DE202018001783U1

DE202018001783U1 - Charakteristiken von Ventilen

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Publication number: DE202018001783U1
Application number: DE202018001783.3U
Authority: DE
Original assignee: Siemens Schweiz AG
Current assignee: Siemens Schweiz AG
Priority date: 2018-04-05
Filing date: 2018-04-05
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2028-04-06

Abstract

Versuchsstand (1) zur Bestimmung von Ventildichtigkeit, der Versuchsstand (1) umfassend:
eine Wanne (2);
wobei die Wanne (2) mindestens eine Seitenwand aufweist;
eine Zufuhrleitung (3) anschliessbar an ein Ventilelement (5) und geeignet zur Zufuhr eines Fluides zu dem anschliessbaren Ventilelement (5);
wobei die Wanne (2) geeignet ist, eine Flüssigkeit (6) aufzunehmen und das Untertauchen eines Ventilelements (5) mit einer angepassten Ventilkennlinie (7) zwischen mindestens einer geschlossenen (12) und mindestens einer geöffneten (13) Stellung des Ventilelements (5) unter die aufgenommene Flüssigkeit (6) zu ermöglichen;
wobei die angepasste Ventilkennlinie (7) einen Durchfluss (8) durch das Ventilelement (5) gegenüber einem Ventilhub (9) des Ventilelements (5) angibt.

Description

Die vorliegende Offenbarung befasst sich mit der experimentellen Ermittlung von Charakteristiken von Ventilen. Insbesondere geht es um die experimentelle Ermittlung von Undichtigkeiten sowie um Charakteristiken in Form von Öffnungskurven.
Zur Ermittlung von Undichtigkeiten von Ventilen bieten sich verschiedene Vorrichtungen zur Detektion von Leckagen wie beispielsweise Helium-basierte Tests auf Leckage an. Im Rahmen eines Helium-basierten Tests auf Leckage wird anhand eines Helium-Detektors die Dichtigkeit eines Ventils untersucht. Die Testvorrichtung detektiert dabei eingesaugte Helium-Moleküle, welche an einer oder an mehreren Dichtungen eines Ventils entweichen.
Eine Ermittlung von Undichtigkeiten anhand eines Helium-basierten Tests erfordert in der Regel ein Behältnis wie beispielsweise eine Gasflasche mit Helium. Hinzu kommen die Instrumente für eine Detektion auch geringer Mengen an Helium-Molekülen. Die Bevorratung von Helium sowie der Instrumente zur Helium-Detektion führen zu einem aufwändigen Verfahren.
Ein anderer Test auf Leckage basiert auf Schwefelhexafluorid SF₆. Austretendes Schwefelhexafluorid SF₆ kann beispielsweise anhand einer speziellen Kamera detektiert werden, welche die Absorption durch Schwefelhexafluorid ausnutzt. Jedoch ist ein Test auf Ventildichtigkeit aufgrund bestehender Einwände hinsichtlich des Treibhauspotenzials von SF₆ heikel.
Etwaige Leckagen an Ventilen sind eine Funktion der Breite der Ventilschlitze. Typisch steigt mit der Breite der Ventilschlitze der Aufwand für die Dichtigkeit eines Ventils. Zugleich bestimmen die Schlitze von Ventilen die Abhängigkeit von Durchfluss gegenüber Öffnungsgrad.
Die deutsche Patentanmeldung DE4019503A1 , Einrichtung zur Steuerung eines Stellventiles einer Zentralheizungsanlage, ist am 19. Juni 1990 eingereicht. Sie ist veröffentlicht am 2. Januar 1992. DE4019503A1 offenbart in den 3 und 4 verschiedene Kennlinien 1 - 4. Jene Kennlinien geben die Abhängigkeit zwischen Durchfluss D% entlang der Ordinate und Ventilstellung VH% entlang der Abszisse an.
Die Patentanmeldung DE4019503A1 befasst sich in Spalte 6, Zeilen 36 - 55, mit der Linearisierung solcher Ventilkennlinien. Dazu wird vorgeschlagen, anhand einer in einem Speicher S abgelegten Ventilhub/Durchfluss-Korrekturkennlinie resultierende Kennlinien zu erzeugen. Eine gewünschte Kennlinie wird durch punktweise graphische Anpassung erhalten.
Das europäische Patent EP2304325B1 , Verfahren für den hydraulischen Abgleich und Regelung einer Heizungs- oder Kühlanlage und Abgleich- und Regelventil dafür, ist erteilt am 5. April 2017. Eine entsprechende europäische Anmeldung wurde am 21. Juli 2009 unter Beanspruchung einer Priorität vom 25. Juli 2008 eingereicht. EP2304325B1 offenbart in Anspruch 3 ein Verfahren, worin ein Abgleich- und Regelventil eine Ventilkennlinie mit zwei Teilen aufweist.
Der erste Teil jener Ventilkennlinie ist mindestens annähernd linear. Der zweite Teil verläuft gleichprozentig. Dabei bedeutet gleichprozentig gemäss Abschnitt 20 der Patentschrift, dass gleiche Änderungen der Eingangsgrössen gleiche prozentuale Änderungen der Ausgangsgrössen bewirken. Der Vorteil einer solchen gleichprozentigen Kennlinie liegt gemäss Abschnitt 12 in der Erzeugung einer linearen Abhängigkeit im Zusammenspiel mit einem angeschlossenen Wärmetauscher.
Ziel der vorliegenden Offenbarung ist eine verbesserte Bestimmung und Festlegung von Charakteristiken von Ventilen. Insbesondere sind solche Verbesserungen vorteilhaft für Keramik-Ventile. Bei Keramik-Ventilen besteht zumindest ein Teil des Ventilelements aus Keramik.
Zusammenfassung
Die vorliegende Offenbarung lehrt einen Versuchsstand zur Bestimmung der Dichtigkeit eines Ventils. Dabei wird das zu prüfende Ventil in eine Flüssigkeit, beispielsweise in Wasser oder in Öl, getaucht. Zugleich wird in den Fluidpfad zwischen Einlass und Auslass des Ventils ein gasförmiges Fluid wie beispielsweise Luft geführt. Vorzugsweise wird das Fluid mit einem Druck, welcher grösser ist als der Umgebungsdruck, beaufschlagt. An undichten Stellen des Ventils bilden sich sodann Blasen, insbesondere Luftblasen. Die Blasen lösen sich vom Ventilelement und steigen in der Flüssigkeit auf. Dabei werden die Blasen von einer Kamera gefilmt. Aus Grösse und Geschwindigkeit der Luftblasen lässt sich mithin eine quantitative Aussage über das Ausmass einer Undichtigkeit treffen.
Zugleich lehrt die vorliegende Offenbarung ein Ventil mit einem Ventilelement mit einer optimierten Kennlinie. Jene optimierte Kennlinie ist am Anfang, das heisst bei kleinem Ventilhub, linear. Ferner ist die Ventilkennlinie an deren Ende, das heisst bei nahezu vollständig geöffnetem Ventil, linear. In der Folge wird eine Regelung kleiner Lasten anhand des Ventils im unteren Bereich verbessert. Das Ventilelement benötigt zudem weniger breite Schlitze, denn die Steigung der Kennlinie an deren Ende bestimmt die erforderlichen Abmessungen der Schlitze.
Die genannten Probleme im Zusammenhang mit Charakteristiken von Ventilen werden anhand des Hauptanspruches der vorliegenden Offenbarung angegangen. Besondere Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen behandelt.
Es ist ein verwandtes Ziel der vorliegenden Offenbarung, dass das gasförmige Fluid im Fluidpfad des auf Dichtigkeit zu prüfenden Ventilelements mindestens 1.1-fachen, vorzugsweise mindestens 1.5-fachen, weiterhin bevorzugt mindestens 2.0-fachen atmosphärischen Druck aufweist. Der atmosphärische Druck auf Meereshöhe ist beispielsweise 1013 hPa. Versuchsbedingungen sind ferner in der Norm EN60534-3-3:1998 festgelegt.
Es ist ein weiteres verwandtes Ziel der vorliegenden Offenbarung, dass der Test auf Leckage des Ventils bei Raumtemperatur, insbesondere bei 292 K, 295 K oder 297 K durchgeführt wird. Details zu Versuchsbedingungen finden sich beispielsweise in der Norm EN60534-3-3:1998. Jene Temperatur bezieht sich vorzugsweise auf die Temperatur der Flüssigkeit, in welche das Ventil während des Tests eingetaucht wird. Jene Temperatur bezieht sich vorzugsweise auch auf die Temperatur des gasförmigen Fluids im Fluidpfad des auf Dichtigkeit zu prüfenden Ventilelements. Der Fachmann erkennt, dass für Ventilanwendungen bei erhöhter oder tieferer Temperatur auch Temperaturen deutlich oberhalb oder unterhalb von Raumtemperatur wie beispielsweise 400 K oder 200 K um Einsatz kommen können.
Es ist wiederum ein verwandtes Ziel der vorliegenden Offenbarung, dass das gasförmige Fluid im Fluidpfad des auf Dichtigkeit zu prüfenden Ventilelements Stickstoff und / oder Kohlenstoffdioxid und / oder Helium ist. Vorzugsweise wird Luft verwendet, da Druckluft normalerweise in jedem Industriebetrieb mit ca. 6 - 8 bar vorhanden ist. Weitere Details zu solchen Prüfungen sind in der Norm EN60534-3-3:1998 festgelegt.
Es ist ebenso ein verwandtes Ziel der vorliegenden Offenbarung, dass die Flüssigkeit, in welche das Ventilelement während des Tests eingetaucht ist, ein Silikonöl oder eine Flüssigkeit auf Mineralölbasis oder eine Mischung aus Wasser und Glykol oder eine Mischung aus Wasser und Kaliumformiat ist. Vorzugsweise ist Wasser mit Korrosionsschutz (je nach verwendetem Materialien in dem Prüfling) zu verwenden.
Es ist auch ein verwandtes Ziel der vorliegenden Offenbarung, dass die Ermittlung einer quantitativen Aussage über das Ausmass einer Undichtigkeit anhand eines Algorithmus erfolgt. Der Algorithmus ist vorzugsweise auf einem Rechner implementiert und ermittelt die Grösse aufsteigender Blasen und / oder deren Geschwindigkeit beim Aufstieg. Der Algorithmus ist vorzugsweise ausgebildet, aus Anzahl, Grösse und Geschwindigkeit der aufsteigenden Blasen eine quantitative Aussage über das Ausmass der Undichtigkeit zu treffen.
Gemäss einer speziellen Ausführungsform basiert der Algorithmus zur Ermittlung einer quantitativen Aussage über das Ausmass der Undichtigkeit auf einem neuronalen Netzwerk. Jenes neuronale Netzwerk wird für unterschiedliche Versuchsbedingungen wie beispielsweise unterschiedliche Flüssigkeiten oder unterschiedliche Gase im Fluidpfad jeweils trainiert.
Es ist ferner ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, dass die Ventilkennlinie in einem Bereich zwischen 0 Prozent Ventilöffnung und 10 Prozent Ventilöffnung, bevorzugt zwischen 0 Prozent Ventilöffnung und 20 Prozent Ventilöffnung, weiter bevorzugt zwischen 0 Prozent Ventilöffnung und 30 Prozent Ventilöffnung (im Wesentlichen) linear verläuft. Dabei entsprechen 0 Prozent Ventilöffnung einem geschlossenen Ventil.
Es ist ferner ein verwandtes Ziel der vorliegenden Offenbarung, dass die Ventilkennlinie in einem Bereich zwischen 90 Prozent Ventilöffnung und 100 Prozent Ventilöffnung, bevorzugt zwischen 80 Prozent Ventilöffnung und 100 Prozent Ventilöffnung, weiter bevorzugt zwischen 70 Prozent Ventilöffnung und 100 Prozent Ventilöffnung (im Wesentlichen) linear verläuft. Dabei entsprechen 100 Prozent Ventilöffnung einem geöffneten, vorzugsweise vollständig geöffneten, Ventil.
Es ist ferner ein verwandtes Ziel der vorliegenden Offenbarung, dass das auf Dichtigkeit zu prüfende Ventil ein Schieberventil ist. Vorzugsweise weist das auf Dichtigkeit zu prüfende Ventilelement eine Schlitzgeometrie auf.
Figurenliste
Verschiedene Details werden dem Fachmann anhand der folgenden detaillierten Beschreibung zugänglich. Die einzelnen Ausführungsformen sind dabei nicht einschränkend. Die Zeichnungen, welche der Beschreibung beigefügt sind, lassen sich wie folgt beschreiben:

1 zeigt schematisch den hier offenbarten Versuchsstand zur Ermittlung der Dichtigkeit eines Ventils.
2 zeigt eine Ventilhub/Durchfluss - Kennlinie eines Ventils gemäss der vorliegenden Offenbarung.

Detaillierte Beschreibung
Der in 1 gezeigte Versuchsstand dient der Ermittlung der Dichtigkeit eines Ventilelements (5) eines Ventils. Dazu wird das Ventilelement (5) in eine Flüssigkeit (6) in einer Wanne (2) eingetaucht und an eine Zufuhrleitung (3) sowie eine Ausströmleitung (4) angeschlossen. Das Ventilelement (5) wird vorzugsweise gemeinsam mit einem Ventil in die Flüssigkeit (6) in der Wanne (2) eingetaucht. Weiterhin ist vorgesehen, das Ventilelement (5) als Teil eines Testaufbaus in die Flüssigkeit (6) in der Wanne (2) einzutauchen.
Anschliessend wird über die Zufuhrleitung (3) ein gasförmiges Fluid in Richtung Ventilelement (5) geleitet. Vorzugsweise handelt es sich bei dem gasförmigen Fluid um Luft. Gemäss einer anderen Ausführungsform handelt es sich bei dem gasförmigen Fluid um Kohlenstoffdioxid oder um Stickstoff oder um ein Edelgas wie Helium. Das gasförmige Fluid kann mit einem Druck beaufschlagt werden. Das gasförmige Fluid im Fluidpfad des auf Dichtigkeit zu prüfenden Ventilelements (5) kann beispielsweise mit mindestens 1.1-fachen, vorzugsweise mindestens 1.5-fachen, weiterhin bevorzugt mindestens 2.0-fachen atmosphärischen Druck beaufschlagt werden. Der atmosphärische Druck auf Meereshöhe ist beispielsweise 1013 hPa. Versuchsbedingungen sind ferner in der Norm EN60534-3-3:1998 festgelegt.
Gemäss einer speziellen Ausführungsform ist in der Ausströmleitung (4) ein Ventil angebracht. Das Ventil der Ausströmleitung (4) dient zur Einstellung des Drucks im Fluidpfad des auf Dichtigkeit zu prüfenden Ventilelements (5). Weiterhin ist möglich, in der Zufuhrleitung (3) ein Ventil anzubringen. Ferner kann ein Manometer zur Messung und / oder Regelung des Drucks des gasförmigen Fluides im Fluidpfad des Ventilelements (5) vorgesehen sein.
Anhand einer Kamera (14) werden nun Blasen (16), welche aufgrund von Undichtigkeiten aus dem Ventilelement (5) entweichen, aufgezeichnet. Jene Blasen (16) bestehen typisch aus dem gasförmigen Fluid, welches in das Ventilelement (5) geführt wird. Sie steigen in der Flüssigkeit (6) entgegen der Schwerkraft auf.
Die Kamera (14) verfügt zu Aufzeichnungszwecken über ein Objektiv (15). Ferner verfügt die Wanne (2) über mindestens eine durchsichtige Seitenwand. Vorzugsweise ist die durchsichtige Seitenwand im sichtbaren Bereich zwischen 500 nm und 700 nm Wellenlänge, speziell bevorzugt zwischen 400 nm und 700 nm Wellenlänge, weiterhin speziell bevorzugt zwischen 500 nm und 800 nm Wellenlänge, besonders bevorzugt zwischen 400 nm und 800 nm Wellenlänge durchsichtig. Die durchsichtige Seitenwand kann beispielsweise aus Glas oder aus einem durchsichtigen Kunstsoff wie Polyethylenterephthalat (PET) bestehen. Zur Aufzeichnung aufsteigender Blasen wird die Kamera (14) und / oder deren Objektiv (15) nun auf die mindestens eine durchsichtige Seitenwand der Wanne (2) gerichtet.
In einer speziellen Ausführungsform ist die Kamera eine Unterwasserkamera. Als solche lässt sich die Kamera in der Wanne (2), insbesondere am Boden der Wanne (2), anordnen. Die Unterwasserkamera ist zumindest teilweise oder auch ganz mit einer Flüssigkeit (6), insbesondere mit Wasser, bedeckt.
Es ist angedacht, dass anhand des Versuchsstandes Tests auf Ventildichtigkeit bei Raumtemperatur, vorzugsweise bei 292 K und / oder bei 295 K und / oder bei 297 K durchgeführt werden. Durch Wahl einer geeigneten Flüssigkeit (6) und einer geeigneten Wanne (2) werden auch Versuche deutlich oberhalb oder unterhalb von Raumtemperatur wie beispielsweise bei 400 K oder bei 200 K möglich. Beispielsweise kann die Flüssigkeit ein Silikonöl oder eine Flüssigkeit auf Mineralölbasis oder eine Mischung aus Wasser und Glykol oder eine Mischung aus Wasser und Kaliumformiat sein. Details zu Versuchsbedingungen finden sich beispielsweise in der Norm EN60534-3-3:1998.
Im Zuge der Bestimmung von Undichtigkeiten wird die Kamera (15) mit einer Recheneinrichtung verbunden. Die Recheneinrichtung weist typisch einen Prozessor sowie einen (nichtflüchtigen) Speicher auf. Die Recheneinrichtung empfängt von der Kamera (15) Bilder mit Aufzeichnungen aufsteigender Luftblasen (16) in der Flüssigkeit (6).
Die Recheneinrichtung analysiert nun auf Basis der empfangenen Bilder die Anzahl, die Abmessungen und die Geschwindigkeit in der Flüssigkeit (6) aufsteigenden Blasen. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Recheneinrichtung zu jeder einzelnen Blase (16) deren Geschwindigkeit und deren Abmessungen bestimmt.
Anschliessend berechnet die Recheneinrichtung anhand ihres Prozessors auf Basis der gewonnen Messwerte eine quantitative Aussage über das Ausmass einer Undichtigkeit im Ventilelement (5). Dazu wird aus den Abmessungen einer jeden Blase (16) deren Volumen bestimmt. Ferner wird die Geschwindigkeit einer jeden Blase (16) ermittelt. Nun wird aus dem Produkt aus Geschwindigkeit und Volumen bei anschliessender Summierung über die einzelnen Luftblasen (6) ein Volumenstrom bestimmt. Jener Volumenstrom erlaubt eine quantitative Aussage über das Ausmass einer Undichtigkeit des Ventilelements (5).
Die Funktion zur Berechnung des Volumenstromes kann im Speicher der Recheneinrichtung abgelegt sein. Es ist auch möglich, dass der Algorithmus zur Ermittlung einer quantitativen Aussage über das Ausmass der Undichtigkeit auf einem neuronalen Netzwerk basiert. Auch in diesem Fall ist die Funktion in Form eines neuronalen Netzes mit einer vorgegebenen Anzahl an Neuronen pro Schicht und mit vorgegeben gewichteten Verknüpfungen zwischen den Neuronen im Speicher der Recheneinrichtung abgelegt. Jenes neuronale Netzwerk wird für unterschiedliche Versuchsbedingungen wie beispielsweise unterschiedliche Flüssigkeiten oder unterschiedliche Gase im Fluidpfad jeweils trainiert. Vorzugsweise sind Sätze von Parametern des neuronalen Netzwerkes für unterschiedliche Flüssigkeiten (6) und andere Versuchsbedingungen wie beispielsweise Temperatur und Druck im Speicher der Recheneinrichtung abgelegt. Passend zu den jeweils vorherrschenden Versuchsbedingungen wird dann ein Satz an Parametern geladen. Der Prozessor kann so anhand neuronale Netz Berechnungen passend zum geladenen Satz an Parametern ausführen.
Die in 2 gezeigte Kennlinie (7) eines Ventilelementes (5) oder eines Ventils beschreibt einen Zusammenhang zwischen Durchfluss (8) und Ventilhub (9). Beim Durchfluss kann es sich um einen Volumenfluss (8) beispielsweise in Kubikmetern pro Stunde oder in Litern pro Sekunde handeln. Gemäss einer Alternativen Ausführungsform handelt es sich beim Durchfluss (8) um einen Massenfluss beispielsweise in Kilogramm pro Stunde oder in Gramm pro Sekunde.
Das Ventilelement (5) weist mindestens einen Ventilhub (9) von 0 Prozent auf, bei welchem der Fluidpfad zwischen Einlassanschluss und Auslassanschluss des Ventilelements (5) unterbrochen ist. Das Ventilelement (5) ist dann in seiner geschlossenen Stellung (12). Das Ventilelement (5) weist ausserdem mindestens einen Ventilhub (9) von 100 Prozent auf, bei welchem der Fluidpfad zwischen Einlassanschluss und Auslassanschluss des Ventilelements (5) maximal geöffnet ist. Das Ventilelement (5) ist dann in seiner mindestens einen geöffneten Stellung (13). Vorzugsweise ist bei 100% Ventilhub (9) das Ventilelement (5) vollständig geöffnet. Es ist bei vollständiger Öffnung nicht mehr möglich, durch Änderung des Ventilhubes (9), das heisst durch Änderung der Stellung des Ventilelementes (5), den Durchfluss (8) durch das Ventilelement (5) weiter zu steigern.
Die Kennlinie (7) aus 2 weist mindestens einen ersten linearen Bereich (10) auf. In jenem ersten linearen Bereich lässt sich der Durchfluss (8) in Abhängigkeit vom Ventilhub (9) durch eine Beziehung $Durchfluss = Konstante \times Ventilhub$

beschreiben. Es ist vorgesehen, dass im ersten linearen Bereich (10) der reale Durchfluss (8) als Funktion des Ventilhubes (9) um maximal 10 Prozent, bevorzugt um maximal 5 Prozent, weiterhin bevorzugt um maximal 2 Prozent, von dem durch die obige Beziehung gegebenen Durchfluss abweicht. Der Fachmann berücksichtigt Abweichungen von einem idealen linearen Verhalten vor dem Hintergrund der einschlägigen Norm EN60534-3-3:1998.
Die Kennlinie (7) aus 2 weist weiterhin mindestens einen zweiten linearen Bereich (11) auf. In jenem zweiten linearen Bereich lässt sich der Durchfluss (8) in Abhängigkeit vom Ventilhub (9) durch eine Beziehung $Durchfluss = Konstante \times Ventilhub + Versatz$

beschreiben. Es ist vorgesehen, dass im zweiten linearen Bereich (11) der reale Durchfluss (8) als Funktion des Ventilhubes (9) um maximal 10 Prozent, bevorzugt um maximal 5 Prozent, weiterhin bevorzugt um maximal 2 Prozent, von dem durch die obige Beziehung gegebenen Durchfluss abweicht.
Mit anderen Worten, die vorliegende Offenbarung lehrt einen Versuchsstand (1) zur Bestimmung von Ventildichtigkeit, der Versuchsstand (1) umfassend:

eine Wanne (2);
wobei die Wanne (2) mindestens eine Seitenwand aufweist; eine Zufuhrleitung (3) anschliessbar an ein Ventilelement (5) und geeignet zur Zufuhr eines Fluides zu dem anschliessbaren Ventilelement (5);
wobei die Wanne (2) geeignet ist, eine Flüssigkeit (6) aufzunehmen und das Untertauchen eines Ventilelements (5) mit einer angepassten Ventilkennlinie (7) zwischen mindestens einer geschlossenen (12) und mindestens einer geöffneten (13) Stellung des Ventilelements (5) unter die aufgenommene Flüssigkeit (6) zu ermöglichen;
wobei die angepasste Ventilkennlinie (7) einen Durchfluss (8) durch das Ventilelement (5) gegenüber einem Ventilhub (9) des Ventilelements (5) angibt.

Die vorgenannten Flüssigkeit (6) ist vorzugsweise bei 292 K und / oder 295 K und / oder bei 297 K flüssig. Der Fachmann wählt ferner Versuchsbedingungen unter Beachtung der einschlägigen Norm EN60534-3-3:1998. Die vorgenannte Wanne besteht vorzugsweise aus Glas oder aus einem im sichtbaren Bereich durchsichtigen Kunststoff.
Das Ventilelement (5) mit angepasster Ventilkennlinie (7) ist vorzugsweise ein Schieber. Gemäss einer Ausführungsform weist das Ventilelement (5) mindestens einen festen oder mindestens einen beweglichen, insbesondere dichtenden, Bestandteil aus Keramik auf. Der mindestens eine feste oder mindestens eine bewegliche, insbesondere dichtende, Bestandteil ist idealer Weise aus technischer Keramik gefertigt, insbesondere aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) und / oder aus Siliziumkarbid (SiC) und / oder aus Zirkondioxid (ZrO₂) und / oder aus Magnesiumoxid (MgO). Der Fachmann wählt einen keramischen Werkstoff wie Aluminiumoxid mit einem geeigneten Reinheitsgrad wie 92%, 96% oder 99%. Höhere Reinheitsgrade bieten Vorteile in Bezug auf mechanische Steifigkeit und / oder Festigkeit und / oder Durchschlagfestigkeit.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass mindestens eines der festen oder beweglichen Teile des Ventilelementes (5) mit einem der vorgenannten Materialien beschichtet ist. Die Beschichtung kann auch aus einer diamantähnlichen Kohlenstoffschicht und/oder einem diamantähnlichen Kohlenstoffmaterial bestehen.
Die vorliegende Offenbarung lehrt ferner einen der vorgenannten Versuchsstände (1), wobei die angepasste Ventilkennlinie (7) mindestens einen ersten linearen Bereich (10; 11) aufweist und der mindestens eine erste lineare Bereich (10; 11) die mindestens eine geschlossene (12) oder die mindestens eine geöffnete (13) Stellung des Ventilelements (5) umfasst.
Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin einen der vorgenannten Versuchsstände (1), der Versuchsstand (1) zusätzlich umfassend eine Ausströmleitung (4) anschliessbar an ein Ventilelement (5) und geeignet zum Ausströmen eines Fluides aus dem anschliessbaren Ventilelement (5).
Die vorliegende Offenbarung lehrt ausserdem einen der vorgenannten Versuchsstände (1), wobei die Kamera (14) eine Unterwasserkamera, bevorzugt eine in der Wanne (2) angeordnete und / oder befestigte Unterwasserkamera, ist.
Die vorliegende Offenbarung lehrt des weiteren einen der vorgenannten Versuchsstände (1), wobei die mindestens eine Seitenwand der Wanne (2) durchsichtig ist und der Versuchsstand (1) zusätzlich umfasst eine Kamera (14) mit einem auf die mindestens eine durchsichtige Seitenwand der Wanne (2) gerichteten Objektiv (15), so dass die Kamera (14) ausgebildet ist, anhand ihres Objektivs (15) Blasen (16), welche in einer durch die Wanne (2) aufgenommenen Flüssigkeit (6) aufsteigen, aufzunehmen.
Die vorgenannten Blasen sind vorzugsweise Blasen eines gasförmigen Fluids, beispielsweise Luftblasen oder Blasen aus Kohlenstoffdioxid, Stickstoff oder aus einem Edelgas wie Helium.
Die vorliegende Offenbarung lehrt einen der vorgenannten Versuchsstände (1), der Versuchsstand (1) zusätzlich umfassend das Ventilelement mit der angepassten Ventilkennlinie (7);
wobei das Ventilelement (5) mit der angepassten Ventilkennlinie (7) einen Einlassanschluss aufweist, der mit der Zufuhrleitung (3) verbunden ist;
wobei das Ventilelement (5) mit der angepassten Ventilkennlinie (7) einen Auslassanschluss aufweist, der mit der Ausströmleitung (4) verbunden ist;
wobei das Ventilelement (5) einen Fluidpfad zwischen dem Einlassanschluss und dem Auslassanschluss aufweist;
wobei das Ventilelement (5) mindestens eine geschlossene (12) Stellung aufweist, in welchem der Fluidpfad unterbrochen ist; und
wobei das Ventilelement (5) mindestens eine geöffnete (13) Stellung aufweist, welche eine Strömung eines Fluids vom Einlassanschluss durch den Fluidpfad zum Auslassanschluss ermöglicht.
Die vorliegende Offenbarung lehrt einen der vorgenannten Versuchsstände (1), wobei die angepasste Ventilkennlinie (7) mindestens einen zweiten linearen Bereich (10; 11) aufweist und der mindestens eine zweite lineare Bereich (10; 11) die mindestens eine geschlossene (12) oder die mindestens eine geöffnete (13) Stellung des Ventilelements (5) umfasst.
Die vorliegende Offenbarung lehrt einen der vorgenannten Versuchsstände (1), wobei der mindestens eine erste lineare Bereich (10) der angepassten Ventilkennlinie (7) die mindestens eine geschlossene (12) Stellung umfasst; und
wobei der mindestens eine zweite lineare Bereich (11) der angepassten Ventilkennlinie (7) die mindestens eine geöffnete (13) Stellung umfasst.
Die vorliegende Offenbarung lehrt ferner einen der vorgenannten Versuchsstände (1), wobei der mindestens eine erste lineare Bereich (10) einen Bereich der angepassten Ventilkennlinie (7) von 0 Prozent Ventilhub (9) bis maximal 30 Prozent Ventilhub (9), vorzugsweise von 0 Prozent Ventilhub (9) bis maximal 20 Prozent Ventilhub (9), weiterhin bevorzugt von 0 Prozent Ventilhub (9) bis maximal 10 Prozent Ventilhub (9) umfasst;
wobei 0 Prozent Ventilhub (9) der mindestens einen geschlossenen Stellung entspricht; und
wobei 100 Prozent Ventilhub (9) der mindestens einen geöffneten Stellung entspricht.
Die vorliegende Offenbarung lehrt darüber hinaus einen der vorgenannten Versuchsstände (1), wobei der mindestens eine zweite lineare Bereich (10) einen Bereich der angepassten Ventilkennlinie (7) von mindestens 70 Prozent Ventilhub (9) bis 100 Prozent Ventilhub (9), vorzugsweise von mindestens 80 Prozent Ventilhub (9) bis 100 Prozent Ventilhub (9), weiterhin bevorzugt von mindestens 90 Prozent Ventilhub (9) bis 100 Prozent Ventilhub (9) umfasst;
wobei 0 Prozent Ventilhub (9) der mindestens einen geschlossenen Stellung entspricht; und
wobei 100 Prozent Ventilhub (9) der mindestens einen geöffneten Stellung entspricht.
Die vorliegende Offenbarung lehrt einen der vorgenannten Versuchsstände (1), der Versuchsstand (1) zusätzlich umfassend eine Recheneinrichtung, welche mit der Kamera (15) verbunden ist und ausgebildet ist, Aufnahmen aus der Kamera (15) auszuwerten.
Die vorliegende Offenbarung lehrt einen der vorgenannten Versuchsstände (1), wobei die Recheneinrichtung ausgebildet ist, durch Bildverarbeitung aus Aufnahmen aus der Kamera (15) Messwerte hinsichtlich Anzahl, Abmessungen und Geschwindigkeit von Blasen (16), welche in einer durch die Wanne (2) aufgenommenen Flüssigkeit (6) aufsteigen, zu extrahieren.
Die vorliegende Offenbarung lehrt einen der vorgenannten Versuchsstände (1), wobei die Recheneinrichtung ausgebildet ist, als Funktion der Messwerte hinsichtlich Anzahl, Abmessungen und Geschwindigkeit von Blasen (16), welche in einer durch die Wanne (2) aufgenommenen Flüssigkeit (6) aufsteigen, eine quantitative Aussage über das Ausmass einer Undichtigkeit zu berechnen und auszugeben.
Teile einer Regeleinrichtung oder eines Verfahrens gemäss der vorliegenden Offenbarung können als Hardware, als Softwaremodul, welches von einer Recheneinheit ausgeführt wird, oder anhand eines Cloud-Rechners, oder anhand einer Kombination der vorgenannten Möglichkeiten realisiert werden. Die Software mag eine Firmware, einen Hardware-Treiber, der innerhalb eines Betriebssystems ausgeführt wird, oder ein Anwendungsprogramm umfassen. Die vorliegende Offenbarung bezieht sich also auch auf ein Rechnerprogramm-Produkt, welches die Merkmale dieser Offenbarung enthält bzw die erforderlichen Schritte ausführt. Bei Realisierung als Software können die beschriebenen Funktionen gespeichert werden als einer oder mehrere Befehle auf einem Rechner-lesbaren Medium. Einige Beispiele Rechner-lesbarer Medien schliessen Arbeitsspeicher (RAM), magnetischen Arbeitsspeicher (MRAM), ausschliesslich lesbaren Speicher (ROM), Flash-Speicher, elektronisch programmierbares ROM (EPROM), elektronisch programmierbares und löschbares ROM (EEPROM), Register einer Recheneinheit, eine Festplatte, eine auswechselbare Speichereinheit, einen optischen Speicher, oder jegliches geeignete Medium ein, auf welches durch einen Rechner oder durch andere IT-Vorrichtungen und Anwendungen zugegriffen werden kann.
Das Genannte bezieht sich auf einzelne Ausführungsformen der Offenbarung. Verschiedene Änderungen an den Ausführungsformen können vorgenommen werden ohne von der zu Grunde liegenden Idee abzuweichen und ohne den Rahmen dieser Offenbarung zu verlassen. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ist definiert über deren Ansprüche. Es können verschiedenste Änderungen vorgenommen werden ohne den Schutzbereich der folgenden Ansprüche zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Versuchsstand
2: Wanne
3: Zufuhrleitung
4: Ausströmleitung
5: Ventilelement
6: Flüssigkeit
7: Kennlinie
8: Durchfluss
9: Ventilhub
10: linearer Bereich
11: linearer Bereich
12: geschlossene Ventilstellung
13: geöffnete, vorzugsweise vollständig geöffnete Ventilstellung
14: Kamera
15: Objektiv
16: Blasen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4019503 A1 [0006, 0007]
EP 2304325 B1 [0008]

Claims

Versuchsstand (1) zur Bestimmung von Ventildichtigkeit, der Versuchsstand (1) umfassend: eine Wanne (2); wobei die Wanne (2) mindestens eine Seitenwand aufweist; eine Zufuhrleitung (3) anschliessbar an ein Ventilelement (5) und geeignet zur Zufuhr eines Fluides zu dem anschliessbaren Ventilelement (5); wobei die Wanne (2) geeignet ist, eine Flüssigkeit (6) aufzunehmen und das Untertauchen eines Ventilelements (5) mit einer angepassten Ventilkennlinie (7) zwischen mindestens einer geschlossenen (12) und mindestens einer geöffneten (13) Stellung des Ventilelements (5) unter die aufgenommene Flüssigkeit (6) zu ermöglichen; wobei die angepasste Ventilkennlinie (7) einen Durchfluss (8) durch das Ventilelement (5) gegenüber einem Ventilhub (9) des Ventilelements (5) angibt.
Der Versuchsstand (1) nach Anspruch 1, wobei die angepasste Ventilkennlinie (7) mindestens einen ersten linearen Bereich (10; 11) aufweist und der mindestens eine erste lineare Bereich (10; 11) die mindestens eine geschlossene (12) oder die mindestens eine geöffnete (13) Stellung des Ventilelements (5) umfasst.
Der Versuchsstand (1) nach Anspruch 1 oder 2, der Versuchsstand (1) zusätzlich umfassend eine Ausströmleitung (4) anschliessbar an ein Ventilelement (5) und geeignet zum Ausströmen eines Fluides aus dem anschliessbaren Ventilelement (5) .
Der Versuchsstand (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kamera (14) eine Unterwasserkamera, bevorzugt eine in der Wanne (2) angeordnete und / oder befestigte Unterwasserkamera, ist.
Der Versuchsstand (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mindestens eine Seitenwand der Wanne (2) durchsichtig ist und der Versuchsstand (1) zusätzlich umfasst eine Kamera (14) mit einem auf die mindestens eine durchsichtige Seitenwand der Wanne (2) gerichteten Objektiv (15), so dass die Kamera (14) ausgebildet ist, anhand ihres Objektivs (15) Blasen (16), welche in einer durch die Wanne (2) aufgenommenen Flüssigkeit (6) aufsteigen, aufzunehmen.
Der Versuchsstand (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der Versuchsstand (1) zusätzlich umfassend das Ventilelement mit der angepassten Ventilkennlinie (7); wobei das Ventilelement (5) mit der angepassten Ventilkennlinie (7) einen Einlassanschluss aufweist, der mit der Zufuhrleitung (3) verbunden ist; wobei das Ventilelement (5) mit der angepassten Ventilkennlinie (7) einen Auslassanschluss aufweist, der mit der Ausströmleitung (4) verbunden ist; wobei das Ventilelement (5) einen Fluidpfad zwischen dem Einlassanschluss und dem Auslassanschluss aufweist; wobei das Ventilelement (5) mindestens eine geschlossene (12) Stellung aufweist, in welchem der Fluidpfad unterbrochen ist; und wobei das Ventilelement (5) mindestens eine geöffnete (13) Stellung aufweist, welche eine Strömung eines Fluids vom Einlassanschluss durch den Fluidpfad zum Auslassanschluss ermöglicht.
Der Versuchsstand (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die angepasste Ventilkennlinie (7) mindestens einen zweiten linearen Bereich (10; 11) aufweist und der mindestens eine zweite lineare Bereich (10; 11) die mindestens eine geschlossene (12) oder die mindestens eine geöffnete (13) Stellung des Ventilelements (5) umfasst.
Der Versuchsstand (1) nach Anspruch 7, wobei der mindestens eine erste lineare Bereich (10) der angepassten Ventilkennlinie (7) die mindestens eine geschlossene (12) Stellung umfasst; und wobei der mindestens eine zweite lineare Bereich (11) der angepassten Ventilkennlinie (7) die mindestens eine geöffnete (13) Stellung umfasst.
Der Versuchsstand (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der mindestens eine erste lineare Bereich (10) einen Bereich der angepassten Ventilkennlinie (7) von 0 Prozent Ventilhub (9) bis maximal 30 Prozent Ventilhub (9), vorzugsweise von 0 Prozent Ventilhub (9) bis maximal 20 Prozent Ventilhub (9), weiterhin bevorzugt von 0 Prozent Ventilhub (9) bis maximal 10 Prozent Ventilhub (9) umfasst; wobei 0 Prozent Ventilhub (9) der mindestens einen geschlossenen Stellung entspricht; und wobei 100 Prozent Ventilhub (9) der mindestens einen geöffneten Stellung entspricht.
Der Versuchsstand (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der mindestens eine zweite lineare Bereich (10) einen Bereich der angepassten Ventilkennlinie (7) von mindestens 70 Prozent Ventilhub (9) bis 100 Prozent Ventilhub (9), vorzugsweise von mindestens 80 Prozent Ventilhub (9) bis 100 Prozent Ventilhub (9), weiterhin bevorzugt von mindestens 90 Prozent Ventilhub (9) bis 100 Prozent Ventilhub (9) umfasst; wobei 0 Prozent Ventilhub (9) der mindestens einen geschlossenen Stellung entspricht; und wobei 100 Prozent Ventilhub (9) der mindestens einen geöffneten Stellung entspricht.
Der Versuchsstand (1) nach Anspruch 4 oder 5, der Versuchsstand (1) zusätzlich umfassend eine Recheneinrichtung, welche mit der Kamera (15) verbunden ist und ausgebildet ist, Aufnahmen aus der Kamera (15) auszuwerten.
Der Versuchsstand (1) nach Anspruch 10, wobei die Recheneinrichtung ausgebildet ist, durch Bildverarbeitung aus Aufnahmen aus der Kamera (15) Messwerte hinsichtlich Anzahl, Abmessungen und Geschwindigkeit von Blasen (16), welche in einer durch die Wanne (2) aufgenommenen Flüssigkeit (6) aufsteigen, zu extrahieren.
Der Versuchsstand (1) nach Anspruch 11, wobei die Recheneinrichtung ausgebildet ist, als Funktion der Messwerte hinsichtlich Anzahl, Abmessungen und Geschwindigkeit von Blasen (16), welche in einer durch die Wanne (2) aufgenommenen Flüssigkeit (6) aufsteigen, eine quantitative Aussage über das Ausmass einer Undichtigkeit zu berechnen und auszugeben.