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Vorrichtung zum Prüfen von Bauteilen auf Dichtheit
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen mittels Luft von
Bauteilen, insbesondere einer Serieproduktion auf Dichtheit, mit einer oder mehreren
Einrichtungen zum Abdichten des zu prüfenden Bauteils und zum Bilden einer abgeschlossenen
Prüfkammer, mit einer Einrichtung. zum Befüllen dieser PrUikammer Ulit Prurluft
und mit einer an diese Prüfkammer anschließbaren Einrichtung zum Messen und Anzeigen
der Änderung des Druckes und/oder des Durchflusses der Prüfluft in der bzw. in die
Prüfkammer während einer vorgegebenen Prüfzeit, die bei Erreichen eines vorgegebenen
Wertes der Änderung eine Ausschußmeldung gibt.
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Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, die ein sogenanntes Trockenlecktesten
mit Luft ausführt, erlaubt es, in der Serienproduktion vollautomatisch die auf einer
Fördereinrichtung befindlichen Bauteile auf Dichtheit zu prüfen, beispielsweise
Zylinderköpfe, Kurbelgehäuse, Getriebegehäuse, Pumpen und ähnliches.
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Die zu messenden Bauteile haben einwandfrei sauber und auch trokken
zu sein, um exakte Messergebnisse zu ermöglichen. Aus diescm Grunde werden die Bauteile
nach dem Bearbeiten, bevor sic dem Lecktest unterzogen werden, gewaschen und getrocknet.
Um ein wirksames Waschen durchzuführen, ist häufig ein Warmwaschen mit einer Lauge
von ca. 600 notwendig. Bei den bekannten Trockenlecktestverfahren mit Luft as Prüfmedium
mußte ferner sichergestellt werden,
daß das zu prüfenden Bauteil
keine gegenüber der Umgebungstemperatur bzw. der Prüfluft abweichende Temperatur
aufweist, da in diesem Fall eine Temperaturveränderung der Prüfluft in der Prüfkammer
während der Prüfzeit auftreten kann, die zu einer Verfälschung des Meßergebnisses
führt. Eine Temperaturänderung der Prüfluft in der Prüfkammer ist nämlich mit einer
Druckänderung der Prüfluft in der Prüfkammer verbunden, die die Einrichtung zum
Messen nicht von einer durch ein Leck bedingten Änderung unterscheiden kann. Um
den dadurch bedingten. möglichen Fehler auszuschalten ist es bekannt, der Warmwascheinrichtung
eine Kaltwascheinrichtung nachfolgen zu lassen, an die sich Gebläsetrockner nschließen.
Außerdem folgt dann noch eine Pufferzone in dem Transportweg der Bauteile, so daß
diese mit großer Wahrscheinlichkeit bei dem Lecktesten bereits die Umgebungstemperatur
erreicht haben. Die zusätzliche Kaltwascheinrichtung und auch die Pufferzone erfordern
einen zusätzlichen baulichen Aufwand, der die Gesamtvorrichtung verteuert. Zusätzlich
ist die Trocknung schwieriger, da das Trocknen bei niedrigen Temperaturen durchgeführt
werden muß; Temperaturunterschiede zwischen der Umgebungstemperatur bzw. der Temperatur
der Prüfluft und den Prüflinge können auch auftreten, wenn diese in einem anderen
Raum oder im Freien gelagert werden und erst zum Durchführen der Dichtheitsprüfung
in den Raum mit der Lecktestvorrichtung gebracht werden.
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Der Erfindung liegt-die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art so auszubilden, daß Temperaturunterschiede zwischen den zu prüfenden
Bauteilen und der Umgebung bzw'. der Prüfluft keinen Einfluß auf das Meßergebnis
und die Åusschußmeldung haben, so daß Temperaturunterschiede bei der Prüfung zugelassen
werden können.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Mittel zum Erfassen einer Temperaturänderung
in der Prüfkammer innerhalb der Prüfzeit vorgesehen sind, deren Signal zum Korrigieren
der Ausschußmeldung' und/oder der Anzeige herangezogen wird.
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Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß die Anzeige und/oder die
Ausschußmeldung entsprechend Temperaturänderungen der Prüfluft in der Prüfkammer
korrigiert werden, so daß eine bestimmte Temperatur des Prüflings nicht mehr eine
Voraussetzung für ein exaktes Messen ist..Dies führt zu dem Vorteil, daß der Gesamtaufwand
für die An -lage verringert werden kann, da eventuell eine Kaltwascheinrichtung
und/oder eine Pufferzone entfallen können.
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Um den Aufwand für das Erfassen der Temperaturänderung der Prüfluft
in der Prüfkammer klein zu halten und dennoch eine exakte Messung zu ermöglichen,
wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß wenigstens ein dem
zu prüfenden Bauteil zustellbarer Temperaturfühler und wenigstens ein die Temperatur
der zuströmenden Prüfluft erfassender Temperaturfühler vorgesehen sind, wobei mittels
einer'Auswerteschaltung abhängig von der gemessenen Temperaturdifferenz und abhängig
von Vergleichswerten, die vorher an einem entsprechenden,'eine bekannte Dichtheit
aufweisenden und auf vorgeyebene Temperaturdifferenzen zur Temperatur der zuströmenden
Prüfluft aufgeheizten Bauteil ermittelt.wurden, die Ausschußmeldung und/oder die
Anzeige korrigiert werden. Damit läßt sich der Aufwand für die Mittel zum Erfassen,
der Temperaturänderung des zu prüfenden Bauteils auf zwei Temperaturfühler und einer
Auswerteschaltung reduzieren. Versuche haben gezfzigt, daß die vor Begi.nn der Meßphase
gemessene Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des zu prüfenden Bauteils
und der zuströmenden Prüfluft eine ausreichend genaue Aussage über die Temperaturänderung
der Prüfluft in der Prüfkammer während der Prüfzeit ermöglicht, sodaß es ausreicht,
mit dieser Temperaturdifferenz eine'Korrektur der Ausschußmeldung und/oder der Anzeige
durchzuführen.
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Bei einer praktischen Ausführungsform wird ein Temperaturfühler zum
Messen der Temperatur der Umgebung des Bauteils vorgesehen. Dabei wird davon ausgegangen,
daß die Umgebungstemperatur der Temperatur der zuströmenden Prüfluft entspricht,
die gegebenenfalls auch direkt gemessen werden kann.
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Bei einer einfachen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß die Auswerteschaltung mehrere, abhängig von der gemessenen Temperaturdifferenz
ansteuerbare Grenzwertschalter enthält, die nach den ermittelten Vergleichswerten
auf die temperaturabhängig korrigierte Anzeige und/oder Ausschußmeldung eingestellt
sind. Bei
dieser Ausführungsform wird vorgesehen, daß eine Korrektur
in von der Anzahl der Grenzwertschalter bestimmten Stufen erfolgt.
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Dies ist ohne weiteres möglich, da die auftretenden Temperaturdifferenzen
insbesondere dann, wenn eine Warmwascheinrichtung mit 600C benutzt wird, nur eine
Schwankung von maximal 400 aufweisen, so daß mit 10 oder 20enzwertschaltern eine
ausreichende Genauigkeit innerhalb dieses Temperaturbereiches erhalten werden kann.
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Wenn eine einfachere Gerätehandhabung und Bedienung gewünscht ist,
so ist es zweckmäßig, wenn in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung die Auswerteschaltung
einen Mikroprozessor enthält,-in welchem die ermittelten Vergleichswerte abgespeichert
sindl Bei.
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dieser Ausgestaltung ist es möglich, die Korrektur stufenlos auch
über einen höheren Bereich der Temperaturdifferenzen durchzuführen Weitere Merkmale
und Vorteile der Erfindu'ng ergeben s'ich aus der nachfolgenden Beschreibung der
in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen.
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Fig. 1 zeigt ein Prinzipschema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Auswerteschaltung
mit stufenweiser Korrektur und Fig. 3 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform
mit stufenloser Korrektur.
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Iin zu prüfendes Bauteil 3, beispielsweise ein Zylinderblock einer
Serienproduktion, wird auf einer nicht dargestellten Fördereinrichtung durch die
Vorrichtung zum Durchführen eines Trockenlecktestens mit Luft, insbesondere taktweise
vorbeigeführt. Die Vorrichtung ist in nicht dargestellter Weise mit Einrichtungen
versehen, die automatisch die an dem Bauteil vorhandenen Öffnungen abdichten und
damit mit Hilfe des Bauteils eine abgeschlossene
Prüfkammer bilden
und außerdem eine Verbindung zu einer Luftversorgungsleitung 6 herstellen. In der
Luftversorgungsleitung 6 ist ein Druckregler 7 angeordnet, dem ein Anzeigemanometer
8 folgt. Auf das Anzeigemanometer 8 folgt in der DruckZeituny ein, vorzugsweise
elektromagnetisches Füllventil 9,'das von einem elektronischen Lecktestgerät 10
gesteuert wird. Zwischen dem Füllventil 9 und dem zu prüfenden Bauteil 3 ist in
der Luftverw .sorgungsleitung 6 eine Abzweigung vorgesehen, die zu einem an das
Lecktestgerät 10 angeschlossenen Druckaufnehmer 11 führt, der ständig ein dem absoluten
Druck in dem zu prüfenden Bauteil 3 proportionales Signal an das Lecktestgerät 10
abgibt.
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Die Vorrichtung arbeitet dabei in drei Phasen. In der ersten Phase
wird das.zu prüfende und in nicht dargestellter Weise abgedichtete Bauteil über
das Füllventil 9 mit dem eingestellten Prüfdruck beaufschlagt. Anschließend wird
das Füllventil 9 zeitabhängig gesteuert von dem Lecktestgerät 10 geschlossen. Während
einer anschließenden, einstellbaren Zeitphase, muß sich die Luft in dem Prüfling
stabilisieren, während der sogenannten Abgleichphase. -Bei großen Prüfvolumina und
hohen Prüfdrücken kann die Abgleichzeit dadurch verkürzt werden, daß der Luftdruck
in dem zu prüfenden Bauteil zu Beginn der Abgleichphase von dem Fülldruck auf den'Testdruck
reduziert wird. Durch getrennte Druckregler und Zeitrelais für Füllen und Abgleichen
kann die kiirzest mögliche Abgleichzeit eingestellt werden. Das Messen erfolgt dann
in einer anschließenden Meßphase. In dieser Meßphase gibt der Druckauinehmer 11
ständig ein dem Druck in dem zu prüfenden Bauteil 3, d.h.
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in der Prüfkammer, proportionales Signal an das L'ecktestgerät. Zu
Beginn der Meßphase speichert das Lecktestgerät 10 den dem Druck in dem zu prüfenden
Bauteil 3 proportionalen Wert in einem elektronischen Speicher und setzt ihn zu
Null. Eine Druckveränderung während der Meßphase wird unmittelbar in mm WS an einer
digitalen Anzeige 12 angezeigt. Falls aus dem zu prüfenden Bauteil 3 durch eine
undichte Stelle Luft entweicht, fällt der Druck in ihm ab.
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Wenn der in dem Lecktestgerät durch ein Potentiometer eingestelJte'
Ausschußpunkt
innerhalb der Prüfzeit erreicht wird, erfolgt eine Ausschußmeldung, beispielsweise
über eine Signalleuchte 13. Das Lecktestgerät 10 ist mit einer weiteren Signalleuchte'
14 versehen, die das Meßergebnis "gut" anzeigt. Außerdem ist noch eine 'iigllalleuchte
15 vorgesehen, die anzeigt, ob der Prüfdruck vorhanden ist. Schließlich sind noch
Signalleuchten 16, 17 und 18 vorhanden, die die drei Testphasen anzeigen, nämlich
das Füllen, das Abgleichen und das Messen. Diese drei Testphasen sind über drei
separate Digital-Zeitrelais unabhängig einzeln einstellbar.
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Dabei ist auch für das Einrichten ein Einzeltaktbetrieb der drei Festphasen
möglich.
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Bei der vorstehenden Beschreibung der Funktion ist davon ausgegangen,
daß an' dem Druckaufnehmer 11 nur die dem Druck proportionalen Signale an däs Lecktestgerät
abgegeben werden, die durchein Entweichen von Luft an einer undichten Stelle'verursacht
werden. Wenn jedoch die Prüfluft in der Prüfkammer während der Meßphase eine Temperaturänderung
erfährt, ist der von dem Druckaufnehmer 11 gemessene Druck auch von dieser Temperaturänderung
abhängig. Um diesen nicht von einem Leck verursachten Einfluß auszuschließen, wird
eine zusätzliche Korrektur vorgenommen. Hierzu sind an das Lecktestgerät 10 zwei
Temperaturfühler 1 und 2, beispielsweise Thermoelemente, angeschlossen. Der Temperaturfühler
1 ist dem zu prüfenden Bauteil 3 zustellbar, beispielsweise in Verbindung mit einer
eine'Öffnung dieses Bauteils abdichtenden, nicht dargestellten Einrichtung. Dieser
Temperaturfühler 1 mißt die Temperatur des Bauteils 3. Der Temperaturfühler 2, der
vorzugsweise in der Nähe des Bauteils 3 angeordnet wird, mißt die Umgebungstemperatur.
Die von den beiden Temperaturfühlern 1 und 2 gemessene Temperaturdifferenz bildet
ein Signal, das ais Korrektur signa1-il das l..ecktc?stgerät 10 eingegeben wird.
Die gemessenen 'ltemperaturdifferenzen werden Vergleichswerten gegenübergestellt,
die an einem entsprechenden Bauteil 3 mit entsprechenden oder den gleichen Temperaturfühlern
1 und 2 gemessen wurden, wobei dieses für die Vergleichswerte bestimmte Bauteil
einerseits eine bekannte
Dichtheit oder Undichtheit aufweisen muß
und andererseits auf bestimmte Temperaturdifferenzen aufgeheizt wird.
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Bei Versuchen wurde ein dichtes Bauteil, dessen Dichtheit bei gleicher
Bauteiltemperatur und Umgebungstemperatur festgestellt wurde, so aufgeheizt, daß
zu Beginn der Meßphase zwischen der Umgebung und dem Bauteil eine bestimmte Temperaturdifferenz
bestand. Die in der Meßphase festgestellte Druckänderung beruht dann ausschließlich
auf der Temperaturändc'rutig des Bautei 1 damit der Prüfluft in der Prüfkammer.
Die Versuche haben gezeigt, daß die bei verschiedenen Temperaturdifferenzen fes'tgestellten
Druckänderungen in d'er Prüfzeit praktisch eine lineare Kurve ergeben. Bei einem
weiteren Versuch wurde das gleiche Bauteil.mit einer definierten Undichtheit versehen,
beispielsweise einer Bohrung an einer der Abdichteinrichtungen. Auch diens Bauteil
wurde so aufgeheizt, daß zu Beginn der Meßphase eine bestimmte Temperaturdifferenz
zur Umgebung bestand. Die dann an dem Lecktestgerät gemessene Druckänderung wurde
durch das definierte Leck und die Temperaturänderung der Prüfluft in der Prüfkammer
verursacht. Die Versuche' haben ergeben, daß die bei verschiedenen Temperarurdifferenzen
vorgenommenen Messungen ebenfalls ]ineare Kurven ergeben, die im wesentlichen parallel
zu der ersten Kurve, d.h. der Kurve bei dichtem Bauteil 3, verlaufe. Diese Versuche
führten zu dem Ergebnis, daß die gemessene Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur
des Bauteils und der Umgebungstemperatur mit hoher Genauigkeit einem bestimmten
Verlauf der temperaturabhängigen Druckänderung der Prüfluft in der Prüfkammer zugeordnet
ist, so daß es während der Messung ausreicht, diese jeweils gemessene Temperaturdifferenz
mit der Temperaturdifferenz an'dem ausgemessenen Bauteil definierter Dichtheit zu
vergleichen, um.eine von der Temperaturänderung des Bauteils abhängige Korrektur
des Meßergebnisses vornehmen zu können. Es genügt deshalb, mittels einer einfachen
Auswerteschaltung diese Temperaturdifferenz heranzuziehen, um die Ausschußmeldung
und die Anzeige der Druckänderung zu korrigieren,
Bei einer einfachen
Ausführungsform (Fig. 2) ist vorgesehen, daß das Lecktestgerät mit einer dem möglichen
Temperaturbereich angepaßten Anzahl von Korrekturpotentiometern 4 ausgerüstet wird,
die abhängig von der gemessenen TemperaturdifferenzT zwischen der Umgebungstemperatur
TU und der Temperatur des Bauteils 3 TB über einen.Schwellenschalter 19 angesteuert
werden und die dann den Ausschuß'punkt festlegen. Diese Korrekturpotentiometer 4
sind vorher mittels Versuchen an einem entsprechenden Bauteil 3 de'finierter Dichtheit
bei durch unterschiedliches Aufheizen erhaltenen 'Druckänder.ungen abgeglichen worden.
Bei dieser Ausführungsform wird eine stufenweise Korrektur entsprechend der Anzahl
der Korrekturpotentiometer 4 erhalten.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wird das aus' der Temperaturdifferenz
#T aus Umgebungstemperatur TU und Temperatur des Bauteils TB erhaltene Signal einem
Mikroprozessor 5 zugeführt, in welchem die aus einer auf bestimmte Temperaturdifferenzen
aufgeheizen Bauteil 3 definierter Dichtheit erhaltenen Vergleichs-Werte abgespeichert
sind. Der Mikroprozessor 5 gibt dann an die Ausschußanzeige nur die Druckänderung
während der Meßphase weiter, die von einem möglichen Leck abhängig ist, unabhängig
davon, welche Temperaturdifferenz zwischen dem Bauteil und der Umgebung gegeben
ist.. An der Anzeige 12 erscheint zweckmäßig die gesamte Druckänderung.
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Durch diese Art der Messung wird es möglich, die gesamte Anlage für
das Lecktesten dadurch zu vereinfachen, daß auf ein Kåltwaschen und ein Trocknen
in kaltem Zustand ebenso wie auf eine Pufferzone verzichtet werden kann. Dennoch
sind die Meßergebnisse genauer, da mögliche Fehler der vorausgegangenen Behandlungen
bemöglich der Einhaltung einer exakten Temperatur des zu prüfenden Bauteils auf
das Meßergebnis keinen Einfluß haben. Auch können z.B. bei einer Einzelprüfung Bauteile'korrekt
geprüft werden, die aus einem anderen Raum oder aus dem Freien kommen, ohne daß
sie durch Zwischenlagern o.dgl. an die Temperatur der Umgebung des l,ecktestgerätes
angeglichen werden müssen.
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Das grundsätzlich gleiche Prinzip, nämlich das Korrigieren der Meßwerte
und der Ausschußmeldung abhängig von der gemessenen Temperaturdifferenz zwischen
dem zu prüfenden Baut('j 1 nnd der Umgebungstemperatur, läßt sich auch bei Vorrichtungen
einsetzten, die nach dem Differenzdruck oder dem Durchflußverfahren arbeiten.
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Wenn im Vorstehenden von der zu messenden Umgebungstemperatur gesprochen
wird, so geschieht das unter der Voraussetzung, daß die Temperatur der zuströmenden
Prüfluft der Umgebungstemperatur entspricht. Bei einer praktischen Vorrichtung kann
selbstver.ständlich auch die Temperatur der Prüfluft, auf die es ja letztendlich
ankommt, direkt gemessen werden.