DE102014216457A1

DE102014216457A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Temperaturkompensation beim Dichtheitsprüfen von Bauteilen

Info

Publication number: DE102014216457A1
Application number: DE102014216457.5A
Authority: DE
Inventors: Helmut Mitterhauser; Werner Huber
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2016-02-25
Anticipated expiration: 2034-08-20
Also published as: DE102014216457B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung von Bauteilen mit variablen Bauteiltemperaturen, umfassend eine gegenüber einer Umgebung luftdichte Prüfkammer, in der das Bauteil aufnehmbar und mit gegenüber einem Umgebungsdruck erhöhten Druck zur Dichtheitsprüfung beaufschlagbar ist, wobei die Vorrichtung mindestens einen Temperatursensor aufweist, der während der Dichtheitsprüfung in einen an das Bauteil angrenzenden Bauteilwirkungsbereich positionierbar ist, in dem eine Umgebungslufttemperatur des Bauteils innerhalb der Prüfkammer messbar ist. Auch umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung von Bauteilen mit variablen Bauteiltemperaturen, insbesondere unmittelbar nach der spanenden Bearbeitung bzw. einem Reinigungsverfahren, sowie ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung dieser Bauteile.
Die Prüfung der Dichtheit von Bauteilen wird zur Verbesserung der Produktqualität durchgeführt. Sie dient der Sicherheit der Bauteile. Dabei wird der Grad der Dichtheit durch die Menge eines Mediums bestimmt, die durch ein Leck im Bauteil in einem vorbestimmten Zeitintervall austritt, oder durch den Druckabfall innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls.
Bei der Dichtheitsprüfung wird die Dichtheit eines Bauteils mit einem reproduzierbaren Verfahren geprüft. Dabei hängt es von der Leckrate ab, ob ein Bauteil als dicht gilt. Die liegt die Leckrate unterhalb des festgelegten Wertes, gilt das Bauteil als dicht. Dabei wird zwischen verschiedenen Medien unterschieden, z. B. gasdicht, wasserdicht, öldicht etc. Der Grenzwert der erlaubten Leckrate ist abhängig von dem zu prüfenden Medium. Bei einer Prüfung mit dem Überdruckverfahren gibt die Leckrate die Menge des Stoffes an, welcher durch ein Leck aufgrund eines Druckunterschiedes zwischen Bauteil und Umgebung innerhalb eines bestimmten Zeitabschnitts aus dem Bauteil austritt bzw. durch das Bauteil entweicht. Der resultierende Druckabfall kann gemessen werden. Bei dem im Prinzip identisch nur mit Unterdruck durchgeführten Unterdruckverfahren wird nicht der Druckabfall, sondern der Druckanstieg gemessen.
Problematisch ist bei der Dichtheitsprüfung mittels Druckbeaufschlagung jedoch, dass auch thermische Effekt einen Druckunterschied bedingen, die das Messergebnis erheblich beeinflussen und nicht reproduzierbar werden lassen. Insbesondere die unterschiedlichen Bauteiltemperaturen spielen eine wesentliche Rolle, die insbesondere nach der spanenden Verarbeitung deutlich über der Umgebungstemperatur des Messraums bzw. der Prüfkammer liegen. Jedoch erfolgt die Dichtheitsprüfung variabel in unterschiedlichen Abständen zu der Fertigung, so dass zum Teil noch heiße Bauteile mit Temperaturen von über 50 Grad Celsius, zum Teil bereits auf Raumtemperatur von ca. 25 Grad Celsius abgekühlte Bauteile auf Dichtheit geprüft werden. Da die Temperatur gemäß der idealen Gasgleichung in unmittelbarem Verhältnis zu dem Druck steht, beeinflusst und verfälscht die Bauteiltemperatur und die teilweise Abkühlung während der Dichtheitsprüfung erheblich das Messergebnis des Druckunterschieds.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereit zu stellen, mit der bzw. dem eine Dichtheitsprüfung mit reproduzierbaren Ergebnisses durchführbar ist, unabhängig von der Temperatur des zu prüfenden Bauteils.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombinationen gemäß der Patentansprüche 1 und 6 gelöst.
Dabei wird eine Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung von Bauteilen mit variablen Bauteiltemperaturen vorgesehen, die eine gegenüber einer Umgebung luftdichte Prüfkammer umfasst, in der das Bauteil aufnehmbar und mit gegenüber einem Umgebungsdruck erhöhten Druck zur Dichtheitsprüfung beaufschlagbar ist, wobei die Vorrichtung mindestens einen Temperatursensor aufweist, der während der Dichtheitsprüfung in einen an das Bauteil unmittelbar angrenzenden Bauteilwirkungsbereich positionierbar ist, in dem eine Umgebungslufttemperatur des Bauteils innerhalb der Prüfkammer messbar ist.
Gegenüber einer Anordnung des Temperatursensors direkt am Bauteil und mithin der ausschließlichen Bauteiltemperaturmessung ist die Anordnung des Messfühlers im Bauteilwirkungsbereich, d. h. im an das Bauteil unmittelbar angrenzenden Bereich mit unmittelbarer Einwirkung der Bauteiltemperatur auf die gemessene Lufttemperatur, vorteilhaft, da die Streuung der Messergebnisse insbesondere bei großvolumigen Bauteilen wie Kurbelgehäusen oder Zylinderköpfen groß ist und der berechnete Druckunterschied stark schwankt.
In einer Ausführung der Erfindung weist die Vorrichtung einen Positionierungsarm zur Halterung und Positionierung des Temperatursensors in dem an das Bauteil angrenzenden Bauteilwirkungsbereich auf. Über den Positionierungsarm lässt sich jeder beliebige Abstand des Temperatursensors zu beliebigen Positionen des Bauteils realisieren.
Erfindungsgemäß ist dabei günstigerweise vorgesehen, dass der mindestens eine Temperatursensor berührungslos zu dem Bauteil positionierbar ist. Beispielsweise kann ein vorbestimmter Abstand zu dem Bauteil und zur Messung der Lufttemperatur in exakt diesem Abstand festgelegt werden, um reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen.
Auch ist die Vorrichtung nicht auf die Verwendung von einem Temperatursensor beschränkt, sondern kann eine Vielzahl von Temperatursensoren umfassen, die an mehreren an das Bauteil angrenzenden Bereichen oder in mehreren an dem Bauteil ausgebildeten Hohlräumen positionierbar sind, um die Umgebungslufttemperatur des Bauteils an mehreren Positionen innerhalb der Prüfkammer zu messen. Durch die Vielzahl von Temperatursensoren an immer derselben Stelle des zu prüfenden Bauteils erhöht sich die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse deutlich.
Die Erfindung umfasst auch das Verfahren zur Dichtheitsprüfung von Bauteilen mit variablen Bauteiltemperaturen, wobei das auf Dichtheit zu prüfende Bauteil in der gegenüber der Umgebung luftdichten Prüfkammer aufgenommen und mit gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Druck zur Dichtheitsprüfung beaufschlagt wird, wobei zumindest aus einer Differenz des Drucks zu Beginn und Ende der Dichtheitsprüfung die Dichtheit bestimmt wird, und mittels mindestens einem, in einen an das Bauteil angrenzenden Bauteilwirkungsbereich positionierten Temperatursensor eine unmittelbare Umgebungslufttemperatur des Bauteils innerhalb der Prüfkammer zumindest zu Beginn und am Ende der Dichtheitsprüfung direkt gemessen wird. Die Höhe der Druckbeaufschlagung liegt bei einem bis zu mehreren bar über Umgebungsdruck.
Wie bereits für die Vorrichtung beschrieben, ist es auch für das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft, dass der mindestens eine Temperatursensor berührungslos zu dem Bauteil in dem Bauteilwirkungsbereich positioniert wird. Durch die berührungslose und direkte Messung der Umgebungslufttemperatur kann die Temperaturkompensation bei der Berechnung des Druckunterschieds sehr genau erfolgen.
Besonders günstig ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der mindestens eine Temperatursensor innerhalb mindestens einem an dem Bauteil ausgebildeten Hohlraum positioniert wird. Die Bauteile wie Kurbelgehäuse oder Zylinderköpfe weisen eine Vielzahl von großen Hohlräumen auf, die bauteilnah wesentlich die Umgebungslufttemperatur beeinflussen. Die Positionierung des bzw. der Temperatursensoren innerhalb der Hohlräume führt zu einem verbesserten Messergebnis und einer exakteren Berücksichtigung der Bauteiltemperatur.
Das Verfahren ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis der Messung der unmittelbaren Umgebungslufttemperatur des Bauteils innerhalb der Prüfkammer zumindest zu Beginn und am Ende der Dichtheitsprüfung in einer Auswertung einer Veränderung des Drucks berücksichtigt und mit eingerechnet wird. Dadurch erfolgt die Kompensation des Temperatureinflusses auf den Druckunterschied. Die Prozessstabilität und mithin die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse wird erhöht.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Beispielsweise wird erfindungsgemäß von einer Lufttemperatur gesprochen, jedoch wäre auch die Verwendung von Gasen möglich. Zudem kann die Messung der Temperatur durch den oder die Temperatursensoren auch während der Dichtheitsprüfung erfolgen, um einen Temperaturverlauf abzubilden.

Claims

Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung von Bauteilen mit variablen Bauteiltemperaturen, umfassend eine gegenüber einer Umgebung luftdichte Prüfkammer, in der das Bauteil aufnehmbar und mit gegenüber einem Umgebungsdruck erhöhten Druck zur Dichtheitsprüfung beaufschlagbar ist, wobei die Vorrichtung mindestens einen Temperatursensor aufweist, der während der Dichtheitsprüfung in einen an das Bauteil unmittelbar angrenzenden Bauteilwirkungsbereich positionierbar ist, in dem eine Umgebungslufttemperatur des Bauteils innerhalb der Prüfkammer messbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Positionierungsarm zur Halterung und Positionierung des Temperatursensors in dem an das Bauteil angrenzenden Bauteilwirkungsbereich aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Temperatursensor berührungslos zu dem Bauteil positionierbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Temperatursensor innerhalb mindestens einem an dem Bauteil ausgebildeten Hohlraum positionierbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Temperatursensoren an mehreren an das Bauteil angrenzenden Bereichen oder in mehreren an dem Bauteil ausgebildeten Hohlräumen positionierbar sind, um die Umgebungslufttemperatur des Bauteils an mehreren Positionen innerhalb der Prüfkammer zu messen.
Verfahren zur Dichtheitsprüfung von Bauteilen mit variablen Bauteiltemperaturen, wobei ein auf Dichtheit zu prüfendes Bauteil in einer gegenüber einer Umgebung luftdichten Prüfkammer aufgenommen und mit gegenüber einem Umgebungsdruck erhöhten Druck zur Dichtheitsprüfung beaufschlagt wird und aus einer Differenz des Drucks zum Beginn und Ende der Dichtheitsprüfung die Dichtheit bestimmt wird, wobei mittels mindestens einem, in einen an das Bauteil angrenzenden Bauteilwirkungsbereich positionierten Temperatursensor eine unmittelbare Umgebungslufttemperatur des Bauteils innerhalb der Prüfkammer zumindest zu Beginn und am Ende der Dichtheitsprüfung gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Temperatursensor berührungslos zu dem Bauteil in dem Bauteilwirkungsbereich positioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Temperatursensor innerhalb mindestens einem an dem Bauteil ausgebildeten Hohlraum positioniert wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ergebnis der Messung der unmittelbaren Umgebungslufttemperatur des Bauteils innerhalb der Prüfkammer zumindest zu Beginn und am Ende der Dichtheitsprüfung in einer Auswertung einer Veränderung des Drucks berücksichtigt und mit eingerechnet wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Temperatursensor bei jeder Dichtheitsprüfung in einem vorbestimmten Abstand zum Bauteil positioniert wird.