DE3930551A1

DE3930551A1 - Verfahren und pruefsystem zur kontrolle eines fertigungsproduktes auf seine eigenschaften bezueglich eines druckmittels

Info

Publication number: DE3930551A1
Application number: DE19893930551
Authority: DE
Inventors: Klaus Badur; Thomas Nolting; Martin Neumeister; Juergen Dipl Ing Freitag
Original assignee: EGM Entwicklungsgesellschaft fuer Montagetechnik GmbH
Current assignee: EGM Entwicklungsgesellschaft fuer Montagetechnik GmbH
Priority date: 1989-08-09
Filing date: 1989-09-13
Publication date: 1991-02-14

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle eines Fertigungsproduktes auf seine Eigenschaften bezüglich eines Druckmittels, insbesondere zur Messung des Fassungsvermö gens bzw. Volumens eines Hohlraumes des Fertigungsproduktes und/oder zur Prüfung der Dichtigkeit des Fertigungsproduk tes, bei welchem das Fertigungsprodukt mittels einer Prüf einrichtung mit einem Druckmittel, vorzugsweise mit Preß luft, beaufschlagt wird, die Druckverhältnisse nach dieser Beaufschlagung gemessen werden und daraus die zu kontrollie rende Eigenschaft ermittelt wird.

Ein Verfahren der obengenannten Art, insbesondere eine pneu matische Volumenmessung und eine pneumatische Dichtheitsprü fung, werden insbesondere zur Kontrolle von Fertigungspro dukten (Prüflingen) für Verbrennungsmotoren, wie zum Bei spiel den Brennräumen in Zylinderköpfen, angewandt.

Dabei wird häufig nach der sogenannten Differenzdruckme thode vorgegangen. Zur Bestimmung des Volumens eines Hohl raumes eines Fertigungsproduktes wird mittels einer Prüfein richtung Preßluft in den Hohlraum und in ein Referenzvo lumen eingegeben, wobei die eingegebene Preßluftmenge bei spielsweise durch bestimmte Reservoirvolumina vorgegeben wird. Aus dem Vergleich der Druckverhältnisse im zu ver messenden Hohlraum und im Referenzvolumen ergibt sich das Volumen des Hohlraumes im Verhältnis zum Referenzvolumen.

Zur Dichtheitsprüfung wird ebenfalls Preßluft in einen Hohl raum des Fertigungsproduktes eingegeben bzw. das Fertigungs produkt mit Druckluft beaufschlagt. Im Vergleich dazu wird ein Referenzvolumen vorzugsweise mit demselben Druck bauf schlagt. Aus dem Vergleich der Druckabfälle bzw. aus der Be stimmung des Druckabfalls beim Fertigungsprodukt läßt sich die Dichtheit des Fertigungsproduktes ableiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kontrollge nauigkeit bei dem eingangs genannten Verfahren zu ver bessern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch Leckagen im Bereich der Prüfeinrichtung selbst bedingte Änderungen der Druckverhältnisse als solche erfaßt und bei der Kontrolle berücksichtigt werden.

Bei dem eingangs geschilderten Verfahren werden zumeist die Druckverhältnisse an einem Fertigungsprodukt mit den Druck verhältnissen in einem Referenzvolumen verglichen, um die zu kontrollierenden Eigenschaften des Fertigungsproduktes zu ermitteln. Bei einem derartigen Vergleich gehen auch die Dichtheitsverhältnisse in der Prüfeinrichtung selbst als un bekannte Größe in die Messung ein. Eine befriedigende Mess genauigkeit ist daher nur gegeben, wenn die Prüfeinrichtung selbst absolut dicht ist. Dies wird üblicherweise einfach vorausgesetzt. Diese vorausgesetzte Bedingung ist aber keinesfalls immer gegeben. Beispielsweise können Schlauch verbindungen der Prüfeinrichtungen selbst undicht sein. Derartige Undichtigkeiten bleiben dann bei der Kontroll messung des Fertigungsproduktes als systematische Fehler unberücksichtigt. Bei der bisherigen Durchführung des Ver fahrens kann nämlich nicht festgestellt werden, ob Druck mittelverluste, und damit Druckabfälle auf eine Undichtig keit des zu prüfenden Fertigungsproduktes oder auf Undich tigkeiten der Prüfeinrichtung selbst zurückzuführen sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mit Vorteil genau dieser mögliche systematische Fehler erfaßt und bei den Kontrollmessungen berücksichtigt, wodurch eine wesentlich höhere Meßgenauigkeit und Meßsicherheit bei der Durchfüh rung des Verfahrens gewährleistet ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Leckagen im Be reich der Prüfeinrichtung vorzugsweise dadurch erfaßt, daß für den Vergleich mit der eigentlichen Kontrollmessung eines Fertigungsproduktes mit derselben Prüfeinrichtung eine Kontrollmessung an einem Musterprodukt durchgeführt wird, welches dem eigentlich zu kontrollierenden Fertigungs produkt bezüglich der kontrollwesentlichen Merkmale ent spricht und bei welchem die beim Fertigungsprodukt zu kon trollierende Eigenschaft gewährleistet ist. Insbesondere wird gewährleistet, daß das Musterprodukt völlig dicht ist, in dem beispielsweise mögliche Dichtigkeitsschwachstellen bei dem Musterprodukt entweder ohne Veränderung des Vo lumens fortgelassen werden oder abgedichtet werden.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren für die Prüfung der Dichtheit und des Volumens von Brennräumen in Zylinderköpfen von Verbrennungsmotoren verwendet. Bei der artigen Zylinderköpfen ergibt sich ein Volumenfehler und ein Dichtheitsfehler in der Regel nicht nur aus dem einge arbeiteten Volumen des Zylinderkopfes selbst, sondern auch aus einer ungenauen Anordnung eines Einlaß- oder Auslaß ventils, welches beispielsweise zu weit in den Zylinder kopfraum vorsteht oder zu tief in einem Rezeß einliegt und welches eventuell undicht ist. Bei einem Musterprodukt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können diese Ventile zur Gewährleistung des exakten Volumens und der Dichtheit des Zylinderkopfes entweder fortgelassen und durch eine glatte Wand ersetzt werden oder die Ventile werden zur Gewährleistung der Dichtheit beim Musterprodukt beispielsweise luftdicht eingeklebt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens notwen dige Musterprodukte sind mit Vorteil Bestandteil eines er findungsgemäßen Prüfsystems zur Durchführung des Ver fahrens.

Weitere vorteilhafte Merkmale des erfindungsgemäßen Ver fahrens ergeben sich aus den Ansprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Prüfeinrich tung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schaltanordnung eines erfin dungsgemäßen Prüfsystems,

Fig. 2 ein Diagramm des Ablaufs einer Dichtheitsprü fung mit dem Prüfsystem,

Fig. 3 ein Blockschaltbild zum Meßprinzip einer Volumenmessung und

Fig. 4 eine schematische Schaltungsanordnung eines er findungsgemäßen Prüfsystems zur Volumenmessung.

Fig. 1 zeigt ein Prüfsystem für die Dichtheitsprüfung eines Fertigungsproduktes 10 (Prüfling).

Das Prüfsystem umfaßt ein Prüfgerät 11 zur Steuerung des Prüfablaufs und zur Anzeige und Verarbeitung der Meßergeb nisse. Ein Druckmittel, insbesondere Preßluft, wird durch ein Reservoir 12 zur Verfügung gestellt, welches über ein Versorgungsventil 13 mit dem Fertigungsprodukt 10 und einem Referenzvolumen 14 gleichermaßen verbunden ist. Das Ferti gungsprodukt 10 und das Referenzvolumen 14 sind über ein Ausgleichsventil 15 miteinander verbunden, welches im ge öffneten Zustand sicherstellt, daß sich zunächst am Ferti gungsprodukt 10 und am Referenzvolumen 14 derselbe Druck einstellt. Zu dem Ausgleichsventil 15 ist ein Differenz druckaufnehmer 16 parallel geschaltet, der somit ebenfalls zwischen das Fertigungsprodukt 10 und das Referenzvolumen 14 geschaltet ist. Der Referenzdruckaufnehmer 16 ist meß technisch mit dem Prüfgerät 11 verbunden.

Die Funktionsweise des Prüfsystems gemäß Fig. 1 zur Durch führung einer Dichtheitsprüfung und der Verlauf des bei dieser Prüfung angewendeten Verfahrens wird nachfolgend im Zusammenhang mit der Fig. 2 erläutert.

Die Fig. 2 zeigt ein Diagramm in einem Koordinatensystem, auf dessen Abszisse die Zeit t und auf dessen Ordinate der Druck des Druckmittels P aufgetragen ist.

Die Kurve I zeigt den zeitlichen Verlauf des Relativdrucks und die Kurve II zeigt den Verlauf des Differenzdrucks, also des Drucks, der mit dem Differenzdruckaufnehmer 16 erfaßt wird.

In einem ersten Zeitabschnitt a) werden das Fertigungspro dukt 10 und das Referenzvolumen 14 mit dem Druckmittel aus dem Reservoir 12 schockbefüllt, und zwar mit einem höheren Druck, als dem späteren Prüfdruck. An den ersten Zeitab schnitt a) schließt sich ein Zeitabschnitt b) an, in dem sich die Drücke in dem Fertigungsprodukt 10 und dem Refe renzvolumen 14 aneinander und an den Prüfdruck (Niveau 17 der Kurve I) angleichen. Dabei erreicht der Differenzdruck seine Nullinie 18.

Am Ende des Zeitabschnitts b) wird das Ausgleichsventil 15 zwischen dem Fertigungsprodukt 10 und dem Referenzvolumen 14 geschlossen, woran sich ein Zeitabschnitt c) einer Be ruhigungsphase anschließt, während der sich der Differenz druck auf ein Differenzdruckniveau 19 einstellt.

An den Zeitabschnitt c) der Beruhigungsphase schließt sich der Zeitabschnitt d) der Meßphase an. Ist das Fertigungspro dukt 10 undicht, so sinkt der Differenzdruck (Kurve II) unter das Differenzdruckniveau 19 ab, so daß sich bis zum Ende des Zeitabschnitts d) der Meßphase ein Differenzdruck verlust 20 einstellt. Dieser Differenzdruckverlust 20 wird erfaßt und von diesem Differenzdruckverlust 20 wird auf die Undichtigkeit des Fertigungsproduktes 10 geschlossen. Beispielsweise kann für den Differenzdruckverlust 20 vorher eine Toleranzgrenze festgelegt werden, die nicht über schritten werden darf. Wird die Toleranzgrenze dennoch über schritten, so erfolgt eine entsprechende Anzeige. An den Zeitabschnitt d) der Meßphase schließt sich ein Zeitab schnitt e) an, während dem das Prüfsystem entlüftet wird.

Wäre das geprüfte Fertigungsprodukt 10 dicht, anders als in der Fig. 2 gezeigt, so würde der Differenzdruck (Kurve II) auch während des Zeitabschnitts d) auf dem Differenz druckniveau 19 bleiben, da dann im Fertigungsprodukt 10 kein Druckverlust eintritt. Aus diesem Differenzdruckniveau 19 läßt sich dann unmittelbar auf das Verhältnis der Voluminar des Fertigungsproduktes 10 und des Differenzvo lumens 14 schließen, sofern das Fertigungsprodukt 10 einen Hohlraum aufweist, dessen Volumen vermessen werden soll.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird, sofern ein Volumen bestimmt werden soll, zunächst eine Prüfung ge mäß Fig. 2 durchgeführt, um festzustellen, ob das kontrol lierte Fertigungsprodukt 10 tolerierbar dicht ist. Erst wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird in einem nächsten Schritt das Volumen des Fertigungsproduktes 10 bestimmt und hierbei die ermittelte Leckrate der vorangegangenen Dicht heitsprüfung zur Korrektur herangezogen. Wird also über haupt ein gemessenes Volumen ausgegeben, so kann ein Kontrolleur dieser Tatsache entnehmen, daß das geprüfte Fertigungsprodukt 10 auch die Dichtheitsprüfung überstanden hat. Ist das Fertigungsprodukt 10 nicht ausreichend dicht, so wird dieses ohne Angabe eines dann uninteressanten Volumenwertes angezeigt.

Aus dem Differenzdruckverlust 20 der Fig. 2 allein ist noch nicht zu entnehmen, ob dieser Druckverlust durch eine Un dichtigkeit des Fertigungsproduktes 10 verursacht ist, oder ob dieser Druckverlust eventuell durch die Undichtigkeit des Prüfsystems gemäß Fig. 1 selbst bedingt ist.

Der mögliche systematische Fehler einer Undichtigkeit des Prüfsystems selbst wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch bestimmt, daß zusätzlich zu dem eigentlich zu kontrollierenden Fertigungsprodukt 10 an derselben Stelle des Prüfsystems ein Musterprodukt durchgemessen wird, bei dem Dichtheit gewährleistet ist und welches der Art nach dem zu kontrollierenden Fertigungsprodukt ansonsten ent spricht. Diese Dichtheitskontrolle des Prüfsystems wird in regelmäßigen Zeitabständen, beispielsweise zu Beginn einer jeden Schicht, durchgeführt, also nicht vor der Prüfung jedes einzelnen Fertigungsprodukts 10.

Tritt auch bei der Kontrolle des Musterproduktes ein Druck verlust 20 auf, so ist dieser allein auf eine Undichtigkeit des Prüfsystems selbst zurückzuführen. Durch einen Ver gleich des Druckverlustes 20 bei der Kontrolle des Muster produktes und dem Druckverlust 20 bei der Kontrolle des Fer tigungsproduktes 10 kann ermittelt werden, welcher Anteil des Differenzdruckverlustes 20 bei der Kontrolle des Fer tigungsproduktes 10 auf eine Undichtigkeit des Fertigungs produktes 10 selbst zurückzuführen ist und welcher Anteil auf die Undichtigkeit des Prüfsystems zurückzuführen ist. Hierdurch wird die Kontrollmessung des Fertigungsproduktes 10 in ihrer Genauigkeit erheblich verbessert.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild für das Meßprinzip einer Volumenmessung mit einem erfindungsgemäßen Prüfsystem.

Das verwendete Meßprinzip der Volumenmessung arbeitet nach der Differenzdruckmethode. Dies bedeutet, daß über einen Lufteingang zwei gleich große, im System befindliche Volumina mit Preßluft gefüllt werden. Die Füllzeit und der verwendete absolute Luftdruck sind jeweils für beide Volumina gleich. Bei Beginn einer Beruhigungsphase werden die beiden Volumen von der Zuluft und voneinander durch Pneumatik-Ventile getrennt. Beide Volumen schließen nun Luft desselben Druckes ein, und es ist eine Beruhigungszeit für die eingeschlossene Luft erforderlich. In einer Phase des Überströmens wird die Verbindung vom ersten Volumen zum Fertigungsprodukt (Prüfling) 10 und vom zweiten Volumen zum Referenzvolumen 14 hergestellt. Ein zwischen dem Referenz zweig und dem Prüflingszweig angebrachter Differenzdruckauf nehmer 16 registriert in der Meßphase den sich ein stellenden Differenzdruck, der ein Maß für die Volumenab weichung des Prüflings 10 vom Referenzvolumen 14 ist. Dies ergibt sich aus dem physikalischen Gesetz von Boyle- Mariotte.

Der Meßvorgang mit dem erfindungsgemäßen Prüfsystem besteht vorzugsweise aus zwei Hauptkomponenten, nämlich der Volumen messung nach der Differenzdruckmethode und einer Gewichts kontrolle über eine externe Waage.

Dazu verfügt das Prüfsystem über eine integrierte Steuerung zur Pneumatikventil-steuerung und zur Kontrolle der Meß werte von der externen Waage. Der Meßvorgang erfordert deshalb insgesamt nur einen Zyklusstart. Das Prüfsystem steuert dann selbständig die pneumatischen Ventile und fordert zu gegebener Zeit Meßwerte von der externen Waage über eine serielle Schnittstelle an. Die erforderlichen Leer- und Bruttogewichtswerte werden während des Meßzyklus vom Prüfsystem über die parallele Schnittstelle angefordert und über die serielle Schnittstelle eingelesen.

Elemente dieser Steuerung sind in dem Blockschaltbild gemäß Fig. 3 mit den Bezugszahlen 22 bis 29 angedeutet.

Fig. 4 zeigt noch einmal etwas detaillierter eine Schaltungsanordnung eines erfindungsgemäßen Prüfsystems zur Volumenmessung.

Die in das Prüfsystem eingegebene Prüfluft gelangt über Füllventile 30, 31 in den Referenzzweig mit dem Referenz volumen 14 und in den Prüfzweig mit dem Fertigungsprodukt (Prüfling) 10. An jedem dieser beiden Zweige ist ein Volumen 32 angeschlossen. Beide Volumina 32 sind gleich groß und werden zunächst mit der Prüfluft bei offenen Füll ventilen 30, 31 befüllt.

Die beiden Zweige, Prüfzweig und Referenzzweig, sind über einen Differenzdruckaufnehmer 16 miteinander verbunden, der den Differenzdruck zwischen den beiden Zweigen ermittelt.

Dieser Differenzdruckaufnehmer 16 ist mit einer Anzeige- und Auswertevorrichtung 33 verbunden.

Zwischen dem jeweiligen Volumen 32 eines der Zweige, Referenzzweig oder Prüfzweig, und dem am Ende des Zweiges angeschlossenen Prüfling 10 bzw. Referenzvolumen 14 ist jeweils ein Trennventil 34 angeordnet. An der Schaltung sind außerdem zwei Druckmesser 35 angeschlossen die zur Anzeige und Messung des Fülldruckes bzw. des Prüfdruckes vorgesehen sind. Für eine Volumenmessung arbeitet die Schaltung gemäß Fig. 4 folgendermaßen:

In einem ersten Schritt werden bei offenen Füllventilen 16 und geschlossenen Trennventilen 34 die beiden Volumen 32 mit Luft befüllt. Nach der Befüllung werden die Füllventile geschlossen und in einem zweiten Schritt wird danach der Absolutdruck in den Zweigen gemessen. Während dieses zweiten Schrittes kann sich die Luft in den Volumen 32 be ruhigen.

In einem dritten Schritt werden die Trennventile 34 ge öffnet, so daß sich die Luft aus den Volumen 32 in das Fertigungsprodukt 10 bzw. in das Vergleichsvolumen aus dehnen kann. Stimmen die Volumina von Fertigungsprodukt 10 und Referenzvolumen 14 nicht miteinander überein, so stellt sich zwischen den beiden Zweigen der Schaltungsanordnung ein Differenzdruck ein, der mit dem Differenzdruckaufnehmer 16 bei weiterhin geöffneten Trennventilen 34 aufgenommen und mit der Anzeige- und Auswertevorrichtung 33 weiterverarbeitet wird.

Bezugszeichenliste

10 Fertigungsprodukt
11 Prüfgerät
12 Reservoir
13 Versorgungsventil
14 Referenzuvolumen
15 Ausgleichsventil
16 Differenzdruckaufnehmer
I Relativdruck
II Differenzdruck
a 1. Zeitabschnitt
b 2. Zeitabschnitt
17 Prüfdruckniveau
18 Nullinie
c 3. Zeitabschnitt
19 Differenzdruckniveau
d 4. Zeitabschnitt
20 Differenzdruckverlust
e 5. Zeitabschnitt
21 Lufteingang
22-29 Steuerungselemente
30, 31 Füllventile
32 Volumen
33 Anzeige- und Auswertevorrichtung
34 Trennventil
35 Druckmesser

Claims

1. Verfahren zur Kontrolle eines Fertigungsproduktes auf seine Eigenschaften bezüglich eines Druckmittels, ins besondere zur Messung des Fassungsvermögens bzw. Volumens eines Hohlraumes des Fertigungsproduktes und/oder zur Prü fung der Dichtigkeit des Fertigungsproduktes, bei welchem das Fertigungsprodukt mittels einer Prüfeinrichtung mit einem Druckmittel, vorzugsweise mit Preßluft beaufschlagt wird, die Druckverhältnisse nach dieser Beaufschlagung ge messen werden und daraus die zu kontrollierende Eigenschaft ermittelt wird, dadurch gekennzeich net, daß durch Leckagen im Bereich der Prüfeinrichtung selbst bedingte Änderungen der Druckverhältnisse als solche erfaßt und bei der Kontrolle berücksichtigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der durch Leckagen im Bereich der Prüfein richtung selbst bedingten Änderungen der Druckverhältnisse eine Kontrolle an einem Musterprodukt durchgeführt wird, welches dem eigentlich zu kontrollierenden Fertigungspro dukt bezüglich der kontrollwesentlichen Merkmale entspricht und bei welchem die beim Fertigungsprodukt zu kontrollie rende Eigenschaft gewährleistet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Druckverhältnisse durch Bestimmung einer Druckdifferenz zwischen dem Fertigungsprodukt und einem Referenzvolumen gemessen werden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungen der Druckverhältnisse durch Leckagen der Prüfeinrichtung, die Prüfeinrichtungskontrolle, vor den eigentlichen Kon trollmessungen durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfeinrichtungskontrolle in bestimmten zeitlichen Abständen durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfeinrichtungskontrolle in bestimmten Zeitab schnitten, insbesondere zu Beginn einer jeden Arbeits schicht durchgeführt wird.

7. Verfahren zur Messung des Volumens eines Hohlraumes eines Fertigungsproduktes, bei welchem der Hohlraum mit einem Druckmittel befüllt wird, vorzugsweise nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß zuvor die Dichtigkeit des Fertigungsproduktes geprüft wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fertigungsprodukt, welches ein vorbestimmtes Maß an Dichtigkeit nicht erfüllt, ohne Volumenmessung ausgesondert wird.

9. Verfahren zur Messung des Volumens eines Fertigungs produktes, bei welchem der Hohlraum mit einem Druckmittel befüllt wird, vorzugsweise nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine eventuell vorhandene Undichtigkeit des Fertigungsproduktes gemessen und der Meßwert in der Auswertelektronik gespeichert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Fertigungsprodukt, welches eine bestimmte Un dichtigkeit aufweist, aus diesem Wert eine Korrektur für die Volumenmessung ermittelt und dieser Wert bei der folgen den Volumenmessung rechnerisch kompensiert wird.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anwendung zur Kon trolle von Brennräumen in Zylinderköpfen von Verbrennungs motoren.

12. Prüfsystem zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Prüfeinrichtung zur Druckmittelbeauschlagung eines zu kontrollierenden Fertigungsproduktes und zur Messung der Druckverhältnisse nach dieser Beaufschlagung, gekennzeich net durch ein Musterprodukt, welches dem eigentlich zu kon trollierenden Fertigungsprodukt (10) bezüglich der kontroll wesentlichen Merkmale entspricht und bei welchem die beim Fertigungsprodukt (10) zu kontrollierende Eigenschaft ge währleistet ist, als Bestandteil des Systems.