DE10242491B4

DE10242491B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung geringer Leckraten

Info

Publication number: DE10242491B4
Application number: DE10242491A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Schultheis; Hans-Joachim Dipl.-Ing. Weick; Steffen Welsch
Original assignee: CONSENS GmbH
Current assignee: CONSENS GmbH
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2022-09-13
Also published as: DE10242491B8; DE10242491A1

Abstract

Verfahren zur Prüfung der Leckrate eines Prüflings (1) durch Vergleich mit einem Referenzbehälter (3), bei dem zunächst der Prüfling (1) über eine Verbindungsvorrichtung (2), welche eine erste Leitung mit einem Differenzdrucksensor (4) zwischen einem prüflingseitig angeordneten ersten extern steuerbaren Ventil (5a) und einem referenzbehälterseitig angeordneten zweiten extern steuerbaren Ventil (5b) sowie eine zweite Leitung mit einem prüflingseitig angeordnetem dritten extern steuerbaren Ventil (6a) sowie einem referenzbehälterseitig angeordneten vierten extern steuerbaren Ventil (6b) enthält, an einen Referenzbehälter (3) angeschlossen wird, anschließend bei geöffneten Ventilen (5a, 5b, 6a, 6b) der Prüfling (1) von einer Druckerzeugungseinrichtung (10) mit einem festgelegten Solldruck beaufschlagt wird und das Erreichen des festgelegten Solldruckes mittels eines Absolutdrucksensor (7) erfasst wird, anschließend die Verbindung zwischen der Druckerzeugungseinrichtung (10) und der Verbindungsvorrichtung (2) durch Schließen eines fünften Ventils (8) geschlossen wird, danach in dem aus Prüfling (1), Referenzbehälter (3) und Verbindungsvorrichtung (2) gebildeten Gesamtsystem bei geöffneten Ventilen (5a, 5b,...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung der Leckrate eines Prüflings durch Vergleich mit einem Refe renzbehälter.
Sie ermöglicht eine automatische Online-Detektion der Leckrate von Behältern mit bekanntem Volumen im Bereich < 100 g/a innerhalb weniger Sekunden unter Produktionsbedingungen. Derartige Behälter werden als Prüfling bezeichnet.
Bevorzugtes Anwendungsgebiet sind Prüfprozesse bei Produktion, Montage und Einsatz von druck- oder vakuumbeaufschlagten Hohlkörpern und Hohlkörpersystemen, z.B. für Klimaanlagen in Fahrzeugen.

Im Stand der Technik bekannte Verfahren und Vorrichtungen zur Messung von Leckraten verwenden die Druckabfallmethode, die Differenzdruckmethode und die Helium-Massenspektrometrie (z.B. DE 69420205 , DE 19942185 , DE 19652832 A1 ).

Verfahren, bei denen die Helium-Massenspektrometrie angewendet wird, sind beispielsweise in DE 694 20 205 , DE 199 42 185 und DE 196 52 832 A1 beschrieben.

Nachteilig bei diesen Verfahren ist ein hoher Apparateaufwand, der sowohl hohe Kosten verursacht als auch Messungen unter Werkstatt- und Fertigungsbedingungen sehr erschwert.

In DE 199 41 547 A1 wird ein Verfahren zur Leckageprüfung von Hohlkörpern von Kälteanlagen beschrieben, bei dem zwei Absolutdrucksensoren verwendet werden, deren Differenz ausgewertet wird. Durch die große Ungenauigkeit der Sensoren muss die Messzeit mindestens eine Stunde betragen. Damit ist das Verfahren für den Einsatz bei kurzzeitigen Prozessen im Sekundenbereich ungeeignet.

Ferner ist nach DE 197 37 869 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem die Druckdifferenzmethode mit Referenzbehälter angewendet wird. Bei diesem Verfahren werden die für die Messgenauigkeit wichtigen Komponenten wie Referenzbehälter, Ventile, Differenzdrucksensor und Zuleitungen bei jeder Messung hohen Druckstößen ausgesetzt, was zu einer Verringerung der Lebensdauer bzw. der Messgenauigkeit dieser Komponenten führt. Nachteilig ist hierbei auch, dass durch die angegebene Verschaltung von Ventilen und Differenzdrucksensor Leckagen in diesen Komponenten nicht erfasst werden, was zu Messungenauigkeiten führt.

Nach DE 30 38 926 A1 ist eine Dichtigkeitsprüfeinrichtung mit einer Druckmittelquelle und einer Messeinrichtung bekannt, bei der ein Druckmittelspeicher auf einen vorbestimmten Prüfdruck aufladbar ist, mittels eines Durchflussmengenmessers und einer Mehrzahl von Ventilanordnungen eine Prüfleitung mit dem zu prüfendem Gerät verbunden ist und mit einer Auswerteeinrichtung die Dichtigkeit des zu prüfenden Gerätes ermittelt und an einer Anzeigeneinheit dargestellt wird.

In der deutschen Offenlegungsschrift 22 38 392 ist ferner eine Vorrichtung zur Auffindung von Undichtigkeiten beschrieben, bei der ein Druckluftspeicher über ein Druckininderventil und ein 3-Wege-Ventil an eine Prüfleitung mit einem ersten luftdichten Aufnahmebehälter für ein Prüfstück und eine Vergleichsleitung mit einem zweiten luftdichten Aufnahmebehälter für das Vergleichsstück angeschlossen ist. Dabei sind die Prüfleitungen und die Vergleichsleitungen über einen Druckunterschiedsfühler miteinander verbunden.

Weiterhin ist in US 56 00 996 A ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der Dichtheit von Gehäusen beschrieben. Dabei wird die Durchflussrate der in dein Prüfkörper einfließenden Luft ermittelt. Die Messung erfolgt dadurch, dass zwei Messkammern, die den gleichen Hohlraum aufweisen mit einem Fluid gefüllt werden. Die Druckabnahme in einer Vorkammer wird dann als ein Maß für das zugängliche Volumen in den beiden Messkammern ausgewertet und mit dem als zulässig gegebenen Volumen verglichen.

Neben dein verhältnismäßig hohen Aufwand, welche diese Methoden erfordern, ist hierbei ebenfalls nachteilig, dass Leckagen in den Leitungssystemen zu Messungenauigkeiten führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen die Druckdifferenzmethode für Messbereiche angewendet werden kann, bei denen bisher nur mit der Helium-Massenspektrometrie gearbeitet werden konnte, und die dennoch auch unter Produktionsbedingungen einsetzbar sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren, welches die in Anspruch 1 angegebene Merkmalskombination und mit einer Vorrichtung, welche die in Anspruch 3 angegebene Merkmalskombination enthält, gelöst.

Die Erfindung zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus. Durch die angewendete hochauflösende fehlerkompensierende Differenzmessung können Leckraten von 10^–3 mbar·1/s innerhalb von Messzeiten kleiner 60s erkannt werden. Das ist ein Bereich, in dem bisher nur mit technisch sehr viel aufwendigeren Heliummassenspektrometern gemessen werden konnte.

Vorteilhaft ist dabei auch, dass das Verfahren mit Luft durchgeführt werden kann, so dass spezielle Gase wie Helium oder Stickstoff nicht erforderlich sind.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
In der zugehörigen Zeichnung zeigt 1 eine schematische Darstellung der Messanordnung.
Die Vorrichtung besteht aus dem Prüfling 1, der Verbindungsvorrichtung 2 mit zwei Leitungen, dem Referenzbehälter 3, einem in der Verbindungsvorrichtung 2 angeordneten Differenzdrucksensor 4, vier extern steuerbaren Ventilen 5a, 5b, 6a und 6b sowie einem Absolutdrucksensor 7, der in der Verbindungsvorrichtung 2 zwischen Prüfling 1 und Referenzbehälter 3 angeordnet ist, sowie einer Druckerzeugungsvorrichtung 10 mit einem fünften Ventil 8 und eine mikrocontrollerbasierte Ansteuer- und Auswerteeinheit 9 mit Signalschnittstelle zu nachgeordneten Systemen.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung besteht darin, dass der Prüfling 1 über eine Verbindungsvorrichtung 2 an den Referenzbehälter 3 angeschlossen wird. Im Referenzbehälter 3 und in den Zuleitungen vom Referenzbehälter 3 bis zu den Ventilen 5a und 6b herrscht der festgelegte Solldruck. In dieser Phase wird durch geeignete Schaltung der Ventile die Dichtheit der Ventile selbst und des Referenzbehälters gemessen. Das Messergebnis wird später bei der Ermittlung der Leckrate des Prüflings verrechnet.
In der Verbindungsvorrichtung 2 zwischen Prüfling 1 und Referenzbehälter 3 befindet sich in einer ersten Leitung ein Differenzdrucksensor 4, der über extern steuerbare Ventile 5a und 5b von den Behältern 1 und 3 getrennt oder zugeschaltet werden kann.
Der Prüfling 1 wird bei geöffneten Ventilen 6a und 8 von der Druckerzeugungseinrichtung 10 mit einem festgelegten Solldruck beaufschlagt. Dabei sind die Ventile 5a, 5b und 6b geschlossen und der Differenzdrucksensor 4 damit von den Behältern 1 und 3 abgekoppelt. Mittels Absolutdrucksensor 7 wird das Erreichen des festgelegten Solldruckes erfasst. Jetzt werden die Ventile 5a, 5b, 6a und 6b geöffnet, um einen Druckausgleich im Gesamtsystem und das Erreichen eines bestimmten Drucksollwertes zu gewährleisten. Dann wird das Ventil 8 geschlossen und ein Druckausgleich im Gesamtsystem abgewartet, indem am Differenzdrucksensor 4 Messwertkonstanz abgewartet wird.
Durch dieses Verfahren werden Druckstöße im System für die Drucksensoren 4 und 7, die Ventile 5, 6 und 8 und den Referenzbehälter 3 auf ein Minimum reduziert. Der vollständige Druckausgleich im System wird gewährleistet und die Druckaufladezeit und die Druckausgleichszeit werden auf ein Minimum reduziert.
Anschließend werden die Ventile 6a und 6b geschlossen und der Druckverlauf des Differenzdrucksensors 4 über eine Messzeit t_m erfasst. Bei einer Leckage im Prüfling 1 stellt sich nach einer Messzeit t_m ein Differenzdruck ein, aus dem durch Vergleich mit dem gemessenen Absolutdruck und den bekannten Behälterparametern sowie dem Zustand der Ventile 5a, 5b, 6a, 6b, der Zuleitungen und des Referenzbehälters 3 die vorhandene Leckrate mit der Auswerteeinheit 9 berechnet wird. Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass eine Kompensation von Undichtigkeiten der erwähnten Bauelemente, die in der gleichen Größenordnung wie die zu bestimmende Leckrate liegen können, erfolgt und damit eine sehr genaue Bestimmung der Leckrate des Prüflings 1 ermöglicht wird.

1: Prüfling
2: Verbindungsvorrichtung
3: Referenzbehälter
4: Differenzdrucksensor
5a: erstes extern steuerbares Ventil
5b: zweites extern steuerbares Ventil
6a: drittes extern steuerbares Ventil
6b: viertes extern steuerbares Ventil
7: Absolutdrucksensor
8: fünftes Ventil
9: Ansteuer- und Auswerteeinheit
10: Druckerzeugungsvorrichtung

Claims

Verfahren zur Prüfung der Leckrate eines Prüflings (1) durch Vergleich mit einem Referenzbehälter (3), bei dem zunächst der Prüfling (1) über eine Verbindungsvorrichtung (2), welche eine erste Leitung mit einem Differenzdrucksensor (4) zwischen einem prüflingseitig angeordneten ersten extern steuerbaren Ventil (5a) und einem referenzbehälterseitig angeordneten zweiten extern steuerbaren Ventil (5b) sowie eine zweite Leitung mit einem prüflingseitig angeordnetem dritten extern steuerbaren Ventil (6a) sowie einem referenzbehälterseitig angeordneten vierten extern steuerbaren Ventil (6b) enthält, an einen Referenzbehälter (3) angeschlossen wird, anschließend bei geöffneten Ventilen (5a, 5b, 6a, 6b) der Prüfling (1) von einer Druckerzeugungseinrichtung (10) mit einem festgelegten Solldruck beaufschlagt wird und das Erreichen des festgelegten Solldruckes mittels eines Absolutdrucksensor (7) erfasst wird, anschließend die Verbindung zwischen der Druckerzeugungseinrichtung (10) und der Verbindungsvorrichtung (2) durch Schließen eines fünften Ventils (8) geschlossen wird, danach in dem aus Prüfling (1), Referenzbehälter (3) und Verbindungsvorrichtung (2) gebildeten Gesamtsystem bei geöffneten Ventilen (5a, 5b, 6a, 6b) ein Druckausgleich vorgenommen wird, bis am Differenzdrucksensor (4) Messwertkonstanz festgestellt wird, danach das dritte und das vierte extern steuerbare Ventil (6a, 6b) geschlossen werden, anschließend der Druckverlauf des Differenzdrucksensors (4) über eine Messzeit t_m erfasst wird und nach der Messzeit t_m schließlich die Leckage im Prüfling (1) aus dem gemessenen Differenzdruck und aus dem gemessenen Absolutdruck ermittelt wird, wobei die Berechnung der Leckrate des Prüflings mit der Auswerteeinheit (9) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst bei geöffnetem zweiten extern steuerbaren Ventil (5b) und bei geschlossenem ersten und vierten extern steuerbaren Ventilen (5a, 6b) die Dichtheit des Referenzbehälters (3), der Zuleitungen und der Ventile (5a, 6b) gemessen werden und dass das Messergebnis gespeichert und bei der Berechnung der Leckrate des Prüflings (1) durch die Auswerteeinheit (9) später berücksichtigt wird.
Vorrichtung zur Prüfung der Leckrate eines Prüflings (1) durch Vergleich mit einem Referenzbehälter (3), bei der der Prüfling (1) über eine Verbindungsvorrichtung (2) mit einem Referenzbehälter (3) verbunden ist, die Verbindungsvorrichtung (2) eine erste Leitung mit einem Differenzdrucksensor (4) zwischen zwei extern steuerbaren Ventilen (5a, 5b) sowie eine zweite Leitung mit zwei weiteren extern steuerbaren Ventilen (6a, 6b) enthält, mit dem Abschnitt der zweiten Leitung zwischen den zwei weiteren extern steuerbaren Ventilen (6a, 6b) ein Absolutdrucksensor (7) in Verbindung steht, eine Druckerzeugungsvorrichtung (10) über eine dritte Leitung, in welcher ein steuerbares Ventil (8) angeordnet ist, mit dein Abschnitt der zweiten Leitung zwischen den zwei weiteren extern steuerbaren Ventilen (6a, 6b) verbunden ist und eine mikrocontrollerbasierte Ansteuer- und Auswerteeinheit (9) mit Signalschnittstelle zu nachgeordneten Systemen angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuer- und Auswerteeinheit (9) mit dem Differenzdrucksensor (4), mit den extern steuerbaren Ventilen (5a, 5b, 6a, 6b), mit dem Absolutdrucksensor (7) sowie mit dein Ventil (8) elektrisch verbunden ist.