DE2400637C3 - Leckanzeigegerät für hohle Werkstücke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Leckanzeigegerät für hohle Werkstücke mit einer Fülleinrichtung, durch die ein zu prüfendes Werkstück zunächst mit einem Druckmedium vorfüllbar ist, mit einer Regeleinrichtung, durch die in dem Werkstück nach Abschluß der Vorfüllung ein Prüfdruck aufrechterhaltbar ist, sowie mit einer Durchflußmeßeinrichtung, durch die bei aufrechterhaltenem Prüfdruck der Mediumszustrom zu dem Werkstück und damit dessen Leckverluste meßbar sind.

Solche Leckanzeigegeräte werden zum Prüfen der Druckdichtheit hohler Werkstücke verschiedenster Bauart und unterschiedlichster Anwendung, wie Triebwerksgehäusen, Arbeitszylindern, mit Dichtungen oder sonstwie zu verschließenden Öffnungen versehenen Teilen u. dgl., verwendet.

Bei einem bekannten derartigen Leckanzeigegerät (DT-OS 20 16 076) werden der Fülldruck und der mit diesem übereinstimmende Prüfdruck durch einen einzigen Druckregler gesteuert. Dies hat zur Folge, daß eine relativ lange Zeitspanne erforderlich ist, bis das auf Undichtheiten zu prüfende Werkstück mit Druckluft <>5 gefüllt ist. Erst wenn der erforderliche Prüfdruck erreicht ist, kann der eigentliche Meüvorgang beginnen. Außerdem kühlt sich die bei der Druckerhöhung erwärmte Luft durch Wärmeabgabe in dem zu nrüfenden Werkstück wieder ab, was zu Meßungenauigkeiten führt. Schwankungen in dem Versorgungsdruck führen zu unerwünschten Schwankungen des Prüfdrucks und damit ebenfalls zu Meßungenauigkeiten Ein anderes bekanntes Leckanze.gegerät (DT-OS 20 16 076, Fi e 3) ist zwar mit zwei hintereinandergeschalteten Druckreglern versehen, durch welche die Abhängigkeit von Schwankungen des Versorgungsdrucks weitgehend ausgeschaltet ist. Es arbeitet aber instationär, da während der Messung der Prüfdruck nicht konstant gehalten wird. Hieraus ergeben sich die bekannten Folgen instationärer Messungen, vor allem die Abhängigkeit des Meßwerts von dem Zeitpunkt und von der Zeitdauer der Messung. .

Ein weiteres bekanntes Leckanzeigegerat (US-PS 33 31 237) weist eine Fülleinrichtung mi! einem Fülidruckregler auf, der auf einen wesentlich über dem Prüfdruck liegenden Druck eingestellt ist, außerdem einen zweiten Druckregler, der den Prüfdruck aufrechterhält sowie einen mit dem Inneren des zu prüfenden Werkstücks verbundenen Druckschalter, der das Umschalten der Druckregler steuert. Das Werkstück vwrd dabei zLers; auf den vollen Fülldruck aufgefüllt und muß danach wieder entlüftet werden, bis der erforderliche Prüfdruck erreicht ist. Diese Art der Einstellung des Prüfdrucks ist umständlich und zeitraubend. Außerdem führen die mit dem schnellen Auffüllen auf vollen Fülldruck und dem nachfolgenden Druckablassen verbundenen strömungs- und thermodynamischen Effekte zu Instabilitäten, die die Meßgenauigkeit beeinträchtigen. Schließlich wird bei dem bekannten Gerät der Leckstrom indirekt über den Druckabfall in einer Membrandose gemessen, wobei dieses Meßprinzip umständlich und nicht sonderlich genau ist, da die mechanische Auslenkung einer Membran durch die in einer stromdurchflossenen Spule erzeugte Induktivitätsänderungen gemessen wird. Die Messung ist insbesondere wegen der Nichtlinearität der Membranauslenkung nicht genau und außerdem nicht sehr empfindlich, da es einer merklichen Druckdifferenz bedarf, um die Membran überhaupt auszulenken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leckanzeigegerät zu schaffen, mit dem die für die Leckprüfung erforderliche Zeit verkürzt und die Meßgenauigkeit beeinträchtigende Störeinflüsse ausgeschaltet werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, diiß die Fülleinrichtung mit einem auf einen wesentlich über dem Prüfdruck liegenden Druck eingestellten Fiilldruckregler versehen ist und daß mit dem Inneren des Werkstücks ein auf einen in etwa dem Prüfdruck entsprechenden Umschaltdruck eingestellter Druckschalter verbindbar ist, durch den das Werkstück kurz vor Beendigung des Auffüllvorgangs von der Fülleinrichtung abgetrennt und mit der Regeleinrichtung verbunden wird.

Mit geringem apparativen Aufwand wird die empfindliche Regeleinrichtung vor möglichen Druckstößen bei einem Leckanzeigegerat geschont, bei dem in Weiterbildung der Erfindung der Auslaß des Fülldruckreglers einerseits über die Regeleinrichtung und andererseits über eine Überbrückungsleitung «jjrcrct rn;t dem Werkstück verbunden ist und bei dem durch den Druckschalter bei Erreichen des Umschaltdrucks die Überbrückungsleitung abgesperrt und die Regeleinrichtung mit dem Werkstück verbunden wird.

Die zum Umschalten des Drucks erforderlichen

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Einrichtungen werden bei einem weitergebildeten Leckanzeigegerät auf ein Mindestmaß reduziert, bei welchem durch den mit einem mit dem Inneren des Werkstücks verbundenen pneumatischen Meßfühler versehenen Druckschalter ein zwischen dem Fülldruck- s regler, der Regeleinrichtung und dem Werkstück wechselweise die Verbindung herstellendes Umschaltventil gesteuert wird.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß das Werkstück zunächst über den aui einen hohen Druck eingestellten FüMdruckregler mit großer Geschwindigkeit vorgefüllt wird. Der mit dem Inneren des Werkstücks verbundene Druckschalter trennt etwa bei Erreichen des Prüfdrucks das Werkstück von dem Fülldruckregler und verbindet es mit der den Prüfdruck steuernden Regeleinrichtung. Diese Regeleinrichtung, die einen Präzisionsdruckregler aufweist, steuert einerseits die Schlußphase des Auffüllvorgangs und hält andererseits während des Meßvorgangs den Prüfdruck in dem Werkstück konstant. Ein schnelles Auffüllen des Werkstücks ist somit möglich, ohne daß zuerst ein zu hoher Druck aufgebaut werden müßte, der danach wieder abzulassen ist. Das Leckanzeigegerät nach der Erfindung erreicht außerdem eine große Genauigkeit mit geringem Aufwand. Der auf großen Durchsatz ausgelegte Fülldruckregler braucht nicht sehr genau zu sein und ist deshalb billig herzustellen. Der Präzisionsdruckregler muß nur einen kleinen Durchsatz liefern, er läßt sich deshalb trotz seiner hohen Genauigkeit ebenfalls wirtschaftlich herstellen. Gegen Druck-Schwankungen im Versorgungsnetz ist er durch den in der Schlußphase des Auffüllvorgangs und während des Meßvorgangs in Reihe vor ihm liegenden Fülldruckregler geschützt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Leckanzeigegeräts dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 ein an einer Wand befestigbares Leckanzeigegeräi in einer Vorderansicht,

F i g. 2 das Leckanzeigegerät nach F i g. 1 in einer Seitenansicht,

F i g. 3 ein schematisches Flußdiagramm zum Leckanzeigegerät,

F i g. 4 einen Schaltplan der pneumatischen Ausrüstung des Leckanieigegerätes nach F i g. 1,

F i g. 5 einen Schaltplan der elektrischen Ausrüstung des Leckanzeigegerätes nach F i g. 1,

Fig.6 ein Flußdiagramm zu einer anderen, für die Anzeige sehr kleiner Lecks geeignete Ausführung eines Leckanzeigegeräts,

F i g. 7 einen elektrischen Schaltplan zu einer weiteren, mit einer automatischen Eichkontrolle versehenen Ausführung eines Leckanzeigegerätes,

F i g. 8 einen Teilausschnitt aus dem pneumatischen Schaltplan des Leckanzeigegerätes gem. F i g. 7 und

Fig.9 einen schematisierten pneumatisch-elektrisehen Schaltplan einer anderen Ausführung eines Leckanzeigegerätes, bei dem ein mit hoher Geschwindigkeit verlaufender Vorfüll-Arbeitsgang vorgesehen ist, wobei am Ende dieses Arbeitsganges derselbe Druckregler verwendet wird, wie beim Prüf-Arbeitsgang.

Ein Leckanzeigegerät 11 (Fig. 1) weist zwei zur Befestigung an einer Wand bestimmte und untereinander verbundene Kästen 12 und 13 auf, von denen der Kasten t2 die pneumatische Baugruppe und der Kasten 13 die elektrische Baugruppe enthält. (Es können ebensogut am Boden befestigbare Kästen oder Schränke vorgesehen werden.) In F i g. 1 und F i g. 2 sind Teile der pneumatischen Baugruppe zu erkennen, so z. B. ein Dreiwege-Absperrventil 14, ein Filter 15 und ein pneumatischer Prüfanschluß 16, die alle an einer Seite des Kastens 12 angebracht sind. Im Inneren dieses Kastens ist ein laminares Strömungsglied 17 zu erkennen, dessen Wirkungsweise weiter unten beschrieben wird. Ein Differenzdruckgeber 18 ist an das Strömungsglied 17 angeschlossen.

Auf der Frontplatte des Kastens 13 sind eine Reihe Knopfdruckschalter und Anzeigeleuchten vorgesehen. Mit einem Hauptabstellschalter oder Notschalter 21 kann, falls das Gerät an die elektrische Versorgungsspannung angeschlossen ist, der Anschluß unterbrochen werden. Der Notschalter 21 und ein Hauptschalter 22 sind mit einem Hauptrelais CRM (Fig. 5) in Reihe geschaltet, wobei diese Schaltung einen üblicherweise geöffneten Schalter 23 einschließt, der auf den vollen, von einer Luftdruckqueiie gelieferten Luftdruck anspricht. Damit werden fehlerhafte »Gut«-Anzeigen bei fehlender Druckluftversorgung oder bei wegen eines verstopften Filters 15 nicht ausreichendem Druck vermieden.

Eine rote Haupt-Anzeigeleuchte 24 zeigt an, wann elektrische Spannung und Druckluft zur Verfügung stehen. Eine gelbe Anzeigeleuchte 25 zeigt an, daß das zu prüfende Werkstück mit Druckmedium gefüllt wird, während eine weiße Anzeigeleuchte 26 anzeigt, daß die Leckprüfung im Gange ist. Unterhalb der Anzeigeleuchte 26 sind eine grüne »Gut«-Anzeigeleuchte 27 und eine rote »Ausschuß«-Anzeigeleuchte 28 angeordnet, die jeweils anzeigen, ob das geprüfte Werkstück innerhalb der zulässigen Fehlergrenze liegt und damit angenommen wird oder ob es als fehlerhaft zurückgewiesen werden muß.

Ein Wählschalter 29 bringt eine grüne Anzeigelampe 31 zum Leuchten, wenn er in Prüfstellung steht, und eine rote Anzeigelampe 32, wenn er in Eichstellung steht. In der Prüfstellung des Wählschalters 29 wird die Leckprüfung in üblicher Weise durchgeführt. In der Eichstellung wird ein Teil der normalen Prüfeinrichtung überbrückt und damit die Bedienungsperson in die Lage versetzt, mittels eines Testes die Genauigkeit des Leckanzeigegerätes selbst nachzuprüfen.

Ein unterhalb des Wählschalters 29 angeordnetes Eich-Simulierventil 33 ist in Fig.4 in seinen Einzelheiten dargestellt. Das Eich-Simulierventil 33 weist drei Stellungen auf: eine mittlere Schließstellung sowie eine linke und eine rechte Stellung, in denen der Auslaß des laminaren Strömungsgliedes 17 mit jeweils einem von zwei Nadelventilen 34 und 35 verbunden ist. Die Nadelventile 34 und 35 sind so eingestellt, daß sie jeweils eine noch zulässige Leckströmung bzw. eine nicht mehr zulässige Leckströmung simulieren.

Zur Erläuterung des in F i g. 3 dargestellten Flußdiagramms für das Leckanzeigegerät sind auch der pneumatische Schaltplan gemäß F i g. 4 sowie der elektrische Schaltplan nach F i g. 5 heranzuziehen. Ein Einlaß 36 für die Druckluftversorgung ist über das Haupt-Absperrventil 14 mit dem Filter 15 verbunden. Von dem Filter 15 strömt die Druckluft über ein an der Wand des Kastens 12 vorgesehenes Rohr-Verbindungsstück 37 zu einem Haupt-Druckminderventil 38 und einem zugeordneten Meßgerät 39, wobei der Druck auf einen vorgegebener. Wert, beispielsweise 4.14 Bar abgemindert wird. Von dem Druckminderventil 38 verzweigt sich die Luftströmung in verschiedene Richtungen. Sie wird so auch einem Fülldruckregler 41 mit zugeordnetem Meßgerät 42 zugeführt, in welchen

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der zum Füllen des Prüfstücks verwendete Druck geregelt bzw. angezeigt wird. In einem üblichen Ausführungsbeispiel liegt dieser Druck z. B. kurz oberhalb 1,4 Bar. Andere Druckluft-Teilströme werden einem Prüfregler 43 mit Meßgerät 44, der das laminare Strömungsglied 17 versorgt, sowie einem Instrumentendruck-Regler 45 mit Meßgerät 46, der einen Differenzdruck-Geber 47 versorgt, zugeführt. Das laminare Strömungsglied 17 und der Differenzdruck-Geber 47 bilden zusammen eine Leckprüfeinrichtung in Durchströmungsmeßbauart, die in der schematischen Darstellung in Fig.3 mit dem Bezugszeichen 48 gekennzeichnet ist. Wie in Fig.4 zu erkennen ist, ist der verstärkende Differenzdruck-Geber 47 sowohl mit der Einlaßseite als auch mit der Auslaßseite des Strömungsgliedes 17 verbunden. Er zeigt ohne Verzögerung und kontinuierlich den von der Strömungsgeschwindigkeit abhängigen Druckabfall in dem laminaren Strömungsglied 17 an. Das verstärkte Ausgangssignal des Differenzdruck-Gebers 47 kann beispielsweise zwischen 0,21 und 1,04 Bar schwanken und steuert somit in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit in dem Strömungsglied 17 die Stellung eines »Gut«/»Ausschuß«-Druckschalters 49, der je nachdem, ob der Druck unterhalb oder oberhalb eines vorgegebenen Wertes liegt, je eine von zwei möglichen Stellungen einnimmt.

Das Leckanzeigegerät prüft den Druck einer ursprünglichen, über den Füllungsregler 41 in ein zu prüfendes Werkstück 50 eingegebenen Druckluftfüllung und nach einem bestimmten Zeitintervall den Druck einer vom Prüfregler 43 über das laminare Strömungsglied 17 strömenden Druckluft, wobei der vom Prüfregler 43 stammende Druck geringfügig unterhalb des vom Füllungsregler 41 stammende Druck geringfügig unterhalb des vom Füllungsregler 41 stammenden Drucks liegt. Diese aufeinanderfolgenden Füll- und Prüfarbeitsgänge werden durch ein Reihenfolgc-Sehaltventil 51 gesteuert. Dieses Schaltventil 51 weist zwei Einlasse auf, von denen einer über eine Leitung 52 mit dem Füllungsregler 41 und der andere über eine Leitung 53 mit dem Auslaß des Strömlingsgliedes 17 verbunden ist. Ein in der Leitung 53 vorgesehenes magnetbetätigtes Absperrventil 54 sorgt dafür, daß unerwünschte Druckstöße nach jedem Prüfvorgang vermieden werden.

Der Auslaß des Schaltventils 51 ist über eine Leitung 55 mit dem Einlaß eines Reihenfolge-Schaltventils 56 verbunden, das seinerseits mit dem Prüfanschluß 16 für das Werkstück 50 verbunden ist. Das Schaltventil 56 kann zwischen einer ersten Stellung, in welcher Druckluft von dem Schaltventil 51 zu dem Werkstück eingeleitet wird, und einer zweiten Stellung, in welcher die Druckluft aus dem Werkstück wieder ausströmen kann, verstellt werden.

Die Füll- und Prüfzeitintervalle werden von einem Füllzeitzähler 277? bzw. einem Prüfzeitzähler 377? gesteuert.

Bei diesen Füll- bzw. Prüf-»Zeitzählern« (oder -»Zeitgebern«) handelt es sich um herkömmliche magnetbetätigte Schalter, die nach einem einstellbaren Zeitabschnitt schließen. Beim Schließen des Zeitgebers 2TR wird das Relais 2CR angeregt, das den Stromkreis des das Reihenfolge-Schaltventil 51 steuernden Magnetschalters 2 schließt. Dabei wird der Teil des Arbeitszyklus, während dem das Werkstück aufgefüllt wird, beendet und der Prüfvorgang eingeleitet, indem das Reihenfolge-Schaltventil 51 von seiner — in F i g. 4 dargestellten — oberen Stellung in seine untere Stellung gebracht wird. Beim Schließen des Zeitgebers 3TR wird entweder ein Relais 4C7? oder ein Relais 5CR angeregt und dabei der Stromkreis eines Relais 1CR geöffnet (vgl. Zeile 6 in Fig. 5), welches seinerseits den Stromkreis eines das Schaltventil 56 steuernden Elektromagneten 1 öffnet. Das Schaltventil 56 kehrt danach in seine — in Fig.4 dargestellte — obere Stellung zurück und läßt den Druck aus dem Werkstück 50 entweichen.

Um einen Prüfvorgang von Hand zu starten, wird durch Niederdrücken eines Druckknopfschalters 57 der Stromkreis des Relais iCR geschlossen. Dabei wird ein Haltekontakt und der Stromkreis des Elektromagneten 1 geschlossen, wodurch das Schaltventil 56 in seine untere oder Füll-Stellung (vgl. Fig. 4) gebracht wird. Das Absperrventil 54 wird ebenso in seine Füll-Stellung umgestellt. Danach fließt sofort Druckluft unter einem durch den Füllungsregler 41 geregelten Druck in das Werkstück 50 ein. Der Zeitgeber 2TR schließt nach einem gegebenen Zeitintervall, wobei der Schließzeitpunkt in Abhängigkeit von der Größe des Werkstücks und damit von der zu seiner vollständigen Füllung erforderlichen Zeit vorgewählt bzw. eingestellt wird.
Beim Schließen des Zeitschalters 2TR wird das Relais 2CR angeregt und bringt durch Betätigen des Elektromagneten 2 das Schaltventil 51 in seine untere Stellung (vgl. F i g. 4). Dadurch wird die Druckströmurig vom Füllungsregler 41 unterbrochen und ein Einströmen von Druckluft aus dem Strömungsglied 17 in das Werkstück 50 ermöglicht. Diese Druckluft steht, wie bereits erwähnt, unter einem geringfügig niedriger liegenden Druck als die aus dem Füllungsregler 41 stammende Luft. Gleichzeitig wird der Zeitschalter 377? ausgelöst, der nach einer vorgegebenen Zeitspanne schließt, während der der Differenzdruck-Geber den Druckabfall entlang des Strömungsgliedes 17 mißt und verstärkt. Der Druckabfall ist proportional der Strömungsgeschwindigkeit, die ihrerseits von dor Größe der Leckströmung des Werkstücks 50 abhängt. Das beispielsweise in einem Bereich von 0,21 bis 1,04 Baischwankende verstärkte Ausgangssignal des Differenzdruck-Gebers 47 betätigt den Druckschalter 49 (vgl. die Zeilen 16 und 18 in F i g. 5). Liegt das festgestellte Leck innerhalb des zulässigen Bereichs, so wird bei Schließen des Zeitzählers 3TR das Relais 5C7? angeregt und öffnet den Stromkreis des Relais 4CR und somit auch den — in Linie 6 von Fig. 5 dargestellten — Stromkreis, wohe die Speisung des Relais \CR und des Zeitschalters 2Th unterbrochen wird. Die grüne Anzeigeleuchte 2/ leuchtet auf und ein den Schalter 49 überbrückende! Kontakt hält das Leuchten aufrecht. Das Relais 5Cl· kann ferner Kontakte in einem getrennten Stromkrel· 60 schließen, mit dem beliebige weitere Anzeige-Speicher- oder Betätigungseinrichiungen gestetier werden können.

Wenn das festgestellte Leck über dem zulässige! Betrag liegt, wird der Druckschalter 49 umgestellt um bewirkt infolgedessen beim Schließen des Zeitschalter; 377? die Anregung des Relais 4CR. Dabei wird auch de Stromkreis gemäß Zeile 6 in Fig. 5 geöffnet un< unterbricht die Versorgung des Relais ICR und öffne den Zeitschalter 2TR. Die rote Anzeigeleuchte 21 leuchtet auf, und ein zusätzlicher Stromkreis 61 beispielsweise für eine geeignete Anzeige-, Speicher oder Betätigungseinrichtung, wird geschlossen.

Zusätzlich zu den roten und grünen Signalleuchte!' die den »Ausschuß«- bzw. »Gut«-Zustand des Prüfstük kes anzeigen, kann ein an den Ausgang des Differenz

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jruck-Verstärkers 47 anzuschließender Druchflußmesser 62 (F i g. 4) vorgesehen werden.

Beim Entregen des Relais 1CR werden die Ventile 54 und 56 in ihre oberen Stellungen (vgl. Fig. 4) zurückgeführt. Dabei entweicht der Druck aus dem Werkstück 50, und gleichzeitig wird das Strömungsglied 17 vom Werkstück abgetrennt, damit in ihm kein plötzlicher Druckstoß erscheint. Beim öffnen des Zeischalters 2TR kann das Schaltventil 51 in seine obere Stellung gelangen und verbindet somit wieder die Leitung 55 mit dem Fülldruckregeler 41, womil das Leckprüfgerät für den nächsten Arbeitsgang bereit ist.

Bei automatischen Montagestraßen kann es wünschenswert sein, die einzelnen Werkstücke nicht von Hand, sondern selbsttätig zu prüfen. Zu diesem Zweck ist ein in den Zeilen 4 und 5 von Fig. 5 dargestellter Stromkreis vorgesehen, der einen Endschalter 63 aufweist, welcher jedesmal geschlossen wird, wenn ein Teil an eine bestimmte Stelle gelangt. Der Endschalter 63 erregt dabei das Relais \CR und den Zeitschalter 2TR und setzt den Füllvorgang und den Prüfvorgang des oben beschriebenen Arbeitszyklus in Gang. Allerdings wird das Relais \CR nicht durch die Relais ACR oder 5CR entregt, sondern durch das öffnen des Zeitschalters 177? nach einem in Abhängigkeit von dem Bewegungstakt des Werkstückes gewählten Zeitintervall.

Es kann wünschenswert sein, von Zeit zu Zeit nachzuprüfen, ob das Leckanzeigegerät ordnungsgemäß mißt und die zulässigen und unzulässigen Leckströme richtig anzeigt. Um diese Prüfung durchzuführen, wird der Wählschalter 29 von seiner »Prüf«- zu seiner »Eich«-Stellung umgelegt (vgl. Zeile 11 in F i g. 5). Dabei geht die Anzeigeleuchte 31 aus und es wird das Relais 3CR entregt, wodurch die Anzeigeleuchte 32 aufleuchtet und die beiden Zweige des Schalters 49 betriebsbereit werden. Das Simulierventil 33 wird dann von Hand so eingestellt, daß entweder das »Gut«-Ventil 34 oder das »Ausschuß«-Ventil 35 mit dem Auslaß des Strömungsgliedes 17 verbunden wird. Wie erwähnt, ist das Ventil 34 so eingestellt, daß der Durchfluß geringfügig kleiner als die zulässige Leckströmung ist und das Ventil 35 so, daß die Durchströmung geringfügig darüber liegt. Somit leuchtet in Abhängigkeit von der Stellung des Simulierventils 33 entweder die »Ausschuß«-Lnmpe 28 oder die »Gut«-Lampe 27, wenn das Gerät in Ordnung ist, auf.

Das in F i g. 6 dargestellte Flußdiagramm entspricht einer anderen Ausführung eines Leckanzeigegerätes, das zum Feststellen sehr kleiner Leckströme geeignet ist. Diese Ausführung entspricht in den Grundgedanken dem vorbeschriebenen Leckanzeigegerät, beispielsweise indem ein Werkstück 101 bis zu einem vorgegebenen Druckwert schnell vorgefüllt wird und danach der Leckstrom mittels eines Durehflußmcssers 102 — im vorliegenden Falle eines elektronischen Mikrosirömungs-Meßgeräts, das einen DifferentiaUlruckgcbcr. der die Ausgangssignale eines Durchflußmessers mißt und verstärkt und ein Sirömungssignal abgibt, einschließt — gemessen wird.

Das Gerät schließt einen I lochdruckcinlaß 103 für die Dnickluftversorgung ein, der über ein Haupt-Absperrventil 104 und ein Filter 105 zu einem Haupt-Druckminderventil 10b mit Meßgerät 107 liihrt. Das Druckminderventil 106 ist sowohl an einen Hochdruck Füllungsreglcr 108 mit Meßgerät 109 als mich an einen l'rilfregler 111 mit Meßgerät 112 angeschlossen. Der !''iilluiiL'srcirU'r 1OH kann beispielsweise sei ausgcl<Yt werden, daß er einen Auslaßdruck von etwa 28 Bar aufweist und der Prüfregler einen Auslaßdruck von etwa 25 Bar. Die gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel erhöhten, hier angewendeten Drucke ermöglichen es, relativ kleine Lecks anzuzeigen.

Die Regler 108 und 111 sind mit einem Füllventil 113 bzw. mit einem Prüffüllventil 114 verbunden. Das Öffnen und Schließen des Ventils 113 wird durch einen regelbaren Hochdruck-Füllzeitzähler 115 gesteuert, ίο während das Ventil 114 durch einen regelbaren Prüfzeitzähler 116 gesteuert wird.

Die Auslässe dieser Ventile sind über eine Leitung 117 und ein Ausgleichs- und Prüfventil 118 mit einem Prüfteil-Anschluß 119 verbunden, an welchen ein zu prüfendes Werkstück 101 angeschlossen ist. Eine Abzweigung 121 der Leitung 117 führt zu einer Temperatur- und Volumen-Slabüisierkamrner 122, deren Verwendung weiter unten erklärt wird. Eine Leitung 123 führt von dieser Kammer zu der das Ventil 118 mit dem Anschluß 119 verbindenden Leitung 124. In die Leitung 123 ist ein elektronisches Mikroströmungs-Meßsvstem 102 eingefügt, das wie bereits erwähnt einen Druchflußmesser und einen Differentialdruckgebcr, der das Ausgangssignal des Durchflußmessers zu einem Strömungssignal verstärkt, enthält.

Ein einstellbarer Ausgleichs-Zeitzähler 125 ist an das Ausgleichs- und Prüfventil 118 angeschlossen und ein Prüf-Zeitzähler 126 steuert ein von der Leitung 124 abzweigendes Anlagen-Entlüftungsventil 127. Diese Zeitzähler steuern den Betrieb des Leckanzeigegeräts in einer noch zu beschreibenden Weise. Eine Grob-Leckprüfeinrichtung 128 ist über das Prüffüllventil 114 und das Prüfventil 118 an den Prüfkreisiauf angeschlossen. Diese Grob-Leckprüfeinrichtung kann ein Differenz-SS druckmesser konventioneller Bauart sein, der in der Lage ist, relativ große Leckströme zu messen.

Beim Betrieb des Gerätes gemäß F i g. 6 ist anfangs

das Ausgleichs- und Prüfventil 118 geöffnet, uu:, Hochdruck-Füllventil 113 wird durch den Zeitzähler 115 geöffnet und gibt den Durchfluß für die unter hohem Druck stehende Druckluft in das Werkstück 101 und in die Kammer 122 frei. Nach einer vorbestimmten Zeit wird das Hochdruck-Füllventil 113 wieder geschlossen und das Prüffüllventil 114 geöffnet, um den Druck in dem Werkstück 101 und in der Kammer 122 zu stabilisieren. Es sei erwähnt, daß irgendwelche auf Druckschwankungen beruhende Temperaturschwankungen gleichermaßen im Werkstück 101 und in der Kammer 122 auftreten, so daß von Temperaturschwanklingen herrührende Ungcnauigkeiten vollkommen ausgeglichen werden.

Die Grob-LeckprüfeinrichUing 128 wird nun iluivl kurzzeitiges Schließen des Ventils 114 betätigt, uiv nachzuprüfen, ob größere Lecks in dem Werkstück s5 auftreten. Wenn dem so ist, kann auf den Ausgleich dei Prüfeinrichtung verzichtet werden. Wenn über größer'. Lecks nicht vorhanden sind, wird das Ventil 114 geöffiic' und das Ausgleichs- und Prüfvcntil 118 geschlossen, si daß jedes im Werkstück 101 vorhandene Leck durch ihr <w elektronische Mikroströmungs-Durchflußmetl^ci ;i festgestellt werden kann. Wegen des vollkonimei ausgeglichenen Zustands, in den die Prüfanlage versetz wird, bevor das Durchflußmeßgerät 102 /wischen ilii Kammer 122 und das Werkstück 101 geschähet wird ''S zeigt die Prüfanlage auch extrem kleine l.eekstrüiiiim gen schnell und genau an. Ähnlich wie beim vorbcschne benci! Ausführungsbeispiel kann der Ausgang tie vorliegenden l.eekpriifgiTütes mit einem F.instell- uiu

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Bezugs-Durchflußmesser 129 und mit einer »Gut«- oder »Ausschuß«-Anzeige verbunden werden. Falls gewünscht, kann auch eine Eichschaltung 132 an das Leckpriifgerät angeschlossen werden.

Das in den F i g. 7 und 8 dargestellte Ausführungsbeispiel des Leckprüfgeräts ist dem der F i g. 1 bis 5 ähnlich, es ist aber zusätzlich mit einer automatischen Eichkontrolle ausgerüstet, die nach jeder Prüfung eines Werkstücks feststellt, ob die Aniage ordnungsgemäß arbeitet. Die automatische Eichkontroll-Einrichtung besteht aus einer an den Auslaß des Reihenfolge-Schaltventils 56 angeschlossenen und parallel zu dem Prüfanschluß 16 geschalteten verstellbaren Blende 201. Ein zu der Blende 201 führender Zweigkana! 202 fuhrt durch ein normalerweise geschlossenes magnetbetätigtes Zweiwegeventil 203 hindurch. Der Aufbau ist so ausgeführt, daß bei Beendigung der Leckprüfung eines jeden Werkstücks 50, anstatt daß das Leckprüfgerät zum Prüfen des nächsten Werkstücks eingerichtet wird, das Ventil 203 geöffnet wird und den Auslaß des Reihenfolge-Schaltventils 56 mit der Blende 201 verbindet. Diese Blende 201 wird geringfügig weiter geöffnet eingestellt, als es der maximal zulässigen Leckströmung entspricht. Am Ende eines vorgegebenen Zeitintervalls wird automatisch nachgeprüft, ob das Leckanzeigegerät diese Leckströmung als unzulässig groß festgestellt hat. Wenn dies der Fall ist, liefert die automatische Eichkontrolle ein »O.K.«-Signal, und das Leckprüfgerät wird wieder für die Prüfung des nächsten Werkstückes eingerichtet. Wenn die Überprüfung aber ein anderes Ergebnis ergibt, liefert die automatische Eichkontrolle ein »Fehler«-Signal und setzt das Leckanzeigegerät still, so daß es keine weiteren Leckprüfungen vornehmen kann, bevor der Fehler nicht behoben ist.

In F i g. 7 ist der elektrische Schaltplan des Leckanzeigegeräts mit automatischer Eichkontroile dargestellt. Der größte Teil dieses Schaltplans entspricht dem von F i g. 5 und seine Wirkungsweise muß deshalb nicht nochmals beschrieben werden. Es genügt zu sagen, daß der Start-, der Füll- und der Prüfvorgang des Arbeitszyklus wie vorbeschrieben durchgeführt werden.

Zur Erläuterung des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 7 und 8, soweit es die selbsttätige Eichkontrolle anbelangt, soll nun an dem Punkt begonnen werden, an dem der Prüfzeitschalter 377? schließt. Der Differenzdruck-Gi;ber 47 hatte den Druckverlust längs des Strömungsgliedcs 17 laufend gemessen und verstärkt. Das verstärkte Ausgangssignal des Differenzdruck-Gebers 47 betätigt einen Schalter 204, ein normalerweise geöffneter druckbetätigter Schulter. Unabhängig davon, ob die L.eckströmung des Werkstücks 50 im zulässigen oder unzulässigen Bereich liegt (Schalter 204 geschlossen bzw. geöffnet), wird buim Schließen des Zeitzählers 3TW entweder das Relais 4CR oder das Relais 5CR angeregt. Diese Relais regen ihrerseits eine den »Bctricbs«-Zustund der Eichkontroile anzeigende weiße Leuchte 205, ein Relais TCR und den normalerweise geöffneten zeitverzögerien Schalter 4 VR an. Durch die Anregung des Relais 7CR wird der Stromkreis gemäß /.eile 24 geschlossen und regt einen in Zeile 34 enthaltenen Elektromagnet 4 an, welcher das Eichkon-(rollventil 203 in !,eine geöffnete Stellung bringt. Danach wird das Schaltventil 56 mit der Blende 201 verbunden. Am Ende des von dem Zeitschalter 477? gesteuerten Zeitintervall«, schließt der Schalter. Während dieses Zeitinlcrvalls reagiert der dnickbetätigte Schalter 204 auf das verstärkte Ausgangssignal des Druckgeber* 47.

Wenn das Prüfgerät einwandfrei funktioniert, schließt der Schalter 204 und regt das Relais 6CR an. Dementsprechend bewirkt das Schließen des Zeitzählers 4TV? die Anregung eines Relais 8CR in Zeile 24. Die »O.K.«-Leuchte 206 der Eichkontrolle wird ebenfalls angeregt. Zusätzlich zum Schließen eines Überbrükkungskontaktes für den Zeitschalter 477? in Zeile 25 und dem öffnen des Stromkreises für ein Relais 9CR in Zeile 26 öffnet das Relais SCR Kontakte in den Zeilen 6 und

ίο 10, womit die gesamte Leckprüfeinrichtung zum Prüfen des nächsten Werkstückes eingerichtet wird. Ein zusätzlicher Stromkreis 207 in Zeile 35 kann für irgendwelche andere gewünschte Zwecke vorgesehen werden, beispielsweise um entlang der Montagestraße sich bewegende Teile anzuzeigen oder zu steuern.

Sollte die Anlage dermaßen gestört sein, daß der druckbetätigte Schalter 204 nach dem öffnen des Ventils 203 nicht schließt, wird beim Schließen des Zeitzählers ATR das Relais 9CR und die »Fehler«-Anzeigeleuchte 208 der Eichkontrolle angeregt. Die Klemmen des Relais 9CR in Zeile 6 werden geöffnet und bewirken durch das Entregen des Relais IC/?, daß das Ventil 56 in seine »Entleer«-Stellung verschoben wird. Das Relais SCR wird abgeschaltet und der Zeitzähler 4TO überbrückt, so daß das Relais 9CR angeregt bleibt und die Leckprüfeinrichtung nicht in der Lage ist, weitere Werkstücke zu prüfen, bis sie von Hand zurückgestellt und der Fehler behoben worden ist. Ein zusätzlicher, durch Anregen des Relais 9CR gesteuerter Stromkreis 209 kann vorgesehen werden.

Es sei bemerkt, daß der Aufbau der Anlage so vorgesehen ist, daß die automatische Eichkontrolle sowohl bei von Hand gestarteten Werkstück-Prüfvorgängen wie auch bei durch den Endschalter 63 gesteuerten Prüfungen durchgeführt wird. Außerdem kann das Leckanzeigegerät durch Umstellen des Schalters 29 in die »Eich«-Slellung für die handbetätigte Eichkontrolle umgeschaltet werden. Dabei wird das Relais 3CR entregt und der Schalter 204 betriebsbereit gemacht. Das Ventil 33 kann, wie oben in Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert, von Hand umgestellt werden, um das Prüfgerät entweder mit dem »Gut«-Ventil 34 oder mit dem »Ausschuß«- Ventil 35 zu überprüfen.

Das in Fig. 9 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen der Ausführung gemäß F i g. 1 bis 5, ist aber mit Einrichtungen versehen, um das zu prüfende Werkstück anfangs mit einer viel höheren Geschwindigkeit aufzufüllen und dann die Vorfüllung unter Verwendung des gleichen Druckreglers zu beendigen, der für den Prüfvorgang verwendet wird. Der schnelle Vorfüll-Arbeitsgang hat den Vorteil, daß die mit dem Unterdrucksetzen eines Werkstückes verbundene Wärmewirkung vermindert wird, da sie bei schnellerer Vorfüllung geringer ist. Wenn ein Werkstück unter Druck gesetzt wird, so steigt die Temperatur der in dem Werkstück enthaltenen Luft aufgrund des crhöhicn Druckes an. Danach beginnt sich die Luft aufgrund der sie umgebenden Werkstückoberflächen abzukühlen. Bei bestimmten Teilen könnte diese Kühlwirkung eine geringfügig erhöhte Strömungsgeschwindigkeit durch den Durchflußmesser bewirken und somit eine falsche Leckströmungs-Anzeigc zur lOlgc haben. Es ist nun gefunden worden, daß eine

(ν, schnelle Vorfüllung des Werkstücks diesen Effekt stark vermindert und außerdem schnellere Leckströmungsmessungen zur Folge hat, ohne daß dabei fehlerhafte Strömungsmessungen erfolgen. Bei größeren zu prüfen-

den Teilen wird mil diesem Ausführungsbeispiel ein erheblicher Prüfzeitgewinn erreicht.

Viele der in Fig.9 dargestellten Teile entsprechen genau den Teilen von F i g. 4 und sind deshalb auch mit den gleichen, allerdings um die Zahl 300 vergrößerten, s Bezugszahlen versehen. Die Teile 301, 302 und 303 kommen nur in F i g. 9 vor.

Eine mit einem Steuerventil 302 versehene Nebenleitung301 verbindet den Auslaß des Haupt-Druckminderventils 338 mit dem Reihenfolge-Schaltveniil 351. Das Ventil 302 wird durch einen Elektromagnet 4 gesteuert, der seinerseits durch einen normalerweise geschlossenen Schalter 3PS gesteuert wird. Dieser Schalter ist in Abhängigkeit von dem Druck in einer mit dem Inneren des Werkstücks 350 verbundenen pneumatischen is Fühlerblende 303 in seine geöffnete Stellung verbringbar. Wenn die Fühlerblende das Erreichen eines vorgegebenen Drucks feststellt, wird der Scha!ter 3PS geöffnet und das Ventil 302 von einer unteren Stellung, in welcher die Nebenleitung 301 mit dem Einlaß des Ventils 351 verbunden ist, in eine in Fi g. 9 gezeichnete obere Stellung verschoben. In dieser letzten Stellung ist die Nebenleitung 301 verschlossen, und es wird die Vorfüll-Luft über einen Regler 341 dem Ventil 351 zugeführt. Der Regler 341 liefert Luft sowohl für den Rest der Vorfüllphase des Arbeitsgangs wie auch für das laminare Strömungsglied 317.

Zum Betrieb des Ausführungsbeispiels nach Fig.9 fließt bei in oberer oder Lieferstellung stehendem Ventil 356 und ebenfalls in Lieferstellung stehendem Ventil 354 sofort Druckluft von dem Regler 338 über die Nebenleitung 301 und das Ventil 302 und dann durch die Ventile 351 und 356 in das Werkstück 350 ein. Wie oben in Verbindung mit dem Haupt-Druckminderventil 38 erwähnt, kann der Hauptdruck der Luft bei einem Wert von etwa 4,14 Bar liegen. Daraus ergibt sich, daß das Werkstück 350 sehr schnell mit Luft gefüllt wird. Sobald ein Druck erreicht ist, der angenähert dem Einstelldruck des Reglers 341, beispielsweise 0,7 Bar, entspricht, bewirkt die Fühlerblende 303 ein öffnen des Schalters 3PS, wodurch der Elektromagnet 4 angeregt und das Ventil 302 nach oben verstellt wird. Dieses verschließ; die Nebenleitung 301, und der Rest des Vorfüllvorgangs erfolgt dann über den Regler 341, der beispielsweise auf 0,7 Bar eingestellt ist. Nach einem vorgegebenen Zeitintervall schließt der Zeitschalter 2TR und bewirkt, daß der Elektromagnet 2 das Ventil 351 in seine untere Stellung verbringt. Damit wird die Druckluftzufuhr von dem Ventil 302 unterbrochen und das Einströmen von Druckluft von dem Strömungsglied 317 in das Werkstück 350 freigegeben. Dieser Druck wird durch denselben Regler 341 gesteuert, der die Schlußphase des Vorfüll-Zyklus steuert. Somit wird eine Situation, die in bestimmten Augenblicken auftreten könnte und bei der die Druckluftzufuhr abgeschnitten und dann wieder hergestellt wird, vermieden. Das heißt, jeder zwischen zwei Druckreglern (beispielsweise den Druckreglern 41 und 43 des ersten Ausführungsbeispiels) mögliche, auf eine Abtrennung und einem Wiederanschluß der Druckluft beruhende Synchronisierfehier ist hier unmöglich. Der Rest des Arbeitsgangs erfolgt in gleicher Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.

Der Regler 341 sollte ein Hochpräzisionsregler sein, da für ein einwandfreies Funktionieren der Anlage eine sehr feine Drucksteuerung erforderlich ist. In der Regel wird der Druckregler 338 ein relativ hohes Durchflußvermögen aufweisen, und derartige Regler haben keine so große Genauigkeit wie solche mit geringerem Durchflußvermögen. Deshalb dient der Regler 338 dazu, das Werkstück schnell aufzufüllen. Der letzte Abschnitt des Vorfüll-Arbeitsgangs wird dann aber über den genaueren Druckregler 341 gesteuert.

Der Einsatz von Zeitgebern anstelle von druckabhängigen Steuereinrichtungen, zum Steuern der aufeinanderfolgenden Füll- und Prüfschritte in allen Ausführungsbeispielcn, hat den Vorteil, daß die Leckprüfgeräte dadurch sehr flexibel und vielseitig einsetzbar sind. Wenn beispielsweise extrem genaue Leckströmungsmessungen gefordert werden, können die Zeitzähler so eingestellt werden, daß gewährleistet ist, daß durch Wärniewirkung beim Druckerhöhen und nachfolgende Kuhlwirkung verursachte Druckinstabilitäten sehr klein gehalten werden, ohne auf druckbetätigte Fühleinrichtungcn zurückgreifen zu müssen, die derartige Instabilitäten nicht berücksichtigen können. Wird in anderen Fällen dagegen eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit und keine so extreme Genauigkeit verlangt, können die Zeitzähler so eingestellt werden, daß sie von dem Vorfüll- auf den Prüf-Arbeitsgang umschalten, bevor das vollständige Auffüllen des Prüfstücks mit Druckmedium beendet ist. Da die Zeitzähler äußerst genai. eingestellt werden können, ist es durch Voreinsteller möglich, die dynamischen oder statischen Druckwerk an kritischen Punkten des Prüfzyklus genau einzustellen

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

24 OO Patentansprüche:

1. Leckanzeigegerät für hohle Werkstücke mit einer Fülleinrichtung, durch die ein zu prüfendes Werkstück zunächst mit einem Druckmedium vorfüllbar ist, mit einer Regeleinrichtung, durch die in dem Werkstück nach Abschluß der Vorfüllung ein Prüfdruck aufrechtei haltbar ist, sowie mit einer Durchflußmeßeinrichtung, durch die bei aufrechter- ι ο haltenem Prüfdruck der Mediumszustrom zu dem Werkstück und damit dessen Leckverluste meßbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Fülleinrichtung (314, 316, 338) mit einem auf einen wesentlich über dem Prüfdruck liegenden Druck eingestellten Fülldruckregler (338) versehen ist und daß mit dem inneren des Werkstücks (350) ein auf einen in etwa dem Prüfdruck entsprechenden Umschaltdruck eingestellter Druckschalter (3PS) verbindbar ist, durch den das Werkslück (350) kurz :io vor Beendigung des Auffüllvorgangs von der Fülleinrichtung (314, 316, 338) abgetrennt und mit der Regeleinrichtung (341) verbunden wird.

2. Leckanzeigegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß des Fülldruckreglers (338) einerseits über die Regeleinrichtung (341) und andererseits über eine Überbrückungsleitung (301) direkt mit dem Werkstück (350) verbunden ist, und daß durch den Druckschalter (3 PS) bei Erreichen des Umschaltdrucks die Überbrückungsleitung (301) abgesperrt und die Regeleinrichtung (341) mit dem Werkstück (350) verbunden wird.

3. Leckanzeigegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß duch den mit einem mit dem Inneren des Werkstücks (350) verbundenen pneumatischen Meßfühler (303) versehenen Druckschalter (3PS) ein zwischen dem Fülldruckregler (338), der Regeleinrichtung (341) und dem Werkstück (350) wechselweise die Verbindung herstellendes Umschaltventil (302) gesteuert wird.