II) erfolgt und im Falle einer Verseuchung des Prüfraumes (5) oder einer festgestellten Undichtigkeit ein Spülen des Prüfraumes (5) und/oder der Testkammer (3) mit Luft erfolgt und das präferierte Testgas (TG I) bei der nächsten durchzuführenden Dichtheitsprüfung verwendet wird.
Dichtheitsprüfverfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Zufuhr des Testgases (TG I/TG II) eine Detektion auf Verseuchung des Prüfraumes (5) mit dem Testgas (TG I/TG II) erfolgt, wobei hierzu vor der Zuführung des Testgases (TG I/TG II) der Prüfraum (5) auf Anwesenheit des Testgases (TG I/TG II) geprüft wird und bei Detektion des Testgases (TG I/TG II) auf das andere Testgas (TG II/TG I) für den aktuellen Dichtheitsprüfvorgang umgeschaltet wird.
Dichtheitsprüfverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Testgasmessanordnung (7) zwischen dem Prüfraum (5) und dem Sensorsystem (72) eine Probenstufe (71) mit – einer Zwischenkammer (711), – einem zwischen der Zwischenkammer (711) und dem Prüfraum (5) angeordneten Prüfraum-seitigen Ventil (713), – einem zwischen der Zwischenkammer (711) und dem Sensorsystem (72) angeordneten Sensorsystem-seitigen Ventil (714), – einer an die Zwischenkammer (711) angeschlossene Vakuumanordnung (712) zur Evakuierung der Zwischenkammer (711) und – einem zwischen der Zwischenkammer (711) und der Vakuumanord nung (712) angeordneten Vakuumanordnung-seitigen Ventil (715) aufweist, wobei das Dichtheitsprüfverfahren weiter die Schritte umfasst: 1) Evakuieren der Zwischenkammer (711) bei geschlossenem Prüfraum-seitigen Ventil (713) und Sensor-seitigen Ventil (714) durch die Vakuumanordnung (712) bei geöffnetem Vakuumanordnung- seitigen Ventil (715), wobei in zeitlicher Überschneidung hierzu erfolgt: 2A) im Falle der Dichtheitsprüfung einer Wandung eines Strukturbauteils (2): a) Positionieren des Strukturbauteils (2) bei offener Testkammer (3); b) Schließen der Testkammer (3) und Abdichten des Strukturbauteils (2), so dass sich der Testgasraum (4) und der Prüfraum (5) ausbilden; c) Evakuieren des Prüfraums (5) und des Testgasraums (4); d) Mischen und Einleiten eines Gasgemisches umfassend Druckluft (DL) und/oder ein Testgas (TG I, TG II) in den Testgasraum (4); oder 2B) im Falle der Dichtheitsprüfung einer geschlossenen Verpackung/ eines geschlossenen Objekts (2’’ + 21’’, 2“*): a) Vorbereiten des Testgasraumes (4) durch Befüllen des Innen raumes der geschlossenen Verpackung/Objekts (2’’ + 21’’, 2“*) als Testgasraum (4) mit Druckluft (DL) und/oder Testgas (TG I, TG II) b) Positionieren der geschlossenen und mit Druckluft (DL) und/oder Testgas (TG I, TG II) befüllten Verpackung/Objekts (21“*) bei offener Testkammer (3); c) Schließen der Testkammer (3), so dass sich der Prüfraum (5) ausbildet; d) Evakuieren des Prüfraums (5); 3) Schließen des Vakuumanordnung-seitigen Ventils (715) und anschließendes Ziehen einer Probe aus dem Prüfraum (5) über das Druckgefälle eines Teils der Gasprobe durch kurzzeitiges Öffnen und anschließendes Schließen des Prüfraum-seitigen Ventils (713); 4) a) Freigeben eines Teils der oder der in der Zwischenkammer (711) befindlichen Gasprobe des Prüfraumes (5) an das Sensorsystem (72) über das Druckgefälle durch Öffnen des Sensorsystem- seitigen Ventils (714) während des Analysierens der Gasprobe durch das Sensorsystem (72) und Bewertung der Dichtheit des Strukturbauteils (2) oder der geschlossenen Verpackung/ Objekts (2’’ + 21’’, 2“*); und b) in zeitlicher Überschneidung Belüften der Testkammer (3) zur Neubestückung mit dem nächsten Strukturbauteil (2) durch Entfernen des Strukturbauteils (2) oder der geschlossenen Verpackung/Objekts (2’’ + 21’’, 2“*), wobei, bevorzugt vor dem Schritt 2A)d) oder 2B)a), eine Detektion des Prüfraumes (5) oder der Testkammer (3) auf Verseuchung mit einem Testgas (TG I/TG II) erfolgt.
Dichtheitsprüfverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verfahrensschritt 2A) c) oder 2B) d) zunächst das Schließen des Vakuumanordnung-seitigen Ventils (715) und anschließend das Ziehen einer Probe aus dem Prüfraum (5) durch kurzzeitiges Öffnen und anschließendes Schließen des Prüfraum-seitigen Ventils (713) erfolgt [Schritt 3], wobei im Anschluss durch Freigeben eines Teils der oder der in der Zwischenkammer (711) befindlichen Gasprobe des Prüfraumes (5) an das Sensorsystem (72) über das Druckgefälle durch Öffnen des Sensorsystem-seitigen Ventils (714) [Schritt 4)a)] eine Gasanalyse der Gasprobe aus dem Prüfraum (5) durch das Sensorsystem (72) auf Verseuchung mit dem Testgas (TG I) aus der vorherig durchgeführten Dichtheitsprüfung untersucht wird, wobei bei der Detektion einer Verseuchung des Prüfraumes (5) mit dem ersten Testgas (TG I) eine Umschaltung der Testgaszuführung (6) auf ein zweites Testgas (TG II) oder eine Kombination (TG I + TG II) aus dem ersten und zweiten Testgas erfolgt, wobei nach dem Wechsel des Testgases (TG I zu TG II) das erste Testgas (TG I) weiterhin detektiert wird, wobei bei Unterschreitung einer Verseuchungsgrenze des ersten Testgases (TG I) erneut auf das erste Testgas (TG I) umgeschaltet wird.