DE4137070C2 - Verfahren zur Dichtheitsprüfung von Prüfkörpern mit Fügestellen und Einrichtung dazu - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung von Prüfkör­ pern mit Fügestellen auf Dichtheit unter Anwendung eines Prüfgases sowie eine Einrichtung zur Anwendung des Verfah­ rens. Bei den Prüfkörpern handelt es sich in erster Linie um serienmäßig hergestellte Bauelemente, wie Fittings mit Schweißnähten, Druckkörper mit Fügestellen oder andere Kon­ struktionsteile, die dicht, insbesondere vakuumdicht, sein müssen. Bei den Prüfkörpern wird davon ausgegangen, daß ihre Grundkörper durch Einsatz hochwertiger Materialien nicht auf Dichtheit geprüft werden müssen, sondern lediglich die Füge­ stellen. Die Fügestellen können Schweißnähte, Lötnähte, Kleb­ stellen oder Preßpassungen sein.

Die Prüfgas-Lecksuche ist ein verbreitetes Lecksuchverfahren, welches das Aufspüren auch sehr kleiner Lecks ermöglicht. Als Testmedien können verschiedenartige Stoffe eingesetzt werden, in neuerer Zeit findet jedoch vorwiegend Helium Einsatz. Das Testmedium kann innerhalb des Prüfkörpers einwirken und außerhalb des Prüfkörpers die Lecksucheinrichtung angeordnet sein. Häufiger ist jedoch das Verfahren zu finden, bei dem der Innenraum des Prüfkörpers evakuiert und das Prüfgas außen auf die kritischen Stellen des Prüfkörpers auf gesprüht wird. Wenn Lecks vorhanden sind, dann gelangt das Prüfgas über die Evakuierungseinrichtung zur Lecksucheinrichtung, wo es je nach Testmethode zu einer Anzeige führt.

Als Testmethoden können sowohl die hochsensiblen massenspek­ trometrischen Verfahren eingesetzt werden, als auch Verfahren mit chemischen Farbumschlägen oder anderen nachweisbaren Ver­ änderungen, wenn das Prüfgas in ein anderes Medium einwirkt.

Diese Verfahren haben mehrere Nachteile, die das Ergebnis der Lecksuche oft negativ beeinflussen. Besonders bei kleineren Lecks erfolgt der Lecknachweis zeitlich verschoben gegenüber dem Augenblick, an dem das Prüfgas außen auf dem Prüfkörper aufgesprüht wurde.

Wenn der Leckdetektor ein Leck meldet, muß in der Regel die Prüfperson mit der Prüfgassprühpistole langsam zurückgehen und suchen, an welcher Stelle tatsächlich das Leck vorhanden ist. Von besonderem Nachteil ist, daß bei diesen Verfahren der gesamte Arbeitsraum erheblich mit Prüfgas verseucht wird und die Empfindlichkeit des Lecksuchgerätes im Laufe der Prüfung erheblich nachläßt. Um die Verseuchung des Arbeits­ raumes mit Prüfgas weitgehend zu unterdrücken, kann die Leck­ suche in relativ kleinen Räumen durchgeführt werden, die ständig mittels eines neutralen Spülgases von unerwünschten Prüfgaskonzentrationen befreit werden.

Aus der elektronischen Industrie sind Lecksucheinrichtungen bekannt, bei denen der Prüfling in eine Prüfkammer eingelegt, mit Prüfgas beaufschlagt und nachträglich in einer Lecksu­ cheinrichtung geprüft wird, ob Prüfgas in den Körper einge­ drungen ist und nun wieder aus dem Prüfkörper austritt. In diesem Fall wird zur Vermeidung von unnötigen Prüfgasver­ brauch wie auch zur Verkürzung der Pumpzeiten die Prüfkammer möglichst klein gehalten, indem sie an den Prüfkörper ange­ paßt wird. Der Prüfkörper liegt dabei frei innerhalb der Prüfkammer.

Die DE-AS 24 18 795 schlägt z. B. eine Testkammer für Leck­ suchgeräte vor, bei der Dichtring zwischen der Testkammer und dem zugehörigen Deckel über einen Spalt im Flansch der Test­ kammer mit testgasfreiem Gas beaufschlagt wird. Damit soll vermieden werden, daß Prüfgas in den Dichtring eindringt und bei der Prüfung als Leckstelle wirkt.

Für besonders große Prüfkörper, z. B. größere Vakuumkammern, sind auch bereits Einrichtungen bekannt geworden, die mittels Dichtelementen innen oder außen auf die zu prüfenden großräu­ migen Prüfkörper aufgesetzt werden. Diese Einrichtungen sind tragbar gestaltet und werden Stück für Stück auf die zu prü­ fenden Gegenstände aufgesetzt.

In allen bekanntgewordenen Prüfeinrichtungen zur Prüfgas- Lecksuche wird der jeweilige Prüfkörper als Ganzes oder zumindest größere Bereiche als solche, der Einwirkung von Prüfgas ausgesetzt. Der Prüfgaseinsatz ist dabei relativ hoch und die Gefahr der Verseuchung der umgebenden Arbeitsraum­ atmosphäre mit Prüfgas ist erheblich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung von Prüfkörpern mit Fügestellen zu schaf­ fen, mit dem die Verseuchung der umgebenden Arbeitsraumatmo­ sphäre mit dem verwendeten Prüfgas weitgehend verhindert wird. Des weiteren soll eine Einrichtung zur Anwendung des Verfahrens geschaffen werden.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 und 3 gekennzeichnet. Die Aufgabe für eine Einrichtung zur Anwendung des Verfahrens wird mit den Merkmalen im Anspruch 4 gelöst. Weiterbildungen sind im Anspruch 5 gekennzeichnet.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist es wesentlich, daß je­ weils bevor die zu prüfende Fügestelle mit Prüfgas beauf­ schlagt wird, bereits axial außerhalb des Raumes für das Prüfgas im Bereich der Abdichtung des Prüfgasraumes zum Prüfkörper das Sperrgas aufgebracht wird, wobei der Druck des Sperrgases stets höher als der Druck des Prüfgases ist, und daß das Sperrgas nach dem Absperren des Prüfgases noch solan­ ge anliegt bis der Prüfgasraum mit einem neutralen Spülgas, vorzugsweise dem bereits eingesetzten Sperrgas, ausgeblasen ist.

In ähnlicher Weise ist es vorteilhaft, auch die Dichtfläche zwischen dem Prüfkörper und dem Dichtelement zur Abdichtung des Prüfkörpers gegen die Atmosphäre radial außerhalb der Dichtfläche mit Sperrgas zu beauflagen. In diesem Fall wirkt das Sperrgas auch gegen das Prüfgas, welches durch Lecks in das Innere der Prüfkörpers gelangt ist.

Die Erfindung sichert, daß zu jeder Zeit des Prüfprozesses dem Prüfgas in der Prüfkammer wie auch im Prüfkörper das Sperrgas von außen entgegenwirkt und mit hoher Sicherheit kein Prüfgas aus der Prüfkammer austreten kann. Dadurch wird praktisch jede Verunreinigung der umgebenden Arbeitsraum­ atmosphäre mit Prüfgas vermieden.

Die Prüfkammer zur Anwendung des Verfahrens weist mindestens zwei miteinander verschließbare Teile auf, die zur Prüfung den Prüfkörper bzw. den zu prüfenden Teil der Prüfkörper formschlüssig und gasdicht umschließen. Jeweils im Bereich der Fügestellen, die auf mögliche Undichtigkeiten geprüft werden sollen, weist die Prüfkammer Ausnehmungen auf, in die das Prüfgas eingelassen wird und die als minimierte Prüfgas­ raum bezeichnet werden kann.

Bei der Gestaltung der Prüfkammer wird davon ausgegangen, daß bei der heutigen industriellen Fertigung die Grundbauteile der Prüfkörper eine derartig hohe Qualität aufweisen, daß Lecks in diesen Teilen ausgeschlossen werden können. Als leckgefährdet treten ausschließlich noch die Fügestellen an den Prüfkörpern auf, z. B. Schweißnähte, Lötnähte, Klebe­ stellen oder Preßpassungen.

Wichtig ist, daß die Prüfkammer den Prüfkörper im Bereich der Fügestelle paßgenau umschließt und die Ausnehmung die Füge­ stelle vollständig überdeckt, damit das Prüfgas ganz spezi­ fisch nur auf die Fügestelle einwirkt.

Die Dichtelemente zum Abdichten der Prüfkörper werden mecha­ nisch an den Prüfkörper angepreßt. Die Anpreßkraft braucht dabei lediglich nur so groß sein, daß eine Anfangsevakuierung des Prüfkörperinnenraumes gesichert ist. Danach wirkt der Atmosphärendruck über die Dichtelemente und in der Regel ist eine sichere Abdichtung gewährleistet.

Erfindungswesentlich ist, daß jeweils axial außerhalb der Abdichtung der Ausnehmung zum Prüfkörper innerhalb der Prüf­ kammer mindestens ein Sperrgaskanal vorhanden ist. In ähn­ licher Weise kann auch radial außerhalb der Dichtflächen an den Dichtelementen zur Abdichtung von Öffnungen am Prüfkörper jeweils ein umlaufender Sperrgaskanal angeordnet sein.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Nutzung der vorgeschlagenen Prüfkammer wird nach dem Einlegen des Prüfkörpers in die Prüfkammer und Verschließen der Öff­ nungen des Prüfkörpers mit den Dichtelementen der Prüfkörper evakuiert. Danach wird in die Sperrgaskanäle das Sperrgas eingelassen. Nach Erreichen eines festgelegten Prüfdruckes wird eine Prüfgas-Lecksucheinrichtung zugeschaltet und in die Ausnehmung, die Fügestelle umschließt, wird Prüfgas eingelas­ sen. Zur Prüfung wird eine Testzeit gehalten und nach Ab­ schluß der Prüfung die Prüfgaszufuhr unterbrochen. Das Prüf­ gas wird mit Sperrgas aus den umlaufenden Ausnehmungen ausge­ blasen und der Prüfkörper belüftet. Die Zufuhr des Sperrgases wird erst beendet, wenn das Prüfgas restlos aus der Ausneh­ mung entfernt ist.

Bei vorhandenen Lecks gelangt das Prüfgas zur Lecksuchein­ richtung, vorteilhafterweise eine massenspektrometrische Lecksucheinrichtung, und wird von dieser durch ein Signal angezeigt.

Als Prüfgas wird vorteilhafterweise Helium eingesetzt und als Sperrgas Stickstoff.

Die geteilt ausgebildete Prüfkammer kann zum Einlegen des Prüfkörpers in einfacher Weise geöffnet werden. Die Teilung kann dabei bei symmetrischen Teilen in der Nähe der Mittel­ ebene erfolgen, bei unsymmetrischen Teilen, insbesondere, wenn eine Fläche vorhanden ist, kann die Teilung der Prüfkam­ mer auch entlang einer Oberfläche des Prüfkörpers vorteilhaft sein. In der Regel umschließt die Prüfkammer nicht den gesam­ ten Prüfkörper, sondern nur den Bereich der Fügestelle, der auf Dichtheit zu prüfen ist.

Bei komplizierteren Prüfkörpern mit mehreren Achsen kann es erforderlich sein, daß die Prüfkammer, in äquivalenter Weise zum Prüfkörper, in der Mittelebene mehrere Achsen aufweist.

Der Anschluß an die Evakuierungseinrichtung und die Prüfgas- Lecksucheinrichtung kann über die Öffnungen der Prüfkörper, z. B. Fittings, erfolgen. Dazu werden die Öffnungen mittels Dichtelementen verschlossen, wobei mindestens ein Dichtele­ ment einen entsprechenden Anschluß aufweist.

Wesentlich ist, daß die einzelnen Teile der Prüfkammer an ihren Berührungsflächen selbst gut abdichten oder Dichtele­ mente aufweisen, damit das Prüfgas nicht unkontrolliert entweichen kann. Dazu können als Dichtelemente Paßnuten vor­ gesehen sein. Die einzelnen Prüfkammerteile können auch aus einem weichen Material, vorzugsweise einem Elastomer oder Gummi bestehen, oder mit einem derartigen Material beschich­ tet sein. Damit wird es möglich, daß die Prüfkammerteile untereinander und gegen den Prüfkörper derart verpreßt werden können, daß keine weiteren Dichtelemente erforderlich sind.

Die Ausnehmung, die zu prüfende Fügestelle überdeckt, ist mit einem Prüfgaseinlaß und einem Prüfgasauslaß verbunden. Durch eine entsprechende Ventilanordnung kann nach Abschluß des Prüfgaszuflusses auf dem gleichen Weg das Prüfgas mit einem Spülgas, vorzugsweise dem verwendeten Sperrgas, aus der Ausnehmung gespült werden. Damit wird gesichert, daß das Prüfgas im wesentlichen vollständig aus dem Prüfgaskanal und der Ausnehmung entfernt wird.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mit dem neutra­ len Sperrgas, welches z. B. Stickstoff oder auch Luft sein kann, in der Art einer Gasvorlage in sicherer Weise einem Austritt von Prüfgas über Spalte an der Dichtfläche zwischen der Prüfkammer und dem Prüfkörper in die Atmosphäre entgegen­ gewirkt wird.

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt in vereinfachter Darstellung die Seitenansicht einer Prüfkammer zum Prüfen eines T-Fittings 29 mit einer Schweißnaht 28. Die vordere Abdichtung 34 wurde wegen der Übersichtlichkeit der Zeichnung weggelassen.

Fig. 2 zeigt die Draufsicht von Fig. 1 ohne das obere Prüf­ kammerteil 22 und teilweise in der Mittelebene des Prüfkör­ pers 29 geschnitten.

Die Prüfkammer nach Fig. 1 und 2 ist für ein T-Fitting als Prüfkörper 29 ausgebildet. Der T-Fitting besteht aus zwei durch Umformung hergestellte Einzelteile, die mittels einer Fügestelle in Form einer Schweißnaht 28 miteinander verbunden sind. Die Einzelteile sind aus hochwertigem Material herge­ stellt und weisen als solche keine Undichtigkeiten auf. Undichtigkeiten können praktisch nur an der Schweißnaht 28 auftreten. Deshalb soll auch nur die Schweißnaht 28 mittels massenspektrometrischer Lecksuche auf Dichtheit geprüft werden.

Die Prüfkammer besteht aus zwei Teilen. Das untere Prüfkam­ merteil 20 ist auf einer festen Grundplatte 21 montiert. Das obere Prüfkammerteil 22 ist in einem Tragbügel 23 montiert. Die Trennlinie der beiden Teile ist etwas oberhalb der hori­ zontalen Symmetrieachse gewählt, damit das Einlegen des zu prüfenden Teiles sicherer wird. Der Tragbügel 23 ist über ein Gelenk 24 drehbar mit der Grundplatte 21 verbunden. Bewegt wird der Tragbügel 23 mittels eines Hydraulikzylinders 25. Die beiden Prüfkammerteile 20 und 22 bestehen aus einem Elastomer, im Beispiel Polyurethan.

Wenn der Tragbügel 23 mit dem Prüfkammerteil 22 durch den Hydraulikzylinder 25 auf das Prüfkammerteil 20 gedrückt wird, werden die beiden Prüfkammerteile 20 und 22 dicht aneinander gepreßt und bilden praktisch eine geschlossene Prüfkammer. Die Prüfkammer ist dabei so gestaltet, daß sie den Prüfkörper 29 fest und gasdicht umschließt. Als zusätzliche Sicherheit zur Dichtheit der Prüfkammer weist das untere Prüfkammerteil 20 zwei Rippen 26 auf, die in die Nuten 27 im oberen Prüfkam­ merteil 22 passen. Im Bereich der Schweißnaht 28 am Prüf­ körper 29 sind beide Prüfkammerteile 20 und 22 in gleicher Weise radial zur Schweißnaht 28 umlaufend ausgespart. Dadurch wird im geschlossenen Zustand der Prüfkammer eine ringförmige Ausnehmung 30 gebildet. Diese Ausnehmung 30 ist nur so breit, daß mit Sicherheit bei wechselnden Prüfkörpern 29 die Schweißnaht 28 immer voll überdeckt wird also mit Sicherheit immer alle Schweißnähte 28 komplett mit Prüfgas beauflagt werden. Andererseits sollte die Ausnehmung 30 nicht viel größer sein, da dadurch nur unnötig viel Prüfgas benötigt wird. Die Prüfgaszuführung zur Ausnehmung 30 erfolgt über die Bohrung 31 in der Grundplatte 21. Über die Bohrung 32 kann das Prüfgas wieder entweichen. Der Prüfgasauslaß ist dabei innerhalb der Ausnehmung 30 gegenüber dem Prüfgaseinlaß angeordnet. Außerhalb der Grundplatte 21 sind an beiden Bohrungen 31 und 32 Magnetventile als Absperrventile an­ geordnet.

Beidseitig der Ausnehmung 30 sind in die beiden Prüfkammer­ teile 20 und 22 passend zueinander radial um den Prüfkörper 29 erfindungsgemäß Sperrgaskanäle 40 angeordnet. Diese sind über die Bohrung 33 mit einem Absperrventil einer Sperrgas­ quelle verbunden.

Von den drei Öffnungen des T-Fittings sind die zwei gegen­ überliegenden mit zwei gleichartigen Dichtelementen 34 ver­ schlossen. Diese werden über eine nicht dargestellte Feder auf die Kante der Öffnung gedrückt. Zum Entnehmen oder Ein­ legen des Prüfkörpers 29 werden beide Dichtelemente mecha­ nisch auseinander gedrückt. Die direkte Abdichtung erfolgt über eine Polyurethan-Dichtplatte 35, die auf einer Metall­ platte 36 aufgebracht ist. Radial außerhalb der Polyurethan- Dichtplatte 35 ist auf der Metallplatte 36 ein Sperrgasführ­ ring 37 angeordnet, der an eine Sperrgasleitung 38 ange­ schlossen ist. Die dritte Öffnung des T-Fittings ist ähnlich der beiden anderen durch ein Dichtelement 39 abgedichtet. Zusätzlich weist dieses Dichtelement 39 aber noch einen Anschluß 41 für die Evakuierungs- und Lecksucheinrichtung auf.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Nutzung der vorgenannten Prüfkammer beschrieben.

Nach dem Einlegen des Prüfkörpers 29 in das untere Prüfkam­ merteil 20 wird das obere Prüfkammerteil 22 geschlossen. Die drei Dichtelemente 34 und 39 werden an den Prüfkörper 29 angelegt. Danach wird der Innenraum des Prüfkörpers 29 evaku­ iert, wodurch die Dichtelemente 34 und 39 durch den Atmosphä­ rendruck fest an den Prüfkörper 29 gepreßt werden.

In der Folge wird zuerst in die Sperrgaskanäle 40 wie in die Sperrgasführringe 37 ein Sperrgas, im Beispiel Stickstoff, eingelassen. Damit werden möglichen Undichtigkeiten zwischen der Ausnehmung 30 für das Prüfgas und dem Prüfkörper 29 mit einem Sperrgasstrom entgegengewirkt. In ähnlicher Weise wirkt das Sperrgas an der Abdichtung zwischen der Polyurethan- Dichtplatte 35 und dem Prüfkörper 29 als Absperrung des Innenraums des Prüfkörpers 29 zur umgebenden Arbeitsraum­ atmosphäre.

Erst wenn das Sperrgas anliegt, wird das Prüfgas über die Bohrung 31 in die Ausnehmung 30 eingelassen. Durch den etwas höher gewählten Gegendruck des Sperrgases kann das Prüfgas in keinem Fall durch mögliche Spalte zwischen dem Prüfkörper 29 und den Prüfkammerteilen 20 bzw. 22 nach außen dringen. Das Prüfgas, im Beispiel Helium, kann ausschließlich durch Lecks in der Schweißnaht 28 in das Innere des Prüfkörpers 29 gelan­ gen und somit in die massenspektrometrische Lecksucheinrich­ tung, wo ein entsprechendes Signal für ein Leck gegeben wird.

Wenn die Schweißnaht 28 dicht ist, kann das Prüfgas lediglich kontrolliert durch den Prüfgasauslaß über die Bohrung 32 nach außen entweichen. Im letzteren Fall wird das Prüfgas vorzugs­ weise einer Prüfgas-Rückgewinnungsanlage zugeführt. Nach Absperrung der Prüfgaszuführung wird die Prüfgasleitung und die Ausnehmung 30 mit einem Spülgas, vorzugsweise das bereits eingesetzte Sperrgas, ausgeblasen und erst danach der gesamte Sperrgasstrom unterbrochen, der Prüfkörper 29 belüftet und die Dichtelemente 34 und 39 sowie das obere Prüfkammerteil 22 weggeklappt. Danach kann der Prüfkörper 29 entnommen werden. Die Entnahme erfolgt derart, daß die für dicht befundenen Prüfkörper 29 durch einen nicht dargestellten Mechanismus nach der einen Seite aus dem unteren Prüfkammerteil 20 her­ ausgekippt werden und im Falle einer Leckdefinition nach der anderen Seite.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß praktisch kein Prüfgas in die Umgebungsatmosphäre gelangen kann. Damit kann die umgebende Arbeitsraumatmosphäre frei von Prüfgas gehalten werden, was die Empfindlichkeit der Lecksu­ cheinrichtung stark verbessert.

Der Vorteil der angewandten erfindungsgemäßen Prüfkammer besteht darin, daß nicht der gesamte Prüfkörper 29 in eine dann wesentlich größere Prüfkammer eingelegt werden muß, sondern nur der konkrete für Lecks kritische Bereich der Fügestellen, im Beispiel die Schweißnaht 28, mit einem defi­ nierten Prüfgasraum geringster Abmessung umgeben ist.

Claims (5)

1. Verfahren zur Dichtheitsprüfung von Prüfkörpern mit Fügestellen, bei dem örtlich begrenzt Prüfgas auf die Fü­ gestelle aufgebracht und auf der anderen Seite der Füge­ stelle das Vorhandensein von Prüfgas mit einer Prüfgas­ lecksucheinrichtung gemessen wird, vor dem Aufbringen des Prüfgases auf die Fügestelle, axial außerhalb des Raumes für das Prüfgas, im Bereich der Abdichtung des Prüf­ gasraumes zum Prüfkörper, ein Sperrgas aufgebracht wird, wobei der Druck des Sperrgases höher als der Druck des Prüfgases ist, und das Sperrgas nach dem Absperren des Prüfgases solange anliegt, bis der Prüfgasraum mit Spül­ gas, vorzugsweise mit dem Sperrgas, ausgeblasen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtflächen zum Abdichten des Innenraumes des Prüf­ körpers gegenüber der Atmosphäre vor dem Aufbringen des Prüfgases auf die Fügestellen radial außerhalb mit einem Sperrgas beaufschlagt werden und daß nach der Prüfung das Sperrgas erst nach dem Absperren des Prüfgases abgesperrt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sperrgas Stickstoff eingesetzt wird.

4. Prüfkammer zur Prüfung von Prüfkörpern (29) mit Fügestel­ len bestehend aus mindestens zwei formschlüssig ver­ schließbaren Teilen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Prüfkammer eine die Fügestellen umschließende Ausnehmung (30) als Prüf­ gasraum aufweist, die gegenüber dem Prüfkörper (29) abge­ dichtet ist, und bei der axial außerhalb der Abdichtung des Prüfgasraumes zum Prüfkörper (29) mindestens ein Sperrgaskanal (40) vorhanden ist.

5. Prüfkammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtelemente (34, 39) zum Abdichten des Innenraumes des Prüfkörpers (29) gegenüber der Atmosphäre radial außer­ halb einen umlaufenden Sperrgaskanal aufweisen.