DE4238577A1 - Dichtheitsprüfverfahren und Dichtheitsprüfvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Dichtheitsprüfverfahren und eine dazugehörige Dichtheitsprüfvorrichtung, insbesondere für hydrauli­ sche Systeme.

Bei der Dichtheitsprüfung von Systemen ist es üblich, diese mit Druckluft zu beaufschlagen und den sich ergebenden Druckabfall zu messen und mit einem zulässigen Grenzwert zu vergleichen. Diese Methode hat den Vorteil einfacher Handhabung und gestattet die Verwendung eines niedrigen Prüfluftdrucks. Bei hydraulischen Systemen mit Spaltabdichtungen treten bei dieser Methode Probleme wegen der Spalttoleranzen auf, die auch ohne echte Undichtigkeiten zu unterschiedlichen Leckageraten führen.

Eine andere Methode der Dichtheitsprüfung besteht darin, die zu prü­ fenden Systeme mit einem inkompressiblen Prüfmedium zu befüllen, das unter Druck gesetzt wird. Dann erfolgt eine Sichtkontrolle des Prüfobjekts und eventuell eine Messung von Leckagemengen. Hierzu müssen jedoch die Leckagestellen gut sichtbar oder die Leckageflüs­ sigkeit gut auffangbar sein. Nachteilig ist ferner, daß mit Prüfdrücken gearbeitet werden muß, die über dem Betriebsdruck liegen, um schnell eine Aussage über Dichtheit treffen zu können. Dabei können die erforderlichen Drücke höher als die zulässigen sein. Außerdem müssen eventuell vorhandene Sicherheitsventile blockiert oder ausgeschaltet werden, was erheblichen Zusatzaufwand bedeutet. Vorteilhaft bei der Verwendung eines flüssigen Prüfmediums ist aller­ dings dessen Abdichtwirkung, wodurch beispielsweise die Spaltdichtung des Einspritzpumpenplungers dicht wird und somit deren Toleranz unwirksam ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Dichtheitsprüf­ verfahren und eine Dichtheitsprüfvorrichtung zu schaffen, die mit ge­ ringem Prüfdruck arbeitet, unempfindlich gegen Spaltdichtungstole­ ranzen ist und eine sichere sowie schnelle Dichtheitsprüfung ohne Sicht- oder Volumenkontrolle des austretenden Prüfmediums ge­ stattet.

Die Aufgabe bezüglich Dichtheitsprüfverfahren wird durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Befüllung des zu prüfenden hydraulischen Systems mit Prüfflüssigkeit und Luft eines bestimmten Drucks wird der Vorteil einer Toleranzunempfind­ lichkeit bei Spaltdichtungen kombiniert mit der einfachen Leckage­ diagnose über Druckabfallmessung. Voraussetzung für eine auswert­ bare Messung ist dabei die Kenntnis des exakten Luftvolumens im System. Vorteilhaft ist bei Verwendung von Prüfflüssigkeit auch, daß sich deren Temperatur und die Temperatur des zu prüfenden Systems rasch angleichen. Dadurch werden Druckmeßfehler vermieden, die auf einer Temperaturänderung des Meßmediums während der Messung beruhen.

Es ist von Vorteil, daß das Luftvolumen bestimmt wird durch die Größe des Drucksprungs, der durch eine bestimmte Änderung des Vo­ lumens der Füllung des geschlossenen Systems verursacht wird. Diese Methode beruht auf der Tatsache, daß die Kompressibilität einer Flüssigkeit mit deren Luftgehalt steigt. Umgekehrt gilt: Je kleiner das Luftvolumen ist, desto größer ist der Drucksprung. Um diesen nicht zu groß werden zu lassen, ist ein Mindestluftvolumen erforderlich, das gegebenenfalls durch Luftzufuhr erreicht werden muß.

Durch eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, bei der die Be­ stimmung des Luftgehalts und des Druckabfalls zeitgleich erfolgen, wird eine besonders kurze Meßzeit erreicht, wie sie bei Serienfertigung erwünscht ist.

Die Aufgabe bezüglich Dichtheitsprüfvorrichtung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 3 gelöst.

Der Vorratsbehälter für die Prüfflüssigkeit dient zugleich zu deren Entgasung, so daß deren gleichmäßige Qualität sichergestellt ist. Durch die Prüfflüssigkeitspumpe ist eine rasche Füllung des Prüfob­ jekts mit Prüfflüssigkeit gewährleistet, die durch das Druckhalteventil eine bestimmte Druckhöhe aufweist. Durch letzteres fließt zuviel geförderte Prüfflüssigkeit in den Vorratsbehälter zurück. Durch das Vorabsperrventil und das Nachabsperrventil wird das Prüfvolumen hermetisch abgeschlossen, womit eine wichtige Voraussetzung für eine auswertbare Druckverlaufsmessung gegeben ist. Der Volumen­ modulator gestattet erfindungsgemäß einen Kompressibilitätstest der Prüfflüssigkeit und damit ein Feststellen des Luftgehaltes in derselben. Da bei zu geringem Luftgehalt hohe Druckspitzen in der Prüfflüssig­ keit auftreten könnten, ist ein Sicherheitsventil vorgesehen, daß in den Vorratsbehälter absteuert. Der Zusatzluftkompressor dient erfindungs­ gemäß zum Erhöhen des Luftgehaltes in der Prüfflüssigkeit und zum Leerblasen des Prüfobjektes nach der Dichtheitsprüfung. Dabei ge­ langt die Prüfflüssigkeit aus dem Prüfobjekt über eine Rückleitung in den Vorratsbehälter, so daß keine Prüfflüssigkeit verloren geht und das Prüfobjekt keine störenden Reste der Prüfflüssigkeit aufweist. An­ hand der Druckmeßvorrichtung und Auswerteelektronik wird der Druckverlauf über der Zeit gemessen, registriert und ausgewertet. Da­ durch ist eine schnelle, genaue und bequeme Dichtheitsprüfung gewährleistet.

Es ist von Vorteil, daß die Pulsationsfrequenz und das Verdrängervo­ lumen des Volumenmodulators variierbar und dadurch der Größe und Eigenart des Prüfobjektes anpaßbar ist. Es ist weiterhin von Vorteil, daß ein zuschaltbarer Druckspeicher aufgrund seines bestimmten Luftvolumens eine gewisse Kompressibilität des Prüfvolumens sicher­ stellt. Der Druckspeicher ist ohne Zusatzaufwand zuschaltbar, da das Vorabsperrventil als Dreiwegeventil ausgebildet ist.

Weitere Merkmale gehen aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung hervor, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung schema­ tisch dargestellt sind.

Es zeigt

Fig. 1 Dichtheitsprüfvorrichtung beim Befüllen und Entlüften dersel­ ben;

Fig. 2 Dichtheitsprüfvorrichtung beim Bestimmen des Luftanteils der Prüfflüssigkeit;

Fig. 3 Dichtheitsprüfvorrichtung beim Messen des Druckabfalls;

Fig. 4 Dichtheitsprüfvorrichtung beim Entleeren derselben;

Fig. 5 Variation des Prüfvolumens;

Fig. 6 Die aus der Volumenvariation folgende Druckvariation des Prüfmediums;

Fig. 7 Druckverlauf bei Dichtheitsprüfung;

Fig. 8 Druckverlauf bei Dichtheitsprüfung und gleichzeitiger Prüfung des Luftgehaltes.

Fig. 1 zeigt das Prüfobjekt 1 in Gestalt des Kurbelgehäuses 1a einer Dieselbrennkraftmaschine mit Einsteckeinspritzpumpen 1c, die durch nicht dargestellte Niederdruckleitungen für den Kraftstoff in Strö­ mungsverbindung stehen. Die Niederdruckleitungen weisen einen Zu­ fluß 3 und einen Abfluß 4 auf, die in Strömungsverbindung mit der Dichtheitsprüfvorrichtung 2 stehen. Diese weist einen entlüfteten Vorratsbehälter 5 für die Prüfflüssigkeit auf. Aus dem Vorratsbehälter 5 saugt eine Prüfflüssigkeitspumpe 6 die Prüfflüssigkeit an und fördert dieselbe in eine Zulaufleitung 27, die zum Zufluß 3 führt. Von der Zu­ laufleitung 27 zweigt ein Druckhalteventil 7 ab, das in Richtung Vorratsbehälter öffnet und mit diesem in Strömungsverbindung steht. Das Druckhalteventil 7 kann auch im Druckteil der Prüfflüssig­ keitspumpe integriert sein.

Das in Strömungsrichtung nächste Aggregat in der Zulaufleitung 27 ist ein Vorabsperrventil 8. Dieses ist als Dreiwegeventil ausgebildet, das den Zugang zur Zulaufleitung 27 und zu einem Druckspeicher 16 beherrscht.

Das nächste Aggregat in der Zulaufleitung 27 ist ein Volu­ menmodulator 9. Dieser weist ein Verdrängerelement 15 auf, dessen eine Seite in Strömungsverbindung mit der Zulaufleitung 27 steht, während die andere Seite einen Antrieb zum Oszillieren des Ver­ drängerelementes aufweist.

Danach folgt in der Zulaufleitung 27 ein Zusatzluftventil 11, das als Dreiwegeventil ausgebildet ist und durch das ein Zusatzluftkom­ pressor 12 mit einem Luftfilter 19 an die Zulaufleitung 27 anschließ­ bar ist.

An den Abfluß 4 schließt eine Rückleitung 14 an, die in Strömungs­ verbindung mit dem Vorratsbehälter 5 steht und in der ein Nachab­ sperrventil 13 angeordnet ist.

Der Volumenmodulator 9 weist ein zum Vorratsbehälter 5 hin öffnen­ des Sicherheitsventil 10 auf. Die Hubfrequenz und der Hub des Vo­ lumenmodulators 9 sind variabel.

Zwischen dem Vorabsperrventil 8 und dem Nachabsperrventil 13 ist eine Druckmeßvorrichtung 17 mit einer Auswerteelektronik 18 ange­ schlossen.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen die schematisch dargestellte Dicht­ heitsprüfvorrichtung in unterschiedlichen Betriebsphasen, während die Fig. 5 bis 8 die dazugehörigen Änderungen des Prüfvolumens bzw. Prüfdrucks darstellen. Die schwarz angelegten Dreiecke der Ventile 8, 11, 13 zeigen die jeweilige Durchflußstellung an.

Die Dichtheitsprüfvorrichtung funktioniert folgermaßen: In der Befüllphase nach Fig. 1 sind die Ventile 8, 11, 13 auf Durchfluß geschaltet. Die Prüfflüssigkeitspumpe 6 fördert Prüfflüssigkeit über die Zulaufleitung 27 in das Kraftstoffniederdrucksystem des Kurbelgehäu­ ses 1a und spült dasselbe über die Rücklaufleitung 14. Nach Abschluß der Ventile 8, 13 bei weiterhin auf Durchfluß stehendem Ventil 11 (siehe Fig. 2) werden durch Betätigung des Volumenmodulators 9 Volumenänderungen 20 gemäß Fig. 5 erzeugt, die Druckänderungen im Prüfvolumen gemäß Fig. 6 zur Folge haben. Ist der Luftgehalt in der Prüfflüssigkeit zu gering, steigt der Druck auf unzulässige Werte 21. Unzulässige Druckspitzen werden durch das Sicherheitsventil 10 vermieden. Durch Umschalten des Zusatzluftventils 11 und Öffnen des Nachabsperrventils 13 kann mittels des Zusatzluftkompressors 12 Luft in das Prüfvolumen gepumpt werden. Danach erfolgt eine erneut Pul­ sation gemäß Fig. 2. Liegt die Druckspitze 22 der Fig. 6 zu niedrig, ist der Luftgehalt zu hoch. Dann muß durch Spülen des Prüfvolumens gemäß Fig. 1 der Luftgehalt verhindert werden. Bei optimalem Luft­ gehalt liegt die Druckspitze im Toleranzband 23 gemäß Fig. 6.

Bei Verwendung des Druckspeichers 16 mit seinem bekannten Luftvo­ lumen vereinfacht sich die Dichtheitsmessung, da lediglich in der Spülphase gemäß Fig. 1 für einen minimalen Luftgehalt der Prüf­ flüssigkeit gesorgt werden muß. Die Kontrolle des Luftgehalts der Prüfflüssigkeit nach Fig. 3 unter Einschluß des Druckspeichers 16 be­ schränkt sich dann in der Regel auf einen Kontrolldurchlauf.

Nach Abschluß der Luftgehaltsprüfung wird gemäß Fig. 7 der Druck­ verlauf im Prüfvolumen (Fig. 2 oder 3) gemessen und ausgewertet. Die Kurve 24 zeigt ein dichtes System an, die Kurve 25 eine zulässige Leckage und die Kurve 26 ein undichtes System.

Fig. 8 zeigt eine gleichzeitige Luftgehaltsmessung und Dichtheitsprü­ fung. Diese Vorgehensweise setzt ein entsprechendes Auswertepro­ gramm und eine entsprechende Meßzeit voraus. Sie hat den Vorteil der Zeitersparnis, wie er bei einer Serienfertigung erwünscht ist. Au­ ßerdem können auf diese Weise Leckagen, die nur bei pulsierendem Druck auftreten, erkannt werden.

In Fig. 4 ist die Reinigung des Prüfobjektes von Prüföl dargestellt. Zu diesem Zweck wird über das Zusatzluftventil 11 vom Zusatz­ luftkompressor 12 Luft in das Prüfobjekt geblasen, wodurch die Prüfflüssigkeit über das auf Durchlaß stehende Nachabsperrventil 13 und die Rücklaufleitung 14 in den Vorratsbehälter 5 verdrängt wird.

Die erfindungsgemäße Dichtheitsprüfvorrichtung verbindet die Vor­ teile der Druckluftmessung und der Flüssigkeitsmessung unter weit­ gehender Vermeidung von deren Nachteilen.

Claims (6)

1. Dichtheitsprüfverfahren, insbesondere für hydraulische Systeme mit Spaltdichtung, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• - Anschluß der zu prüfenden Hohlräume eines Prüfobjektes (1) an einen Zufluß (3) und einen Abfluß (4) einer Dichtheitsprüfvor­ richtung (2);
• - Befüllung eines Prüfvolumens, umfassend zumindest das Volu­ men der zu prüfenden Hohlräume und das prüfungsrelevante Teilvolumen der Dichtheitsmeßvorrichtung (2) mit einer Prüfflüssigkeit und mit Luft bestimmten Drucks und Verschließung des Prüfvolumens;
• - Bestimmung des Luftvolumenanteils im Prüfvolumen durch Än­ derung des Prüfvolumens und Messung des dadurch verursach­ ten Drucksprungs;
• - gegebenenfalls Korrigieren des Luftvolumenanteils solange bis ein vorgeschriebener Drucksprung erreicht ist;
• - Messen des Druckabfalls im Prüfvolumen und Auswerten des­ selben.

2. Dichtheitsprüfverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des Luftgehalts der Prüfflüssigkeit und deren Druckabfall zeitgleich erfolgen.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Dichtheitsprüfverfahrens, insbesondere Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtheitsprüfvorrichtung (2) fol­ gende hydraulisch hintereinandergeschaltete Elemente aufweist:

• - einen belüfteten Vorratsbehälter (5) für die Prüf­ flüssigkeit;
• - eine Prüfflüssigkeitspumpe (6) mit einem Druckhalteventil (7), das in Strömungsverbindung mit dem Vorratsbehälter (5) steht;
• - ein Vorabsperrventil (8);
• - einen Volumenmodulator (9) mit einem Sicherheitsventil (10), das in Strömungsverbindung mit dem Vorratsbehälter (5) steht;
• - ein Zusatzluftventil (11) mit Anschluß an einen Zu­ satzluftkompressor (12);
• - das Prüfobjekt (1);
• - ein Nachabsperrventil (13) und
• - eine Rückleitung (14) in den Vorratsbehälter (5), wobei zwischen dem Vorabsperrventil (8) und dem Nachabsperrventil (13) eine Druckmeßvorrichtung (17) mit Auswerteelektronik (18) ange­ schlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenmodulator (9) ein Ver­ drängerelement (15) aufweist, dessen eine Seite von dem Prüfmedium beaufschlagt ist und dessen Pulsationsfrequenz und Verdrängervolumen variierbar sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Prüfvolumen ein Druckspeicher (16) zuschaltbar ist, der ein definiertes Luftvolumen aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher (16) über das als Dreiwegeventil ausgebildete Vorabsperrventil (8) zuschaltbar ist.