DE4237137C2 - Verfahren zur Prüfung der Wirksamkeit eines Behandlungsverfahrens zur Steigerung der Dichtigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Prüfung von Metallkörpern, die einem Behandlungsverfahren zur Steigerung ihrer Dichtigkeit unterzogen werden. Anlaß zur Anwendung eines solchen Verfahrens kann dann bestehen, wenn Metallkörper aufgrund ihrer Herstellungsart, bei­ spielsweise als Gußkörper, mikroskopische Hohlräume, Haarrisse o. ä. aufweisen, durch die Gas oder andere Medien diffundieren bzw. hindurchtreten können. Als Bei­ spiel seien hier Hohlkörper aus Aluminiumguß betrachtet, wie sie als Vakuumgefäße oder Kapselungsteile für gas­ isolierte elektrische Schaltanlagen eingesetzt werden. Von solchen Hohlkörpern wird ein hohes Maß an Dichtigkeit gegen einen Durchtritt von Gasen unter allen vorkommenden Betriebsbedingungen und über lange Zeiträume verlangt.

Prinzipiell ist es möglich, den genannten Anforderungen entsprechende Metallgußkörper mittels verfügbarer Gieß­ verfahren in einwandfreier, d. h. lunkerfreier Qualität herzustellen. Infolge schwankender Eigenschaften der eingesetzten Rohstoffe, nicht vorhersehbarer Abweichungen wichtiger Parameter des Gießprozesses oder ähnlicher Einflüsse kommt es jedoch mit einer statistischen Wahr­ scheinlichkeit zu Gußfehlern, wie Haarrissen oder Lunkern, die einer Verwendung der Werkstücke für den vorgesehenen Zweck entgegenstehen.

Man ist daher bestrebt, die Metallgußkörper grundsätzlich einer Nachbehandlung zu unterziehen, um Gußfehler der er­ wähnten Art unwirksam zu machen und möglichst alle her­ gestellten Metallgußkörper für den vorgesehenen Zweck verwenden zu können. Als Behandlungsverfahren zur Steigerung der Dichtigkeit eignet sich insbesondere das Tränken mit dünnflüssigen Kunstharzen, die nach dem Ein­ dringen in Öffnungen und Hohlräume des Werkstückes poly­ merisiert bzw. ausgehärtet werden und auf diese Weise eine dauerhafte Versiegelung bewirken. An die Güte einer solchen Versiegelung werden hohe Anforderungen gestellt, wenn die Metallgußkörper in der erwähnten Weise als Kapselungen für gasisolierte Schaltanlagen eingesetzt werden und eine möglichst lange Betriebsdauer ohne Nach­ füllung von Isoliergas erreicht werden soll. Beispiele für als Metallgußkörper ausgebildete Kapselungen gasisolierter Schaltungen sind der DE 28 18 905 B2 und der DE 41 40 776 A1 zu entnehmen.

Einem Prüfverfahren der hier betrachteten Art kommt in diesem Zusammenhang die Aufgabe zu, mit möglichst geringem Aufwand die Wirksamkeit einer Tränkung oder Versiegelung der Metallkörper nachzuweisen. Die Schwierigkeit be­ steht dabei in einer Nachbildung der beim Herstellen auf­ tretenden Hohlräume oder Kanäle. Wählt man einen porösen Sinterkörper als Probekörper, so steht eine Vielzahl von verzweigten Kanälen zur Verfügung, was aber nicht unbedingt repräsentativ für tatsächlich vorkommende Fehler an Metallkörpern ist.

Die Erfindung geht davon aus, daß es prinzipiell kaum möglich ist, wiederholbar Probekörper mit wirklichkeits­ getreuen Fehlern zu schaffen. Ihr liegt die Aufgabe zu­ grunde, ein Prüfverfahren anzugeben, das bei relativ ge­ ringem Aufwand zu aussagekräftigen und reproduzierbaren Ergebnissen führt.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 1.

Die bei dem Verfahren in einen Probekörper eingebrachten Bohrungen dienen dabei als Nachbildung von Fehlern eines Metallkörpers, insbesondere eines Guß­ stückes, wobei bewußt ein größerer Durchmesser gewählt wird, als ihn fehlerhafte Stellen in der Regel aufweisen. Der Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, daß solche Bohrungen unter Benutzung üblicher feinmecha­ nischer Bohrwerkzeuge herstellbar sind. Die anschließen­ de Kalibrierung der Bohrungen durch eine örtliche mechanische Verformung des Probekörpers ist ebenfalls mit Hilfe leicht verfügbarer Vorrichtungen ausführbar. Diese Verformung bietet den Vorteil, daß unter Benutzung einer Anzahl gleicher Bohrungen nach Querschnitt und Form unterschiedliche Fehlerstellen in ein und demselben Probekörper nachgebildet werden können und daher die Wirksamkeit einer Tränkung oder Versiegelung im Vergleich besonders gut zu ermitteln ist.

Während das vorstehend erläuterte Verfahren grundsätzlich für Metallkörper unterschiedlicher Herstellungsweise ge­ eignet ist, kann es mit besonderem Vorteil auf Aluminium- Gußkörper für druckgasisolierte metallgekapselte Mittel- und Hochspannungs-Schaltanlagen angewendet werden. An­ lagen dieser Art weisen relativ komplizierte Gehäuse­ formen auf. Daher entsteht beim Gießen erfahrungsgemäß ein gewisser Prozentsatz fehlerhafter, d. h. poröser oder sonstwie undichter Teile, weshalb dem Behandlungsverfahren zur Steigerung der Dichtigkeit erhebliche Bedeutung zu­ kommt. Ebensogroß ist demnach die Bedeutung eines leicht und wirtschaftlich durchzuführenden Prüfverfahrens zum Nachweise der dichtigkeitssteigernden Wirkung des er­ wähnten Behandlungsverfahrens.

Es erweist sich, daß gute Ergebnisse mit Probekörpern er­ zielt werden, deren Bohrungen einen Durchmesser von etwa 0,3 mm und eine Tiefe von etwa 6 mm besitzen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispieles näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt eine Anzahl von Abschnitten A1 bis D2 eines Verfahrens, das sich von der Herstellung eines Probekörpers über die Tränkung mit einem Kunstharz bis zur Auswertung zwecks Ermittlung der Wirksamkeit der Tränkung erstreckt.

Die Verfahrensabschnitte A1 oder A2 umfassen die Bereit­ stellung einer Anzahl von Probekörpern 1.1 bzw. 1.2 aus dem Material, das einer dichtigkeitssteigernden Behandlung unterzogen werden soll. Beispielsweise kann hierzu eines der Werkstücke, die dem Behandlungsverfahren unterzogen werden sollen, ganz oder teilweise in Probestücke zerlegt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, Probekörper aus dem gleichen Schmelzgut herzustellen, aus dem auch die Werkstücke hergestellt werden. Mittels einer feinmecha­ nischen Bohrmaschine 2 werden nun beispielsweise auf den gegenüberliegenden Seitenflächen 3 und 4 des Probekörpers 1.1 bzw. 1.2 Bohrungen 5 hergestellt. Geeignete Abmes­ sungen dieser Bohrungen sind ein Durchmesser von 0,3 mm und eine Tiefe von 6 mm. Die Bohrungen besitzen damit eine Größe, die oberhalb von Herstellungsfehlern der Werkstücke, wie Haarrisse oder Lunker, liegt. Bei dem Verfahrens­ schritt A1 werden die Probekörper 1.1 mit Sackbohrungen hergestellt. Der Verfahrensschritt A2 sieht vor, daß Probekörper 1.2 mit einem Einschnitt 6 hergestellt werden, in den von beiden Seiten 2 und 4 die Bohrungen 5 münden. Statt dessen können auch entsprechende schmalere Probe­ körper mit durchgehenden Bohrungen 5 angefertigt werden.

In dem weiteren Verfahrenschritt B werden die Bohrungen 5 nun so kalibriert, daß ihre Abmessungen im Bereich der erwähnten Herstellungsfehler liegen. Hierbei sind unter­ schiedliche Vorgehensweisen möglich. Zum Beispiel können alle Bohrungen eines Probekörpers die gleiche Kalibrierung erhalten, um Aussagen über die statistische Füllung der Bohrungen zu gewinnen. Weitere Probekörper können dann, ebenfalls mit allen ihren Bohrungen, abweichend kali­ brierte Bohrungen erhalten, z. B. größere oder kleinere. Eine andere Methode kann darin bestehen, in jeweils einem Probekörper die Bohrungen unterschiedlich zu kalibrieren und, gleichfalls zur Gewinnung einer statistisch ge­ sicherten Aussage, mehrere Probekörper anzufertigen. Im übrigen kann es sich empfehlen, eine oder mehrere der Bohrungen 5 von der Kalibrierung auszunehmen, um einen Vergleich mit kalibrierten Bohrungen vorzunehmen.

Die Kalibrierung erfolgt nach dem in der Zeichnung ver­ anschaulichten Verfahrensschritt B durch ein Prägewerkzeug 7, das rinnenartige Vertiefungen 8 in die Oberfläche des Probekörpers 1.1 bzw. 1.2 eindrückt. Die von den Seiten­ flächen 3 und 4 ausgehenden Bohrungen 5 werden hierdurch gleichermaßen erfaßt. Ist dagegen erwünscht, den Einfluß örtlicher Einschnürungen der Bohrungen 5 zu untersuchen, so kann anstelle des Werkzeuges 7 ein abgerundeter Präge­ dorn 9 eingesetzt werden. Von dem Prägedorn 9 hinter­ lassene trichterförmige Einprägungen sind in der Zeichnung jedoch nicht gezeigt.

Der mechanisch vorbereitete Probekörper 1.1 bzw. 1.2 wird nun in dem Verfahrensschritt C einer Tränkung mit dem Mittel unterzogen, das auch zur Behandlung der Werkstücke vorgesehen ist. Durch Pfeile 10 ist die allseitige Ein­ wirkung des Mittels angedeutet. Die Parameter dieses Tränkverfahrens, insbesondere die Zusammensetzung des Tränkmittels sowie Druck und Dauer seiner Einwirkung und eine evtl. erforderliche Temperatur- und Zeitbehandlung müssen einheitlich für die Werkstücke und die Probekörper sein. Dies kann dadurch erreicht werden, daß bei der Behandlung von Werkstücken auch einige Probekörper mitbehandelt werden.

Haben die Probekörper 1.1 bzw. 1.2 ihren Endzustand erreicht, so können sie zur Untersuchung in unterschied­ licher Weise aufbereitet werden. Die Verfahrenabschnitte D1 und D2 zeigen zwei mögliche Formen. Der Schritt D1 besteht darin, daß der Probekörper entlang der Ebene aufgeschnitten wird, in der sich die Bohrungen 5 befinden. Dies erlaubt insbesondere eine mikroskopische Betrachtung der Schnittfläche 11 mit den Bohrungen 5. Der Verfahrens­ abschnitt D2 sieht demgegenüber vor, daß der Probekörper senkrecht zur Längsachse der Bohrungen 5 aufgeschnitten wird. Die dabei gebildete Schnittfläche 12 gestattet eine mikroskopische Untersuchung des vollständigen Querschnittes der Bohrungen 5, und zwar je nach Lage des Schnittes in einer bestimmten Entfernung von der ursprünglichen Mündung der Bohrungen 5.

Obwohl die erwähnte mikroskopische Untersuchung der Bohrungen 5 am einfachsten durchführbar ist, kommen jedoch noch weitere Untersuchungsverfahren in Betracht. Beispiels­ weise kann mittels physikalischer und/oder chemischer Untersuchungen die Haftung und Härte des abgebundenen Tränkmittels untersucht oder dessen Vernetzungsgrad ermittelt werden.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß durch die Erfindung eine Möglichkeit geschaffen worden ist, die Wirkung dichtigkeitssteigernder Tränkverfahren für metal­ lische Werkstücke anhand von Probekörpern vergleichend zu beurteilen. Die Probekörper sind mit geringem Aufwand herstellbar und lassen mehrere abgewandelte Untersuchungs­ methoden zu.

Claims (3)

1. Verfahren zum Prüfen der Wirksamkeit eines die Dichtigkeit von Metallkörpern steigernden Behandlungs­ verfahrens unter Verwendung eines Probekörpers (1.1; 1.2) der dem Behandlungsverfahren unterzogen und anschließend bedarfsweise einer physikalischen, optischen und/oder chemischen Untersuchung unterzogen wird, mit folgenden Schritten:

• - der Probekörper (1.1; 1.2) wird aus dem für das Behand­ lungsverfahren vorgesehenen Werkstoff oder Werkstück hergestellt oder entnommen,
• - in den Probekörper (1.1; 1.2) wird wenigstens eine Bohrung (5) mit geringem Durchmesser eingebracht,
• - der Probekörper (1.1; 1.2) wird durch örtliche Ein­ wirkung eines Werkzeuges (7; 9) plastisch derart verformt, daß die Bohrung (5) eine mit einem Herstellungsfehler ver­ gleichbare Dimension erhält,
• - der Probekörper (1.1; 1.2) wird anschließend an das dichtigkeitssteigernde Behandlungsverfahren (10) im Bereich der Bohrung (5) aufgeschnitten und hinsichtlich der Wirkung des Behandlungsverfahrens untersucht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anwendung auf Aluminium-Gußkörper für druckgasisolierte metallge­ kapselte Mittel- und Hochspannungs-Schaltanlagen.

3. Probekörper für das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (5) einen Durchmesser von etwa 0,3 mm und eine Tiefe von etwa 6 mm besitzt.