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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der Meßbereich der Apparatur wird im Falle der periodischen Druckanregung
von der Frequenz und der Amplitude der Druckmodulation abhängen.
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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.
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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.
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Die Testkammer ist zweckmäßig - insbesondere bei kleinen Prüflingen
- derart ausgebildet, daß mehrere Prüflinge gleichzeitig untersucht werden können.
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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.
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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.
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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.