DE3806229A1 - Verfahren und vorrichtung zur durchlaessigkeitspruefung von werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen der Dichtheit bzw. der Durchlässigkeit von Werkstücken, z.B. an den Schweiß- oder Lötstellen kreiszylindrischer Werkstücke sowie von Ventilen bzw. Ventilsitzen.

Ein bevorzugtes, aber nicht ausschließliches Anwendungsgebiet stellt die Überprüfung von Druckrohren dar, die bei Magnetventilen den Druck­ raum von den sie umgebenden Spulen trennen und in denen der Anker ver­ schiebbar ist. Derartige Druckrohre müssen aus ferromagnetischem Mate­ rial bestehen, benötigen jedoch Zwischenstücke aus nichtmagnetischem Material, um einen magnetischen Kurzschluß zu verhindern Da das Verlöten oder Verschweißen dieser Zwischenstücke mit dem eigentlichen Druckrohr problematisch ist, ist eine Untersuchung dieser Verbindungsstellen auf mögliche Leckstellen unerläßlich.

Weiterhin ist das Verfahren bestens geeignet, in gleicher Weise die Dichtheit von Ventilen bzw. Ventilsitzen zu messen.

Es ist bekannt, derartige Druckrohre im abgedichteten Zustand mit Druckluft zu beaufschlagen und sie in ein Wasserbad zu tauchen oder einzuseifen. Die Bildung von Luftblasen dient dann als Maß für die Dichtigkeit dieser Teile. Diese Prüfmethode verursacht zwar wenig Aufwand, jedoch ist die Fehlerhäufigkeit relativ groß, da einer­ seits bei kleinen Leckagen die Prüfzeit relativ lang ist und von den Prüfpersonen ein hohes Maß an Konzentration gefordert wird, um die durch die Undichtigkeit austretenden Blasen von Störluftblasen zu unterscheiden, die beim Eintauchen in die Flüssigkeit am Rohr anhaften. Eine quantitative Aussage ist hiermit überhaupt nicht möglich.

Es ist weiter bekannt, zwei Meßvolumen, nämlich ein Bezugsvolumen und ein Prüfvolumen je mit einem Druckmittel zu füllen und danach die Druckabnahme des Prüfvolumens unter Bezugnahme auf die Druckabnahme des Bezugsvolumens zu messen. Dies setzt jedoch eine einwandfreie und gleichmäßige Dichtheit der beiden Volumenkammern bei dem vor­ gegebenen Prüfdruck voraus.

Bei einem anderen bekannten Prüfverfahren wird ein relativ großes Meßvolumen mit einem Druckmittel gefüllt und nach einer gewissen Ausgleichszeit der Leckagefluß durch den Prüfling gemessen. Auch hierbei sind die Meßzeiten bei kleinen Leckagen groß, daß Füllzeiten und Ausgleichszeiten zusätzlichen hinzukommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchlässigkeitsprüfung von Werkstücken und Ventilen zu schaffen, wodurch in kurzer Zeit zuverlässige quantitative Leckage­ messungen möglich sind.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe verfahrensmäßig durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß nahezu unabhängig von Prüf­ druckschwankungen in kürzester Zeit genaue und reproduzierbare Leckagemessungen erhalten werden können, wobei die Abdichtung des Meßvolumens der Meßkammer keine hohen Anforderungen stellt, da die Druckänderungen gering sind bzw. kompensiert werden können.

Der Erfindung liegt demgemäß die Erkenntnis zugrunde, daß die Leck­ strommessung auf eine Druckänderung der kleinvolumigen Meßkammer zu­ rückgeführt werden kann, wobei ein relativ hoher positiver oder negativer Prüfdruck angewandt werden kann, der auf der einen Seite der Prüfstelle steht, während auf der anderen Seite nur relativ geringe Druckänderungen über einen Sensor die Lecksignale liefern. Es wird erreicht, daß die Meßzeit sehr kurz ist und kleine Ver­ sorgungsdruckänderungen keinen wesentlichen Einfluß auf die Meß­ genauigkeit besitzen.

Weitere zweckmäßige verfahrensmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 5. Zusammengefaßt ergeben sich hieraus die folgenden Vorteile: bei kurzer Meßzeit und hohem Prüfdruck kann bei geringem Meßvolumen und kleiner Meßdruckdifferenz eine zuverlässige Anzeige erreicht werden. Es bestehen geringe Ab­ dichtungsprobleme, da die Meßdruckdifferenz sehr klein ist.

Vorrichtungsmäßig wird die gestellte Aufgabe gelöst durch die im Anspruch 6 gekennzeichneten Merkmale, wobei sich weitere Ausgestal­ tungen aus den Ansprüchen 7 bis 15 ergeben. Durch das Entlüftungs­ magnetventil werden Volumenänderungen während des Abdichtvorganges eliminiert. Der Druckanstieg beim Schalten des Magnetventils wird kompensiert und eine Überwachung kann zur Kontrolle der Dichtheit der Dichtungen benutzt werden. Das Magnetventil kann gleichzeitig als Überdruckventil ausgebildet sein und bei Auftreten von Über­ druck in der Meßkammer eine automatische Entlüftung bewirken.

Bei einem praktisch ausgeführten Ausführungsbeispiel konnten Leck­ raten von weniger als 0,1 cm³/min bei einer Meßzeit von nur einer Sekunde zuverlässig und reproduzierbar festgestellt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist derart aufgebaut, daß kein Referenzvolumen erforderlich ist und der Prüfdruck nicht absolut leckfrei abgedichtet werden muß. Die Vorrichtung ist so aufgebaut, daß ein kleinstmögliches Meßvolumen (Meßkammer) entsteht. Der Prüf­ druck ist dabei wesentlich größer als der Meßdruck. Das Meßvolumen kann im abgedichteten Zustand über ein Entlüftungsventil entlüftet werden. Das Meßvolumen wird im abgedichteten Zustand über das ge­ schlossene Entlüftungsventil um einen bestimmten Betrag verdichtet, und diese Druckerhöhung kann zur Überprüfung der Dichtheit der benutzten Dichtungen verwendet werden. Diese Druckerhöhung kann über den Sensor oder die Auswerteschaltung auf einfache Weise kompensiert werden. Über das Entlüftungsmagnetventil ist eine Grenzdrucksicherung eingebaut und schließlich wird das Meßvolumen nur mit einem geringen Überdruck beaufschlagt.

Diese letztgenannten Vorteile und weitere Vorteile haben sich ins­ besondere für die Überprüfung von Druckrohren von Magnetventilen als zweckmäßig erwiesen, die Erfindung kann jedoch gegebenenfalls unter entsprechender Abwandlung auch für andere Zwecke auch für nicht zylindrisch ausgebildete Werkstücke Verwendung finden.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Leckage-Prüf- und Meßeinrichtung;

Fig. 2 ein Schaltbild der Anordnung zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens;

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum Prüfen der Dichtheit von Ventilsitzen.

Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Prüfling von einem Druckrohr (10) eines Magnetventils gebildet, inden ein Kern (12) über eine ringsumlaufende Schweißnaht (14) eingesetzt ist. Die Dichtheit dieser Schweißnaht (14) soll geprüft werden. Zu diesem Zweck ist eine aus Oberteil (16) und Unterteil (18) be­ stehende Vorrichtung vorgesehen. Das Unterteil besteht aus einem im Axialschnitt H-förmigen zylindrischen Druckkörper (20), der im zylindrischen Mittelabschnitt (22) einen dem Außendurchmesser des Druckrohres (10) entsprechenden oder etwas größeren Durchmesser auf­ weist. In die beiden abgesetzten Bohrungsteile benachbart zu dem Mittelabschnitt (22) sind Druckhülsen (24 bzw. 26) eingesetzt, die mit ihrer inneren zylindrischen Stirnringfläche gegen Dichtungsringe (28 bzw. 30) wirken, die auf den beiden Bohrungsstufen beidseits des Mittelabschnitts (22) abgestützt sind. Die Hülsen (24 und 26) sind mit Anschlagflanschen (32 bzw. 34) versehen, die gegeneinander ver­ spannbar sind und eine Abdichtung zwischen dem Druckrohr (10) und dem Mittelabschnitt (22) des Druckkörpers (20) bilden, wodurch eine abgedichtete zylindrische schmale und daher kleinvolumige Meßkammer (36) gebildet wird. Von der Meßkammer (36) führt eine Radialbohrung (38) durch den Mittelabschnitt (22) nach außen und an diese Bohrung ist ein Drucksensor (40) dichtend angeschlossen. In eine der Bohrung (38) diametral gegenüberliegende Bohrung (42) ist ein zylindrischer Ventilsitz (44) eingesetzt, der mit einem Ventilkörper (46) eines Entlüftungsmagnetventils (48) (Fig. 2) zusammenwirkt.

Das Druckrohr (10) ist mit seinem am oberen Ende vorgesehenen Außen­ flansch (50) auf einer Stufe des Anschlagflansches (32) abgestützt. Der Kern (12) des Prüflings ist gemäß dem Ausführungsbeispiel mit einer axialen Durchgangsbohrung (52) versehen.

Das Oberteil (16) weist einen mit Spiel in das lnnere des Druckrohres (10) einführbaren Hülsenansatz (54) und einen Flansch (56) auf, in dessen Gewindebohrung ein Druckrohr (58) eingeschraubt ist. Das untere Ende des Hülsenansatzes ist mit einem Dichtungsstopfen (60) versehen, der das Innere des Hülsenansatzes (54) gegenüber der Durchgangsbohrung (52) des Kerns (12) abdichtet, wenn das Oberteil (16) auf das Unterteil aufgesetzt wird. Ein an der Unterseite des Flansches (56) angeordneter Dichtungsring (62) dichtet im aufge­ setzten Zustand gegenüber der oberen Stirnringfläche des Außen­ flansches (50) des Druckrohres (10) ab. Der Hülsenansatz (54) weist eine Radialbohrung (64) auf, über die das Druckmittel dem Inneren des Druckrohres (10) und damit der Prüfstelle, d.h. der Schweißnaht (14) zugeführt werden kann. Die Druckzuführung erfolgt über eine axiale Innenbohrung (66) des Druckrohres (58). Die in Fig. 1 im einzelnen dargestellte Prüfvorrichtung ist in Fig. 2 insgesamt mit dem Bezugszeichen (70) versehen. Ein hydraulischer oder pneu­ matischer Spannzylinder (72) wirkt auf die Prüfvorrichtung (70) ein und drückt das Oberteil (16) auf das Unterteil (18) und in diesem die beiden Druckhülsen gegeneinander, so daß alle Dichtungen wirksam werden. Danach wird durch die Ablaufsteuerung (74) veranlaßt das Entlüftungsmagnetventil (48) geschlossen, so daß die Meßkammer (36) abgeschlossen ist. Aus einer Druckmittelquelle (76) wird Druck­ luft oder ein anderes Druckmittel über ein Prüfdruckmagnetventil dem Druckrohr (58) und im Falle eines Leckstroms auch der Meßkammer (36) zugeführt. Der Drucksensor (40) stellt die Druckveränderung in der Meßkammer fest und von hier werden die Signale einer Auswerte­ schaltung zugeführt.

Das Magnetventil (48) verhindert einen übermäßigen Druckaufbau in der Meßkammer beim Zusammenquetschen der Dichtungsringe (28 und 30), da es erst dann schließt, wenn die Kompression erfolgt ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann bei entsprechender Abwandlung auch zur Prüfung auf eine Flüssigkeitsabdichtung bzw. Flüssigkeits­ durchlässigkeit verwendet werden.

Nachstehend wird ein Funktionsablauf der erfindungsgemäßen Vorrichtung kurz erläutert:

Der Prüfling (10) wird in das Unterteil (18) der Vorrichtung in der Weise eingesetzt wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist. Dabei kommt die zu überprüfende Schweißnaht (14) im Bereich des Mittelabschnitts (22) zu liegen, d.h. sie bildet einen Teil der inneren Begrenzung der Meßkammer (36). Es werden dann durch den Spannzylinder (72) die Teile axial gegeneinander verspannt, d.h. das Oberteil (16) wird mit dem zylindrischen Hülsenansatz (54) in den Prüfling (10) einge­ fahren, wobei der Dichtring (62) auf der Stirnringfläche des Außen­ flansches (50) aufsitzt und der Stopfen (60) gegen die Durchgangs­ bohrung (52) des Kerns (12) abdichtet. Gleichzeitig werden die Druck­ hülsen (24, 26) axial gegeneinander verspannt und die Dichtungen (28, 30) zusammengequetscht. Nach diesem Vorgang wird das Magnet­ ventil (48) erregt, so daß der Ventilkörper (46) den Ventilsitz (44) und damit die Kammer abdichtet. Dadurch wird das Volumen der Meßkammer (36) weiter verringert und dadurch ein kleiner Überdruck in der Meß­ kammer erzeugt.

Wenn dieser Überdruck abnimmt (was durch den Drucksensor (40) fest­ stellbar ist) kann daraus geschlossen werden, daß die Meßkammer nicht richtig abgedichtet ist. Über die Axialbohrung (66) wird dann ein Druckmittel eingeführt, das über die Radialbohrung (64) in den Raum zwischen Hülsenansatz (54) und Innenwand des Druckrohres (10) gelangt. Der Druck setzt sich dann über den vorhandenen Ringspalt zwischen Druckrohr und Kern bis zur Schweißnaht (14) fort. Falls eine Undichtig­ keit vorhanden ist, gelangt ein Leckstrom in die Meßkammer, was einen sofortigen Druckanstieg zur Folge hat, der vom Drucksensor (40) ge­ fühlt und der Auswerteschaltung zugeführt werden kann.

Auf diese Weise können in schneller Folge nacheinander die Werk­ stücke auf ihre Dichtheit überprüft und fehlerhaft geschweißte Werk­ stücke aussortiert werden.

Der vorbeschriebene und in der Zeichnung dargestellte Aufbau, bei dem ein unter Überdruck stehendes Gas dem Druckrohr von innen zuge­ führt wird, ist im allgemeinen zu bevorzugen, jedoch ist auch die umgekehrte Anordnung denkbar, bei der dem Inneren des Druckrohres über das Oberteil ein Vakuum zugeführt wird. In diesem Fall kann der atmosphärische Druck unterstützend auf die Dichtungen einwirken.

Die Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die zur Prüfung der Dichtheit von Ventilsitzen geeignet ist. Hierbei wird die Dicht­ heit der Dichtung (82) zusammen mit dem bereits geprüften Druckrohr (87) am fertigen Magnetventil geprüft. Der Prüfdruck wird in Rich­ tung des Pfeiles (P) über den geschlitzten Anker (81) an die den Prüfling bildende Dichtung (82) geleitet. Hierdurch erhöht sich der Druck des Meßvolumens (88) je Zeiteinheit entsprechend dem je­ weiligen Leckstrom, und dieser kann damit gemessen werden. Mit (86) ist eine Rückstellfeder für den Anker (81) bezeichnet. Mittels eines Dichtringes (84) erfolgt eine Abdichtung gegenüber dem Druckaufnehmer (83).

Ein getrenntes Überlastventil ist in diesem Fall nicht erforderlich. Die Grobprüfung auf Dichtheit des Ventilsitzes erfolgt über das Schließen des Prüfmagneten selbst, der in gleicher Weise dadurch eine auswertbare Druckerhöhung im Meßvolumen (88) bewirkt. Durch Einführen eines zylindrischen Stiftes in das Meßvolumen (88) kann dieses bei Bedarf noch verkleinert werden, um die Meßempfindlichkeit zu erhöhen.

Claims (15)

1. Verfahren zum Prüfen der Dichtheit bzw. der Durchlässigkeit von Werkstücken, insbesondere an den Schweiß- oder Lötstellen kreiszylindrischer Druckrohre von Ventilen u. Ventilsitzen bei dem die Prüfstelle des Werkstücks einer Druckdifferenz ausgesetzt und der sich ergebende Leckstrom ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfstelle auf einer Seite von einer kleinvolumigen Meßkammer (36) umschlossen ist und daß ein Druckmeßfühler (40) ein von der Größe des Leckstromes abhängiges Signal gemäß der pro Zeiteinheit durch den Leckstrom bewirkten Druckänderung in der Meßkammer liefert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Meßkammer abgewandte Seite der Prüfstelle mit Druckluft beaufschlagt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Meßkammer abgewandte Seite der Prüfstelle mit Vakuum beaufschlagt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Meßkammer zunächst gleich dem atmosphärischem Druck ist oder etwas höher liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkammer durch ein Ventil (44, 46; 48) entlüftbar ist.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, zur Prüfung zylindrischer Werkstücke, dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrischer Druckkörper (20) vorgesehen ist, der die Prüfstelle des Prüfkörpers (10) um­ schließt und über Radialdichtungen (28, 30) gegenüber dem Prüf­ körper abgedichtet ist und eine Meßkammer (36) in Form eines Ringspaltes bildet, an die ein Drucksensor (40) angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkörper beidseitig axial benach­ bart zur Meßkammer (36) mit erweiterten Einsatzbohrungen versehen ist, in denen Druckhülsen (24, 26) verschiebbar sind, die mit ihrer stirnseitigen Ringfläche auf die Dichtungen (28, 30) wirken und diese gegen den Grund der abgestuften Bohrungen des Druckkörpers (20) pressen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckhülsen (24, 28) mit Anschlag­ flanschen (32, 34) ausgestattet sind, über die ein axiales Zusammen­ pressen erfolgt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einem Außenflansch (50) versehene Prüfling (10) in einer Stufenausdrehung des Flansches (32) der Druckhülse (24) axial abgestützt ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hülsenkörper (54) in das lnnere des Prüflings (10) einfahrbar ist, der über einen Flansch (56) und Dicht­ ringe (62) axial auf dem Stirnende des Prüflings (10) abstützbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hülsenansatz mit einem axialen Stopfen (60) versehen ist, der die Durchgangsbohrung (52) eines in das Druckrohr (10) eingeschweißten Kerns abdichtet.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkammer (36) mit einer Entlüftungs­ bohrung (42) versehen ist, die durch ein Magnetventil (48) abschließ­ bar ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teile der Vorrichtung axial durch eine hydraulische oder pneumatische Spannvorrichtung (72) gegeneinander verspannbar sind, wobei die Dichtungen (28, 30) und (62, 60) wirksam werden.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Drucksensor (40) gelieferten Signale einer Auswertschaltung zugeführt werden.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertschaltung eine automatische Sortierung bewirkt.