DE102016202084A1

DE102016202084A1 - Prüfeinrichtung

Info

Publication number: DE102016202084A1
Application number: DE102016202084.6A
Authority: DE
Inventors: Martin Fähnrich
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2015-03-17
Filing date: 2016-02-11
Publication date: 2016-09-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung (1) zur Detektion einer Leckage eines Bauteils (2). Vorgesehen sind dazu
– eine Pumpe (12), mit welcher ein Hohlraum (4) des zu prüfenden Bauteils (2) evakuierbar ist,
– eine Testgasquelle (3), mit welcher der Hohlraum (4) des zu prüfenden Bauteils (2) mit Testgas (5) befüllbar ist,
– eine Prüfkammer (6), in welcher das zu prüfende Bauteil (2) angeordnet ist,
– eine Pumpe (7), mit welcher in der Prüfkammer (6) ein Unterdruck, erzeugbar ist,
– eine Spülgasquelle (8) zum Befüllen/Spülen der Prüfkammer (6) mit Spülgas (10),
– eine Detektionseinrichtung (9) zur Ermittlung eines Testgasanteiles (A₁, A₂) in der Prüfkammer (6),
– eine Auswerteeinrichtung (11) zum Vergleich des ermittelten Testgasanteiles (A₁, A₂) mit einem vorgegebenen Testgas-Untergrund-Grenzwert (A_V).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung zur Detektion von Leckagen an Bauteilen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Detektion einer Leckage eines Bauteils mit einer solchen Prüfeinrichtung.
Aus der DE 24 41 124 A1 ist eine gattungsgemäße Prüfeinrichtung für die Lecksuche an Behältern oder dergleichen mit Hilfe eines Massenspektrometer und mit Mitteln für die Zuführung der zu untersuchenden Gase zum Massenspektrometer bekannt.
Generell werden Bauteile, wie beispielsweise Klimakomponenten, einer Dichtheitsprüfung unterzogen, um das Freisetzen des eingefüllten Mediums zuverlässig verhindern zu können. Bei denjenigen Bauteilen, bei denen eine Dichtheitsprüfung mit Differenzdruck (Luft) nicht mehr möglich ist, werden diese Teile bislang mit Helium als Prüfgas geprüft. In den letzten Jahren sind jedoch zum einen die Kosten für Helium stark angestiegen und zum anderen gab es immer wieder Versorgungsengpässe.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Prüfeinrichtung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, mittels welcher einerseits eine exakte Detektion einer Leckage eines Bauteils bei andererseits gleichzeitig reduzierten Kosten möglich ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, anstatt Helium nunmehr ein alternatives Gas, vorzugsweise Argon, als Testgas zu verwenden, da Argon nicht nur kostengünstig ist, sondern auch in großen Mengen zur Verfügung steht. Der Anteil an Argon in der Luft liegt beispielsweise bei 0,93 %. Helium im Vergleich hat dagegen nur einen Anteil von 0,00524 %. Durch den vergleichsweise hohen Anteil an Argon in der Luft ist jedoch eine kleine Veränderung der Gaskonzentration nur schwer nachzuweisen, weshalb die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung zudem einen Ersatz des Gases in der Prüfkammer durch ein Spülgas ermöglichen muss und folgende Komponenten umfasst: Eine Pumpe, über welche ein Hohlraum des zu prüfenden Bauteils evakuierbar ist, eine Testgasquelle, über welche der Hohlraum des zu prüfenden Bauteils mit Testgas befüllbar ist, eine Prüfkammer, in welcher das zu prüfende Bauteil angeordnet ist, eine Pumpe, über welche in der Prüfkammer ein Unterdruck erzeugbar ist, eine Spülgasquelle, vorzugsweise eine Stickstoffquelle, zum Befüllen/Spülen der Prüfkammer mit Spülgas und damit zum Austauschen des darin enthaltenen Gases durch ein Gas, welches keinen oder einen nur stark reduzierten Testgasanteil aufweist, eine Detektionseinrichtung zur Ermittlung eines Testgasanteils in der Prüfkammer, eine Auswerteeinrichtung zum Vergleich des ermittelten Testgasanteils mit einem vorgegebenen Testgas-Untergrund-Grenzwert und/oder einem Testgas-Grenzwert.
Eine Leckageprüfung mit der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung erfolgt dabei wie folgt:
Zunächst wird ein zu prüfendes Bauteil mit einem Hohlraum in der Prüfkammer angeordnet und der Hohlraum evakuiert. Davor, gleichzeitig oder danach wird die Prüfkammer mittels der Pumpe evakuiert. Anschließend wird die Prüfkammer mit einem Spülgas, vorzugsweise Stickstoff, befüllt/gespült/geflutet. Hiernach wird in der Prüfkammer mittels der Pumpe wieder ein Unterdruck erzeugt, das heißt die Prüfkammer evakuiert. Mittels der Detektionseinrichtung wird nun der Testgasanteil A₁ (= Untergrundsignal) in der Prüfkammer bestimmt und dieser gespeichert.
Der ermittelte Testgasanteil A₁ wird dabei mit einem vorgegebenen Testgas-Untergrund-Grenzwert A_V (= maximal zulässiges Untergrundsignal) verglichen, wobei das Prüfverfahren an dieser Stelle abgebrochen wird, wenn der ermittelte Testgasanteil A₁ größer ist als der vorgegebene Testgas-Untergrund-Grenzwert A_V oder aber das Prüfverfahren mit den nachfolgenden Verfahrensschritten fortgesetzt wird, wenn der ermittelte Testgasanteil A₁ kleiner ist als der vorgegebene Testgas-Untergrund-Grenzwert A_V. Wird das Prüfungsverfahren fortgesetzt, wird zunächst der Hohlraum des zu prüfenden Bauteils mit Testgas befüllt und anschließend ein Testgasanteil A₂ in der Prüfkammer gemessen. Der nun gemessene Testgasanteil A₂ in der Prüfkammer wird mit dem zuvor ermittelten und abgespeicherten Testgasanteil A₁ verglichen und das Bauteil als dicht oder undicht eingestuft, wenn der vorgegebene Grenzwert unter- bzw. überschritten wird. Alternativ kann das Bauteil auch als dicht eingestuft werden, sofern ein vordefinierter Leckage-Grenzwert nicht überschritten wird (ohne dass beispielsweise der Testgasanteil A₁ subtrahiert wird), das heißt eine zulässige/tolerierbare Leckage vorhanden ist. Der Leckage-Grenzwert kann dabei
Ziel ist es dabei, den Testgasanteil in der Prüfkammer soweit zu verringern, dass ein deutlicher Unterschied zwischen einem Testgasanteil A₁ (= Untergrundsignal) vor der Prüfung und einem bei der Prüfung gemessenen Testgasanteil A₂ (A₁ + evtl. Leckagewert) erzielt werden kann. Erreicht wird dies, indem die Prüfkammer auf einen beliebigen Druck evakuiert wird und dann wieder mit „Spülgas“ gefüllt/gespült/geflutet wird und dann nochmals evakuiert wird, wobei gilt, je geringer der Druck ist, umso geringer wird im späteren Ablauf der Testgasanteil A₁. Hierdurch kann ein deutlich besseres Messsignal-Untergrundsignal-Verhältnis geschaffen werden, als ohne Befüllung mit “Spülgas“, so dass sich darüber auch kleinste Testgasleckagen exakt detektieren lassen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Pumpe zur Erzeugung eines Unterdrucks von 0,05 mbar ausgebildet. Hierdurch kann ein nahezu vollständiges Vakuum in der Prüfkammer erzeugt werden, wodurch ein hoher Anteil an Spülgas (vorzugsweise Stickstoff) neu eingefüllt und damit ein für die Detektion einer Leckage besonders gutes Verhältnis zwischen einem Messsignal und einem Untergrundsignal erzeugt werden kann.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Detektionseinrichtung vorzugsweise als Massenspektrometer ausgebildet. Mittels eines Massenspektrometers lässt sich der in der Prüfkammer vorhandene Testgasanteil besonders exakt bestimmen.
Um die Messgenauigkeit weiter steigern zu können, kann ein Evakuieren der Prüfkammer mittels der Pumpe und ein anschließendes Befüllen desselben mit „Spülgas“, vorzugsweise Stickstoff, mehrmals nacheinander durchgeführt werden. Anstelle von Stickstoff kann selbstverständlich auch ein anderes, für den industriellen Einsatz unkritisches, Gas verwendet werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Prüfeinrichtung,
2 das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion einer Leckage eines Bauteils mit der in der 1 dargestellten Prüfeinrichtung.
Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße Prüfeinrichtung 1 zur Detektion einer Leckage eines Bauteils 2, beispielsweise einer Klimakomponente, eine Testgasquelle 3 auf, über die ein Hohlraum 4 des zu prüfenden Bauteils 2 mit Testgas 5, befüllbar ist. Das zu prüfende Bauteil 2 ist dabei in einer Prüfkammer 6 angeordnet, wobei zusätzlich eine Pumpe 7 oder ein Pumpstand vorgesehen ist, über welche(n) in der Prüfkammer 6 ein Unterdruck, beispielsweise ein Unterdruck von 0,05 mbar erzeugt wird. Darüber hinaus ist eine Spülgasquelle 8 vorgesehen, welche beispielsweise als Stickstoffquelle ausgebildet ist, und welche zum Befüllen der Prüfkammer 6 mit „Spülgas“ ausgebildet ist. Mittels einer Pumpe 12 kann das Bauteil 2 evakuiert, das heißt ein Unterdruck in diesem erzeugt, werden. Schließlich ist noch eine Detektionseinrichtung 9 zur Ermittlung eines Testgasanteiles A₁, A₂ bzw. zur Ermittlung einer Änderung des Testgasanteiles A₂ vorgesehen. Diese Detektionseinrichtung 9 kann dabei beispielsweise als Massenspektrometer ausgebildet sein. Über eine Auswerteeinrichtung 11 erfolgt nun ein Vergleich der ermittelten Testgasanteile A₁, A₂ mit vorgegebenen Testgas-Untergrund-Grenzwerten A_V und eine Einteilung in die Kategorie "dicht" oder "undicht".
Eine Leckageprüfung des zu prüfenden Bauteils 2 erfolgt dabei gemäß der 2 entsprechend mehrerer Verfahrensschritte:
Zunächst wird in einem Verfahrensschritt a.) ein zu prüfendes Bauteil 2 mit einem Hohlraum 4 in der Prüfkammer 6 angeordnet und der Hohlraum 4 wird davor, gleichzeitig oder danach mittels der Pumpe 12 evakuiert. Gleichzeitig oder nacheinander wird auch die Prüfkammer 6 mittels der Pumpe 7 evakuiert. Anschließend wird die Prüfkammer 6 mit einem Spülgas 10, insbesondere mit Stickstoff, befüllt /gespült / geflutet und in der Prüfkammer 6 mittels der Pumpe 7 nochmals ein Unterdruck, insbesondere ein Vakuum, erzeugt, was in den Verfahrensschritten b.) und c.) erfolgt.
Im Verfahrensschritt d.) wird nun ein Testgasanteil A₁ in der Prüfkammer 6 bestimmt und der Messwert gespeichert, woraufhin im Verfahrensschritt e.) der ermittelte Testgasanteil A₁ mit einem vorgegebenen Testgas-Untergrund-Grenzwert A_V verglichen wird. Mit den ermittelten Werten wird nun das weitere Vorgehen bestimmt, wobei das Prüfverfahren an dieser Stelle abgebrochen wird, wenn der ermittelte Testgasanteil A₁ größer ist als der vorgegebene Testgas-Untergrund-Grenzwert A_V (Verfahrensschritt f.)) oder mit den nachfolgenden Verfahrensschritten fortgesetzt wird (Verfahrensschritt g.)), wenn der ermittelte Testgasanteil A₁ kleiner ist als der vorgegebene Testgas-Untergrund-Grenzwert A_V (Verfahrensschritt f.)). Wird das Prüfverfahren fortgesetzt, wird nun im Verfahrensschritt h.) der Hohlraum 4 des zu prüfenden Bauteils mit Testgas 5, beispielsweise mit Argon, gefüllt und nach angemessener Prüfzeit ein Testgasanteil A₂ in der Prüfkammer 6 gemessen (Verfahrensschritt i.)). Der gemessene Testgasanteil A₂ in der Prüfkammer 6 wird anschließend mit dem zuvor ermittelten und abgespeicherten Testgas-Anteil A1 oder mit dem Testgas-Untergrund-Grenzwert (= maximale Leckagegrenze) verglichen (Verfahrensschritt j.)), wobei das Bauteil (2) als dicht eingestuft wird, wenn die zuvor festgelegten Grenzwerte für die zulässige Leckagerate nicht überschritten sind. Alternativ kann auf den Verfahrensschritt j.) (Differenzenbildung zwischen A₁ und A₂) verzichtet werden, wenn dies zur Beurteilung unerheblich oder bereits in dem Testgasanteil A₂ (Messsignal) berücksichtigt ist.
Um dabei den Quotienten aus Messsignal (Testgasanteil A₂) und Untergrundsignal (Testgasanteil A₁) weiter steigern und dadurch die Messgenauigkeit erhöhen zu können, können die Verfahrensschritte b.) und c.) wiederholt hintereinander ausgeführt werden.
Soll das Prüfverfahren beispielsweise automatisiert durchgeführt werden, so kann hierfür eine Steuerungs-/Regelungseinrichtung 13, eingesetzt werden, die die einzelnen Verfahrensschritte a.) bis k.) automatisiert nach einander durchführt und ein entsprechendes Ergebnis ausgibt.
Mit der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung 1 und dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich eine Leckageprüfung an Bauteilen 2 mit nicht nur mit höchster Genauigkeit, sondern zudem durch die Verwendung von vergleichsweise kostengünstigem Testgas 5 auch kostengünstig realisieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2441124 A1 [0002]

Claims

Prüfeinrichtung (1) zur Detektion einer Leckage eines Bauteils (2), gekennzeichnet durch, – eine Pumpe (12), mit welcher ein Hohlraum (4) des zu prüfenden Bauteils (2) evakuierbar ist, – eine Testgasquelle (3), mit welcher der Hohlraum (4) des zu prüfenden Bauteils (2) mit Testgas (5) befüllbar ist, – eine Prüfkammer (6), in welcher das zu prüfende Bauteil (2) angeordnet ist, – eine Pumpe (7), mit welcher in der Prüfkammer (6) ein Unterdruck, erzeugbar ist, – eine Spülgasquelle (8) zum Befüllen/Spülen der Prüfkammer (6) mit Spülgas (10), – eine Detektionseinrichtung (9) zur Ermittlung eines Testgasanteiles (A₁, A₂) in der Prüfkammer (6), – eine Auswerteeinrichtung (11) zum Vergleich des ermittelten Testgasanteiles (A₁, A₂) mit einem vorgegebenen Testgas-Untergrund-Grenzwert (A_V).
Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung (9) als Massenspektrometer ausgebildet ist.
Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, – dass die Testgasquelle (3) als Argonquelle ausgebildet ist, und/oder – dass die Spülgasquelle als Stickstoffquelle ausgebildet ist.
Verfahren zur Detektion einer Leckage eines in einer Prüfkammer (6) einer Prüfeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche angeordneten Bauteils (2) mit einem Hohlraum (4), bei dem a.) der Hohlraum (4) und die Prüfkammer (6) zeitgleich oder nacheinander mittels der Pumpe (12, 7) evakuiert werden, b.) die evakuierte Prüfkammer (6) mit einem Spülgas (10) befüllt, geflutet und/oder gespült wird, c.) in der Prüfkammer (6) mittels der Pumpe (7) nochmals ein Unterdruck erzeugt wird, d.) ein Testgasanteil A₁ in der Prüfkammer (6) bestimmt und dieser gespeichert wird, e.) der ermittelte Testgasanteil A₁ mit einem vorgegebenen Testgas-Untergrund-Grenzwert A_V verglichen wird, f.) das Prüfverfahren abgebrochen wird, wenn der ermittelte Testgasanteil A₁ größer ist als der vorgegebene Testgas-Untergrund-Grenzwert A_V oder g.) das Prüfverfahren mit den nachfolgenden Verfahrensschritten fortgesetzt wird, wenn der ermittelte Testgasanteil A₁ kleiner oder gleich dem vorgegebenen Testgas-Untergrund-Grenzwert A_V ist, h.) der Hohlraum (4) des zu prüfenden Bauteils (2) mit Testgas (5) gefüllt wird, i.) ein Testgasanteil A₂ in der Prüfkammer (6) gemessen wird, j.) der gemessene Testgasanteil A₂ in der Prüfkammer (6) mit dem zuvor ermittelten und abgespeicherten Testgasanteil A₁ verglichen wird, k.) das Bauteil (2) als dicht eingestuft wird, sofern gilt A₂ ≤ A₁ oder sofern ein vordefinierter Leckage-Grenzwert nicht überschritten wird oder der Testgasanteil A₂ ohne Verrechnung mit dem Testgasanteil A₁ den Leckage-Grenzwert nicht überschreitet, sofern der Testgasanteil A₁ für die Einstufung als dicht/undicht irrelevant ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, – dass als Testgas Argon verwendet wird, und/oder – dass als Spülgas Stickstoff verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülgas (10), insbesondere der Stickstoff, mit Atmosphärendruck 1013 mbar in die Prüfkammer (6) eingefüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (7, 12) einen Unterdruck von weniger als 0,1 mbar, vorzugsweise von weniger als 0,05 mbar, in der Prüfkammer (6) erzeugt.
Steuerungs-/Regelungseinrichtung (13), welche zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 4 bis 7 unter Verwendung einer Prüfeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgebildet ist.