DE4425225A1 - Vorrichtung zum Prüfen der Dichtheit von Ventilen in einer Fluidstrecke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen der Dichtheit von Hauptventilen in einer Fluidstrecke, deren Prüfvolumen von mindestens zwei Ventilen gegen eine oder mehrere Fluidzuleitungen und Fluidableitungen abgeschlossen ist, wobei eine Prüfpumpe vorgesehen ist, die eingangsseitig über ein Absperrventil mit einer Fluidzuleitung und aus­ gangsseitig mit dem Prüfvolumen der Fluidstrecke verbunden ist, und wobei ein Differenzdruckwächter vorgesehen ist, der mit Hilfe einer Druckmembran, die eine mit dem eingangssei­ tigen Druck beaufschlagte Kammer von einer mit dem ausgangs­ seitigen Druck beaufschlagten Kammer abtrennt und die durch eine einseitige Feder vorgespannt ist, die Druckdifferenz zwischen der Eingangs- und der Ausgangsseite der Prüfpumpe mißt und bei Überschreiten eines voreingestellten Differenz­ druckwertes ein Signal abgibt, welches den Dichtheitszustand der Fluidstrecke anzeigt.

Eine solche Vorrichtung ist bekannt aus dem Firmenprospekt der Firma Karl Dungs GmbH & Co. "Compact-Ventildichtkontrol­ le VDK 200 A Serie 02", 09/1992.

Zur Beschickung eines Gasbrenners mit Brenngas ist eine Gas­ zuleitung erforderlich, die vor dem Eintritt in den Feuer­ raum des Brenners aus Sicherheitsgründen mindestens zwei Hauptventile aufweisen kann, mit denen der Gasstrom des Brenngases gegenüber dem Feuerraum geöffnet oder abgesperrt werden kann. Falls eines der beiden Hauptventile beispiels­ weise durch im Gasstrom mitgeschleppte Partikel zeitweise undicht wird, so übernimmt zumindest das zweite Hauptventil eine sichere Absperrfunktion, da es extrem unwahrscheinlich ist, daß beide Hauptventile gleichzeitig undicht werden. Um sofort zu erkennen, wenn ein Ventil undicht wird, muß vor Beginn der Beschickung des Feuerraumes mit Brenngas eine Dichtheitsprüfung der von den beiden Hauptventilen abge­ schlossenen und ein Prüfvolumen einschließenden Gasstrecke vorgenommen werden. Da es in der Praxis nahezu ausgeschlos­ sen ist, daß die Rohrleitung oder Gehäuseteile zwischen den beiden Hauptventilen undicht wird, kann bei Feststellen ei­ ner Undichtheit des Prüfvolumens der Gasstrecke auf ein Leck in einem der beiden Hauptventile geschlossen werden.

Ein Teil der auf dem Markt erhältlichen Dichtheitsprüfvor­ richtungen für derartige Gas strecken arbeitet nach einem Verfahren, bei dem zunächst der Absolutdruck im Prüfvolumen bei geschlossenem brennerseitigen Hauptventil und kurzzeitig geöffnetem brennerfernen Hauptventil gemessen wird. Falls das brennerseitige Hauptventil undicht ist und Gas entwei­ chen läßt, so wird der absolute Druck im Prüfvolumen nicht den Solldruck in Höhe des Netzdruckes erreichen.

Danach wird das brennerferne Hauptventil geschlossen und das brennerseitige Hauptventil kurzzeitig geöffnet. Falls nun das brennerferne Hauptventil undicht ist, wird der Gesamt­ druck im Prüfvolumen nicht auf dem Atmosphärendruck behar­ ren, sondern sich auf einen Wert über dem Atmosphärendruck einpendeln.

Das aus dem Prüfvolumen bei diesem Verfahren entweichende Brenngas wird entweder direkt in den Feuerraum des Gasbren­ ners oder in eine gesonderte Abblaseleitung abgeleitet. Ein derartiges Dichtheitsprüfungsverfahren hat daher unter ande­ rem den Nachteil, daß vor jeder Inbetriebnahme des Gasbren­ ners eine gewisses Gasvolumen nutzlos verbraucht wird. Dabei können insbesondere bei mehrmaligen Anlaufversuchen bei ei­ ner Entlüftung in den Feuerraum des Gasbrenners Gefahrenri­ siken für die Sicherheit der Heizungsanlage, beispielsweise Verpuffungen nicht ausgeschlossen werden. Eine derartige Entlüftung in den Feuerraum eines Gasbrenners ist im übrigen bei Dampfkesselanlagen, wie sie beispielsweise in Wäscherei­ en, Kantinen usw. verwendet werden, gar nicht zulässig. An­ dererseits erfordert die Einrichtung einer Abblaseleitung zur Entlüftung des Prüfvolumens einen zusätzlichen Kosten- und Zeitaufwand. Derartige Abblaseleitungen werden typi­ scherweise am Dach des Hauses mit der entsprechenden Hei­ zungsanlage installiert, so daß das zu entlüftende Brenngas­ volumen an einer für Passanten ungefährlichen stelle in die Atmosphäre entlassen wird. Neben dem zusätzlichen Energie­ verbrauch wird damit aber auch die Umwelt belastet, da un­ verbrannte Kohlenwasserstoffe unkontrolliert in die Atmo­ sphäre gelangen.

Ein weiterer Nachteil dieser bekannten, mit Netzdruck ar­ beitenden Dichtheitsprüfgeräte besteht darin, daß bei der oben geschilderten Prüfmethode allein für die Prüfzwecke die Hauptventile genauso oft geöffnet und geschlossen wer­ den, wie sie für die eigentliche Beschickung des Gasbren­ ners mit Brenngas im Heizbetrieb geöffnet bzw. geschlossen werden müssen. Damit halbiert sich die normale Lebensdauer der Hauptventile.

Ein weiterer Nachteil dieser bekannten, nach dem Netzdruck­ verfahren arbeitenden Dichtheitsprüfgeräte besteht darin, daß nach längeren Stillstandszeiten des Heizungssystems sich ergebende Undichtheiten nicht durch den Prüfvorgang erfaßt werden können, weil die Dichtheitsprüfung der Gas­ strecke nicht im Ursprungszustand nach der Stillstandszeit erfolgt, sondern in einem durch Öffnen und Schließen der Hauptventile und entsprechendes Nachströmen von Gas aus dem Netz veränderten Zustand, wodurch sich die Aussagekraft des Prüfergebnisses entsprechend vermindert. Schließlich erfor­ dern bekannte, mit Netzdruck arbeitende Dichtheitsprüfgerä­ te eine relativ lange Zeit für die Dichtheitskontrolle, da gesonderte Beruhigungszeiten zum Erreichen eines thermi­ schen Beharrungszustandes (Temperatur-Druckausgleichszei­ ten) aufgrund der schlagartigen Komprimierung im Prüfvolu­ men durch das einströmende Brenngas aus dem Netz und da­ durch auftretende nicht-adiabatische Effekte zusätzlich zu den eigentlichen Meßzeiten eingeschoben werden müssen.

Alle diese Nachteile der oben beschriebenen, mit Netzdruck arbeitenden bekannten Dichtheitsprüfgeräte werden bei Dicht­ heitsprüfgeräten, die nach der Druckaufbaumethode arbeiten, vermieden. Ein derartiges Dichtheitsprüfsystem ist bei­ spielsweise das aus dem Firmenprospekt "Dichtkontrolle VDK 301 für GasMultiBloc", 09/1992, der Firma Karl Dungs GbmH & Co. bekannte Gerät. Dabei wird zur Dichtheitskontrolle des Prüfvolumens bei geschlossenen Hauptventilen Brenngas aus dem Netz über ein während des Prüfvorgangs geöffnetes Ab­ sperrventil mit Hilfe einer Prüfpumpe in die Gasstrecke zwi­ schen den Hauptventilen gefördert. Mit Hilfe einer Absolut­ druckmeßeinrichtung wird festgestellt, ob sich innerhalb ei­ ner vorgegebenen Zeit im Prüfvolumen ein bestimmter vorgege­ bener Gesamtdruck aufbaut. Wird dieser Gesamtdruck innerhalb der vorgegebenen Zeit nicht erreicht, so ist eines der Hauptventile undicht.

Das Dichtheitsprüfgerät VDK 301 hat vorteilhafterweise eine geringes Bauvolumen und benötigt keine gesonderte Einstel­ lung der Prüfpumpenleistung vor Ort. Nachteilig ist jedoch, daß sich das Gerät nur für die Dichtheitsprüfung relativ kleiner Prüfvolumina sowie kleiner Absolutdrücke eignet. Da der gemessene Absolutdruck vom Eingangsdruck des Brenngases aus dem Netz abhängig ist, ist der Anwendungsbereich des Gerätes VDK 301 hinsichtlich der verwendeten Gasdrücke und Prüfvolumen relativ eng begrenzt.

Ein großer Gasdruckbereich für unterschiedliche Anwendungs­ fälle kann mit dem aus dem eingangs zitierten Firmenprospekt bekannten Gerät VDK 200 der Firma Karl Dungs GmbH & Co. ab­ gedeckt werden. Bei diesem bekannten Dichtheitsprüfgerät wird anstelle des Absolutdruckes im Prüfvolumen die Druck­ differenz p_a-p_e zwischen dem Ausgang und dem Eingang der Prüfpumpe ermittelt. Wenn innerhalb einer vorgegebenen Zeit ein bestimmter Differenzdruck erreicht wird, schaltet ein Differenzdruckwächter aufgrund der Bewegung einer Druckmem­ bran mechanisch einen elektrischen Schalter in eine Positi­ on, in der ein Signal zum Schließen des Absperrventiles und zum Öffnen der Hauptventile abgegeben wird.

Nachteilig bei dem bekannten Dichtheitsprüfgerät VDK 200 ist das relativ große Bauvolumen aufgrund einer relativ großen Prüfpumpe, die wiederum erforderlich ist, weil eine große Druckdifferenz p_a-p_e in der Größenordnung von 4000 Pa auf­ gebaut werden muß, da der verwendete Differenzdruckschalter eine mechanische Hysterese aufweist, die einer Druckdiffe­ renz von ca. 2500 Pa entspricht. In der dadurch erforderli­ chen großen Membranfläche bei der verwendeten Prüfpumpe weist die gesamte Anordnung zwangsläufig ein großes Bauvolu­ men auf. Ein weiterer Nachteil der bekannten Einrichtung be­ steht darin, daß bei variierendem Prüfvolumen eine zusätzli­ che Volumendrossel am Ausgang der Prüfpumpe erforderlich ist, um die Pumpleistung dem aktuellen Prüfvolumen anzupas­ sen. Dadurch wird ein gesonderter Einstellvorgang am Dicht­ heitsprüfgerät vor Ort erforderlich. Außerdem benötigt die Volumendrossel zusätzlichen Platz, was zu einem noch größe­ ren Bauvolumen des Gerätes führt. Schließlich erfordert das zusätzliche Bauteil erhöhte Kosten des Gesamtgerätes und stellt aufgrund einer endlichen Ausfallwahrscheinlichkeit ein zwar geringes, aber dennoch zusätzliches Risiko für Be­ triebsunterbrechungen dar. Weiter nachteilig ist der notwendige werksseitige Justagevorgang des Druckwächters.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art vorzustellen, mit der ein großer Druckbereich und ein großes Prüfstreckenvolu­ men ähnlich wie mit der VDK 200 abgedeckt werden kann, wobei jedoch mit einfachen technischen Mitteln die Baugröße der Vorrichtung wesentlich kompakter sein soll, und wobei kei­ nerlei Justage der Pumpleistung und des Druckwächters in der Fertigung sowie keine Einstellung der Prüfpumpenleistung zur Anpassung an das Prüfstreckenvolumen vor Ort erforderlich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe auf ebenso überraschend einfache wie wirkungsvolle Art und Weise dadurch gelöst, daß der Differenzdruckwächter einen berührungslosen Signal­ geber aufweist, mit dem das an der Druckmembran anstehende Differenzdrucksignal in einer der Kammern abgegriffen und berührungslos auf eine außerhalb der Kammern angeordnete Signalleitung weitergegeben werden kann.

Dadurch, daß die Hubbewegung des Signalgebers reibungsfrei weitergegeben werden kann, entfällt die bei dem bekannten Differenzdruckwächter auftretende mechanische Hysterese. Bei den bekannten Dichtheitsprüfgeräten muß die Schaltbewegung der Differenzdruckwächter über eine weitere Membrane, eine Lippendichtung oder einen Balg in den Bereich des Atmosphä­ rendruckes übertragen werden. Dadurch ergeben sich außer der reibungsbedingten mechanischen Hysterese auch zusätzliche Dichtheitsprobleme sowohl bei der Produktion als auch bei der Anwendung des Dichtheitsprüfgerätes. Als Folge der we­ sentlich kleineren Gesamthysterese der Hubbewegung des Dif­ ferenzdruckwächters bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die zu erreichende Druckerhöhung beim Aufpumpen des Prüfvolumens auf 2000 Pa zurückgenommen werden, während bei­ spielsweise bei der bekannten Einrichtung VDK 200 in der Reibung der Lippendichtung etwa 4000 Pa erforderlich sind. Die niedrigere Druckerhöhung von etwa 2000 Pa hat zur Folge, daß bei gleicher Förderleistung der Prüfpumpe innerhalb der­ selben Sicherheitszeit ein größeres Prüfvolumen aufpumpbar ist. Dieser Sachverhalt ermöglicht, daß bei der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung, wenn sie das gleichen Bauvolumen wie die gegenüber VDK 200 wesentliche kompaktere VDK 301 auf­ weist, ein etwa zehnfacher Anwendungsbereich sowohl bei ma­ ximalem Betriebsdruck als auch bei maximalem Prüfvolumen ab­ gedeckt werden kann.

Durch Verwendung einer kleineren Prüfpumpe wird auch der durch die Prüfpumpe erzeugte Geräuschpegel bei der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung extrem gesenkt. Da die erfindungs­ gemäße Prüfvorrichtung aufgrund der Differenzdruckmessung unabhängig vom Vordruck des Fluids im Netz arbeitet, ist keine Einstellung bzw. Anpassung der Förderleistung der Prüfpumpe vor Ort erforderlich, wodurch die Funktionssi­ cherheit des Gerätes wesentlich erhöht wird, weil damit mögliche Einstellungsfehler prinzipiell unterbleiben.

Aufgrund der kleineren Baugröße der Prüfpumpe bei der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung kann die Konstanz der Förderlei­ stung der Prüfpumpe ausschließlich über die Pumpe selbst so­ wie eine Bypassdüse sichergestellt werden, wodurch die bei der VDK 200 erforderliche zusätzliche Volumendrossel und die bei der VDK 301 zusätzliche Eingangsdüse entfällt, was die Robustheit (Verschmutzungsgefahr) und somit die Funktionssi­ cherheit wesentlich verbessert.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung umfaßt der berührungslose Signal­ geber einen Reed-Schalter mit einem auf der Bewegungsachse der Druckmembran angeordneten Permanentmagneten sowie einem mit Abstand von der Druckmembran angeordneten Reed-Kontakt. Dadurch leistet der Differenzdruckwächter eine instantane Schaltfunktion bei Erreichen eines vorgegebenen Differenz­ druckes, und bewirkt nicht nur lediglich die Ausgabe eines Analogsignales.

Vorteilhaft ist auch eine Weiterbildung dieser Ausführungs­ form, bei der der Reed-Kontakt im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsachse der Druckmembran angeordnet ist. Dadurch werden radiale, seitliche Kräfte durch den Reed-Kontakt auf die Druckmembran vermieden, was ein genaueres Meß- und Schaltverhalten des Druckwächters zur Folge hat. Außerdem ist keine komplizierte, lageorientierte Montage der Schal­ terelemente erforderlich, da sowohl der Permanentmagnet als auch die Druckmembran drehbar angeordnet sein können. Die Störgröße der gegenseitigen Anziehung von Reed-Schalter und Permanentmagnet wirkt in Schaltrichtung. Dadurch wird ein radiales Wegdrücken der Druckmembran ausgeschlossen, was der Genauigkeit des Schaltpunktes zugute kommt.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfaßt der Reed-Schalter einen im Verhältnis zur Querausdehnung der Druckmembran kleinen Permanentmagnet mit hoher Magnetfeldstärke und ei­ nen in seiner axialen Ausdehnung kleinen Reed-Kontakt. Durch die Auswahl des sehr kleinen und gleichzeitig recht starken Permanentmagneten in Verbindung mit dem kleinen Mi­ niatur-Reed-Schalter wird eine gegenseitige Wechselwirkung erzielt, die sich in einem im wesentlichen punktförmigen Schaltvorgang mit hoher Genauigkeit des Schaltpunktes ohne vorherige Justage äußert.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind der Permanentmagnet und die Feder auf verschiedenen Seiten der Druckmembran angeordnet. Dadurch wirkt der Reed-Schalter in seiner Schaltfunktion lediglich als Öffner, wobei er im Ru­ hezustand geschlossen ist. Auf diese Weise kann eine beson­ ders einfache Steuerlogik des Dichtheitsprüfsystems reali­ siert werden, was der Funktionssicherheit über ein entspre­ chend kleineres Fehlerrisiko zugute kommt. Durch die bloße Öffner-Funktion wird zusätzlich eine optimale Kontaktsi­ cherheit des Reed-Schalters gewährleistet, wobei bei einem Ausfall des Schalters durch Verschweißen der Kontakte eine permanente Störmeldung von der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung abgegeben wird, was den Reed-Schalter bei Betriebsaus­ fall sicherheitstechnisch entschärft.

Vorteilhaft ist auch eine Ausführungsform, bei der zwei Reed-Kontakte vorgesehen sind, die in unterschiedlichem Ab­ stand vom Permanentmagneten angeordnet sind und/oder unter­ schiedliche Ansprechempfindlichkeiten auf das Magnetfeld des Permanentmagneten aufweisen. Damit ist es möglich, zwei oder mehrere Schaltstellungen nacheinander abzufragen, was beispielsweise zu einer Diskriminierung der fehlerhaften Stelle in der Prüfstrecke hinsichtlich der Druckeingangs- oder Druckausgangsseite genutzt werden kann. Dazu erhält beispielsweise der zweite Reed-Schalter eine Schaltschwelle zwischen -500 bis -1000 Pa. Vor dem Start der Prüfpumpe wird die Schaltstellung des zweiten Reed-Schalters abge­ fragt. Ergibt die nachfolgende Dichtheitsprüfung ein nega­ tives Resultat und beträgt der Differenzdruck vor dem Start der Dichtigkeitsprüfung weniger als -500 bis -1000 Pa, so kann daraus geschlossen werden, daß ein brennerseitiges Hauptventil undicht ist. War der Differenzdruck vor dem Start der Dichtheitsprüfung höher als -500 bis -1000 Pa, so kann auf die Undichtheit eines brennerfernen Hauptventils geschlossen werden.

Bei einer alternativen Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung umfaßt der berührungslose Signalgeber ei­ nen Hall-Sensor. Dadurch sind keine mechanisch bewegten Teile im Signalgeber erforderlich.

Alternativ kann bei einer anderen Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Vorrichtung der berührungslose Signalgeber eine Tauchspulenanordnung umfassen, bei der ein Ferritkern in eine Magnetspule eintauchen kann. Eine derartige induk­ tive Tauchspulenanordnung läßt sich mit relativ preiswerten Standardelementen realisieren.

Bei einer anderen Ausführungsform umfaßt der berührungslose Signalgeber einen kapazitiven Weggeber, der üblicherweise zwei Kondensatorplatten enthält, deren Kapazität sich mit ihrem gegenseitigen Abstand verändert. Bei dieser Ausfüh­ rungsform ist keine Beeinflussung des Signalgebers durch wechselnde Magnetfelder aus der Umgebung der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung möglich, so daß die eventuelle Notwendig­ keit einer magnetischen Abschirmung entfällt.

Bevorzugt ist auch eine Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung, bei der ein verschließbarer Meßstutzen vorgesehen ist, der mit dem eingangsseitigen Druck p_e ver­ bunden ist, und/oder ein verschließbarer Meßstutzen, der mit dem ausgangsseitigen Druck p_a verbunden ist. Damit ist eine besonders schnelle Überprüfung der Druckverhältnisse im Prüfdruckgerät und in der Prüfstrecke möglich, die leicht durch eine Bedienungsperson vor Ort ausgeführt wer­ den kann.

Besonders vorteilhaft ist auch eine Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Vorrichtung, bei der die mit dem eingangs­ seitigen Druck p_e beaufschlagte Kammer des Differenzdruck­ wächters mit einem Leitungsabschnitt verbunden ist, der die Prüfpumpe mit dem Absperrventil verbindet. Da das Absperr­ ventil lediglich während der Druckprüfphase geöffnet ist, ist der empfindliche Differenzdruckwächter automatisch vor Druckstößen während Stillstands- oder Betriebsphasen des Gasbrennersystems geschützt. Da in diesen Phasen kein Diffe­ renzdruck am Differenzdruckwächter entsteht, weil bei Pum­ penstillstand ein automatischer Druckausgleich zwischen den beiden Kammern des Differenzdruckwächters über die Prüfpumpe oder deren Bypass erfolgt, erhält die gesamte Anordnung eine höhere Funktionssicherheit. Nach dem Abschalten der Prüfpum­ pe bzw. bei Stromausfall erfolgt eine sofortige Rückstellung des Differenzdruckwächters in seine Ruhestellung. Gegenüber der VDK 200 und VDK 301 ist das Gerät somit umgehend wieder startklar, da aus Sicherheitsgründen ein Neustart nur aus der Ruhestellung des Differenzdruckwächters erfolgen darf. Sowohl bei VDK 200 wie auch bei VDK 301 ist hierzu ein sepa­ rater Rückausgleichsvorgang erforderlich.

In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung der oben beschrie­ benen Art mit einem Hall-Sensor, einer induktiven Tauchspu­ lenanordnung oder einem kapazitiven Weggeber als berüh­ rungslosen Signalgeber, bei dem beginnend mit dem Einschal­ ten der Prüfpumpe mit Hilfe des berührungslosen Signalge­ bers der Druck im Prüfvolumen als Funktion der Zeit gemes­ sen und der Druckanstieg im Prüfvolumen ermittelt wird. Da der Druckanstieg ein Maß für die absolute Leckrate des Prüfvolumens darstellt, kann damit eine relevante Aussage über die Dichtheit der Prüfstrecke wesentlich früher als bei Erreichen einer festgesetzten Schaltstellung des Diffe­ renzdruckwächters abgeleitet werden. Bei gleichzeitiger Verwendung eines Rechners läßt sich dadurch eine noch we­ sentlich kürzere Dichtheitsprüfzeit verwirklichen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Be­ schreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale er­ findungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als ab­ schließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 ein Funktionsschema einer Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 ein Funktionsschema der bekannten VDK 200 nach dem Stand der Technik;

Fig. 3 ein Funktionsschema der bekannten VDK 301 nach dem Stand der Technik;

Fig. 4 eine teilweise Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und

Fig. 5 vier mögliche Zeitverläufe für Differenzdruckmes­ sungen im Prüfvolumen, nämlich

• a) bei dichter Prüfstrecke ausgehend von einem re­ lativen Unterdruck im Prüfvolumen gegenüber dem Netzdruck
• b) bei undichtem brennerseitigen Hauptventil
• c) bei dichter Prüfstrecke ausgehend vom Netzdruck im Prüfvolumen
• d) bei undichtem brennerfernen Hauptventil ausge­ hend von Netzdruck im Prüfvolumen.

Das erfindungsgemäße Dichtheitsprüfgerät 10 zum Prüfen der Dichtheit von Hauptventilen in einer Fluidstrecke, insbe­ sondere in einer Gasstrecke, deren Prüfvolumen von minde­ stens zwei Hauptventilen V₁, V₂ gegen eine oder mehrere Fluidzuleitungen und Fluidableitungen abgeschlossen ist, arbeitet nach der Druckaufbaumethode. Ein Funktionsschema einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 1 dargestellt.

Das Prüfvolumen 1 der Prüfstrecke, in diesem Fall eine Ver­ bindung zwischen den beiden Hauptventilen V₁ und V₂ in einer zu einem in der Zeichnung nicht dargestellten Gasbrenner führenden Gasleitung wird durch das brennerseitige Hauptven­ til V₂ von der Gasableitung 12 zum Brenner und durch das brennerferne Hauptventil V₁ von der Gaszuleitung 11 zur Prüfstrecke abgetrennt. Vor Inbetriebnahme des Gasbrenners sind die beiden Hauptventile V₁, V₂ zunächst geschlossen. Über einen Leitungsabschnitt 13 wird mit Hilfe eine Prüfpum­ pe 2, beim vorliegenden Ausführungsbeispiel einer Membran­ pumpe Gas aus der Gaszuleitung 11, die normalerweise unter Netzdruck steht, durch einen weiteren Leitungsabschnitt 14 in das Prüfvolumen 1 gepumpt. In Abhängigkeit von der Größe des Prüfvolumens 1 wird eine gewisse Pumpzeit festgelegt, nach der sich ein festgelegter Druck im Prüfvolumen 1 aufge­ baut haben soll, damit eine zufriedenstellende Dichtheit der Prüfstrecke angenommen werden kann. Ein Maß für diesen Druckaufbau ist der Differenzdruck zwischen dem pumpenaus­ gangsseitigen Druck p_a und dem pumpeneingangsseitigen Druck p_e, der mit Hilfe eines Differenzdruckwächters 3 abgegriffen wird, dessen Aufbau in Fig. 4 im Detail dargestellt ist.

Falls die Prüfstrecke undicht ist, wird die vorgesehene Druckdifferenz nicht innerhalb der vorgegebenen Zeit er­ reicht, da die von der Pumpe erzeugte zuströmende Menge ge­ genüber der über das Leck abströmenden Menge zu gering ist um den Druckaufbau bis zum Schaltdruck zu erreichen. Ein Steuergerät 4 gibt dann ein Undichtsignal ab, wodurch bei­ spielsweise eine rote Lampe eingeschaltet wird, und schließt über ein Absperrventil V₃ den zur Gaszuleitung 11 führenden Leitungsabschnitt 13 gegen die Membranpumpe 2 und den Diffe­ renzdruckwächter 3 ab. Außerdem schaltet das Steuergerät 4 dann die Membranpumpe 2 ab und hält über den Feuerungsauto­ maten die Hauptventile V₁, V₂ in geschlossenem Zustand.

Im Falle des rechtzeitigen Erreichens der vorgesehenen Druckdifferenz gibt das Steuergerät 4 ein Dichtsignal nach außen, wodurch z. B. eine grüne Lampe eingeschaltet wird, schließt das Absperrventil V₃, stoppt die Prüfpumpe 2 und öffnet die Hauptventile V₁, V₂, damit Brenngas aus der Gas­ zuleitung 11 über die Prüfstrecke und die Gasableitung 12 zum Gasbrenner strömen kann.

Die Förderleitung der Prüfpumpe 2 wird mit Hilfe einer By­ passdrossel 5 definiert und stabilisiert. Die Bypassdrossel 5 sorgt für einen gewissen Schnellfüllvorgang bis zum Druck­ ausgleich p_a nach p_e ebenso wie für die Konstanz der Förder­ leistung. Weiter ist die Bypassdrossel 5 verantwortlich für den unter bestimmten Voraussetzungen notwendigen Druckabbau von p_a nach p_e (Rückausgleichsfunktion).

Über verschließbare Meßstutzen 6, 6′ kann der eingangsseiti­ ge Druck p_e, der in der Regel mit dem Netzdruck in der Gas­ zuleitung 11 identisch ist, sowie der pumpenausgangsseitige Druck p_a zu Überprüfungszwecken abgegriffen werden.

Um den empfindlichen Differenzdruckwächter 3 während des Brennbetriebs, bei dem das Absperrventil V₃ geschlossen ist, vor Druckschwankungen im Gasnetz zu schützen, wird der dem Differenzdruckwächter 3 zugeführte eingangsseitige Druck p_e an einem Leitungsabschnitt 15 abgegriffen, der die Prüfpumpe 2 mit dem Absperrventil V₃ verbindet. Ein in dem zur Gaszu­ leitung 11 führenden Leitungsabschnitt 13 vorgesehenes Fil­ ter 7 schützt die Elemente des erfindungsgemäßen Dicht­ heitsprüfgerätes 10 vor Beschädigungen oder Funktionsbeein­ trächtigungen durch Partikel, die mit dem Brenngas aus dem Netz hereingeschwemmt werden könnten.

In Fig. 2 ist ein Funktionsschema des bekannten Dicht­ heitsprüfgerätes VDK 200 nach dem Stand der Technik darge­ stellt. Das Funktionsprinzip ist ganz ähnlich dem oben be­ schriebenen Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen Dicht­ heitsprüfgerätes 10. Das bekannte Dichtheitsprüfgerät 10′ unterscheidet sich jedoch im Aufbau seines Differenzdruck­ wächters 3′ wesentlich von der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung. Der Differenzdruckwächter 3′ im bekannten Gerät 10′ schaltet bei rechtzeitigem Erreichen der vorgegebenen Druck­ differenz p_a-p_e mechanisch einen schematisch dargestellten Schalter von einer Prüf- bzw. Undicht-Position in eine Dicht-Position. Aufgrund der großen mechanischen Hysterese muß in Abhängigkeit des Prüfvolumens 1 zur Abdeckung eines größeren Volumen- und Druckbereichs eine relativ große Prüf­ pumpe 2′ vorgesehen werden, die neben einer Bypassdrossel 5 zur Regulierung ihrer maximalen Förderleistung zusätzlich eine einstellbare Volumendrossel 5, benötigt. Durch die we­ sentlich größere Baugröße der Prüfpumpe 2′ und die zusätzli­ che Volumendrossel 5, ist das gesamte Gerät 10′ erheblich größer als das erfindungsgemäße Dichtheitsprüfgerät 10.

Ein weiterer Unterschied zum erfindungsgemäßen Gerät 10 be­ steht bei dem bekannten Gerät 10′ darin, daß aufgrund der etwas anders geführten Eingangsdruckzuleitung zum Differenz­ druckwächter 3′ das beim Brennbetrieb des Gasbrenners ge­ schlossene Absperrventil V₃ den Differenzdruckwächter 3′ nicht vor Druckschwankungen des Netzdruckes schützt. Des wei­ teren kann keine Selbstrückstellung des Druckwächters erfol­ gen. Zudem sind bei der bekannten Vorrichtung 10′ keine ver­ schließbaren Meßstutzen zum Abgriff des eingangsseitigen Drucks p_e bzw. des ausgangsseitigen Drucks p_a vorgesehen.

In Fig. 3 ist das Funktionsschema der aus dem Stand der Technik bekannten Dichtheitsprüfvorrichtung VDK 301 darge­ stellt. Das bekannte Gerät 10′′ unterscheidet sich prinzipi­ ell von dem erfindungsgemäßen Dichtheitsprüfgerät 10 und dem in Fig. 2 dargestellten Dichtheitsprüfgerät 10′ dadurch, daß keine Messung des Differenzdruckes zwischen dem ausgangs- und dem eingangsseitigen Druck über der Prüfpumpe vorgenom­ men wird, sondern daß mit Hilfe eines Druckwächters 3′′ der Absolutdruck (Druck gegen Atmosphäre) im Prüfvolumen 1 zwi­ schen den beiden Hauptventilen V₁ und V₂ abgegriffen wird. Während des Prüfvorgangs sind die beiden Hauptventile V₁, V₂ geschlossen und das Absperrventil V₃ geöffnet, so daß die durch einen Bypass 5′′ in ihrer Förderleistung begrenzte Prüfpumpe 2′ das Prüfvolumen 1 aufpumpen kann, wobei über den Druckwächter 3′′ das Erreichen eines vorgegebenen Abso­ lutdrucks im Prüfvolumen 1 in einer bestimmten, vorgegebenen Zeit überwacht wird. Eine Anpassung der Förderleistung der Pumpe 2′ sowie des zu erreichenden Enddruckes während des Prüfvorgangs im Prüfvolumen 1 wird in Abhängigkeit von der Größe des jeweiligen Prüfvolumens 1 mit Hilfe einer Drossel 5′′′ erreicht.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dichtheitsprüfgerätes 10 im Detail in einer Schnittdarstel­ lung gezeigt. Der Differenzdruckwächter 3 umfaßt eine Druck­ membran 20, die eine mit dem eingangsseitigen Druck p_e be­ aufschlagte Kammer 21 von einer mit dem ausgangsseitigen Druck p_a beaufschlagten Kammer 22 abtrennt. Durch eine Druckfeder 23 ist die Druckmembran 20 einseitig vorgespannt, so daß im Ruhezustand des Differenzdruckwächters 3 ein auf der Bewegungsachse der Druckmembran 20 angeordneter Perma­ nentmagnet 24 einen senkrecht zur Bewegungsachse angeordne­ ten Reed-Kontakt 25 schließt. Zusammen mit dem Permanentma­ gneten 24 wirkt der Reed-Kontakt 25 demnach als Öffnungs­ schalter, wenn aufgrund einer positiven Druckdifferenz p_a-p_e zwischen den Kammern 22 und 21 die Druckmembran 20 gegen den Druck der Feder 23 nach oben gedrückt wird. Das Öff­ nungssignal des Reed-Kontaktes 25 wird auf Signalleitungen 26, die außerhalb der Kammern 21, 22 angeordnet sind, und über diese auf eine in der Zeichnung nicht dargestellte Steuereinrichtung weitergegeben.

Aufgrund der berührungslosen Signalweitergabe über den Reed-Schalter 24, 25 weist der Differenzdruckwächter 3 bei dem erfindungsgemäßen Dichtheitsprüfgeräte 10 eine erheblich geringere Gesamthysterese auf, da die mechanische Hysterese des Differenzdruckschalters 3′ bei dem bekannten Dicht­ heitsprüfgerät 10′ entfällt.

Günstigerweise wird der Permanentmagnet 24 so ausgewählt, daß er eine im Verhältnis zur Querausdehnung der Druckmem­ bran 20 geringe Größe und eine hohe Magnetfeldstärke auf­ weist. Ebenso sollte der Reed-Kontakt 25 in seiner axialen Ausdehnung möglichst klein sein, so daß sich ein nahezu punktförmiger Kontaktbereich des Reed-Schalters ergibt, was zu einer hohen Schaltgenauigkeit führt.

Da bei der gezeigten Ausführungsform der Permanentmagnet 24 und die Feder 23 auf verschiedenen Seiten der Druckmembran 20 angeordnet sind, wirkt, wie oben erwähnt, der Differenz­ druckwächter 3 als Öffnungsschalter.

Bei nicht dargestellten Ausführungsformen können auch zwei Reed-Kontakte 25 vorgesehen sein, die in unterschiedlichem Abstand vom Permanentmagneten 24 angeordnet sind und/oder unterschiedliche Ansprechempfindlichkeiten auf das Magnet­ feld des Permanentmagneten 24 aufweisen, so daß mindestens zwei unterschiedliche, diskrete Schaltpositionen des Reed-Schalters 24, 25 möglich sind. Damit kann, wie anhand der Fig. 5a bis 5d erläutert wird, im Prinzip bei Vorliegen eines Lecks in der zu überprüfenden Strecke unterschieden werden, ob das Leck an einem gasbrennerseitigen oder an ei­ nem gasbrennerfernen Hauptventil aufgetreten ist. Alternativ kann diese Signalfolge auch durch Auswerten eines analogen Ausgangssignals von Drucksensoren und Wandlung in zwei Schaltschwellen erreicht werden.

Falls im Prüfvolumen 1 zu Beginn der Dichtheitsmessung unge­ fähr Atmosphärendruck vorliegt, wird der Differenzdruck Δp = p_a-p_e zunächst negativ sein und nach einer gewissen Pump­ zeit t_p über eine Schaltstellung 1 aus dem negativen Bereich heraus bis zu einer Schaltstellung 2 ansteigen, die einem vorgegebenen positiven Differenzdruckwert entspricht, der die Dichtheit der Prüfstrecke anzeigt, wie in Fig. 5a darge­ stellt ist.

Fig. 5b zeigt eine Situation, bei der ebenfalls ausgehend von einem negativen Differenzdruck Δp zwar die Schaltstel­ lung 1 überschritten wird, die Schaltstellung 2 jedoch nicht erreicht wird, was auf eine Undichtheit in der Prüfstrecke hinweist. Da in diesem Fall ebenfalls von Atmosphärendruck im Prüfvolumen 1 ausgegangen wurde, kann davon ausgegangen werden, daß die brennerfernen Hauptventile V₁ dicht sind, da sich ansonsten das Prüfvolumen auf Netzdruck befunden hätte. Folglich wird bei dem Differenzdruckverlauf nach Fig. 5b ei­ nes der brennerseitigen Hauptventile V₂ undicht sein.

Fig. 5c zeigt den Differenzdruckverlauf, wenn im Prüfvolumen 1 zu Beginn der Prüfung bereits der eingangsseitige Netz­ druck p_e herrscht, so daß der Differenzdruck Δp = p_a-p_e anfänglich 0 ist. Falls die Prüfstrecke dicht ist, wird nach einer vorgegebenen Pumpzeit t_p ein vorgegebener positiver Differenzdruck Δp erreicht, der einer Schaltstellung 2 im Differenzdruckwächter entspricht. Nach Abgabe des Dichtheits­ signales wird die Prüfpumpe 2 abgeschaltet und das Absperr­ ventil V₃ geschlossen, so daß sich im Laufe der Zeit ein­ gangs- und ausgangsseitiger Druck vor und nach der Prüfpumpe 2 ausgleichen und die Druckdifferenz Δp auf 0 absinkt.

Fig. 5d zeigt schließlich die Situation, bei der ausgehend von einem Differenzdruck Δp = 0 der vorgegebene zu errei­ chende Differenzdruck, der einer Schaltstellung 2 ent­ spricht, nicht erreicht wird, was wiederum eine Undichtheit der Prüfstrecke anzeigt. Da anfänglich im Prüfvolumen 1 der eingangsseitige Netzdruck p_e geherrscht hat, kann davon aus­ gegangen werden, daß die brennerseitigen Hauptventile V₂ dicht waren. Folglich muß das Leck bei dem brennerfernen Hauptventilen V₁ liegen.

In Kenntnis der möglichen Situationen, wie sie in den Fig. 5a bis 5d dargestellt sind, kann daher bei Nichterrei­ chen der Schaltstellung 2 davon ausgegangen werden, daß bei Überschreiten der Schaltstellung 1 entsprechend Fig. 5b ein brennerseitiges Hauptventil V₂, bei Nichtüberschreiten der Schaltstellung 1 entsprechend Fig. 5d ein brennerfernes Hauptventil V₁ undicht ist.

Anstatt den Druckanstieg im Prüfvolumen 1 über zwei diskre­ te Schaltstellungen eines Reed-Schalters 24, 25 zu ermit­ teln, kann beispielsweise durch Verwendung eines Hall-Sen­ sors, einer Tauchspulenanordnung mit einem in eine Magnet­ spule eintauchenden Ferritkern oder einem kapazitivem Wegge­ ber im berührungslosen Signalgeber des Differenzdruckwäch­ ters 3 der momentane Differenzdruck im Prüfvolumen 1 als Funktion der Zeit und damit der genaue Verlauf des Druckan­ stieges im Prüfvolumen 1 ermittelt werden.

Die Auswahl der Pumpleistung der Prüfpumpe 2 bei dem erfin­ dungsgemäßen Dichtheitsprüfgerät 10, die sich aus der För­ derleistung der Pumpe und der maximalen Differenzdruckerhö­ hung innerhalb von maximal 30 s ergibt, wird mittels der druckerzeugenden Elemente der Pumpe (Pumpmembrane, Flatter­ ventil, saug- und druckseitig, Ventilsitzdurchmesser) und durch den Bypass 5 so getroffen, daß ein konstanter niedri­ ger Grenzwert von 15 bis 50 l/h erreicht wird, daß bei größerem Prüfvolumen 1 über den Bypass 5 ein Schnellfüllvor­ gang bis zum Druckausgleich stattfindet, daß gegenüber einem voreingestellten Abschaltdifferenzdruck von ungefähr Δp = 2000 Pa ein genügender Sicherheitsabstand zum von der Pumpe maximal erzeugbaren Differenzdruck vorhanden ist, und daß die Einzelteile so ausgelegt werden können, daß vor Ort kei­ ne Anpassung an das vorhandene Prüfvolumen 1 erforderlich ist.

In der auf die Beschreibung folgenden Tabelle sind die technischen Daten einer Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen Dichtheitsprüfgerätes zusammengestellt, die unter dem Namen "Ventilüberwachungssystem VPS 504 für Mehrfachstell­ geräte" von der Firma Karl Dungs GmbH & Co. in Zukunft auf dem Markt angeboten wird.

Technische Daten

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Prüfen der Dichtheit von Hauptventi­ len (V₁, V₂) in einer Fluidstrecke, deren Prüfvolu­ men (1) von mindestens zwei Hauptventilen (V₁, V₂) gegen eine oder mehrere Fluidzuleitungen (11) und Fluidableitungen (12) abgeschlossen ist, wobei eine Prüfpumpe (2) vorgesehen ist, die eingangsseitig über ein Absperrventil (V₃) mit einer Fluidzuleitung (11) und ausgangsseitig mit dem Prüfvolumen (1) der Fluidstrecke verbunden ist, und wobei ein Differenz­ druckwächter (3) vorgesehen ist, der mit Hilfe einer Druckmembran (20), die eine mit dem eingangsseitigen Druck p_e beaufschlagte Kammer (21) von einer mit dem ausgangseitigen Druck p_a beaufschlagten Kammer (22) abtrennt und die durch eine einseitige Feder (23) vorgespannt ist, die Druckdifferenz zwischen der Eingangs- und der Ausgangsseite der Prüfpumpe (2) mißt und bei Überschreiten eines voreingestellten Differenzdruckwertes ein Signal abgibt, welches den Dichtheitszustand der Fluidstrecke anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdruckwächter (3) einen berührungs­ losen Signalgeber aufweist, mit dem das an der Druckmembran (2) anstehende Differenzdrucksignal in einer der Kammern (21, 22) abgegriffen und berüh­ rungslos auf eine außerhalb der Kammern (21, 22) an­ geordnete Signalleitung (26) weitergegeben werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der berührungslose Signalgeber einen Reed-Schal­ ter mit einem auf der Bewegungsachse der Druckmem­ bran (20) angeordneten Permanentmagneten (24) sowie einem mit Abstand von der Druckmembran angeordneten Reed-Kontakt (25) umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reed-Kontakt (25) im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsachse der Druckmembran (20) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Reed-Schalter (24, 25) einen im Verhältnis zur Querausdehnung der Druckmembran (20) kleinen Permanentmagneten (24) hoher Magnetfeldstär­ ke und einen in seiner axialen Ausdehnung kleinen Reed-Kontakt (25) umfaßt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (24) und die Feder (23) auf verschiedenen Seiten der Druckmembran (20) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß zwei Reed-Kontakte (25) vorgesehen sind, die in unterschiedlichem Abstand vom Permanentmagneten (24) angeordnet sind und/oder unterschiedliche Ansprechempfindlichkeiten auf das Magnetfeld des Permanentmagneten (24) aufweisen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der berührungslose Signalgeber einen Hall-Sensor umfaßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der berührungslose Signalgeber eine Tauchspulen­ anordnung umfaßt, bei der ein Ferritkern in eine Magnetspule eintauchen kann.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der berührungslose Signalgeber einen kapazitiven Weggeber umfaßt.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß ein verschließba­ rer Meßstutzen (6) vorgesehen ist, der mit dem ein­ gangsseitigen Druck p_e verbunden ist, und/oder daß ein verschließbarer Meßstutzen (6′) vorgesehen ist, der mit dem ausgangsseitigen Druck p_a verbunden ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem ein­ gangsseitigen Druck p_e beaufschlagte Kammer (21) des Differenzdruckwächters (3) mit einem Leitungs­ abschnitt (15) verbunden ist, der die Prüfpumpe (2) mit dem Absperrventil (V₃) verbindet.

12. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß beginnend mit dem Einschalten der Prüfpumpe (2) mit Hilfe des berührungslosen Signalgebers der Druck im Prüfvolumen (1) als Funktion der Zeit gemessen und der Druckanstieg im Prüfvolumen (1) ermittelt wird.