Eine derartige Vorrichtung geht beispielsweise aus der DE 42 05 453 A1 hervor. Bei dieser Vorrichtung ist die Meßstrecke über eine Verzweigung, in der ein Ventil angeordnet ist, mit dem Prüfling verbunden. Problema- tisch bei dieser Vorrichtung ist, daß Durchfluß-und Leckagemessungen nur mit begrenzter Genauigkeit möglich sind, da durch die Verzweigung und insbesondere durch das in der Verzweigung angeordnete Ventil Fehler, beispielsweise aufgrund von Undichtigkeiten dieses Ventils, auftreten können, die das Meßergebnis verfäl- schen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung von hydraulischen Durchflußmen- gen und Leckagen an einem Prüfling der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß auf technisch einfach zu realisierende Weise präzise Messungen von Durchflußmen- gen und Leckagen möglich sind.

Vorteile der Erfindung Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Messung von hydraulischen Durchflußmengen und Leckagen an einem Prüfling der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Prüfling unmittelbar an die Meßstrecke angekoppelt ist.

Das unmittelbare Ankoppeln des Prüflings an die Meßstrecke hat den großen Vorteil, daß einerseits eine sehr präzise Messung möglich ist und daß andererseits keine Verfälschung der Meßergebnisse stattfinden kann, die beispielsweise durch undichte Ventile, die zwischen dem Prüfling und der Meßstrecke angeordnet sind, hervorgerufen werden können.

Insbesondere sind durch die direkte Ankopplung des Prüflings an die Meßstrecke auch sehr schnelle Messun- gen möglich, da beispielsweise durch zwischen dem Prüfling und der Meßstrecke angeordnete Verzweigungen, Ventile u. dgl. hervorgerufene, das Meßergebnis verfäl- schende Meßverzögerungen ausgeschlossen sind.

Rein prinzipiell sind die unterschiedlichsten Anord- nungen für einen Einlaß/Auslaß für das Druckmedium sowie für einen Einlaß/Auslaß für das Meßmedium denkbar.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß der Einlaß/Auslaß für das Druckmedium und der Einlaß/Auslaß für das Meßmedium an einer dem Prüfling abgewandten Seite der Meßstrecke angeordnet sind.

Diese Anordnung erlaubt einerseits einen kompakten Aufbau der gesamten Meßvorrichtung, andererseits hochpräzise Messungen, da neben der Meßstrecke und dem Prüfling keine weiteren Aggregate im Prüfkreis angeord- net sind.

Ein anderes vorteilhaftes Ausführungsbeispiel sieht vor, daß der Einlaß/Auslaß für das Druckmedium auf der dem Prüfling abgewandten Seite der Meßstrecke und daß der Einlaß/Auslaß für das Meßmedium am Prüfling auf dessen der Meßstrecke abgewandten Seite angeordnet sind.

Eine derartige Ausführungsform erlaubt auf besonders einfache Weise eine Messung von hydraulischen Durch- flußmengen und Leckagen auf der Ablaufseite (Nieder- druckseite) des Prüflings. Sie ist unabhängig vom Betriebsdruck des Prüflings und kann demnach bis zu beliebig hohen Drücken Verwendung finden.

Insbesondere zur guten Ankopplung des unter Druck stehenden Meßmediums an den Prüfling und zur leichteren Ausspülung von eventuell entstehenden Luftblasen ist bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß zwischen dem Zulauf (der Hochdruckseite) des Prüflings und der Meßstrecke ein Verwirbelungselement zur Erzeugung einer Drehströmung in dem Prüfling angeordnet ist.

Was die Ausbildung des Verwirbelungselements betrifft, sind rein prinzipiell die unterschiedlichsten Aus- führungsformen, welche eine Drehströmung in dem Prüfling erzeugen, denkbar. Eine vorteilhafte Aus- führungsform sieht vor, daß das Verwirbelungselement eine zylindrische Scheibe mit in axialer und azimutaler Richtung geneigt angeordneten Öffnungen ist. Ein derartiges Verwirbelungselement ist einerseits beson- ders einfach herstellbar und erzeugt andererseits besonders effektive Drehströmungen in dem Prüfling.

Vorzugsweise sind Absperrventile in den Einlaß-und Auslaßzuleitungen der Mediumversorgung angeordnet.

Hinsichtlich der Ausbildung der Meßstrecke sowie der Ausbildung des kapazitiven Sensors wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. Ein vorteilhaftes Ausführungs- beispiel sieht vor, daß die Meßstrecke die Gestalt eines Zylinders hat und daß der kapazitive Sensor ein Zylinderkondensator ist. Auf diese Weise kann der kapazitive Sensor, der als Zylinderkondensator in der als Zylinder ausgebildeten Meßstrecke angeordnet ist, auf besonders einfache Weise von dem Meßmedium und dem Druckmedium beaufschlagt werden, da Meßstrecke und kapazitiver Sensor gewissermaßen"zusammenfallen". Rein prinzipiell können als Meßmedium sowie als Druckmedium die unterschiedlichsten Fluide verwendet werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Meßmedium eine Hydraulikflüssigkeit ist und daß das Druckmedium Luft ist.

Bei einer anderen, insbesondere bei hohen Meßdrücken besonders vorteilhaft verwendbaren Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Meßmedium und das Druckmedium jeweils zwei nicht miteinander mischbare Flüssigkeiten sind.

Um Kurzschlüsse zu vermeiden ist vorzugsweise vor- gesehen, daß eine der Elektroden des kapazitiven Sensors mit einem elektrisch isolierenden Überzug versehen ist.

Zeichnuna Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbei- spiele.

In der Zeichnung zeigen : Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin- dungsgemäßen Vorrichtung zur Messung von hydraulischen Durchflußmengen und Leckagen an einem Prüfling ; Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfin- dungsgemäßen Vorrichtung zur Messung von hydraulischen Durchflußmengen und Leckagen an einem Prüfling und Fig. 3 ein Prinzipschaltbild einer Auswerteschal- tung, die bei den in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtun- gen zur Messung von hydraulischen Durch- flußmengen und Leckagen einsetzbar ist.

Beschreibunq der Ausführungsbeispiele Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Messung von hydraulischen Durchflußmengen und Leckagen an einem Prüfling 10, beispielsweise einem in der Automobiltech- nik verwendeten Einspritzventil, dargestellt in Fig. 1, umfaßt eine als in etwa senkrecht verlaufende Zuleitung zum Prüfling 10 ausgebildete Meßstrecke 20 und einen in der Meßstrecke 20 angeordneten kapazitiven Sensor 30 in Form eines Zylinderkondensators, dessen Außenzylinder 31 mit dem Außenrohr der Meßstrecke 20 zusammenfällt und dessen Mittelleiter 33 in dem Außenzylinder 31 und damit dem Außenrohr der Meßstrecke 20 im wesentlichen zentral angeordnet ist.

Der Prüfling 10 ist über ein Dichtelement 12 unmittel- bar an die Meßstrecke 20 angekoppelt.

An der dem Prüfling 10 zugewandten Seite des kapaziti- ven Sensors 30 ist eine elektrisch isolierte, perfo- rierte Mittelleiterbefestigung 35 vorgesehen.

An der dem Prüfling 10 abgewandten Seite des kapaziti- ven Sensors 30 ist der Mittelleiter 33 über eine elektrisch isolierende, druckdichte Durchführung 36 nach außen an die Auswerteschaltung geführt.

An der dem Prüfling 10 abgewandten Seite der Meßstrecke 20 ist ein Einlaß/Auslaß 40 für ein Meßmedium 50 vorgesehen, über welche die Meßstrecke 20 und damit der kapazitive Sensor 30 in Form des Zylinderkondensators mit dem Meßmedium 50 beaufschlagbar sind.

Der Einlaß/Auslaß 40 des Meßmediums 50 ist über ein erstes Ventil 41 sowie ein zweites Entlastungs-oder Rücklaufventil 42 verschließbar.

Ferner ist auf der dem Prüfling 10 abgewandten Seite der Meßstrecke 20 ein Einlaß/Auslaß 60 vorgesehen, über den in die Meßstrecke 20 ein Medium zur Erzeugung eines auf das Meßmedium 50 wirkenden Drucks, d. h. ein Druckmedium 70, zuführbar ist. Der Einlaß/Auslaß 60 für das Druckmedium 70 ist über ein Ventil 61 verschließ- bar. Darüber hinaus kann in dem Einlaß/Auslaß 60 für das Druckmedium 70 dem Ventil 61 nachgeschaltet ein Manometer 64 zur Messung des in der Meßstrecke 20 herrschenden Drucks vorgesehen sein.

Zwischen dem Prüfling 10 und der Meßstrecke 20 und damit dem kapazitiven Sensor 30 ist ferner ein Ver- wirbelungselement 80 zur Erzeugung einer Drehströmung in dem Prüfling 10 angeordnet. Durch diese Drehströmung werden insbesondere Blasen o. dgl., die bei Beaufschla- gung des Prüflings 10 mit dem Meßmedium 50 entstehen können, aus dem Meßmedium 50 und dem Prüfling 10 ausgespült. Das Verwirbelungselement weist die Gestalt einer zylindrischen Scheibe mit in axialer und azimuta- ler Richtung geneigt angeordneten Öffnungen (nicht dargestellt) auf.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung, die für hydraulische Dichtheitsmessungen sehr geeignet ist, wird vorzugsweise als Meßmedium eine Hydraulikflüssig- keit und als Druckmedium Luft verwendet. Der-Mittel- leiter 33 weist einen Durchmesser von etwa 0,5 mm auf, wohingegen der Außenzylinder 30 einen Durchmesser von etwa 2 mm aufweist. Die Länge des Zylinderkondensators beträgt etwa 100 mm.

Falls das Meßmedium 50 elektrisch leitfähig ist, wird der Mittelleiter 33 mit einem dünnen, homogenen, elektrisch isolierenden Überzug 34 versehen.

Eine derartige Vorrichtung ist insbesondere für die Messung geringer Durchflüsse besonders vorteilhaft, da sich im Prüfkreis nur das Dichtelement 12 zur Ankopp- lung des Prüflings befindet und insoweit keine Störun- gen entstehen können, die beispielsweise durch Leckagen von Aggregaten, die zwischen der Meßstrecke 20 und dem Prüfling 10 angeordnet sind, entstehen könnten.

Zur Messung wird zunächst das Meßmedium 50 über den Einlaß/Auslaß 40 bei geöffnetem Ventil 41 und ge- schlossenen Ventilen 42,61 in die Meßstrecke 20 und den Prüfling 10 eingebracht. Der Prüfling 10 wird dabei über eine Ansteuerungsleitung 11 zur Spülung impuls- förmig geöffnet und geschlossen. Durch diesen Spülvor- gang wird die gesamte Meßstrecke 20 und der Prüfling 10 mit dem Meßmedium 50 geflutet.

Daraufhin werden die Ventile 61 und 42 geöffnet, und es wird durch Einblasen eines Luftstroms, d. h. des Druckmediums 70, der obere Bereich der Meßstrecke 20 ausgeblasen und getrocknet. Vorteilhafterweise ist die Auslaßbohrung des Einlasses/Auslasses 40 des Meßmediums 50 unterhalb der Einlaß/Auslaßbohrung des Einlasses/- Auslasses 60 des Druckmediums angeordnet, so daß eventuell in der Meßstrecke 20 vorhandenes Meßmedium 50 über den Einlaß/Auslaß 40 für das Meßmedium 50 aus- laufen kann.

Zur Messung sind die Ventile 41,42 in dem Einlaß/- Auslaß 40 des Meßmediums 50 geschlossen, während das Ventil 61 in dem Einlaß/Auslaß 60 des Druckmediums 70 geöffnet ist. Auf diese Weise wird die Meßstrecke 20 und der kapazitive Sensor 30 mit einem Prüfdruck p beaufschlagt, der durch das Manometer 64 erfaßt werden kann.

Zur Messung der vom Prüfling 10 abgespritzten Flüssig- keitsmenge wird der Pegelstand des Meßmediums 50 durch den kapazitiven Sensor 30 erfaßt und an eine weiter unten näher zu beschreibende Auswerteschaltung wei- tergegeben.

Der Prüfling 10 wird daraufhin gesteuert über eine Steuerleitung 11 geöffnet und es wird der Pegelstand des Meßmediums 50 durch den kapazitiven Sensor 30 erneut erfaßt.

Die Pegelstandsänderung in der Meßstrecke 20 und damit in dem kapazitiven Sensor 30 in Form des Zylinderkon- densators ist ein Maß für die Durchflußmenge in dem Prüfling 10.

Für eine Bestimmung einer Leckage oder eines kon- tinuierlichen Durchflusses in dem Prüfling 10 wird der Pegelstand in der Meßstrecke 30 durch den kapazitiven Sensor 30 an zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten erfaßt. Die Pegeländerung in der zwischen den beiden Zeitpunkten liegenden Zeit ist ein Maß für die Leckage oder den kontinuierlichen Durchfluß.

Ein anderes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Messung von hydraulischen Durchflußmengen und Leckagen, dargestellt in Fig. 2, unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung dadurch, daß ein Einlaß/Auslaß 48 des Meßmediums 50 direkt am Prüfling 10 auf dessen der Meßstrecke 20 abgewandter Seite angeordnet ist. Dabei ist der Einlaß/Auslaß 48 an der Zulaufseite, d. h. der Hochdruckseite, des Prüflings 10 angeordnet, während der Prüfling 10 über seine Ablauf- seite, d. h. Niederdruckseite, unmittelbar an die Meß- strecke 20 angekoppelt ist. Diese Vorrichtung ist unabhängig vom Betriebsdruck des Prüflings 10, kann also bis zu beliebig hohen Drücken Verwendung finden.

Wie in Fig. 2 dargestellt, ist ein Sicherheitsventil 100 vorgesehen, das bei sehr hohen Betriebsdrücken des Prüflings 10 verhindert, daß in der Meßstrecke 20 zer- störende oder gefährliche Drücke entstehen, was beispielsweise der Fall ist, wenn der Prüfling 10 nicht mehr schließt oder extrem undicht ist.

Die Messung erfolgt dadurch, daß der Prüfling 10 auf seiner Hochdruckseite mit einem sehr hohen Druck (100 bis 150 bar) beaufschlagt wird. Bei Undichtigkeiten des Prüflings 10 oder zur Messung von Durchflußmengen wird hierdurch eine Volumenzunahme auf der Niederdruckseite, die unmittelbar an die Meßstrecke 20 angekoppelt ist, hervorgerufen. Hierdurch ergibt sich eine Verschiebung des Flüssigkeitsstands des flüssigen Meßmediums 50 in der Meßstrecke 20, die von dem kapazitiven Sensor 30, und damit im vorliegenden Falle auch von dem Zylinder- kondensator, erfaßt wird. Der in dem Druckmedium 70 herrschende Druck entspricht in diesem Fall dem Atmosphärendruck. Das Ventil 61 ist geschlossen, wohingegen das Rücklaufventil 42 geöffnet ist.

Wie in Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist, kann der Prüfling 10 auch über ein Medium 120, das vorteilhaf- terweise dem Meßmedium 50 entspricht, an die Meßstrecke 20 angekoppelt sein. Auf diese Weise kann insbesondere bei der Ankopplung ein Lufteinschluß vermieden werden.

Darüber hinaus kann eine Leitung 130 und ein Ventil 132 zur Spülung des Prüflings vorgesehen sein, welche vor der eigentlichen Messung das Spülen des Prüflings 10 mit dem Meßmedium 50 ermöglichen.

Ein Entlastungsventil 150 dient zur Einstellung des Füllstands in der Meßstrecke 20.

Die Messung der Kapazität des in der Meßstrecke 20 angeordneten kapazitiven Sensors 30 erfolgt wie in Fig.

3 schematisch dargestellt. Der kapazitive Sensor Cx ist zusammen mit Rück-und Mitkopplungswiderständen Rf, Rml, Rm2 frequenzbestimmendes Element eines an sich bekannten Meßoszillators (Rechteckgenerators). Die sich ergebende Periodendauer T des Oszillators ist dabei direkt proportional zu Cx. Mit einer Kapazität Cx von etwa 20 pF, einem Rückkopplungswiderstand Rf = 5 MQ, Mitkopplungswiderständen Rml, Rm2 = 230 kn ergibt sich beispielsweise T zu 230 ps, d. h. eine Oszillator- frequenz f von etwa 4,3 kHz. Das der Sondenkapazität entsprechende Meßoszillatorsignal wird zwei Zählerket- ten umfassend jeweils einen Zähler 1 und einen Zähler 2 zugeführt, wobei das einem Zähler 2 zugeführte Signal invertiert wird. Den Zählerketten ist jeweils ein NAND- Gatter 200 mit zwei Eingängen vorgeschaltet. Auf jeweils einen der beiden Eingänge wird ein gemeinsames 100 MHz-Signal eines Referenzoszillators gelegt, das über einen an sich bekannten Quarz-Oszillatorbaustein erzeugt wird. Das NAND-Gatter des Zählers 1 läßt dabei das 100 MHz-Signal während der Zeit passieren, in der der Ausgang des Meßoszillators auf HIGH liegt. Da das für den Zähler 2 verwendete Meßoszillatorsignal invertiert ist, läßt das NAND-Gatter des Zählers 2 das 100 MHz-Signal während der LOW-Phase des Meßoszillator- signals passieren.

Die Zähler 1,2 der beiden Zählerketten sind jeweils 16 bit-Zähler. Ein Microcontroller liest die Zählerstände nacheinander aus.

Es wird eine Differenz zur Ablesung in einer vorherge- henden Meßoszillatorperiode ermittelt. Diese ergibt die Länge der jeweiligen Hälfte (HIGH/LOW) der Meßoszilla- torperiode in 10 ns-Einheiten (100 MHz-Referenzfre- quenz). Die Addition der jeweils anderen, vorher gemessenen Halbperiode ergibt nach Messung jeder Halbperiode die momentane ganze Meßoszillatorperiode T in 10 ns-Einheiten. Für die oben erwähnte Zeitkonstante T = 230 As ergibt sich demnach eine Periode zu etwa 23000.

Durch diese Art der verschachtelten Ablesung der Zählerketten ergibt sich eine sehr hohe zeitliche Auflösung (typischerweise beträgt diese etwa 120 ys).

Auf diese Weise sind sehr schnelle Messungen möglich, die insbesondere mit der oben anhand von Fig. 1 be- schriebenen Vorrichtung meßtechnisch besonders gut durchführbar sind.

Zur Messung wird eine vorgegebene Anzahl von Meßwerten in einem Prüfstandsrechner (nicht dargestellt) ver- arbeitet. Durch die vorwählbare Anzahl solcher Messun- gen wird dann eine Ausgleichskurve mit einem kon- stanten, zeitproportional und exponentiell abklingenden Term gelegt nach folgender Formel : Meßwert = Konstante + Undichtheit * t + K * exp (-t/to).

Der exponentiell abklingende Term trägt den Effekten Rechnung, welche insbesondere durch eingeschlossene Luft im Prüfling 10 erzeugt werden (adiabatische Erwärmung beim Aufschalten des Spül-/Prüfdruckes und nachfolgende Volumenverringerung durch Abkühlung). Die Zeitkonstante to ist im wesentlichen nur abhängig von dem verwendeten Prüfling 10, beispielsweise einer Einspritzventil-Familie, und kann daher vorher all- gemeingültig bestimmt werden. Die Größe K ist ein Maß für das Volumen der eingeschlossenen Luft und kann überwacht werden.

Für langsame Messungen werden pro Meßwerterfassung typischerweise 80 Meßoszillatorperioden ausgelesen. Bei Mittelung über die letzten 10 Messungen im Abstand von typischerweise 50 bis 200 ms ergibt sich ein Meßwert von etwa 18.000.000 für eine gut gefüllte Sonde. Für eine leere Sonde ergibt sich etwa 15.000.000. Damit ist auch der Füllgrad der Sonde erkennbar, d. h. eine Erkennung von Störungen in der Versorgung des Meßmedi- ums 50, eine Erkennung von einem Grobleck am Prüfling 10, ein zu hoher Lufteinschluß u. dgl..

Es versteht sich, daß auch standardmäßige, langsame Messungen, z. B. Dichtheitsprüfungen oder integrale Messungen von dynamischen oder statischen Durchflüssen durch entsprechende Meßprogramme, die im Microcontrol- ler festgelegt sind, möglich sind. Hierbei können aufgrund der Möglichkeit der schnellen Messung eine Vielzahl von Messungen addiert und deren gegebenenfalls gewichteter Mittelwert bestimmt werden.