WO1995000827A1 - Verfahren und vorrichtung zur dichtheitsprüfung von hohlkörpern - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for leak testing of hollow bodies.
  • test specimen was previously filled with air and exposed to a defined differential pressure. In the event of a leak, pressure changes could then be detected, which were of different magnitude depending on the size of the leak.
  • this test method has the disadvantage that the detectable pressure differences were very slow and the measurement was temperature and volume dependent.
  • test object was also filled with a test gas such as helium, which could be detected using specific and sensitive measurement methods.
  • a test gas such as helium
  • the partial pressure changes resulting from a leak have been recorded with a helium mass spectrometer.
  • this method also has its limits because the use of helium causes high costs and, in the event of a major leak, the test chamber is contaminated with the test gas, so that subsequent measurements have always been impaired.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method and a device for leak testing of hollow bodies, as a result of which an inexpensive, quick and sensitive test is possible.
  • the object is achieved by using part of the test gas as test gas and another part of the test gas as aeration gas and analyzing individual components of the test gas on the side of the lower pressure.
  • air is used as the test gas. Air offers a significant cost advantage over conventional test gases and simplifies the process as a whole.
  • the method according to the invention makes it possible, in particular in the event of a major leak and contamination of the test chamber with a test gas component, to no longer use the component in question in the test gas and to switch to a different combination. In this way, different test gases can be used in any order, without reducing the sensitivity of detection and losing the production cycle.
  • FIG. 1 shows a special embodiment of the invention using a preferred device for testing the tightness of hollow bodies. Based on this, the invention is explained in more detail below.
  • the test gas 7 passes through a valve 8 to a separator 4, which ensures that the test gas is separated.
  • a separator 4 For example, an air separation device with molecular sieve separation processes or an adsorption catalyst process can be used as the separator 4.
  • the test gas is broken down into individual gas components. If air is used as the test gas, the gas components consist, for example, of nitrogen, oxygen, carbon dioxide, ozone, noble gases or other air components that occur in each case. It has proven to be advantageous to essentially separate the air used as the test gas into two gas components, for example in
  • test chamber 2 After gas separation, selected gas components are passed via a line 5 into the interior 9 of the test chamber 2.
  • the test chamber 2 is previously evacuated via the line 10 and the pump 11, so that after opening the valve 12 the gas can flow in as aeration gas.
  • the hollow body 1 is also evacuated via a line 13 and a pump 14. The other part of the test gas, which serves as the test gas, reaches this via a line 6.
  • a differential pressure ⁇ p is set between the interior 9 of the test chamber 2 and the interior 15 of the hollow body 1. The pressure in
  • Hollow body 1 in the system shown here is larger than that in the test chamber 2.
  • gas flows from the interior 15 into the test chamber 2.
  • the gas composition also changes to the test chamber 2.
  • This change can be detected by means of gas-selective test gas measuring devices 3, for example by means of a mass spectrometer, an infrared measuring system, a heat conduction measuring system or an ionization method.
  • Qualitative and quantitative tative differences are determined, in particular, by changes in partial pressure.
  • An evaluation can e.g. based on the respective mass peaks, e.g. on the
  • the test method according to the invention can basically be used for any objects. It is particularly suitable for leak testing of drums, compressors, wheels, cans, torque converters, oil pans and generally of gas, steam and liquid-carrying systems and components. If the object to be tested does not itself represent a hollow body, it is possible to to expand it for this purpose, so that, for example, flat or differently shaped components can also be tested.
  • a device for leak testing of hollow bodies essentially comprises a test chamber 2 for receiving the hollow body 1 as well as a gas measuring device 3 connected to the test chamber 2 and a separator 4 which is connected to the test chamber 2 via a line 5 and to the hollow body 1 via a line 6 is.
  • a gas measuring device 3 connected to the test chamber 2
  • a separator 4 which is connected to the test chamber 2 via a line 5 and to the hollow body 1 via a line 6 is.
  • there may be measuring and regulating devices which also enable automatic operation of the device.
  • FIG. 2 A process engineering and apparatus simplification of the invention is shown in FIG. 2.
  • the test chamber can even be omitted.
  • the hollow body 1 is provided with a sealing head 16.
  • This sealing head 16 can have one or more openings 17, 18 through which lines 19, 20 extend into the interior 15 of the hollow body 1.
  • the hollow body 1 is filled with ventilation gas. After opening the valve 21, the air is drawn off from the hollow body 1 via the line 19 by means of the pump 22, so that ventilation gas can get into the hollow body 1 via the line 23 after opening the valve 24.
  • This exchange can take place cyclically but also continuously.
  • the end 25 of the line 20 can extend into the vicinity of the bottom 26 of the hollow body 1, while the end 27 of the line 19 only projects into the upper region 28 of the hollow body 1.
  • ventilation gases are used that have a higher density than the air, such as carbon dioxide.
  • the ends 25, 27 of the lines 20, 15 can also be arranged differently.
  • the hollow body 1 can be filled with aeration gas by first evacuating the hollow body 1 and then filling it with aeration gas.
  • a differential pressure is set in relation to the outside atmosphere.
  • air then penetrates into the interior 15 from the outside atmosphere, as a result of which the gas composition changes here.
  • gas components of the test gas enter the hollow body 1, which have been wholly or partly removed from the ventilation gas.
  • Such changes can also be detected here by means of a gas-selective measuring device 29.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung von Hohlkörpern mittels Prüfgas. Hierbei wird der Hohlkörper einem Differenzdruck ausgesetzt, so daß Gas im Falle der Undichtheit des Hohlkörpers auf die Seite des niedrigeren Druckes strömen kann. Der besondere Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß als Prüfgas Luft verwendet werden kann, die je nach Prüfspezifikation in einen Testgasanteil und einen Belüftungsanteil zerlegbar ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung von Hohl¬ körpern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung von Hohlkörpern.
Um die Dichtheit eines Hohlkörpers zu untersuchen, hat man bislang den Prüfling mit Luft gefüllt und diesen ei- nem definierten Differenzdruck ausgesetzt. Im Falle eines Lecks konnten dann Druckveränderungen nachgewiesen wer¬ den, die je nach Größe des Lecks unterschiedlich stark waren. Diese Prüfmethode hat jedoch den Nachteil, daß sich die erfaßbaren Druckunterschiede nur sehr langsam einstellten und die Messung temperatur- und volumenab¬ hängig war.
Um diese Nachteile zu beseitigen, hat man den Prüfling auch mit einem Testgas wie Helium gefüllt, das mittels spezifischer und empfindlicher Meßmethoden nachgewiesen werden konnte. Beispielsweise hat man die von einem Leck herrührenden Partialdruckveränderungen mit einem Heliummassenspektrometer erfaßt. (Vakuum-Technik, 29. Jahrgang, Heft 4, S. 105-113) . Aber auch diese Methode hat ihre Grenzen, weil der Einsatz von Helium hohe Kosten verursacht und im Falle eines größeren Lecks die Prüfkam¬ mer mit dem Prüfgas kontaminiert wird, so daß nachfol¬ gende Messungen stets beeinträchtigt wurden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung von Hohlkörpern bereitzustellen, wodurch eine kostengünstige, schnelle und empfindliche Prüfung möglich wird. Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß man einen Teil des Prüfgases als Testgas und einen anderen Teil des Prüfgases als Belüftungsgas verwendet und einzelne Komponenten des Testgases auf der Seite des niedrigeren Druckes analysiert.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird als Prüfgas Luft verwendet. Gegenüber herkömmlichen Prüf- gasen bietet Luft einen erheblichen Kostenvorteil und vereinfacht das Verfahren insgesamt.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un¬ teransprüchen beschrieben.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es insbesondere bei einem Grobleck und einer Kontamination der Prüfkammer mit einer Prüfgaskomponente möglich, die betreffende Komponente bei der folgenden Prüfung nicht mehr im Test- gas zu verwenden und auf eine andere Kombination u zu- schalten. So können in beliebiger Reihenfolge verschie¬ dene Testgase verwendet werden, ohne daß die Nachweisemp¬ findlichkeit sinkt und Produktionstakt verlorengeht.
In Fig. 1 ist eine besondere Ausführungsform der Erfin- düng anhand einer bevorzugten Vorrichtung zur Dicht¬ heitsprüfung von Hohlkörpern dargestellt. Anhand dieser wird im folgenden die Erfindung näher erläutert.
Das Prüfgas 7 (z.B. Luft) gelangt hierbei über ein Ventil 8 zu einem Separator 4, der für eine Trennung des Prüf- gases sorgt. Als Separator 4 kann beispielsweise eine LuftZerlegungseinrichtung mit Molekularsieb-Trennverfah¬ ren oder einem Adsorptionskatalysator-Verfahren verwendet werden. Im Separator 4 wird das Prüfgas in einzelne Gaskomponenten zerlegt. Wird Luft als Prüfgas verwendet, bestehen die Gaskomponenten z.B. aus Stickstoff, Sauer¬ stoff, Kohlendioxid, Ozon, Edelgasen oder anderen jeweils vorkommenden Luftbestandteilen. Als vorteilhaft hat sich erwiesen, die als Prüfgas eingesetzte Luft im wesentli- chen in zwei Gaskomponenten zu trennen, beispielsweise in
Stickstoff und Restluft Kohlendioxid und Restluft Sauerstoff und Restluft oder einzelne Edelgase und Restluft.
Nach erfolgter Gastrennung werden ausgewählte Gaskompo¬ nenten über eine Leitung 5 in den Innenraum 9 der Prüf- kammer 2 geleitet. Über die Leitung 10 und die Pumpe 11 wird die Prüfkammer 2 zuvor evakuiert, so daß nach Öffnen des Ventils 12 das Gas als Belüftungsgas einströmen kann. Über eine Leitung 13 und eine Pumpe 14 wird auch der Hohlkörper 1 evakuiert. In diesen gelangt über eine Lei¬ tung 6 der andere Teil des Prüfgases, der als Testgas dient.
Je nach Art des als Hohlkörper 1 verwendeten Prüflings bzw. je nach PrüfSpezifikation wird zwischen dem Innen¬ raum 9 der Prüfkammer 2 und dem Innenraum 15 des Hohlkör- pers 1 ein Differenzdruck Δp eingestellt. Der Druck im
Hohlkörper 1 ist im hier gezeigten System größer als der¬ jenige in der Prüfkammer 2. So strömt Gas im Fall eines Lecks im Prüfling aus dem Innenraum 15 in die Prüfkammer 2. Findet in der angegebenen Weise ein Gasübergang statt, ändert sich auch die GasZusammensetzung in der Prüfkammer 2. Diese Änderung läßt sich mittels gasselektiver Testgas-Meßeinrichtungen 3 erfassen, beispielsweise mittels eines Massenspektrometers, eines Infrarot-Me߬ systems, eines Wärmeleitungsmeßsystems oder eines Ionisa- tionsverfahrens. Hierbei werden qualitative und quanti- tative Unterschiede insbesondere über Partialdruckverän- derungen ermittelt.
In einem anderen, hier nicht näher dargestellten Fall, ist es auch möglich, den Differenzdruck Δp so zu wählen, daß der Druck im Hohlkörper 1 niedriger ist als derjenige in der Prüfkammer 2. In diesem Fall wird die Gaszusammen¬ setzung im Hohlkörper 1 analysiert.
Eine Auswertung kann z.B. bezogen auf die jeweiligen Mas- senpeaks, z.B. auf die
Molekülmasse 4 (Helium)
Molekülmasse 28 (Stickstoff) Molekülmasse 32 (Sauerstoff)
Molekülmasse 40 (Argon) und
Molekülmasse 44 (Kohlendioxid) ,
erfolgen.
Um die PrüfSicherheit und die Meßgenauigkeit zu erhöhen, ist es ferner möglich, nicht nur einzelne Massenpeaks, sondern Kombinationen verschiedener Molekülmassen und die Verhältnisse der Molekülmassen zueinander auszuwerten. Dabei kann die Nachweisempfindlichkeit in dem Maße erhöht werden, wie es gelingt, das Untergrundspektrum im Meßraum abzusenken.
Das erfindungsgemäße Prüfverfahren läßt sich im Grunde für alle beliebigen Gegenstände einsetzen. Es eignet sich insbesondere zur Dichtheitsprüfung von Fässern, Kom¬ pressoren, Rädern, Dosen, Drehmomentwandlern, Ölwannen sowie allgemein von gas-, dampf- und flüssigkeitsführen¬ den Systemen und Bauteilen. Sofern der zu prüfende Gegen- stand selbst keinen Hohlkörper darstellt, ist es möglich, ihn hierzu zu erweitern, so daß beispielsweise auch flä¬ chige oder anders geformte Bauteile geprüft werden kön¬ nen.
Eine Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung von Hohlkörpern umfaßt im wesentlichen eine Prüfkammer 2 zur Aufnahme des Hohlkörpers 1 sowie eine mit der Prüfkammer 2 verbundene Gasmeßeinrichtung 3 sowie einen Separator 4, der über eine Leitung 5 mit der Prüfkammer 2 und über eine Leitung 6 mit dem Hohlkörper 1 verbunden ist. Darüber hinaus können Meß- und Regeleinrichtungen vorhanden sein, die auch einen automatischen Betrieb der Vorrichtung ermög¬ lichen.
Eine verfahrenstechnische und apparative Vereinfachung der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Bei dieser Aus- führungsform kann sogar auf die Prüfkammer verzichtet werden. Hierzu wird der Hohlkörper 1 mit einem Dichtkopf 16 versehen. Dieser Dichtkopf 16 kann eine oder mehrere Durchbrechungen 17, 18 aufweisen, durch die sich Leitun¬ gen 19, 20 in den Innenraum 15 des Hohlkörpers 1 er¬ strecken.
Der Hohlkörper 1 wird mit Belüftungsgas gefüllt. Nach Öffnen des Ventils 21 wird die Luft aus dem Hohlkörper 1 über die Leitung 19 mittels der Pumpe 22 abgezogen, so daß Belüftungsgas über die Leitung 23 nach Öffnen des Ventils 24 in den Hohlkörper 1 gelangen kann. Dieser Austausch kann zyklisch aber auch kontinuierlich erfol- gen. Um einen möglichst raschen und vollständigen Aus¬ tausch mit dem Belüftungsgas zu erreichen, kann das Ende 25 der Leitung 20 bis in die Nähe des Bodens 26 des Hohl¬ körpers 1 reichen, während das Ende 27 der Leitung 19 nur in den oberen Bereich 28 des Hohlkörpers 1 ragt. Eine derartige Anordnung hat beispielsweise Vorteile, wenn solche Belüftungsgase verwendet werden, die gegenüber der Luft eine höhere Dichte besitzen, wie z.B. Kohlendioxid. Im Falle anderer Belüftungsgase oder bei entsprechender Geometrie des Hohlkörpers 1 können die Enden 25, 27 der Leitungen 20, 15 aber auch anders angeordnet sein.
Andererseits läßt sich der Hohlkörper 1 mit Belüftungsgas befüllen, indem der Hohlkörper 1 zuerst evakuiert und anschließend mit Belüftungsgas befüllt wird.
Zur eigentlichen Dichtheitsprüfung wird nach Befüllen des Hohlkörpers 1 mit Belüftungsgas ein Differenzdruck ge¬ genüber der Außenatmosphäre eingestellt. Im Falle einer Undichtheit des Hohlkörpers 1 dringt dann von der Außen- atmosphäre Luft in den Innenraum 15, wodurch sich hier die GasZusammensetzung ändert. Es treten dann Gaskompo¬ nenten des Prüfgases in den Hohlkörper 1 ein, die dem Be¬ lüftungsgas ganz oder teilweise entzogen wurden. Derar¬ tige Änderungen lassen sich auch hier mittels einer gas- selektiven Meßvorrichtung 29 erfassen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zur Dichtheitsprüfung von Hohlkörpern mit einem aus verschiedenen Gasen bestehenden Prüfgas, bei dem der Hohlkörper einem Differenzdruck ausge¬ setzt wird, so daß Gas im Falle einer Undichtheit des Hohlkörpers auf die Seite des niedrigeren Druckes strömen kann, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil des Prüfgases als Testgas und einen anderen Teil des Prüfgases als Belüftungsgas verwendet und ein¬ zelne Komponenten des Testgases auf der Seite des niedrigeren Druckes analysiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Prüfgas Luft verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid oder an¬ dere Luftbestandteile von dem Prüfgas abtrennt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Analyse der Gaszusammen¬ setzung ein Testgasnachweissystem wie z.B. ein Mas- senspektrometer verwendet und einzelne Massenpeaks sowie Kombinationen verschiedener Molekülmassen und die Verhältnisse der Molekülmassen zueinander auswer¬ tet.
5. Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung von Hohlkörpern mittels eines aus verschiedenen Gasen bestehenden
Prüfgases, bestehend aus einer Prüfkammer (2) zur Aufnahme des Hohlkörpers (1) sowie einer mit der Prüfkammer (2) verbundenen Gasmeßeinrichtung (3) , dadurch gekennzeichnet, daß zur Trennung des aus ver- schiedenen Gasen bestehenden Prüfgases ein Separator (4) vorgesehen ist, der über eine Leitung (5) mit der Prüf ammer (2) und über eine Leitung (6) mit dem Hohlkörper (1) verbunden ist.
6. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 5 zur Dicht¬ heitsprüfung von Fässern, Kompressoren, Rädern, Do¬ sen, Drehmomentwandlern, Olwannen sowie allgemein von gas-, dampf- und flüssigkeitsführenden Systemen und Bauteilen.
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