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Hintergrundinformationen
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Lecktesten nach der Druckmeßmethode
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Der komplette Prüfablauf eines automatischen Lecktests besteht aus 4 Phasen:
- Füllen
- Abgleichen
- Messen
- Entlüften
1. Füllphase
Das zu prüfende Werkstück wird mit Druck beaufschlagt. Die Füllphase kann entweder zeit- oder druckabhängig beendet werden. Über den Druckanstiegsverlauf beim Füllen kann eine Grobkontrolle des Prüfvolumens durchgeführt werden bzw. kann das Eigentestventil im Lecktestgerät, das sich in der Prüfluftleitung zum Werkstück befindet, auf Stellung "offen" überprüft werden.
2. Abgleichphase
In dieser Zeit muß sich das Prüfsystem stabilisieren. Die während des Füllvorganges entstandenen Turbulenzen sollen zur Ruhe kommen, und die dabei erzeugten Temperaturveränderungen der Prüfluft müssen sich abgleichen: Die in den Prüfling hineinströmende Luft expandiert am Füllventil und kühlt sich ab, die im Prüfling befindliche Luft wird komprimiert und dabei erwärmt. Letzteres überwiegt, wie der Temperaturverlauf im Wasserraum eines Zylinder-Kurbelgehäuses währen der vier Lecktestphasen zeigt nachfolgende Abbildung.
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Temperatur- und Druckverlauf der Prüfluft |
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Kompensationsfüllen (Schockfüllen)
Beim Kompensationsfüllen wird das Werkstück während der Füllphase mit einem etwas über dem Prüfdruck liegenden Fülldruck beaufschlagt. Beim Übergang von der Füll- zur Abgleichphase wird der Fülldruck auf den Prüfdruck reduziert. Bei diesem Expansionsvorgang kühlt sich die Luft im Testvolumen ab, wodurch der "unvollkommene Abgleich" kompensiert wird. Durch Variieren des Fülldruckes kann bei einem dichten Teil auch nach einer kurzen Abgleichphase die Anzeige "Null" erzeugt werden. Außerdem wird durch diesen "Schockfülleffekt" die Füllzeit verkürzt.
Referenzvolumen = Prüfvolumen
Auf der Referenzseite eines Differenzdruck-Leckmeßsystems wird ein dichter Prüfling angeschlossen, so daß auf beiden Seiten des Differenzdruckaufnehmers während der Füll- und Abgleichphase dieselben Verhältnisse herrschen, die sich in ihrer Wirkung aufheben.
Meßzeit vorverlegen ("optimierter Abgleich")
Da die Anzeige "Null" bei einem dichten Teil nicht das Ziel der Dichtheitsprüfung ist, wird eine Verkürzung der Abgleichzeit auf einfachste Weise durch eine Vorverlegung der Meßphase erreicht (Abb. 5).
Die Abgleichzeit kann soweit reduziert werden, solange der Zustand im Prüfsystem vor Beginn der Meßphase nicht mehr reproduzierbar wird. Bei einem dichten Prüfling wird dann am Ende der Meßphase der Wert X angezeigt. Um diesen Offset muß auch der Ausschuß-Grenzwert verschoben werden.
In der Praxis werden die vorgenannten Methoden häufig kombiniert angewendet.
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Verkürzung der Abgleichzeit durch Vorverlegung der Meßphase |
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3. Meßphase
Eine entweichende Luftmenge erzeugt im Prüfvolumen einen Druckabfall, der gemessen und angezeigt wird. Dieser wird entweder mit einem Differenzdruckaufnehmer als Abweichung gegenüber einer dichten Referenzkammer gemessen oder es wird die absolute Druckänderung mit einem Druckaufnehmer festgestellt.
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Während die Dauer der Füll- und Abgleichphase empirisch ermittelt werden muß, läßt sich die Meßzeit nach dem Gasgesetz von Boyle-Mariotte errechnen:
p • V
_______ = konstant
T
Dabei wird vorausgesetzt, daß der Meßvorgang isotherm abläuft.
Die Gleichung lautet: p • V = konstant
Übertragen auf die Verhältnisse bei der Dichtheitsprüfung nach der Druckabfall-
meßmethode lautet die Gleichung:
p1 • VT = p2 • VT + pAt • VL
Darin bedeuten:
p1 = Druck im Prüfvolumen zu Beginn der Meßphase
p2 = Druck im Prüfvolumen am Ende der Meßphase
VT = Prüfvolumen
pAt = Atmosphärendruck
VL = Leckluftvolumen
Die Druckänderung p während der Meßphase beträgt: Dp = p1 - p2
Für p2 = p1 - Dp heißt die Gleichung für den Meßvorgang: Dp • VT = pAt • VL
oder
Bemerkenswert an dieser Gleichung ist, daß darin die Höhe des Prüfdruckes nicht vorkommt. Der Prüfdruck hat keinen Einfluß auf die Größe der Druckänderung
in der Prüfkammer. Anders ausgedrückt: Der Druckabfall in einem Werkstück ist bei gleicher Leckrate immer gleich groß, sei der darin herrschende Druck 1 bar oder 10 bar. Die Leckrate jedoch, die durch eine poröse Stelle entweicht, wird bei höherer Druckbeaufschlagung größer. Zur Abhängigkeit zwischen Prüfdruck und Leckrate siehe Abb. 2.
Für eine gegebene Prüfspezifikation kann die Dauer der Meßphase wie folgt errechnet werden:
Darin bedeuten:
tM = Dauer der Meßphase in secAP = Ausschußpunkt in mm WS (am Lecktestgerät ein eingestellter Grenzwert)
pAt = Atmosphärendruck in mm WS (1 bar = 104 mm WS)
VT = Testvolumen in cm³VL = Leckrate in cm³/min
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Prinzipschema der Differenzdruck-
messsung (oben) und der Absolut-
druckmessung (unten)
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