DE202017101933U1

DE202017101933U1 - Hochflexibles Dichtprüfen

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Publication number: DE202017101933U1
Application number: DE202017101933.0U
Authority: DE
Original assignee: Elwema Automotive GmbH
Current assignee: Elwema Automotive GmbH
Priority date: 2017-04-01
Filing date: 2017-04-01
Publication date: 2018-05-03
Anticipated expiration: 2027-04-02

Abstract

Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung eines Innenraums (12) einer Strukturkomponente (10) einer Antriebsmaschine, insbesondere Verbrennungsmotors, wie z.B. eines Zylinderkopfs, Motorblocks, Kurbelgehäuses oder dgl., wobei die Strukturkomponente vorzugsweise mindestens zwei voneinander getrennte Innenräume hat zum separaten Führen von Betriebsmitteln, insbesondere Kühlflüssigkeit, Schmieröl oder dgl.; wobei die Vorrichtung-einen Prüfdruckanschluss (18) umfasst zum Beaufschlagen eines zu prüfenden Innenraums (12) mit einem Prüfdruck,-eine Dichtanordnung zum prüfdruckdichten Abdichten von mehreren Öffnungen (14) des zu prüfenden Innenraumes nach Außen während der Dichtheitsprüfung, und-eine Messeinrichtung (16) zum Messen eines im zu prüfenden Innenraum herrschenden Drucks, umfasst; dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zum prüfdruckdichten Abdichten mindestens eine flexible Dichtlage (21, 22), insbesondere membranartig verformbare Dichtlage, aufweist, welche während der Dichtheitsprüfung mehrere Öffnungen (14) des zu prüfenden Innenraums nach Außen verschließt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der industriellen Lecktestmaschinen bzw. Anlagen zur Dichtheitsprüfung. Dies werden typisch eingesetzt zum Prüfen eines Zylinderkopfes, eines Motorblocks oder eines vergleichbar industriell gefertigten, technischen Werkstücks mit mindestens einem auf Dichtheit zu prüfenden Innenraum.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung und deren Verwendung in der Dichtheitsprüfung industrieller Strukturkomponenten von Antriebmaschinen ganz allgemein, auch elektrischen Antriebsmaschinen, sowie ein Verfahren zur industriellen Dichtheitsprüfung, insbesondere von aus Gussrohlingen gefertigten Werkstücken aus Metall. Die Begriffe Dichtheitsprüfung und Prüfen auf Leckage (Lecktesten) sind hier gleichbedeutend.
STAND DER TECHNIK UND AUFGABENSTELLUNG
In der industriellen Fertigung von Verbrennungsmotoren z.B. werden Werkstücke mit Hohlvolumen bzw. Innenraum, insbesondere Zylinderkopf und Motorblock bzw. Kurbelgehäuse, nach spanender Bearbeitung typischerweise auf Undichtheiten der verschiedenen Innenräume geprüft. Nur so kann die ordnungsgemäße Funktion des endgefertigten Motors sichergestellt werden, weil derartige Werkstücke bzw. Bauteile, meist aus Gussrohlingen gefertigt, herstellungsbedingt kritische Undichtheiten der Innenräume aufweisen können, z.B. gussfehlerbedingte Poren oder Risse. Bei Undichtigkeit eines Druck- bzw. Innenraums wird das Bauteil unter Betriebsdruck ganz oder teilweise versagen. Dies gilt sowohl für das Schmierölsystem, als auch und insbesondere für das feiner verzweigte Kanalsystem für Kühlflüssigkeit. Es ist vorteilhaft, jedes Werkstück vor der Weiterverarbeitung bzw. Endmontage auf die Dichtheit des jeweiligen Innenraums hin zu prüfen. Dies gilt insbesondere bei den geringen Wandstärken von Werkstücken aus Aluminium-Druckguss (wegen der zur Emissionsminderung gewünschten Gewichtsreduzierung), aber auch bei konventioneller Herstellung in Grauguss.
Ist z.B. die Dichtheit des Kühlsystems nicht gegeben, kann Kühlflüssigkeit in den Brennraum oder in den Schmierkreis gelangen. Dadurch würde je nach Ausmaß des Lecks die Lebensdauer des Motors erheblich reduziert oder der Motor kann kurzfristig zerstört werden. Ein nachträglicher Austausch eines undichten Zylinderkopfes oder Motorblocks wäre aus Kostengründen nicht vertretbar. Daher sind undichte Komponenten unbedingt auszusortieren und als Ausschuss von der Endmontage des Verbrennungsmotors auszuschließen oder einer Ausbesserung zu unterziehen und erneut zu prüfen. Eine entsprechende Dichtheitsprüfung ist Hauptzweck einer gattungsgemäßen Vorrichtung bzw. des gattungsgemäßen Verfahrens.
Eine Lecktestmaschine älterer Generation ist aus der Patentanmeldung EP 0 122 551 A2 bekannt. Diese hat eine Dichtplatte mit einer Dichtungsanordnung passend zum motorblockseitig offenen Anschlussbereich des Zylinderkopfes. In der Prüfstellung liegt das Werkstück mit seinem Anschlussbereich dicht an der Dichtungsanordnung der Dichtplatte an und wird zur Prüfung mit Druckluft beaufschlagt.
Ein teilautomatisches Prüfsystem - speziell für Kleinserien - ist im Patent DE 103 60 143 B4 offenbart. Ein Lecktest eines Kurbelgehäuses, speziell eines geteilten Kurbelgehäuses, beschreibt das Patent DE 102 41 368 B4 .
Eine vollautomatische Anlage zur Dichtheitsprüfung jüngerer Generation ist aus dem Patent EP 1 333 266 B1 vorbekannt, welches den nächstliegenden Stand der Technik darstellt. Die Lecktestmaschine nach EP 1 333 266 B1 ist für einen Zylinderkopf, einen Motorblock oder ein ähnliches industriell gefertigtes Werkstück mit einem auf Dichtheit zu prüfenden Innenraum geeignet. Sie hat eine untere Dichtplatte sowie seitlich und von oben zu geschwenkte Dichtstempel, jeweils mit einer Dichtungsanordnung passend zum offenen Verbindungs- bzw. Anschlussbereich des Werkstücks, der abzudichten ist. Am Anschlussbereich ist im Fertigzustand ein weiteres Bauteil angeschlossen. Am Maschinengestell ist eine verschieblich gelagerte Werkstück-Haltevorrichtung vorgesehen. Eine Stellvorrichtung zum Zusammenbringen von Werkstück und Dichtplatte umfasst u.a. eine Hubeinrichtung mit Hubzylindern zum Hochfahren der unteren Dichtplatte gegen das Werkstück sowie weitere Antriebe für die Dichtstempel. Die Stellvorrichtung stellt damit Dichtplatte und - stempel in eine Prüfstellung, in welcher das Werkstück mit seinem Anschlussbereich dichtend an der Dichtungsanordnung der Dichtplatte anliegt.
Im Patent EP 1 333 266 B1 wird vorgeschlagen, für jeden Werkstücktyp eine entsprechende Lecktestmaschine einzusetzen - was dem derzeitigen Stand der Technik entspricht. Zur Umsetzung der dortigen Erfindung wäre allerdings für jeden Werkstücktyp mindestens eine Lecktestmaschine vorzusehen. Jede dieser Maschinen ist dann mit einer passenden Dichtanordnung zum prüfdruckdichten Abdichten von mehreren Öffnungen des zu prüfenden Innenraumes nach Außen während der Dichtheitsprüfung, d.h. einer entsprechend passenden Dichtplatte sowie den passenden Dichtstempeln auszurüsten.
Eine hochflexible, effektivere Lecktestmaschine zum Prüfen von mindestens vier verschiedenen Bauteiltypen wird von der Anmelderin in der noch unveröffentlichten Patentanmeldung Nr. PCT/ EP2016/081532 bzw. im Gebrauchsmuster DE 20 2015 106 873 vorgeschlagen.
Insbesondere bei sich derzeit verbreitenden hochflexiblen Fertigungssystemen, zur Fertigung z.B. unterschiedlicher Großserien-Motoren und deren Varianten verbleibt noch Verbesserungsbedarf. Entsprechendes gilt aber auch ohne hochflexible Fertigung, wenn z.B. auf ein und derselben Fertigungslinie sog. Baukastenmotoren, bedarfsweise als Drei-, Vier-, und Sechs-Zylinder-Reihenmotor, ohne Umrüstung hergestellt werden sollen. Damit geht auch entsprechender Aufwand bei den Lecktestmaschinen einher, u.a. zur Herstellung, Installation, Steuerung, Wartung, etc. und großer Stellflächenbedarf.
Es ist mithin eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mit reduziertem Aufwand, verbundene Lösung zur Dichtheitsprüfung mehrerer unterschiedlicher Werkstücktypen anzubieten, wobei insbesondere der mit den konventionellen Dichtplatten verbundene Aufwand stark reduziert oder gänzlich vermieden werden soll.
ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine gattungsgemäße Vorrichtung bzw. Lecktestmaschine ist zur Dichtheitsprüfung einer Strukturkomponente einer Antriebsmaschine, wie eines Zylinderkopfes, eines Motorblocks oder einer ähnlichen industriell gefertigten Strukturkomponente mit mindestens einem oder mehreren auf Dichtheit zu prüfenden Innenräumen bzw. Druckräumen bestimmt. Unter der Vorrichtung wird vorzugsweise eine Maschine verstanden, d.h. eine bedarfsweise getrennt bzw. als Einheit einsetzbare Einrichtung verstanden, die typisch einer einzelnen Anlagenstation entspricht.
Die gattungsgemäße Vorrichtung umfasst

-einen Prüfdruckanschluss und ggf. eine Druckquelle für Über- oder Unterdruck, zum Beaufschlagen eines zu prüfenden Innenraums mit einem Prüfdruck;
-eine Dichtanordnung zum prüfdruckdichten Abdichten von mehreren Öffnungen des zu prüfenden Innenraumes nach Außen während der Dichtheitsprüfung, sowie
-eine an sich bekannte Messeinrichtung zum Messen eines im zu prüfenden Innenraum herrschenden Drucks.

Die erfindungsgemäße Aufgabenlösung zeichnet sich dadurch aus, dass zum prüfdruckdichten Abdichten mindestens eine flexible, insbesondere membranartig verformbare, Dichtlage vorgesehen ist bzw. verwendet wird, wobei diese Dichtlage während der Dichtheitsprüfung mehrere Öffnungen des zu prüfenden Innenraums nach Außen verschließt.
Durch eine flexible Dichtlage können einerseits mehrere Öffnungen des zu prüfenden Innenraums gleichzeitig geprüft werden und andererseits kann die Abdichtung im Wesentlichen ganz unabhängig von der Geometrie der Strukturkomponente erfolgen.
Somit entfällt auch der typische Bedarf an bauteilspezifisch zu verwendenden Dichtplatten, da deren Funktion beim Abdichten im Wesentlichen durch die flexible Dichtlage übernommen werden kann.
Zur Herstellung der für die Dichtheitsprüfung erforderlichen Verbindungen, z.B. zum Beaufschlagen mit Prüfdruck, können z.B. weiterhin an sich bekannte Dichtstempel in Kombination mit den flexiblen Dichtlagen eingesetzt werden.
Die Biegsamkeit bzw. Flexibilität der Dichtlage erlaubt es, dieselbe Art Dichtlage für verschiedenste Bauteilgeometrien und/oder räumliche Verteilungen der Öffnungen einzusetzen.
Somit kann auch auf derselben Vorrichtung von einem Prüfzyklus zum nächsten ein anderes Bauteil geprüft werden, ohne das die erheblichen Mehraufwand erfordert, da die materialbedingte Flexibilität der Dichtlage zugleich die Anpassungsfähigkeit der Vorrichtung gewährleistet.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren, bei dem zum Abdichten mindestens eine verformbare Dichtlage dichtend an bzw. auf der Strukturkomponente angebracht wird und/oder die Strukturkomponente an bzw. auf mindestens einer verformbaren Dichtlage angebracht wird. Eine oder mehrere verformbare Dichtlagen erlauben es, unterschiedlichste Bauteile hochflexibel während der Dichtheitsprüfung nach Außen dicht zu verschließen.
Figurenliste
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung können der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung einer rein beispielhaften Ausführungsform Erfindung (ohne Beschränkung des Schutzumfangs) anhand der beiliegenden Zeichnungen entnommen werden. Diese zeigt:

1: ein Prinzipschema einer Lecktestmaschine mit zwei verformbaren Dichtlagen zum Abdichten von Öffnungen der Strukturkomponente.

1 zeigt prinzipschematisch eine Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung eines Innenraums 12 einer Strukturkomponente 10 eines Verbrennungsmotors, hier z.B. eines Zylinderkopfs mit einem Innenraum 12 zum Führen eines Betriebsmitteln, z.B. Kühlflüssigkeit. In der Strukturkomponente 10 sind eine Vielzahl Öffnungen 14 nach Außen vorgesehen, z.B. als Schnittstellen zu weiteren Komponenten bzw. Anschlüssen des Motors.
Ein Dicht-/Prüfstempel 16 an sich bekannter Bauart wird auf eine der Öffnungen angebracht. Der hat Dicht-/Prüfstempel 16 Prüfdruckanschluss 18 zum Beaufschlagen eines zu prüfenden Innenraums 12 mit einem Prüfdruck. Die Messeinrichtung für den Druck im Innenraum 12, ist bekannter Art und nicht näher gezeigt, ebenso ein weitere Dicht-/Prüfstempel, mit einer Mess-Sonde zur Druckmessung ist nicht gezeigt. Die Drucksonde kann auch in den gezeigten Dicht-/Prüfstempel 16 integrierte sein, was weiter den Aufwand verringert, da nur ein einziger Dicht-/Prüfstempel 16 in Kombination mit mehreren Dichtlagen 21, 22 alle Druckräume prüfen kann. Die Dichtanordnung zum prüfdruckdichten Abdichten der Öffnungen 14 nach Außen während der Dichtheitsprüfung hat hier nämlich zwei flexible, membranartig verformbare, Dichtlagen 21, 22 aufweist, welche während der Dichtheitsprüfung mehrere Öffnungen 14 des zu prüfenden Innenraums nach Außen verschließen. Auf eine erste Dichtlage 21 wird das Bauteil 10 dichtend angebracht, z.B. durch einen Industrieroboter positioniert. Anschließend wird die zweite Dichtlage 22 auf obere Öffnungen 14 im Bauteil dichtend angebracht, um diese gemeinsam und prüfdruckdicht zu verschließen. Vorzugsweise ist der Prüfdruck ein Unterdruck.
Die Dichtlagen 21, 22 können zumindest überwiegend aus technisch recyclingfähigem Material, wie z.B. Bienenwachs oder dgl., ggf. auch in einem Verbund, z.B. auf einer Trägerbahn aus Papier oder dünnwandigem Karton hergestellt sein. Jede Dichtlage 21, 22 ist gegenüber der Druckdifferenz zw. atmosphärischem Druck und dem Prüfdruck hinreichend fest, auch für größere Öffnungsquerschnitte, und sollte vorzugsweise plastisch verformbar sein.
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

EP 0122551 A2 [0005]
DE 10360143 B4 [0006]
DE 10241368 B4 [0006]
EP 1333266 B1 [0007, 0008]
EP 2016/081532 [0009]
DE 202015106873 [0009]

Claims

Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung eines Innenraums (12) einer Strukturkomponente (10) einer Antriebsmaschine, insbesondere Verbrennungsmotors, wie z.B. eines Zylinderkopfs, Motorblocks, Kurbelgehäuses oder dgl., wobei die Strukturkomponente vorzugsweise mindestens zwei voneinander getrennte Innenräume hat zum separaten Führen von Betriebsmitteln, insbesondere Kühlflüssigkeit, Schmieröl oder dgl.; wobei die Vorrichtung -einen Prüfdruckanschluss (18) umfasst zum Beaufschlagen eines zu prüfenden Innenraums (12) mit einem Prüfdruck, -eine Dichtanordnung zum prüfdruckdichten Abdichten von mehreren Öffnungen (14) des zu prüfenden Innenraumes nach Außen während der Dichtheitsprüfung, und -eine Messeinrichtung (16) zum Messen eines im zu prüfenden Innenraum herrschenden Drucks, umfasst; dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zum prüfdruckdichten Abdichten mindestens eine flexible Dichtlage (21, 22), insbesondere membranartig verformbare Dichtlage, aufweist, welche während der Dichtheitsprüfung mehrere Öffnungen (14) des zu prüfenden Innenraums nach Außen verschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung mindestens eine Druck- und/oder Messsonde (16) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Handhabungsvorrichtung, insbesondere einen Industrieroboter, aufweist zur Positionierung der Strukturkomponente (10) relativ zu der Dichtanordnung und/oder zu der bzw. den Dichtlage(n) (21; 22), um diese in eine wirksame Prüfstellung zu bringen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zum Erneuern der Dichtlage (21, 22) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zum prüfdruckdichten Abdichten mehrere separate Dichtlagen (21, 22) aufweist, welche eine überwiegende Anzahl der Öffnungen (14) des zu prüfenden Innenraumes nach Außen prüfdruckdicht abdichten und dass betätigbare Prüfstempel (16) vorgesehen sind, zur prüfdruckdichten Wirkverbindung mit den restlichen Öffnungen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zum prüfdruckdichten Abdichten mehrere separate Dichtlagen (21, 22) aufweist, welche sämtliche Öffnungen des zu prüfenden Innenraumes nach Außen prüfdruckdicht Abdichten, und dass eine Mess-Sonde durch mindestens eine der Dichtlagen hindurch zu dem zu prüfenden Innenraum eine Verbindung für die Messeinrichtung herstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Vorrats-Spender zum Bereitstellen von neuen Dichtlagen aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Dichtlage zumindest überwiegend aus technisch recyclingfähigem Material, wie Bienenwachs oder dgl., besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Dichtlage plastisch verformbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zum prüfdruckdichten Abdichten keine Dichtplatte aufweist.
Verwendung einer Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung eines Innenraums einer Strukturkomponente einer Antriebsmaschine, welche mindestens zwei voneinander getrennte Innenräume für Betriebsmittel aufweist, umfassend: -Beaufschlagen zu prüfenden Innenraums mit einem Prüfdruck; -Abdichten von mehreren Öffnungen des zu prüfenden Innenraumes nach Außen während der Dichtheitsprüfung; und -Messen eines Drucks im zu prüfenden Innenraum; umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abdichten mindestens eine membranartig verformbare Dichtlage verwendet wird, insbesondere dichtend an bzw. auf der Strukturkomponente angebracht wird; und/oder die Strukturkomponente an bzw. auf mindestens einer membranartig verformbaren Dichtlage angebracht wird, um während der Dichtheitsprüfung mehrere Öffnungen des zu prüfenden Innenraums nach Außen dicht zu verschließen.