DE2009197A1 - Gas leak testing device - Google Patents

Description

• e schreibung Dichtigkeits-Prüfverfahren für Behälter, insbesondere Iaftstofftanks Die Erfindung betrifft ein DichtiglSeits-Prüfverfahren für Behälter, das insbesondere für Kraftstofftanks für Kxaftfahrzeuge Anwendung finden soll. In dem genannten Anwendungsfall, aber auch auf anderen technischen Gebieten,-besteht häufig Bedarf an einem Verfahren der genannten Art, das sich auch bei der Serienfertigung billig einsetzen läßt. Diese Forderung bedeutet nicht nur,daß das Verfahren mit geringem Geräteaufwand arbeiten, sondern daß es auch in sehr kurzer Zeit eine zuverlässige Aussage darüber liefern soll, ob der jeweils geprüfte Behälter die durch den jeweiligen Anwendungszweck gestellten Forderungen hinsichtlich der Dichtigkeit erfüllt oder nicht.
• Das erfindungsgemäße Dichtigkeits-Prüfverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der zu prüfende Behälter (Prüfling) in eine ihn mit Spiel allseitig umgehende dichte Kammer eingesetzt und mit einem helium- oder halogenhaltigen Gas oder Gasgemisch (Prüfgas) gefüllt wird, und daß die Kammer mit einem an sich helium- bzw. halogenfreien Gas oder Gasgemisch (Spülgas) durchgespült wird, das nach seinem Austritt aus der Kammer einen Analysator zugeführt wird, in dem die ionisierende Wirkung etwaiger in dem aus der Kammer ausgetretenen Spülgas enthaltener Helium- bzw. Halogenanteile zur Gewinnung eines die Güte der Dichtigkeit des Prüflings charakterisierenden Signals ausgenutzt wird.
• Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet also das bekannte Verfahren des Abdrückens unter Flüssigkeit, indem Meliurii zder ein an sich beispielsweise als Kühlmittel in der Kälteindustrie bekanntes halogenhaltiges Früfgas verwender wird, dessen halogenhaltige Moleküle schon bei geringer Konzentration katalytisch die Emission von Alkali-Ionen aus einer heißen Metalloberfläche, beispielsweise einer Platinoberfläche, die auf 8000C aufgeheizt ist, beeinflussen. Bei Verwendung von IIelium als Prüfgas wird dagegen seine ionisierende Wirkung in einem elektrischen Peld zur Simalgewinnung ausgenutzt. Von besonderem Vorteil ist die Eigenschaft dieser Gase, weder brennbar noch in anderer Weise schädlich zu sein.
• Voraussetzung für die einwandfreie Durchführung des Prüfverfahrens ist gerade im Hinblick auf die Empfindlichkeit des verwendeten Analysators eine sichere Abdichtung all er das Prüfgas und das Spülgas führenden Räume und Leitungen gegen die Atmosphäre und gegeneinander. jenen ihrer sehr kleinen Heliumgehalts kann auch bei heliumhaltigem Prüfras Luft als Spülgas dienen.
• Die hohe Empfindlichkeit macht das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Prüfung beispielsweise von Vakuumgeräten anwendbar. So hat sich gezeigt, daß an Vakuumapparaturen noch Lecks bis zu Leckverlusten der Größenordnung von 10 7Torr l/Sek. nachgewiesen werden können. Auch für die Prüfung der Dichtigkeit von unter Überdruck stehenden Räumen und Gerüsten kann das erfindungsgemäße Prüfverfahren mit Vorteil Anwendung finden.
• Das erfindungsgemäße Prüfverfahren beruht also - außer auf der Verwendung bestimmter Prüfgase - auf dem Prinzip, die durch Undichtingkeiten im Prüfling austretenden Anteile seiner Gasfüllung durch das Spülgas zu erfassen und einem Analysator zur Hessun zuzuführen. In aller Regel wird man, um ein reproduzierbares Signal zu erhalten, dafür sorgen, daß der Prüfling mit eine unter definiertem Druck stehenden Prüfgas mit definiete; Helium- bzw. Halonengellalt gefüllt wird.
• Es lassen sich Signale verschiedener Art gewinnen. Beispielsweise kann ein optisches Signal in Form einer Anzeige der Größe des Ionenstromes gewonnen werden, der nach dem oben Gesagten von dem-Eelium- bzw. Halogenanteil in dem dem Analysator zugeführten Spülgas abhängt. Diese Anzeige kann einen Zahlenwert liefern, jedoch wird man häufig, insbesonderte bei der kontrolle von Serienfertigungsprodukten, durch die inzeije denjenigen von mehreren Gütebreichen für die Dichigkeit angeben lassen, in dem der Prüfling liegt.
• Man kann auch ein optisches und/oder almstisches Signal gewinnen, sobald die Helium-bzw. Halogenanteile des Spülgases im Analysator einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß die Signalgewinnung mit an sich bekannten, relativ einfachen Einrichtungen vorgenommen werden kanne So wird man bei der Erfassung des lonenstromes entweder einen empfindlichen Strommesser oder einen solchen mit einem vorgeschalteten elektronischen Verstärker bekannter Bauart verwenden. Zur Definition eines Grenzwertes, oberhalb dessen die Signabe erfolgen soll, kann man ebenfalls an sich bekannte elektronische Schaltungen oder Relaisschaltungen anwenden.
• Im übrigen sieht in konstruktiver Hinsicht die bevorzugte Anordnung zur Durchführung des Prüfverfahrens eine als aus mehreren dicht zusammengefügten Formteilen bestehende Form ausgebildete Kammer vor, die Ansaug- und Absaugkanal für das Spülgas sowie eine Prüfgasleitung zum Prüfling besitzt und in der der Prüfling derart gelagert ist, daß ihn die Kammer allseits mit Spiel umgibt. Verständlicherweise muß auch die zum Prüfling führende Prüfgasleitung sowohl gegen die Atmosphäre als auch gegen das Kammerinnere abgedichtet sein. Ebenso muß dafür gesorgt sein, da? die Durchführung der Prüfgasleitung durch die Kammerwand dicht ist, um Verbindung6wege zwischen dem das Spülgas enthaltenden Kammerinneren einerseits und der Atmosphäre andererseits zu vermeiden.
• Im Hinblick auf die Empfindlichkeit des Verfahrens ist es zweckmässig, die Kammer nach jeder I4essung mit Frischluft durchzuspülen. Anordnungsmäßig läßt sich dies dadurch verifizieren, daß man im Kreise des Spülgases ein Umsteuerventil vorsieht, das bei geöffneter Form Frischluft zur Spülung unter Verwendung derselben Pumpe ansaugt, die während der Messung für die Bewegung des Spülgases dient, während sich das Ventil während des Prüfvorganges in einer Stellung befindet, die das Absaugen des Spü\¢ses aus der Kammer zum Analysator hin sicherstellt. Man kann dieses Ventil auch so betätigen, daß, sobald während der Messung ein Leck angezeigt wird, das Ventil die Verbindungsleitung zwischen dem Analysator und der Kammer unterbricht, damit die Konzentration des helium- bzw. halogenhaltigen Anteils im Bereich des Analysators begrenzt bleibt und die Einrichtung möglichst schnell wieder für einen weiteren Prüfvorgang zur Verfügung steht.
• Ebenfalls im Hinblick auf die Empfindlichkeit des erfindungsgemässen Prüfverfahrens soll der Prüfling nach Beendigung der Dichtigkeitsprüfung nicht im Prüfraum entgast werden, sondern das in ihm enthaltene Prüfgasvolumen soll zwecI{mEsdigerweise ins Preie geleitet werden.
• Wenn auch ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin zu sehen ist, das es nur billige und ungefährliche Gase verwendet, kann es doch zweckmäßig sein, zur Wahrung des oben bereits genannten Spiels zwischen Kammerwänden und Prüfling Distanzstücke solcher Ausbildung anzuordenen, daß sie den Priifling punkt-oder linienförmig berühren und die Umspülung des Prüflings mit dem Prüfgas sicherstellen. Dann ist es nämlich möglich, die Kammer sich mit ihren inneren Kammerwänden der Form des Prüflings folgend an diesen anschmiegen zu lassen, wobei zweckmassigerweise ein zumindest ungefähr konstantes Spiel gewahrt ist. Dadurch wird einerseits das erforderliche Volumen des Spülgases besonders niedrig gehalten, andererseits aber sichergestellt, daß alle interessierenden Bereiche des Priiflings von dem Spülgas umströmt und demgemaß auf ihre Dichtigkeit kontrolliert werden.
• Ist die Kammer als mehrteilige Form ausgebildet, so ist ihre Zusammensetzung aus Formoberteil und Formunterteil, selbstverständlich unter Zwischenfügung von Dichtungen, im Hinblick au? die Fertigung und das einfache Einführen und Herausnehmen des Prüflings besonders vorteilhaft.
• Wie bereits oben erwähnt, kann bei halogenhaltigem Prüfgas der Analysator eine geheizte Platinanode und eine dieser gegenüberstehende kalte Kathode enthalten. ;Jie sich gezeigt hat, kann unter Verwendung eines derartigen Analysators und als Kühlmittel bekannter halogenhaltiger Gase, wie sie unter dem Namen Frigen, Kaltron oder Freon im Handel sind, eine Meßzeit in der Größenordnung von Sekunden erzielt werden.
• Dabei kann als Prüfgas ein Gasgemisch von einem Anteil Halogen zu fünfzehn Anteilen Luft Verwendung finden.
• Bei Verwendung von Helium enthält der Analysator eine an sich bekannte Massenspektrometer-Einrichtung.
• Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand des figürlich dargestellten Ausführungsbeipiels für eine Einrichtung zur Durchführung des Prüfverfahrens unter Verwendung eines halogenhaltigen PrüTaases beschrieben.
• Der mit 1 bezeichnete Prüfling ist in dem dargestellten Beispiel der Kraftstofftank für ein Kraftfahrzeug. Er befindet sich in einer als Form aus mehreren Formteilen gebildeten Kammer; unter Berücksichtigung der beispielsweise aus der Gießerei technik bekannten Gesichtspunkte für den Aufbau einer Form ist die Kammer aus dem Formoberteil 2 und dem Formunterteil 3 unter Zwischenfügung von Dichtmitteln 4 zusammengesetzt. Die Dichtmittel sind so ausgeführt, daß sie eine vakuumdichte Abdichtung des Kammer innenraumes 5 gegen die äuBere Atmosphäre sicherstellen.
• Das Entsprechende gilt übrigens auch für die weiteren vcrwendeten Dichtungen, und zwar nicht nur für die im Bereich der Kammer liegenden, sondern auch für Dichtungen im Zuge der Leitungen für die verschiedenen Gase.
• Das Formoberteil 2 besitzt den Kanal 6 zum Ansaugen des Spülgases, während im Formunterteil 3 ein entsprechender Kanal 7 zum Absaugen des Spülgases, gegebenenfalls mit Un(1ich%igkoitn durch dem Prüfling 1 in das Spülgas eingedrungenem Halogenanteil, über den Analysator 6 vorgesehen ist. Die Füllung des Prüflinge 1 mit dem Halogenanteile enthaltenden Prüfgas erfolgt über die Leitung 9, die ebenfalls vakuumdicht durch die untere Bodenwand des unteren Formteiles 3 hindurchgeführt und mittels des Absperrschiebers 10 während des Prufvorganges abgesperrt ist. Damit befindet sich im Innern des Prüflings 1 ein definiertes Prüfgas, beispielsweise ein Gemisch aus Halogenanteilen und Luft, unter einem definierten Druck. Zum Fullen kann auch der Einfüllstutzen des Kraftstofftanks benutzt werden.
• Damit der Prüfling allseitig von dem Spülgas umspült wird und alle seine Bereiche auf ihre Dichtigkeit kontrolliert werden, umgeben die Innenwände der Kammer 2,3 den Prüfling 1 allseits mit Spiel. In dem gezeichneten Ausführungsbeispiel ist dafür gesorgt, daß die Innenwände sich unter Wahrung eines praktisch konstanten Spiels an den Prüfling 1 anschmiegen, so daß der Aufwand an Spülgas so.
• klein wie möglich gehalten ist. Zur wahrung des Spiels dienen Distanzstücke 11, die in diesem Ausführungsbeispiel im Querschnitt etwadie Form eines Dreiecks haben und sich mit einer Spitze des Dreiecks gegen die Oberfläche des Prüflings 1 legen. Damit ergeben sich etwa linienförmige Berührungsflächen, so daß praktisch keine Bereiche des Prüflings abgedeckt sind. Weiterhind sind die Distanzstücke 11 so ausgebildet und so gelegt, daß sie das Umströmen des Prüflings durch das Spülgas nicht behindern.
• Wie aus dem linken Teil der Figur ersichtlich, ist im Bereich des Einfüllstutzens 12 am Prüfling 1, der in einem etwas herausragenden Teil der Innenwand der Kammer verläuft, ein weiterer Kanal 13 für das Ansaugen von Spülgas, in diesem Ausführungsbeispiel Luft, vorgesehen.
• Nach dem Absaugen gelangt das Spülgas über den Kanal 7 zum Analysator 8; nach Passieren desselben und Entfernen der Halogenbestandteile kann es gegebenenfalls wieder in einem Kreislauf der Kammer 2e3 zugeführt werden.
• Der Analysator 8 enthält als wesentliche Bestandteile die hier als Wendel ausgeführte Platinanode 14, die, wie die beiden Anschlüsse 15 und 16 andeuten, geheizt wird, und eine der Platinwendel 14 gegenüberstehende kalte Kathode 17. Sofern das dem Analysator zugeführte Spülgas infolge Undichtigkeit des Behälters 1 einen Halogenanteil aufweist, wirkt dieser als Katalysator für die Emission von Alkali-Ionen aus der geheizten Oberfläche der Platinanode 14, so daß das Meßinstrument einen von der Güte der Dichtigkeit des Prüflings 1 abhängigen Ionenstrom anzeigt. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Anzeige des Meßinstruments 18, dem gegebenenfalls in an sich bekannter Weise Verstärker vorgeschaltet sein können, unmittelbar als Prüfwert verwendet. Das Gerät kann dabei in Werten des Ionenstromes geeicht sein, Jedoch ist es auch möglich, eine Eichung in Gütebereichen der Dichtigkeit der Prüflinge vorzunehmen.

Claims (11)

A n s p r ü c h e

1. Dichtigkeits-Prüfverfahren für Behälter, insbesondere Kraftstofftanks für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß der zu prüfende Behälter (Prüfling). in eine ihn mit Spiel allseitig umgehende dichte Kammer eingesetzt und mit einem helium- oder halogenhaltigen.

Gas oder Gasgemisch (Prüfgas) gefüllt wird, und daß die Kammer mit einem an sich helium- bzw. halogenfreien Gas oder Gasgemisch (Spülgas) durchgespült wird, das nach seinem Austritt aus der Kammer einem Analysator zugeführt wird, in dem die ionisierende Wirkung etwaiger in dem aus der Kammer ausgetretenen Spülgas enthaltender Helium-bzw. Halogenanteile zur Gewinnung eines die Güte der Dichtigkeit des Prüflings charakterisierenden Signals ausgenutzt wird.

2.Prüfverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfling mit einem unter definiertem Druck stehenden Prüfgas mit definiertem Helium- bzw. Halogengehalt gefüllt wird.

3*Prüfverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches. Signal in Form einer Anzeige der Größe des lonenstromes gewonnen wird.

4. Prüfverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Anzeige derjenige von mehreren Gütebereichen für die Dichtigkeit angegeben wird, in dem der Prüfling liegt.

5. Prüfverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches und/oder akustisches Signal gewonnen wird, sobald die Helium- bzw. Halogenanteile des Spülgases im Analysator einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten.

6. Anordnung zur Durchführung des Prüfverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer als aus mehreren dicht zusammengefügten Formteilen bestehende Form ausgebildet ist, die Ansaug-und Absaugkanal für das Spülgas sowie eine Prüfgasleitung zum Prüfling besitzt und in der der Prüfling derart gelagert ist, daß ihn die Kammer allseits mit Spiel umgibt.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wahrung des Spiels zwischen Kammerwänden und Prüfling Distanzstücke solcher Ausbildung angeordnet sind, daß sie den Prüfling punkt- oder linienförmig berühren und die Umspülung des Prüflings mit dem Prüfgas sicherstellen.

8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kammer mit ihren inneren Kammer wänden der Form des Prüflinge folgend unter Wahrung eines zumindest ungefähr konstanten Spiels an diesen anschmiegt.

9. Anordnen nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Form aus Formoberteil und Formunterteil dicht zusammengesetzt ist.

1o. Anordnung zur Durchfuhrung des Prüfverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, oder Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem halogenlialtigen Prüfgas der Analysator eine geheizte Platinanode und eine dieser gegenüberstehende kalte Kathode enthält.

11. Anordnung zur Durch-"uiirung des Prüfverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem heliumhaltigen Prüfgas der Analysator ein Massenspektrometer enthält.

L e e r s e i t e