DE102014218399A1

DE102014218399A1 - Folienkammer mit Messvolumen zur Grobleckerkennung

Info

Publication number: DE102014218399A1
Application number: DE102014218399.5A
Authority: DE
Inventors: Silvio Decker; Norbert Rolff
Original assignee: Inficon GmbH Deutschland
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2014-09-15
Publication date: 2016-03-17
Also published as: AU2015317023A1; US20170254720A1; JP6602852B2; CN107076636A; CN107076636B; WO2016041893A1; JP2017526935A; BR112017005022A2; RU2017113000A; US10309862B2; RU2017113000A3; EP3194922B1; EP3194922A1; RU2699927C2; BR112017005022B1; AU2015317023B2

Abstract

Folienkammer (10) zur Aufnahme eines Prüflings (22), der auf das Vorhandensein eines Lecks zu prüfen ist, wobei die Folienkammer (10) ein Folienkammervolumen (20) umschließende Wände aufweist, die mindestens einen flexiblen Wandbereich aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass ein an den flexiblen Wandbereich angrenzendes Messvolumen (34, 36) auf der dem Folienkammervolumen (20) gegenüberliegenden Seite des flexiblen Wandbereichs angeordnet und hermetisch von dem Folienkammervolumen (20) getrennt ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Folienkammer zur Aufnahme eines Prüflings, der auf das Vorhandensein eines Lecks zu untersuchen ist.
Die Folienkammer ist eine Prüfkammer mit mindestens einem flexiblen Wandbereich, der zum Beispiel aus einer Folie besteht. Eine typische Folienkammer weist zwei Folienlagen auf, die um den Prüfling herum gegeneinander gelegt werden, um den Prüfling vollständig zu umschließen. Die Folienkammer wird nach Aufnahme des Prüflings hermetisch verschlossen und evakuiert. Anschließend wird die Druckänderung in dem Folienkammervolumen im Bereich außerhalb des Prüflings überwacht, wobei ein Druckanstieg als Hinweis auf ein Leck in dem Prüfling angesehen wird. Alternativ zur Überwachung des Drucks im Folienkammervolumen kann auch der flexible Wandbereich überwacht werden, wobei eine Veränderung des flexiblen Wandbereichs beziehungsweise der Folie auf ein Leck hindeuten kann. Ein derartiges Verfahren ist bekannt aus DE 10 2012 200 063 A1 .
Eine Schwierigkeit besteht bei einem Prüfling mit einem Grobleck darin, dass beim Evakuieren der Folienkammer zugleich auch der Prüfling durch das Grobleck hindurch mit evakuiert wird. Die Druckanstiegsmessung zur Erkennung eines Lecks nach Evakuieren der Folienkammer versagt in einem solchen Fall. Als Grobleck wird ein Leck angesehen, das einen Volumenstrom durch das Leck ermöglicht, welcher innerhalb der Abpumpzeit einen wesentlichen Anteil des freien Volumens innerhalb des Prüflings absaugt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Folienkammer und ein entsprechendes Verfahren zu schaffen, um ein Grobleck an einem Prüfling erkennen zu können.
Die erfindungsgemäße Folienkammer ist definiert durch die Merkmale von Anspruch 1.
An den das Folienkammervolumen begrenzenden flexiblen Wandbereich grenzt eine Messkammer an, die hermetisch von dem Folienkammervolumen getrennt ist. Wenn ein Prüfling, der ein Grobleck aufweist, untersucht wird, wird beim Evakuieren der Folienkammer auch der Prüfling zumindest zu einem Teil mit evakuiert. Aufgrund des flexiblen Wandbereichs zwischen dem Folienkammervolumen und dem Messvolumen vergrößert sich dann das Messvolumen. Die Vergrößerung des Messvolumens ist dabei größer als im Falle eines dichten Prüflings oder im Falle eines Prüflings, der ein kleineres Leck aufweist. Im Falle eines dichten Prüflings wird lediglich das Folienkammervolumen im Bereich außerhalb des Prüflings evakuiert. Im Falle eines Prüflings mit einem Grobleck wird zudem auch der Prüfling oder zumindest ein Teil des Prüflingsvolumens evakuiert. Im Falle eines Groblecks wird also ein größeres Volumen evakuiert als im Falle eines dichten Prüflings. Dadurch ist die Volumenausdehnung des Messvolumens umso größer, je größer das Leck in einem Prüfling ist. Anhand der Ausdehnung des Messvolumens und/oder des flexiblen Wandbereichs kann dann eine Aussage über die Größe eines möglichen Lecks in dem Prüfling getroffen werden.
Vorzugsweise weist die Folienkammer zwei Folienlagen auf, die jeweils den flexiblen Wandbereich bilden. Die beiden Folienlagen umschließen das Folienkammervolumen im geschlossenen Zustand der Folienkammer. Jede Folienlage wird dabei von einem Rahmenelement gehalten und aufgespannt. Die beiden Rahmen können beispielsweise gelenkig miteinander verbunden sein, so dass die Folienkammer auf- und zugeklappt werden kann. Im geöffneten Zustand der Folienkammer ist ein Zugriff auf das Folienkammervolumen möglich, um den Prüfling in die Folienkammer zu legen. Im geschlossenen Zustand der Folienkammer ist das Folienkammervolumen hermetisch von der die Folienkammer außen umgebenden Atmosphäre getrennt.
Das Messvolumen kann von einer Messkammer gebildet werden, die einen Messkammerring und einen Messkammerdeckel aufweist. Der Messkammerring weist zwei einander gegenüberliegende offene Enden auf. Das eine offene Ende wird von der Folienlage beziehungsweise dem flexiblen Wandbereich verschlossen. Das gegenüberliegende Ende des Messkammerrings wird von dem Messkammerdeckel verschlossen.
Vorzugsweise ist jede der beiden Folienlagen mit einer separaten Messkammer versehen. Die beiden Messkammern können gasdicht zum Beispiel durch eine gasführende Leitung miteinander verbunden sein und sind gegenüber der die Folienkammer und die Messkammern außen umgebenden Atmosphäre hermetisch verschlossen.
In mindestens einer der beiden Messkammern kann ein Belüftungsventil ausgebildet sein. Das Belüftungsventil kann dazu dienen, den Druck innerhalb der Messkammer(n) in geeigneter Weise einzustellen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Druck innerhalb der Messkammer(n) dann atmosphärischem Druck von ungefähr 1 bar entspricht, wenn die Folienkammer im geschlossenen und evakuierten Zustand einen dichten Prüfling enthält. Vorteilhafterweise wird die Messkammer also dann belüftet, wenn ein dichter Prüfling oder ein Prüfling mit einem besonders kleinen Leck in der Folienkammer enthalten ist und die Folienkammer evakuiert worden ist.
Das Messvolumen zumindest einer Messkammer sollte mit einem Sensor zum Überwachen des Messvolumens verbunden sein. Bei dem Sensor kann es sich um einen Drucksensor oder um einen Flusssensor handeln. Als Drucksensor kommen ein Differenzdrucksensor und ein Totaldrucksensor in Frage.
Im Folgenden wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1 die Folienkammer im geöffneten Zustand,
2 eine geschlossene Folienkammer mit dichten Prüfling,
3 eine geschlossene Folienkammer mit grob undichtem Prüfling,
4 den Differenz-Druckverlauf in dem Messvolumen und
5 den Totaldruckverlauf in dem Messvolumen.
Die in 1 dargestellte Folienkammer 10 besteht aus einem oberen Deckel 12 und einem unteren Deckel 14. Ein wesentliches Element des oberen Deckels ist die obere Folienlage 16 und ein wesentliches Element des unteren Deckels ist die untere Folienlage 18. Die beiden Folienlagen 16, 18 umschließen im geschlossenen Zustand der Folienkammer (siehe 2 und 3) den in dem Folienkammervolumen 20 enthaltenen Prüfling 22. Jede der beiden Folienlagen 16, 18 weist an ihrer dem Folienkammervolumen 20 zugewandten Seite ein Vlies 24 auf. Jede Folienlage 16, 18 bildet zusammen mit dem Vlies 24 den jeweiligen flexiblen Wandbereich der Folienkammer 10. Die Folien 16, 18 sind im Bereich ihres äußeren Randes jeweils mit einem Messkammerring 26, 28 gasdicht verbunden. Die Folienlage 16 verschließt somit hermetisch das untere, der Folienkammer 10 zugewandte Ende des oberen Messkammerrings 26. Die untere Folienlage 18 verschließt in entsprechender Weise das obere, dem Folienkammervolumen 20 zugewandte Ende des unteren Messkammerrings 28. Das jeweils der entsprechenden Folienlage 16, 18 gegenüberliegende Ende jedes Messkammerrings 26, 28 ist mit einem Messkammerdeckel 30, 32 hermetisch verschlossen.
Der Messkammerdeckel 30, der Messkammerring 26 und die Folienlage 16 umschließen somit ein oberes Messvolumen 34 und die Folienlage 18, der Messkammerring 28 und der Messkammerdeckel 32 umschließen ein unteres Messvolumen 36. Die Messvolumina 34, 36 sind hermetisch von dem Folienkammervolumen 20 und der die Folienkammer 10 umgebenden äußeren Atmosphäre getrennt. Durch eine in den Figuren nicht dargestellte gasleitende Verbindung, zum Beispiel einen Schlauch, sind die Messvolumina 34, 36 gasleitend miteinander verbunden.
Das obere Messvolumen 34 ist gasleitend mit einem Drucksensor 38 verbunden. Über ein in dem oberen Messkammerdeckel 30 ausgebildetes Belüftungsventil 40 ist das obere Messvolumen 34 mit der die Folienkammer 10 außen umgebenden Atmosphäre verbunden. Im verschlossenen Zustand des Belüftungsventils 40 ist das Messvolumen 34 von der Atmosphäre hermetisch getrennt und im geöffneten Zustand des Ventils gasleitend mit der Atmosphäre verbunden.
Zwischen den beiden Folienlagen 16, 18 ist im Bereich des äußeren Randes ein Dichtungsring 42 vorgesehen, der eine gasdichte Verbindung zwischen den Folienlagen 16, 18 im geschlossenen Zustand der Folienkammer 10 schafft.
1 zeigt die Folienkammer 10 im geöffneten Zustand. Der Zugriff auf das Folienkammervolumen 20 ist frei, um den Prüfling 22 in das Folienkammervolumen 20 zu legen. Anschließend wird die Folienkammer 10 verschlossen und das Folienkammervolumen 20 evakuiert. Im Falle eines dichten Prüflings stellt sich der in 2 dargestellte Zustand ein. In diesem Zustand werden über das Belüftungsventil 40 die beiden Messvolumen 34, 36 belüftet, so dass atmosphärischer Druck von ungefähr 1 bar herrscht.
Im Falle eines grob undichten Prüflings, der ein Grobleck mit einem Durchmesser von circa 1 cm aufweist, stellt sich der in 3 dargestellte Zustand ein. Der Prüfling 22 wird dabei durch das Grobleck hindurch beim Evakuieren des Folienkammervolumens 20 zu einem großen Teil mit evakuiert. Der Innendruck innerhalb des Prüflings 22 ist dann geringer als der Druck in den Messvolumina 34, 36. Über die Folienlagen 16, 18 wirkt der Druck in den Messvolumina 34, 36 auf den Prüfling 22, so dass dieser wie in 3 dargestellt komprimiert und ebenfalls evakuiert wird. Der resultierende Endruck in den Messvolumina 34, 36 ist dann geringer als in dem in 2 dargestellten Zustand eines dichten Prüflings.
Mit Hilfe des Drucksensors 38 kann der Druck in den Messvolumina 34, 36 beim Evakuieren der Folienkammer 10 überwacht werden, um anhand des Druckverlaufs zu ermitteln, ob der Prüfling ein Grobleck aufweist. In 4 sind die gemessenen Differenz-Druckverläufe in den Messvolumina 34, 36 dargestellt. Die kontinuierlich durchgehende Linie repräsentiert den Druckverlauf eines dichten Prüflings gemäß 2. Die gestrichelte Linie repräsentiert den Druckverlauf in den Messvolumina 34, 36 im Falle eines grob undichten Prüflings 22 gemäß 3. Im Falle des dichten Prüflings fällt der Druck nach circa 45 Sekunden bis auf –9 mbar ab und im Falle eines grob undichten Prüflings fällt der Druck nach etwa 55 Sekunden bis auf –11,5 mbar ab. In anderen Fällen oder Ausführungsbeispielen sind selbstverständlich andere Zahlenwerte denkbar.
5 zeigt den Totaldruckverlauf in den Messvolumina 34, 36. Der Druckverlauf für einen dichten Prüfling ist durchgehend dargestellt und der Druckverlauf für einen grob undichten Prüfling gestrichelt. Der dichte Prüfling wird nicht evakuiert und verdrängt mehr Volumen in der Folienkammer als der grob undichte Prüfling, der bei der Messung zum Teil mit evakuiert wird und daher schrumpft. Je größer das Volumen des Prüflings ist, desto größer ist die Verdrängung des Volumens. Daher steigt der Druck im Messvolumen bei dichtem Prüfling mehr an als bei grob undichtem Prüfling. In dem in 5 dargestellten Beispiel steigt der Druck bei dichtem Prüfling um 2,5 mbar nach einer Messzeit von circa 7 Sekunden, während der Totaldruck beim grob undichten Prüfling nur um etwa 1 mbar ansteigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012200063 A1 [0002]

Claims

Folienkammer (10) zur Aufnahme eines Prüflings (22), der auf das Vorhandensein eines Lecks zu prüfen ist, wobei die Folienkammer (10) ein Folienkammervolumen (20) umschließende Wände aufweist, die mindestens einen flexiblen Wandbereich aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass ein an den flexiblen Wandbereich angrenzendes Messvolumen (34, 36) auf der dem Folienkammervolumen (20) gegenüberliegenden Seite des flexiblen Wandbereichs angeordnet und hermetisch von dem Folienkammervolumen (20) getrennt ausgebildet ist.
Folienkammer (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messvolumen (34, 36) mit einem Drucksensor (38) oder einem Flusssensor gasleitend verbunden ist.
Folienkammer (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Messvolumen (34, 36) über ein Belüftungsventil (40) mit der das Messvolumen (34, 36) umgebenden Atmosphäre verbunden ist.
Folienkammer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienkammer (10) eine erste und eine zweite Folienlage (16, 18) aufweist, die in einem geschlossenen Zustand der Folienkammer (10) das Folienkammervolumen (20) umschließen, wobei ein erstes Messvolumen (34, 36) an die erste Folienlage (16, 18) und ein zweites Messvolumen (34, 36) an die zweite Folienlage (16, 18) angrenzt.
Folienkammer (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Messvolumen (34, 36) gasleitend miteinander verbunden sind.
Folienkammer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messvolumen (34, 36) von einem den flexiblen Wandbereich an dessen Unterseite tragenden Messkammerring (26, 28) und einem den Messkammerring (26, 28) auf der dem flexiblen Wandbereich gegenüberliegenden Seite verschließenden Messkammerdeckel (30, 32) gebildet wird.
Folienkammer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienkammer (10) einen geöffneten Zustand zum Einlegen eines Prüflings (22) in das Folienkammervolumen (20) und einen geschlossenen Zustand, in dem das Folienkammervolumen (20) hermetisch abgeschlossen ist, aufweist, wobei das Messvolumen (34, 36) unabhängig von dem Schließzustand der Folienkammer (10) hermetisch abgeschlossen ist.
Verfahren zum Prüfen eines Prüflings (22) auf das Vorhandensein eines Lecks und der Verwendung einer Folienkammer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: Einlegen des Prüflings (22) in die Folienkammer (10), Schließen der Folienkammer (10), Evakuieren der Folienkammer (10) und Überwachen des Messvolumens (34, 36) während des Evakuierens der Folienkammer (10), um anhand des Ergebnisses der Überwachung eine Aussage über die Größe eines möglichen Lecks in dem Prüfling (22) zu treffen.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch das Erkennen eines Groblecks, wenn das Messvolumen (34, 36) beim Evakuieren der Folienkammer (10) zunimmt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schließen und Evakuieren der Folienkammer (10) das Messvolumen (34, 36) belüftet wird, wenn kein Grobleck in dem Prüfling (22) detektiert worden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem eingelegten Prüfling (22) beeinflusste Änderung des Messvolumens (34, 36) durch Messen des Drucks innerhalb der Folienkammer (10) und/oder durch Messen des Gasflusses innerhalb der Folienkammer (10) oder aus der Folienkammer (10) heraus bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das absolute Volumen des Prüflings (22) durch Messen der Änderung des Drucks innerhalb der Folienkammer (10) oder durch Messen des Gasflusses in der Folienkammer (10) oder aus der Folienkammer (10) heraus bestimmt wird.