DE10258017A1

DE10258017A1 - Leckagemesseinrichtung

Info

Publication number: DE10258017A1
Application number: DE2002158017
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl.-Ing.(FH) Bellmann; Matthias Dipl.-Ing. Christ; Ulrich Krämer
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-12-12
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2004-06-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leckagemesseinrichtung, mit einem Prüfling (1) und einem als Druckmittelquelle dienenden Prüfvolumen (2). DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leckagemesseinrichtung zur reproduzierbaren und automatisierbaren Messung sehr kleiner Leckagen sowie ein Verfahren zu deren Anwendung anzugeben. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Referenzvolumen (3) zur Erfassung von Schwankungen der Umgebungsbedingungen, ein Sensor (4, 5, 6, 7, 8) zur Erfassung der Druckdifferenz zwischen Prüfvolumen (2) und Referenzvolumen (3) und eine Signalverarbeitung (9) vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leckagemesseinrichtung sowie ein Verfahren zu deren Anwendung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Aus der DE 38 25 016 C2 ist ein Verfahren zum Prüfen von Hohlräumen auf Leckverluste und ein Prüfgerät zum Durchführen des Verfahrens bekannt. Dabei werden Hohlräume des Prüflings auf Leckverluste geprüft, indem die Hohlräume mit unter Über- oder Unterdruck stehendem Fluid befüllt werden. Nach Abschalten der Fluidquelle werden die Druckänderungen über eine Messzeit als physikalische Größe dargestellt. Diese physikalische Größe wird nach der Zeit differenziert. Der Differentialquotient wird als Messgröße für die Leckrate des Prüflings verwendet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leckagemesseinrichtung zur reproduzierbaren und automatisierbaren Messung sehr kleiner Leckagen sowie ein Verfahren zu deren Anwendung anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Dazu weist die Leckagemesseinrichtung einen Prüfling auf, der mit einem als Druckmittelquelle dienenden separaten Prüfvolumen hydraulisch verbunden ist, wobei der Prüfling als Ausgang für das Prüfvolumen dient. Dem Prüfvolumen ist ein Referenzvolumen zugeordnet. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass das Prüfmedium über den Prüfling aus dem Prüfvolumen entweicht, wohingegen das Referenzvolumen abgedichtet ist. Mit dem Austreten von Prüfmedium aus dem Prüfvolumen sinkt der Druck im Prüfvolumen. Der Sensor erfasst die Druckdifferenz zwischen dem an den Prüfling angeschlossenen Prüfvolumen und dem abgedichteten Referenzvolumen. Durch diesen Druckvergleich zwischen Prüfvolumen und Referenzvolumen lässt sich der von schwankenden Umwelteinflüssen bereinigte Druckabfall im Prüfvolumen ermitteln. Dieser bereinigte Druckabfall im Prüfvolumen ist proportional zur über den Prüfling ausgetretenen Menge des Prüfmediums. Die Messwerte sind so genau, dass auch sehr kleine Leckagen gemessen werden können. Die Ergebnisse sind in hohem Maße reproduzierbar.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass der Prüfling im eingebauten Zustand, beispielsweise in seinem Ventilblock verbaut, geprüft werden kann.
In einer Ausführungsform sind Prüfvolumen und Referenzvolumen gleich groß und werden mit einem Prüfmedium unter dem selben Prüfdruck befüllt. In diesem Fall sind keine Umrechnungen nötig, um die unterschiedlichen Volumengrößen und Ausgangsdrücke zu berücksichtigen. Die Druckdifferenz zwischen Prüfvolumen und Referenzvolumen entspricht direkt dem von Umwelteinflüssen bereinigten Druckabfall im Prüfvolumen und ist damit direkt proportional zur über den Prüfling ausgetretenen Menge des Prüfmediums.
Die erfindungsgemäße Leckagemesseinrichtung ermöglicht die einfache und reproduzierbare Messung von kleinen Leckagen über beliebig lange Messzeiträume. Die Sensorsignale werden an eine Signalverarbeitung weitergegeben. Damit ist eine automatisierte Leckagemessung am Prüfling möglich.
Erfindungsgemäß wird die Verwendung für hydraulisch beaufschlagte Körper vorgeschlagen. Hydraulisch beaufschlagte Körper sind üblicherweise Teil eines Hydrauliksystems. In diesem Fall handelt es sich bei dem Prüfmedium typischerweise um Hydrauliköl.
Weitere Merkmale, Merkmalskombinationen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung sowie den weiteren Ansprüchen. Im Folgenden wird anhand der Zeichnung eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 einen schematischen Aufbauplan einer Leckagemesseinrichtung.
Die Erfindung betrifft eine Leckagemesseinrichtung zur Messung der Leckage eines Prüflings 1. Die Leckagemesseinrichtung weist ein mit einem Prüfmedium befülltes Drucksystem, eine Steuerung 10 und eine Signalauswertung 9 auf. Bei dem Prüfmedium handelt es sich beispielsweise um Hydraulikflüssigkeit. Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Leckagemesseinrichtung zur Überprüfung von Ventilen mit sehr kleinen Leckagen, wie sie beispielsweise zur hydraulischen Steuerung eines Plungers für ein Kraftfahrzeug benötigt werden.
In 1 ist der Prüfling 1 als Sperrventil dargestellt. Derartige Sperrventile sind beispielsweise in einem Ventilblock angeordnet, der zur hydraulischen Steuerung eines Plungers in einem aktiven hydraulischen Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs dient. Diese Sperrventile dürfen nur äußert geringe Leckraten aufweisen. Typische Leckraten liegen bei einigen μl pro Minute bzw. wenigen ml pro Monat. Bei solch niedrigen Leckraten ist aufgrund der unterschiedlichen Verhaltensweisen von Gasen und Flüssigkeiten eine Übertragung der Ergebnisse einer Luftleckagemessung auf Ölleckage nicht möglich.
Die erfindungsgemäße Leckagemesseinrichtung ermöglicht die Prüfung eines Prüflings 1 mit dem Serienmedium und in der Originaleinbausituation. Bei dem Prüfling 1 handelt es sich beispielsweise um ein Sperrventil. Das Sperrventil kann in den Ventilblock eingebaut geprüft werden. Dabei fließen alle Undichtigkeiten zwischen Ventilblock und Ventil in das Ergebnis ein.
Das erfindungsgemäße Drucksystem weist einen Druckerzeuger 15 auf. Von dem Druckerzeuger 15 geht eine Druckleitung aus, die sich in zwei Druckleitungen teilt. In der einen der beiden Druckleitungen ist ein Ventil 11 angeordnet. In der anderen Druckleitung ein Ventil 12 angeordnet. Dem Ventil 11 ist ein Prüfvolumen 2 nachgeschaltet. Dem Ventil 12 ist ein Referenzvolumen 3 nachgeschaltet. Vom Prüfvolumen 2 geht eine Druckleitung ab, in der ein Ventil 13 angeordnet ist. Vom Referenzvolumen 3 geht eine Druckleitung ab, in der ein Ventil 14 angeordnet ist. Nach den beiden Ventilen 13 und 14 sind die beiden Druckleitungen zu einer gemeinsamen Druckleitung zusammengeführt. Diese Druckleitung ist mit dem Prüfling 1 verbunden. Der Prüfling 1 weist eine zweite Druckleitung 16 auf, die den Prüfling 1 direkt mit dem Druckerzeuger 15 verbindet.
Von der Druckleitung zwischen dem Prüfvolumen 2 und dem Ventil 13 zweigt eine Verbindungsdruckleitung ab. Diese Verbindungsdruckleitung mündet in die Druckleitung, die das Referenzvolumen 3 mit dem Ventil 14 verbindet. Die Verbindungsdruckleitung dient dem Anschluss der Sensoren 4, 5, 6, 7 und 8. Alle Druckleitungen sind so angeordnet, dass die Leitungslängen zwischen den beiden Druckvolumen 2 und 3 und den ihnen zugeordneten Ventilen 11, 12, 13, 14 und Sensoren 4, 5, 6, 7, 8 symmetrisch sind.
Die Ventile 11, 12, 13 und 14 sind leckölfrei dichtende Ventile und über elektrische und/oder pneumatische Leitungen mit der Steuerung 10 verbunden. Die Steuerung 10 öffnet und schließt die Ventile 11, 12, 13 und 14 und steuert den Druckerzeuger 15 und die Signalauswertung 9.
In der Verbindungsdruckleitung sind die Sensoren 4, 5, 6, 7 und 8 angeordnet. Sie ermitteln den Druck und die Temperatur des Prüfvolumens 2 und des Referenzvolumens 3 sowie die Druckdifferenz zwischen den beiden Druckvolumen 2 und 3. Die Sensoren 4, 5, 6, 7 und 8 sind über elektrische Leitungen mit der Signalauswertung 9 verbunden.
Diese Signalauswertung 9 erfasst, ob der Prüfling 1 in Prüfposition, d.h in Sperrposition, steht. Die Signalauswertung 9 ist mit der Steuerung 10 verbunden. Von der Steuerung 10 erhält die Signalauswertung 9 das Signal für den Beginn der Signalerfassung. Die Signalauswertung 9 gibt Daten an die Steuerung 10 weiter. Mit Hilfe dieser Daten steuert die Steuerung 10 den Messablauf. Beispielsweise wird beim Spülen und beim Befüllen der Messeinrichtung erfasst, wann der Prüfdruck im Prüfvolumen 2 und im Referenzvolumen 3 anliegt.
Vor der Befüllung der Leckagemesseinrichtung unter Prüfdruck wird das gesamte System entlüftet und mit dem Prüfmedium gespült. Dazu pumpt der Druckerzeuger 15 das Prüfmedium in das Drucksystem. Der Vorgang des Befüllens ist, ebenso wie die Messung, elektronisch steuerbar. Dazu ist, wie in 1 dargestellt, die Steuerung 10 mit dem Druckerzeuger 15 und den Ventilen 11, 12, 13, 14 sowie mit der Signalverarbeitung 9 verbunden. Eine Steuerung 10 gibt den Befehl an den Druckerzeuger 15, die Anlage durchzuspülen. Dazu öffnet die Steuerung 10 die Ventile 11, 12, 13, 14.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Befüllvorgang über den Prüfling 1. Dieser ist über die gestrichelt eingezeichnete Befüllleitung 16 direkt mit dem Druckerzeuger verbunden und ebenfalls auf Durchlass geschaltet. Die Sensoren 4, 5, 6, 7, 8 ermitteln den Druck im Drucksystem und geben diese Information über die Signalverarbeitung 9 an die Steuerung 10 zurück. Wenn im Prüfvolumen 2 und im Referenzvolumen 3 der vorgegebene Prüfdruck anliegt, besteht keine Druckdifferenz zwischen dem Prüfvolumen 2 und dem Referenzvolumen 3 und die Steuerung beendet den Befüllvorgang und schließt die Ventile 11, 12, 13 und 14. Die Druckleitung zwischen dem Prüfvolumen 2 und dem Ventil 13 sowie die Druckleitung zwischen dem Ventil 13 und dem Prüfling 1 ist mit dem Prüfmedium gefüllt und steht unter Prüfdruck.
Wenn die Sensoren 4, 5, 6, 7 und 8 erfassen, dass das Drucksystem unter Prüfdruck steht, wird eine Beruhigungsphase, zur Eliminierung von Temperatur und Diffusionseinflüssen eingeleitet.
Nach der Beruhigungsphase bleibt das Referenzvolumen 3 durch das Ventil 14 abgesperrt, während das Ventil 13 geöffnet wird. Mit diesem Vorgang beginnt die Messung. Mit Messbeginn wird die Befüllleitung 16 entfernt bzw. unterbrochen.
Zu Messbeginn liegt im Prüfvolumen 2 der Prüfdruck an. Das Prüfvolumen 2 ist über das geöffnete Sperrventil 14 direkt mit dem Prüfling 1 verbunden und das Prüfmedium kann über Leckagen am Prüfling 1 aus dem Prüfvolumen 2 entweichen. Dabei sinkt der Druck im Prüfvolumen 2. Der Druck im Prüfvolumen 2 wird durch den Prüfvolumen-Drucksensor 8 in seinem zeitlichen Verlauf erfasst.
Der Druckabfall im Prüfvolumen 2 ist aber nicht nur von der Leckrate abhängig. Auch Schwankungen der Umgebungstemperatur oder Luftdruckschwankungen haben Einfluss auf den Druck im Prüfvolumen 2. Um diese Einflüsse zu kompensieren, verfügt die Leckagemesseinrichtung über das Referenzvolumen 3. Dieses Referenzvolumen 3 ist mit dem gleichen Medium unter dem selben Druck befällt, wie das Prüfvolumen 2. Außerdem ist das Referenzvolumen 3 den selben Umgebungsbedingungen unterworfen, wie das Prüfvolumen 2. Das Referenzvolumen 3 ist genauso groß, wie das Prüfvolumen 2 und parallel zum Prüfvolumen 2 in die Leckagemesseinrichtung integriert. Während der Messung ist das Referenzvolumen 3 mit dem Sperrventil 14 vom Prüfling 1 abgeschlossen, während das Prüfvolumen 2 über das Sperrventil 13 mit dem Prüfling verbunden ist. Nun lässt sich die Differenz zwischen dem Druck im Prüfvolumen 2 und dem Druck im Referenzvolumen 3 ermitteln. Dazu ist ein Druckdifferenzsensor 4 vorgesehen. Der dabei feststellbare Anstieg der Druckdifferenz über die Zeit ist nur durch die zu ermittelnde Leckage des Prüflings 1, nicht aber durch Schwankungen in den Umgebungsbedingungen verursacht.
In der dargestellten Ausführungsform sind zusätzlich zum Druckdifferenzsensor 4 ein Referenzvolumen-Temperatursensor 5 und ein Referenzvolumen-Drucksensor 7 sowie ein Prüfvolumen-Temperatursensor 6 und der Prüfvolumen-Drucksensor 8 vorgesehen. Die Sensoren 5, 6, 7, 8 dienen als Kontrolle für die Verwertbarkeit der Ergebnisse des Druckdifferenzsensors 4. Dadurch wird sichergestellt, dass beispielsweise eine Undichtigkeit des Referenzvolumens 3 oder eine einseitige Erwärmung des einen der beiden Volumen 2 oder 3 nicht zu einer Fehlmessung führt. Die Sensoren 5, 6, 7, 8 überprüfen, ob die Umgebungsbedingungen zwischen Referenzvolumen und Prüfvolumen 2 wirklich gleich sind. Bei Abweichungen der durch die Sensoren 5, 6, 7, 8 ermittelten Umgebungsbedingungen werden diese Ab weichungen in einer Signalverarbeitung 9 aus der von Sensor 4 ermittelten Druckdifferenz herausgerechnet.
Die Sensoren 4, 5, 6, 7, 8 geben ihre Signale an die Signalverarbeitung 9 weiter. Die Signalverarbeitung 9 erfasst die Signale der Sensoren 4, 5, 6, 7, 8 und berechnet daraus den Druckabfall über die Zeit. Aus dem Druckabfall wird die Leckrate über die Zeit errechnet. Es ergibt sich eine zeitabhängige Kennlinie. Aus dieser Kennlinie werden üblicherweise ein oder mehrere typische Werte als Kontrollwerte entnommen. Beispielsweise kann die Leckrate nach 5 Minuten und nach 28 Tagen als Prüfwert festgelegt sein. Diese Werte werden mit den vorgegebenen Werten verglichen. So ist mit dieser Leckagemesseinrichtung ein genaues und reproduzierbares Ergebnis ermittelbar.
Um die Leckagemesseinrichtung zu kalibrieren wird eine Leckagemessung mit einem Normleck als Prüfling 1 durchgeführt. Diese Messung dient dazu, die Proportionalitätskonstante zwischen dem Druckabfall und der Leckrate zu ermitteln. Die ermittelte Proportionalitätskonstante wird dann bei der Prüfung anderer Prüflinge zur Umrechnung des Druckabfalls in Leckrate verwendet.

Claims

Leckagemesseinrichtung für hydraulisch beaufschlagte Körper, mit – einem Prüfling (1), – einem Sensor (4) zur Erfassung von Zustandsgrößen und – einer Signalverarbeitung (9) dadurch gekennzeichnet , – dass der Prüfling (1) mit einem als Druckmittelquelle dienenden separaten Prüfvolumen (2) hydraulisch verbunden ist, wobei der Prüfling (1) als Ausgang für das Prüfvolumen (2) dient, – dass dem Prüfvolumen (2) ein Referenzvolumen (3) zugeordnet ist.
Leckagemesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (4) zur Erfassung der Druckdifferenz zwischen Prüfvolumen (2) und Referenzvolumen (3) vorgesehen ist.
Leckagemesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Sensoren (5, 6, 7, 8) zur Erfassung von Zustandsgrößen des Prüfvolumens (2) und/oder des Referenzvolumens vorgesehen sind.
Leckagemesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (10) vorgesehen ist, welche die Befüllung der Leckagemesseinrichtung und/oder den Messablauf steuert oder regelt.
Leckagemesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Prüfling (1) ein Ventil, insbesondere ein Hydraulikventil vorgesehen ist.
Leckagemesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling (1) in einen Ventilblock für einen Plunger eines Kraftfahrzeugs eingebaut ist.
Verfahren zur Leckagemessung mittels einer Leckagemesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, – dass ein Prüfling (1) mit einem unter Druck stehenden Prüfvolumen (2) hydraulisch verbunden wird, – dass dem Prüfvolumen (2) ein Referenzvolumen (3) zugeordnet wird, wobei zu Beginn der Leckagemessung das Prüfvolumen (2) und das Referenzvolumen (3) unter den gleichen Druck gesetzt werden. – dass das Referenzvolumen (3) für die Zeit der Leckagemessung gegenüber seiner Umgebung abgedichtet wird, – dass die Verbindung zwischen Prüfling (1) und Prüfvolumen (2) zu Beginn der Leckagemessung geöffnet wird, sodass der Druck des Prüfvolumens (2) über den Prüfling (1) entweichen kann.
Verfahren zur Leckagemessung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, – dass Sensoren (4, 5, 6, 7, 8) zur Erfassung von Mess-Signalen vorgesehen sind, welche die Druckdifferenz zwischen Prüfvolumen (2) und Referenzvolumen (3) und/oder Temperatur und/oder Druck der beiden Volumen (2, 3) in zeitlichen Abständen erfassen.
Verfahren zur Leckagemessung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswertung der Signale erfolgt, – indem der zeitliche Verlauf des Differenzdrucks zwischen dem Prüfvolumen (2) und dem Referenzvolumen (3) ermittelt wird und – indem aus den ermittelten Differenzdruckwerten über einen Proportionalitätsfaktor die Masse des ausgetretenen Prüfmediums errechnet wird.
Verfahren zur Leckagemessung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kalibrierung des Systems erfolgt, – indem das Verfahren zur Leckagemessung mit einem Normprüfling durchgeführt wird, – indem der zeitliche Verlauf des Differenzdrucks zwischen dem Prüfvolumen (2) und dem Referenzvolumen (3) ermittelt wird und – indem die Masse des ausgetretenen Prüfmediums ermittelt wird, die dem Differenzdruck zugeordnet ist, – indem anschließend der Proportionalitätsfaktor zwischen dem Differenzdruck und der Masse des ausgetretenen Prüfmediums ermittelt wird.