Prüfverfahren zum Prüfen eines Kabels auf Dichtheit sowie Dichtheitsprüfeinrichtung zur Durchführung des

Verfahrens

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Prüfverfahren zum Prüfen eines Kabels auf Dichtheit sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Prüfverfahrens .

Der Begriff „Kabel" ist hier zu verstehen als ein Strang aus mehreren Leitungen, die häufig eine gemeinsame Umhüllung bzw. einen Kabelmantel aufweisen können, diesen aber nicht notwendigerweise auf eisen müssen. Als „Leitung" sind die getrennt untereinander isolierten Adern eines Kabels zu ver stehen, so dass eine Gruppe von zueinander parallelen Lei tungen ebenfalls ein Kabel darstellen kann. Als „Ader" wird ein Draht oder eine Litze aus elektrisch leitendem Material bezeichnet. Eine „Kabelverbindung" stellt die Verbindung der Leitungen (bzw. Adern) eines ersten Kabels mit Leitungen eines zweiten oder anderen Kabels und/oder untereinander und/oder mit Kontakten eines anderen Bauteils dar.

Um mehrere Kabel oder Leitungen eines Kabels mit anderen Leitungen desselben oder eines anderen Kabels oder mit Ver bindungselementen, z.B. Steckern oder Buchsen, zu verbinden, werden die Adern, insbesondere deren freie Enden, von der umgebenden bzw. diese umschließenden Isolierung befreit und mit so ebenfalls freigelegten Abschnitten anderer Adern oder einem verbindenden Verbindungskontakt elektrisch verbunden. Die verbleibenden freien, nicht-verbundenen Leitungsenden am anderen Ende des Kabels dienen dem Anschluss elektrischer Verbraucher, Energiequellen oder Sendern bzw. Empfängern von elektrischen Signalen.

Insbesondere aus der Automobilindustrie, aber auch aus ande ren industriellen Bereichen, sind sogenannte „Kabelbäume" bekannt, die aus einer Mehrzahl von Kabeln, Leitungen und Verbindungen zwischen diesen bestehen und die mit bestimmten Anschlüssen oder Verbindungsstücken und bestimmten, unter schiedlichen Längen vorkonfektioniert sind.

Alle Kabelverbindungen zwischen den vorgenannten Elementen sind grundsätzlich der Gefahr einer Veränderung ihrer Kon taktwiderstände und damit einer Einschränkung ihrer Funkti onsfähigkeit ausgesetzt, wenn die Isolation der Adern zum Herstellen der Verbindung entfernt wurden, so dass die elektrischen Kontaktstellen der Umgebung insbesondere dem Sauerstoff der Atmosphäre oder Flüssigkeiten, wie Wasser oder auch aggressiven Medien ausgesetzt sind. Die Kontakt stellen werden daher bei vielen Anwendungen, in denen es einen Ausfall oder eine Verschlechterung des elektrischen Kontakts möglichst dauerhaft zu vermeiden gilt, mit Kunst stoff, z.B. einem Schrumpfschlauch oder anderem isolierenden Material umhüllt und somit permanent gegenüber der Umgebung abgedichtet, so dass ein Eintritt von Luft und umgebenden Medien wirksam verhindert wird.

Die Güte dieser Verbindung bzw. die Abdichtung zwischen ei nem Kabelende und einem mit einem Kabel verbundenen Element, z.B. ein Stecker, ein Kabelschuh, eine Tülle oder derglei chen muss vor dem Verbau im Rahmen der Materialprüfung auf Funktionsfähigkeit und Dichtheit überprüft werden. Deshalb werden solche Kabel mit einem mit diesem verbundenen Element auch als Endkabel bezeichnet.

Mit einer Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung solcher Kabel bzw. Leitungen, insbesondere mittels eines umschließenden Schrumpfschlauchs zur Abdichtung des mit dem Kabelende ver bundenen Elements, also eines Endkabels, befasst sich die vorliegende Erfindung.

Stand der Technik

Das wohl älteste und bekannteste Prüfverfahren zur Dicht- heitsprüfung ist der sogenannte „Bubble Test", bei welchem ein auf Dichtheit zu prüfender Prüfkörper, z.B. ein von ei nem Schrumpfschlauch umgebenes Kabel, in einen Wasserbehäl ter getaucht wird, sodann mit Druck beaufschlagt wird und mittels Sichtprüfung von einem Werker auf den Austritt von Luftblasen untersucht wird. Dieser Bubble Test ist sehr prä zise und wird insofern noch immer gerne verwendet.

Das deutsche Gebrauchsmuster DE 20 2016 104 484 Ul offenbart eine Vorrichtung zur Durchführung einer Dichtheitsprüfung mit einer durch einen Boden und einem Deckel gebildeten Druckkammer zur Aufnahme der zu prüfenden Leitung, die mit Überdruck beaufschlagt wird und wobei sodann außerhalb der Druckkammer über einen Leckschnüffler enthaltenes oder aus tretendes Testgas erfasst wird.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 203 08 615 Ul ist fer ner ein Leck-Messcomputer für Druckbereiche zwischen -1 bar Unterdrück und 100 bar Überdruck bekannt, der Einrichtungen zum Erfassen des Fülldrucks und der Füllzeit aufweist.

Aus der DE 10 2016 107 216 Al ist eine Vorrichtung zur Dich- tigkeitsprüfung einer Komponente eines Kabelbaums bekannt, die einen evakuierbaren Prüfbehälter umfasst, der über einen deckelartigen Prüfadapter verschließbar und zum Anschließen bzw. Hindurchfädeln der Komponenten derart eingerichtet ist, dass die Komponente mit dem Inneren des Prüfbehälters flui- disch verbunden ist oder ein erster Teil im Inneren des Prüfbehälters und ein zweiter Teil auf einer Außenseite des Prüfbehälters angeordnet ist. Bei dieser Lösung wir das Lei tungsende mit dem auf Dichtigkeit zu prüfenden Stecker in den Prüfbehälter eingebracht und geprüft. Diese Vorrichtung ist deshalb relativ groß.

Aus der US 4,811,252 ist ein Differenzdruckverfahren bekannt, bei welchem ein zu prüfender Prüfbehälter mit einem Prüfvolumen und ein Vergleichsbehälter mit einem Vergleichs volumen gleicher Größe wie das Prüfvolumen druckbeaufschlagt werden. Über einen zwischen dem Prüfbehälter und dem Ver gleichsbehälter angeordneten Differenzdrucksensor wird eine Druckdifferenz zwischen dem Prüfbehälter und dem Ver

gleichsbehälter erfasst.

Weitere Vorrichtungen, die mit einem Differenzdruckverfahren arbeiten sind bekannt aus der CN 107884143 A, JP 05215588 A, US 8,201,438 Bl.

Ein Messverfahren und eine Messvorrichtung anderer Art sind bekannt aus der DE 20 2016 104 484 Ul.

Nachteile am Stand der Technik

Der Bubble Test bzw. eine Vorrichtung zu dessen Durchführung ist aufwendig, weil Wasser benötigt wird, was im Produkti onsprozess häufig nicht gewünscht ist. Ferner ist die Prü fung von dem Prüfer abhängig, der auch kleinste Blasenaus tritte erfassen muss.

Bekannte Messvorrichtungen erfassen eine Leckage eines Bau- teils über einen Druckverlust in einem mit einem Prüfdruck relativ zum Außendruck beaufschlagten Behälter, an dem der Prüfkörper angeschlossen wird. Der Prüfkörper kann auch selbst den Behälter darstellen. Um eine möglichst kleine Leckrate zu erfassen, muss das Volumen möglichst klein sein.

Relativ genau ist das Differenzdruckverfahren. Dabei wird der Druckunterschied zwischen einem Prüfvolumen und einem Referenzvolumen mittels einem Differenzdruckmessgerät gemessen. Da der Druckunterschied relativ klein ist, kann ein Messgerät mit einem kleinen Messbereich eingesetzt werden, so dass Messfehler relativ klein gehalten werden. Nachteilig an dem Druckdifferenzverfahren ist der relative große Auf wand des Messaufbaus mit einem Referenzvolumen und den dazu gehörenden Steuerventilen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass keine Aussage über die Größe der Leckrate ge macht werden kann.

Etwas ungenauer ist das Druckdifferenzverfahren (Relativ druck, Druckanstieg, Druckabfall) , zu dessen Durchführung kein Referenzvolumen benötigt wird. Bei diesem Verfahren wird der Druckverlust über einen bestimmten Zeitraum gemes sen, was den Einsatz eines Messgerätes mit einem größeren Messbereich voraussetzt. Daraus folgt, dass die Auflösung kleiner und der Messfehler des Systems grösser ist. Der Vor teil der Druckdifferenzverfahrens ist der relativ einfache Aufbau. Um aber eine Aussage zur Leckrate machen zu können, muss das Volumen des Messkörpers bekannt sein. Dieses ist aber in den meisten Fällen nicht der Fall. Bisherige Mess verfahren berücksichtigen nur den Druckunterschied bezogen auf einen vorgegebenen Zeitraum (PrüfZeitraum) oder erfassen nachströmende Gase. Diese bekannten Verfahren laufen nach dem folgenden Messverfahren ab: Evakuieren eines Prüfraums, Beruhigen des Prüfraums, Messen des Drucks, Warten, noch a- liges Messen des Drucks sowie Differenzbildung zwischen der ersten und der zweiten Druckmessung.

Ferner kann eine Messung mittels Differenzdruckprüfung gemäß DIN EN 1779 erfolgen, wobei der Prüfkörper mit einem Refe renzkörper über eine Art Siphon verbunden ist. Die Flüssigkeit in dem Siphon schlagt dann zu der undichten Seite ähn liche einer Waage aus.

Aufgabe / Technisches Problem

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zumindest teilweise zu vermeiden und insbesondere eine einfach aufgebaute, robuste und leicht zu bedienende Dichtheitsprüfeinrichtung und Dich tigkeitsprüfverfahren vorzusehen .

Insbesondere soll die Erfindung ein Messverfahren und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung bereitstellen, welches auf einfache Weise das Erzeugen des Prüfdrucks mit gleich zeitiger Berechnung der Prüfvolumens in Einklang ermöglicht, weil dieses die für eine anschließende Bestimmung einer Leckrate mittels eines Druckdifferenzverfahrens ist.

Erfindung

Diese Aufgabe wird bereits durch die Merkmale der unabhängi gen Ansprüche gelöst; bevorzugte, aber nicht zwingende Wei terentwicklungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Die Erfindung macht sich somit die während der Entwicklung gewonnene Erkenntnis zunutze, dass eine absolute Dichtheit im praktischen Sinne eigentlich nicht existiert und dieses für alle praktischen Anwendungsfälle auch nicht erforderlich ist. Notwendig ist vielmehr für den Normalgebrauch die Ein haltung einer akzeptablen, definierten Leckrate, in Kraft fahrzeugen eine im Wesentlichen wasser- oder dampfdichte Ausgestaltung, also ein Vermeiden von Tropfen, was einer Leckage von 1 cm ³ Gasverlust in 100 Sekunden bei einem

Druckunterschied von 1000 mbar entspricht. Bei anderen

Druckunterschieden kann die Leckrate darauf bezo

gen/umgerechnet werden. Unter Umständen ist auch eine dampf dichte Ausgestaltung zweckmäßig, welches einem Gasverlust von 1 cm ³ in 15 Minuten entspricht.

Mit dem Begriff Prüfkörper ist im Sinne der Erfindung vor derseitig offene Kabel mit der zur prüfenden Kabelverbindung am hinteren Ende gemeint. Das offene Vorderende des Prüfkör pers wird vereinfacht als „Einsteckende" und das auf Dich tigkeit zu prüfende Hinterende als „Prüfende" bezeichnet.

Das Prüfverfahren ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass ein offenes und ggf. abisoliertes Vorderende des Prüf körpers, also Kabels in einen Adapter eingeführt wird, dass der Adapter mit dem darin aufgenommenen Prüfkörper gegenüber der Umgebung abgedichtet wird, dass zunächst das Volumen im inneren der so gebildeten Messzelle automatisch ermittelt wird .

Die Messzelle umfasst den Raum innerhalb des Prüfkörpers und des Adapters mit dem angeschossenen Drucksensor bis zum Ven til .

Da das Volumen des Adapters, des Drucksensors und die Lei tung bis zum Ventil konstant sind, wird somit einfach das Bezugsvolumen innerhalb des Prüfkörpers bestimmt. Dieses Bezugsvolumen kann also aus dem aus der Messzelle extrahier ten Volumen ermittelt werden und liefert erstmalig eine Be zugsgröße, auf welche sich eine anschließende Druckdiffe renzprüfung beziehen kann, um eine Aussage über die Größe der Leckage zu treffen.

Während dem Ermitteln des Bezugsvolumens wird sodann über eine gewisse Prüfzeit ein Prüfdruck in Form eines Unter oder Überdrucks auf den Prüfkörper bzw. das Kabel aufge bracht und eine Leckrate ermittelt, indem in das Kabel bzw. die Kabelverbindung nachströmendes Volumen über die Messung der Druckänderung erfasst wird.

Erfindungsgemäß wird also jede Leckage im Prüfkörper ermit telt .

Der Erfindung liegen die folgenden Erkenntnisse zu Grunde:

Das Volumen des Hauptkolbens Vi des Pneumatikzylinders bzw. der Druckerzeugungseinheit bis zum Ventil lässt sich über die bekannte Geometrie und den Wegsensor oder die Bewegung eines Stellmotors bestimmen.

Unter dem „Volumen des Prüfkörpers" ist nur der innere, gasgefüllte Bereich des Prüfkörpers zu verstehen.

Der Prüfkörper kann unterschiedlich weit in den Adapter eingeführt werden, sodass sich ein freies Volumen des Adapters aus der Einstecktiefe des Prüfkörpers ergibt.

Das Bezugsvolumen V ₂ umfasst das freie Volumen des Adapters und den gasgefüllten Bereich innerhalb des Prüfkörpers, also

V ₂ ^— VAdapter + Vprüfkörper

Dieses Bezugsvolumen V ₂ lässt sich unter der Annahme einer konstanten Temperatur über eine Variation des Drucks am Betätigungskolben pi, welcher mittels dem Druckwertmessfühers am Adapter ps gemessen werden kann, mittels der idealen Gasgleichung (p*V = const) ermitteln aus: ps,i * (Vi,i + V ₂ ) = Ps,2 * (Vl,2 + V ₂ ) .

Es sind: Ps,x = Druck am Sensor zum Zeitpunkt x

Vi, _x = Volumen des Hauptkolbens zum Zeitpunkt x Der Zeitpunkt 1 ist Außendruck und der Zylinder ist in Ausgangsstellung. Zum Zeitpunkt 2 ist der Zylinder betätigt und hat Arbbeitsdruck erzeugt.

Damit erlaubt die Erfindung ohne einen umgebenden, größeren Referenzkörper aus einer Volumendifferenz bezogen auf das Bezugsvolumen auf eine mögliche Leckage im Prüfkörper zu schließen, und zwar durch Messen einer Druckdifferenz mit dem Drucksensor. Die Volumendifferenz wird insofern mittelbar über die Druckdiffernz und das normierte Bezugsvolumen berechnet.

Nach Ermitteln des Bezugsvolumens V ₂ wird das Ventil geschlossen und die Berechnung der Leckage Q erfolgt aus

Tx = Zeitpunkt x ist.

Im Gegensatz zum Stand der Technik wird damit kein Referenzvolumen außerhalb von dem Prüfkörper benötigt. Dieses reduziert den Bauraum der Prüfeinrichtung und ermöglicht eine schnelle Prüfung.

Die Erfindung erzeugt somit mit dem Bezugsvolumen in der Meßzelle zu Beginn der Prüfung ein eigenes Referenz- bzw. Bezugssystem. Im Gegensatz zu den Differenzdruckverfahren zur Prüfung im Stand der Technik, die eine Druckdifferenz zwischen vorbestimmten Behältern messen, benötigt die Erfindung keinen solchen Referenzbehälter .

Die Verfahren aus dem Stand der Technik prüfen ferner nur, ob eine Abdichtung gut oder schlecht ist, geben aber keinen Zahlenwert über die Güte einer Leckage an.

Die Erfindung liefert damit mit wenig Aufwand eine Leckrate als Zahlenwert, welche Auskunft über die Qualität des Prüf körpers gibt. Die Leckrate ist demnach das über eine vorgegebene Zeiteinheit, die Prüfzeit ein- oder ausströmende Volumen, für welche folgende Formel gilt:

Leckrate (Q) =

Volumen (V) x Druckunterschied (DR) / Prüfzeit (t) .

Die Erfindung beruht somit auf der Erkenntnis, dass dicht im Sinne der Erfindung nicht als absolut dicht zu verstehen ist, sondern eher je nach Anwendungsfall und Produkt unterschiedlich definiert werden kann i.S. einer akzeptierten Leckrate. Insofern handelt es sich genau genommen um ein Verfahren zur Bestimmung einer zulässigen Leckrate in einem Prüfkörper sowie eine Dichtheits- bzw. Leckrateprüfgerät. Im Gegensatz zu bestehenden Messverfahren prüft das erfindungsgemäße Prüfverfahren mit dieser akzeptierten Leckrate das in den Prüfkörper nachströmende Volumen in der Prüfzeit. Insofern ist erstmalig eine Klassifizierung innerhalb bestimmter Vorgaben möglich, so dass also in Abhängigkeit vom Anwendungsfall bzw. zu prüfendem Produkt festgelegt werden kann, welche Leckrate noch akzeptabel ist.

Die nachfolgende Tabelle gibt akzeptierte Leckraten für ver schiedene Anwendungsfälle wieder, welche insofern die akzep tierten Leckraten (Q) darstellen können:

Zusammenhang zwischen der Lochgröße und zugehöriger Leckrate (Abschätzung)

Erfindungsgemäß können als Prüfdruck ein Über- und ein Un terdrück aufgebracht werden.

Das erfindungsgemäße Prüfverfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte :

- Einspannen des auf Dichtheit zu prüfenden Prüfkörpers, insbesondere eines Endkabels, mit dem offenen Prüfende in einen Adapter einer Messzelle der Dichtheitsprüfein- heit ,

- Aufbringen eines Prüfdrucks auf das Prüfsystem umfas send den Adapter, das innere des Prüfkörpers und die Verbindungsleitung von dem Adapter bis zu der Drucker zeugungseinheit, insbesondere ausgebildet als Kolbenva kuumpumpe und somit den Prüfkörper,

- Erstes Beruhigen,

- Bestimmen des Bezugsvolumens mit 2 Messwerten und Be rechnung mittels der idealen Gasgleichung;

- kann bereits mehrere Abbruchkriterien beinhalten

- Absperren der Messzelle vom Druckerzeuger mittels eines Ventils ,

- zweites Beruhigen des Systems sowie

- Druckmessung des Prüfkörpers bis zum Ablauf einer defi nierten Abbruchzeit oder eine definierten Druckdiffe renz .

Das Messen des Volumens im Prüfkörper erfolgt über das Er mitteln der Druckänderung, insbesondere mittels eines Druck sensors und der Berechnung des Volumens über die ideale Gas gleichung .

Bei der bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Volumenbe stimmung des Bezugsvolumens, indem zunächst von einer

Druckerzeugungseinheit ein Prüfdruck erzeugt wird.

Vorzugsweise umfasst diese Druckerzeugungseinheit eine Kol benvakuumpumpe mit einem Hauptkolben, der über zwei seitlich daneben angeordnete Betätigungskolben bewegt wird und dessen Verstellweg gemessen wird, z.B. über einen Wegmessschreiber. Da Volumen des Pneumatikzylinders mindestens das 1,5-fache, vorzugsweise das 2,5-fache des aus dem Prüfkörper zu evaku ierenden Volumens beträgt, wobei dieses grds . abhängig ist von der Auflösung (Feinheit) des Messinstrumentes, steht der erzeugte Prüfdruck auch nach dem Trennen der den Prüfkörper aufnehmenden Messzelle von der Druckerzeugungseinheit wei terhin an dem PrüfSystem, insbesondere dem Prüferkörper an.

Eine besser einstellbare Weiterentwicklung umfasst zur Betä tigung des Hauptkolbens der Kolbenva uumpumpe einen elektri schen Motor, insbesondere einen Schrittmotor. Dieser Motor hilft den mitunter auftretenden Slip-Stick-Effekt zu vermei den, der Messungenauigkeiten hervorrufen kann. Zudem ist der Hauptkolben des Arbeitszylinders über den Motor, insbesonde re der Schrittmotor, wesentlich genauer einstellbar.

Bei einer besonders bauraumoptimierten Ausführungsform ist der Hauptkolben der Kolbenvakuumpumpe geteilt, umfasst also zwei oder mehr Teilkolben, die untereinander zur Bildung eines Gesamtkolbenvolumens miteinander verbunden sind. Bei der Verwendung eines Motors zur Betätigung der einzelnen Teilkolben kann dieser zwischen zwei Teilkolben angeordnet sein und gleichzeitig mehrere Teilkolben betätigen. Mit die ser Ausgestaltung kann die Bauhöhe bzw. Länge der Kolben beliebig angepasst werden, bei der Teilung eines Hauptkol bens auf zwei Teilkolben um die Hälfte reduziert werden, sodass die Druckerzeugungseinheit besser in dem einen Gehäu se untergebracht werden können. Die Verwendung eines

Schrittmotors ist mit dem weiteren Vorteil verbunden, dass kein Wegmessschreiber benötigt wird.

Nach Aufbringen des Prüfdrucks auf das System mit der Mess zelle und dem darin aufgenommenen Prüfkörper wird somit das Volumen im Pneumatikzylinder bestimmt, z.B. mittels des Weg messschreibers, welcher jede Kolbenbewegung des Hauptkolbens des Pneumatikzylinders registriert, also auch eine mögliche Veränderung nach dem initialen Aufbringen des Prüfdrucks. Da die geometrischen Parameter des Hauptkolbens des Pneuma tikzylinders bekannt sind, kann über den Verstellweg eine genaue Berechnung der evakuierten und/oder nachströmenden Volumina unter Berücksichtigung des individuellen Drucks erfolgen .

Zur Verbesserung der Messergebnisse wird die Volumenbestim mung des Prüfkörpers mindestens 2 Mal vorgenommen.

An die Volumenbestimmung des Prüfkörpers schließt sich die Bestimmung der zulässigen Leckrate des Prüfkörpers mittels der Druckdifferenzprüfung an.

Zur Verbesserung der Messgenauigkeit hat es sich als zweck mäßig erwiesen mindestens eine, vorzugsweise mehrere Beruhi gungszeiten vorzusehen, innerhalb derer sich das System beruhigen kann, also ausgleichen kann. Diese Beruhigungszeiten dienen insbesondere zur Kompensation von Änderungen der Tem peratur in der Luft (bei der Evakuierung fällt die Tempera tur dramatisch), des Umgebungsdrucks, der Luftfeuchte und damit die Luft an dem äußersten Ende der Leitung nachkrie chen bzw. strömen kann. Vorzugsweise wird vor der Volumenbe stimmung eine erste Beruhigungszeit vor dem eigentlichen Messbetrieb zum Bestimmen der Leckrate eine zweite Beruhi gungszeit bzw. Ruhephase vorgesehen.

Eine Beruhigungszeit erfolgt vorzugsweise nach dem Abriegeln der Messzelle. Die Dauer der Beruhigungszeit (en) kann ein stellbar sein.

Ausführungsformen umfassen die Möglichkeit, einzelne oder all der verschiedenen Prüf- und/oder Beruhigungszeiten ein zustellen. Vorzugsweise betragen die Beruhigungszeiten etwa 10 bis 240 Sekunden. Erfindungsgemäß kann die zu prüfende bzw. akzeptierte Leck rate für den jeweiligen Anwendungsfall bzw. auf das zu prüfende Produkt eingestellt werden.

Bei der Berechnung der Leckrate können zudem eine oder mehrere der folgenden Gruppe von Einflussgrößen berücksichtigt bzw. erfasst werden:

• Temperatur;

• Umgebungsdruck;

• Änderungen des Umgebungsdrucks vor und während der Prü fung;

• Druckunterschied;

• Volumen des Prüfkörpers;

• der zeitliche Verlauf des evakuierten Volumens sowie

• evtl, auch die Luftfeuchtigkeit.

Das Prüfverfahren kann durch Betätigen der Taste „Start" initiiert werden, so dass der nachfolgende Prozessablauf vollautomatisch abläuft:

1. Abdichten des Prüfkörpers gegenüber der Umgebung durch einen Adapter ausgebildet zur Aufnahme des offenen Einsteckendes des Prüfkörpers.

2. Aufbringen von Prüfdruck (Über- oder Unterdrück) auf den Adapter mittels einer Drückerzeugungseinheit.

3. Erstes Beruhigen, Tl, vorzugsweise 10 bis 180 Sekunden.

4. Erfassen von 2 verschieden Druckwerten unter Zwischen schaltung einer Beruhigungszeit T2 und Ermitteln des Bezugsvolumens V _2;

5. Trennen der Druckerzeugungseinheit von der Messzelle (ab V3 = Umschaltpunkt) , so dass der aufgebrachte Prüf druck im Prüfkörper ansteht; besonders bevorzugt be trägt das Vakuum bzw. der Unterdrück vorzugsweise ca. 500-700 mbar.

6. Weitere Beruhigungszeit, von vorzugsweise 10 Sekunden.

7. Starten des Messzyklus, wobei vorzugsweise auch der

Umgebungsdruck erfasst wird.

8. Kontinuierliches Erfassen („Wegschreiben") der relevan ten Drücke, insbesondere des Umgebungs- und des Lei tungsdrucks während des Messzyklus.

9. Der Messzyklus ist beendet, wenn der einstellbare Wert T4 abgelaufen ist, der vorzugsweise 180 Sekunden be trägt, oder eine bestimmte Druckdifferenz erfasst wird, z.B. 5 mbar.

10. Bestimmen der Leckrate als aus Druckdifferenz i.V.m. dem Volumen in der Messzelle und damit Prüfkörper .

11. Umrechnen der Leckrate auf eine Leckrate von ca. 1000 mbar, also nahe Umgebungsdruck „Normleckrate".

12. Klassifizieren des Prüfkörpers aufgrund vorgegebener, produktspezifischer Parameter als dicht oder undicht im Sinne der jeweilig festgelegten Anforderung.

Verfahrensgemäß wird bei jeder Ermittlung eines Volumens (V2, V3) der jeweilige Umgebungsdruck mit berücksichtigt, vorzugsweise durch einen zentralen Umgebungsdrucksensor.

Ab Schritt 3. kann eine Vorselektion eines defekten Prüfkör pers erfolgen, wenn z.B. wegen Undichtigkeiten kein Vakuum erzeugt werden kann.

Bei einer Leckage im Prüfkörper strömt im Zeitraum der Eva kuierung Umgebungsluft nach und kann somit das ermittelte Ergebnis der Volumenmessung verfälschen. Bei der Entwicklung der Erfindung hat sich gezeigt, dass aufgrund einer Rückbe trachtung, beginnend ab dem Zeitpunkt, wo das Volumen bezo gen auf einen Zeitintervall linear ansteigen, ein nahezu reales oder wahres Volumen (Bezugsvolumen ohne Leckage) berechnet werden kann. Oder anders ausgedrückt: Wenn aus der ermittelten Kurve aus Druck und Volumen bezogen auf das gleichbleibende Zeitintervall eine lineare Steigung ent steht, kann dieser Wendepunkt zur Berechnung des wahren Vo lumens (Bezugsvolumen ohne Leckage) verwendet werden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform umfasst die Druckerzeu gungseinheit mindestens einen Pneumatikzylinder mit mindes tens einem Hauptkolben zur Erzeugung von Druck bzw. Unterdrück, der von mindestens einem vorzugsweise zwei Betäti gungskolben angetrieben wird.

Es müssen nicht notwendigerweise alle Verfahrensschritte durchlaufen werden. Auch kann mittels geeigneter Abbruchkri terien ein vorzeitiger Abbruch des Messzyklus erfolgen, z.B. bei Überschreiten einer zuvor definierten Druckdifferenz.

Zum Kalibrieren können Normlecks verwendet werden, die Rück schlüsse auf die Qualität der Messung liefern.

Wesentlich ist demnach, dass das erfindungsgemäße Verfahren und die Dichtheitsprüfeinrichtung zu dessen Durchführung das Bezugsvolumenselbstständig zu Beginn des Prüfzyklus ermittelt wird, womit Rückschlüsse auf den Leitungsquerschnitt und die Leitungslänge möglich sind, und zwar bevorzugt durch Abbildung in einer Tabelle mit Erfahrungswerten in der

Dichtheitsprüfeinrichtung bzw. der Software. Die Rückschlüs- se sind für den zeitlichen Prüfablauf und zur Präzisierung vom gemessenen Volumen von Belang.

Das Prüf- bzw. Messverfahren hat zahlreiche Vorteile. Da kein Wasser benötigt wird, lässt sich das Messverfahren ein fach und gut in einen Produktionsablauf integrieren. Zudem ist das Messverf hren mit 180 bis 480 Sekunden in Abhängig keit von dem Leitungsquerschnitt des Prüfkörpers, insbeson dere 240 Sekunden sehr schnell, wobei auch hier ein Abbruch kriterium berücksichtigt werden kann.

Die Prüfzeit kann reduziert werden durch Vorsehen mehrerer Messzellen, so dass also eine parallele Prüfung von mehreren Prüfkörpern durchgeführt werden kann.

Das Prüfverfahren ermöglicht insofern mit vertretbarem wirt schaftlichen Aufwand eine absolute Fehlertoleranz in dem Sinne, dass eine 100 prozentige Prüfung der Produkte durch führbar ist, womit nicht nur gemeint ist, dass jedes Produkt geprüft werden kann, sondern auch, dass auch ein eigentlich fehlerfreies Produkt, aber bedingt durch einen Defekt oder einer Fehlbedienung der Messeinrichtung, so z.B. einer Un dichtheit des Adapters, das System den Prüfling als fehler haft darstellt, so dass in jedem Fall ein fehlerhaftes Pro dukt mit Sicherheit ausgeschlossen wird. Es wird also im Zweifelsfall eher ein sogenannter „Pseudoausschuss" erzeugt, also ein eigentlich fehlerfreies Produkt als fehlerhaft an gegeben, was durch eine zweite Prüfung validiert werden könnte .

In der einfachsten Ausführungsform umfasst die Dichtheits- bzw. Leckrateprüfeinrichtung mindestens einen einseitig of fenen Adapter mit einem Aufnahmeende ausgebildet zur abdich tenden Aufnahme eines vorderseitig offenen, also innenseitig zugänglichen Einsteckendes eines Kabels bzw. Prüfkörpers, insbesondere einer auf Dichtheit zu prüfenden Leitung mit einem an einem hinteren Ende über eine Kabelverbindung ver bundenes Element, z.B. ein Stecker, einer Tülle oder der gleichen, mindestens eine Druckerzeugungseinheit, insbeson dere ausgebildet als Vakuumkolbenpumpe, zur Erzeugung eines Unter- oder Überdrucks in dem Adapter sowie einer Auswer tungseinheit zur Erfassung einer Leckrate des Prüfkörpers in einem PrüfZeitraum.

Die Dichtheitsprüfeinrichtung umfasst maßgeblich die folgen den Bestandteile:

• mindestens eine Messzelle mit Adapter, Ventil und

Drucksensor) ,

• mindestens eine Druckerzeugungseinheit (Vakuumerzeu

ger/Überdruckerzeuger) mit einer Wegmesseinrichtung, vorzugsweise ausgebildet als Kolbenvakuumpumpe ,

• einem Drucksensor, auch zur Erfassung des Umgebungs drucks, sowie

• der Auswertesoftware.

Die Dichtheitsprüfeinrichtung besteht fast ausschließlich aus "handelsüblichen", also am Markt erhältlichen Bauteilen zusammengesetzt ist, also einem Pneumatikzylinder, ein

Drucksensor, einem Ventil, vorzugsweise einem elektromechni- schen Pneumatikventil, insbesondere einem 3/2-Wegeventil, den entsprechenden Leitungen, so dass also keine Sonderbau teile benötigt werden.

Die einzige Besonderheit liegt in dem erfindungsgemäß ausge bildeten Adapter, der ausgebildet ist zur Aufnahme des Prüf körpers. Ansonsten werden handelsübliche im Sinne von stan dardisierten Bauteilen verwendet, was die Kosten reduziert und die Wartung des Systems des Nachkaufs von Ersatzteilen sehr günstig beeinflusst.

Ferner ist ein dem Adapter zugeordnetes Ventil vorgesehen, welches den Adapter von der Druckerzeugungseinheit trennt bzw. abschaltet.

Der Adapter ist also ausgebildet, um den Prüfkörper bzw. das Kabel gegenüber der Umgebung abzudichten bzw. abgedichtet aufzunehmen. Vorzugsweise weist der Adapter ein sich entlang einer Adapterlängsachse erstreckendes Adaptergehäuse mit einer an einem Adaptervorderende ausgebildeten und sich vor zugsweise entlang der Adapterlängsachse erstreckenden Ein stecköffnung auf. Vorzugsweise torusförmig bzw. ringförmig ausgebildete Dichtungsringe sind mit ihren mittleren Durch gangsöffnungen kollinear zur Adapterlängsachse in dem Adap tergehäuse aufgenommen und sind über einen relativbeweglich in dem Adaptergehäuse aufgenommenen Kolben bzw. eine Druck platte in dem Adaptergehäuse komprimierbar. Bevorzugt ist der Kolben pneumatisch betätigt über eine Steuerleitung. Bei der Kompression der Dichtungsringe über den Kolben in Adapterlängsrichtung werden diese Dichtungsringe komprimiert und dehnen sich zur mittigen Einstecköffnung hin aus. Der in die Einstecköffnung eingebrachte Prüfkörper wird so über die Dichtungsringe umfänglich radial abgedichtet.

Bei einer bevorzugten Weiterentwicklung umfasst der Adapter eine Rückstellfeder zum Vereinfachen des Öffnens bzw. der Freigabe des Prüfkörpers auch bei größeren Prüfkörpern, z.B. nach dem Reduzieren des Drucks auf die Steuerleitung zum Schließen des Adapters. Vorzugsweise ist diese Rückstellfe der zwischen dem äußeren Adaptergehäuse und dem relativbe weglich in diesem Adaptergehäuse aufgenommenen Kolben ange ordnet. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt diese Druckfeder mit einem Hinterende gegen einen Bund oder eine Platte des Kolbens an und sitzt mit einem Vorder ende in einem Ringraum oder einen Federsitzt an dem Adapter gehäuse .

Das Kabel, insbesondere ein Endkabel, also der Prüfkörper wird mit einem ggf. abisolierten und somit offenen Vorderen de „Einsteckende" in mindestens eine Einstecköffnung eines Adapters der Dichtheitsprüfeinrichtung eingebracht. Das in den Adapter eingebrachte Einsteckende sollte frei von Be schädigungen und Schmutz sein und es sollte sich auch nicht um ein deformiertes Leitungsende handeln.

Bevorzugt umfasst der Adapter mehrere Dichtungsringe, und zwar bevorzugt in Adapterlängsrichtung hintereinander ange ordnet, vorzugsweise zwei Dichtungsringe. Als besonders zweckmäßig hat sich die Verwendung von Dichtungsringen aus Chloropren-Kautschuk- Neopren erwiesen.

Eine besonders gleichmäßige Komprimierung und somit Lebens dauer der Dichtungsringe wird erzielt, wenn die Dichtungs ringe von vorzugsweise kreisringförmigen Druckscheiben au ßenseitig eingefasst sind. Vorzugsweise ist auch zwischen angrenzenden Dichtungsringen eine solche Druckscheibe ange ordnet. Diese Ausgestaltung erzeugt eine gleichmäßige Flä chenpressung auf die Dichtungsringe, vereinfacht bzw. ver bessert die Komprimierung und verlängert somit deren Lebens dauer .

Für die Messung verschiedener Leitungsquerschnitte und An passung an verschiedene Chargen müssen somit nur noch unter schiedlich große Adapter vorgesehen werden, die deshalb vor zugsweise auswechselbar ausgestaltet sind.

Der Adapter kann mehrteilig, vorzugsweise zweiteilig ausge bildet sein mit einem Außenteil sowie ein in dieses einsetz- bares und vorzugsweise lösbar mit dem Außenteil verbindbares Einsatzteil. Das Einsatzteil kann dabei Einstecköffnungen und Dichtungsringe verschiedener Größe zur Anpassung bzw. einfachen Anpassung an verschiedene Leitungsquerschnitte umfassen. Diese Ausgestaltung weist diverse Vorteile auf.

Zum einen wird kein abgeschlossener und abzudichtender Aufnahmeraum für das auf Dichtheit zu prüfende Kabel bzw. die Leitung benötigt.

Das zuvor beschriebene Ventil, welches vorzugsweise als Schieber-Ventil bzw. 3/2-Wegeventil ausgebildet ist, ver fälscht mitunter beim Umschalten das Volumen in der Messzel le. Auch das Einspannen des offenen Einsteckendes in den Adapter erzeugt mitunter einen ungewünschten Druckaufbau in der Messzelle, welche die Messwerte verfälschen kann. Zudem können Verfälschungen der Messwerte durch thermische Ein flüsse wegen dem Magnetventil erfolgen.

Zur Vermeidung dieser Probleme ist das Ventil zum Absperren des Adapters bei einer bevorzugten Weiterentwicklung als Vakuumsteuerblock ausgebildet, der insbesondere drei pneuma tisch gesteuerte 2 /2-Wegeventile umfasst, von denen - vom Adapter gesehen - das erste und das zweite Ventil in Reihe geschaltet sind und das dritte Ventil parallel zu den ersten beiden Ventilen geschaltet ist.

Bevorzugt umfasst jedes dieser Ventile zwei Ventilkolben, die mit Ventilflächen in Schießstellung gegeneinander anlie- gen. Von diesen Ventilkolben steht ein erster Ventilkolben fest und ein zweiter Ventilkolben ist die durch über eine Steuerleitung aufgebrachter Steuerdruck gegen eine, sich in Ventillängsachse zwischen den Ventilkolben angeordnete Feder drückbar, welche die Ventilkolben nach außen gegen das Ge häuse des Vakuumsteuerblocks gedrückt. Ein zwischen den auf einander zu ragenden Ventilflächen der Ventilkolben angeord neter Dichtring verschließt den zentralen Durchgang zwischen den Ventilkolben im geschlossenen Zustand, wenn diese durch Druck die jedem Ventil zugeordnete Steuerleitung aufeinander gedrückt werden. Die Ventile sind also in Ruhestellung (oh ne Druck auf der Steuerleitung) offen, und geben den Durch gang frei. Durch Aufbringen von Ventildruck auf eine jedem Ventil zugeordnete Steuerleitung können die Ventile wahlwei se geöffnet und geschlossen werden.

Die Ventilkolben sind so ausgebildet, dass der auf das Ven tilgehäuse mittels einer Verbindungsleitung von der Drucker zeugungseinheit aufgebrachte Unterdrück seitlich in den be weglichen Ventilkolben des dritten Ventils eintritt.

Jeder bewegliche Ventilkolben weist eine sich quer zur Kol benlängsachse, welche sich entlang der zwischen den Ventil kolben angeordneten Feder streckt, durch den Ventilkolben verlaufende Kolbendurchgangsöffnung auf.

Bevorzugt sind die Ventilkolben in diese aufnehmenden Öff nungen bzw. Bohrungen mit die Ventilkolben umschließenden Kolbenwänden angeordnet. Die Kolbenwände zwischen angrenzen den Kolben können eine Wandöffnung aufweisen, durch die der anstehende Druck von einer Kolbenkammer in die angrenzende Kolbenkammer strömen kann. Ist diese Wandöffnung auf der Höhe der Kolbendurchgangsöffnungen zwischen zwei angrenzen den Ventilen angeordnet, kann der Druck auch dann durch die angrenzenden Ventile strömen, wenn diese geschlossen sind. Ist die Wandöffnung in einer Trennwand hingegen auf der Höhe der Ventilflächen von zwei angrenzenden Ventilen ausgebil det, kann der Druck von einem Kolben an den angrenzenden Kolben nur strömen, wenn die angrenzenden Ventile auch offen sind .

Erfindungsgemäß die ist Wandöffnung in der äußeren Kolben wand zwischen dem zweiten und dem dritten Ventil auf der Höhe der Kolbendurchgangsöffnung in den beweglichen Kolben ausgebildet und in der inneren Kolbenwand auf der Höhe der Ventilflächen zwischen dem ersten und dem zweiten Ventil.

Durch die Wandöffnung in der äußeren Kolbenwand kann der außenseitig auf den Vakuumsteuerblock aufgebrachte Druck auch bei geschlossenem dritten Ventil durch die äußere, zwi schen dem dritten und zweiten Ventil ausgebildete Kolbenwand auf der Höhe der Kolbendurchgangsöffnung in das zweite, mittlere Ventil strömen.

Ist das zweite Ventil geschlossen, passiert somit nichts Weiteres. Ist dieses zweite Ventil hingegen offen, strömt der Unterdrück in Längsrichtung des zweiten Ventils und so dann über die geöffnete Ventilfläche seitlich durch die Wandöffnung in der inneren Kolbenwand zwischen dem ersten und dem zweiten Ventil und somit in den Drucksensor und den Adapter .

Ist das erste, am nächsten zum Adapter gelegene Ventil ge schlossen, wird der Adapter abgeriegelt.

Zur besseren Abdichtung der in Schließstellung gegeneinander anliegenden Dichtflächen der Ventilkolben kann eine zusätz liche Dichtung vorgesehen sein, insbesondere eine Ringdich tung .

Die Strömungsrichtung bei den Ventilen ist demnach wie folgt: Der aufgebrachte Druck strömt durch die seitliche Ventildurchgangsöffnung in dem beweglichen Ventilkolben ein und sodann unter Umlenkung von 90° in Ventillängsrichtung entlang der Feder bis zur Dichtfläche zwischen den Ventil kolben. Ist diese offen, strömt der Druck durch die geöffnete Dichtfläche aus und durch die Wandöffnung in das geöffne te Ventil daneben. Ist das Ventil geschlossen, strömt der Druck nur durch die Ventildurchgangsöffnung in dem bewegli- chen Ventilkolben und, sofern in der Wand zwischen den an grenzenden Ventilen eine Wandöffnung vorgesehen ist, in die Ventildurchgangsöffnung des angrenzenden beweglichen Ventil kolbens .

Der erfindungsgemäße Vakuumsteuerblock ist sehr kompakt, einfach aufgebaut und weist wenig Leervolumen auf. Die Ven tilkolben der Ventile müssen nur eine geringe Bewegung von einigen Millimetern zum Öffnen und Schließen ausführen und sind insofern schnell zu betätigen. Da der Vakuumsteuerblock quasi unmittelbar mit dem Adapter verbunden ist, werden kei ne Leitungen benötigt. Da die Ventile pneumatisch gesteuert werden, also nicht elektrisch, wird keine die Messwerte ver fälschende Wärme erzeugt, was die Messgenauigkeit verbes sert .

Den drei 2 /2-Wegeventilen in dem Vakuumsteuerblock kommen somit die folgenden Funktionen zu:

Ventil 1 (am nächsten zum Adapter) : sperrt Adapter für Ka librierung der Druckerzeugungsvorrichtung (Haupt kolben) und Selbsttest ab;

Ventil 2 (mittleres Ventil): riegelt Vakuumerzeugung ab. Nur noch der Adapter und der Prüfkörper sind ange schlossen. Dieses ermöglicht eine besonders genaue Messung;

Ventil 3 (am weitesten vom Adapter entfernt) : Entlüftung der

Messzelle .

Bei der Prüfung eines Prüfkörpers arbeiten diese drei Venti le innerhalb des Vakuumsteuerblocks wie folgt:

1. Prüfkörper einstecken; alle drei Ventile sind offen;

2. Prüfkörper einklemmen; 3. schließen Entlüftungsventil 3;

4. Aufbringen von Vakuum auf die Messzelle über offene

Ventile 1 und 2;

5. Betätigungskolben der Druckerzeugungseinheit wird so geregelt, dass der Prüfdruck konstant ist, z.B. kon stant 600 mbar aufweist;

6. Ermitteln des Bezugsvolumens in der Messzelle.

7. Mittleres Ventil 2 schließt und regelt die Druckerzeu gung ab. Somit ist der Drucksensor nur mit dem Adapter und dem darin aufgenommenen Prüfkörper verbunden. Es wird gewartet, ob der Druck fällt und damit die Berech nung der Leckage.

9. Entlüftung über Ventil drei: Adapter eröffnet und Kol ben fährt in Grundstellung.

Obgleich die Erfindung bevorzugt für das Überprüfen von Ka beldichtungen, an Kabelenden, also Endkabeln eingesetzt wird, ist für den Fachmann verständlich, dass diese genauso gut eingesetzt werden kann für das Überprüfen einer Verbin dungs- bzw. Abdichtung eines Prüfkörpers beliebiger Art auf Dichtheit, z.B. eines Rohrs ohne Kabel mit einem an einem Ende verbundenen Element, z.B. einem Behälter, einem Gehäuse oder dergleichen.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser Er findungsbeschreibung bilden und in denen zur Veranschauli chung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, mit denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben", „unten", „vorne", „hinten", „vorderes", „hinteres", usw. in Bezug auf die Ori entierungen der beschriebenen Figur (en) verwendet. Da Kompo- nenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierung positioniert werden können, dient die Rich tungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keiner lei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Aus führungsformen benutzt und strukturelle oder logische Ände rungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende aus führliche Beschreibung ist nicht im einschränkenden Sinne aufzufassen .

Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbun den", „angeschlossen" sowie „integriert" verwendet zum Be schreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Integration. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischem Bezugszeichen versehen, soweit dieses zweckmäßig ist.

Bezugszeichenlinien sind Linien, die das Bezugszeichen mit dem betreffenden Teil verbinden. Ein Pfeil hingegen, der kein Teil berührt, bezieht sich auf eine gesamte Einheit, auf die er gerichtet ist. Die Figuren sind im Übrigen nicht unbedingt maßstäblich. Zur Veranschaulichung von Details können möglichweise bestimmte Bereiche übertrieben groß dar gestellt sein. Darüber hinaus können die Zeichnungen plaka tiv vereinfacht sein und enthalten nicht jedes bei der prak tischen Ausführung gegebenenfalls vorhandene Detail. Die Begriffe „oben" und „unten" beziehen sich auf die Darstel lung in den Figuren.

Es zeigen:

Figur 1 eine isometrische Frontansicht der Vakuumdicht- heitsprüfeinrichtung umfassend insgesamt acht Adapter ; Figur 2 eine isometrische Rückansicht der Vakuumdicht heitsprüfeinrichtung gemäß Figur 1 mit teilmon tiertem Außengehäuse;

Figur 3 eine isometrische Ansicht einer Messzelle umfas send einen Adapter, ein Drucksensor und ein Ven til;

Figur 4 einen Schnitt der Messzelle gemäß Figur 3;

Figur 5 einen Querschnitt durch die Dichtheitsprüfeinheit gemäß Figur 1;

Figur 6 einen vergrößerten Längsschnitt eines Adapters;

und

Figur 7 eine graphische Darstellung eines typischen Prüfverfahrens ;

Figur 8 : eine graphische Darstellung der bei dem Prüfver fahren erfassten Drücke und Volumina in einem defekten (ermittelbare Leckage) und einem fehler freien (keine Leckage ermittelbar) Prüfkörper über die Zeit, welche einen Präzisierten Teilprozess von Figur 7 von Beginn bis zum Ende der Zeit T2 darstellt ;

Figur 9 einen Querschnitt einer alternativ ausgebildeten

Messzelle mit einem Adapter mit einer Feder und einem Vakuumsteuerblock anstelle eines 3/2- Wegeventils ;

Figur 10: ein Pneumatikplan einer Messzelle; und

Figur 11: eine isometrische Seitenansicht einer alternativen

Prüfeinheit bei abgenommener Seitenwand.

Figur 1 zeigt eine isometrische Frontansicht einer erfin- dungsgemäßen Dichtheitsprüfeinrichtung vorliegend umfassend acht Messzellen.

Demnach weist die Dichtheitsprüfeinrichtung ein umfänglich umschließendes, kastenartiges Gehäuse 2 auf, welches einen Innenraum definiert, in dem mehrere Messzellen und die sons tige Apparatur angeordnet sind.

Jede Messzelle umfasst einen im Wesentlichen hohlzylindri schen Adapter 4, der jeweils in Einbaulage mit seiner nach vorne offenen Einstecköffnung 4a aus einer entsprechenden Öffnung in dem Gehäuse 2 ragt, so dass ein Prüfkörper bzw. Prüfling mit einem offenen Prüfende in diese Einstecköffnung 4a einsteckbar ist. Über ein rückseitiges Ende des Adapters 4 angeordnetes Leitungsstück 6 ist jeder Adapter 4 mit einem Ventil 8 verbunden. Ferner ist mit dem Leitungsstück 6 ein Drucksensor 10 verbunden, der den Leitungsdruck sowie den Systemdruck in der Leitung und dem Prüfkörper erfasst.

Schließlich ist das Ventil über eine Leitung mit einer Kol benvakuumpumpe 12 verbunden. Jeder Adapter 4 umfasst eine Versorgungsleitung zur Versorgung mit Druckluft, womit der Adapter betätigt wird.

Die Figuren 3 und 4 zeigen vergrößert die isometrische An sicht des Adapters 4 mit seiner frontseitigen Einstecköff nung 4a, dem rückseitig sich entlang der Längserstreckungs richtung des Adapters 4 erstreckenden Leitungsstück 6, der von dem Leitungsstück schräg abzweigende Drucksensor 10 so wie das am rückseitigen Ende des Leitungsstücks 6 vorgesehe ne Ventil 8.

Figur 2 zeigt nebeneinander in dem Gehäuse 2 sitzende Kol benvakuumpumpe 12, die jeweils mit einer Messzelle Zusammen wirken. Jede Kolbenvakuumpumpe 12 umfasst einen mittigen Kolbenzylinder, in welchem ein Hauptkolben 12a relativ be- weglich verschiebbar ist, und zwar mittels zwei seitlich neben dem Hauptkolben 12a angeordneten Betätigungskolben 12c, 12d, die mit ihren Arbeitsenden eine Betätigungsplatte 12b antreiben, die mit der Schubstange des Hauptkolbens 12a verbunden ist. Daneben umfasst jede Kolbenvakuumpumpe 12 einen Wegmessschreiber 12e, mit denen der Verstellweg des Hauptkolbens genauestens erfassbar ist.

Durch das Anziehen der jeweiligen Kolbenvakuumpumpe 12, also das Anheben des Hauptkolbens 12a im Verhältnis zu dem stati onären Außenzylinder, wobei der Hauptkolben 12a einen genau messbaren Weg zurücklegt, der somit zur genauen Berechnung des evakuierten oder nachströmenden Volumens herangezogen werden kann. Der Wegmessschreiber 12e liefert somit zunächst eine genaue Aussage über das aus dem System evakuierte Volu men bis der vorgegebene Prüfdruck von vorzugsweise 600 mbar erreicht ist und sodann über das aus dem Prüfkörper evaku ierte Volumen zur Bestimmung von dessen Volumen.

Die Figur 6 zeigt einen vergrößerten Längsschnitt eines er findungsgemäßen Adapters 4. Dieser umfasst ein im Wesentli chen hohlzylindrisches Adaptergehäuse, das etwa in der Mitte unter Bildung eines Absatzes übergeht von einem vorderen, hohlzylindrischen Dichtungsgehäuse 4b mit einem ersten Au ßendurchmesser in ein hinteres, ebenfalls hohlzylindrisches Außengehäuse 4c mit einem gegenüber dem Dichtungsgehäuse 4b verbreiterten zweiten Außendurchmesser.

Das vordere Dichtungsgehäuse 4b umfasst eine vorderseitige Einstecköffnung 4a, welche sich entlang der Adapterlängsach se entlang des insgesamt rotationssymmetrischen Adapterge häuses erstreckt und zur einsteckenden Aufnahme des Prüfen des des Prüfkörpers ausgebildet ist. Etwas nach innen ver setzt von dieser Einstecköffnung 4a geht diese unter Bildung eines Innenabsatzes über in einen leicht verbreiterten Auf- nahmeraum, in welchem zwei in Längsrichtung hintereinander geschaltete Dichtungsringe 4d, 4e mit entsprechendem Außen durchmesser aus Kautschuk angeordnet sind. Außenseitig von und zwischen den Dichtungsringen 4d, 4e sind zudem Druck scheiben angeordnet.

In dem hinteren Außengehäuse 4c des Adaptergehäuses, das einen etwa doppelt so großen Innendurchmesser wie der Innendurchmesser des Aufnahmeraums des Dichtungsgehäuses 4b auf weist, ist ein Kolben relativ beweglich gelagert. Dieser Kolben umfasst einen sich kollinear zur Adapterlängsachse und diese mit seiner Mantelfläche umschließenden, hohlzy lindrischen Innenkörper 4f, von dessen äußerer Mantelfläche sich eine Scheibe 4g radial nach außen erstreckt. Das Vor derende des hohlzylindrischen Innenkörpers 4f wirkt unter Zwischenschaltung einer Distanzplatte auf die Dichtungsringe 4d, 4e. Über eine Versorgungsleitung 4h in dem Außengehäuse teil 4c ist die Druckplatte 4g mit einem Fluid, vorzugsweise Druckluft, beaufschlagbar und wird somit axial in dem stati onären Adaptergehäuse verschoben zur Komprimierung der sta tionären Dichtungsringe 4d, 4e. Bei dieser Komprimierung können sich die Dichtungsringe 4d, 4e nur radial nach innen ausdehnen und dichten somit einen in die Einstecköffnung 4a aufgenommenen Prüfkörper vollumfänglich und dicht gegen die Umgebung ab.

Die Dichtungsringe 4d, 4e sind axial außenseitig eingefasst von Druckscheiben 4i, 4k, also kreisringförmigen Scheiben, welche die Flächenpressung auf die Dichtungsringe 4d, 4e reduziert und somit eine gleichmäßigere Kraftentfaltung des Innenkörpers 4f bei Relativbewegung im Verhältnis zu dem stationären Adaptergehäuse bewirken. Vorzugsweise ist auch zwischen den beiden aneinander angrenzenden Dichtungsringen 4e, 4d Druckscheibe 4j angeordnet. Bevorzugt umfassen die Druckscheiben Metallscheiben.

In der Figur 7 dargestellten Grafik des Drucks über die Zeit ist ein typischer Ablauf eines erfindungsgemäßen Prüfverfah rens an einem Kabel für die Kfz-Industrie mittels der erfin dungsgemäßen Dichtheitsprüfeinrichtung beschrieben, welches in diesem Beispiel bei einem typischen Umgebungsdruck von ca. 1000 mbar arbeitet. Nach dem Einbringen des Prüflings in die Einstecköffnung 4a des Adapters 4 wird der Prüfling zu nächst gegenüber der Umgebung abgedichtet, indem die Druck platte 4g über die Versorgungsleitung 4h mit Druck beauf schlagt wird, sich der Innenkörper 4f axial in dem Adapter gehäuse nach vorne verschiebt und so die Dichtungsringe 4d, 4e komprimiert, die ihrerseits umfänglich den Prüfkörper gegenüber der Umgebung abdichten.

Die Prinzipskizze in Figur 7 erläutert prinzipiell das er findungsgemäße Prüfverfahren anhand einer Darstellung des Drucks über die Zeit.

1. Aufbringen Prüfdruck (T0): Zunächst zieht die Kolben- Vakuumpumpe 12 an und erzeugt somit im Zeitraum T0, welcher vorliegend 1 Sekunde beträgt, in dem System den Prüfdruck von vorzugsweise -600 mbar.

2. Erste Beruhigungszeit (Tl): In der ersten Beruhigungs zeit TI, welche vorliegend etwa 10 bis 180 Sekunden be trägt, fäll der Druck ab und nähert sich dem Arbeits druck von vorzugsweise -600 an und das System beruhigt sich .

3. Volumenmessung des Prüfkörpers (T2): Zu Beginn des

Zeitintervalls erfolgt eine erste Volumenbestimmung V2 und am Ende des Zeitintervalls T2 eine zweite Volumen bestimmung V3. Aus der Differenz zwischen V2 und V3 ist eine grobe Vorabschätzung der Leckrate möglich, welche zur Korrektur der Volumenbestimmung verwendbar ist.

4. Ventilabschaltung : Sodann schaltet am Ende der Zeit T2 das Ventil den Druckerzeuger ab, trennt also den Pneumatikzylinder 12 von der Messeinheit.

5. Zweite Beruhigungszeit (T3) : Sodann schließt sich mit der Zeit T3, die vorliegend etwa 10 Sekunden beträgt, eine zweite Beruhigungszeit nach dem Umschalten an, um dem System vor dem eigentlichen Messbetrieb nochmals die Möglichkeit zur Beruhigung und zum Ausgleich zu ge ben. Die Länge dieser zweiten Beruhigungszeit T3 ist allgemein abhängig von den Materialeigenschaften des Prüfkörpers und die Dichtheitsprüfeinrichtung bzw. ent haltene Software gibt vorzugsweise einen zulässigen Druckanstieg vor.

6. Messen Leckrate (T4): Da das Volumen des Prüfkörpers bestimmt ist, wird nunmehr nur noch über den Druck sensor der Messzelle der Druckunterschied von Beginn bis Ende der Zeit t4 gemessen. Auch beim Bestimmen der Leckrate erfolgt ein permanenter Vergleich von zwei hintereinander gemessenen Druckwerten (P4 und P5). Ist dabei die Druckdifferenz größer als ein bestimmter Wert, z.B. 5 mbar, kann die die Messung vor Ablauf von T4 beendet werden, die etwa 180 Sekunden beträgt. Aus dem in Schritt 3. ermittelten Volumen V3 und den Drü cken P4 und P5 wird sodann in Verbindung mit der Zeit T4 die Steigung der Geraden im Zeitraum T4 ermittelt und damit die Leckrate bestimmt.

Die Messung kann also beendet werden, wenn innerhalb der Zeit T4 eine Druckdifferenz größer 5 mbar gemessen wird oder eben die Zeit T4 abläuft.

Die Länge der Zeiträume TO bis T4 ist angepasst an die Mate- rialeigenschaften und den Leitungsquerschnitt des Prüfkör pers. Je dünner und länger der Prüfkörper ist, desto länger sind die jeweiligen Zeiträume.

Figur 8 zeigt den Verlauf der Drücke innerhalb der Messzelle PI und den Evakuierungsfortschritt im Prüfkörper P2 über die Zeit. Zudem dargestellt ist der Verlauf des momentan errech- neten Bezugsvolumens innerhalb eines Prüfkörpers mit und ohne erkennbare Leckage.

Es zeigt sich, dass der Druck PI innerhalb der Messzelle und der Druck P2 innerhalb des Prüfkörpers, also der Leitungs messung sich dem Druck PI innerhalb der Prüfungskammer annä hert und ab ca. 180 Sekunden nahezu gleich ist.

Das berechnete Leitungsprüfvolumen der Messzelle ohne er kennbare Leckage zunächst kontinuierlich, aber mit abnehmen der Steigung an und ist dann bei dem gewählten Prüfkörper ab ca. 180 Sekunden konstant, erstreckt sich also in einer Ge raden. Das berechnete Leitungsprüfvolumen der Messzelle mit einer erkennbaren Leckage steigt zunächst ähnlich an wie die Messzelle mit einer nicht erkennbaren Leckage, aber stärker als diese an. Entscheidend ist, dass nach der ersten Volu menermittlung, im gewählten Fall bei 180 Sekunden, das er- rechnete Leitungsprüf olumen mit deutlicher Steigung schein bar weiter ansteigt. Es handelt sich somit um ein „Scheinvo lumen", weil aufgrund eines Leckes ein Volumen berechnet wird, was nicht der Realität entspricht.

Aus diesen Beobachtungen wurde die Erkenntnis gewonnen, dass die eigentliche Messung erst nach einer bestimmten Zeit be ginnen muss, welche abhängig von den Leitungseigenschaften des Prüfkörpers ist. Sodann wird nach dieser Abwartzeit zweimal Druckmessung und Volumenermittlung vorgenommen.

Steigt das Volumen von der ersten Volumenermittlung zur zweiten Volumenermittlung an, ist dieses ein Indiz für eine Leckage innerhalb des Prüfkörpers. Bei dem betreffenden Prüfkörper erfolgt die erste Volumen- und Druckermittlung nach 180 Sekunden und die zweite Volumen- und Druckermitt lung nach etwa 240 Sekunden.

Figur 9 zeigt einen vergrößerten Querschnitt einer alterna tiv ausgebildeten Messzelle, ebenfalls ohne Verbindungslei tung zu der Druckerzeugungsvorrichtung. Dies unterscheidet sich von der in der Figur 4 dargestellten Ausführungsform zum Einen durch das zwischen dem vorderen Dichtungsgehäuse 4b und dem Innenkörper 4f bzw. der Scheibe 4g wirkende

Druckfeder 4i, welche mit dem hinteren Ende angrenzend an die Scheibe 4g auf einer Federhülse sitzt und mit dem Vor derende in einer Federnut 4j bzw. einem Federsitz auf einem Federsitzt am hinteren Ende des Dichtungsgehäuses 4b ein sitzt.

Ansonsten ist der Adapter 4 aufgebaut wie die in Figur 6 dargestellte, erste Ausführungsform.

Zur Reduzierung der Messungenauigkeiten ist das Leitungs stück 14 zwischen dem hinteren Ende des Adapters 4 und dem Ventil 16 deutlich verkürzt und der Drucksensor 10 ist in das Gehäuse des Ventils 16 links integriert.

Das Ventil ist in dieser Ausgestaltung als Vakuumsteuerblock 16 ausgebildet, der insgesamt drei 2 /2-Wegeventile umfasst, die hintereinander in dem Gehäuse angeordnet sind und von denen jedes einzelnen über einen DruckluftZylinder ansteuer bar ist. Das erste Ventil 16a ist das dem Adapter 4 am nächsten gelegenen Ventil, das zweite Ventil 16b ist das mittlere Ventil und das dritte Ventil 16c ist das am weites ten von dem Adapter 4 Weg gelegene Ventil.

Jedes Ventil 16a, 16b, 16c umfasst zwei Ventilkolben, die sich quer zur Längsrichtung des Vakuumsteuerblocks 16 er strecken und zwischen denen jeweils eine Feder angeordnet ist, welche die Ventilkolben nach außen gegen das Gehäuse des Vakuumsteuerblocks 16 drücken. Von den Ventilkolben ist je ein Ventilkolben feststehend und ein beweglicher Ventil kolben, der näher ein einer korrespondierenden Steuerleitung gelegen ist, durch auf die Steuerleitung 16a, 16b, 16c auf gebrachten Druck gegen die Federkraft beweglich. So können die Ventile 16a, 16b, 16c durch Aufbringen von Druck durch die eine jedem Ventil 16a, 16b, 16c zugeordnete Steuerlei tung <V1>, <V2>, <V3> wahlweise geöffnet und geschlossen werden .

Jeder bewegliche Ventilkolben weist eine sich quer zur Kol benlängsachse durch den Ventilkolben verlaufende Kolben durchgangsöffnung 16f, 16g, 16h auf.

Zwischen den angrenzenden Kolben ist jeweils eine trennende Kolbenwand 16d, 16e ausgebildet, welche die Kolben dichtend voneinander abtrennt und umschließt, nämlich eine äußere Kolbenwand 16d zwischen dem dritten Ventil 16c und dem zwei ten Ventil 16b und eine innere Kolbenwand 16d zwischen dem und eine zweiten Zylinder 16b und dem ersten Zylinder 16a.

Jede Kolbenwand weist eine Wandöffnung 16i, 16j auf, durch welche der Druck hindurchtreten kann.

Erfindungsgemäß ist die Wandöffnung 16i in der äußeren Kol benwand 16d zwischen dem dritten 16c und zweiten Ventil 16b auf der Höhe der Kolbendurchgangsöffnung 16f, 16g in den beweglichen Kolben ausgebildet.

In der inneren Kolbenwand 16e ist diese Wandöffnung 16j hin gegen auf der Höhe der Ventilflächen zwischen dem ersten 16a und dem zweiten Ventil 16b ausgebildet. Figur 10 zeigt einen vereinfachten Pneumatikplan des Adap ters, des Vakuumsteuerblocks sowie des Vakuumerzeugers

(Druckerzeugungseinheit) . Der Vakuumsteuerblock 16 umfasst die drei nebeneinander angeordnete 2/2-Wegeventil 16a, 16b, 16c, von denen die Ventile 16a und 16b in Reihe geschaltet sind und von denen das dritte Ventil 16c parallel zu den ersten beiden Ventilen 16a, 16b geschaltet ist.

Das erste Ventil 16a, angesteuert über den Steuerleitung VI, öffnet und schließt den Adapter.

Zwischen dem ersten Ventil 16a und dem zweiten Ventil 16b ist der Drucksensor 10 angeordnet.

Das zweite Ventil 16b, welches über die Steuerleitung V2 gesteuert wird, riegelt die von der Druckerzeugungseinheit Druckluft bzw. den Unterdrück ab.

Und das dritte Ventil 16c, welches über die Steuerleitung V3 gesteuert wird ist, ermöglicht in geöffneter Stellung eine Entlüftung .

Zur Verbesserung der Abdichtung der in Schließstellung ge geneinander anliegenden Dichtflächen der Ventilkolben kann ist jeweils ein Dichtring eine zusätzliche Dichtung vorgese hen sind, insbesondere eine Ringdichtung.

Die ebenfalls als Kolbenvakuumpumpe ausgebildete Druckerzeu gungseinheit ist bei der in den Figuren 10 und 11 darge stellten Ausführungsformen mit zwei gleich großen Teilkolben 18a, 18b ausgebildet, die parallel erstreckend nebeneinander angeordnet sind und deren Arbeitskolben über einen zwischen den Teilkolben 18a, 18b angeordneten Schrittmotor 18c ver stellbar ist. Die Teilkolben 18a, 18b sind über eine Verbin dungsleitung 18d zur Erzeugung eines Gesamtvolumens mitei- nander verbunden. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Bauhöhe um die Hälfte reduziert wird und die Druckerzeu gungseinheit bzw. der Vakuumerzeuger liegend in das Gehäuse 4 integriert werden kann, was die Bauhöhe reduziert. Ferner ist der Stellmotor in beide Richtungen genauer einstellbar.

Figur 11 zeigt mehrere dieser Kolbenvakuumpumpen mit zwei Teilkolben 18a, 18b liegend eingebaut in das Gehäuse 2. Die Vakuumsteuerblöcke 16 jeder Messzelle 16 sind oberhalb von den jeweiligen Teilkolben 18a, 18b mit je einem Vakuumsteu erblock 16 und einem Drucksensor 10 angeordnet. Die Adapter 4 mit den Stecköffnungen sind wiederum vorderseitig an der Vorderseite des Gehäuses angeordnet. Von diesen Messzellen sind insgesamt 8 in dem Gehäuse 2 angeordnet, die unabhängig voneinander betrieben werden können. Der Gegenstand der vor liegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander. Alle in den Unterlagen - einschließlich der Zusammenfassung - offenbar ten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnun gen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungs wesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombina tion gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

bo/bo 26. Juli 2019

Anmelder :

DSG-Canusa GmbH

53359 Rheinbach

Prüfverfahren zum Prüfen eines Kabels auf Dichtheit sowie Dichtheitsprüfeinrichtung zur Durchführung des

Verfahrens

Bezugszeichenliste

2 Gehäuse

4 Adapter

4a Einstecköffnung

4b Dichtungsgehäuse

4c Außengehäuseteil

4d, 4e Dichtungsring

4f Innenkörper

4g Scheibe

4h Versorgungsleitung

4i Druckfeder

4j Federnut

4i , 4 j , 4k Druckscheibe

6 Leitungsstück

8 Ventil

10 Drucksensor

12 KoIbenVakuumpumpe

12a Hauptkolben

12b Betätigungsplatte

12c, d Betätigungskolben

12e WegmessSchreiber 14 Leitungsstück

16 Vakuumsteuerblock

16a erste Ventil

16b zweite Ventil

16c Dritte Ventil

16d äußere Kolbenwand

16e innere Kolbenwand

16f,g,h Kolbendurchgangsöffnung

16i, j Wandöffnung

16k Dichtring

<V1> Steuerleitung für ersten Ventil

<V2> Steuerleitung für zweites Ventil

<V3> Steuerleitung für drittes Ventil

18 Kolbenvakuumpumpe

18a, 18b Teilkolben

18c StellmotorSchrittmotor

18d Verbindungsleitung

20 Verbindungsleitung