DE7400421U - Leckanzeigegerät für hohle Werkstücke - Google Patents

Description

PitenUnwSHe Dipl.-lng. W. Sdiemnann Dr.-big. R. RQger L·

7300 Emllngon (Neckar). FeboktlraS· 24, Puttee 348 Il J«¹»« J⁹⁷⁴ Τ.,,,οη

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The Cross Company , 17801 Fourteen Mile Road, Fräser, Michigan 48026/USA

Leckanzeigecerät für hohle Werkstücke

Die Neuerun? betrifft ein Leckanzeigegerät für hohle Werkstücke, bei dem ein zu prüfendes Werkstück mit Druckluft gefüllt und die dann auftretenden Leckverluste des Werkstückes erraüt werden

Derartige Leckanzeigegeräte eignen sich zum Prüfen der Dichtheit sehr unterschiedlicher hohler Werkstücke, beispielsweise Triebwerksgehäuse, Antriebszylinaer, mit Dichtungen oder abgedeckten öffnungen versehene Teile und viele -andere.

Bei bekannten Leckanzeigegeräten wird ein Druckmedium, beispielsweise Luft, in den Kohlraum des zu prüfenden Werkstücks eingepumpt und danach der Verlauf des Druckabfalls in dem Werkstück gemessen. Der Druckabfall wird bei den beispielsweise aus den US-Patentschriften 3 331 237, 3 359 785 und 3 465 562 bekannten Leckanzeigegeräten entweder mit Differenzdruckmessern oder mit volumetrIschen Strömungsmessern festgestellt. Sehr nachteilig ist dabei die lange Zeitspanne, die verstreicht, bis eine Aussage darüber möglich ist, ob die

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Leckströmung innerhalb der zulässigen Grenzen liegt. Dieser Machteil hat düzu geführt, daß die bekannten Leckanzeigegeräte für eine Reihe von Einsatzgebieten, vor allem bei automatischen Produktionsstraßen, nicht befriedigt haben. Ein weiterer Nachteil der bekannten Einrichtungen liegt darin, daß deren Empfindlichkeit und Genauigkeit stark von den zwischen verschiedenen Werkstücken möglichen Temperaturschwankungen abhängt, wobei dic.se Temperatur Schwankungen sowohl von den Umweltbedingungen wie auch von dem eingeprägten Gasdruck abhängen können. Außerdem sind die bekannten Leckanzeigegeräte nicht sonderlich zuverlässig.

Der Neuerung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Leckanzeigegerät der obengenannten A.rt zu schaffen, das in der Lage ist, unter fabrikmäßigen Bedingungen sehr schnelle und genaue Leekprilfunyen durchzuführen. Diese Prüfungen sollen innerhalb eines weiten Bereiches von Workstückgrößen und Leckstrommengen durchführbar sein und die vom Leckanzeigegerät gelieferte Anzeige soll vielseitig verwendbar sein.

Diese Aufgabe wird nach der Neuerung 'dadurch gelöst, daß das Werkstück durch eine Fülleinrichtung zunächst während einer vorbestimmten Zeitspanne schnell vorfüllbar xst und nach Abschluß der Vorfüllung durch eine zugeordnete Regeleinrichtung ein Prüfdruck aufrechterhaltbar ist und daß das Leckanzeigegerät eine Durchflußmeßeinrichtung aufweist, durch die sodann der Luftstrom zu dem Werkstück bei aufrechterhaltenem Prüfdruck meßbar ist·

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Neuerung sind in den unter- und nebengeordneten Ansprüchen 2 bis 28 gekennzeichnet.

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Der Vorteil des neuerungsgemäßen Leckanzeigegerätes liegt insbesondere darin, daß dieses bei automatischen Produktions- oder Montageeinrichtungen, in denen die auf Leckverluste zu prüfenden Werkstücke-eine Reihe von Bearbeitungsstationen durchwandern, eingesetzt werden kann, ohne daß dabei der Produktionsrythr.us durch die Leckprüfung verlangsamt wird. Die Leckprüfung kann an einer oder auch an mehreren Stellen der Anlage gleichzeitig durchgeführt werden. Da mit den* neuerungs-. gemäßen Leckanzeigegcrilt nicht Druckuntersohiede ocisr der Verlauf eines Druckabfalls, sondern die augenblicklichen Werte einer dynamischen Leckströmung icontinuierlich gemessen werden, k.*nn die Größe eines Lecks beinahe augenblicklich festgestellt werden. Der Wert der Leckströmung kann entweder optisch abgelesen oder zum Erregen von "Gut"- oder "Ausschuß"-Anzeigeeinriehtangen bzw. zur Abgabe anderer Signale oder zur Steuerung automatischer Anlagen verwendet visrden. Es ist auch die Zwischenschaltung von Rechenanlagen, sowohl mit binär codierten wie auch mit analogen Ausgangssignalen, möglich. Das neuerungsgemäße Leckanzeigegerät kann ferner auf einfache Woise mit einer Eichschaltung :"ür

Q die Selbstkontrolle versehen warden und di.ese Selbst-

■
kontrolle kann automatisch nach jeder Prüfung eines

' Werkstückes durchgeführt werden.

In einer besonderen Ausführungsform, ist das neuerungsgemäße. Leckanzeigegerät auch zur Anzeige sehr kleiner Lecks geeignet. Zu dienern Zweck, wird in zwei Stufen geprüft und, falls erforderlich, eine Temperatur- und Volumenstabilisierung durchgeführt. In einer weiteren Ausführung ist das neuerungsgemäße Leckanzctigegerät mit einer Schnell-Vorfülleinrichtung ausgerüstet, woraus sich eine Verkürzung der Prüfzeit und eine Verringerung

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der Temperatureffekte ergibt. Das neuerungsgenäße Leckanzeigegerät läßt sich in Schalenbauweise in einer in eich abgeschlossenen Einheit ausführen, die ledic,-· IiSh einen Druckl»fft»nschluß_f einen elektrischen Anschluß und einen an das zu prüfende Werkstück zu befestigenden, mit Dichtungen versehenen Anschluß aufweist. Es besitzt einen einfacheren Aufbau als die bekannten vergleichbaren Leckanzeigegeräte und kann auch von nicht besonders dafür ausgebildeter Personen bedient werden.

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In der Zeichnung rind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Neuerung dargestellt. Es aeigen: '

Fig. 1 ein an einer Wand befestigbares Leckanzeigegerät gemäß der Neuerung in einer Vorderansicht,

Fig. 2 das Leckanzeigegerät nach Fig. 1 in einer Seitenansicht,

Fig. 3 ein schematisches FIußdiagramm zum erfindungsgemäßen Leckanzeigegerät,

Fig. 4 ein Schaltplan der pneumatischen Ausrüstung des Leckanzeigegerätes nach Fig. 1,

Fig. 5 ein Schaltplan der elektrischen Ausrüstung des Leckanzeigegerätes nach Fig* I,

Fig. f ein Flußdiagramm zu einer anderen» für die Anzeige sehr kleiner Lecks geeignete Ausführung eines Leckanzeigegeräts gemäß dor Neuerung,

Fig. 7 einen elektrischen Schaltplan zu einer weiteren, mit einer automatischen Elchkontrolie versehenen Ausführung eines Leckanzeigegerätes gemäß der Neuerung,

Fig. 8 einen Teilausschnitt aus dem pneumatischen Schaltplan dos Leckanzeigegerätes gem. Fig. 7 und

Fig. 9 ein schematisierter pneumatisch-elektrischer Schaltplan ainer anderen Ausführung eines Leckanzeigegerätos, bei den ein mit hoher Geschwindigkeit verlaufender Vorfüll-Arbeitsgang vorgesehen ist, wobei am Ende dieses Arbeitsganges derselbe Druckregler verwendet.wird, wie beim Prüf-Arbeitsgang.

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Ein Leckanzeigegerät 11 (Fig, 1) weist zwei zur Befestigung an einer Wand bestimmte und untereinander verbundens Kästen 12 und 13 auf, von denen der Kasten die pneumatische Baugruppe und der Kasten 13 die elektrische Baugruppe enthält. (Es können ebenso gut am Boden befestigbare Kästen oder Schränke vorgesehen verden.) In Fig. 1 und Fig. 2 sind Teile der pneumatischen Baugruppe zu erkennen, so z.B. ein Dreiwege-Absperrventil 14, ein Filter 15 und ein pneumatisclar Prüfanschluß 16, die alle an einer Seite des Kastens 12 angebracht sind. Im Inneren dieses Kastens ist ein laminares Strömungsglied 17 zu erkennen, dessen Wirkungsweise weiter unten beschrieben wird. Ein D:\fferenzdruckgeber 18 ist an das Strömungsglied 17 angeschlossen.

Auf der Frontplatte des Kastens 13 sind eine Reihe Knopfdruckschalter und Anzeigeleuchten vorgesehen. Mit einem Hauptabstellschalter oder Notschalter 21 kann_r falls das Gerät an die elektrische Versorgungsspannung ^: angeschlossen ist, der Anschluß unterbrochen werden. Der Notschalter 21 und ein Hauptschalter 22 sind mit einem Hauptrelais CRM (Fig. 5) in Reihe geschaltet,

O wobei diese Schaltung einen üblicherweise geöffneten

Schalter 23 einschließt, der auf den vollen, von einer Luftdruckquelle gelieferten Luftdruck anspricht. Damit werden fehlerhafte "Gut"-Anzeigen bei fehlender Druckluftversorgung oder bei wegen eines verstopften Filters 15 nicht ausreichenden. Druck vermieden.

Eine rote Haupt-Anzeigeleuchte 24 zeigt an, wann elektrische Spannung und Druckluft zur Verfügung stehen. Eine gelbe Anzeigeleuchte 25 zeigt an, daß das zu prüfende Werkstück mit Druckmedium gefüllt wird, während eine weiße Anzeigeleuchte 26 anzeigt, daß di3 Leckprüfung im Gange ist. Unterhalb der Anzeigeleuchte

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sind eine grüne "Gut"-Anzeigeleuchte 27 und eine rote "Ausschuß"-Anzeigeleuchte 28 angeordnet, die jeweils anzeigen, ob das geprüfte Werkstück innerhalb der zulässigen Fehlergrenze liegt und damit angenommen wird oder ob es als fehlerhaft zurückgewiesen werdan muß.

Ein Wählschalter 29 bringt eine grüne Anzeigelampe :sum Leuchten, wenn er in Prüf stellung steht, und eine rote Anzeigelampe 32, wenn er in Eichsteliung steht. In der Prüfstellung des Wählschalters 29 wird die Leckprüfung in üblicher Weise durchgeführt. In der Eichstellung wird ein Teil der normalen Prüfeinrichtung überbrückt und damit die Bedienungsperson in die Lage versetzt, mittels eines Testes die Genauigkeit des Leckanzrigegerätes selbst nachzuprüfen.

Ein unterhalb des Wählschalters 29 angeordnetes Elch-Simulierventil 33 ist in Fig. 4 in seinen Einzelheiten dargestellt. Das Eich-Simulierventil 33 weist drei Stellungen auf: eine mittlere Schließstellung sov/ie eine linke und eine rechte Stellung, in denen der Auslaß des laminaren Strömungsgliedes 17 mit jeweils einem von zwei Nadelventilen 34 und 35 verbunder ist. Die Nadelventile 34 und 35 sind so eingestellt, daß sie jeweils eine noch zulässige Leckströmung bzw. eine nicht mehr zulässige Leckströmung simulieren.

Zur Erläuterung des in Fig. 3 dargestellten Flußdiagramms für das Leckanzeigegerät sind auch der pneumatische Schaltplan gemäß Fig. 4 sowie der elektrische Schaltplan nach Fig. 5 heranzuziehen. Ein Einlaß 36 für die Druckluftversorgung ist über das Haupt-Absperrventil 14 mit dem Filter 15 verbunden. Von dem Tilter

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strömt die Druckluft über ein an der Wand des Kastens 12 vorgesehenes Rohr-Verbindungsstück 37 zu einem Haupt-Druckminderventil 38 und einem zugeordneten Meßgerät 39, wobei der Druck auf einen vorgegebenen Wert, beispielsweise 4,14 Bar (60 psig) abgemindert wird. Von dem Druckminderventil 38 verzweigt sich die Luftströmung in verschiedene. Richtungen. Sis wird so auch einem Fülldruckregler 41 mit zugeordnetem Meßgerät 42 zugeführt, in welchen der zum Füllen des Prüfstücks verwendete Druck geregelt bzw. angezeigt wird. In einem

v-/ üblichen Ausführungsbeispiel liegt dieser Druck z.B.

kurz oberhalb 1,4 Bar (20 psig). Andere Druckluft-Teilströme werden einem Prüfregler 43 mit Meßgerät 44, der das laminare Strömungsglied 17 versorgt, sowie einem Instrumentendruck-Regler 45 mit Meßgerät 46, der einen Differensdruck-Geber 47 versorgt, zugeführt. Das laminare Strömungsclied 17 und der Differenzdruck-Geber 47 bilden zusammen eine Leckprüfe inn ch tu ng in Durchströir.ungsmeßbauart, die in der schematischen Darstellung in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 48 gekennzeichnet ist. Ein für die Verwendung in dem neuerungsgemäßen Leckanzeigegerät geeignetes laminares Strömungsglied 17

/~>> wird von der Firn.a Meriam Instrument Co., Cleveland, Ohio

und ein geeigneter Differenzdruck-Geber 47 mit Verstärkung des Meßsigr.als von der Firma Tciylor Instrument Company, Rochester, New York hergestellt= Wie in Fig. zu erkennen ist, ist der verstärkende Differenzdruck-Geber 47 sowohl mit der Sinlaßseite als auch mit der Auslaßseite des Strömungsgliedes 17 verbunden, Er zeigt ohne Verzögerung und kontinuierlich den von der Strömungsgeschwindigkeit abhängigen Druckabfall in dem laminaren Strömungsglied 17 an. Das verstärkte Ausgangssignal des Differenzdruck-Gebers 47 kann beispielsweise zwischen 0,21 und 1,04 Bar (3 und 15 psig) schwanken und steuert somit in Abhängigkeit von der Strömungs-

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geschwindigkeit in dem Strömungsglied 17 die Stellung eines "Gut"/"Ausschuß^t1-Druckschalters 49, der je IiSChde-5 Cb d*r Dr«ck unterhalb oder oberhalb eines vorgegebenen Wertes liegt, je eine von zwei tauglichen Stellungen einnimmt.

Das Leckanzeigegerät prüft den Druck einer ursprünglichen, über den Füllungsregler 41 in ein zu prüfendes Werkstück 50 eingegebenen Druckluft füllung 'ind nach einem bestimmten Zeitintervall den Druck einer vom Prüfregler

V-) - über das laminare Strömungsglieil 17 strömenden Druckluft,

wobei der vom Prüfregler 43 stammende Druck geringfügig unterhalb des vom Füllur.gsregler 41 stammenden Drucks liegt * Diese aufeinanderfolgenden Füll- und Prüfarbeitsgänge vrerden durch ein Reihenfcige-Schaitventii 51 gesteuert. Dieses Schaltventil 51 weist zwei einlasse auf, von denen einer über eine Leitung 52 mit dem Füllungsregler 41 und der andere über eine Leitung 53 mit dem Auslaß des Strömungsg.liedes 17 verbunden ist. Ein in der Leitung 53 vorgesehenes magnetbetc^u.tigtes Absperrventil 54 sorgt dafür, daß unerwünschte Druckstösse nach jedem PrüfVorgang vermieden werden.

Der Auslaß des Schaltventil 51 ist über eine Leitung

55 mit dem Einlaß eines Reihenfoige-SchaltventiIs 56 verbunden, das seinerseits mit dem Prüfanschluß 16 für das Werkstück 5O verbunden ist. Das Schaltventil

56 kann zwischen einer ersten Stellung, in welcher Druckluft von dem Schaltventil 51 zu dem Werkstück eingeleitet wird und einer zweiten Stellung, in welcher die Druckluft aus dem Werkstück wieder ausströmen kann, verstellt werden.

Die Füll- und Prüfzeitintervalle werden von einem Füllzeitzähler 2TR bzw. einem PrüfZeitzähler 3TR gesteuert.

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Bel diesen Füll- bzw. Prüf-"Zeitzählern" (oder -"Zeltge- -bern") handelt es sich um herkömmliche magnetbetätigt^ Schalter, die nach einem einstellbaren Zeitabschnitt sahlieflen. Beim Schließen des Zeitgebers 2TH wird das Relais 2CR angeregt, das den Stromkreis des das Reihen L'olgo-Schaltventil Sl steuernden Magm-.tschalters schließt. Dabei wird der Teil des Arbeitszyklnsns, während dem das Werkstück aufgefüllt wird, beendet und der Prüfvorgang eingeleitet, indem das Reihenfolge-Schaltvent.il 51 von seiner - in Fig. 4 dargestellten - oberen Stellung in seine untere Stellung gebracht wird. Beim Schließen des Zeitgebers 3TR wird entweder ein Relais 4CR oder ein Relais 5CR angeregt und dabei der Stromkreis eines Relais ICR geöffnet (vgl. Zeile 6 in Fig. 5), weiches seinerseits den Stromkreis eines das Schaltventil 56 steuernden Elektromagneten 1 öffnet. Das Schaltventil kehrt danach in seine - in Fig. 4 dargestellte - obere Stellung zurück und läßt den Druck aus dem Werkstück 50' entweichen.

Um einen PrüfVorgang von Hand zu starten, wird dutch niederdrücken eines Druckknopfschalters 57 der Strom-Kreis des Relais ICR geschlossen. Dabei wird ein Haltekontakt und der Stromkreis des Elektromagneten 1 geschlossen, wodurch das Schaltventil 56 in seine untere oder Fttll-Steilung (vgl. Fig. 4) gebracht wird. Das Absperrventil 54 wird ebenso in seine Füll-Stellung umgestellt. Danach fließt sofort Druckluft unter einem durch den Füllungsregler 41 geregelten Druck in das Werkstück 50 ein. Der Zeitgeber 2TR schließt, nach einem gegebenen Zeitintervall, wobei der Schließzeitpunkt in Abhängigkeit von der Größe des Werkstücks und damit von der zu seiner vollständigen Füllvng erforderlichen Zeit vorgewählt bzw. eingestellt wird.

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Beim Schließen des Zeitschalters 2TR wird das Relais 2CR angeregt und bringt durch Betätigen des Elektromagneten 2 das Schaltventil^ln seine untere Stellung (vgl. rig. 4). Dadurch wird die Druckströmung vom

Füllungsregler 41 unterbrochen und ein Einströmen von Druckluft aus dem Strömungsglied 17 in das Werkstück ermöglicht. Diese Druckluft steht, wie bereits erwähnt, unter einem geringfügig niedriger liegenden Druck als die aus dom FUllungcregler 41 staramende Luft. Gleichfft seitig wird der Zeitschalter 3TR ausgelöst, der nach

einer vorgegebenen Zeitspanne schließt,während der der Differenzdruck-Geber den Druckabfall entlang des Strömungsgliedes 17 mißt und verstärkt. Der Druckabfall ist proportional der Strömungsgeschwindigkeit, • die ihrerseits von der Größe der Leckströmung des Werk-

Stücks SO abhängt. Das beispielsweise in einem Bereich

von 0,21 bis 1,04 Bar schwächende verstärkte Ausgangssignal des Differenzdruck-Gebers 47 betätigt den Druckschalter 49 (vgl. die Zeilen 16 und 18 in Fig. 5). Liegt das festgestellte Leck innerhalb des zulässigen Bereichs, so wird bei Schließen des Zeitzählers 3TR das Relais 5CR angeregt und öffnet den Stromkreis des Q} Relais 4CR und somit auch den - in Linie 6 von Fig.

dargestellten - Stromkreis, wobei die Speisung des Relais ICR und des Zeitschalters 2TR unterbrochen wird. Die grüne Anzeigeleuchte 27 leuchtet auf und ein den Schalter 49 überbrückender Kontakt hält das Leuchten aufrecht. Das Relais 5CR kann ferner Kontakte in einem getrennten Stromkreis 60 schließen, mit dem beliebige weitere Anzeige-, Speicher- oder Betätigungseinrichtungen gesteuert werden können.

Wenn das festgestellte Leck über dem zulässigen Betrag liegt, wird der Druckschalter 49 umgestellt und bewirkt infolgedessen beim Schließen

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P ■ ■ " ' τ ' π1 ·. * ·	des • wird	- 12 -	Anregung des gemäß Zeile 6	Relais in Fig.	U	ί Λ/
«.			/1	Ko
Zeitschalters 3TR die auch der Stromkreis		4CR. Dabei 5 ge-

öffnet und unterbricht die Versorgung des Relais ICH und öffnet den Zeitschalter 3TP * Die rote Anzeigeleuchte 28 leuchtet auf und ein zusätzlicher Stromkreis 61, beispielsweise für eine geeignete Anzeige-, Speicheroder Betätigungseinrichtung, wird geschlossen.

Zusätzlich zu den roten und grünen Signalleuchten, _ die den "Ausschuß"- bzw. "Gut"-Zustand des Prüfstückes

v> ' anzeigen, kann ein ön den Ausgar.? des Differenzdruck-

Verstärkers 47 anzuschließender Durchflußmesser 62 (Fig. 4) vorgesehen werden.

Beim Entregen des Relais ICR werden die Ventile 54 und in ihre oberen Stellungen (vgl. Fig. 4) zurückgeführt. Dabei entweicht der Druck aus dem werkstück 50 und gleichzeitig wird das Strömungsglied 17 vom Werkstück abgetrennt, damit in ihm kein plötzlicher Druckstoß erscheint. Beim öffnen des Zeitschalters 2TR Kann das Schaltventil 51 In seine obere Stellung gelangen und verbindet somit wieder die Leitung 55 mit dem Füll- r>i druckregler 41, womit das Leckprüfgerät für den

nächsten Arbeitsgang bereit ist.

Bei automatischen Montagestraßen kann es wünschenswert pein, die einzelnen Werkstücke nicht von Hand sondern selbsttätig zu prüfen. Zu diesem Zweck ist ein in den Zeilen 4 und 5 von Fig. 5 dargestellter Stromkreis vorgesehen, der einen Endschalter 63 aufweist, welcher jedesmal geschlossen wird, wenn ein Teil an eine bestimmte Stelle gelengt. Der Endschalter 63 erregt dabei < das Relais ICR und den Zeitschalter 2TR und setzt den Füllvorgang und den Prüfvorgang des oben beschriebenen

Arbeitszyklus¹ in Gang. Allerdings wird das Relais IC* nicht durch die Relais 4CR oder SCR entregt, sondern durch das öffnen des Zeitschalters ITR nach einem in Abhängigkeit von den; Bewegung stakt des Werkstückes gewählten Zeitintervall.

Es kann wünschenswert sein, von Zeit zu Zeit nachzuprüfen, ob das Leckanzeigegerät ordnungsgemäß mißt und die zulässigen und unzulässigen Leckströ.ae richtig anzeigt. Um diese Prüfung durchzuführen, wird der

Q- Wählschalter 29 von seiner "Prüf- zu seiner "Eich"-

Stellung umgelegt.(vgl. Zeile 11 in Fig. 5). Dabei geht die Anzeigeleuchte 31 aus und es wird das Relais 3CR entregt, wodurch die Anzeigeleuchte 32 aufleuchtet und die beiien Zweige des Schalters 49 betriebsbereit werden. Das Simulierventil 33 wird dann vor Hand so eingestellt, daß entweder das "Gut"-Ventil 34 oder das "Ausschuß"-Ventil 35 mit dem Auslaß des Ström.ungsgliedes 17 verbunden wird. Wie erwähnt, ist das Ventil 34 so eingestellt, daß der Durchfluß geringfügig kleiner als die zulässige Leckströmung ist und das Ventil £o,daß die Durchströmung geringfügig darüber liegt. Somit leuchtet in Abhängigkeit von der Stellung des Simulierventils 33 entweder die "Ausschuß"-Lampe 28 oder die "Gut"-Lampe 27, wenn das Gerät in Ordnung ist,

Das in Fig. 6 dargestellte Flußdiagramm entspricht einer anderen Ausführung eines neuerungsgemäBen Leckanzeigegerätes, das zum Feststellen sehr kleiner Leckströme geeignet ist. Diese Ausführung entspricht in den Grundgedanken dem vorbeschriebenen Lecknnzeigegerät, beispielsweise indem ein Werkstück 101 bis zu einem vorgegebenen Druckwert schnell vorgefüllt wird und

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danach der Leckstrom mittels eines Durchflußmessers 102 - iti vorliegenden Falle eines elektronischen Mikroströmungs-Meßgeräts, das einen Differcntialdruckgeber, der die Ausgangssignale eines Durchflußmessers mißt und verstärkt und ein Strömungssignal abgibt, einschließt - gemessen wird.

Das Gerät schließt einen Hochdruckeinlaß 103 für die Druckluftversorgung ein, der über ein Haupt-Absperrventil 104 und ein Filter 105 zu einen Haupt-Druckninaerventil 106 mit Meßgerät 107 führt. Das Druckminderventil 106 ist sov/ohl an einen Ilochdruck-Füllungsregler 108 mit Meßgerät 109 als auch an einen Prüfregler 111 mit Meßgerät 112 angeschlossen. Der Füllungsregler 108 kann beispielsweise so ausgelegt werden, daß er einen Auslaßdruck von etwa 28 Bar (400 psig) aufweist und der Prüfrecjler einen Auslaßdruck von etwa 25 Bar (350 psig) Die gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel erhöhten hier angewendeten Drucke ermöglichen es, relativ kleine Lecks anzuzeigen.

Die Regler 108 und 111 sind mit einem Füllventil 113 bzw. mit einem Prüf füllventil 114 verbunden. Das öffnen und Schließen des Ventils 113 wird durch einen regelbaren Hochdruck-Füll7eitzähler 115 gesteuert, während das Ventil 114 durch einen regelbaren PrüfZeitzähler 116 cjesteuert wird.

Die Auslässe dieser Ventile sind über eine Leitung i17 und ein Ausgleichs- und Prüfventil 118 mit einem Prüfteil-Anschluß 119 verbunden, an welchen ein zu prüfendes Werkstück 101 angeschlossen ist. Eine Abzweigung 121 der Leitung 117 führt zu einer Temperatur- und Volumen-Stabilisicrkammer 122, deren Verwendung weiter unten

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erklärt wird. Eine; Leitung 123 führt von dieser Kammer zu der das Ventil 118 mit dem Anschluß 119 verbindenden Leitung 124..In die Leitung 123 ist ein elektronisches Mikroströmungs-Meßsystem 102 eingefügt; das wie bereits erwähnt einen Durchflußmesser und einen Differentialdruckgeher, der das Ausgangssignal des Durchflußmessers r.u einem Strömungssignal verstärkt, enthällt. Ein derartiger Differontialdruckgeber wird beispielsweise von der Firma Rosenont Engineering Co., Minneapolis, Minnesota hergestellt.

Ein einstellbarer Ausgleichs-Zeitzähler 125 ist an das Ausgleichs- und Prüfventil 118 angeschlossen und ein Prüf-Zeitzähler 126 steuert ein von der Leitung 124 abzweigendes Anlagen-Entlüftungsventil 127. Diese Zeitzähler steuern den Betrieb des Leckanzeigegeräts in einer noch zu beschreibenden Weise. Eine Grob-Leckprüfeinrichtung 128 ist über das Prüffüllventil 114 und aas Prüfventil 118 an den Prüfkreislauf angeschlossen. Diese Grob-Leckprüfeinrichtung kann ein Differenzdruckmesser konventioneller Bauart sein, der in der Lage ist, relativ große Leckströme zu messen.

Beim Betrieb des Gerätes gemäß Fig. 6 ist anfangs das Ausgleichs- und Prüf"entil 118 geöffnet. Das Hochdruck-Füllventil 113 wird durch den Zeitzähler 115 geöffnet und gibt den Durchfluß für die untei hohem Druck stehende Druckluft in das Werkstück 101 und in die Kammer 122 frei. Nach einer vorbestimmten Zeit wird das Hochdruck-Füllventil 113 wieder geschlossen und das Prüffüllventil 114 geöffnet, um den Druck in dem Werkstück 101 und i.n der Kammer 122 zu stabilisieren. Es sei erwähnt, daß irgendv/elche auf Druckschwankungen beruhende TemperaturSchwankungen gleichermaßen im

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Werkstück 101 und in "der Kanuner 122 auftreten, so daß von Temperaturschwankungen herrührende Ungenauigkeiten vollkommen ausgeglichen werden.

Die Grob-Leckprüfeinrichtung 128 wird nun durch kurzzeitiges Schließen des Ventils 114 betätigt, um nachzuprüfen ob größere Lecks in dem Werkstück auftreten. Wenn dem so ist, kann auf den Ausgleich der Prüfeinrichtung verzichtet werden. VJenn aber größere Lecks nicht vorhanden sind, wird das Ventil 114 geöffnet

\_J " und das Ausgleichs- und Prüf ventil 113 geschlossen.

so daß jedes im Werkstück 101 vorhandene Leck durch das elektronische Mikroströmungs-Durchflußmeßgerät festgestellt werden kann. Wegen des vollkommen ausgeglichenen Zustands, in den die Prüf anlage versetzt v;ird, bevor das Durchflußmeßgerät 102 zwischen die Kammer Und das Werkstück 101 geschaltet wird, zeigt die Prüfanlage auch extrem kleine Leckströmungen schnell und genau an. Ähnlich wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel kann der Ausgang des vorliegenden Leckprüfgerätes mit einem Einstell- und Bezugs-Durchfiußmesser 129 und mit einer "Gut"- oder "Ausschuß"-Anzeige verbunden werden. Falls gewünscht, kann auch eine Eich-Schaltung 132 an das Leckprüfgerät angeschlossen werden.

Das in den Fig, 7 und 8 dargestellte Ausführungsbeig£> iel des r.euerungsgemäßen Leckprüfgeräts ist dem der Fig. 1 bis 5 ähnlich, es ist aber zusätzlich mit einer automatischen Eichkontrolle ausgerüstet, die nach jeder Prüfung eines Werkstücks feststellt, ob die Anlage ordnungsgemäß arbeitet. Die automatische Eichkontroll-Einrichtung besteht aus ainer an den Auslaß des Reihenfolge-Schaltventilr. 56 angeschlossenen und parallel zu dem Prüfanschluß 16 geschalteten verstellbaren

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Blende 201. Ein zu der Blende 201 führender Zweigkanal 202 führt durch ein normalerweise geschlossenes magnetbetätigtes Zweiwegeventil 203 hindurch. Der Aufbau ist bo ausgeführt, -iaS bei Beendigung der Leckprüfun«j eJLnes jeden Werkstücks 50, anstatt daß das Leckprüfgerät zum Prüfen des nächsten Werkstücks eingerichtet wird, das Ventil 203 geöffnet wird und den Auslaß des Reihenfolge-Schaltventils 56 mit der Blende 201 verbindet. Diese Blende 201 wird geringfügig weite:: geöffnet eingestellt, als es der maximal zulässigen Leckströmung entspricht. Am Ende eines vorgegebenen Zeitintervalls wird automatisch, nachgeprüft, ob das Leckanzeigegerät diese I-eckströmung als unzulässig groß festgestellt hat. Wenn dies der Fall ist, liefert die automatische Eichkontrolle ein "O.K."-Signal und das Leckprufgerät wird wieder für die Prüfung des nächsten Werkstückes eingerichtet- Wenn die Überprüfung aber ein anderes Ergebnis ergibt, liefert die automatische Eichkontrolle ein "Fehler"-Signal und setzt das Leckanzeigegerät still, so daß es keine vreiteren Leckprüfungen vornehmen kann, bevor der Fehler nicht behoben ist.

In Fig. 7 ist der elektrische Schaltplan des Leckanzeigegeräts mit automatischer Eichkontrolle dargestellt. Der größte Teil dieses Schaltplans entspricht lern von Fig. 5 und seine Wirkungsweise nuß deshalb nicht nochmals beschrieben werden. Es genügt zu sagen, daß der Start-, der Füll- und der PrüfVorgang des Arbeitszyklus* wie vorbeschrieben durchgeführt werden.

Zur Erläuterung des AusfUhrungsbeispieles gemäß Fig. und 8, soweit es die selbsttätige Eichkontrolle anbelangt, soll nun an dem Punkt begonnen werden, an dem

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der Prüf zeitschalter 3TR schließt. Der Differe.izdruck- Geber 47 hatte den Druckverlust längs des Strömungs- gliedes 17 laufend gemessen und verstärkt. Das verstärkt« Ausgangβsignal des Di£ferenzdruck-Gebers 47 betätigt einen Schalter 204, ein normalerweise geöffneter druckbetStigter Schalter. Unabhängig davon, ob die Leckströmung des Werkstücks 50 im zulässigen oder unzulässigen Bereich liegt (Schalter 204 geschlossen bsw. geöffnet), wird beim Schließen des Zeitzählers 3TR entweder das Relais 4CR oder das Relais 5CR am/e- regt. Diese Relais regen ihrerseits eine den "Betriebs"-Zustand der Eichkontrolle anzeigende weiße Leuchte 205, ein Relais 7CR und den normalerweise geöffneten taitverzögerten Schalter 4TR an. Durch die Anregung des Relais 7CR v/ird der Stromkreis gemäß Zeile 24 geschlossen und regt einen in Zeile 34 enthaltenen Elektromagnet 4 an, welcher das Eichkontrollventil 203 in seine geöffnete Stellung bringt. Danach v/ird das Schaltventil 56 Mt der Blende 201 verbunden. Am Ende des von dem Zeitschalter 4TR gesteuerten Zeitintervalls scnließt der Schalter. Während dieses Zeitintervalls reagiert der druckbetätigte Schalter 204 auf das verstärkte Ausgangssignal des Druckgebers 47. Wenn das Prüfgerät einwandfrei funktioniert, schließt der Schalter 204 und regt das Relais 6CR an. Dementsprechend bewirkt das Schließen des Zeitzählers 4TR die Anregung eines Relais OCR in Zeile 24. Die "O.K."-Leuchte 206 der Eichkontrolle wird ebenfalls angeregt. Zusätzlich zum Schließen eines Uberbrückungskontaktes für den Zeitschalter 4TR in Zeile 25 und dem öffnen des Stromkreises für ein Relais 9CR in Zeile 26 öffnet das Relais 8CR Kontakte in den Zeilen 6 und 10, womit die gesamte Lockprüfeinrichtung zum Prüfen des nächsten Werkstückes eingerichtet wird- Ein zusätzlicher Stromkreis 207 in Zeile

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kann irür irgendwelche andere gewünschte Zwecke vorgesehen werden, beispielsweise um entlang der Montagestraße sich bewegende Teile anzuzeigen oder zu steuern.

Sollte die Anlage dermaßen gestttrt sein, daß der druckbetätigte Schalter 204 nach dem öffnen des Ventils 203 nicht schließt, wird beim Schließen des Zeitzählers 4TR das Relais 9CR und die "Fehler"-Anzeigeleuchte 208 der Eichkontrolle angeregt. Die Klemmen

O - des Relais 9CR in Zeile 6 werden geöffnet und bewirken

durch das Entregen des Relais ICR, daß das Ventil 56 in seine "Entleer"-Stel.'ung verschoben wircl. Das Relais 8CR wird abgeschaltet und der Zeitzähler 4TR überbrückt, so daß das Relais 9CR angeregt bleibt und die Leckprüfeinricntung nicht in der Lage ist, weitere Werkstücke zu prüfen, bis sie von Hand zurückgestellt ü!»d der Fehler behoben Korden ist. Ein zusätzlicher« durch Anregen des Relais ίΧ:Λ gesteuerter Stromkreis 209 kann vorgesehen werden.

ES sei bemerkt, daß der Aufbau der Anlage so vorge ·

_rr- sehen ist, daß die automatisch? Eichkontrolle sowohl

^ bei yon Hand gestarteten Werkstück-Prüfvorgängen wie

auch bei durch den Endschalter 63 gesteuerter Prüfungen durchgeführt wird. Außerdem kann das Leckanzeigegerät durch Umstellen des Schalters 29 in die "Eich"-Stellung für die handbetätigte Eichkontrolle umgeschaltet werden. Dabei wird das Relais SCR entregt und der Schalter betriebsbereit gemacht. Das Ventil 33 kann, v/ie oben in Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert, von Hanü umgestellt werden, um das Prüfgerät entweder mit dem "Gut"-Ventil 34 oder mit dem "Ausschuß"· Ventil 35 zu überprüfen.

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Das in Fie·. 9 dargestellte AusfUhrungsbeispiel der Neuerung entspricht im wesentlichen der Ausführung gemäß Fig. 1 bis 5, ist aber mit Einrichtungen versehen« um das zu prüfende Werkstück anfangs mit einer viel höhere« Geschwindigkeit aufzufüllen m-.ö dann die Vorfüllung unter Verwendung des gleichen crackreglers zu beendigen, der für den PrüfVorgang verwendet wird. Der schnelleVorfüll-Arbeitsgang hat den Vorteil, daß die mit dem Unterdruckuetzen eines Werkstückes verbundene Wärmewirkung vermindert wird, da sie be.·', schnellerer Vorfüllung geringer ist. Wenn ein Werkstück unter Druck gesetzt wird, so steigt die Temperatur der in dem Werkstück enthaltenen Luft aufgrund des erhöhten Druckes an. Danach beginnt sich die Luft aufgrund der sie umgebenden Werkstückoberflachen abzukühlen. Bei bestimmten Teilen könnte diese Kühlwirkung eine geringfügig erhöhte Strömungsgeschwindigkeit öurch den Durehflußmesser bewirken und somit eine falsche Lecks';römungs-Anzeige zur Folge haben. Es ist nun gefunden worden, daß eine schnelle Vorfüllung des Werkstücks diesen Effekt stark vermindert und außerdem schnellere Leckströmungsmessungen zur Folge hat, ohne daß dabei fehlerhafte Strönungsmessungen erfolgen. Bei größeren zu prüfenden Teilen wird mit diesen Ausführungsbeispiel der Neuerung ein erheblicher Prüfzeitgewinn erreicht.

Viele der in Fig. 9 dargestellten Teile entsprachen genau den Teilen von Fig. 4 und sind deshalb auch mit den gleichen, allerdings um die Zahl 300 vergrößerten, Bezugszahlen versehen. Die Teile 301, 302 und 303 kommen nur in Fig. 9 vor.

Eine mit einem Steuerventil 302 versehene ilebenleitung

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verbindet den Auslaß des Haupt-Druckminderventils 338 mit den Reihenfolge-Schaltventil 351. Das Ventil 302 wird durch einen Elektromagnet 4 gesteuert, der seinerseits durch einen normalerweise geschlossenen Schalter 3?S gesteuert wird. Dieser Schalter ist in Abhängigkeit von dem Druck in einer mit dem Inneren des Werkstücks 350 verbundenen pneumatischen Fühlerblende 303 in seine geöffnete Stellung verbringbar. Wenn die Fühlerblende das Erreichen eines vorgegebenen Drucks feststellt, wird der Schalter 3PS geöffnet und das Ventil 502 von einer unteren Stellung, in welcher die Nebenleitung 301 mit dem Einlaß des Ventils 351 verbunden ist, in eine in Fig. 9 gezeichnete obere Stellung verschoben. In dieser letzten Stellung ist die Nebenleitunc· 301 verschlossen und es wird die Vorfüll-Luft über einen Regler 341 dem Ventil 351 zugeführt. Der Regler 341 liefert .viuft sowohl für den Rest der Vorfüllphase des Arbeitsgänge wie auch für das laminare Strömungsglied 317.

Zum Betrieb des Ausführungpbeispiels nech Fig. 9 fließt bei in oberer oder Lieferstellung stehender?. Ventil und ebenfalls in Lieferstellung stehendem Ventil 354, sofort Druckluft von dem Regler 338, über die Nebenleitung 301 und das Ventil 302 und dann durch die Ventile 351 und 355 in das Werksbück 350 ein. Wie oben in Verbindung mit dem Haupt-Druckminderventil 36 erwähnt, kann der Hauptdruck der Luft bei einem Wert von etwa 4,14 Bar liegen. Daraus ergibt sich, daß dae Werkstück 350 sehr schnell mit Luft gefüllt wird. Sobald ein Druck erreicht ist, der angenähert dem Einstelldruck des Reglers 341, beispielsweise 0,7 Bar, entspricht, bewirkt die Fühlerblende 303 ein öffnen des Schalters 3PS, wodurch der Elektromagnet 4 angeregt

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und dcis Ventil 302 nach oben verstellt wird. Dieses ver-. schließt die Hebenleitung 301 und der Rest des Vorfüllvorgangs erfolgt dann über den Regler 341, der beispielsweise auf 0,7 Bar (10 psig) eingestell+-. ist. Nach einem vorgegebenen Zeitintervall schließt der Zeitschalter 2TR und bewirkt, daß der Elektromagnet 2 das Ventil 351 in seine untere Stellung verbringt. Damit wird die Druckluftzufuhr von dem Ventil 302 unterbrochen und das Einströmen von Druckluft vor. dem Strömungsglied 317 in das Werkstück 350 freigegeben.

v[j · Dieser Druck wird durch denselben Regler 341 gesteuert,

der die Schlußphase des Vorfüll-Zyklus* steuert. Somit wird eine Situation, di« in bestimmten Augenblicken auftreten könnte und bei der die Druckluftzufuhr abgeschnitten und dann wieder hergestellt wird, vermieden. D.h., jeder zwischen zwei Druckreglern (beispielsweise den Druckreglern 41 und 43 des ersten Ausführungsbeispieles) mögliche, auf eine Abtrennung und einem Wiederanschluß der Druckluft beruhende Synchronisierfehler ist hier unmöglich. Der Rest des Arbeitsgangs erfolgt in gleicher Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Neuerung.

Der Regler 341 sollte ein Hochpräzisionsregler sein, da für ein einwandfreies Funktionieren der Anlage eine sehr feine Drucksteuerung erforderlich ist. In der Regel wird der Druckregler 338 ein relativ hohes Durchflußvermögen aufweisen und derartige Regler haben keine so große Genauigkeit wi.e solche mit geringerem Durchflußvermögen. Deshalb dient der Regler 338 dazu, das Werkstück schnell aufzufüllen. Der letzte Abschnitt des Vorfttll-Arbeitf.gangs wird dann aber über den genaueren Druckregler 341 gesteuert.

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Der Einsatz von Zeitgebern anstelle von druckabhängigen Steuereinrichtungen, zum Steuern der aufeinanderfolgenden Füll- und Prüfschritte in allen·Ausführungsbeispielen der Erfindung, hat den Vorteil, daß die Leckprüfgeräte dadurch sehr flexibel und vielseitig einsetzbar sind. Wenn beispielsweise extrem genaue Leckströmunc^nessungen gefordert werden, können die Zeitzähler so eingestellt v/erden, daß gewährleistet ist, daß durch Wärmewirkung beim Druckerhöhen und nachfolgende Kühlwirku.ig verursachte Druckinstabilitäten sehr klein gehalten werden, ohne auf druckbetätigte Fühleinrichtungen zurückgreifen zu müssen, die derartige Instabilitäten nicht berücksichtigen können. Wird in anderen Fällen dagegen eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit und keine so extreme Genauigkeit verlangt, können die Zeitzähler so eingestellt werden, daß sie von dem Vorfüll- auf den Prüf-Arbeltsgang umschalten, bevor das vollständige Auffüllen des Prüfstücks mit Druckmedium beendet Isv.. Da die Zeitzähler äußerst genau eingestellt werden können, ist es durch Voreinstellen möglich, die dynamischen oder statischen Druckwerte an kritischen Punkten des Prüfzyklus' genau einzustellen.

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Claims (4)

G 74 OO 421.0 18.Juli 1974 The Cross Company PA 11 Gm bescho Schutzansprüche

1. Leckanzeigegerät für hohle Werkstücke, mit einer Fülleinrichtung, durch die ein zu prüfendes Werkstück mit Druckluft füllbar ist und einer Meßeinrichtung, durch die danach die auftretenden Leckverluste des Werkstückes feststellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Fülleinrichtung einen außen an einem kastenförmigen Gehäuse (12) befestigten Einlaß (36) für die Druckluft, im Innern des Gehäuses (12) angeordnete und mit dem Einlaß (36) verbundene Einrichtungen (38,41), mit denen ein Einfülldruck einstellbar ist, sowie einen außen an dem Gehäuse (12) angebrachten und durch eine Leitung mit den Einrichtungen (38,41) verbundenen Prüfanschluß (16), an den ein Werkstück (50) anachließbar ist, aufweist und daß die Meßeinrichtung im Innern des Gehäuses (12) angeordnete, mit dem Einlaß (16) verbundene Einrichtungen (44,45),mit denen ein Prüfdruck einstellbar ist, sowie eine einerseits mit den Einrichtungen (44,45) und andererseits mit dem Prüfanschluß (16) verbundene DurchfiuBmeßeinrichtung (48) enthält.

2. Leckanzeigegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmeßeinrichtung (48) aus einem laminaren Strömungsglied (17) und aus einem mit dem Strömungsglied (17) verbundenen Differenzdruckgeber (47) besteht.

3. Leckanzeigegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenezdruckgeber (47) mit einem

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von ihm betätigbaren Druckschalter (49) verbunden ist, durch den die Annahme oder Zurückweisung des Werkstückes (50) anzeigbar ist.

4. Leckanzeigegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckschalter (49) mit zwei Anzeigeleuchten (27,28) verbunden ist.

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