DE69000345T2 - Verfahren und vorrichtung zum dichtheitspruefen von behaeltern. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Lecks durch Erfassen von Schwingungen, die durch aus einem Leck in einem in eine Flüssigkeit getauchten Gegenstand austretende Blasen erzeugt werden, sowie eine zum Durchführen dieses Verfahrens dienende Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2. Das Verfahren und die Vorrichtung sind aus der Praxis bekannt.
• Das Prüfen der Dichtheit eines Behälters für ein insbesondere flüssiges Medium, z.B. eines Heizkörpers, eines Elements eines Wärmetauschers, eines Verdampfers einer Kühlanlage oder eines Benzin- oder Öltanks, stellt insbesondere im Falle der Notwendigkeit des Prüfens einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Behältern ein Problem dar, für das eine befriedigende Lösung bisher noch nicht gefunden worden ist. Zu einer derartigen Prüfung wird im allgemeinen der Behälter vorübergehend mit einem gasförmigen Medium, insbesondere mit Druckluft, gefüllt und dann in ein flüssiges Medium, wie Wasser, getaucht, und wird festgestellt, ob Gasblasen aus dem Behälter aufsteigen. Für eine derartige Prüfung ist die ständige Aufmerksamkeit eines Beobachters erforderlich, und in der Praxis hat es sich auch gezeigt, daß nicht alle Lecks mit absoluter Sicherheit entdeckt werden können, insbesondere weil die Aufmerksamkeit des Beobachters nachläßt.
• Die Erfindung hat die Aufgabe, diesen Nachteil zu beseitigen und ein Verfahren und eine Vorrichtung der vorstehend angegebenen Art zu schaffen, mit denen alle vorhandenen Lecks mit absoluter Sicherheit entdeckt werden können.
• Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen und durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 beschriebene Vorrichtung gelöst.
• In der Praxis hat es sich gezeigt, daß das beim Austritt von Gasblasen aus einem Leck und beim Zerplatzen derartiger Gasblasen auf der Oberfläche des flüssigen Mediums erzeugten Schwingungen, die sich in diesem Medium bis zur Wand des Tanks fortpflanzen, diese Wand derart in Schwingungen versetzen können, daß diese Schwingungen und daher auch ein Leck zuverlässig erkannt werden können. Die Tatsache, daß der Schwingungssensor nicht innerhalb des Mediums, sondern außerhalb des Mediums an der Wand befestigt werden kann, stellt einen großen Vorteil dar, weil dadurch die Auswahl des Sensors sehr erleichtert wird und hochempfindliche Sensoren verwendet werden können, die gegen Feuchtigkeit nicht isoliert zu werden brauchen.
• Dank der Verwendung von Bandfiltern im Weg des von dem Schwingungssensor abgegebenen Signals in Kombination mit der Isolierung des Innern der Kammer gegen Schall und Schwingungen mit für das Erkennen des Lecks relevanten Frequenzen ist die Vorrichtung gegenüber äußeren Störungen in hohem Grade unempfindlich, wodurch die Empfindlichkeit beträchtlich erhöht wird.
• Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 3 bis 9 beschrieben.
• Es wird bemerkt, daß es aus der JP-A- 57137836 (Patent Abstract of Japan, Band 6, No. 237 (P157) (1115)) an sich bekannt ist, das Gehäuse eines Halbleiterbauteils auf Dichtheit zu prüfen, indem das Gehäuse in eine heiße Flüssigkeit getaucht wird und die infolge des darin vorhandenen Überdruckes entweichenden Gasblasen akustisch erfaßt werden. Ein ähnliches Prinzip, nach dem der Bahälter mittels einer externen Quelle einem Überdruck ausgesetzt wird und der von den entweichenden Luftblasen erzeugte Schall mit einem Hydrophon erfaßt wird, ist in SU-A-966 515 beschrieben. In US-A-2 961 869 ist die Verwendung von Verstärker- und Filterschaltungen in einer Leckerkennungsvorrichtung beschrieben, die auf einem vollkommen anderen Prinzip beruht, nach dem der zu prüfende Behälter in einem mit Flüssigkeit gefüllten Tank angeordnet wird und in diesem Tank hochfrequente Schwingungen erzeugt und von austretenden Gasblasen reflektierte Schwingungen erfaßt werden.
• Es sei betont, daß das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung nicht nur auf Behälter anwendbar sind, die mit einem gasförmigen Medium nur zum Prüfen der Dichtheit gefüllt werden, sondern auch auf Behälter, die normalerweise von einem gasförmigen Medium mit einem bestimmten Überdruck beaufschlagt werden. Dabei ist beispielsweise an Verpackungshüllen für Lebensmittel oder Genußmittel, wie Kartoffelchips, Snacks, Schokoladeprodukte und genußfertige Salate gedacht.
• Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert. In dieser zeigt
• Figur 1 schematisch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung,
• Figur 2 schematisch eine Anlage, in der eine solche Vorrichtung verwendet wird und
• Figur 3 schematisch einen Teil einer Heizkörperfertigungsstraße mit der Anlage nach Figur 2.
• In Figur 1 ist mit der Bezugsziffer 2 ein Tank gezeigt, der teilweise mit einem flüssigen Medium 4, beispielsweise Wasser, gefüllt ist, und in den ein Behälter 6 eingetaucht ist, dessen Dichtheit geprüft werden soll. Vor dem Eintauchen wird der Behälter 6 mit einem komprimierten Medium, wie Luft, gefüllt. An der Wand 2a des Tanks 2 ist ein schwingungsempfindlicher Sensor 8, beispielsweise ein piezoelektrischer Sensor, befestigt, der an den Anschluß 10 elektrische Ausgangssignale abgibt, die in ihrer Amplitude und Frequenz den von dem Sensor aufgenommenen Schwingungen entsprechen. In der Figur 1a ist eine bevorzugte Anordnung des piezoelektrischen Sensors 8 dargestellt, der hier an einem dünneren Wandteil 3 des Wand 2a befestigt ist. Die Befestigung kann auf jede geeignete Weise erfolgen, beispielsweise durch Leimen oder mit mechanischen Befestigungselementen. Die elektrischen Signale werden einer Verstärkerstufe 12 zugeführt, deren Ausgang mit einem einstellbaren Bandfilter verbunden ist, das mit dem Wahlschalter 14a auf Mittenfrequenzen von etwa 2, 4 und 8 kHz eingestellt werden kann. Die übertragenen Signale werden über einen Zweipunktschalter 11 einer Auswerteschaltung zugeführt.
• Diese Auswerteschaltung kann einen Monitor 16 besitzen, dessen Ausgang 18 mit dem obersten Anschluß des Zweipunktschalters 17 verbunden ist. Dieser Monitor zeigt an, ob das an seinen Eingang angelegte Signal, das, wie gesagt, die von dem Sensor 8 erfaßten Schwingungen darstellt, um einen bestimmten Betrag von beispielsweise 10 dB größer ist als das Hintergrundrauschsignal oder nicht. Diese Überwachung kann visuell erfolgen, aber der Monitor 18 kann auch so ausgebildet sein, daß an seinem Ausgang 18 ein Signal mit einer vorherbestimmten Amplitude und Form erscheint, wenn diese Bedingung erfüllt ist.
• Die Auswerteschaltung kann jedoch die Wellenform und die Amplitude des an den Eingang des Schalters 18 angelegten Meßwertsignals auch mit einem Bezugssignal vergleichen, das erhalten wird, wenn man einen Behälter mit einem vorherbestimmten, bekannten Leck in dem Tank 2 anordnet und das dann erzeugte Signal beispielsweise magnetisch oder optisch aufzeichnet. Mit 15 ist schematisch eine derartige Bezugssignalquelle bezeichnet, die dieses aufgezeichnete Bezugssignal erzeugt und deren Ausgangssignal der Vergleicherschaltung 13 zugeführt wird, der in der unteren Stellung des Schalters 11 auch das Meßsignal zugeführt wird. Im Falle einer ein Leck anzeigenden Übereinstimmung erscheint am Ausgang 19 der Vergleicherschaltung ein ein Leck anzeigendes Signal.
• Die Ausgangssignale des Monitors 16 und der Vergleicherschaltung 13 werden über den Zweipunktschalter 17 einer Steuerschaltung 21 zugeführt, die an ihren Ausgang 23 ein Signal anlegt, das in der nachstehend beschriebenen Weise den Bestimmungsort des leckenden Behälters angibt.
• Wenn der Behälter 6 ein Leck hat, strömt aus ihm ein Strom von Luftblasen 20 aus, die an der Oberfläche 22 des Mediums 4 zerplatzen. Die durch den Austritt und das Zerplatzen der Blasen erzeugten Schwingungen pflanzen sich zu der Wand 2a des Tanks 2 und daher auch zu dem Schwingungssensor 8 fort. Es hat sich gezeigt, daß bei großen Lecks große Gasblasen gebildet werden, die Schwingungen erzeugen, deren Frequenzen viel niedriger sind als die der bei sehr kleinen Lecks erzeugten Schwingungen, und daß bei richtiger Wahl des Durchlaßbereiches des Filters 14 sowohl große als auch sehr kleine Lecks mit hoher Genauigkeit erkannt werden kennen.
• Auf diese Weise können Lecks in den verschiedenartigsten Behältern erkannt werden, beispielsweise in Heizkörpern, Wärmetauschern, Kraftstofftanks usw., jedoch auch in viel kleineren, unter einem Überdruck gefüllten Behältern, wie unter einem Überdruck gefüllten Verpackungshüllen für Nahrungs- und Genußmittel, wie z.B. Kartoffelchips.
• Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sind besonders für die Anwendung in einem kontinuierlichen Prüfverfahren geeignet, das am Ende einer Fertigungsstraße durchgeführt wird. Dies ist für Heizkörper in der Figur 2 schematisch dargestellt.
• In der Figur 2 ist gezeigt, wie der Tank 2 auf Schwingungsisolatoren 26a, 26b ruht, die am Boden 28 einer schallisolierten Kammer angeordnet sind, die mit einer geeigneten Anzahl von Schwingungsisolatoren auf einem Fundament 34 abgestützt ist. Wie für den Heizkörper 6a gezeigt ist, werden die zu prüfenden Heizkörper auf einem Eintragband 36 zugeführt, dann geprüft (wie es für den Heizkörper 6b angedeutet ist) und auf ein Austragband 38 ausgetragen, wie es für den Heizkörper 6c angedeutet ist. Natürlich können diese Heizkörper außerhalb der Prüfkammer, vor ihrem Eintauchen in den Tank 2, unter einen Überdruck gesetzt und dann verschlossen werden. Man kann aber auch jeden zu prüfenden Heizkörper nach seinem Eintragen in die Prüfkammer an eine Druckluftquelle der durch den Druckluftanschluß 40, den Schlauch 42 und das Druckreduzierventil mit Anschluß 44 schematisch dargestellten Art anschließen. Zum Absenken der zu prüfenden Heizkörper in den Tank 2 und zum Herausnehmen der Heizkörper aus dem Tank 2 ist eine Rollengangstrecke 46 vorgesehen, die durch geeignete Aufhängeeinrichtungen mit der Kolbenstange 48 eines hydraulischen oder pneumatischen Arbeitszylinders 50 verbunden ist. Die Anlage wird durch Absperrtüren 52, 54 vervollständigt, die vertikal auf- und abwärtsbewegt werden können und von den Arbeitszylindern 56, 58 herunterhängen.
• Das Prüfverfahren ist einfach: Nach dem Einbringen eines Heizkörpers, beispielsweise des Heizkörpers 6b, in die Prüfkammer, wird das Druckminderventil 44 mit dem Anschlußstutzen 6b' des Heizkörpers 6b verbunden. Danach werden die Türen 52 und 54 geschlossen und werden die von dem Schwingungssensor 8 abgegebenen Signale aufgefangen und ausgewertet. Nach dem vollständigen Durchführen der Prüfung werden die Türen 52 und 54 geöffnet und wird die Verbindung mit dem Stutzen 6b' gelöst und der Heizkörper 6b aus der Kammer herausgenommen und wird in diese ein neuer Heizkörper eingebracht.
• In der Figur 3 ist gezeigt, wie eine derartige Anlage auf einfache Weise am Ende einer Fertigungsstraße für Heizkörper angeordnet werden kann. Die Kammer 30 ist zwichen dem Eintragförderer 36 und dem Austragförderer 38 angeordnet. Wenn das am Ausgang 18 des Monitores 16 erscheinende Ausgangssignal besagt, daß sich ein geprüfter Heizkörper als einwandfrei erwiesen hat, wird er auf dem Förderer 38 in der Richtung des Pfeils 60 ausgetragen. Wenn dagegen ein Signal auftritt, das ein Leck anzeigt, wird der geprüfte Heizkörper auf dem Querförderband 64 in der Richtung des Pfeils 62 auf das Förderband 66 ausgetragen, an dem eine Inspektions- und Instandsetzungsstation 68 vorgesehen ist, in der der Heizkörper inspiziert und gegebenenfalls instandgesetzt wird.

Claims (9)

1. Verfahren zum Prüfen der Dichtheit eines Behälters (6), in dem der Behälter (6) mit einem gasförmigen Medium gefüllt und in ein in einem Tank (2) befindliches flüssiges Medium getaucht wird, der in einer Kammer angeordnet wird, dessen Inneres mindestens gegen Schall und Schwingungen mit für das Erkennen eines Lecks relevanten Frequenzen isoliert ist; worauf mittels eines Sensors, der eine Wand oder einen Wandteil des Tanks berührt und Schwingungen der Wand bzw. des Wandteils in elektrische Signale umsetzt, festgestellt wird, ob dem Behälter (6) Gasblasen entweichen, und die Ausgangssignale des Sensors durch Verstärken, Filtern und gegebenenfalls einen Vergleich mit Bezugssignalen verarbeitet und ausgewertet werden.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem mit einem flüssigen Medium (4) zu füllenden Tank (2), der mit mindestens einer Wand (2a) oder mindestens einem Wandteil (3) versehen ist, die bzw. der so beschaffen ist, daß sie bzw. er durch entweichende Gasblasen (20) in Schwingungen versetzbar ist, und die (2a) bzw. (3) mit einem Schwingungssensor (1) verbunden ist, der Schwingungen der Wand bzw. des Wandteils in entsprechende elektrische Signale umsetzt, ferner mit einer Signalverarbeitungssschaltung (12, 14, 16, 19), der die von dem Sensor kommenden Signale zugeführt werden und die einen Signalverstärker (12) und eine Schaltung (16) zum Auswerten des Ausgangssignals umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit ein zwischen dem Signalverstärker (12) und der Schaltung (16) angeordnetes Bandfilter (14) besitzt und daß der Tank (2) in einer Kammer (30) angeordnet ist, deren Inneres gegen Schall und Schwingungen mit für das Erkennen eines Lecks relevanten Frequenzen isoliert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zum Signalauswerten derart beschaffen ist, daß im Betrieb der Pegel des Ausgangssignals mit einem vorgegebenen Bezugswert verglichen wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zum Signalauswerten ausgebildet ist, die Amplitude und Wellenform des Signals mit der Amplitude bzw. Wellenform eines vorgegebenen , ein Leck simulierenden Bezugssignals zu vergleichen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch drei im Signalweg liegende Bandfilter, die auf etwa 2, 4 bzw. 8 kHz abgestimmt sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie so eingerichtet ist, daß im Betrieb das Ausgangssignal der Schaltung zum Signalsauswerten (16, 19) in ein den Bestimmungsort des zu prüfenden Gehäuses bestimmendes Steuersignal umgesetzt (21) wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Wand (2a) des Tanks örtlich mit einem eine geringere Wandstärke besitzenden Teil (3) versehen ist, an dem der Schwingungssensor (8) befestigt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, die insbesondere für Reihenprüfungen von Behältern, wie Heizkörpern, Wärmetauschern und/oder Kraftstofftanks, geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (30) mit einer Ein- und einer Austragsöffnung (52, 54) versehen ist, mit der ein Eintrag- bzw. Austragsband (36, 38) verbunden sind, die sich in der Kammer in ein Auflager (46) fortsetzen, das durch eine Hebeeinrichtung (50) vertikal und in den Tank bewegbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (30) eine Einrichtung (40, 42, 44) zum Verbinden eines zu prüfenden Behälters (2) mit einer Quelle eines Druckmediums vorgesehen sind.