DE2438167A1 - Verfahren und vorrichtung zur feststellung von undichtigkeiten an prueflingen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur feststellung von undichtigkeiten an prueflingen

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DE2438167A1
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Udo Dipl Phys Beeck
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Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
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Leybold Heraeus GmbH
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/26Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors
    • G01M3/32Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for containers, e.g. radiators
    • G01M3/3281Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for containers, e.g. radiators removably mounted in a test cell
    • G01M3/329Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for containers, e.g. radiators removably mounted in a test cell for verifying the internal pressure of closed containers

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Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung von Undichtigkeiten an Prüflingen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fes-tstellung von Undichtigkeiten an Prüflinge sowie auf eine für die Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung.
  • Bei bestimmten Produkten ist die Gasaufnahme ein wichtiges Qualitätsmerkmal. So wird bei vielen elektronischen Bauteilen, z.B. Kondensatoren, die Lebensdauer entscheidend dadurch bestimmt, daß korrosive Gase oder Feuchtigkeit in sie eindringen und schließlich zur Funktionsuntüchtigkeit führen Eine bekannte Methode zum Erkennen des Vorliegens von Undichtigkeiten ist das Abdrücken des Bauteiles unter Wasser und die anschließende Untersuchung auf eingedrungenes Wasser durch Auswiegen oder Messung der elektrischen Eigenschaften. Eine weitere bekannte Methode, die vorzugsweise bei teueren elektrischen Bauteilen mit hohen Zuverlässig keitsansprüchen (z.B Reed-Relals) angewendet wird, ist die Füllung der Bauteile mit Helium und deren Kontrolle auf Dichtigkeit bis zu sehr niedrigen Leckraten (z.B. 10-10 mbar l/Sek.) in der Testkammer von Helium@Lecksucnern, Schließlich wurde berelts vorgeschlagen, die zu untersuchenden Prüflinge kurz vor der Prüfung mit Hilfe eines Helium-Lecksuchers einem Helium-Überdruck auszusetzen Im Falle des Vorliegens von Undichtigkeiten dringt dieses Helium in den Prüfling ein und kann später in der Testkammer eines Helium-Lecksuchers nachgewiesen werden.
  • Die beiden zuletzt genannten Methoden versagen jedoch bei groben Und@@h@@gkeiten. @m Palle einer groben Undichtigkeit bes@eh@ näm@@@@ die Gefahr, daß das gesamte, in einem Prüfling beiindliche Testgas bereits während der Phase des Evakuierens der Test kammer abgepumpt wird. Während der eigent@@chen Meßphase ist es nicht mehr vorhanden. Das Gerät ist danr: nicht mehr in der Lage, zwischen einm dichten grüflirg und einem. Prüfling mit elner groben Undichtigkeit zu un@erscheiden. außerdem sind mit Hilfe von Helium-Lecksuche@n druchgeführte Prüfungen auf Dichtigkeit mit hohen In@estitionsk@sten @erbunden. Die Untersuchung eines Baureiles durch Abdrücken unter Wasser ist zeitraubend und zerstört unterUmständen das gerpüfte Teil.
  • Der vorliegenden Erfindung Liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Vertahren zur Feststellung von Undichtigkeiten an Prüflingen anzugeben, dem die beschriebenen Nachteile nicht mehr anhaften. Außerdem soll die Prüfung auf Dichtigkeit schnell und zerstörungsfrei möglich sein Schließlich soll die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens im Vergleich zu Heam-Lecksuchgeräten weniger kostenaufwendig sein.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Feststellung von Undichtigkeiten an Prüflingen ist dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfling in eine dicht-verschließbare Testkammer eingebracht wird, daß in der Testkammer mit Hilfe einer von einem Druckmodulator erzeugtenDruckanregung eine Druckänderung bewirkt wird, die - bei dichtem Prüfling - eine bestlmmte Druck-Zeit-Charakteristik (Soll-Druck- Zeit-Charakteristik) aufweist, daß die Druck-Zeit-Charakteristik der tatsächlich auftretenden Druckänderung (Ist-Druck-Zeit-Charakteristik) gemessen und mit der Soll-Druck-Zeit-Charakteristik verglichen wird. Unter Druckmodulator soll hier eine Einrichtung verstanden werden, in der Druckanregungen bestimmter Form und Größe (z.B. periodisch oder aperiodisch) erzeugt werden, welche ;n der daran angeschlossenen Testkammer entsprechende Druckänderungen hervorrufen bzw. bewirken.
  • Unter Druckaufnehmer ist ein geeigne@er Druckmesser zu verstehen, der z.B. in der Lage ist, die gemessenen Druckwerte in entsprechende elektrische Signale umzuwandeln und einem nachgeschalteten elektronischen Gerät zur Verarbeitung weiterzugeben Die Erfindung beruht aJ! der Erkenntnis, daß sich dieDruck-Zeit-Charakteristiken, die in einer Testkammer aufgrund einer bestimmten, von einem Druckmodulator erzeugten Druckanregung bewirkt werden,unterscheiden, je nach dem, ob der in der Testkammer befindliche Prüfling dicht oder undicht ist Der Früfling muß dabei ke Hohlkörper sein; es genügt, wenn er aufgrund seiner inneren. Struktur Gas auf zunehmen oder abzugeber in der Lage ist, je nach dem,ob der Außendruck größer oder kleiner aLs der Innendruck des Körpers ist Beim Abpumpen wird elne "gasliefernde Undichtigkeit des Prüflinge eine Verschiebung der Druck-Zeit-Charakteristik zu längeren Zeiten hin verursachen ei einem Druckanstieg wird eine "gasauizehrende"Undichtigkeit eine Verzögerung des Druckanstiegs im Prüfraum verursachen Aus dem Vergleich der Ist-Druck-Zeit-Charakteristik mit der Soll-Druck-Zeit-Charakteristik läßt sich also feststellen, ob derPrüfling Gas abgibt bzw. Gas aufnimmt Die Gasaufnahme unter Druck oder die Gas abgabe unter Vakuum sind ein Maß für die Dichtigkeit (Porösität) des Prüfllngs und damit für seine Lebensdauer Bewirkt z.B. die vom Druckmodulator erzeugte Druckanregung in der Testkammer eine lineare oder zumindest nichtperlodische Druckänderung, dann muß bei der Untersuchung eines Prüflinge auf Dichtigkeit ein Druck-Zeit-Vergleich durchgeführt werden; d.h. die Druckänderung pro Zeiteinheit bei dem zu untersuchenden Prüfling muß mit der Druckänderung pro Zeiteinheit bei dichtem Prüfling verglichen werden.
  • Kann bei diesem Vergleich kein Unterschled festgestellt Werden, dann as der Prüfling dicht Besteht ein Unterschied, St der Prüfling undicht. Aus der Größe des tJnterszhjedes kann sogar auf die Größe der Undichtigkeit geschlossen werden Der Meßbereich der die Unterschiede anzeigenden Apparatur wird in diesem Fall von der Größe der Druckänderung abhängen.
  • Zweckmäßig ist jedoch, wenn die vom Druckmodulator erzeugten Druckanregungen in der Testkammer periodische Druckänderungen bewirken Die Größe der Undichtigkeit wird bei derartigen periodischen Druckänderungen aus der Phasenverschiebung und/oder Amplitudenunterschied zwischen Druckanregung (durch den Druckmodulator) und der Druckmessung (durch den Druckaufnehmer) bestimmt, wobei die Grundeinstellung (Soll-Druck-Zeit-Charakteristik) für Prüflinge einer bestimmte Art wieder mit einem dichten Exemplar gefunden wird.
  • Der Meßbereich der Apparatur wird im Falle der periodischen Druckanregung von der Frequenz und der Amplitude der Druckmodulation abhängen.
  • Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegens insbesondere darin, daß auf die Verwendung besonderer Testgase und lediglich für diese Testgase empflndllche Lecksuchgeräte verzichtet werden kann. Bei der Wahl des in der Testkammerzu verwendenden Gases (in der Regel Luft) ist lediglich zu beachten, daß je nach Art des Prüflings ein hinsichtlich der Adsorption und Permeation günstiges Gas Verwendung findet. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß es auch beim Vorliegen grober Undichtigkeit nicht versagt. Gerade bei groben Undichtigkeiten wird eine große Abweichung zwischen Soll-Druck-Zeit-Charakteristik und Ist-Druck-Zeit-Charakteristik vorhanden sein.
  • Eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer dicht verschließbaren Testkammer, einem damit verbundenen Druckmodulator, einem Druckaufnehmer und Mitteln zum Vergleich der Druck-Zeit-Charakteristik besteht. Eine derartige Vorrichtung ist weniger aufwendig als z.B. ein Helium-Lecksuchgerät mit einem Massenspektrometer.
  • Die Testkammer ist zweckmäßig - insbesondere bei kleinen Prüflingen - derart ausgebildet, daß mehrere Prüflinge gleichzeitig untersucht werden können.
  • Weitere Vorteile und Einzelneiten der Erfindung sollen anhand eines schematisch in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles für eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert werden.
  • In dieser Figur ist die dicht verschließbare Testkammer mit 1 bezeichnet. Daran angeschlossen ist der Druckmodulator 2 und der Druckaufnehmer 3. In der Testkammer 1 befindet sich derPrüfling 4.
  • Weiterhin ist in der Figur ein als Block dargestelltes, vorzugsweise elektronisch arbeitendes Gerät 5 dargestellt, dem über die Leitung 6 die vom Druckaufnehmer 3 gemessenen Signale zugeführt werden. Außerdem werden dem Gerät 5 über die Leitung 7 Referenzsignale aus dem Druckmodulator zugeführt. In dem Gerät 5 erfolgt dann die Verarbeitung der Signale, d.h. die Druck-Zeit-Charakteristiken werden miteinander verglichen. Der daraus resultierende Meßwert wird vom Instrument 8 angezeigt. Die Technik der Verarbeitung von Signalen in dieser Weise ist an sich bekannt (Lock-in-Technik?, so daß auf eine gesonderte Erläuterung verzichtet werden kann Zur Vorbereitung der Durchführung des Verfahrens zur Feststellung von Undichtigkeiten an Prüfling 4 mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung wird zunächst ein dichterPrüfling in die Testkammer 1 eingebracht. Dann wird in der Testkammer mit Hilfe des Druckmodulators aufgrund einer bestimmen Druckanregung eine Druckänderung bewirkt, die eine bestimmte Druck-Zeit-Charakterlstik hat. Diese Druck-Zeit-Charakteristik ist die Soll-Druck-Zeit-Charakteristik für die Durchführung weiterer Undichtigkeitsprüfungen an Prüflingen gleicher Form und gleicher Art wie das zur Grundeinstellung des Gerätes zunächst in die Testkammer 1 eingebrachte dichte Exemplar. Ist bei späteren Prüfungen anderer Prüflinge die Is+-Druck-Zeit-Charakterlstik mit der Soll-Druck-Zeit-Charakteristik identisch, dann ist der Früfling dichf. Treren Abweichungen der Ist-Druck-Zeltrharakteristik von der Soll-Druck-Zeit-Charakteristik auf, dann weist der Prüfling Undichtigkeiten auf. Die Größe der Abweichung ist ein Maß für die Dichtigkeit (Porösität) des Prüflings und damit für dessen Lebensdauer.

Claims (5)

A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zur Feststellung von Undichtigkeiten an Prüflinge dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfling in eine dicht verschließbare Testkammer eingebracht wird, daß in der Testkammer (1) mit Hilfe einer von einem DrucKmodulator (2) erzeugten Druckanregung eine Druckänderung bewirkt wird, die - bei dichtem Prüfling (4) - eine bestimmte Druck-Zelt-Charakteristik (Soll-Druck-Zeit-Charakteristik) aufweist, daß die Druck-Zelt-Charakteristlk der tatsächlich auftretenden Druckänderung (Ist-Druck-Zelt-Charakteristik) mit Hilfe eines Druckaufnehmers gemessen und mit der Soll-DRuck-Zeit-Charakteristik verglichen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom Druckmodulator (2) periodische Druckänderungen erzeugt werden.
3. Verfahren nach Anspruch l oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich der Charakteristiken mit Hilfe der an sicn bekannten Lock-in-Technik durchgeführt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer dicht verschließbaren Testkammer (1) einem damit verbundenen Druckmodulator (2), einem Druckaufnehmer (3) und vorzugsweise elektronischen Mitteln (5) zum Vergleich der Druck-Zeit-Charakteristiken besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Testkammer (1) zur Aufnahme mehrerer Prüflinge geeignet ist.
L e e r s e i t e
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