DE10140222A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung der Dichtheit eines Motorblocks oder eines Zylinderkopfes einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Prüfung der Dichtheit eines mindestens einen Zylinder aufweisenden Motorblocks oder eines Zylinderkopfs einer Verbrennungskraftmaschine, gekennzeichnet durch folgende Schritte: der kolbenlose Zylinderraum oder der Brennraum des vom Motorblock entfernten Zylinderkopfes wird gasdicht abgedichtet, in mindestens einen Kühlkanal des Motorblocks bzw. des Zylinderkopfes wird Heliumgas eingeleitet, mit Hilfe einer Vakuumpumpe wird im abgedichteten Raum ein Unterdruck erzeugt, mit Hilfe eines an den Ansaugweg angeschlossenen Heliumsensors wird festgestellt, ob sich im Ansaugweg Helium befindet.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Prüfung der Dichtheit eines Motorblocks oder eines Zylinderkopfes einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors nach dem Patentanspruch 1.
• Der Motorblock bzw. der Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine ist mit Kühlkanälen versehen, durch welche während des Betriebs Kühlmedium, insbesondere Kühlwasser gepumpt wird. Es muß naturgemäß dafür gesorgt werden, daß Kühlmedium nicht in den Zylinder gelangt.
• Um Gewicht einzusparen, weisen die Motorblöcke häufig verhältnismäßig geringe Wanddicken auf. So kann es bei der Herstellung der Gußteile geschehen, daß winzige Risse oder Poren entstehen, die einen Durchtritt von Gas oder Flüssigkeit zulassen. Es ist bekannt, mit Hilfe geeigneter Untersuchungsmethoden die Beschaffenheit der Zylinder von Verbrennungskraftmaschinen zu überprüfen, beispielsweise mit Hilfe von Röntgenprüfvorrichtungen oder mit Hilfe von Kobaltstrahlen. Zu diesem Zwecke müssen die Strahlungsquellen in den Zylinder eingeführt und rotierend bewegt werden, um die gesamte Zylinderwandung zu erfassen. Mit den bekannten Prüfmethoden ist es nicht möglich, allerfeinste Risse oder Poren wirksam zu erfassen.
• Es ist auch bekannt, eine Dichtigkeitsprüfung mit Hilfe eines flüssigen Mediums vorzunehmen, das unter Druck gesetzt wird. Die Wassermoleküle haben jedoch eine Größe, daß sie durch Mikroporen und -risse nicht hindurchtreten.
• Die aufgrund von Gußfehlern, Materialspannungen oder dergleichen erzeugten Mikrodurchgänge im Zylinderblock oder im Zylinderkopf kommen während des Betriebes unter Umständen nicht zum Tragen, weil sie keine unmittelbare Verbindung zwischen einem Zylinder und einem Kühlkanal herstellen. Eine solche Verbindung wird oft erst dann geschaffen, wenn zum Zwecke der Herstellung eines sogenannten Austauschmotors die Zylinder ausgeschliffen werden. Besonders bei Austauschmotoren besteht mithin das Problem, daß der Motorblock nicht die erforderliche Dichtheit aufweist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Prüfung der Dichtheit eines Motorblocks oder eines Zylinderkopfes einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, anzugeben, das besonders einfach und wirksam durchgeführt werden kann.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der kolbenlose Zylinderraum oder der Brennraum des Zylinderkopfes gasdicht abgedichtet. In mindestens einen Kühlkanal des Motorblocks oder des Zylinderkopfes wird Helium eingeleitet. Mit Hilfe einer Vakuumpumpe wird im abgedichteten Raum ein Unterdruck erzeugt. Im Ansaugweg der Vakuumpumpe ist ein Heliumsensor angeordnet, der feststellt, ob in der angesaugten Luft Heliumatome vorhanden sind. Ist dies der Fall, bedeutet das, daß der Zylinderraum undicht ist.
• Heliumsensoren sind an sich bekannt. Helium eignet sich besonders gut für das erfindungsgemäße Verfahren, da Heliumatome besonders klein sind, d. h. auch allerkleinste Mikrokanäle passieren. Es ist jedoch grundsätzlich auch denkbar, ein anderes kleinatomiges Gas zu verwenden.
• Mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen. Eine besonders einfache Lösung besteht darin, daß eine Prüfeinheit eine Dichtplatte aufweist, die an die Stelle des Zylinderkopfes den Zylinder bzw. an die Stelle des Motorblocks den Brennraum im Zylinderkopf gasdicht verschließt, wobei die Dichtplatte eine erste mit dem Zylinderraum oder dem Brennraum verbundene Durchlaßbohrung aufweist für den Anschluß an eine Vakuumpumpe. Die Dichtplatte weist eine zweite Durchlaßbohrung auf, die mit einem Kühlkanal des Motorblocks oder des Zylinderkopfes in Verbindung steht für den Anschluß an eine Heliumquelle. Im Ansaugweg der Vakuumpumpe ist ein Heliumsensor angeordnet. Es versteht sich, daß eine geeignete Verbindungsleitung zum Heliumsensor über die Dichtplatte nach außen geführt ist.
• Es versteht sich ferner, daß mit Hilfe der Dichtplatte die freiliegenden Kanalabschnitte der Kühlkanäle im Motorblock bzw. im Zylinderkopf gleichermaßen abgedichtet werden.
• Damit eine serienmäßige Dichtheitsprüfung durchgeführt werden kann, ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung die Dichtplatte in einem Gestell angeordnet. Sie wird mit mindestens einem am Gestell angeordneten Fluidzylinder gegen den Motorblock bzw. den Zylinderkopf angepreßt. Hierfür ist erforderlich, daß der Motorblock seinerseits lösbar im Gestell befestigt werden kann und in ausreichender Weise abgestützt wird, damit die Dichtplatte in pressenden Eingriff gebracht werden kann.
• Um im Zylinder des Motorblocks einen abgeschlossenen gasdichten Raum zu bilden, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß mit der Dichtplatte ein Prüfkolben verbunden ist, der in den kolbenlosen Zylinderraum eingetaucht wird und den Zylinderraum zur Kurbelwellenseite hin abdichtet. Im übrigen läßt der Prüfkolben einen Ringraum frei, der über einen Kanal im Prüfkolben mit der ersten Durchlaßbohrung in der Dichtplatte verbunden ist. In dem Ringraum wird der beschriebene Unterdruck erzeugt. Daher ist nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung der Heliumsensor vorzugsweise im Bereich der Dichtplatte angeordnet.
• Damit eine ausreichende Dichtigkeit mit Hilfe des Prüfkolbens hergestellt werden kann, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß der Prüfkolben aus zwei teleskopisch ineinandergeführten Abschnitten besteht, zwischen denen mindestens eine elastomere Ringdichtung angeordnet ist. Mit dem Kolbenabschnitt, der der Kurbelwellenseite zugeordnet ist, ist eine Zugstange verbunden, die über Bohrungen im anderen Kolbenabschnitt und in der Dichtplatte nach außen geführt ist. Die Zugstange ist mit einer Zugvorrichtung verbunden, wodurch die Ringdichtung beim Aufbringen einer Zugkraft radial gegen die Wandung des Zylinderraums gepreßt wird.
• Die Zugvorrichtung weist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mindestens einen Fluidzylinder auf, der sich auf der Dichtplatte abstützt und auf die Zugstange einwirkt.
• Verbrennungskraftmaschinen haben üblicherweise vier oder sechs Zylinder. Es ist daher zweckmäßig, wenn die Prüfeinheit eine entsprechende Anzahl von Prüfkolben aufweist, die gleichzeitig in die Zylinder eingefahren werden können. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht hierzu vor, daß die Kolbenstangen mehrerer erster Fluidzylinder jeweils mit einer Traverse verbunden sind, die ihrerseits über Stützen an den Enden der Traverse fest mit der Dichtplatte verbunden sind. Zwischen den Stützen ist eine Querstange angeordnet, die mit den Zugstangen verbunden ist. Auf der Dichtplatte ist mindestens ein zweiter Fluidzylinder angeordnet, der mit der Querstange verbunden ist. Wird der zweite Fluidzylinder ausgefahren, werden die Zugstangen nach außen bewegt, wodurch die entsprechenden mitgeführten Kolbenabschnitte einen axialen Druck auf die Ringdichtung ausüben und diese einen radialen Preßdruck erzeugen.
• In dem erwähnten Gestell ist eine Halterung für die Anbringung des Motorblocks vorgesehen. Zweckmäßigerweise ist die Halterung zumindest in einer Richtung linear bewegbar, um eine Ausrichtung zur Prüfeinheit vornehmen zu können.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
• Fig. 1 zeigt eine Vorderansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf den unteren Teil des Gestells nach Fig. 1.
• Fig. 3 zeigt die Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 1.
• Fig. 4 zeigt vergrößert einen Teil der Vorrichtung nach Fig. 1.
• Fig. 5 zeigt die Seitenansicht der Darstellung nach Fig. 4.
• In den Fig. 1 bis 3 ist ein Gestell 10 dargestellt, das einen oberen Abschnitt 12 und einen unteren Abschnitt 14 aufweist. Der untere Gestellabschnitt 14 ist rahmenartig und annähernd kubisch und stützt sich auf dem Untergrund ab. Der obere Gestellabschnitt 12 ist annähernd portalartig, wie sich insbesondere aus Fig. 1 ergibt.
• Im oberen Bereich des oberen Gestellabschnitts 12 ist eine horizontale Brücke 16 angeordnet, an der in nicht weiter zu beschreibender Art und Weise drei Fluidzylinder 18, 20, 22 im Abstand zueinander aufgehängt sind. An der Kolbenstange der Fluidzylinder 18 bis 22 ist jeweils eine Traverse 24, 26, 28 mittig angehängt. Wie insbesondere aus Fig. 5 hervorgeht, ist an den Enden jeder Traverse jeweils eine Stütze 30, 32 durch Verschraubung angebracht. Die Stützen 32 sind am unteren Ende mit einer Dichtplatte 34 fest verbunden. Die Verbindung erfolgt über eine Zwischenplatte 36 bzw. 38, die auf der Oberseite der Dichtplatte 34 zu liegen kommt.
• Mit der Dichtplatte 34 sind sechs Prüfkolben 40 verbunden, die parallel zueinander im vorgegebenen Abstand voneinander von der Dichtplatte 34 herunterhängen. Die beiden mittleren Prüfkolben 40 sind in Fig. 1 und auch in Fig. 4 im Schnitt dargestellt. Man erkennt insbesondere aus Fig. 4, daß die Prüfkolben 40 aus zwei Abschnitten bestehen, nämlich einem oberen Abschnitt 42 und einem unteren Abschnitt 44, wobei der untere Kolbenabschnitt 44 teleskopisch vom oberen Abschnitt 42 aufgenommen ist. Zwischen einem radialen Bund des unteren Kolbenabschnitts und dem axialen Bund des oberen Kolbenabschnitts 42 sind zwei Dichtringe 46 aus elastomerem Material angeordnet. Der Durchmesser des oberen Kolbenabschnitts 42 ist im oberen Bereich etwas kleiner als im unteren Bereich, wie durch die Stufe 48 angezeigt. Mit dem unteren Kolbenabschnitt 44 ist eine Zugstange 48 verbunden, die durch eine Bohrung des oberen Kolbenabschnitts 42 und durch eine Bohrung in der Dichtplatte 34 hindurchgeführt ist. Sämtliche Zugstangen der Prüfkolben 40 sind mit einer Querstange 50 verbunden, die sich zwischen den Stützen 30, 32 hindurcherstreckt, wie sich aus Fig. 5 ergibt.
• Auf der Dichtplatte 34 sind vier Fluidzylinder 52, 56, 58 angeordnet. Die Kolbenstangen sind mit der Querstange 50 verbunden, die sich oberhalb der Fluidzylinder 52 bis 58 erstreckt. Werden die Zylinder 52 bis 58 betätigt, wird die Querstange 50angehoben. Dadurch werden auch die Zugstangen 48 angehoben und der zugehörige untere Kolbenabschnitt 44. Auf diese Weise werden die Dichtringe 46 radial nach außen verformt.
• In der Dichtplatte 34 befindet sich eine Durchbohrung 60 (Fig. 5), die mit einem Kanal 62 im Prüfkolben 42 verbunden ist und der seinerseits über einen radialen Abschnitt mit der Außenseite des Prüfkolbens 42 verbunden ist. In der Platte 36 befindet sich ein hier nicht gezeigter Heliumsensor.
• Auf der Oberseite des unteren Gestellabschnitts 40 ist eine Platte 66 angeordnet, die mit Hilfe eines Verstellzylinders 68 entlang von Schienen 70, 72 horizontal verfahrbar ist. Auf der Platte 66 kann ein Motorblock verspannt werden, der in den Fig. 1 und 3 bei 74 gestrichelt dargestellt ist. Der Motorblock 74 wird ohne Kolben und ohne Zylinderkopf so aufgespannt, daß die Zylinderöffnungen nach oben weisen. Ist dies geschehen, wird mit Hilfe des Verstellzylinders 68 der Motorblock 74 unter die Prüfkolben 40 gefahren, bis die Prüfkolben 40 zu den Zylindern des Motorblocks ausgerichtet sind. Die Anordnung der Prüfkolben 40 und ihre Dimensionierung ist derart, daß durch Absenken der Prüfkolben 40 mit Hilfe der Fluidzylinder 18 bis 22 die Prüfkolben in die Zylinder des Motorblocks einfahren. Dies geschieht solange, bis die Dichtplatte 34 dichtend auf der Oberseite des Motorblocks aufsetzt. Die Dichtplatte 34 bewirkt, daß die Zylinder nach oben vollständig abgedichtet sind, ebenso wie die nach oben freien Kühlkanäle des Motorblocks. Der Prüfkolbenabschnitt 44 befindet sich dabei im unteren Bereich des Zylinders. Wird nun mit Hilfe der Zugstangen 48 auf die oben beschriebene Art und Weise eine radiale Verformung der Dichtringe 46 erzielt, legen sich die Dichtringe unter relativ hohem Druck gegen die Wandung des Zylinderraums an. Oberhalb des Absatzes 48 befindet sich jedoch ein Ringraum, der über den Kanal 62 und die Bohrung 60 mit Hilfe einer nicht dargestellten Vakuumpumpe unter Unterdruck gesetzt werden kann.
• Die Dichtplatte 34 weist eine weitere Durchbohrung auf, die mit einem Kühlkanal bzw. dem Kühlkanalsystem des Motorblocks in Verbindung steht. In das Kanalsystem wird auf ebenfalls nicht gezeigte Art und Weise Heliumgas eingedrückt. Wird nun in einem Zylinder auf die beschriebene Art und Weise ein relativ hohes Vakuum erzeugt, würde Helium in den beschriebenen Ringraum eindringen, wenn eine Undichtigkeit im Motorblock in Form von Mikrorissen oder Mikroporen bestünde. Zur Detektierung des Heliums ist in der Platte 36 ein Heliumsensor angeordnet, der über ein geeignetes Kabel (nicht gezeigt) mit einer Auswertevorrichtung (ebenfalls nicht gezeigt) verbunden ist. Die beschriebene Dichtheitsprüfung kann Zylinder für Zylinder vorgenommen werden, so daß auch feststellbar ist, welcher der Zylinder undicht ist.
• Es sei noch erwähnt, daß die beschriebene Vorrichtung nicht nur zur Prüfung eines Motorblocks auf Dichtheit herangezogen werden kann, sondern auch zur Prüfung der Dichtheit von Zylinderköpfen. In diesem Fall werden die Zylinderköpfe auf den Tisch 66 aufgespannt. Prüfkolben sind nicht erforderlich. Es wird jedoch eine Dichtplatte verwendet, ähnlich der Dichtplatte 34, mit welcher die Brennräume des Zylinderkopfes dicht abgeschlossen werden können. Über die Dichtplatte können die abgedichteten Brennräume evakuiert werden. Eine weitere Anschlußbohrung in dieser Dichtplatte ist dann mit dem Kühlkanalsystem im Zylinderkopf verbunden. In das Kühlsystem wird wiederum Heliumgas eingeleitet, das durch Undichtigkeiten im Zylinderkopf hindurchdringt in den Brennraum, so daß wiederum eine Dichtheitsprüfung vorgenommen werden kann. In diesem Falle befindet sich der Heliumsensor vorzugsweise in der beschriebenen Dichtplatte.

Claims (9)

1. Verfahren zur Prüfung der Dichtheit eines mindestens einen Zylinder aufweisenden Motorblocks oder eines Zylinderkopfes einer Verbrennungskraftmaschine, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
der kolbenlose Zylinderraum oder der Brennraum des vom Motorblock entfernten Zylinderkopfes wird gasdicht abgedichtet,
in mindestens einen Kühlkanal des Motorblocks bzw. des Zylinderkopfes wird Heliumgas eingeleitet,
mit Hilfe einer Vakuumpumpe wird im abgedichteten Raum ein Unterdruck erzeugt,
mit Hilfe eines an den Ansaugweg angeschlossenen Heliumsensors wird festgestellt, ob sich im Ansaugweg Helium befindet.

2. Vorrichtung zur Prüfung der Dichtheit des Motorblocks einer Verbrennungskraftmaschine im Bereich mindestens eines Zylinders oder eines Zylinderkopfes, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Prüfeinheit aufweist mit einer Dichtplatte (34), die an die Stelle des Zylinderkopfes den Zylinder bzw. an die Stelle des Motorblocks den Brennraum im Zylinderkopf gasdicht verschließt, wobei die Dichtplatte (34) eine erste mit dem Zylinderraum oder dem Brennraum verbundene Durchlaßbohrung aufweist für den Anschluß an eine Vakuumpumpe, die Dichtplatte (34) eine zweite Durchlaßbohrung aufweist, die mit einem Kühlkanal des Motorblocks bzw. des Zylinderkopfes in Verbindung steht für den Anschluß an eine Heliumquelle und einem Heliumsensor an dem Ansaugweg der Vakuumpumpe.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtplatte (34) in einem Gestell (10) angeordnet ist und mittels mindestens eines im Gestell angeordneten Fluidzylinders (18, 20, 22) gegen den Motorblock (74) bzw. den Zylinderkopf anpreßbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Dichtplatte (34) ein Prüfkolben (40) verbunden ist, der in den Zylinder eintauchbar ist und den kolbenlosen Zylinderraum zur Kurbelwelle hin abdichtet, im übrigen jedoch einen Ringraum bildet, der über einen Kanal (62) im Prüfkolben (40) mit der ersten Durchlaßbohrung (60) in der Dichtplatte (34) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkolben (40) aus zwei teleskopisch ineinandergeführten Abschnitten (44, 42) besteht, zwischen denen mindestens eine elastomere Ringdichtung (46) angeordnet ist, mit dem am weitesten im Zylinderraum sitzenden Kolbenabschnitt (44) eine Zugstange (48) verbunden ist, die über Bohrungen im anderen Kanalabschnitt (42) und in der Dichtplatte (34) nach außen geführt ist und eine Zugvorrichtung (52 bis 58, 50) mit der Zugstange (48) verbunden ist, wodurch die Ringdichtung (46) beim Aufbringen einer Zugkraft radial gegen die Wand des Zylinders gepreßt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugvorrichtung mindestens einen Fluidzylinder (52 bis 58) aufweist, die sich auf der Dichtplatte (34) abstützt und auf die Zugstange (48) einwirkt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstangen mehrere erste Fluidzylinder (18 bis 22) mit einer Traverse (24, 26, 28) verbunden sind, die ihrerseits über Stützen (30, 32) an den Enden der Traverse fest mit der Dichtplatte (34) verbunden sind, zwischen den Stützen (30, 32) eine Querstange (50) angeordnet ist, die mit den Zugstangen (48) verbunden ist, und auf der Dichtplatte (34) mindestens ein zweiter Fluidzylinder (52 bis 58) angeordnet ist, dessen Kolbenstange mit der Querstange (50) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Heliumsensor in der Dichtplatte (34) im Bereich der ersten Durchlaßbohrung (60) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Gestell (10) ein Halteschlitten (66) angeordnet ist zur Aufnahme des Motorblocks (74) und der Halteschlitten (66) mit Hilfe einer Betätigungsvorrichtung (68) entlang einer linearen Führung (70, 72) verfahrbar ist zur Ausrichtung des Motorblocks (74) gegenüber der Prüfeinheit.