DE102017207772A1

DE102017207772A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung der Dichtheit eines Bauteils

Info

Publication number: DE102017207772A1
Application number: DE102017207772.7A
Authority: DE
Inventors: Franziska Seitz; Patrik Lengerer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-05-09
Filing date: 2017-05-09
Publication date: 2018-11-15
Anticipated expiration: 2037-05-10
Also published as: DE102017207772B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der Dichtheit eines Bauteils (1), bei dem das Bauteil (1) mit einem zu detektierenden Prüfgas befüllt ist, wobei das Bauteil (1) in einer Prüfkammer (11) angeordnet wird, wobei der Innenraum (12) der Prüfkammer (11) in Wirkverbindung mit einer Sensoreinrichtung (15) zur Erfassung der Konzentration des Prüfgases angeordnet wird, und wobei die Konzentration des Prüfgases unter Atmosphärendruck erfasst wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der Dichtheit eines Bauteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ein Verfahren zur Prüfung der Dichtheit eines Bauteils in Form eines Reaktandenkreises eines Brennstoffzellensystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 10 2015 016 958 A1 bekannt. Das bekannte Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Anwesenheit bzw. Konzentration eines Prüfgases unter Atmosphärendruck in einer Prüfkammer gemessen wird, wobei das Prüfgas bei einer Leckage aus dem zu prüfenden Bauteil austritt. Um einerseits eine Zuführung des Prüfgases zu der Sensoreinrichtung zu ermöglichen, und andererseits eine homogene Verteilung des Prüfgases in der Prüfkammer sicherzustellen, damit die Konzentration des Prüfgases korrekt erfasst werden kann, ist es bei dem bekannten Verfahren vorgesehen, die innerhalb der Prüfkammer vorhandene Luft bzw. das vorhandene Gas mittels einer Lüftungseinrichtung umzuwälzen und somit zu homogenisieren.
Weiterhin ist es aus der DE 10 2009 026 744 A1 der Anmelderin bekannt, bei einer Dichtheitsprüfung eines Bauteils die Konzentration eines Prüfgases bei Vorhandensein eines Unterdrucks durchzuführen.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Prüfung der Dichtheit eines Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es einen besonders geringen vorrichtungstechnischen Aufwand erfordert und genaue Ergebnisse liefert. Darüber hinaus ermöglicht es eine besonders rasche bzw. schnelle Erfassung der Dichtheit eines Bauteils, sodass eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Vorrichtung eine besonders hohe Leistung bzw. Anzahl von zu prüfenden Bauteilen pro Zeiteinheit ermöglicht.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, einerseits durch Anlegen eines Unterdrucks beim Vorhandensein einer Undichtigkeit des Bauteils den Austritt eines in dem Bauteil vorhandenen Prüfgases aus dem Bauteil zu beschleunigen, und andererseits die Messung der Konzentration des Prüfgases unter Atmosphärendruck durchzuführen. Konkret schlägt es die Erfindung vor, dass nach dem Durchführen einer ersten Messung zur Konzentration des Prüfgases in der Prüfkammer, in der Prüfkammer ein Unterdruck erzeugt wird, dass anschließend der Druck in der Prüfkammer wieder auf den Atmosphärendruck erhöht wird, und dass zuletzt eine zweite Messung der Konzentration des Prüfgases durchgeführt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Prüfung der Dichtheit eines Bauteils sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn zur Erzeugung des Unterdrucks in der Prüfkammer abgesaugtes Volumen zur Wiederherstellung des Atmosphärendrucks wieder in die Prüfkammer eingeleitet wird. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass die Erzeugung des Unterdrucks nicht dazu führt, dass in der Prüfkammer befindliche Luft, die ggf. mit dem Prüfgas angereichert ist, aus der Prüfkammer entfernt und bei der Messung der Konzentration des Prüfgases nicht berücksichtigt wird. Es geht somit bei der Erzeugung von Unterdruck kein Prüfgas verloren. Dies wiederum hat zur Folge, dass bei der Prüfung hinsichtlich der Konzentration des Prüfgases die gesamte aus dem Bauteil austretende Menge des Prüfgases berücksichtigt, wodurch eine besonders genaue Messung auch bei relativ kleinen Leckagen bzw. Prüfgasmengen ermöglicht wird.
Um insbesondere bei relativ geringen Undichtigkeiten des Bauteils sicherzustellen, dass das in dem Bauteil vorhandene Prüfgas das Bauteil in genügender Menge austritt, damit es bei der Messung erfasst werden kann, ist es vorgesehen, dass zwischen dem Erzeugen des Unterdrucks in der Prüfkammer und dem Wiederherstellen des Atmosphärendrucks eine Wartezeit liegt. Da, wie oben erläutert, durch das Herstellen des Unterdrucks in der Prüfkammer der Austritt von Prüfgas aus dem Bauteil beschleunigt wird, ist die Länge der Wartezeit insbesondere an die Menge bzw. das Volumen des Bauteils, typischerweise zu erwartenden Leckagen sowie der Höhe des erzeugten Unterdrucks angepasst.
Eine verfahrenstechnisch bevorzugte Ausgestaltung, die besonders kurze Prüfzyklen in der Prüfkammer ermöglicht, sieht vor, dass das Bauteil vor dem Anordnen in der Prüfkammer mit dem Prüfgas befüllt wird. Dadurch kann direkt nach dem Anordnen des Bauteils in der Prüfkammer und dem Durchführen einer ersten Messung der Konzentration des Prüfgases in der Prüfkammer der Unterdruck an die Prüfkammer angelegt bzw. der Messzyklus gestartet werden.
In alternativer Ausgestaltung des Verfahrens kann es auch vorgesehen sein, dass das Bauteil nach dem Anordnen in der Prüfkammer mit dem Prüfgas befüllt wird. Ein derartiges Verfahren hat ggf. mit Bezug auf das Handling des Prüfgases Vorteile, da dieses dann beispielsweise über entsprechende Anschlüsse in der Prüfkammer in den Innenraum des Bauteils eingeleitet werden kann und dadurch keine weiteren Schutzmaßnahmen oder ähnliche Vorkehrungen getroffen werden müssen, im Vergleich zu dem Fall, dass das Prüfgas außerhalb der Prüfkammer in einer separaten Einrichtung in das Bauteil eingegeben wird. Darüber hinaus ermöglicht ein derartiges Verfahren auch besonders gut reproduzierbare Ergebnisse, da dann zwischen dem Einleiten des Prüfgases in das Bauteil und den Messungen zur Konzentration des Prüfgases in der Prüfkammer genau definierte Zeitpunkte bzw. Zeitspannen liegen, im Gegensatz zu einer Ausführung, bei der das Prüfgas außerhalb der Prüfkammer in das Bauteil eingeleitet wird und ggf. bereits zumindest teilweise außerhalb der Prüfkammer in die Atmosphäre entweicht und dadurch nicht erfasst bzw. gemessen wird.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen eines soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst eine Prüfkammer zur Aufnahme eines hinsichtlich seiner Dichtheit zu prüfenden Bauteils und eine Sensoreinrichtung zur Erfassung der Konzentration eines Prüfgases in der Prüfkammer. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Prüfkammer mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks in der Prüfkammer verbunden ist.
In besonders bevorzugter konstruktiver Ausgestaltung, die einen Verlust von aus der Prüfkammer abgesaugtem Gas bzw. Luft vermeidet, sieht vor, dass die Einrichtung ein Zylinderelement aufweist, in dem ein Kolben längsverschiebbar angeordnet ist, wobei das Zylinderelement mit der Prüfkammer pneumatisch verbunden ist. Eine insbesondere soweit beschriebene Vorrichtung hat auch den Vorteil, dass die Einrichtung zur Erzeugung des Unterdrucks gleichzeitig dazu ausgebildet ist, den Druck in der Prüfkammer anschließend wieder auf den Atmosphärendruck zu erhöhen, indem das ursprünglich aus der Prüfkammer in das Zylinderelement angesaugte Gas wieder in die Prüfkammer eingeleitet und somit der ursprüngliche Atmosphärendruck hergestellt wird.
Um die Messung der Konzentration des Prüfgases zu definierten Zeitpunkten bzw. Drücken sowie unter definierten Bedingungen stattfinden zu lassen, ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn zwischen der Sensoreinrichtung zur Messung der Konzentration des Prüfgases und der Prüfkammer ein Sperrventil angeordnet ist. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Prüfkammer in Wirkverbindung mit einem Drucksensor zur Erfassung des Drucks in der Prüfkammer angeordnet ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in der einzigen Figur eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Prüfung der Dichtheit eines in einer Prüfkammer angeordneten Bauteils.
In der einzigen Figur ist eine Vorrichtung 10 zur Messung der Dichtheit eines Bauteils 1 stark vereinfacht dargestellt. Bei dem Bauteil 1 handelt es sich beispielhaft, und nicht einschränkend, um ein Bauteil, wie es bei Kraftfahrzeuganwendungen verwendet wird, beispielsweise um ein Bauteil, das Kraftstoff bzw. Diesel führt oder als pneumatisch arbeitendes Bauteil 1 ausgebildet ist.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine dicht abschließbare Prüfkammer 11, in der das Bauteil 1 angeordnet werden kann. Insbesondere ist das Volumen der Prüfkammer 11 derart an das Volumen eines zu messenden Bauteils 1 angepasst, dass zwischen der Prüfkammer 11 und dem Bauteil 1 ein möglichst geringes Restvolumen eingeschlossen ist, um beispielsweise die Messung der Konzentration eines in dem Bauteil 1 befindlichen Prüfgases zu vereinfachen bzw. zu beschleunigen. Bei dem Prüfgas, das entweder vor dem Anordnen des Bauteils 1 in der Prüfkammer 11 in das Bauteil 1 eingeleitet wird, oder aber erst innerhalb der Prüfkammer 11 durch entsprechende Zuleitungen dem Bauteil 1 zugeführt wird, handelt es sich beispielhaft, und nicht einschränkend, um Helium, Stickstoff, ein Formiergas oder ein ähnliches Gas.
Der Innenraum 12 der Prüfkammer 11 ist über eine Leitung 13 mit einem zwischengeschalteten Absperrventil 14 mit einer Sensoreinrichtung 15 zur Messung der Konzentration des Prüfgases verbunden. Die Sensoreinrichtung 15 wiederum ist über eine Verbindung 16 mit einer Auswerteeinheit 18 gekoppelt, die eingangsseitig mit einem Drucksensor 20 verbunden ist, der dazu ausgebildet ist, den in den Innenraum 12 der Prüfkammer 11 herrschenden Druck p zu erfassen und bei der Auswertung zu berücksichtigen. Auch kann ein nicht dargestellter Temperatursensor vorgesehen sein, der ebenfalls mit der Auswerteeinrichtung 18 verbunden ist, sodass auch die Temperatur in der Prüfkammer 11 von der Auswerteeinrichtung 18 berücksichtigt wird. Weiterhin umfasst die Auswerteeinheit 18 nicht dargestellte Auswertealgorithmen sowie Ansteuereinrichtungen bzgl. eines Messablaufs, insbesondere hinsichtlich des zeitlichen Ablaufs der Erfassung der Konzentration des Prüfgases in der Prüfkammer 11 sowie der Ansteuerung des Absperrventils 14.
Zusätzlich ist der Innenraum 12 der Prüfkammer 11 über eine Verbindungsleitung 21 mit einer Einrichtung 25 zur Erzeugung eines Unterdrucks bzw. zur Evakuierung des Innenraums 12 der Prüfkammer 11 verbunden. Die Einrichtung 25 umfasst ein Zylinderelement 26, in dem ein Kolben 28 in Richtung des Doppelpfeils 29 längsverschiebbar angeordnet ist. Der Kolben 28 unterteilt den Innenraum des Zylinderelements 26 in einen Teilraum 31, dessen Volumen in Abhängigkeit der Stellung des Kolbens 28 veränderbar ist, wobei der Teilraum 31 mit dem Innenraum 12 der Prüfkammer 11 verbunden ist.
Die Beeinflussung der Stellung des Kolbens 28 erfolgt über eine Kolbenstange 32, die über einen Aktor 35 bewegt wird, der beispielsweise als pneumatisch arbeitender Aktor 35 ausgebildet ist und über eine Ventileinrichtung 36 zur Steuerung verfügt.
Zur Messung der Dichtheit des Bauteils 1 wird beispielhaft wie folgt vorgegangen: Zunächst wird das mit dem Prüfgas befüllte Bauteil 1 innerhalb der Prüfkammer 11 angeordnet bzw. eingeschlossen. Dabei befindet sich der Kolben 28 in der Stellung, in der der Teilraum 31 sein minimales Volumen aufweist. In diesem Zustand wird unter Atmosphärendruck mittels der Sensoreinrichtung 15 eine erste Messung zur Konzentration des Prüfgases in der Prüfkammer 11 durchgeführt. Anschließend wird der Kolben 28 über den Aktor 35 in eine Stellung bewegt, in der der Teilraum 31 sein maximales Volumen aufweist. Dadurch wird in dem Innenraum 12 der Prüfkammer 11 ein Unterdruck erzeugt, der den Austritt des Prüfgases aus dem Bauteil 1 beschleunigt. Anschließend wird, nach Verstreichen einer typischen Wartezeit t, der Kolben 28 wieder in seine ursprüngliche Position verbracht. Dadurch wird das zunächst aus der Prüfkammer 11 abgesaugte Gas in seiner ursprünglichen Menge wieder in die Prüfkammer 11 eingeführt, sodass der Druck p in der Prüfkammer 11 wieder dem Atmosphärendruck entspricht. Anschließend findet eine zweite Messung der Konzentration des Prüfgases in der Prüfkammer 11 mittels der Sensoreinrichtung 15 statt. Aus dem Vergleich der beiden Messungen der Konzentration des Prüfgases in der Prüfkammer 11, unter Berücksichtigung des Drucks p in der Prüfkammer 11 sowie der Wartezeit t, kann beispielsweise anhand vorher stattgefundener Versuche auf eine konkrete Dichtheit bzw. Undichtigkeit des Bauteils 1 geschlossen werden.
Die soweit beschriebene Vorrichtung 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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 102015016958 A1 [0002]
DE 102009026744 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Prüfung der Dichtheit eines Bauteils (1), bei dem das Bauteil (1) mit einem zu detektierenden Prüfgas befüllt ist, wobei das Bauteil (1) in einer Prüfkammer (11) angeordnet wird, wobei der Innenraum (12) der Prüfkammer (11) in Wirkverbindung mit einer Sensoreinrichtung (15) zur Erfassung der Konzentration des Prüfgases angeordnet wird, und wobei die Konzentration des Prüfgases unter Atmosphärendruck erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Durchführen einer ersten Messung der Konzentration des Prüfgases in der Prüfkammer (11) ein Unterdruck erzeugt wird, dass anschließend der Druck (p) in der Prüfkammer (11) wieder auf den Atmosphärendruck erhöht wird, und dass zuletzt eine zweite Messung der Konzentration des Prüfgases in der Prüfkammer (11) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Erzeugung des Unterdrucks in der Prüfkammer (11) abgesaugtes Volumen zur Wiederherstellung des Atmosphärendrucks wieder in die Prüfkammer (11) eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Erzeugen des Unterdrucks in der Prüfkammer (11) und dem Wiederherstellen des Atmosphärendrucks eine Wartezeit liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) vor dem Anordnen in der Prüfkammer (11) mit dem Prüfgas befüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) nach dem Anordnen in der Prüfkammer (11) mit dem Prüfgas befüllt wird.
Vorrichtung (10) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer Prüfkammer (11) zur Aufnahme eines hinsichtlich seiner Dichtheit zu prüfenden Bauteils (1) und mit einer Sensoreinrichtung (15) zur Erfassung der Konzentration eines Prüfgases in der Prüfkammer (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfkammer (11) mit einer Einrichtung (25) zur Erzeugung eines Unterdrucks in der Prüfkammer (11) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (25) ein Zylinderelement (26) aufweist, in dem ein Kolben (28) längsverschiebbar angeordnet ist, und dass das Zylinderelement (26) mit der Prüfkammer (11) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (25) zur Erzeugung des Unterdrucks dazu ausgebildet ist, den Druck (p) in der Prüfkammer (11) auf den Atmosphärendruck zu erhöhen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Sensoreinrichtung (15) und der Prüfkammer (11) ein Sperrventil (14) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfkammer (11) in Wirkverbindung mit einem Drucksensor (20) zur Erfassung des Drucks (p) in der Prüfkammer (11) angeordnet ist.