DE60223903T3 - Produktleckprüfung - Google Patents

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Guosen ZHANG
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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung bezieht sich auf das Prüfen von Produkten, insbesondere das Prüfen von Produkten auf Undichtheiten.
  • Ausgangssituation der Erfindung
  • Viele Produkte werden aus Gründen des Umwelt-, Gesundheits- und Frischeschutzes, aus betrieblichen und/oder sonstigen Gründen luftdicht verschlossen. Für diese luftdicht verschlossenen Produkte wurden Prüfsysteme entwickelt, mit denen sich bestimmte Produkttypen auf Undichtheiten prüfen lassen. So beschreibt zum Beispiel die US-Patentschrift Nr. 5,861,546 ('546 Patent) von Sagi et al. eine Dichtheitsprüfvorrichtung, die bei Produkten eingesetzt werden kann, die eine Öffnung aufweisen, an die ein Lecksensor und ein Vakuumsystem angeschlossen werden können, sodass ein geschlossenes Prüfsystem entsteht.
  • Die vorstehend genannte US-Patentschrift beschreibt ein Dichtheitsprüfsystem, das zum Prüfen eines Produkts auf Undichtheiten geeignet ist und ein Drucksystem, das während des Prüfzeitraums einen Referenzdruck erzeugt, und einen Strömungssensor umfasst, der eine Eingangsleitung für die Aufnahme eines ersten Drucks, eine Ausgangsleitung, ein Strömungselement, das einen Laminarströmungsweg für den Gasstrom von der Eingangsleitung zur Ausgangsleitung beschreibt, und einen Drucksensor besitzt, der so konfiguriert ist, dass er die Druckdifferenz über den Linearströmungsweg misst, wobei der Strömungssensor in einem Laminar-, Gleit-, Übergangs- und Molekularströmungsmodus betrieben werden kann.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Diese Erfindung beschreibt ein Dichtheitsprüfsystem, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Drucksystem und der Strömungssensor einen Gasstrom durch einen Strömungsspalt zwischen dem Drucksystem und dem Produkt erzeugen und die Gasströmung einen Knudsen-Wert über 0,6 aufweist und das System einen ersten Wert erzeugen kann, der insofern repräsentativ für die Mengendurchflussrate der Gasströmung durch den Strömungsspalt ist, dass der Wert im linearen Verhältnis zur Druckdifferenz steht, und ausgehend von dem für die Mengendurchflussrate repräsentativen Wert bestimmt, ob während des Prüfzeitraums eine unzulässige Menge aus dem Produkt ausgetreten ist. Bei den Druckwerten handelt es sich ausnahmslos um absolute Drücke (d. h. keine Überdrücke), sofern nicht ausdrücklich darauf hingewiesen wird. Die Erfindung nutzt eine Technologie, die vom Anmelder als „Massenextraktionstechnologie” bezeichnet wird. Ein die Massenextraktionstechnologie nutzender Dichtheitsprüfsensor misst im Allgemeinen die Gesamtmenge oder den Mengenstrom der Luft oder eines anderen Gases, die/das aus dem Produkt extrahiert wird, während des Produkt einem konstanten Vakuum ausgesetzt ist. Die extrahierte Menge entspricht einer virtuellen Fehlergröße oder einer virtuellen Größe des nadelfeinen Lochs des geprüften Produkts. Da die Menge und das Volumen eines Gases bei einem bestimmten Temperatur- und Druckwert miteinander in Wechselbeziehung stehen, kann ein die Massenextraktionstechnologie nutzender Dichtheitsprüfsensor auch das Gesamtvolumen oder den Volumenstrom der Luft oder des Gases messen, die/das aus einem Produkt extrahiert wird, wenn das Produkt einem Vakuum ausgesetzt wird. Die Dichtheitsprüfsensoren, die die in der Erfindung beschriebene Massenextraktionstechnologie nutzen, können mit einer äußerst hohen Empfindlichkeit hergestellt werden und selbst kleine Werte wie 1 × 10–6 std.cc s–1 oder 0,15 Mikrogramm/min bei einem Druck von 0,133 kPa messen. Aufgrund dieser bei einem beliebigen Gas zu verzeichnenden äußerst hohen Empfindlichkeit können die Tests unter Verwendung der Dichtheitsprüfsensoren der Erfindung mit kostengünstigen Gasen wie Luft oder Stickstoff durchgeführt werden, wofür bisher deutlich kostenintensivere Verfahren und Gase wie die Heliummassenspektrometrie erforderlich waren.
  • Es wird eine Methode zur Prüfung eines Produkts auf Undichtheiten beschrieben. Ein Schritt der Methode besteht darin, das Produkt einem Referenzdruck auszusetzen, dessen Wert unter 50,6 kPa liegt. Bei einem weiteren Schritt der Methode wird als Reaktion auf den Referenzdruck, dem das Produkt ausgesetzt wird, ein Gasstrom durch den Dichtheitsprüfsensor erzeugt. Des Weiteren wird bei der Methode ausgehend von dem zwischen dem Produkt und dem Drucksystem erzeugten Gasstrom festgestellt, ob während des Prüfzeitraums eine unzulässige Menge aus dem Produkt ausgetreten ist.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Dichtheitsprüfsystem eine Kammer, die so dimensioniert ist, dass sie das Produkt aufnehmen kann. Während des Prüfzeitraums hält das Drucksystem einen unter 50,6 kPa gelegenen Druck, und der Strömungssensor ist über die erste Leitung und das Drucksystem über die zweite Leitung mit der Kammer verbunden. Der Sensor kann den Referenzdruck über die zweite Leitung aufnehmen und die Kammer über die erste Leitung mit diesem Druck beaufschlagen. Wird die Kammer dem Referenzdruck ausgesetzt, erzeugt der Sensor ferner einen Gasstrom von der Kammer über den Sensor zum Drucksystem. Ausgehend vom Gasstrom zwischen der Kammer und dem Drucksystem kann der Sensor feststellen, ob während des Prüfzeitraums eine unzulässige Menge aus dem Produkt ausgetreten ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des Dichtheitsprüfsystems.
  • 2 ist eine perspektivische Darstellung der in 1 dargestellten Prüfkammer.
  • 3 ist das Fließbild eines Ausführungsbeispiels der Dichtheitsprüfmethode, die bei dem in 1 dargestellten ersten Dichtheitsprüfsystem angewandt wird.
  • 4 ist eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Dichtheitsprüfsystems.
  • 5 ist das Fließbild eines Ausführungsbeispiels der Dichtheitsprüfmethode, die bei dem in 4 dargestellten zweiten Dichtheitsprüfsystem angewandt wird.
  • 6 ist eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des Dichtheitsprüfsystems.
  • 7 ist das Fließbild eines Ausführungsbeispiels der Dichtheitsprüfmethode, die bei dem in 6 dargestellten dritten Dichtheitsprüfsystem angewandt wird.
  • 8 ist eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels des Dichtheitsprüfsystems.
  • 9 ist das Fließbild eines Ausführungsbeispiels der Dichtheitsprüfmethode, die bei dem in 8 dargestellten vierten Dichtheitsprüfsystem angewandt wird.
  • 10 ist eine Schnittdarstellung der ersten Ausführungsform des intelligenten Gasdichtheitsprüfsensors der in 1, 4, 6 und 8 dargestellten Dichtheitsprüfsysteme.
  • 11 ist eine Seitenansicht des zylindrischen Abschnitts der Mittelwelle der in 1, 4, 6 und 8 dargestellten intelligenten Gasdichtheitsprüfsensoren.
  • 12 ist eine Detailansicht des zylindrischen Abschnitts und der Abfasung der Mittelwelle der in 1, 4, 6 und 8 dargestellten intelligenten Gasdichtheitsprüfsensoren.
  • 13 ist eine Seitenansicht des Abstandshalters der in 1, 4, 6 und 8 dargestellten intelligenten Gasdichtheitsprüfsensoren.
  • 14 ist eine Seitenansicht des in 13 dargestellten Abstandshalters.
  • 15 ist eine Schnittdarstellung des Gasstroms durch den in 10 dargestellten intelligenten Gasdichtheitsprüfsensor.
  • 16 ist eine Schnittdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels des intelligenten Gasdichtheitsprüfsensors der in 1, 4, 6 und 8 dargestellten Dichtheitsprüfsysteme.
  • 17 ist eine Schnittdarstellung des Gehäuses und des Verteilers des in 16 dargestellten intelligenten Dichtheitsprüfsensors.
  • 18 ist die Draufsicht des in 17 dargestellten Verteilers.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Obgleich die Erfindung durchaus verschiedene Änderungen und Ausführungsvarianten zulässt, werden in den Zeichnungen einige Ausführungsbeispiele beschrieben, auf die nunmehr detailliert eingegangen werden soll. Gleichwohl wird unterstrichen, dass nicht beabsichtigt ist, die Erfindung auf die beschriebenen Ausführungsformen zu beschränken.
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des Dichtheitsprüfsystems 20, aus der verschiedene Merkmale der Erfindung ersichtlich sind. Dieses erste Dichtheitsprüfsystem 20 umfasst einen intelligenten Gasdichtheitsprüfsensor (IGLS) 9 und ein Drucksystem 14. Es kann zudem eine Prüfkammer 12 umfassen, in der Produkte oder Prüfeinheiten (UUT) geprüft werden. Die Prüfkammer 12 ist über eine Eingangsleitung 15, die ein Auslassventil 10 umfasst, mit dem IGLS 9 verbunden, und der IGLS 9 ist über eine Ausgangsleitung 16, die mit einem Nadelventil 8 versehen ist, mit dem Drucksystems 14 verbunden. Außerdem ist die Prüfkammer 12 über eine Umgehungsleitung 17, die ein Bypassventil 11 umfasst, sodass der Gasstrom den IGLS 9 umgehen kann, mit dem Drucksystem 14 verbunden.
  • Das Drucksystem 14 hält im Allgemeinen einen Referenzdruck, der unter dem in der Umgebung des Dichtheitsprüfsystems 20 vorherrschenden Druckwert liegt. Zu diesem Zweck umfasst das Drucksystem 14 bei einem Ausführungsbeispiel einen Vakuumspeicher 7, ein Manometer 6, eine Vakuumpumpe 5, ein Manometer 4, ein Druckregelventil 3, einen Luftfilter 2 sowie einen Kugelhahn 1, die zwischen der Luftzufuhr und der Ausgangsleitung 16 hintereinander miteinander verbunden sind. Während des Betriebs reduziert der Vakuumspeicher 7 Druckschwankungen im Drucksystem 14 und trägt zu einer deutlichen Erhöhung der Gesamtsystemleistung bei.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel werden mit Hilfe des IGLS 9 die Prüfkammer 12 festgeklemmt sowie das Auslassventil 10 und das Bypassventil 11 betätigt. Ferner können mit Hilfe des IGLS 9 verschiedene Messungen des Gasstroms zwischen der Prüfkammer 12 und dem Drucksystem 14 vorgenommen werden. Insbesondere kann mit Hilfe des IGLS 9 der Gasstrom durch den IGLS 9 zu einem bestimmten Zeitpunkt bei nahezu konstantem Druck im IGLS 9 während des gesamten Prüfzeitraums gemessen, die Gesamtmenge, das Gesamtvolumen, der Mengenstrom und/oder der Volumenstrom des Gases durch den IGLS 9 während des Prüfzeitraums berechnet und ausgehend von der berechneten Gesamtmenge, dem Gesamtvolumen, der Mengendurchflussrate oder dem Volumenstrom des Gases durch den IGLS 9 während des Prüfzeitraums festgestellt werden, ob eine UUT wie zum Beispiel ein luftdicht verschlossenes Paket eine Undichtheit aufweist.
  • Die Prüfkammer 12 des Dichtheitsprüfsystems 20 kann im Allgemeinen eine UUT wie zum Beispiel ein luftdicht verschlossenes Paket, das medizinische Verbrauchsstoffe enthält, aufnehmen und die UUT einer druckgeregelten Umgebung aussetzen. So umfasst die in 2 dargestellte Prüfkammer 12 eine Aufnahme 22, die so dimensioniert ist, dass sie die auf Undichtheiten zu prüfende UUT aufnehmen kann, sowie einen Deckel 24, der, wenn er sich in der entsprechenden Position auf der Aufnahme 22 befindet, diese luftdicht abschließt. Um den Innendruck der Prüfkammer 12 ändern und die UUT einer druckgeregelten Umgebung aussetzen zu können, umfasst die Prüfkammer 12 des Weiteren eine Auslassöffnung 26, die einen regelbaren Gasstrom vom Inneren der Prüfkammer 12 nach außerhalb der Prüfkammer 12 erzeugt. Während des Betriebs ist die Auslassöffnung 26 über die Eingangsleitung 15 mit dem Drucksystem 14 verbunden, sodass Gas geregelt aus der Prüfkammer 12 entnommen und die UUT dem durch das Drucksystem 14 gehaltenen Referenzdruck ausgesetzt werden kann. Die Prüfkammer 12 umfasst außerdem ein Gitter 28, das bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel mehrere Funktionen erfüllt. Insbesondere verhindert das Gitter 28 eine übermäßige Verunreinigung des IGLS 9, indem Verunreinigungen aus dem Gasstrom abgeschieden werden. Außerdem verhindert das Gitter 28, dass das hermetisch verschlossene Paket den Gasstrom durch die Auslassöffnung 26 blockiert. Zusammen mit anderen (nicht dargestellten) Produktauflagen in der Prüfkammer 12 reduziert das Gitter 28 die auf die UUT ausgeübte mechanische Spannung. Fachleuten ist bekannt, dass sich eine flexible UUT aufgrund des geringeren Drucks in der Prüfkammer 12 ausdehnt, wenn der Innendruck der Prüfkammer 12 geringer ist als der Innendruck der flexiblen UUT, zum Beispiel eines luftdicht verschlossenen Pakets mit medizinischen Verbrauchsstoffen. Zusammen mit weiteren Produktauflagen in der Prüfkammer 12 reduziert das Gitter 28 den Umfang der Ausdehnung der flexiblen verschlossenen UUT in der Prüfkammer 12, um die Zerstörung der verschlossenen UUT zu verhindern. So weist die Prüfkammer 12 bei einem Ausführungsbeispiel eine zweischalige Ausführung auf, bei der das Gitter 26 und die weiteren Produktauflagen die UUT nahezu formschlüssig aufnehmen, um das tote Volumen in der Prüfkammer 12 bei einem Test zu minimieren und dadurch die Reaktionszeit des Tests zu verbessern.
  • 3 ist das Fließbild eines Ausführungsbeispiels der Dichtheitsprüfmethode 30 des Dichtheitsprüfsystems 20. Die Dichtheitsprüfmethode 30 beginnt in Schritt 31 mit dem Einbringen der UUT in die Aufnahme 22 der Prüfkammer 12. Bei einem automatisierten System befördert ein mechanischer Arm oder eine sonstige Vorrichtung die UUT in die Prüfkammer 12. Die UUT kann aber auch manuell in die Aufnahme 22 eingebracht werden. In Schritt 32 erzeugt der IGLS 9 dann ein Klemmsignal, sodass der Deckel 24 der Prüfkammer 12 einrastet und diese geschlossen wird. Der Deckel 24 und die Prüfkammer 12 können aber auch manuell geschlossen werden. Ist die Prüfkammer 12 geschlossen, erzeugt der IGLS 9 in Schritt 33 ein oder mehrere Steuersignale, die bewirken, dass das Auslassventil 10 die Auslassöffnung 26 der Prüfkammer 12 von der Umgebung trennt und die Auslassöffnung 26 der Prüfkammer 12 an das Drucksystem 14 anschließt, sodass ein geschlossenes Prüfsystem entsteht.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel erzeugt der IGLS 9 in Schritt 34 ein oder mehrere Steuersignale, die bewirken, dass das Bypassventil 11 für einen bestimmten kurzen Zeitraum (z. B. 3 bis 5 Sekunden) zur Entnahme öffnet. Durch das Öffnen des Bypassventils 11 entnimmt das Drucksystem 14 über die Umgehungsleitung 17 schnell eine Gasmenge aus der Prüfkammer 12, um den Innendruck in der Prüfkammer 12 schnell in die Nähe des vom Drucksystem 14 gehaltenen Referenzdrucks zu bringen. Bei dem Ausführungsbeispiel erzeugt der IGLS 9 zwischen der Prüfkammer 12 und dem Drucksystem 14 einen Gasstrom, der stärker gedrosselt ist als der Gasstrom, der durch Umgehungsleitung 17 fließt. Demzufolge nähert sich der Innendruck in der Prüfkammer 12 beim Öffnen des Bypassventils 11 schneller an den vom Drucksystem 14 gehaltenen Referenzdruck an, und die für das Prüfen der UUT erforderliche Gesamtzeit verkürzt sich. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die kurze Entnahmezeit während des Einmessvorgangs für die jeweils zu verwendende Prüfkammer 12 und die jeweils zu prüfende abgeschlossene UUT bestimmt. Bei dem Einmessvorgang wird bei diesem Ausführungsbeispiel eine kurze Entnahmezeit bestimmt, die ausreicht, damit das Drucksystem 14 den Innendruck in der Prüfkammer 12 in die Nähe des vom Drucksystem 14 gehaltenen Referenzdrucks bringt.
  • Nach der schnellen Entnahme in Schritt 34 erzeugt der IGLS 9 in Schritt 35 ein oder mehrere Steuersignale, die ein Schließen des Bypassventils 11 bewirken, und wartet dann einen festgelegten Stabilisierungszeitraum (z. B. 0,8 Sekunden) ab. Durch das Schließen des Bypassventils 11 muss der Gasstrom zwischen der Prüfkammer 12 und dem Drucksystem 14 durch den IGLS 9 gehen. In Schritt 36 initialisiert der IGLS 9 einen Gasströmungsparameter (z. B. Gesamtmenge, Gesamtvolumen, Mengendurchflussrate, Volumenstrom), der auf eine virtuelle Fehlergröße der UUT hinweist. So initialisiert der IGLS 9 bei einem Ausführungsbeispiel den Gasströmungsparameter auf einen Wert von Null.
  • In Schritt 37 berechnet der IGLS 9 einen Parameter der Gasströmung durch den IGLS 9 während eines bestimmten Prüfzeitraums (z. B. 5–10 Sekunden). Zur Berechnung des Gasströmungsparameters erzeugt der IGLS 9 bei dem Ausführungsbeispiel in regelmäßigen Abständen eine Mengendurchflussrate (dM/dt)n, die in einem Zeitintervall n repräsentativ für die Mengendurchflussrate von Gas durch den IGLS 9 ist, und aktualisiert den Wert für die Gesamtmenge M nach einem jeden Zeitintervall n, indem er das Produkt aus der Mengendurchflussrate (dM/dt)n und dem jeweiligen Zeitintervall n zum aktuellen Wert der Gesamtmenge M hinzuaddiert. Alternativ hierzu oder zusätzlich erzeugt der IGLS 9 in regelmäßigen Zeitabständen einen Volumenstrom (dQ/dt)n, der in einem Zeitintervall n repräsentativ für den Volumenstrom von Gas durch den IGLS 9 ist, und aktualisiert den Wert des Gesamtvolumens V nach einem jeden Zeitraum n, indem er das Produkt aus dem Volumenstrom (dQ/dt)n und dem jeweiligen Zeitintervall n zum aktuellen Wert des Gesamtvolumens V hinzuaddiert.
  • In Schritt 38 stellt der IGLS 9 dann ausgehend von dem erzielten Wert für den Gasstrom (z. B. Gesamtmenge, Gesamtvolumen, Mengendurchflussrate zu einem bestimmten Zeitpunkt, Volumenstrom zu einem bestimmten Zeitpunkt), der während des Prüfzeitraums durch den IGLS 9 fließt, fest, ob während des Prüfzeitraums eine unzulässige Menge aus der UUT ausgetreten ist. Konkret vergleicht der IGLS 9 bei dem Ausführungsbeispiel die Gesamtmenge M des Gasstroms während des Prüfzeitraums mit einem feststehenden Grenzwert und stellt fest, dass aus der UUT eine unzulässige Menge ausgetreten ist, wenn die Gesamtmenge ein bestimmtes Verhältnis zum Grenzwert aufweist. Bei dem Ausführungsbeispiel beaufschlagt das Drucksystem 40 die Prüfkammer 80 zum Beispiel mit einem unter dem atmosphärischen Druck gelegenen Referenzdruck, und der IGLS 9 stellt den Austritt einer unzulässigen Menge aus der UUT fest, wenn die während des Prüfzeitraums entnommene Gesamtmenge den festgelegten Grenzwert überschreitet. Bei einer anderen Ausführungsform vergleicht der IGLS 9 das Gesamtvolumen V des Gasstroms während des Prüfzeitraums mit einem festgelegten Grenzwert und stellt den Austritt einer unzulässigen Menge aus der UUT fest, wenn das Gesamtvolumen in einem bestimmten Verhältnis zum Grenzwert steht (z. B. größer als dieser ist). Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel vergleicht der IGLS 9 die Gesamtmengendurchflussrate des Gases zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Prüfzeitraums mit einem festgelegten Grenzwert und stellt den Austritt einer unzulässigen Menge aus der UUT fest, wenn die Gesamtmengendurchflussrate in einem bestimmten Verhältnis zum Grenzwert steht (z. B. größer als dieser ist).
  • Beim Prüfen mehrerer Einheiten muss das Dichtheitsprüfsystem 20 während eines jeden Prüfzeitraums eine relativ konstante Menge oder ein relativ konstantes Volumen aus der Prüfkammer 12 entnehmen, wenn die Einheiten keine Undichtheiten aufweisen. Ebenso muss das Dichtheitsprüfsystem 20 beim Prüfen mehrerer Einheiten während eines jeden Prüfzeitraums ähnliche Mengendurchflussraten und Volumenströme ergeben, wenn die Einheiten keine Undichtheiten aufweisen. Weist eine UUT jedoch Undichtheiten auf, muss das Dichtheitsprüfsystem 20 zusätzlich Menge oder Volumen aus der Prüfkammer 12 entnehmen, die/das auf die von der UUT freigesetzte Menge zurückzuführen ist. Ebenso gilt, dass das Dichtheitsprüfsystem 20 bei einer undichten UUT eine zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Prüfzeitraums größere Mengendurchflussrate oder einen größeren Volumenstrom aufweist. So kann mit dem Dichtheitsprüfsystem 20 nachgewiesen werden, ob während des Prüfzeitraums eine unzulässige Menge aus der verschlossenen UUT ausgetreten ist, indem die Gesamtmenge, das Gesamtvolumen, die Mengendurchflussrate und/oder der Volumenstrom mit einem festgelegten Grenzwert verglichen werden.
  • Es ist zu beachten, dass die Gesamtmenge, das Gesamtvolumen, die Mengendurchflussrate und der Volumenstrom alle auf eine virtuelle Fehlergröße der UUT schließen lassen. Die virtuelle Fehlergröße ist im Wesentlichen ein Maß für die effektive Gesamtfläche aller Fehlerstellen der UUT. So hat zum Beispiel eine UUT, die 10 Fehlerstellen mit einer effektiven Fläche von jeweils 1 μm2 aufweist, eine virtuelle Fehlergröße von 10 μm2 (d. h. die effektive Gesamtfläche aller Fehlerstellen der UUT). Dementsprechend können die Gesamtmenge, das Gesamtvolumen, die Mengendurchflussrate und der Volumenstrom mit einer virtuellen Lochgröße verglichen werden, um festzustellen, ob die UUT eine virtuelle Fehlergrößenforderung erfüllt. In der Medizin dürfen die Verpackungen zum Beispiel oftmals keine virtuelle Fehlergröße über 0,2 μm aufweisen, was dem kleinsten bekannten lebenden Organismus entspricht. Da die Gesamtmenge, das Gesamtvolumen, die Mengendurchflussrate und der Volumenstrom von der virtuellen Fehlergröße der UUT abhängen, kann das Dichtheitsprüfsystem 20, 200, 300, 400 so konfiguriert werden, dass anhand dieser festgelegten Gasströmungsparameter festgestellt werden kann, ob die UUT eine virtuelle Fehlergrößenforderung erfüllt.
  • Stellt der IGLS 9 in Schritt 38 fest, dass während des Prüfzeitraums eine unzulässige Menge aus der UUT austrat, erfolgt in Schritt 39 eine Anzeige, dass die UUT die Dichtheitsprüfung nicht bestanden hat. Im umgekehrten Fall liefert der IGLS 9 in Schritt 40 die Anzeige, dass die verschlossene UUT die Dichtheitsprüfung bestanden hat, wenn der IGLS 9 in Schritt 38 erkennt, dass aus der UUT während des Prüfzeitraums keine unzulässige Menge ausgetreten ist. Fachleuten ist bekannt, dass die obige Statusanzeige des IGLS 9 auf verschiedene Art und Weise erfolgen kann wie in akustischer Form, durch Lichtanzeige, Textanzeige und/oder elektronische Signale. Nach der Anzeige des Status der verschlossenen UUT erzeugt der IGLS 9 in Schritt 41 ein oder mehrere Steuersignale, die eine Druckentlastung der Prüfkammer 12 und das Lösen des Deckels 24 der Prüfkammer 12 von der Aufnahme 22 bewirken. Auch eine manuelle Druckentlastung der Prüfkammer 12 und ein manuelles Lösen des Deckels 24 von der Aufnahme 22 der Prüfkammer 12 sind möglich.
  • 4 ist eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Dichtheitsprüfsystems 200, das verschiedene Merkmale dieser Erfindung umfasst. Das zweite Beispiel des Dichtheitsprüfsystems 200 beinhaltet einen intelligenten Gasdichtheitsprüfsensor (IGLS) 220, ein regelbares Drucksystem 240, eine Ventilsteuerung 260 und eine Prüfkammer 280, die ähnlich der Prüfkammer 12 aus 2 ausgeführt werden kann. Die Prüfkammer 280 ist über eine Eingangsleitung 270 mit einem Eingangsventil 272 mit dem IGLS 220 verbunden, und der IGLS 220 ist über eine Ausgangsleitung 274 mit dem regelbaren Drucksystem 240 verbunden. Außerdem ist die Prüfkammer 280 über eine Umgehungsleitung 276 mit einem Bypassventil 277 mit dem regelbaren Drucksystem 240 verbunden. Die Umgehungsleitung 276 und das Bypassventil 277 erzeugen im Allgemeinen einen regelbaren Gasstrom zwischen der Prüfkammer 280 und dem regelbaren Drucksystem 240, der den IGLS 220 umgeht. Außerdem ist die Prüfkammer 280 über ein Auslassventil 278 und einen Schalldämpfer 279 mit der Umgebung verbunden, wodurch über einen Gasstrom eine schnelle Rückführung des Innendrucks der Prüfkammer 280 auf atmosphärische Bedingungen gewährleistet ist.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel wird für das Bypassventil 277 ein größeres Ventil als das Einlassventil 272 verwendet. Das größere Bypassventil 277 erzeugt einen weniger gedrosselten Gasstrom, sodass die Durchflussrate durch die Bypassleitung 276 erhöht und der Entnahmezeitraum verkürzt wird. Andererseits ist für das Füllen des kleineren Einlassventils 272 weniger Luft erforderlich als für das Füllen des größeren Bypassventils 277. So verringert das kleinere Einlassventil 272 bei einem extrem geringen Strom während des Tests die Reaktionszeit des Dichtheitsprüfsystems 200.
  • Das regelbare Drucksystem 240 beaufschlagt die UUT im Allgemeinen über den IGLS 220 mit einem Referenzdruck, der durch den IGLS 220 geregelt werden kann. Zu diesem Zweck umfasst das regelbare Drucksystem 240 bei einem Ausführungsbeispiel eine Vakuumpumpe 242, einen Luftfilter 244, einen Strömungsregler 246 sowie einen Speicher 248, die über die Ausgangsleitung 274 mit dem IGLS 220 verbunden sind. Die Vakuumpumpe 242 erzeugt im Allgemeinen einen Gasstrom durch den Luftfilter 244, den Strömungsregler 246 und den Speicher 248, indem sie Luft aus diesen abzieht. Der Strömungsregler 246 ist mit dem IGLS 220 verbunden, sodass der IGLS 220 den Gasstrom durch das Dichtheitsprüfsystem 200 regeln kann. Der Strömungsregler 246 des dargestellten Ausführungsbeispiels umfasst einen Schrittmotor (nicht dargestellt), der mit einem Nadelventil (nicht dargestellt) verbunden ist, und die Drehbewegung des Schrittmotors erzeugt den Gasstrom durch das Nadelventil. Durch die Einstellung eines elektronischen Steuersignals für den Schrittmotor kann demzufolge die Feinkornregelung des Gasstroms durch das Dichtheitsprüfsystem 200 über den Strömungsregler 246 aufrechterhalten werden.
  • Die Ventilsteuerung 260 ist mit dem IGLS 220, dem Einlassventil 272, dem Bypassventil 277 und dem Auslassventil 278 verbunden. Die Ventilsteuerung 260 steuert im Allgemeinen ausgehend von den Informationen, die sie vom IGLS 220 erhält, das Öffnen und Schließen des Einlassventils 272, des Bypassventils 277 und des Auslassventils 278. Bei einem Ausführungsbeispiel werden das Einlassventil 272, das Bypassventil 277 und das Auslassventil 278 pneumatisch betätigt. So umfasst die Ventilsteuerung 260 bei dem Ausführungsbeispiel ein erstes Regelventil 262, das eine Luftquelle 269 zwecks pneumatischen Öffnens und Schließens des Bypassventils 277 pneumatisch mit dem Bypassventil 277 verbindet. Des Weiteren umfasst die Ventilsteuerung 260 des Ausführungsbeispiels ein zweites Regelventil 264, das eine Luftquelle 269 zwecks pneumatischen Öffnens und Schließens der Ventile 272, 278 pneumatisch mit dem Einlassventil 272 und dem Auslassventil 278 verbindet. Außerdem sind das erste Regelventil 262 und das zweite Regelventil 264 der Ventilsteuerung 260 über einen Schalldämpfer 268 pneumatisch mit der umgebenden Atmosphäre verbunden, um die Luft schallgedämmt in die Atmosphäre freizusetzen.
  • Das erste Regelventil 262 und das zweite Regelventil 264 der Ventilsteuerung 260 sind zudem elektrisch mit dem IGLS 220 verbunden, damit sie elektrische Steuersignale vom IGLS 220 empfangen können. Jedoch kann das Dichtheitsprüfsystem 200 auch mit hydraulisch oder elektrisch betätigten Ventilen 272, 277, 278 versehen werden. In Abhängigkeit von den Eingangsforderungen der Ventile 272, 277, 278 kann der IGLS 220 auch so ausgelegt werden, dass er die Ventile 272, 277, 278 direkt öffnet und schließt und keine indirekte Betätigung der Ventile über die Ventilsteuerung 260 erfolgt, sodass in diesem Fall die Ventilsteuerung 260 nicht erforderlich ist.
  • Der IGLS 220 kann das Festklemmen der Prüfkammer 280 steuern, den Innendruck des IGLS 220 durch Einstellung des Strömungsreglers 246 regeln sowie das Einlassventil 272, das Bypassventil 277 und das Auslassventil 278 betätigen. Außerdem können mit Hilfe des IGLS 220 verschiedene Messungen des Gasstroms zwischen der Prüfkammer 280 und dem Drucksystem 240 vorgenommen werden. Insbesondere kann mit Hilfe des IGLS 220 die Mengendurchflussrate oder der Volumenstrom des Gases durch den IGLS 220 zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessen werden, während der Druck im IGLS 220 während des Prüfzeitraums nahezu konstant gehalten wird, die Gesamtmenge, das Gesamtvolumen, der Gasmengenstrom und/oder -volumenstrom durch den IGLS 220 während des Prüfzeitraums berechnet und ausgehend von der berechneten Gesamtmenge, dem Gesamtvolumen, der Mengendurchflussrate und/oder dem Volumenstrom des Gases durch den IGLS 220 während des Prüfzeitraums festgestellt werden, ob eine UUT, wie zum Beispiel ein verschlossenes Paket, eine Undichtheit aufweist.
  • 5 zeigt ein Fließbild eines Ausführungsbeispiels der Dichtheitsprüfmethode 230 des Dichtheitsprüfsystems 200. Der erste Schritt 231 der Dichtheitsprüfmethode 230 ist das Einbringen der UUT in die Prüfkammer 280. Bei einem automatisierten System befördert ein mechanischer Arm oder eine andere Vorrichtung die UUT in die Prüfkammer 280. Die UUT kann jedoch auch manuell in die Prüfkammer 280 eingebracht werden. In Schritt 232 erzeugt der IGLS 220 ein Klemmsignal, woraufhin die Prüfkammer 280 luftdicht verschlossen wird. Die Prüfkammer 280 kann aber auch manuell geschlossen werden. Nach dem Schließen der Prüfkammer 280 erzeugt der IGLS 220 in Schritt 233 ein oder mehrere Steuersignale, woraufhin das Auslassventil 278 die Prüfkammer 280 von der umgebenden Atmosphäre trennt und an das Drucksystem 240 anschließt, sodass ein geschlossenes Prüfsystem entsteht.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel erzeugt der IGLS 220 in Schritt 234 ein oder mehrere Steuersignale, die das Eingangsventil 272 und das Bypassventil 278 für einen festgelegten kurzen Zeitraum (z. B. 3 bis 5 Sekunden) zwecks Entnahme öffnen. Beim Öffnen des Bypassventils 272 entnimmt das Drucksystem 240 über die Bypassleitung 278 schnell eine Gasmenge aus der Prüfkammer 280, sodass sich der Innendruck in der Prüfkammer 280 an den vom Drucksystem 240 gehaltenen Referenzdruck annähert. Bei dem Ausführungsbeispiel erzeugen der IGLS 220 und das Einlassventil 272 zwischen der Prüfkammer 280 und dem Drucksystem 240 einen Gasstrom, der stärker gedrosselt ist als der Gasstrom, der durch die Umgehungsleitung 276 und das Bypassventil 277 fließt. Durch das Öffnen des Bypassventils 277 nähert sich der Innendruck in der Prüfkammer 280 schneller an den vom Drucksystem 240 gehaltenen Druck an, und die für das Prüfen der UUT erforderliche Zeit verkürzt sich. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der kurze Entnahmezeitraum während eines Einmessvorgangs für die zu verwendende Prüfkammer 280 und den jeweiligen UUT-Typ festgelegt. Bei dem Einmessvorgang wird ein kurzer Extraktionszeitraum bestimmt, der ausreicht, damit das Drucksystem 240 den Innendruck in der Prüfkammer 280 in die Nähe des vom Drucksystem 240 gehaltenen Referenzdrucks bringt.
  • Nach dem schnellen Entnahmevorgang von Schritt 234 erzeugt der IGLS 220 in Schritt 235 ein oder mehrere Steuersignale, die das Bypassventil 277 schließen, und wartet dann einen festgelegten Stabilisierungszeitraum (z. B. 0,8 Sekunden) ab. Durch das Schließen des Bypassventils 277 wird der Gasstrom zwischen der Prüfkammer 280 und dem Drucksystem 240 gedrosselt, bevor er durch den IGLS 220 fließt. In Schritt 236 initialisiert der IGLS 220 einen Parameter für den Gasstrom (z. B. Gesamtmenge, Gesamtvolumen, Mengendurchflussrate, Volumenstrom), der auf eine virtuelle Fehlergröße der UUT hinweist. Bei einem Ausführungsbeispiel initialisiert der IGLS 220 den Gasstrom auf einen Wert von Null.
  • In Schritt 237 berechnet der IGLS 220 einen Parameter des Gasstroms durch den IGLS 220 während des festgelegten Prüfzeitraums (z. B. 5–10 Sekunden) und stellt den Strömungsregler 246 kontinuierlich ein, um einen programmierbaren Druck im IGLS 220 zu halten. Bei einem Ausführungsbeispiel bestimmt der IGLS 220 den Druck im IGLS 220 in regelmäßigen Abständen und erzeugt ein oder mehrere Steuersignale, die bewirken, dass der Strömungsregler 246 des regelbaren Drucksystems 240 den Druck, mit dem der IGLS 220 beaufschlagt wird, um den Betrag regelt, der erforderlich ist, um den gewünschten Druck im IGLS 220 zu halten. Durch die Druckeinstellung im IGLS 220 kann dieser schneller feststellen, ob aus einer UUT eine zulässige oder eine unzulässige Menge ausgetreten ist.
  • Um den Gasstrom zu berechnen, erzeugt der IGLS 220 bei einem Ausführungsbeispiel ferner in regelmäßigen Abständen eine Mengendurchflussrate (dM/dt)n, die in einem Zeitintervall n repräsentativ für die Mengendurchflussrate des Gases durch den IGLS 220 ist, und aktualisiert den Wert für die Gesamtmenge M nach einem jeden Zeitintervall n, indem das Produkt aus der Mengendurchflussrate (dM/dt)n und der Dauer des jeweiligen Zeitintervalls n zum aktuellen Wert der Gesamtmenge M hinzuaddiert wird. Alternativ hierzu oder zusätzlich erzeugt der IGLS 220 in regelmäßigen Zeitabständen einen Volumenstrom (dQ/dt)n, der in einem Zeitintervall n repräsentativ für den Volumenstrom von Gas durch den IGLS 220 ist, und aktualisiert den Wert für das Gesamtvolumen V nach einem jeden Zeitintervall n, indem er das Produkt aus dem Volumenstrom (dQ/dt)n und dem jeweiligen Zeitintervall n zum aktuellen Wert des Gesamtvolumens V addiert.
  • In Schritt 238 stellt der IGLS 220 dann ausgehend von dem erzielten Wert für den Gasstrom (z. B. Gesamtmenge, Gesamtvolumen, Mengendurchflussrate zu einem bestimmten Zeitpunkt, Volumenstrom zu einem bestimmten Zeitpunkt), der während des Prüfzeitraums durch den IGLS 220 fließt, fest, ob aus der UUT während des Prüfzeitraums eine unzulässige Menge ausgetreten ist. Konkret vergleicht der IGLS 220 bei einem Ausführungsbeispiel den Gesamtmengenwert M des Gasstroms während des Prüfzeitraums mit einem feststehenden Grenzwert und stellt fest, dass aus der UUT eine unzulässige Menge ausgetreten ist, wenn die Gesamtmenge in einem bestimmten Verhältnis zum Grenzwert steht. Bei einem Ausführungsbeispiel beaufschlagt das Drucksystem 240 die Prüfkammer 280 zum Beispiel mit einem unter dem atmosphärischen Druck gelegenen Referenzdruck, und der IGLS 220 stellt den Austritt einer unzulässigen Menge aus der UUT fest, wenn die während des Prüfzeitraums entnommene Gesamtmenge den festgelegten Grenzwert überschreitet. Bei einer anderen Ausführungsform vergleicht der IGLS 220 das Gesamtvolumen V des Gasstroms während des Prüfzeitraums mit einem festgelegten Grenzwert und stellt den Austritt einer unzulässigen Menge aus der UUT fest, wenn das Gesamtvolumen in einem bestimmten Verhältnis zum Grenzwert steht (z. B. größer als dieser ist). Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel vergleicht der IGLS 220 die Gesamtmengendurchflussrate des Gases zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Prüfzeitraums mit einem festgelegten Grenzwert und stellt den Austritt einer unzulässigen Menge aus der UUT fest, wenn die Gesamtmengendurchflussrate in einem bestimmten Verhältnis zum Grenzwert steht (z. B. größer als dieser ist).
  • In Schritt 238 stellt der IGLS 220 dann ausgehend von dem erzielten Gesamtwert für den Gasstrom, der während des Prüfzeitraums durch den IGLS 220 fließt, fest, ob während des Prüfzeitraums eine unzulässige Menge aus der UUT ausgetreten ist. Konkret vergleicht der IGLS 220 den Gesamtmengenwert M für den Gasstrom während des Prüfzeitraums mit einem bestimmten Grenzwert und stellt fest, dass aus der verschlossenen UUT eine unzulässige Menge ausgetreten ist, wenn die Gesamtmenge in einem bestimmten Verhältnis zum Grenzwert steht. So beaufschlagt zum Beispiel das Drucksystem 240 bei einem Ausführungsbeispiel die Prüfkammer 280 mit einem unter dem atmosphärischen Druck gelegenen Wert, und überschreitet die während des Prüfzeitraums entnommene Gesamtmenge den festgelegten Grenzwert, stellt der IGLS 220 fest, dass aus der UUT eine unzulässige Menge ausgetreten ist.
  • Stellt der IGLS 220 in Schritt 238 fest, dass während des Prüfzeitraums eine unzulässige Menge aus der UUT ausgetreten ist, erfolgt in Schritt 239 die Anzeige, dass die UUT die Dichtheitsprüfung nicht bestanden hat. Im umgekehrten Fall liefert der IGLS 220 in Schritt 241 die Anzeige, dass die verschlossene UUT die Dichtheitsprüfung bestanden hat, wenn der IGLS 220 in Schritt 238 feststellt, dass aus der UUT während des Prüfzeitraums keine unzulässige Menge ausgetreten ist. Die obige Statusanzeige durch den IGLS 220 kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen wie in akustischer Form, durch Lichtanzeige, Textanzeige und/oder elektronische Signale. Nach der Anzeige des Status der verschlossenen UUT erzeugt der IGLS 220 ein oder mehrere Steuersignale, die ein Öffnen und eine Druckentlastung der Prüfkammer 280 in Schritt 343 durch Öffnen des Auslassventils 278 bewirken. Auch eine manuelle Druckentlastung der Prüfkammer 280 ist möglich.
  • 6 ist eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des Dichtheitsprüfsystems 300, das verschiedene Merkmale der Erfindung umfasst. Das dritte Beispiel des Dichtheitsprüfsystems 300 beinhaltet einen intelligenten Gasdichtheitsprüfsensor (IGLS) 320, ein regelbares Drucksystem 340, eine Ventilsteuerung 360, eine Prüfkammer 380 und ein UUT-Drucksystem 390. Die Prüfkammer 380 ist über eine Eingangsleitung 370, die ein Eingangsventil 372 aufweist, mit dem IGLS 320 verbunden, und der IGLS 320 ist über eine Ausgangsleitung 374 mit dem regelbaren Drucksystem 340 verbunden. Außerdem ist die Prüfkammer 380 über eine Umgehungsleitung 376, die ein Bypassventil 377 aufweist, mit dem regelbaren Drucksystem 340 verbunden. Zudem ist die Prüfkammer 380 über ein Auslassventil 378 und einen Schalldämpfer 379 mit der Umgebung verbunden, sodass über einen Gasstrom eine schnelle Rückführung des Innendrucks der Prüfkammer 380 auf atmosphärische Bedingungen gewährleistet ist.
  • Die Prüfkammer 380 des Dichtheitsprüfsystems 300 nimmt im Allgemeinen eine UUT auf, setzt diese einem geregelten Druckregime aus und ermöglicht eine Erhöhung des Innendrucks der UUT durch das Drucksystem 390. Zu diesem Zweck kann die Prüfkammer 380 ähnlich der in 2 dargestellten Prüfkammer 12 konzipiert werden, jedoch mit einem zusätzlichen Anschluss, über den dass UUT-Drucksystem 390 an den an der UUT befindlichen Anschluss angeschlossen werden kann. So kann das UUT-Drucksystem 390 den Innendruck der UUT erhöhen, ohne dass sich das direkt auf den Innendruck der Prüfkammer 380 auswirkt. Weist die UUT jedoch eine undichte Stelle auf, beeinflusst das UUT-Drucksystem 390 den Innendruck der Prüfkammer 380 indirekt, da die UUT eine Gasmenge, die sie vom UUT-Drucksystem 390 erhalten hat, in der Prüfkammer 380 freisetzt.
  • Das regelbare Drucksystem 340 hält im Allgemeinen den Referenzdruck auf einem Wert, der vom IGLS 320 geregelt werden kann. Zu diesem Zweck kann das regelbare Drucksystem 340 ähnlich dem regelbaren Drucksystem 340 in 10 mit einer Vakuumpumpe 342, einem Luftfilter 344, einem Strömungsregler 346 und einem Speicher 348 versehen sein, die über die Ausgangsleitung 374 an den IGLS 320 angeschlossen sind.
  • Das UUT-Drucksystem 390 beaufschlagt das Innere dieser Einheit im Allgemeinen mit dem Prüfdruck. Konkret erzeugen bestimmte UUT während des normalen Betriebs einen erhöhten Innendruck. Diese UUT müssen so ausgelegt werden, dass sie bei erhöhtem Innendruck betrieben und auch geprüft werden können, um sicherzustellen, dass sie bei diesem Betriebsinnendruck sicher betrieben werden können. Das UUT-Drucksystem 390 unterstützt die Prüfung der UUT auf einen sicheren Betrieb bei diesen Betriebsinnendrücken insofern, als dass es die UUT einem Druck aussetzt, bei dem es sich um den normalen Betriebsdruck einer UUT, den maximalen Nennbetriebsdruck der UUT oder um einen leicht über dem maximalen Nennbetriebsdruck der UUT gelegenen Wert handeln kann.
  • Zu diesem Zweck enthält das UUT-Drucksystem 390 eine Druckquelle 391, die über eine UUT-Leitung 394, die mit einem Druckregler 392 und einem Füllventil 397 versehen ist, an die UUT angeschlossen ist. Das Füllventil 397 regelt den Luftstrom durch die UUT-Leitung 394 zur UUT. Der Druckregler 392 regelt den Druck, mit dem die UUT beaufschlagt wird. Ferner umfasst das UUT-Drucksystem 390 ein Auslassventil 398 und einen Schalldämpfer 399, die an die UUT-Leitung 394 angeschlossen sind. Das Auslassventil 398 und der Schalldämpfer 399 erzeugen einen Gasstrom, der eine schnelle Rückführung des Innendrucks der UUT auf atmosphärische Bedingungen sichert.
  • Die Ventilsteuerung 360 ist an den IGLS 320, das Einlassventil 372, das Bypassventil 377, das Auslassventil 378, das Füllventil 397 und das Auslassventil 398 angeschlossen. Die Ventilsteuerung 360 steuert im Allgemeinen ausgehend von den vom IGLS 320 gelieferten Informationen das Öffnen und Schließen des Einlassventils 372, des Bypassventils 377, des Auslassventils 378, des Füllventils 397 und des Auslassventils 398. Bei einem Ausführungsbeispiel werden das Einlassventil 372, das Bypassventil 377, das Auslassventil 378, das Füllventil 397 und das Auslassventil 398 pneumatisch betätigt. So umfasst die Ventilsteuerung 360 des Ausführungsbeispiels ein erstes Regelventil 362, das die Luftquelle 369 zwecks pneumatischen Öffnens und Schließens des Bypassventils 377 pneumatisch mit dem Bypassventil 377 verbindet. Des Weiteren umfasst die Ventilsteuerung 360 des Ausführungsbeispiels ein zweites Regelventil 364, das die Luftquelle 369 zwecks pneumatischen Öffnens und Schließens der Ventile 372, 378 pneumatisch mit dem Einlassventil 372 und dem Auslassventil 378 verbindet. Die Ventilsteuerung 360 ist ferner mit einem dritten Regelventil 366 versehen, das die Luftquelle 369 zwecks pneumatischen Öffnens und Schließens der Ventile 397, 398 mit dem Füllventil 397 und dem Auslassventil 398 verbindet. Außerdem sind das erste Regelventil 362, das zweite Regelventil 364 und das dritte Regelventil 366 der Ventilsteuerung 360 über einen Schalldämpfer 368 pneumatisch mit der umgebenden Atmosphäre verbunden, um die Luft schallgedämmt in die Atmosphäre freizusetzen.
  • Das erste Regelventil 362, das zweite Regelventil 364 und das dritte Regelventil 366 der Ventilsteuerung 360 sind ferner elektrisch mit dem IGLS 320 verbunden, damit sie elektrische Steuersignale vom IGLS 320 empfangen können. Jedoch kann das Dichtheitsprüfsystem 300 auch mit hydraulisch oder elektrisch betätigten Ventilen 372, 377, 378, 379, 398 versehen werden. In Abhängigkeit von den Eingangsforderungen der Ventile 372, 377, 378, 397, 398 kann der IGLS 320 auch so ausgelegt werden, dass er die Ventile 372, 377, 378, 397, 398 direkt öffnet und schließt und keine indirekte Steuerung des Öffnens und Schließens der Ventile über die Ventilsteuerung 360 erfolgt, sodass in diesem Fall die Ventilsteuerung 360 nicht erforderlich ist.
  • Der IGLS 320 kann das Festklemmen der Prüfkammer 380 steuern, den Druck des IGLS 320 durch Einstellung des Strömungsreglers 346 regeln sowie das Einlassventil 372, das Bypassventil 377, das Auslassventil 378, das Füllventil 397 und das Auslassventil 398 betätigen. Außerdem können mit Hilfe des IGLS 320 verschiedene Messungen des Gasstroms zwischen der Prüfkammer 380 und dem Drucksystem 340 vorgenommen werden. Insbesondere kann mit Hilfe des IGLS 320 die Mengendurchflussrate des Gases durch den IGLS 320 zu einem bestimmten Zeitpunkt bei nahezu konstantem Druck im IGLS 320 während des Prüfzeitraums gemessen, die Gesamtmenge, das Gesamtvolumen, der Gasmengenstrom und/oder -volumenstrom durch den IGLS 320 während des Prüfzeitraums berechnet und ausgehend von der berechneten Gesamtmenge, dem Gesamtvolumen, der Mengendurchflussrate und/oder dem Volumenstrom des Gases durch den IGLS 320 während des Prüfzeitraums festgestellt werden, ob eine UUT eine Undichtheit aufweist.
  • 7 ist ein Fließbild eines Ausführungsbeispiels der Dichtheitsprüfmethode 330 des Dichtheitsprüfsystems 300. Die Dichtheitsprüfmethode 330 beginnt in Schritt 311 mit dem Einbringen der UUT in die Prüfkammer 380 und dem Anschluss des UUT-Drucksystems 390 an einen an der UUT befindlichen Anschluss in Schritt 312.
  • In Schritt 332 erzeugt der IGLS 320 dann ein Klemmsignal, woraufhin die Prüfkammer 380 verschlossen wird. Die Prüfkammer 380 kann aber auch manuell verschlossen werden. Nach dem Verschließen der Prüfkammer 380 erzeugt der IGLS 120 in Schritt 333 ein oder mehrere Steuersignale, damit das Auslassventil 378 die Prüfkammer 380 von der umgebenden Atmosphäre trennt und die Austrittsöffnung der Prüfkammer 380 an das Drucksystem 340 anschließt, sodass ein geschlossenes Prüfsystem entsteht.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel erzeugt der IGLS 320 in Schritt 334 ein oder mehrere Steuersignale, die das Eingangsventil 372 und das Bypassventil 377 für einen festgelegten kurzen Zeitraum (z. B. 3 bis 5 Sekunden) zwecks Entnahme öffnen. Beim Öffnen des Bypassventils 377 entnimmt das Drucksystem 340 über die Bypassleistung 376 schnell eine Gasmenge aus der Prüfkammer 380, sodass sich der Innendruck in der Prüfkammer 380 an den vom Drucksystem 340 gehaltenen Referenzdruck annähert. Bei dem Ausführungsbeispiel erzeugt der IGLS 320 zwischen der Prüfkammer 380 und dem Drucksystem 340 einen Gasstrom, der stärker gedrosselt ist als der von der Bypassleitung 376 kommende Gasstrom. Durch das Öffnen des Bypassventils 377 nähert sich der Innendruck in der Prüfkammer 380 schneller an den vom Drucksystem 340 gehaltenen Druck an, und die für das Prüfen der UUT erforderliche Gesamtzeit verkürzt sich. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der kurze Entnahmezeitraum während eines Einmessvorgangs für die zu verwendende Prüfkammer 380 und den zu prüfenden Produkttyp festgelegt. Bei dem Einmessvorgang wird ein kurzer Extraktionszeitraum bestimmt, der ausreicht, damit das Drucksystem 340 den Innendruck in der Prüfkammer 380 in die Nähe des vom Drucksystem 340 gehaltenen Referenzdrucks bringt.
  • Nach dem schnellen Entnahmevorgang in Schritt 334 erzeugt der IGLS 320 in Schritt 335 ein oder mehrere Steuersignale, die das Bypassventil 377 schließen, und wartet dann einen festgelegten Stabilisierungszeitraum (z. B. 0,8 Sekunden) ab. Durch das Schließen des Bypassventils 377 wird der Gasstrom zwischen der Prüfkammer 380 und dem Drucksystem 340 gedrosselt, bevor er durch den IGLS 320 fließt. Zudem erhöht der IGLS 320 in Schritt 335 den Innendruck der UUT auf den Prüfdruck. Zu diesem Zweck erzeugt der IGLS 320 ein oder mehrere Steuersignale, die das Auslassventil 398 des UUT-Drucksystems 390 schließen, um den Anschluss an der UUT von der umgebenden Atmosphäre zu trennen, und das Füllventil 397 des UUT-Drucksystems 390 zu öffnen, um die Luftquelle 391 an die UUT anzuschließen. Außerdem stellt der IGLS 320 den Druckregler 392 ein, um den Innendruck der UUT auf den gewünschten Prüfdruck zu erhöhen. Der Druckregler 392 kann aber auch manuell so eingestellt werden, dass der Innendruck der UUT auf den gewünschten Prüfdruck erhöht wird.
  • Während des Schritts 335 und dem folgenden Testzeitraum überwacht der IGLS 320 den vom Statikdrucksensor 90, 590 (10 und 16) gemessenen statischen Druck, um festzustellen, ob die UUT durch die Erhöhung des Innendrucks größeren Schaden erlitten hat. Bei einem Ausführungsbeispiel stellt der IGLS 320 konkret fest, dass die UUT einen größeren Schaden erlitten hat, wenn der statische Druck des IGLS 320 über einen bestimmten Zeitraum um mehr als einen Grenzwert steigt. Stellt der IGLS 320 dies fest, bricht er den Test ab, erzeugt ein oder mehrere Steuersignale, die die Auslassventile 379, 398 öffnen und zeigt an, dass die UUT die Dichtheitsprüfung nicht bestanden hat.
  • In Schritt 336 initialisiert der IGLS 320 dann einen Gasströmungsparameter (z. B. Gesamtmenge, Gesamtvolumen, Mengendurchflussrate, Volumenstrom), der auf eine virtuelle Fehlergröße der UUT hinweist. So initialisiert der IGLS 320 bei einem Ausführungsbeispiel den Gasströmungsparameter auf einen Wert von Null.
  • In Schritt 337 berechnet der IGLS 320 den Gasstrom durch den IGLS 320 während eines festgelegten Prüfzeitraums (z. B. 5–10 Sekunden) und stellt den Strömungsregler 346 kontinuierlich nach, um einen programmierbaren Druck im IGLS 320 zu halten. Bei einem Ausführungsbeispiel bestimmt der IGLS 320 den Druck im IGLS 320 in regelmäßigen Abständen und erzeugt ein oder mehrere Steuersignale, die bewirken, dass der Strömungsregler 346 des regelbaren Drucksystems 340 den Druck, mit dem der IGLS 320 beaufschlagt wird, um den Betrag nachstellt, der erforderlich ist, um den gewünschten Druck im IGLS 320 zu halten. Durch die Druckeinstellung im IGLS 320 kann dieser schneller feststellen, ob aus einer UUT eine zulässige oder eine unzulässige Menge ausgetreten ist.
  • Um den Gasstrom zu berechnen, erzeugt der IGLS 320 bei einem Ausführungsbeispiel ferner in regelmäßigen Abständen eine Mengendurchflussrate (dM/dt)n, die in einem Zeitintervall n repräsentativ für die Mengendurchflussrate des Gases durch den IGLS 320 ist, und aktualisiert den Wert für die Gesamtmenge M nach einem jeden Zeitintervall n, indem das Produkt aus der Mengendurchflussrate (dM/dt)n und der Dauer des jeweiligen Zeitintervalls n zum aktuellen Wert der Gesamtmenge M hinzuaddiert wird. Alternativ hierzu oder zusätzlich erzeugt der IGLS 320 in regelmäßigen Zeitabständen einen Volumenstrom (dQ/dt)n, der in einem Zeitintervall n repräsentativ für den Volumenstrom des Gases durch den IGLS 320 ist, und aktualisiert den Wert für das Gesamtvolumen V nach einem jeden Zeitintervall n, indem er das Produkt aus dem Volumenstrom (dQ/dt)n und dem jeweiligen Zeitintervall n zum aktuellen Wert des Gesamtvolumens V hinzuaddiert.
  • In Schritt 338 stellt der IGLS 320 dann ausgehend von dem erzielten Wert für den Gasstrom (z. B. Gesamtmenge, Gesamtvolumen, Mengendurchflussrate zu einem bestimmten Zeitpunkt, Volumenstrom zu einem bestimmten Zeitpunkt), der während des Prüfzeitraums durch den IGLS 320 fließt, fest, ob aus der UUT während des Prüfzeitraums eine unzulässige Menge ausgetreten ist. Konkret vergleicht der IGLS 320 bei einem Ausführungsbeispiel den Gesamtmengenwert M des Gasstroms während des Prüfzeitraums mit einem feststehenden Grenzwert und stellt fest, dass aus der UUT eine unzulässige Menge ausgetreten ist, wenn die Gesamtmenge in einem bestimmten Verhältnis zum Grenzwert steht. Bei einem Ausführungsbeispiel beaufschlagt das Drucksystem 340 die Prüfkammer 380 zum Beispiel mit einem unter dem atmosphärischen Druck gelegenen Referenzdruck, und der IGLS 320 stellt den Austritt einer unzulässigen Menge aus der UUT fest, wenn die während des Prüfzeitraums entnommene Gesamtmenge den festgelegten Grenzwert überschreitet. Bei einer anderen Ausführungsform vergleicht der IGLS 320 das Gesamtvolumen V des Gasstroms während des Prüfzeitraums mit einem festgelegten Grenzwert und stellt den Austritt einer unzulässigen Menge aus der UUT fest, wenn das Gesamtvolumen in einem bestimmten Verhältnis zum Grenzwert steht (z. B. größer als dieser ist). Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel vergleicht der IGLS 320 die Gesamtmengendurchflussrate des Gases zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Prüfzeitraums mit einem festgelegten Grenzwert und stellt den Austritt einer unzulässigen Menge aus der UUT fest, wenn die Gesamtmengendurchflussrate in einem bestimmten Verhältnis zum Grenzwert steht (z. B. größer als dieser ist).
  • Stellt der IGLS 320 in Schritt 338 fest, dass während des Prüfzeitraums eine unzulässige Menge aus der UUT ausgetreten ist, erfolgt in Schritt 339 die Anzeige, dass die UUT die Dichtheitsprüfung nicht bestanden hat. Im umgekehrten Fall liefert der IGLS 320 in Schritt 341 die Anzeige, dass die verschlossene UUT die Dichtheitsprüfung bestanden hat, wenn der IGLS 320 in Schritt 338 festgestellt, dass aus der UUT während des Prüfzeitraums keine unzulässige Menge ausgetreten ist. Die obige Statusanzeige durch den IGLS 320 kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen wie in akustischer Form, durch Lichtanzeige, Textanzeige und/oder elektronische Signale. Nach der Anzeige des Status der UUT erzeugt der IGLS 320 in Schritt 343 ein oder mehrere Steuersignale, die das Öffnen des Auslassventils 378 und die Druckentlastung der Prüfkammer 380 sowie das Öffnen des Auslassventils 399 und die Druckentlastung der UUT bewirken. Eine manuelle Druckentlastung der Prüfkammer 380 ist ebenso möglich.
  • 8 ist eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels des Dichtheitsprüfsystems 400, das verschiedene Merkmale dieser Erfindung umfasst. Das vierte Beispiel des Dichtheitsprüfsystems 400 beinhaltet einen intelligenten Gasdichtheitsprüfsensor (IGLS) 420, ein regelbares Drucksystem 440 und eine Ventilsteuerung 460. Das Innere der UUT ist über eine Öffnung in der UUT und eine Eingangsleitung 470, die mit einem Eingangsventil 472 versehen ist, pneumatisch mit dem IGLS 420 verbunden, und der IGLS 420 ist über eine Ausgangsleitung 474 mit dem regelbaren Drucksystem 440 verbunden. Außerdem ist die Eingangsleitung 470 über ein Auslassventil 478 und einen Schalldämpfer 479 mit der Umgebung verbunden, wodurch über einen Gasstrom eine schnelle Rückführung des Innendrucks der UUT auf atmosphärische Bedingungen gewährleistet ist.
  • Das regelbare Drucksystem 440 hält im Allgemeinen einen Referenzdruck auf einem vom IGLS 420 regelbaren Wert. Zu diesem Zweck kann das regelbare Druckssystem 440 ähnlich wie das regelbare Drucksystem 240 in 4 mit einer Vakuumpumpe 442, einem Luftfilter 444, einem Strömungsregler 446 und einem Speicher 448 versehen sein, die über die Ausgangsleitung 474 mit dem IGLS 420 verbunden sind.
  • Die Ventilsteuerung 460 ist mit dem IGLS 420, dem Einlassventil 472, dem Bypassventil 477 und dem Auslassventil 478 verbunden. Die Ventilsteuerung 460 steuert im Allgemeinen ausgehend von den vom IGLS 420 kommenden Informationen das Öffnen und Schließen des Einlassventils 472, des Bypassventils 477 und des Auslassventils 478. Bei einem Ausführungsbeispiel werden das Einlassventil 472, das Bypassventil 477 und das Auslassventil 478 pneumatisch betätigt. So umfasst die Ventilsteuerung 460 bei dem Ausführungsbeispiel ein erstes Regelventil 462, ein zweites Regelventil 464 und einen Schalldämpfer 469, die in ihrer Funktionsweise der in 12 dargestellten Ventilsteuerung 260 ähneln.
  • Der IGLS 420 regelt den Druckwert des IGLS 420, indem er den Strömungsregler 446 einstellt, und öffnet und schließt das Eingangsventil 472, das Bypassventil 477 und das Auslassventil 478. Außerdem führt der IGLS 420 im Allgemeinen verschiedene Messungen des Gasstroms zwischen der UUT und dem Drucksystem 440 durch. Insbesondere nimmt der IGLS 420 eine Messung der Mengendurchflussrate des Gasstroms durch den IGLS 420 zu einem bestimmten Zeitpunkt vor, während er während des Prüfzeitraums den Druck im IGLS 420 auf einen nahezu konstanten Wert regelt, berechnet die Gesamtmenge, das Gesamtvolumen, den Mengenfluss und/oder den Volumenstrom des Gasstroms durch den IGLS 420 während des Prüfzeitraums und stellt ausgehend von der berechneten Gesamtmenge, dem Gesamtvolumen, der Mengendurchflussrate oder dem Volumenstrom des Gasstroms durch den IGLS 420 fest, ob die UUT undicht ist.
  • 9 ist ein Fließbild des Ausführungsbeispiels der Dichtheitsprüfmethode 430 des Dichtheitsprüfsystems 400. Die Dichtheitsprüfmethode 430 beginnt in Schritt 431 mit dem Anschluss der UUT an den IGLS 420. Konkret wird dabei die Eingangsleitung 470 des Dichtheitsprüfsystems 400 an einen an der UUT befindlichen Anschluss angeschlossen, wodurch das Innere der UUT pneumatisch an den IGLS 420 angeschlossen wird.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel erzeugt der IGLS 420 in Schritt 434 ein oder mehrere Steuersignale, die das Eingangsventil 472 und das Bypassventil 477 für einen festgelegten kurzen Zeitraum (z. B. 3 bis 5 Sekunden) zwecks Entnahme öffnen. Beim Öffnen des Bypassventils 477 entnimmt das Drucksystem 440 über die Bypassleitung 476 schnell eine Gasmenge aus der UTT, sodass sich der Innendruck der UTT an den vom Drucksystem 440 gehaltenen Referenzdruck annähert. Bei dem Ausführungsbeispiel erzeugt der IGLS 420 zwischen der Prüfkammer 480 und dem Drucksystem 440 einen Gasstrom, der stärker gedrosselt ist als der von der Bypassleitung 476 kommende Gasstrom. Durch das Öffnen des Bypassventils 477 nähert sich der Innendruck in der Prüfkammer 480 schneller an den vom Drucksystem 440 gehaltenen Druck an, und die für das Prüfen der UUT erforderliche Zeit verkürzt sich. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der kurze Entnahmezeitraum während eines Einmessvorgangs für die zu prüfende Einheit festgelegt. Bei dem Einmessvorgang wird bei dem Ausführungsbeispiel ein kurzer Extraktionszeitraum bestimmt, der ausreicht, damit das Drucksystem 440 den Innendruck in der Prüfkammer 480 in die Nähe des vom Drucksystem 440 gehaltenen Referenzdrucks bringt.
  • Nach der schnellen Entnahme in Schritt 434 erzeugt der IGLS 420 in Schritt 435 ein oder mehrere Steuersignale, die ein Schließen des Bypassventils 477 bewirken, und wartet dann einen festgelegten Stabilisierungszeitraum (z. B. 0,8 Sekunden) ab. Durch das Schließen des Bypassventils 477 wird der Gasstrom zwischen der UTT und dem Drucksystem 440 gedrosselt, bevor er durch den IGLS 420 fließt. In Schritt 436 initialisiert der IGLS 420 einen Parameter für den Gasstrom (z. B. Gesamtmenge, Gesamtvolumen, Mengendurchflussrate, Volumenstrom). Bei einem Ausführungsbeispiel initialisiert der IGLS 420 den Gasstrom auf einen Wert von Null.
  • In Schritt 437 berechnet der IGLS 420 den Gasstrom durch den IGLS 420 während des festgelegten Prüfzeitraums (z. B. 5–10 Sekunden) und stellt den Strömungsregler 446 kontinuierlich nach, um einen programmierbaren Druck im IGLS 420 zu halten. Bei einem Ausführungsbeispiel bestimmt der IGLS 420 den Druck im IGLS 420 in regelmäßigen Abständen und erzeugt ein oder mehrere Steuersignale, die bewirken, dass der Strömungsregler 446 des regelbaren Drucksystems 440 den Druck, mit dem der IGLS 420 beaufschlagt wird, um den Betrag nachstellt, der erforderlich ist, um den gewünschten Druck im IGLS 420 zu halten. Durch die Druckeinstellung im IGLS 420 kann dieser schneller feststellen, ob aus einer bestimmten UUT eine zulässige oder eine unzulässige Menge ausgetreten ist.
  • Um den Gasstromparameter zu berechnen, erzeugt der IGLS 420 bei einem Ausführungsbeispiel ferner in regelmäßigen Abständen eine Mengendurchflussrate (dM/dt)n, die in einem Zeitintervall n repräsentativ für die Mengendurchflussrate des Gases durch den IGLS 420 ist, und aktualisiert den Wert für die Gesamtmenge M nach einem jeden Zeitintervall n, indem das Produkt aus der Mengendurchflussrate (dM/dt)n und der Dauer des jeweiligen Zeitintervalls n zum aktuellen Wert der Gesamtmenge M hinzuaddiert wird. Alternativ hierzu oder zusätzlich erzeugt der IGLS 420 in regelmäßigen Zeitabständen einen Volumenstrom (dQ/dt)n, der in einem Zeitintervall n repräsentativ für den Volumenstrom von Gas durch den IGLS 420 ist, und aktualisiert den Wert für das Gesamtvolumen V nach einem jeden Zeitintervall n, indem er das Produkt aus dem Volumenstrom (dQ/dt)n und dem jeweiligen Zeitintervall n zum aktuellen Wert des Gesamtvolumens V addiert.
  • In Schritt 438 stellt der IGLS 420 dann ausgehend von dem erzielten Wert für den Gasstrom (z. B. Gesamtmenge, Gesamtvolumen, Mengendurchflussrate zu einem bestimmten Zeitpunkt, Volumenstrom zu einem bestimmten Zeitpunkt), der während des Prüfzeitraums durch den IGLS 420 fließt, fest, ob aus der UUT während des Prüfzeitraums eine unzulässige Menge ausgetreten ist. Konkret vergleicht der IGLS 420 bei einem Ausführungsbeispiel den Gesamtmengenwert M des Gasstroms während des Prüfzeitraums mit einem feststehenden Grenzwert und stellt fest, dass aus der UUT eine unzulässige Menge ausgetreten ist, wenn die Gesamtmenge in einem bestimmten Verhältnis zum Grenzwert steht. Bei einem Ausführungsbeispiel beaufschlagt das Drucksystem 440 die Prüfkammer 480 zum Beispiel mit einem unter dem atmosphärischen Druck gelegenen Referenzdruck, und der IGLS 420 stellt den Austritt einer unzulässigen Menge aus der UUT fest, wenn die während des Prüfzeitraums entnommene Gesamtmenge den festgelegten Grenzwert überschreitet. Bei einer anderen Ausführungsform vergleicht der IGLS 420 das Gesamtvolumen V des Gasstroms während des Prüfzeitraums mit einem festgelegten Grenzwert und stellt den Austritt einer unzulässigen Menge aus der UUT fest, wenn das Gesamtvolumen in einem bestimmten Verhältnis zum Grenzwert steht (z. B. größer als dieser ist). Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel vergleicht der IGLS 420 die Gesamtmengendurchflussrate des Gases zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Prüfzeitraums mit einem festgelegten Grenzwert und stellt den Austritt einer unzulässigen Menge aus der UUT fest, wenn die Gesamtmengendurchflussrate in einem bestimmten Verhältnis zum Grenzwert steht (z. B. größer als dieser ist).
  • Stellt der IGLS 420 in Schritt 438 fest, dass während des Prüfzeitraums eine unzulässige Menge aus der UUT ausgetreten ist, erfolgt in Schritt 439 die Anzeige, dass die UUT die Dichtheitsprüfung nicht bestanden hat. Im umgekehrten Fall liefert der IGLS 420 in Schritt 441 die Anzeige, dass die verschlossene UUT die Dichtheitsprüfung bestanden hat, wenn der IGLS 420 in Schritt 438 erkennt, dass aus der UUT während des Prüfzeitraums keine unzulässige Menge ausgetreten ist. Die obige Statusanzeige durch den IGLS 420 kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen wie in akustischer Form, durch Lichtanzeige, Textanzeige und/oder elektronische Signale. Nach der Anzeige des Status der UUT erzeugt der IGLS 420 in Schritt 443 ein oder mehrere Steuersignale, die eine Druckentlastung des Innenraums der UUT durch Öffnen des Auslassventils 478 bewirken. Die Druckentlastung des Innenraums der UUT kann auch durch manuelles Öffnen des Auslassventils 478 erfolgen.
  • Ein Beispiel einer ersten Konstruktionsausführung des in 1 dargestellten IGLS 9, des IGLS 220 in 4, des IGLS 320 in 6 und/oder des IGLS 420 in 8 ist aus 10 zu entnehmen. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, umfasst diese erste Konstruktionsausführung des IGLS ein Gehäuse 46 aus Edelstahl 316 oder einem ähnlichen Material, das verbesserte Toleranzeigenschaften, Bearbeitungseigenschaften, Temperaturstabilität und Beständigkeit gegenüber verschiedenen Gasen aufweist. Der Körper 46 hat ein erstes Ende 48 und ein zweites Ende 50. Das Außenprofil des Körpers 46 ist zylindrisch, und die jeweilige Größe hängt von der Durchflussrate des Gases ab. Eine konische Mittelwelle 42 wird in eine präzise gefertigte konische Bohrung 44 im Körper 46 eingesetzt. Die Mittelwelle 42 umfasst einen zylindrischen Abschnitt 52, eine Abfasung 54 und einen konischen Abschnitt 56.
  • Der in 11 besser erkennbare zylindrische Abschnitt umfasst ferner eine erste bearbeitete Bohrung 58, die einen Passstifft (nicht dargestellt) aufnimmt, der in die erste bearbeitete Bohrung 58 eingepresst wird. Der Körper 46 weist eine zweite bearbeitete Bohrung (nicht dargestellt) auf, durch die der Passstift gelangt und eine Keilnut bildet, sodass die Mittelwelle 42 ausgebaut und gereinigt werden kann, ohne dass eine Neueinmessung erforderlich ist, d. h. die Mittelwelle 42 kann wieder in ihre ursprüngliche Position eingesetzt werden.
  • Der konische Abschnitt 56 der Mittelwelle 42 sollte vorzugsweise einen Gesamtwinkel zwischen 1 Grad und 10 Grad aufweisen, der optimale Winkel liegt zwischen 2 und 6 Grad. Die Mittelwelle 42 wird teilweise mit Hilfe eines Federrings (nicht dargestellt) in der Bohrung 44 positioniert und bildet einen Laminarströmungsspalt 60 zwischen dem Innenteil der Bohrung 44 und dem konischen Abschnitt 56 der Mittelwelle 42. Der Laminarströmungsspalt 60 weist über die Länge des konischen Abschnitts 56 der Mittelwelle 42 gleichmäßige Abmessungen auf, sodass sich eine laminare Gasströmung durch den Laminarströmungsspalt 60 ergibt. Die laminare Gasströmung durch den Laminarströmungsspalt 60 ermöglicht genauere Druckmessungen und Strömungsberechnungen, als dies bei einer eher turbulenten Strömung möglich ist. Dank der konischen Form und der Möglichkeit der Einstellung der Mittelwelle 42 zwecks Einmessung kann die Strömung beschleunigt oder verzögert werden, um für die Dichtheitsprüfung eine Polynombeziehung zu erhalten. Zur Verbesserung der Genauigkeit der Anzeigen werden bei den Messungen übliche, auf dem Markt erhältliche Verstärker verwendet.
  • Die Mittelwelle 42 hat einen zylindrischen Abschnitt 52, der sich genau in der Bohrung 44 befindet und somit ein Ende des konischen Abschnitts 56 der Mittelwelle 42 aufnimmt. Wie aus der Seitenansicht in 11 ersichtlich ist, umfasst der zylindrische Abschnitt 52 bei dem Ausführungsbeispiel mit sechs (6) Bohrungen 62 eine erste bearbeitete Bohrung 58 für die Aufnahme eines Passstiftes sowie weitere Bohrungen 62. In 12 ist des Weiteren erkennbar, dass die Bohrungen 62 durch den runden zylindrischen Abschnitt 52 der Mittelwelle 42 so eingebracht werden, dass durch die Abfasung 54 der Mittelwelle 42 unmittelbar hinter dem zylindrischen Abschnitt 52 der Mittelwelle 42 eine Öffnung oder Ausgleichskammer 98 entsteht, die einen geordneten Gasstrom zum Laminarströmungsspalt 60 ermöglicht, der von der Mittelwelle 42 und der konischen Bohrung 44 gebildet wird. Der Gasstrom gelangt in die Bohrungen 62 im zylindrischen Abschnitt 52, und nachdem er auf eine Fase 54 auftrifft, strömt das Gas zum konischen Abschnitt 56 der Mittelwelle 42. Dann strömt das Gas entlang dem konischen Abschnitt 56 im Laminarströmungsspalt 60, der von der konischen Bohrung 44 und der Außenfläche des konischen Abschnitts 56 der Mittelwelle 42 gebildet wird, wie in 15 erkennbar ist.
  • Das Austrittsende 64 der Mittelwelle 42 ist verkürzt, damit der Strom in die Austrittsöffnungen 72 gelangen kann, die sich im zweiten Ende 50 des Körpers 46 befinden. Außerdem ist das Austrittsende 64 der Mittelwelle 42 so gestaltet, dass es in den Aufnahmeteil eines Abstandshalters 68 eingreift. Aus 15 ist ersichtlich, dass bei einem Ausführungsbeispiel das Außenteil des Austrittsendes 64 in ein Innenteil des Abstandshalters 68 greift. Das Austrittsende 64 kann jedoch auch mit einem Innenteil versehen sein, das in ein Außenteil des Abstandshalters 68 eingreift, oder das Austrittsende 64 und der Abstandshalter 68 können mit anderen Eingriffselementen versehen sein. Bei dem Ausführungsbeispiel sind die sechs Austrittsöffnungen 72 zu sechs (6) Bohrungen 100 in einem Abstandshalter 68 ausgerichtet, sodass das Gas durch einen Deckel 74 am Austrittsende strömen kann. Der Körper 46 weist an seinem zweiten Ende 50 die gleiche Zahl von Austrittsöffnungen 72 auf, sodass der Gasstrom von der Mittelwelle 42 zum Abstandshalter 68 gelangt. In 13 und 14 ist erkennbar, dass die Bohrungen 100 im Abstandshalter zu den Austrittsöffnungen 72 im zweiten Ende 50 des Körpers 46 ausgerichtet sind und das Gas so zum am Ende befindlichen Deckel 74 strömen kann. Auf der äußeren Peripherie des Abstandshalters 68 befindet sich zudem ein Stift 101 für die Einführung in eine Bohrung im Körper 46, der nach einer Demontage der Teile zwecks Reinigung als Wartungsmaßnahme eine präzise Rückmontage ermöglicht. Die Seitenansicht in 14 macht außerdem deutlich, dass der Abstandshalter 68 auch einen kleinen zylindrischen Teil 102 umfasst, der aus einem größeren zylindrischen Teil 104 hervorsteht. Der größere zylindrische Teil 104 nimmt das Austrittsende 64 der Mittelwelle 42 auf und hält diese in ihrer Position.
  • 15 zeigt eine Schnittdarstellung der Mittelwelle 42, aus der das Strömungsbild der Vorrichtung bei der Dichtheitsprüfung ersichtlich ist. Der Strom gelangt in das erste Ende 48 des Körpers 46 oder das Ende, an der die Mittelwelle 42 einen größeren Durchmesser aufweist. Das Gas durchströmt die Bohrungen 62 im zylindrischen Abschnitt 52 der Mittelwelle 42, der in diesem Fall sechs Bohrungen umfasst, und gelangt dann in die Ausgleichskammer 98, die durch die äußere Form der Mittelwelle 42 und die Innenbohrung der mittleren Bohrung 44 gebildet wird. Das Gas strömt dann an einer Seite der Ausgleichskammer 98 entlang und gelangt in den Laminarströmungsspalt 60 zwischen dem äußeren Teil der Mittelwelle 42 und dem Innenteil der mittleren Bohrung 44. Der Laminarströmungsspalt 60 weist über die Länge des konischen Teils 56 der Mittelwelle 42 gleichmäßige Abmessungen auf, bis das Gas die Austrittsöffnungen 72 der Vorrichtung erreicht. Das Gas strömt durch die sechs im Körper 46 befindlichen Austrittsöffnungen 72 sowie auch durch die sechs im Abstandshalter 68 befindlichen Bohrungen. Von dort strömt das Gas durch den Deckel des Austrittsendes (nicht dargestellt).
  • Bei dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich die Deckel 70 und 74 am ersten Ende 48 bzw. zweiten Ende 50 des Körpers 46 und umschließen die konische Bohrung 44 und die Mittelwelle 42 im Körper 46. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Deckel 70 am ersten Ende der Einlassdeckel und der Deckel 74 am zweiten Ende der Auslassdeckel. Die Deckel 70 und 74 am Einlass- bzw. Auslassende werden mit Hilfe üblicher, auf dem Markt erhältlicher Befestigungsvorrichtungen wie Schrauben, die in die im Körper befindlichen Gewindebohrungen eingeschraubt werden, am Körper 46 befestigt. In der Mitte der Deckel 70 und 74 am ersten bzw. zweiten Ende befinden sich eine erste und zweite Bohrung 76 und 78, durch die das Gas in die Deckel 70 und 74 am ersten bzw. zweiten Ende fließt.
  • Der konische Abschnitt 56 der Mittelwelle 42 ermöglicht die Einstellung der maximalen Durchflussrate durch den IGLS, indem die Mittelwelle 42 in der konischen Bohrung 44 verschoben und/oder der konische Abschnitt 56 der Mittelwelle 42 mit der konischen Bohrung 44 ausgerichtet wird. Da sich bei zylindrischen Formen Fehlerstellen in der zylindrischen Oberfläche auf die Genauigkeit auswirken, ermöglichen konische Formen eine höhere Genauigkeit, und somit kann die Durchflussrate auf einen Punkt knapp über dem gewünschten Wert eingestellt werden, wodurch eine höhere Genauigkeit bei der Feststellung von Undichtheiten erreicht wird.
  • Zu diesem Zweck wird die Mittelwelle 42 unter Verwendung des auf ein präzises Maß bearbeiteten Abstandshalters 68 in der Bohrung so ausgerichtet, dass der am Austrittsende 64 der Mittelwelle 42 befindliche Abstandshalter 68 und der am zylindrischen Abschnitt 52 der Mittelwelle 42 befindliche Federring 80 die Mittelwelle 42 positionieren und sie in ihrer eingemessenen Position halten. Bei dieser Konstruktionsausführung bleibt die Einmessung erhalten, und sie kann mit einem Abstandshalter 68 anderer Abmessungen geändert werden.
  • Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Mittelwelle 42 mit Hilfe einer Stellschraube oder eines kalibrierten Haltezylinders am zweiten Ende 50 des Körpers 46 oder am schmalen Ende des konischen Abschnitts 56 der Mittelwelle 42 einzumessen. Der Abstandshalter 68 ist mit Gewinde versehen, und die Stellschraube kann eingestellt werden, indem sie nach rechts oder links gedreht wird, um die Mittelwelle 42 entsprechend der Einmessung zu positionieren. Die Stellschraube und der am zylindrischen Abschnitt 52 der Mittelwelle 42 befindliche Federring 80 üben entsprechende Kräfte aus, die die Mittelwelle 42 in ihre Position bringen und diese dort halten, sodass zwischen dem konischen Abschnitt 56 der Mittelwelle 42 und der Oberfläche der konischen Bohrung 44 im Körper 46 ein gleichmäßiger, aber einstellbarer Spalt entsteht.
  • Der Körper 46 ist mit einer ersten Aufnahmeöffnung 82 und einer zweiten Aufnahmeöffnung 84 versehen, um die Druckdifferenzen in der Laminarströmung um die konische Mittelwelle 42 zu überwachen. Die erste Aufnahmeöffnung 82 befindet sich oben am Körper 46 und erstreckt sich von der Oberseite des Körpers 46 zur konischen Bohrung 44 im Körper 46. Die erste Aufnahmeöffnung 82 kann sich an jeder Stelle entlang der konischen Bohrung 44 befinden, an der L/h > 50. In dieser Gleichung ist „L” die Länge von der Kante des konischen Abschnitts 56 der Mittelwelle 42 bis zu dem Punkt, an dem sich die erste Aufnahmeöffnung 82 befindet, und „h” die Höhe zwischen der Außenwand des konischen Abschnitts 56 der Mittelwelle 42 und der Innenwand der eingebrachten Bohrung 58 oder die Höhe der Laminargasströmung.
  • Auch die zweite Aufnahmebohrung 84 befindet sich oben am Körper 46 hinter der ersten Aufnahmebohrung 82 oder in Richtung auf das schmalere Ende der konischen Mittelwelle 42. Die zweite Aufnahmebohrung 84 erstreckt sich ebenfalls von der Oberseite des Körpers 46 zur konischen Bohrung 44. Sie kann sich an einem zweiten Punkt an einer beliebigen Stelle zwischen der ersten Aufnahmeöffnung 82 und dem Austrittsende 64 der Mittelwelle 42 befinden; es wird jedoch ein Abstand zwischen der ersten und zweiten Aufnahmeöffnung 82 bzw. 84 empfohlen, der eine konstante Druckdifferenz pro Zoll Strömungsweg, der im Allgemeinen zwischen 2 und 3 Zoll liegt, sichert.
  • Die erste Aufnahmeöffnung 82 und die zweite Aufnahmeöffnung 84 sind so im Laminarströmungsspalt 60 anzuordnen, dass das Gas eine voll ausgeprägte Laminarströmung und der Gasstrom keine oder nur geringe Turbulenzen aufweist. Das Gas gelangt über die erste Aufnahmeöffnung 82 in die erste Druckkammer oder die erste Membran 86 mit beweglicher Außenwand. Das Gas gelangt auch in die zweite Aufnahmeöffnung 84 und fließt über das säulenförmige Gehäuse 92 in eine zweite Druckkammer oder eine zweite Membran 88, die ebenfalls eine bewegliche Außenwand besitzt. Die von der ersten Druckkammer 86 auf die zweite Druckkammer 88 ausgeübte Kraft ist ein Maß für die relative Verdrängung der ersten und zweiten Membran 86 bzw. 88, und es kann der Wert der Druckdifferenz ermittelt werden. Die erste und zweite Membran 86 und 88 sind außermittig zum Körper 46 und zur Mittelwelle 42 angeordnet, um Volumenänderungen zu minimieren und die Reaktionszeit zu verlängern.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel beschreiben die erste Aufnahmeöffnung 82, die zweite Aufnahmeöffnung 84, die erste Membran 86 und die zweite Membran 88 einen ersten Drucksensor oder Druckdifferenzsensor, der ein Differenzdrucksignal erzeugt, das dem gemessenen Differenzdruck entspricht. Diese Art der Druckdifferenzmessung wird als „Kapazitätstechnologie” bezeichnet und ist in der Industrie bekannt. Bei dem Ausführungsbeispiel bilden die erste Aufnahmeöffnung 82, die zweite Aufnahmeöffnung 84, die erste Membran 86 und die zweite Membran 88 einen Druckdifferenzsensor, der ein Differenzdrucksignal erzeugt, das in einem linearen Verhältnis zur Druckdifferenz steht, die zwischen der ersten Aufnahmeöffnung 82 und der zweiten Aufnahmeöffnung 84 ermittelt wird. Insbesondere kann der Druckdifferenzsensor dieses Ausführungsbeispiels Druckdifferenzen von 0 kPa bis 0,0249 kPa, 0,0747 kPa, 0,125 kPa, 0,249 kPa, 1,25 kPa, 2, 49 kPa oder 6,9 kPa (Skalenendwert) messen und entsprechend den Messwerten ein lineares Differenzdrucksignal zwischen 0 und 5 V Gs (Skalenendwert) erzeugen.
  • Der zweite Drucksensor oder Statikdrucksensor 90 des ersten Ausführungsbeispiels befindet sich oben auf dem säulenförmigen Gehäuse 92 und misst den statischen Druck im Laminarströmungsspalt 60. Bei dem Ausführungsbeispiel ist der Statikdrucksensor 90 dem gleichen Gasstrom wie die zweite Membran 88 ausgesetzt. Bei einem Ausführungsbeispiel erzeugt der Statikdrucksensor 90 ein Statikdrucksignal, das im linearen Verhältnis zum an der zweiten Öffnung 84 gemessenen statischen Druck steht. Insbesondere kann der Statikdrucksensor 90 des Ausführungsbeispiels statische Drücke von 0 kPa bis 103,425 kPa, 206,85 kPa, 689,5 kPa oder 13.790 kPa (Skalenendwert) messen und entsprechend den Messwerten lineare Statikdrucksignale zwischen 0 und 5 V Gs (Skalenendwert) erzeugen.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel befindet sich ein Temperaturfühler 94 seitlich am säulenförmigen Gehäuse 92 und misst die Temperatur im säulenförmigen Gehäuse 92. Der Temperaturfühler 94 ist an einem Teil des säulenförmigen Gehäuses 92 befestigt, der so bearbeitet wurde, dass die Lufttemperatur im säulenförmigen Gehäuse 92 identisch ist mit der der dünnen, bearbeiteten Wand des säulenförmigen Gehäuses 92. Bei dem Temperaturfühler 94 des ersten Ausführungsbeispiels handelt es sich um einen typischen RTD-Fühler, der in der Industrie häufig eingesetzt wird. Das säulenförmige Gehäuse 92 ist ausdehnungsfähig, zu diesem Zweck ist an jedem Ende des säulenförmigen Gehäuses 92 ein Rundring vorgesehen. Die Rundringe dichten das säulenförmige Gehäuse 92 zwecks Erzielung genauer Messungen ab, ermöglichen jedoch auch ein Ausdehnen oder eine Kontraktion des Gehäuses 92 bei Temperaturdifferenzen und Maßtoleranzen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Temperaturfühler 94 Temperaturen zwischen 273 K und 353 K messen und dementsprechend lineare Temperatursignale zwischen 0 und 5 V Gs erzeugen.
  • Eine an die Sensoren angeschlossene Mikrosteuerung zeichnet alle Messungen auf, erstellt mathematische Korrelationspolynomgleichungen, führt einen Temperatur- und Druckausgleich durch, zeigt die Werte einschließlich Druck, Durchfluss, Gesamtmenge und sonstige Werte an einem LCD-Display an, steuert die Ventilfolge bei der Durchführung der Dichtheitsprüfung unter Verwendung digitaler Input/Output-Signale, kommuniziert mit einem Personalcomputer zwecks Einstellung und Datenerfassung, regelt den Druck/Durchfluss und sendet analoge Signale an entfernte Geräte wie Personalcomputer. Die Mikrosteuerung 96 kann Messungen und Berechnungen für Gasströme in beide Richtungen im Körper vornehmen. Außerdem kann die Mikrosteuerung 96 die Beschleunigung und Verzögerung für die Empfindlichkeit und Wiederholbarkeit der Berechnungen bestimmen. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Mikrosteuerung 96 einen oder mehrere Analog-/Digitalwandler, die das Differenzdrucksignal, das Statikdrucksignal und das Temperatursignal empfangen und diese in digitale Signale oder Werte umwandeln. Die Mikrosteuerung 96 muss aber keinen Analog-/Digitalwandler aufweisen, wenn der Differenzdrucksensor, der Statikdrucksensor 90 und der Temperaturfühler 94 so konzipiert sind, dass sie digitale Signale anstelle von analogen Signalen erzeugen.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel befinden sich die Mikrosteuerung 96, der Differenzdrucksensor und der Statikdrucksensor 90 in einem Gehäuse oder einem geschlossenen Raum, um die Bauteile vor Beschädigung zu schützen und die gesamte Vorrichtung attraktiver zu gestalten. Außen am Gehäuse befindet sich ein LCD-Display, das verschiedene Werte anzeigt und dem Nutzer so die Messergebnisse und weitere Daten mitteilt. Zum Starten oder Stoppen eines Tests befindet sich außen am Gehäuse ferner eine Start-/Stopptaste.
  • In 16 und 17 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des IGLS dargestellt, das auch für den IGLS 9 in 1, den IGLS 220 in 4, den IGLS 320 in 6 und/oder den IGLS 420 in 8 geeignet ist. Das zweite IGLS-Ausführungsbeispiel ist insbesondere für kleinere Mengen- und Volumenströme besser geeignet als die erste IGLS-Ausführung. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass die zweite IGLS-Ausführung einen Körper 546 umfasst, der aus Edelstahl 316 oder einem ähnlichen Werkstoff besteht, der bessere Toleranzeigenschaften, Verarbeitungseigenschaften, eine bessere Temperaturstabilität und eine erhöhte Toleranz gegenüber verschiedenen Gasen aufweist. Der Körper 546 besitzt ein erstes Ende 548 und ein zweites Ende 550. Das Außenprofil des Körpers 546 ist zylindrisch und variiert in der Größe in Abhängigkeit von der Durchflussrate des Gases. Eine konische Mittelwelle 542 wird in eine präzise bearbeitete konische Bohrung 544 im Körper 546 eingesetzt. Die Mittelwelle 542 umfasst einen zylindrischen Abschnitt 552, eine Abfasung 554 und einen konischen Abschnitt 556.
  • Der zylindrische Abschnitt 552 umfasst ferner eine erste bearbeitete Bohrung für die Aufnahme eines Passstiftes (nicht dargestellt), der in diese Bohrung eingepresst wird. Der Körper 546 umfasst eine zweite bearbeitete Bohrung (nicht dargestellt), durch die der Passstift gelangt und eine Keilnut bildet, sodass die Mittelwelle 542 ausgebaut und gereinigt werden kann, ohne dass ein Neueinmessen erforderlich ist, d. h. die Mittelwelle 542 kann wieder in ihre ursprüngliche Position eingesetzt werden.
  • Der konische Abschnitt 556 der Mittelwelle 542 sollte vorzugsweise einen Gesamtwinkel zwischen 1 Grad und 10 Grad aufweisen, der optimale Winkel liegt zwischen 2 und 6 Grad. Die Mittelwelle 542 wird teilweise mit Hilfe eines Federrings (nicht dargestellt) in der Bohrung 544 positioniert und bildet einen Laminarströmungsspalt 560 zwischen dem Innenteil der Bohrung 544 und dem konischen Abschnitt 556 der Mittelwelle 542. Dank der konischen Form und der Möglichkeit der Verschiebung der Mittelwelle 542 zwecks Einmessung kann die Strömung beschleunigt oder verzögert werden, um für die Dichtheitsprüfung eine Polynombeziehung zu erhalten. Zur Verbesserung der Genauigkeit der Anzeigen werden bei den Messungen übliche, auf dem Markt erhältliche Verstärker verwendet.
  • Der Körper 546 weist die gleiche Zahl von Einlassöffnungen 572 auf, die in das erste Ende 550 des Körpers 546 mittels Bohren eingebracht wurden und die den Gasstrom vom Abstandshalter 568 zur Mittelwelle 542 leiten. Die Bohrungen 100 im Abstandshalter sind zu den im ersten Ende 550 des Körpers 546 befindlichen Einlassöffnungen ausgerichtet, sodass das Gas zum Deckel 574 strömen kann.
  • Der erste und zweite Deckel 570 bzw. 574 befinden sich am ersten und zweiten Ende 548 bzw. 550 des Körpers 546, und sie umschließen die konische Bohrung 544 und die Mittelwelle 542 im Körper 546. Bei dem Ausführungsbeispiel ist der erste Deckel 570 der Auslassdeckel und der zweite Deckel 574 der Einlassdeckel. Der Auslass- und der Einlassdeckel 570 bzw. 574 werden mit Hilfe üblicher, auf dem Markt erhältlicher Befestigungsvorrichtungen wie Schrauben, die in die Gewindebohrungen des Körpers 546 eingeschraubt werden, am Körper 546 befestigt. In der Mitte des ersten und zweiten Deckels 570 bzw. 574 befinden sich eine erste und zweite Bohrung 576 und 578, sodass das Gas durch den ersten und zweiten Deckel 570 bzw. 574 fließen kann.
  • Die Mittelwelle 542 wird unter Verwendung des auf ein präzises Maß bearbeiteten Abstandshalters 568 in der Bohrung 544 so verschoben, dass der am Eintrittsende 564 der Mittelwelle 542 befindliche Abstandshalter 568 und der am zylindrischen Abschnitt 552 der Mittelwelle 542 befindliche Federring 580 die Mittelwelle 542 positionieren und sie in ihrer eingemessenen Position halten. Bei dieser Konstruktionsausführung bleibt die Einmessung erhalten und kann mit einem Abstandshalter 568 anderer Abmessungen geändert werden.
  • Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Mittelwelle 542 mit Hilfe einer Stellschraube oder eines kalibrierten Haltezylinders am zweiten Ende 550 des Körpers 546 oder am schmalen Ende des konischen Abschnitts 556 der Mittelwelle 542 einzumessen. Der Abstandshalter 568 ist mit Gewinde versehen, und die Stellschraube kann eingestellt werden, indem sie nach rechts oder links gedreht wird, um die Mittelwelle 542 entsprechend der Einmessung zu positionieren. Die Stellschraube und der am zylindrischen Teil 552 der Mittelwelle 542 befindliche Federring 580 üben entsprechende Kräfte aus, die die Mittelwelle 542 in ihre Position bringen und diese dort halten, sodass zwischen dem konischen Abschnitt 556 der Mittelwelle 542 und der Oberfläche der konischen Bohrung 544 im Körper 546 ein gleichmäßiger, aber einstellbarer Spalt entsteht.
  • Der Körper 456 ist mit einer ersten Aufnahmeöffnung 582 und einer zweiten Aufnahmeöffnung 584 versehen, um die Druckdifferenzen in der Strömung um die konische Mittelwelle 542 zu überwachen. Die erste Aufnahmeöffnung 582 befindet sich oben am Körper 546 und erstreckt sich von der Oberseite des Körpers 546 zur konischen Bohrung 544 im Körper 546. Aus der Darstellung ist ersichtlich, dass sich die erste Aufnahmeöffnung 582 außerhalb oder am Ende des Spalts 560 befindet, der vom konischen Abschnitt 556 der Mittelwelle 542 und der konischen Bohrung 544 gebildet wird. Konkret befindet sich die erste Aufnahmeöffnung 582 zwischen dem zylindrischen Abschnitt 552 der Mittelwelle 542 und dem ersten Deckel 570.
  • Auch die zweite Aufnahmebohrung 584 befindet sich oben am Körper 546 hinter der ersten Aufnahmebohrung 582 oder in Richtung des schmaleren Endes der konischen Mittelwelle 542. Die zweite Aufnahmebohrung 584 erstreckt sich ebenfalls von der Oberseite des Körpers 546 zur konischen Bohrung 544. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass sich die zweite Aufnahmeöffnung 584 ebenso wie die erste Aufnahmeöffnung außerhalb oder am Ende des Spalts 560 befindet, der vom konischen Abschnitt 556 der Mittelwelle 542 und der konischen Bohrung 544 gebildet wird. Die zweite Aufnahmeöffnung 584 befindet sich konkret zwischen dem Einlassende 564 der Mittelwelle 542 und dem zweiten Deckel 574.
  • Die zweite Konstruktionsausführung des IGLS umfasst des Weiteren einen ersten Drucksensor oder Druckdifferenzsensor 586, einen zweiten Drucksensor oder Statikdrucksensor 590, einen Temperaturfühler 594, einen Verteiler 610 und eine Gehäusegrundplatte 620. Der Verteiler 610 leitet den Gasstrom von der ersten Aufnahmeöffnung 582 und der zweiten Aufnahmeöffnung 584 zum Druckdifferenzsensor 586, dem Statikdrucksensor 590 und dem Temperaturfühler 594. Der Verteiler 610 besteht aus einer ersten Öffnung 612 und einer zweiten Öffnung 614, die die erste Aufnahmeöffnung 582 und die zweite Aufnahmeöffnung 584 über die Gehäusegrundplatte 620 anschließen. Die Gehäusegrundplatte 620 ist so am Körper 546 befestigt, dass die erste Öffnung 622 und die zweite Öffnung 624 der Gehäusegrundplatte 620 mit der ersten Aufnahmeöffnung 582 und der zweiten Aufnahmeöffnung 584 verbunden sind, und der Verteiler 610 ist so an der Gehäusegrundplatte 620 befestigt, dass die erste Öffnung 612 und die zweite Öffnung 614 des Verteilers die Verbindung zur ersten Öffnung 622 bzw. zweiten Öffnung 624 der Gehäusegrundplatte 620 herstellen. Bei einem Ausführungsbeispiel bestehen der Verteiler 610 und die Gehäusegrundplatte 620 aus Standardstahl 316, die Gehäusegrundplatte 620 ist so an den Körper 546 angeschweißt, dass die Öffnungen 622 und 624 die Verbindung zu den Aufnahmeöffnungen 582 und 584 herstellen. Der Verteiler 610 wird ferner mit Schrauben an der Gehäusegrundplatte 620 befestigt; die Schrauben werden über im Verteiler 610 befindliche Bohrungen 611 in die Gewindebohrungen 621 in der Gehäusegrundplatte 620 eingeschraubt.
  • Der Verteiler 610 beschreibt einen ersten Strömungsweg 615, der die erste Öffnung 612 mit der ersten Öffnung 587 des Druckdifferenzsensors 586 pneumatisch verbindet, sowie einen zweiten Strömungsweg 617, der eine pneumatische Verbindung zwischen der zweiten Öffnung 614 und einer zweiten Öffnung 589 des Druckdifferenzsensors 588 herstellt. Der zweite Strömungsweg 617 verbindet zudem die zweite Öffnung 614 pneumatisch mit der Öffnung 591 des Statikdrucksensors und leitet den Gasstrom über eine im Verteiler 610 befindliche Temperatursensoraussparung 619. Dadurch setzen der erste Strömungsweg 615 und der zweite Strömungsweg 617 des Verteilers 610 die erste Öffnung 587 und die zweite Öffnung 589 des Druckdifferenzsensors 586 während des Betriebs im Wesentlichen dem gleichen Druck aus, der an der ersten Aufnahmeöffnung 582 und der zweiten Aufnahmeöffnung 584 ansteht. Außerdem bewirkt der zweite Strömungsweg 617, dass an der Öffnung des Statikdrucksensors 591 im Wesentlichen derselbe Druck anliegt wie an der zweiten Aufnahmeöffnung 584 und an der Temperatursensoraussparung 619 im Wesentlichen die gleiche Temperatur vorherrscht wie an der zweiten Aufnahmeöffnung 584.
  • Der Druckdifferenzsensor 586 erzeugt im Allgemeinen ein Differenzdrucksignal, das der gemessenen Druckdifferenz zwischen der ersten Öffnung 587 und der zweiten Öffnung 589 entspricht. Bei dem Ausführungsbeispiel sind die erste Öffnung 587 und die zweite Öffnung 588 über den Verteiler 610 pneumatisch mit der ersten Aufnahmeöffnung 582 und der zweiten Aufnahmeöffnung 584 verbunden. Demzufolge erzeugt der Druckdifferenzsensor 586 bei dem Ausführungsbeispiel ein Druckdifferenzsignal, das in einem linearen Verhältnis zu der zwischen der ersten Aufnahmeöffnung 582 und der zweiten Aufnahmeöffnung 584 ermittelten Druckdifferenz steht. Konkret kann der Druckdifferenzsensor dieses Ausführungsbeispiels Druckdifferenzen von 0 kPa bis 0,0249 kPa, 0,0747 kPa, 0,125 kPa, 0,249 kPa, 1,25 kPa, 2,49 kPa oder 6,72 kPa (Skalenendwert) messen und entsprechend den Messwerten ein lineares Differenzdrucksignal zwischen 0 und 5 V Gs (Skalenendwert) erzeugen.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel ist der Statikdrucksensor 590 zwecks Messung des statischen Drucks im Strömungsspalt 560 über ein säulenförmiges Gehäuse 592 mit der Öffnung des Statikdrucksensors 591 verbunden. Dabei ist der Statikdrucksensor 590 dem gleichen Gasstrom ausgesetzt, der auch an der zweiten Aufnahmeöffnung 584 ansteht. Der Statikdrucksensor 590 erzeugt ein Statikdrucksignal, das in einem linearen Verhältnis zum an der zweiten Öffnung 584 gemessenen statischen Druck steht. Insbesondere kann der Statikdrucksensor 590 dieses Ausführungsbeispiels statische Drücke von 0 kPa bis 1,379 kPa, 103,425 kPa, 206,85 kPa oder 689,5 kPa (Skalenendwert) messen und entsprechend den Messwerten ein lineares Statikdrucksignal zwischen 0 und 5 V Gs (Skalenendwert) erzeugen.
  • Da sich die erste Aufnahmeöffnung 582 und die zweite Aufnahmeöffnung 584 außerhalb oder am Ende des Spalts 560 befinden, reagieren der Druckdifferenzsensor 586 und der Statikdrucksensor 590 schneller auf Druckänderungen, wenn der Strömungsweg zu den Sensoren 586 und 590 kürzer ist und durch den Strömungsspalt 560 nicht gedrosselt wird. Bei geringerem Strom spielt die Ansprechempfindlichkeit eine größere Rolle, weil der Gasstrom, der an den Drucksensoren 586 und 590 anliegt, einfach geringer ist. Ein turbulenter Gasstrom steht zudem im direkten Verhältnis zur Geschwindigkeit des Gasstroms. Dementsprechend ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Erzeugung einer nicht turbulenten Strömung im Strömungsspalt 560 bei geringer Strömung weniger ein Problem als bei der ersten IGLS-Ausführung, da der Gasstrom infolge der geringen Geschwindigkeit kaum turbulent ist.
  • Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel befindet sich der Temperaturfühler 594 in der Temperaturfühleraussparung 619 im Verteiler 610. Konkret wird der Temperaturfühler 594 mit Hilfe einer thermischen Masse oder eines Klebers in der Temperaturfühleraussparung 619 befestigt. Er kann jedoch auch auf eine andere Art und Weise am Verteiler 610 befestigt werden. Der Temperaturfühler 594 kann eigentlich an jedem Punkt angebracht werden, an dem er die Temperatur des Gasstroms durch die Bohrung 544 genau messen kann. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird als Temperaturfühler 594 ein in der Industrie üblicher RTD-Sensor verwendet. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Temperaturfühler 594 Temperaturen zwischen 273 K und 353 K messen und dementsprechend lineare Temperatursignale zwischen 0 und 5 V Gs erzeugen.
  • Eine an die Sensoren angeschlossene Mikrosteuerung 596 zeichnet alle Messungen auf, erstellt mathematische Korrelationspolynomgleichungen, führt einen Temperatur- und Druckausgleich durch, zeigt die Werte einschließlich Druck, Durchflussmenge, Gesamtmenge und sonstige Werte an einem LCD-Display an, steuert die Ventilfolge bei der Durchführung der Dichtheitsprüfung unter Verwendung digitaler Input/Output-Signale, kommuniziert mit einem Personalcomputer zwecks Einstellung und Datenerfassung, regelt den Druck/Durchfluss und sendet analoge Signale an entfernte Geräte wie Personalcomputer. Die Mikrosteuerung 596 kann Messungen und Berechnungen für Gasströme in beide Richtungen im Körper vornehmen. Außerdem kann die Mikrosteuerung 596 die Beschleunigung und Verzögerung für die Empfindlichkeit und Wiederholbarkeit der Berechnungen bestimmen. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Mikrosteuerung 596 einen oder mehrere Analog-/Digitalwandler, die das Differenzdrucksignal, das Statikdrucksignal und das Temperatursignal empfangen und diese in digitale Signale oder Werte umwandeln. Die Mikrosteuerung 596 muss aber keinen Analog-/Digitalwandler aufweisen, wenn der Differenzdrucksensor 586, der Statikdrucksensor 590 und der Temperaturfühler 594 so konzipiert sind, dass sie digitale Signale anstelle von analogen Signalen geben. Die Mikrosteuerung 596 umfasst einen oder mehrere Digital-/Analogwandler zur Steuerung der Strömungsregler 246, 346 und 446 und/oder des Druckreglers 392.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel befinden sich die Mikrosteuerung 596, der Differenzdrucksensor und der Statikdrucksensor 90 in einem eine Gehäusegrundplatte 620 umfassenden Gehäuse oder einem geschlossenen Raum, um die Bauteile vor Beschädigung zu schützen und die gesamte Vorrichtung attraktiver zu gestalten. Außen am Gehäuse befindet sich ein LCD-Display, das verschiedene Werte anzeigt und dem Nutzer so die Messergebnisse und weitere Daten mitteilt. Zum Starten oder Stoppen eines Tests befindet sich außen am Gehäuse ferner eine Start-/Stopptaste.
  • Nach der Erläuterung des Aufbaus der Ausführungsbeispiele sollen nun die Gleichungen und Methoden zur Berechnung des Durchflusses und zur Bestimmung von Undichtheiten betrachtet werden. Wie bereits angeführt, kann für die Dichtheitsprüfsysteme 20, 200, 300 und 400 entweder die in 10 dargestellte erste IGLS-Ausführung oder die zweite IGLS-Ausführung aus 16 verwendet werden. Im Folgenden wird erläutert, dass die Dichtheitsprüfsysteme 20, 200, 300 und 400 auch entweder im Laminar- oder Molekularströmungsmodus betrieben werden können. Nach der allgemeinen Klassifikation befinden sich Gasströme entweder in Kontinuum-, Gleit-, Übergangs- oder in freier Molekularströmung. Dabei gilt für die Kontinuumströmung im Allgemeinen eine Knudsenzahl Kn unter 0,01, für die Gleitströmung ein Kn-Wert zwischen 0,01 und 0,1, für die Übergangsströmung ein Kn-Wert zwischen 0,1 und 3,0, und die freie Molekularströmung weist einen Kn-Wert über 3,0 auf. Die Knudsenzahl Kn wird üblicherweise nach der folgenden Formel (1) berechnet: Kn = λ/L, (1) wobei λ die mittlere freie Weglänge und L das signifikante charakteristische Längenmaß ist.
  • Fachleute wissen, dass die mittlere freie Weglänge λ zumeist von den Eigenschaften des Gases wie Temperatur, Druck, Dichte usw. abhängt, während das signifikante charakteristische Längenmaß L von der Geometrie der Vorrichtung bestimmt wird, durch die das Gas fließt. So kann eine Person problemlos die Betriebsbedingungen und die Maße des Strömungsspalts 60 und 560 einstellen, um die gewünschte Knudsenzahl Kn und damit die für einen bestimmten Test gewünschte Betriebsart zu erreichen.
  • Während für die Modellierung des Gasstroms in Kontinuum-, Gleit-, Übergangs- und freier Molekularströmung verschiedene mathematische Modelle verwendet werden können, wurden für das Dichtheitsprüfsystem 20, 200, 300, 400 unter Verwendung von nur zwei mathematischen Modellen für die Berechnung der im Prüfzeitraum entnommenen Gesamtmenge äußerst genaue Ergebnisse erzielt. In der Patentschrift wird das erste mathematische Modell als Laminarströmungsmodell und das zweite Modell als Molekularströmungsmodell bezeichnet. Bei einem Ausführungsbeispiel trennt die Knudsenzahl Kn von 0,6 das Laminarströmungsmodell vom Molekularströmungsmodell. Ist das Dichtheitsprüfsystem 20, 200, 300, 400 also so konzipiert, dass im Strömungsspalt 60, 560 ein Gasstrom mit einer Knudsenzahl Kn unter 0,6 entsteht, wird der Gasstromparameter bei dem Dichtheitsprüfsystem 20, 200, 300, 400 während des Prüfzeitraums nach dem Laminarströmungsmodell berechnet. Ist das Dichtheitsprüfsystem 20, 200, 300, 400 so konzipiert, dass im Strömungsspalt 50, 560 ein Gasstrom mit einer Knudsenzahl Kn über 0,6 erzeugt wird, wird der Gasstromparameter während des Prüfzeitraums bei diesem System hingegen nach dem Molekularströmungsmodell berechnet.
  • Bei Verwendung des Laminarströmungsmodells oder des Molekularströmungsmodells werden die Strömungsberechnungsalgorithmen des Ausführungsbeispiels in Viskositätsberechnungen, Dichteberechnungen, Volumenstromberechnungen, Mengenflussberechnungen, Temperaturausgleich und Gesamtmengenberechnungen segmentiert. Die Gleichungen für die Viskositätsberechnung und die Dichteberechnung sind bekannt. Die Gleichungen für die Berechnung des Volumenstroms, des x-Werts (siehe weiter unten) und des Mengendurchflusses sind Abwandlungen von Gleichungen, die einer Veröffentlichung entnommen wurden (Proceeding of the Second International Symposium an Flow/Protokoll des Zweiten Internationalen Strömungssymposiums/vom 23.–26. März 1981 in St. Louis, Mo., gesponsert von der Instrument Society of America ISA, Autor: David A. Todd). Dank der Kombinierbarkeit dieser Gleichungen kann die Software eine allgemeine Kalibrierungskurve verwenden, die sich im Mikroprozessor 96, 596 befindet. Somit werden die Gaskonstante (R), der Kompressibilitätsfaktor z und die Viskositätsdaten für ein bestimmtes Gas und einen Druck vom Softwareprogramm heruntergeladen, und es erübrigt sich eine Neukalibrierung des Sensors.
  • Die Gleichungen für den Temperaturausgleich wurden erarbeitet, um der Wärmeausdehnung Rechnung zu tragen. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Komponenten, die mit dem Gasstrom in Kontakt kommen, aus dem gleichen Material, sodass alle Komponenten gleiche Temperaturwirkungen zeigen.
  • Beim Laminarströmungsmodell wird die temperaturabhängige Viskosität nach der folgenden Formel berechnet (2): μ = μo(1 + C(T – To)), (2) wobei μo die Viskosität bei der Temperatur To, To die Kalibrierungstemperatur, C ein konstanter Richtungskoeffizient für einen bestimmten Gastyp und T die Gastemperatur (d. h. die mit den Temperaturfühlern 94, 594 gemessene Temperatur) ist.
  • Die Dichte wird nach der folgenden Formel berechnet:
    Figure 00380001
    wobei D die Gasdichte, R die allgemeine Gaskonstante, T die vom Temperaturfühler 94, 594 gemessene absolute Gastemperatur (K), Ps der vom Statikdrucksensor 90, 590 gemessene absolute Druck (kPa) und z ein Kompressibilitätsfaktor für das Gas ist.
  • Der bei den Strömungsberechnungen verwendete Wert x wird wie folgt berechnet:
    Figure 00380002
    wobei dP die gemessene Druckdifferenz in Analog-/Digitalanzeige ist.
  • Die Berechnung des Volumenstroms basiert auf dem Polynomkoeffizienten und der Druckdifferenzmessung und erfolgt nach der folgenden Formel: Q = (Co + C1x + C2x2 + C3x3)·μ/D (5)
  • Der Mengenstrom wird nach der folgenden Formel berechnet: dM/dt = (Co + C1x + C2x2 + C3x3)·μ (6)
  • Die Koeffizienten C0, C1, C2 und C3 unterscheiden sich im Allgemeinen aufgrund der thermischen Volumenausdehnung der Mittelwelle 42 von Temperatur zu Temperatur. Ausgehend von der Kalibrierung im gewünschten Temperaturbereich wurde der Faktor K entwickelt, der diesen Änderungen Rechnung trägt. K hängt von der Wärmeausdehnungszahl α des verwendeten Materials ab. Somit gelten für den Temperaturausgleich die folgenden Formeln: Q = K(C0 + C1x + C2x2 + C3x3)·μ/D (7) dM/dt = K·(C0 + C1x + C2x2 + C3x3)·μ (8) K = 1 + α1·(T – T0) + α2·(T – T0)2 (9)
  • Aus den Werten für die Mengendurchflussrate dm/dt, für die ein Temperaturausgleich erfolgt ist, lässt sich die Gesamtmenge M des Gasstroms über einen Prüfzeitraum Tp aus der folgenden Gleichung berechnen:
    Figure 00390001
    wobei im Wesentlichen die Mengendurchflussrate dM/dt über den Prüfzeitraum Tp integriert wird. Fachleuten ist bekannt, dass die obige Integration in einem diskreten System durch Multiplikation der für ein jedes diskretes Intervall n über den Prüfzeitraum Tp bestimmten Mengendurchflussrate (dM/dt)n mit der Dauer tn eines jeden diskreten Intervalls n und Summierung der Produkte entsprechend der folgenden Formel approximiert werden kann.
  • Figure 00390002
  • Bei geringem Gasaustritt hat sich gezeigt, dass die Koeffizienten C0, C2 und C3 aus den obigen Gleichungen (9) und (10) Null oder klein genug sind, um gleich Null gesetzt werden zu können, ohne die Genauigkeit der Strömungsmessungen der Undichtheitsprüfsysteme 20, 200, 300, 400 zu beeinträchtigen. Dementsprechend ist bei geringen Undichtheiten der Volumenstrom des Gases durch den IGLS nicht von der Gasdichte abhängig, wie aus der folgenden Gleichung ersichtlich ist: Q = K'·dP/μ, (12) wobei K' ein zusammengesetzter Koeffizient aus dem Produkt aus C1 und K ist. Die Mengenströmung kann dann aus dem Volumenstrom nach Gleichung (13) berechnet werden. dM/dt = Q·D, (13) wobei Q der nach Gleichung (12) berechnete Volumenstrom und D die Gasdichte ist, die nach Gleichung (3) berechnet wurde.
  • Aus der folgenden Gleichung (14), bei der es sich um die für die Berechnung des Volumenstroms Q umgeformte Gleichung (13) handelt, ist der Verstärkungseffekt deutlicher erkennbar, den die Dichte D bei einer gegebenen Mengendurchflussrate dM/dt auf den Volumenstrom Q hat: Q = (dM/dt)/D (14)
  • So bewirkt die Erhöhung des Volumenstroms Q durch den IGLS 9, 220, 320, 420 eine größere Druckdifferenz dP über den IGLS 9, 220, 320, 420 am Druckdifferenzsensor der Dichtheitsprüfsysteme 20, 200, 300, 400. Aus den obigen Gleichungen kann abgeleitet werden, dass eine Absenkung des statischen Drucks (d. h. des Referenzdrucks), mit dem die Drucksysteme 14, 240, 340, 440 die UUT beaufschlagen, bei gleichzeitiger Beibehaltung aller anderen Faktoren zu einer Erhöhung des Volumenstroms Q durch den IGLS 9, 220, 320, 420 führt. Bei einer Absenkung des Referenzdrucks erhöhen sich die Druckdifferenz dP und der Volumenstrom Q, bis die Gasgeschwindigkeit die Schallgeschwindigkeit erreicht, und an diesem Punkt wird der Strom zu einem „gedrosselten” Strom. Hat die Gasgeschwindigkeit die Schallgeschwindigkeit erreicht, bewirkt eine weitere Absenkung des Referenzdrucks eine Erhöhung der Druckdifferenz dP, jedoch nicht des Volumenstroms Q, die höhere Druckdifferenz dP führt jedoch nicht zu einer Erhöhung des vom Statikdrucksensor 90, 590 gemessenen Statikdrucks, was einen höheren Mengenstrom M bei gleichem Volumenstrom Q bewirkt.
  • Wird der IGLS 9, 220, 320, 420 über die Drucksysteme 14, 240, 340, 440 mit einem geringen Druck beaufschlagt, kann der IGLS 9, 220, 320, 420 unter Anwendung des obigen Laminarströmungsmodells kleinere Mengenströme (z. B. 5 Mikrogramm/min) genau messen. So führt zum Beispiel eine Mengendurchflussrate von etwa 1162 Mikrogramm Luft/min bei 50,6 kPa zu einem Volumenstrom von etwa 2 cm3/min. Bei 101,3 kPa (etwa Luftdruckbedingungen) bewirkt der gleiche Mengenstrom einen Volumenstrom von ca. 1 cm3/min. Es wurde ein IGLS gebaut, der ein starkes Vakuum von 5 kPa verwendet und im Laminarströmungsmodus auch niedrige Mengendurchflussraten wie 5 Mikrogramm Luft/min genau messen kann. Ein starkes Vakuum bedeutet im vorliegenden Fall einen Referenzdruck unter 50,6 kPa und konkret einen Wert zwischen 25,3 kPa und 1,33 kPa.
  • Für den Molekularströmungsmodus hat der Anmelder festgestellt, dass die Mengendurchflussrate dM/dt durch den IGLS 9, 220, 320, 420 im linearen Verhältnis zur Druckdifferenz dP steht, die vom Druckdifferenzsensor unabhängig vom Eingangsdruck gemessen wird. So kann der IGLS 9, 220, 320, 420 die Mengendurchflussrate einfach mit Hilfe der Druckdifferenz dP und der Kalibrierungskonstanten nach der folgenden Formel (15) berechnen: dM/dt = C4 + (C5·dP,) (15) wobei C4 und C5 die Kalibrierungskonstanten sind. Da der Druckdifferenzsensor bei einem Ausführungsbeispiel ein Druckdifferenzsignal erzeugt, das in einem linearen Verhältnis zur am Druckdifferenzsignal anstehenden Druckdifferenz steht, verwendet der IGLS 9, 220, 320, 420 für den dP-Wert in Gleichung (15) einfach den Analog-/Digitalwert oder einen Referenzwert. Jedoch kann der IGLS 9, 220, 320, 420 die tatsächliche Druckdifferenz dP auch bestimmen und diesen Wert in der Gleichung (15) verwenden.
  • Um in den Molekularströmungsmodus zu gelangen, setzt das Drucksystem 14, 240, 340, 440 den IGLS 9, 220, 320, 420 im Allgemeinen einem sehr geringen Druck aus, damit der Gasstrom durch den Strömungsspalt 60, 560 eine Knudsenzahl über 0,6 aufweist. Wird dem IGLS 9, 220, 320, 420 über die Drucksysteme 14, 240, 340, 440 ein äußerst niedriger Druck zugeführt, kann der IGLS 9, 220, 320, 420 geringe Mengenströme genau messen. So wurden insbesondere die Dichtheitsprüfsysteme 20, 200, 300, 400 entwickelt, die Mengendurchflussraten unter 50 Mikrogramm/min, unter 10 Mikrogramm/min, unter 5 Mikrogramm/min, unter 1 Mikrogramm/min und unter 0,02 Mikrogramm/min genau messen können. Ein besonders starkes Vakuum bedeutet in diesem Fall einen Referenzdruck unter 1,33 kPa, insbesondere einen Wert unter 0,665 kPa und noch konkreter unter 0,133 kPa.
  • Bei den Ausführungsbeispielen wird für den IGLS 20, 200, 300, 400 Computersoftware verwendet, die sich in der Mikrosteuerung 596 befindet und dem Nutzer eine problemlose Einstellung der Funktionsparameter sowie die Einbeziehung der vorstehend erörterten mathematischen Gleichungen ermöglicht. Die eingebaute Software verwendet „Merker” für die einzelnen Anwendungen. Im Folgenden wird die Software Leak-TestTM beschrieben, die auf einem Universalcomputer läuft, der, wenn erforderlich, an den IGLS 9 angeschlossen werden kann, um den IGLS 9 zu konfigurieren, Daten vom IGLS 9 zu empfangen und Daten des IGLS 9 für künftige Analysen zu speichern. Der von der Software verwendete Prozess wird aus der nachfolgenden Beschreibung der Bildschirmfenster der Software und dem bereits beschriebenen Fließbild von 3 deutlich.
  • Das anfangs erscheinende Hauptfenster der Software Leak-TestTM ermöglicht dem Nutzer die Eingabe der Prüfparameter (Setup-Fenster), die Konfigurierung der Software und des IGLS 9 oder die Kalibrierung des IGLS 9 (Kalibrierungs- und Konfigurierungsfenster), das Laden und die Analyse von Dateien, die frühere Prüfdaten enthalten (SPC-Fenster), oder das Verlassen des Softwareprogramms (Hauptfenster).
  • Das Setup-Fenster ermöglicht dem Nutzer die Ausführung verschiedener Aufgaben sowie den Zugriff auf ein Run-Fenster und ein Teildatenfenster. Über das Setup-Fenster kann der Nutzer die folgenden Funktionen ausführen:
    • – Wahl eines Sensors für die Prüfung
    • – Auswahl der Temperatur-, Druck-, Zeitbasis- und Durchflussmengeneinheiten aus einer festgelegten Liste
    • – Eingabe der Prüfparameter wie Nummer, Name oder Bezeichnung des Teils und Verzögerung der Prüfbefüllung
    • – Eingabe von Daten zu den Parametern des bei einer Prüfung verwendeten Gases
    • – Hinzufügen, Löschen oder Laden von Daten für ein Teil aus einer Datenbankdatei
    • – Einstellung des Drucks, bei dem die Prüfung durchgeführt werden soll
    • – Einstellung der Druckober- und -untergrenzen, die beim Erreichen bzw. Überschreiten eine Fehlermeldung auslösen
    • – Durchführung einer Dichtheitsprüfung über das Run-Fenster
    • – Speichern der Setup-Fenster-Parameter in einer Datei
    • – Herunterladen der Setup-Fenster-Parameter auf den IGLS 9 einschließlich der Gaskonstanten
    • – Hochladen der Setup-Parameter vom IGLS 9
    • – Verlassen des Setup-Fensters und Rückkehr zum Hauptfenster
    • – Drucken der aktuellen Setup-Daten
  • Das Run-Fenster, auf das über das Hauptfenster zugegriffen werden kann, ermöglicht dem Nutzer die Wahl eines Sensors für die Prüfung, die Speicherung der Prüfdaten in einer Datei zwecks Analyse der statistischen Prozessregelung (SPC), die automatische Speicherung der Prüfdaten in einer Datei zwecks SPC-Analyse für jede durchgeführte Prüfung oder die Rückkehr zum Hauptfenster.
  • Das Setup-Fenster ermöglicht dem Nutzer die Wahl der Setup-Daten für das jeweilige Teil aus einer Datei, das Hinzufügen einer neuen Teilnummer und -bezeichnung zur Teiledatei, das Löschen eines nicht mehr benötigten Teils aus der Datei oder die Rückkehr zum Hauptfenster.
  • Das Konfigurationsfenster, auf das vom Hauptfenster aus zugegriffen werden kann, ermöglicht dem Nutzer die Wahl eines Sensors für eine Prüfung, die Eingabe der PID-Parameter, die Wahl des vom Computer für die Kommunikation mit der Mikrosteuerung 96, 596 verwendeten COMM-Ports, die Bereitstellung der von der Mikrosteuerung 96, 596 für die Durchführung der jeweiligen Strömungsberechnungen benötigten Koeffizienten, die Freigabe zum Festklemmen, zum automatischen Füllen, zur automatischen Einleitung von Druck oder Vakuum, zur Durchführung der Gesamtmengenberechnungen, der Gesamtvolumenberechnungen, der Berechnungen der Mengendurchflussrate und des Volumenstroms, die Einstellung der Puffergröße für einen bestimmten Prüfdatensatz, die Speicherung der Konfigurationsparameter in einer Datei, das Herunterladen der Konfigurationsparameter auf einen Sensor während des Tests und in eine Datei, das Hochladen der Konfigurationsparameter von einem Sensor oder die Rückkehr zum Hauptfenster. Über das Konfigurationsfenster gelangt der Nutzer ferner in das Kalibrierungsfenster. Das Kalibrierungsfenster bietet drei Kalibrierungsmöglichkeiten: Temperatur, Durchflussrate und statischer Druck. Jede dieser drei „Tasten” im Konfigurationsfenster kann gewählt werden und erteilt dem Nutzer Zugang zum Kalibrierungsfenster. Mit der Wahl der „Taste” im Konfigurationsfenster wird der im Kalibrierungsfenster zu kalibrierende Sensor gewählt.
  • Im Konfigurationsfenster kann der Nutzer ferner den Betriebsmodus wählen. So kann der Nutzer einen automatischen Dichtheitsprüfmodus, bei dem die Mikrosteuerung 96, 596 die Ventile des Prüfsystems steuert, oder auch einen manuellen Dichtheitsprüfmodus wählen, bei dem die Prüfung in manueller Form ohne PID-Regelung durchgeführt wird.
  • Wie bereits dargelegt, kann der Zugang zum Kalibrierungsfenster über das Konfigurationsfenster erfolgen. Das Kalibrierungsfenster ermöglicht dem Nutzer die Eingabe eines Standards in die dritte Spalte der Kalibrierungsparametertabelle zwecks Bestimmung einer Fehlerquote während des Kalibrierungsprozesses, die Prüfung der Abweichung und des Richtungsverlaufs der erfassten Kalibrierungsdaten, die Erfassung eines Zählimpulses für die Datenanalyse, das Herunterladen neuer Kalibrierungsparameter auf den IGLS 9, das Entfernen eines Datenpunkts oder die Rückkehr zum Konfigurationsfenster.
  • Das letzte über das Hauptfenster zugängliche Fenster ist das SPC-Fenster. Es gestattet dem Nutzer die Betrachtung der X-Bar- und R-Charts aus ASCII-CSV-Dateien (CSV – comma separated value – durch Komma getrennter Wert), die aus dem Prüffenster erzeugt wurden, das Laden der CSV-Datei zwecks Analyse, die Prüfung einer SPC-Analyse der jeweils geladenen CSV-Datei oder die Rückkehr zum Hauptfenster.
  • Obgleich die Erfindung in den Zeichnungen und der obigen Beschreibung ausführlich dargestellt und erläutert wurde, sind diese Darstellung und Beschreibung als Ausführungsbeispiele zu betrachten, die die Erfindung nicht einschränken. FIG. 1
    Pressure system Drucksystem
    Air supply Luftzufuhr
    Vacuum pump Vakuumpumpe
    Vacuum accumulator Vakuumspeicher
    Test chamber Prüfkammer
    By-pass valve Bypassventil
    IGLS IGLS
    FIG. 2
    UUT UUT
    FIG. 3
    Begin Start
    31 Einbringen der UUT in die Prüfkammer
    32 Festklemmen und Verschließen der Prüfkammer
    33 Trennen der Prüfkammer von der Umgebung zwecks Erhalt eines geschlossenen Prüfsystems
    34 Öffnen des Ventils für den Beginn der schnellen Entnahme
    35 Schließen des Ventils zur Beendigung der schnellen Entnahme und Abwarten eines Stabilisierungszeitraums
    36 Initialisierung des Gasflussparameters, der auf eine virtuelle Fehlergröße hinweist
    37 Bestimmung des Gasflussparameters während des Prüfzeitraums
    38 Ist aus der UUT im festgelegten Druckbereich eine unzulässige Gasmenge ausgetreten?
    Yes Ja
    39 Anzeige, dass die UUT die Dichtheitsprüfung nicht bestanden hat
    No Nein
    40 Anzeige, dass die UUT die Dichtheitsprüfung bestanden hat
    41 Prüfkammer drucklos machen und lösen
    End Ende
    FIG. 4
    Pressure system Drucksystem
    IGLS IGLS
    UUT UUT
    Valve controller Ventilsteuerung
    FIG. 5
    Begin Start
    231 Einbringen der UUT in die Prüfkammer
    232 Festklemmen und Verschließen der Prüfkammer
    233 Trennen der Prüfkammer von der Umgebung zwecks Erhalt eines geschlossenen Prüfsystems
    234 Öffnen des Einlassventils und des Bypassventils für den Beginn der schnellen Entnahme
    235 Schließen des Bypassventils und Stabilisierungszeitraum abwarten
    236 Initialisierung des Gasflussparameters, der auf eine virtuelle Fehlergröße hinweist
    237 Bestimmung des Gasflussparameters während des Prüfzeitraums bei Einstellung des IGLS-Drucks
    238 Ist aus der UUT im festgelegten Druckbereich eine unzulässige Gasmenge ausgetreten?
    Yes Ja
    239 Anzeige, die UUT die Dichtheitsprüfung nicht bestanden hat
    No Nein
    241 Anzeige, dass die UUT die Dichtheitsprüfung bestanden hat
    243 Druckentlastung und Lösen der Prüfkammer
    End Ende
    FIG. 6
    Controllable pressure system Regelbares Drucksystem
    IGLS IGLS
    UUT UUT
    UUT pressure system UUT-Drucksystem
    Valve controller Ventilsteuerung
    FIG. 7
    Begin Anfang
    311 Einbringen der UUT in die Prüfkammer
    312 UUT-Drucksystem an Öffnung in der UUT anschließen
    332 Festklemmen und Verschließen der Prüfkammer
    333 Trennen der Prüfkammer von der Umgebung zwecks Erhalt eines geschlossenen Prüfsystems
    334 Öffnen des Einlassventils und des Bypassventils für den Beginn der schnellen Entnahme
    335 Schließen des Bypassventils, Erhöhung des Innendrucks der UUT, Stabilisierungszeitraum abwarten
    336 Initialisierung des Gasflussparameters, der auf eine virtuelle Fehlergröße hinweist
    337 Bestimmung des Gasflussparameters während des Prüfzeitraums bei Einstellung des IGLS-Drucks
    338 Ist aus der UUT im festgelegten Druckbereich eine unzulässige Gasmenge ausgetreten?
    Yes Ja
    339 Anzeige, dass die UUT die Dichtheitsprüfung nicht bestanden hat
    No Nein
    341 Anzeige, dass die UUT die Dichtheitsprüfung bestanden hat
    343 Druckentlastung und Lösen der Druckkammer
    End Ende
    FIG. 8
    Controllable pressure system Regelbares Drucksystem
    IGLS IGLS
    UUT UUT
    Valve controller Ventilsteuerung
    FIG. 9
    Begin Start
    431 Anschluss der UUT an den IGLS über die Einlassleitung
    434 Öffnen des Einlassventils und des Bypassventils für den Beginn der schnellen Entnahme
    435 Schließen des Bypassventils und Stabilisierungszeitraum abwarten
    436 Initialisierung des Gasflussparameters, der auf eine virtuelle Fehlergröße hinweist
    437 Bestimmung des Gasflussparameters während des Prüfzeitraums bei Einstellung des IGLS-Drucks
    438 Ist aus der UUT im festgelegten Druckbereich eine unzulässige Gasmenge ausgetreten?
    Yes Ja
    439 Anzeige, dass die UUT die Dichtheitsprüfung nicht bestanden hat
    No Nein
    441 Anzeige, dass die UUT die Dichtheitsprüfung bestanden hat
    443 Druckentlastung der UUT
    End Ende
    FIG. 16
    Processor power supply Stromversorgung des Prozessors

Claims (12)

  1. Dichtheitsprüfsystem (20, 200, 300, 400) zum Prüfen eines Produkts auf Undichtheiten, bestehend aus einem Drucksystem (14, 240, 340, 445), das während eines Prüfzeitraums einen Referenzdruck erzeugt, und einem Strömungssensor (9, 220, 320, 420), der einen Eintrittskanal (76, 576) für die Aufnahme eines ersten Drucks, einen Austrittskanal (78, 578), ein Strömungselement, das einen laminaren Strömungsweg für den Gasstrom von dem Eintrittskanal zu dem Austrittskanal definiert, und einen Drucksensor (86, 88, 586) umfasst, der dazu ausgelegt ist, dass er eine Druckdifferenz über den laminaren Strömungsweg misst, wobei der Strömungssensor (9, 220, 320, 420) in einem Laminar-, Gleit-, Übergangs- und/oder Molekularströmungsmodus betrieben werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksystem (14, 240, 340, 440) und der Strömungssensor (9, 220, 320, 420) dazu ausgelegt sind, dass ein Gasstrom durch einen Strömungsspalt (60, 660) zwischen dem Drucksystem und dem Produkt erzeugt wird und der Gasstrom einen Knudsen-Wert über 0,6 aufweist und dass das System (20, 200, 300, 400) einen ersten Wert erzeugen kann, der dahingehend repräsentativ für den Massendurchfluss des Gasstroms durch den Strömungsspalt (60, 560) ist, dass der Wert im linearen Verhältnis zur Druckdifferenz steht, und ausgehend von dem für den Massendurchfluss repräsentativen Wert bestimmen kann, ob während des Prüfzeitraums eine unzulässige Menge aus dem Produkt ausgetreten ist.
  2. Dichtheitsprüfsystem nach Anspruch 1, das des Weiteren eine Mikrosteuerung (96, 596) umfasst, die zwecks Empfang des Druckdifferenzsignals an den Druckdifferenzsensor (86, 586) angeschlossen und dazu vorgesehen ist, den für den Massendurchfluss des Gasstroms durch den Strömungsspalt (60, 560) repräsentativen Wert zu erzeugen und ausgehend von dem für den Massendurchfluss repräsentativen Wert bestimmt, ob während des Prüfzeitraums eine unzulässige Menge aus dem Produkt ausgetreten ist.
  3. Dichtheitsprüfsystem nach Anspruch 2, wobei die Mikrosteuerung (96, 596) dazu vorgesehen ist, den für den Massendurchfluss des Gasstroms durch den Strömungssensor (9, 220, 320, 420) repräsentativen Wert zu berechnen, ausgehend von dem ersten Wert einen zweiten Wert zu berechnen, der die Gesamtmenge des während des Prüfzeitraums durch den Strömungsspalt fließenden Gasstroms repräsentiert und ausgehend von dem zweiten, für die Gesamtmasse repräsentativen Wert zu bestimmen, ob während des Prüfzeitraums eine unzulässige Menge aus dem Produkt ausgetreten ist.
  4. Dichtheitsprüfsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der laminare Strömungsweg zum Teil durch eine konische Oberfläche definiert ist.
  5. Dichtheitsprüfsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Strömungssensor einen Körper (46, 546) mit einer konischen Bohrung (44, 544) zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Körpers umfasst, eine erste Aufnahmeöffnung (82, 582), die durch den Körper zur konischen Bohrung verläuft, eine zweite Aufnahmeöffnung (84, 584), die durch den Körper zur konischen Bohrung verläuft, eine Mittelwelle (42, 52), die zwecks Bildung des Strömungsspalts (60, 560) so in der konischen Bohrung (46, 546) angeordnet ist, dass sich das erste Ende der Mittelwelle (42, 52) in der konischen Bohrung (46, 546) und das zweite Ende der Mittelwelle (42, 52) in der konischen Bohrung (46, 546) befindet, wobei sich die erste Aufnahmeöffnung (82, 582) zwischen dem ersten Ende des Körpers und dem ersten Ende der Mittelwelle und die zweite Aufnahmeöffnung (84, 584) zwischen dem zweiten Ende des Körpers und dem zweiten Ende der Mittelwelle befindet, wobei der Druckdifferenzsensor (86, 88, 586) über die erste Aufnahmeöffnung (82, 582) und die zweite Aufnahmeöffnung (84, 584) mit der konischen Bohrung (46, 546) verbunden ist, wobei der Druckdifferenzsensor (86, 88, 586) ein Differenzdrucksignal erzeugen kann, das repräsentativ ist für die zwischen der ersten Aufnahmeöffnung (82, 582) und der zweiten Aufnahmeöffnung (84, 584) bestehende Druckdifferenz und wobei der Strömungssensor eine Mikrosteuerung (96, 596) umfasst, die zwecks Empfang des Differenzdrucksignals mit dem Differenzdrucksensor (86, 88, 586) verbunden ist, wobei die Mikrosteuerung (96, 596) ausgehend vom Differenzdrucksignal bestimmen kann, ob während des Prüfzeitraums eine unzulässige Menge aus dem Produkt ausgetreten ist.
  6. Dichtheitsprüfsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei der Strömungssensor einen Körper (546) umfasst mit einer konischen Bohrung (544) zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Körpers, einer ersten Aufnahmeöffnung (582), die durch den Körper zur konischen Bohrung verläuft, und einer zweiten Aufnahmeöffnung (584), die durch den Körper zur konischen Bohrung verläuft, einer Mittelwelle (52), die sich zwecks Bildung des Strömungsspalts (560) in der konischen Bohrung befindet, einem Verteiler (610), der so mit dem Körper (546) verbunden ist, dass der Verteiler (610) die erste Aufnahmeöffnung (582) des Körpers zu einer ersten Öffnung (612) des Verteilers und die zweite Aufnahmeöffnung (584) des Körpers zu einer zweiten Öffnung (614) des Verteilers führt, wobei der Differenzdrucksensor (586) über die erste Öffnung (612) und die zweite Öffnung (614) des Verteilers (610) mit der ersten Aufnahmeöffnung (582) und der zweiten Aufnahmeöffnung (584) verbunden ist und der Differenzdrucksensor (586) ein Differenzdrucksignal erzeugen kann, das repräsentativ ist für den zwischen der ersten Aufnahmeöffnung (582) und der zweiten Aufnahmeöffnung (584) bestehenden Differenzdruck und wobei der Strömungssensor eine Mikrosteuerung (596) umfasst, die zwecks Empfang des Differenzdrucksignals mit dem Differenzdrucksensor (586) verbunden ist, wobei die Mikrosteuerung (596) ausgehend vom Differenzdrucksignal bestimmen kann, ob während des Prüfzeitraums eine unzulässige Menge aus dem Produkt ausgetreten ist.
  7. Dichtheitsprüfsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der für den Massendurchfluss repräsentative Wert weniger als 50 Mikrogramm pro Minute oder weniger als 10 Mikrogramm pro Minute oder weniger als 5 Mikrogramm pro Minute oder weniger als 1 Mikrogramm pro Minute oder weniger als 0,02 Mikrogramm pro Minute beträgt.
  8. Dichtheitsprüfsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, das zudem eine Kammer (12, 280, 380) umfasst, die so dimensioniert ist, dass sie ein Produkt aufnehmen kann, wobei der Strömungssensor (9, 220, 320, 420) über den Austrittskanal (78, 578) mit dem Drucksystem (14, 240, 340, 440) und über den Eintrittskanal (76, 576) mit der Kammer (12, 280, 380) verbunden ist und der Strömungssensor (9, 220, 320, 420) den Referenzdruck über den Eintrittskanal (78, 578) erhalten, den Referenzdruck über den Austrittskanal in die Kammer (12, 280, 380) leiten und durch das Einleiten des Referenzdrucks in die Kammer einen Gasstrom in entweder einem Übergangs- oder Molekularströmungsmodus von der Kammer (12, 280, 380) durch den Strömungssensor (9, 220, 320, 420) zum Drucksystem (14, 240, 340, 440) erzeugen kann.
  9. Dichtheitsprüfsystem nach Anspruch 8, wobei das Drucksystem (14, 240, 340, 440) einen Strömungsregler (8, 246, 346, 446) umfasst, der mit dem Strömungssensor (9, 220, 320, 420) verbunden ist, und der Strömungsregler (8, 246, 346, 446) den in der Kammer (12, 280, 380) anstehenden Referenzdruck regeln kann, der Strömungssensor (9, 220, 320, 420) einen Statikdrucksensor (90, 590) umfasst, der den im Strömungssensor (9, 220, 320, 420) erzeugten statischen Druck misst, und wobei der Strömungssensor (9, 220, 320, 420) den Referenzdruck mit Hilfe des Strömungsreglers (8, 246, 346, 446) regeln kann, um den statischen Druck im Strömungssensor (9, 220, 320, 420) auf einem vorbestimmten Niveau zu halten.
  10. Dichtheitsprüfsystem nach Anspruch 8 oder 9, bei dem der Strömungssensor durch das Einleiten des Referenzdrucks in die Kammer einen von der Kammer ausgehenden Gasstrom in einem Molekularströmungsmodus erzeugen kann.
  11. Dichtheitsprüfsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Drucksystem (14, 240, 340, 440) während eines Prüfzeitraums einen Druck von unter 50,6 kPa aufrechterhält.
  12. Dichtheitsprüfsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzdruck unter 25,3 kPa oder unter 5 kPa oder unter 1,33 kPa oder unter 0,665 kPa oder unter 0,133 kPa liegt.
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