DE19749208A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung von Druckgasflaschen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Prüfverfahren und eine Prüfvorrichtung zur Messung der Ausdehnung von druckbeaufschlagten Druckgasflaschen mit einem die Druckgasflasche aufnehmenden Flüssigkeitsbehälter. Die hierbei kontrollierten Druckgasflaschen müssen in regelmäßigen Abstän­ den wiederkehrenden Prüfungen unterzogen werden. Neben Dichtheits- und Druckmessungen, die für alle Flaschenarten erforderlich sind, müs­ sen Druckgasflaschen mit einem Kern aus Aluminium oder Kunststoff und einer Umflechtung mit Kohlefasern auch noch bezüglich ihres Aus­ dehnungsverhaltens kontrolliert werden, wobei neben der volumetri­ schen Ausdehnung unter Prüfdruck auch die nach der Prüfung unter Umständen auftretende bleibende Ausdehnung erfaßt werden muß.

Diese Ausdehnungsmessung erfolgt üblicherweise durch eine Water- Jacket-Prüfung, bei der die Druckgasflasche in einen Flüssigkeitsbehäl­ ter gegeben wird und das Innere der Druckgasflasche unter einen Druck gesetzt wird, der dem Prüfdruck entspricht. Bei den bekannten Water- Jacket-Prüfvorrichtungen erfolgt die Messung der Ausdehnung der Druckgasflasche dadurch, daß der Anstieg der Füllhöhe des Flüssig­ keitsbehälters über eine Bürette gemessen wird, wozu vor der Druckbe­ aufschlagung der Flüssigkeitsbehälter entlüftet und gegenüber der Um­ gebung abgedichtet und der Prüfraum unter Vakuum gesetzt werden muß.

Dies ist nicht nur aufwendig, sondern verlängert den gesamten Meßvor­ gang erheblich; darüberhinaus ist eine Weiterverarbeitung des Meßer­ gebnisses nur indirekt möglich. Hiervon ausgehend liegt der vorliegen­ den Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Water-Jacket-Prüfung zur Verfügung zu stellen, die einen ver­ einfachten Aufbau und ein entsprechend vereinfachtes Prüfverfahren ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Flüssig­ keitsbehälter mit der Umgebungsatmosphäre in Verbindung steht und ei­ ne elektronische Meßvorrichtung zur Erfassung der Füllhöhe aufweist. Hierdurch kann auf die Füllhöhenmessung mittels einer Ausgleichsbüret­ te verzichtet werden, welche ein von der Umgebung abgeschottetes, entlüftetes System erforderlich macht. Vielmehr gewährleistet die elek­ tronische Meßvorrichtung, daß trotz etwaiger unterschiedlicher Umge­ bungsbedingungen zuverlässige Meßergebnisse erhalten werden, was insbesondere aufgrund der hierdurch möglichen sehr schnellen Prüfab­ läufe und auch über einen Referenzdruckaufnehmer erreicht wird, der den Fülldruck gegenüber dem Umgebungsdruck abgleicht. Folglich kann auch der Flüssigkeitsbehälter gegenüber der Umgebung offen sein und muß nicht in aufwendiger Art und Weise abgedichtet und entlüftet wer­ den.

Hierdurch ergibt sich als weiterer Vorteil, daß die Druckgasflasche vor und während des Meßvorganges beobachtet werden kann, wobei z. B. festgestellt werden kann, ob Luftblasen bei Druckbeaufschlagung der Druckgasflasche aus der Umwicklung entweichen, die bei den herkömm­ lichen Prüfverfahren mit evakuiertem Behälter die Ausdehnungsmessung beeinträchtigen würden, im übrigen aber auch eine Auskunft über den Zustand der Druckgasflasche gibt. Bei einem abgeschlossenen und ab­ gedichteten System ist dies nur unter großem Aufwand möglich.

Bevorzugterweise besteht die elektronische Meßvorrichtung aus einem Druckaufnehmer, der den bei der Prüfung auftretenden höheren Flüssig­ keitsdruck infolge der Anhebung des Flüssigkeitsspiegels registriert. Dieser Druckaufnehmer soll - wie vorstehend erwähnt - mit einem Refe­ renzdruckaufnehmer verbunden sein, um den resultierenden, der Aus­ dehnung der Druckgasflasche entsprechenden Druck ermitteln zu kön­ nen und um den jeweiligen Luftdruck der Umgebung kompensieren zu können.

Die Meßvorrichtung kann aber auch die Füllhöhe mit beliebigen Meßme­ thoden - beispielsweise mit Ultraschall, Laserstrahl, mit Hilfe eines Schwimmers, kapazitiv, potentiometisch oder induktiv - ermitteln.

Außerdem ist der Druckaufnehmer bzw. die elektronische Meßvorrich­ tung zweckmäßigerweise mit einer elektronischen Auswerteeinheit ver­ bunden, die darüberhinaus die Datenübernahme an weitere Auswerte­ systeme ermöglicht.

Bevorzugterweise ist der Flüssigkeitsbehälter mit Wasser gefüllt, wobei natürlich auch andere Flüssigkeiten zum Einsatz kommen können. Um die Druckgasflaschen während der Messung beobachten zu können und um deren Einsetzen zu vereinfachen, ist der Flüssigkeitsbehälter zweckmäßigerweise nach oben offen. Außerdem ist es vorteilhaft, wenn der Flüssigkeitsbehälter durchsichtig ausgeführt ist.

Wie bei der Water-Jacket-Prüfung üblich, sollte die Druckbeaufschla­ gung über eine an eine Hochdruckpumpe angeschlossene Flüssigkeits­ leitung erfolgen, die mit dem Inneren der Druckgasflasche in Verbindung steht. Als Druckmedium wird zweckmäßigerweise ebenfalls Wasser ver­ wendet, das aufgrund seiner Inkompressibilität gegenüber Luft oder gasförmigen Medien vorzuziehen ist. Denn zum einen bleibt ein Bersten der Druckgasflasche während der Prüfung bei Wasser aufgrund des ra­ schen Druckausgleichs ohne Folgen, während eine Druckbeaufschla­ gung mit Luft zu einer Explosion führen würde. Zum anderen ist auch die Erzeugung der üblichen Prüfdrücke von ca. 450 bar mit Hilfe von Wasser mit gegenüber Luft stark vereinfachten Mitteln möglich.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung der Ausdehnung von druckbeaufschlagten Hohlkörpern, insbesondere von Druckgasflaschen ist dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper während der Messung von einer Flüssigkeit umgeben ist also vorzugsweise vollständig in diese eingetaucht wird, daß die Flüssigkeit während der Messung der Umge­ bungsatmosphäre ausgesetzt ist, und daß die Ausdehnung des Hohlkör­ pers durch Erfassung der von der Druckbeaufschlagung des Hohlkörpers abhängigen Füllhöhe der Flüssigkeit gemessen wird. Das heißt, das üb­ liche Evakuieren der Prüfumgebung kann durch das erfindungsgemäße Prüfverfahren vermieden werden, wodurch die Ausdehnungsmessung drastisch beschleunigt werden kann. Hierzu werden in erfindungsgemä­ ßer Art und Weise elektronische Meßverfahren verwendet, die das ra­ sche Erfassen der Füllhöhe begünstigen, wodurch man erst unabhängig von den das Meßergebnis bei längeren Meßzeiträumen beeinflussenden Umgebungseinflüssen wird.

Am einfachsten ist die Flüssigkeit mit der Messung mit der Umge­ bungsatmosphäre direkt verbunden und beispielsweise in einem nach oben offenen Behälter angeordnet.

Was die elektronische Messung betrifft, so kann diese neben der Erfas­ sung des Flüssigkeitsdruckes auch dadurch erfolgen, daß mittels Ultra­ schall, Laserstrahl, mit Hilfe eines Schwimmers, kapazitiv, potentiome­ trisch und/oder induktiv gemessen wird. Es muß hierbei lediglich sicher­ gestellt werden, daß eine schnelle Erfassung der Füllhöhe und insbe­ sondere eine Gegenüberstellung zwischen Ausgangsfüllhöhe vor bzw. zu Beginn der Messung und Endfüllhöhe bei Erreichen des Prüfdruckes möglich ist.

Will man die trotz des sehr kurzen Prüfzeitraumes auftretenden Verfäl­ schungsmöglichkeiten aufgrund von Umgebungseinflüssen gänzlich aus­ schließen, so empfiehlt es sich, gleichzeitig mit der Messung des Flüs­ sigkeitsdruckes den Referenzdruck zu messen und beide Drücke ge­ geneinander abzugleichen.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das schematisch in der Zeichnung dargestellt ist.

Hier ist eine Meßvorrichtung 1 gezeigt, die aus einem Flüssigkeitsbehäl­ ter 2 besteht, in dem eine Druckgasflasche 3 aufbewahrt ist. Der Flüs­ sigkeitsbehälter ist bis ungefähr zur Höhe der Oberkante der Druckgas­ flasche mit Wasser gefüllt und weist einen Meßwertaufnehmer 4 auf. Dieser Meßwertaufnehmer mißt den jeweiligen füllhöhenabhängigen Druck des Wassers und ermöglicht unter Berücksichtigung des Umge­ bungsdrucks die Messung der Füllhöhe und somit eine Angabe über den Grad der Ausdehnung der Druckgasflasche.

Der vom Meßwertaufnehmer erfaßte Druck wird hierbei an einen Prozes­ sor 5 weitergegeben, der einen Abgleich mit den Umgebungsbedingun­ gen durchführt, indem er von einem Druckmesser 14 den Umgebungs­ druck erhält, wobei der Druckmesser außerhalb des Flüssigkeitsbehäl­ ters angeordnet ist und vorzugsweise die gleiche Temperaturumgebung wie der Meßwertaufnehmer 4 aufweisen sollte. Dies wird über Tempera­ turfühler 12 und 13 kontrolliert. Das insgesamt erhaltene Vergleichs- Meßergebnis in Form der volumetrischen Ausdehnung wird an eine Aus­ gabeeinheit 6 weitergegeben.

Das Innere der Druckgasflasche 3 ist über eine Leitung 7 mit einer Hochdruckpumpe 8 verbunden, die im hier vorliegenden Fall Wasser in die Druckgasflasche pumpt, wobei der jeweilige Leitungsdruck über ein Prüfdruckmanometer 9 abgelesen werden kann.

Schließlich ist im Bodenbereich des Flüssigkeitsbehälters 2 ein Ablaß­ hahn 10 angeordnet, der neben der Entleerung des Flüssigkeitsbehäl­ ters insbesondere dazu dient, bei unterschiedlicher Flaschengröße je­ weils die Füllhöhe der Flüssigkeit an den Meßbereich des Meßwertauf­ nehmers 4 anzupassen. Auch die Flüssigkeitsleitung 7 ist mit einem Entlastungsventil 11 versehen.

Anstatt des am Referenzdruckmesser 14 angeordneten Temperaturfüh­ lers 13 kann auch in vereinfachter Art und Weise der Druckmesser von einer Wärmeisolierung umgeben sein, die ihn gegenüber Umgebungs­ einflüssen abschottet. Neben einer ungefähr gleichen Temperatur der Umgebung von Meßwertaufnehmer und Referenzdruckmesser ist es auch wichtig, daß die Druckgasflasche und die Behälterflüssigkeit die gleiche Temperatur aufweisen. Zwar ermöglicht die vorliegende Erfin­ dung aufgrund ihres kurzen Meßzeitraumes ein von Temperaturschwan­ kungen bzw. -änderungen weitgehend unbeeinträchtigtes Momentanme­ ßergebnis; jedoch wird auch hier die Messung verbessert, wenn stabile Temperatur- und somit auch Druckbedingungen vorliegen.

Eine weitere Vereinfachung ergibt sich dann, wenn der Meßwertaufneh­ mer mit einem an den Referenzdruckmesser angeschlossenen Refe­ renzport versehen ist und den Abgleich bei verändertem Luftdruck selbst durchführt, dem Prozessor also gleich ein um Umgebungseinflüsse be­ reinigtes Ergebnis zur Verfügung stellt.

Das Vorgehen beim Überprüfen einer Druckgasflasche erfolgt nun da­ durch, daß die Flasche zunächst mit Wasserdruck auf den normalen Be­ triebsdruck in Höhe von beispielsweise 300 bar gebracht wird, wobei zum einen die Dichtigkeit des Systems geprüft wird und zum anderen festgestellt wird, ob aus der Umhüllung der Flasche Luftbläschen austre­ ten, welche die spätere Messung beeinträchtigen könnten. Anschließend wird bei positivem Ergebnis der Druck wieder entlastet und der Meß­ wertaufnehmer 4 auf 0 zurückgesetzt.

Nun wird die Flasche auf den Prüfdruck von beispielsweise 450 bar ge­ pumpt und die hierbei erzeugte Flaschenausdehnung über den Meß­ wertaufnehmer 4 erfaßt. Dieser gibt den jeweiligen Druck an den Pro­ zessor 5 weiter, der aus den vorgenannten Größen die volumetrische Ausdehnung der Flasche errechnet.

Wird nun die Flasche wieder entlastet, so kann durch erneutes Ablesen des Ausdehnungsergebnisses festgestellt werden, ob der Prüfdruck zu einer dauerhaften Ausdehnung der Flasche geführt hat. Diese darf ma­ ximal einem Wert von 5% des Grades der Ausdehnung der Druckprü­ fung betragen.

Auf zwei praktische Beispiele bezogen heißt das: Bei einer kleinen Fla­ sche mit 2 l Volumen ergibt sich eine Ausdehnung während der Prüfung von 18 ml; 5% hiervon sind 0,9 ml, weshalb die Füllhöhenänderung auf 0,1 ml-Schritte eingestellt sein muß. Bei einer Flasche mit 6,8 l Volumen liegt die Ausdehnung während der Prüfung bei etwa 80 ml; 5% hiervon ergeben 4 ml, so daß die Füllhöhenänderung nur in 1 ml-Schritten erfaßt werden muß.

Zusammenfassend liegt der Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, daß eine schnelle Water-Jacket-Prüfung ermöglicht wird, da kein ge­ schlossener Behälter geflutet und von Restluft entlüftet werden muß; außerdem ist eine Beobachtung der Flasche während des Prüfvorgangs möglich.

Claims (18)

1. Prüfvorrichtung zur Messung der Ausdehnung von druckbeaufschlag­ ten Druckgasflaschen mit einem die Druckgasflasche aufnehmenden Flüssigkeitsbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter (2) mit der Umgebungsatmo­ sphäre in Verbindung steht, und daß die Prüfvorrichtung eine elektroni­ sche Meßvorrichtung zur Erfassung der Füllhöhe aufweist.

2. Prüfvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung aus einem Druckaufnehmer (4) besteht.

3. Prüfvorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Druckaufnehmer ein Referenzdruckmesser (14) vor­ gesehen ist.

4. Prüfvorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckaufnehmer (4) mit einer elektronischen Auswerteeinheit (5) verbunden ist.

5. Prüfvorrichtung gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsbehälter (2) mit Wasser gefüllt ist.

6. Prüfvorrichtung gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsbehälter (2) nach oben offen ist.

7. Prüfvorrichtung gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet daß der Flüssigkeitsbehälter (2) durchsichtig ist.

8. Prüfvorrichtung gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbeaufschlagung über eine an eine Hochdruckpumpe (8) angeschlossene Flüssigkeitsleitung (7) erfolgt, die mit dem Inneren der Druckgasflasche (3) in Verbindung steht.

9. Verfahren zur Messung der Ausdehnung von druckbeaufschlagten Hohlkörpern, insbesondere von Druckgasflaschen, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper während der Messung von einer Flüssigkeit umge­ ben ist, daß die Flüssigkeit während der Messung der Umgebungsatmo­ sphäre ausgesetzt ist, und daß die Ausdehnung des Hohlkörpers durch Erfassung der von der Druckbeaufschlagung des Hohlkörpers beeinfluß­ ten Füllhöhe der Flüssigkeit gemessen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllhöhe elektronisch gemessen wird.

11. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit mit der Umgebungsatmosphäre verbunden ist.

12. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllhöhe mittels Ultraschall und/oder Laserstrahl gemessen wird.

13. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllhöhe durch Erfassung des Flüssigkeitsdrucks gemessen wird.

14. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllhöhe mit Hilfe eines Schwimmers, kapazitiv, potentiome­ trisch und/oder induktiv gemessen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Messung des Flüssigkeitsdruckes der Referenz­ druck gemessen wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß Flüssigkeitsdruck und Referenzdruck gegeneinander abgeglichen werden.

17. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Wasser ist.

18. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Druckbeaufschlagung des Hohlkörpers Wasser verwendet wird,
und daß der Druck des im Hohlkörper befindlichen Wassers über eine Hochdruckpumpe gesteuert wird.