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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zur Prüfung einer
für eine
Tieftemperaturanwendung vorgesehenen Dichtung.
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Dichtungen
der eingangs genannten Art kommen beispielsweise bei Vorrichtungen
zum Einsatz, die der Speicherung und/oder der Verbrennung von Stoffen
dienen, die insbesondere in flüssiger Form
und bei einer Temperatur weit unterhalb des Nullpunkts vorliegen
können.
Solche Stoffe, beispielsweise Sauerstoff oder Wasserstoff, werden auch
als Kryomedien bezeichnet. Für
einen möglichst
sicheren Umgang mit diesen Kryomedien ist es sehr wichtig, dass
die für
eine Tieftemperaturanwendung vorgesehenen Dichtungen besonders zuverlässig sind.
Es ist daher im Anschluss an die Herstellung einer solchen Dichtung
erforderlich, diese hinsichtlich ihrer Funktion zu überprüfen. Mit
einer solchen Prüfung
sollte jedoch ein möglichst
geringer zeitlicher und apparativer Aufwand einhergehen, damit sie
sich für
die Serienfertigung verschiedenster Losgrößen eignet.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Prüfvorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine zuverlässige und
wirtschaftliche Prüfung
einer für
eine Tieftemperaturanwendung vorgesehenen Dichtung ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Prüfvorrichtung der
eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass sie eine Aufnahmeeinrichtung
umfasst, die zur Aufnahme einer zu prüfenden Dichtung einen Aufnahmeraum
aufweist, dass die Prüfvorrichtung
eine mit dem Aufnahmeraum in fluidwirksamer Verbindung stehende
Versorgungseinrichtung zur Versorgung des Aufnahmeraums mit einem
Prüffluid
umfasst, und dass eine Kühleinrichtung
zur Kühlung
der Aufnahmeeinrichtung vorgesehen ist.
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Die
erfindungsgemäße Prüfvorrichtung
ermöglicht
eine einfache und zuverlässige
Prüfung
einer für
eine Tieftemperaturanwendung vorgesehenen Dichtung. Die zu prüfende Dichtung
kann in dem Aufnahmeraum der Aufnahmeeinrichtung angeordnet werden
und der Aufnahmeraum mit Prüffluid
versorgt werden. Mit Hilfe der Kühleinrichtung
kann die Aufnahmeeinrichtung gekühlt
werden, so dass die Überprüfung der
Funktion der zu prüfenden
Dichtung in einem bestimmten Temperaturfenster erfolgen kann. Dieses
kann dem Temperaturfenster bei der Verwendung der geprüften Dichtung
entsprechen.
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Die
erfindungsgemäße Prüfvorrichtung
hat den Vorteil, dass eine Abkühlung
nicht mit Hilfe des Prüffluids
selber erfolgen muss, sondern mit Hilfe der Kühleinrichtung erfolgen kann.
Hierdurch kann der zur Bereitstellung des Prüffluids erforderliche apparative
Aufwand in einem geringen Umfang gehalten werden. Für die Kühleinrichtung
können
an sich bekannte Kältemaschinen
eingesetzt werden, die eine Kühlung
der Aufnahmeeinrichtung auch auf sehr niedrige Temperaturen in wirtschaftlicher
Art und Weise erlaubt.
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Die
erfindungsgemäße Prüfvorrichtung
ermöglicht
es, nur einen räumlich
begrenzten Teil der Prüfvorrichtung,
nämlich
die Aufnahmeeinrichtung, auf eine Tieftemperatur zu kühlen, um
realistische Prüfbedingungen
schaffen zu können.
Hingegen können
die übrigen
Teile und Bereiche der Prüfvorrichtung
unter Umgebungstemperatur stehen, wodurch der Betrieb der Prüfvorrichtung
im Vergleich zu einer Kühlung
der gesamten Prüfvorrichtung
erheblich verbessert wird. Hierdurch vereinfacht sich insbesondere
der Aufwand zur Bereitstellung des Prüffluids.
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Vorzugsweise
ist die Kühleinrichtung
zur Kühlung
der Aufnahmeeinrichtung auf eine Temperatur von maximal ungefähr –120°C ausgelegt.
Dies ist insbesondere für
zu prüfende
Dichtungen vorteilhaft, die während
ihrer Verwendung einer Temperatur von maximal ungefähr –120°C ausgesetzt
sind. Die Kühleinrichtung
kann auch die Kühlung
der Aufnahmeeinrichtung auf niedrigere Temperaturen als –120°C erlauben,
beispielsweise auf eine Temperatur von maximal ungefähr –200°C und insbesondere
bis auf eine Temperatur nahe des absoluten Nullpunkts, beispielsweise
bis auf –270°C.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung umfasst die Kühleinrichtung
einen Behälter
zur Aufnahme eines Kühlmediums.
Der Behälter
ermöglicht
die Speicherung eines Kühlmediums, das
der Aufnahmeeinrichtung zugeführt
werden kann. Der genannte Behälter
kann es außerdem
ermöglichen,
die Aufnahmeeinrichtung zumindest abschnittsweise innerhalb des
Behälters
der Kühleinrichtung
anzuordnen. Um den wirtschaftlichen Aufwand zum Betrieb der Kühleinrichtung
gering zu halten, wird vorgeschlagen, dass der Behälter der
Kühleinrichtung
thermisch isoliert ist, beispielsweise indem der Behälter einen
mehrwandigen Aufbau aufweist.
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Für eine besonders
effektive Kühlung
der Aufnahmeeinrichtung wird vorgeschlagen, dass die Aufnahmeeinrichtung
in direktem Kontakt mit einem Kühlmedium
positionierbar ist. Dies ermöglicht
eine direkte Abgabe von Wärme
aus der Aufnahmevorrichtung in das Kühlmedium.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn das Kühlmedium
flüssig
ist. Dies ermöglicht
einen besonders guten, die Aufnahmeeinrichtung wenigstens abschnittsweise
einschließenden
Kontakt des Kühlmediums
mit der Aufnahmeeinrichtung.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Kühlmedium
Helium und/oder Stickstoff. Diese Kühlmedien ermöglichen
eine einfache, wirtschaftliche und sichere Kühlung der Aufnahmeeinrichtung.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn die Aufnahmeeinrichtung in einem Behälter der
Kühleinrichtung
angeordnet ist und zumindest abschnittsweise in ein insbesondere
flüssiges
Kühlmedium
eingetaucht ist, das in dem Behälter
der Kühleinrichtung angeordnet
ist.
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Günstig ist
es ferner, wenn die Prüfvorrichtung
eine Temperaturmesseinrichtung zur Messung der Temperatur der Aufnahmeeinrichtung
und/oder der zu prüfenden
Dichtung und/oder des Prüffluids umfasst.
Die Temperaturmesseinrichtung ermöglicht es, festzustellen, auf
welche Temperatur die Aufnahmeeinrichtung und/oder die Dichtung
und/oder das Prüffluid
mit Hilfe der Kühleinrichtung
gekühlt
wurde. Dies hat den Vorteil, dass die eigentliche Prüfung der Dichtung
erst zu einem Zeitpunkt eingeleitet werden kann, wenn die Temperaturmesseinrichtung
einen geeigneten Temperaturbereich anzeigt. Dieser Temperaturbereich
entspricht in bevorzugter Weise einem Temperaturbereich, dem die
zu prüfende
Dichtung bei ihrer späteren
Verwendung ausgesetzt ist.
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Besonders
bevorzugt ist es ferner, wenn die Versorgungseinrichtung von einem
räumlichen
Wirkbereich der Kühleinrichtung
entfernt angeordnet ist. Die Versorgungseinrichtung kann insbesondere
in einem Bereich angeordnet sein, der unter Umgebungstemperatur,
beispielsweise ungefähr
20°C, steht. Hierdurch
kann die Versorgungseinrichtung selbst konventionell, d. h. für übliche Temperaturfenster
im Bereich von beispielsweise oberhalb 0°C ausgelegt sein. Hierdurch
können
konventionelle, preisgünstige Versorgungseinrichtungen
eingesetzt werden, die vergleichsweise einfach aufgebaute Ventile
und Armaturen aufweisen können.
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Günstig ist
es, wenn die Aufnahmeeinrichtung einen mit dem Aufnahmeraum in fluidwirksamer Verbindung
stehenden Einlass zum Einführen
des Prüffluids
in die Aufnahmeeinrichtung aufweist. Ein solcher Einlass ermöglicht eine
definierte Einleitung des Prüffluids
in den Aufnahmeraum der Aufnahmeeinrichtung.
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In
vorteilhafter Weise sind der Einlass und die Versorgungseinrichtung über eine
Versorgungsleitung miteinander verbunden. Dies ermöglicht einen
einfachen Transport des Prüffluids
von der Versorgungseinrichtung zu der Aufnahmeeinrichtung. Die Versorgungsleitung
ermöglicht
es zudem in besonders einfacher Art und Weise, die Versorgungseinrichtung
außerhalb
eines räumlichen
Wirkbereichs der Kühleinrichtung
anordnen zu können. Hierfür kann die
Versorgungsleitung eine entsprechende Länge aufweisen, die insbesondere
mehrere Meter, beispielsweise mehr als 3 m betragen kann.
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Bevorzugt
ist es ferner, wenn die Aufnahmeeinrichtung einen mit dem Aufnahmeraum
in fluidwirksamer Verbindung stehenden Auslass zum Abführen einer
Leckagemenge des Prüffluids
aus der Aufnahmeeinrichtung aufweist. Dies hat den Vorteil, dass
eine Leckagemenge des Prüffluids
in definierter Weise aus dem Aufnahmeraum der Aufnahmeeinrichtung
heraus abgeführt
werden kann.
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In
bevorzugter Weise ist der Aufnahmeraum der Aufnahmeeinrichtung in
einer Strömungsrichtung des
Prüffluids
gesehen zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet. Der Aufnahmeraum
kann insbesondere räumlich
zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet sein.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn die Prüfvorrichtung
eine mit dem Aufnahmeraum in fluidwirksamer Verbindung stehende
Messeinrichtung zur Bestimmung eines Volumens und/oder eines Volumenstroms
und/oder einer Masse und/oder eines Massenstroms einer Leckagemenge
des Prüffluids
umfasst. Die Messeinrichtung ermöglicht
die Bestimmung charakteristischer Größen einer Leckagemenge des
Prüffluids.
Für die
genannten Größen können Sollwerte
vorgegeben sein, bei deren Überschreitung eine
zu prüfende
Dichtung als nicht mehr funktionsfähig gelten soll. Als Messeinrichtung
können
beispielsweise Durchflussmesser ("Flow meter") oder auch Helium-Leck-Testgeräte verwendet
werden.
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Günstig ist
es, wenn der Auslass der Aufnahmeeinrichtung und die Messeinrichtung über eine
Leckagemengenleitung miteinander verbunden sind. Dies ermöglicht einen
einfachen Transport einer Leckagemenge des Prüffluids aus der Aufnahmeeinrichtung
zu der Messeinrichtung.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Messeinrichtung von einem räumlichen
Wirkbereich der Kühleinrichtung
entfernt angeordnet ist. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende
Länge der vorgenannten
Leckagemengenleitung erreicht werden, die beispielsweise mindestens
ungefähr
3 m beträgt.
Die Anordnung der Messeinrichtung außerhalb des räumlichen
Wirkbereichs der Kühleinrichtung
ermöglicht
den Einsatz konventioneller, an sich bekannter Messeinrichtungen
für eine
Bestimmung einer charakteristischen Größe einer Leckagemenge des Prüffluids.
Die Messeinrichtungen können
in einem Temperaturbereich weit oberhalb eines Tieftemperaturfensters
betrieben werden, beispielsweise bei einer Temperatur von > 0°C und insbesondere bei einer
Umgebungstemperatur von ungefähr
20°C. Durch
die räumliche
Entkopplung von Messeinrichtung und Kühleinrichtung wird außerdem erreicht, dass
ein Prüffluid,
das sich in dem Aufnahmeraum der Aufnahmeeinrichtung stark abgekühlt hat,
auf dem Weg von dem Aufnahmeraum stromabwärts der zu prüfenden Dichtung
hin zu der Messeinrichtung wieder aufwärmen kann. Hierdurch wird ein
Kontakt des stark abgekühlten
Prüffluids
mit der Messeinrichtung vermieden.
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass die Aufnahmeeinrichtung einen mit
dem Aufnahmeraum in fluidwirksamer Verbindung stehenden Vorratsraum
zur Bevorratung eines in die Aufnahmeeinrichtung einführbaren Prüffluids
umfasst. Der Vorratsraum ermöglicht
es, das Prüffluid
zwischenzuspeichern, so dass dieses die Temperatur der mit Hilfe
der Kühleinrichtung
gekühlten
Aufnahmeeinrichtung annehmen kann. Außerdem ermöglicht es der Vorratsraum,
das Prüffluid in
definierter Weise dem Aufnahmeraum zuzuführen. Beispielsweise kann der
Vorratsraum im Wesentlichen ringförmig oder zylindrisch ausgebildet
sein und konzentrisch zu einem ringförmigen Aufnahmeraum angeordnet
sein. Auf diese Weise kann das Prüffluid entlang des Umfangs
einer ringförmigen
zu prüfenden
Dichtung an die Dichtung herangeführt werden.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung sieht vor, dass die Aufnahmeeinrichtung einen mit dem
Aufnahmeraum in fluidwirksamer Verbindung stehenden Sammelraum zum
Sammeln einer aus der Aufnahmeeinrichtung abführbaren Leckagemenge des Prüffluids
umfasst. Der Sammelraum ermöglicht
es, auch sehr geringe Leckagemengen des Prüffluids aufzunehmen, um diese
Leckagemenge beispielsweise einer Messeinrichtung zuführen zu
können.
Bei einem ringförmigen
Aufnahmeraum zur Aufnahme einer zu prüfenden ringförmigen Dichtung
ist es besonders vorteilhaft, wenn der Sammelraum ebenfalls ringförmig ausgebildet
ist und konzentrisch zu dem Aufnahmeraum angeordnet ist. Auf diese
Art und Weise kann entlang des Umfangs der zu prüfenden Dichtung Prüffluid aus
dem Aufnahmeraum in den Sammelraum strömen. Mit Hilfe des zu dem Aufnahmeraum
benachbarten Sammelraums kann auch eine sehr kleine Leckagemenge
des Prüffluids
zwischengespeichert werden.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn der Aufnahmeraum in einer Strömungsrichtung
des Prüffluids
gesehen zwischen dem Vorratsraum und dem Sammelraum angeordnet ist.
Eine solche Anordnung wird insbesondere erreicht, wenn der Aufnahmeraum,
der Vorratsraum und der Sammelraum zylindrisch oder ringförmig ausgebildet
sind und der Aufnahmeraum, der Vorratsraum und der Sammelraum koaxial
und/oder konzentrisch angeordnet sind. Diese Anordnung ermöglicht einen
besonders kompakten Aufbau der Aufnahmeeinrichtung. Hierdurch wird der
Aufwand zur Kühlung
der Aufnahmeeinrichtung minimiert.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn die Aufnahmeeinrichtung mindestens zwei lösbar miteinander
verbindbare Aufnahmeteile umfasst. Die Abmessungen der Aufnahmeteile
können
die Abmessungen des Aufnahmeraums um ein Vielfaches übersteigen, so
dass eine besonders verwindungssteife Aufnahmeeinrichtung geschaffen
werden kann, die sich, wie nachstehend erläutert, auch für eine Beaufschlagung mit
unter einem sehr hohen Druck stehenden Prüffluid eignet.
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Um
den Zugang zu dem Aufnahmeraum der Aufnahmeeinrichtung zur Anordnung
einer zu prüfenden
Dichtung und zum Entfernen einer überprüften Dichtung zu verringern,
wird vorgeschlagen, dass die Aufnahmeteile eine Trennebene definieren,
die durch den Aufnahmeraum hindurch und/oder den Aufnahmeraum begrenzend
verläuft.
Zur weiteren Vereinfachung der Aufnahmeeinrichtung wird vorgeschlagen, dass
die Trennebene auch durch den Vorratsraum und/oder den Sammelraum
hindurch verläuft und/oder
den Vorratsraum und/oder den Sammelraum begrenzt.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass die Aufnahmeteile mit Hilfe einer
Dichtungseinrichtung relativ zueinander abgedichtet sind. Hiermit
ist eine zusätzliche,
von der für
eine Tieftemperaturanwendung vorgesehenen, zu prüfenden Dichtung separate Dichtungseinrichtung
gemeint. Mit Hilfe der zusätzlichen
Dichtungseinrichtung können die
Aufnahmeteile relativ zueinander abgedichtet werden, beispielsweise
um ein Eindringen von Kühlmedium
in die Aufnahmeeinrichtung zu verhindern. Die zusätzliche
Dichtungseinrichtung kann im Vergleich zu einer zu prüfenden Dichtung
geringeren Anforderungen genügen
und beispielsweise aus einem relativ weichen metallischen Material,
beispielsweise Kupfer, gebildet sein oder aus einem Kunststoffmaterial,
beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE).
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In
besonders bevorzugter Weise ist vorgesehen, dass die Dichtungseinrichtung
einen Sammelraum zum Sammeln einer aus der Aufnahmeeinrichtung abführbaren
Leckagemenge des Prüffluids
gegenüber
einer Umgebung der Aufnahmeeinrichtung abdichtet. Hierdurch kann
ein unerwünschter
Austritt einer Leckagemenge des Prüffluids aus dem Sammelraum
in die Umgebung der Aufnahmeeinrichtung verhindert werden. Hierdurch
ist sichergestellt, dass die gesamte Leckagemenge des Prüffluids
einer Messeinrichtung zur Bestimmung charakteristischer Größen zugeführt werden
kann.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn das Prüffluid
mit einem Überdruck
beaufschlagbar ist. Dies ermöglicht
es, die zu prüfende
Dichtung einem Prüffluid
auszusetzen, das mit Überdruck
beaufschlagt ist. Hierdurch kann die zu prüfende Dichtung unter Druckbedingungen
geprüft
werden, die späteren
Einsatzbedingungen entsprechen.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass das Prüffluid mit einem Unterdruck
beaufschlagbar ist. Dies ist insbesondere für zu prüfende Dichtungen vorteilhaft,
die bei ihrer späteren
Verwendung einem Unterdruck ausgesetzt sind.
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Günstig ist
es ferner, wenn die Versorgungseinrichtung eine Druckbeaufschlagungseinrichtung zur
Beaufschlagung des Prüffluids
mit einem Prüfdruck
umfasst. Hierdurch kann eine für
die Prüfung einer
Dichtung maßgebliche
Größe vorgegeben
werden. Hierdurch lassen sich Prüfergebnisse
unmittelbar miteinander vergleichen, wenn der Prüfdruck für aufeinander folgende Messungen
jeweils einem vorgegebenen Prüfdruck
entspricht.
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Vorzugsweise
beträgt
der Prüfdruck
mindestens ungefähr
200 bar.
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Der
Prüfdruck
kann insbesondere mindestens ungefähr 600 bar betragen, beispielsweise
ungefähr
1000 bar. Hierdurch kann eine Dichtung in einem Druckbereich geprüft werden,
der den Druckbereich bei der späteren
Verwendung der Dichtung um ein Vielfaches übersteigen kann. Durch die
sehr hohen Prüfdrücke ist
es außerdem
möglich,
eine Leckagemenge des Prüffluids
zu vergrößern, so
dass charakteristische Größen dieser
Leckagemenge (beispielsweise Volumen und/oder Volumenstrom unter der
Masse und/oder Massenstrom) leichter und mit einer höheren Auflösung bestimmbar
sind.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass das Prüffluid Helium ist. Helium hat
den Vorteil, dass es als Edelgas nicht mit weiteren Stoffen reagiert.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass das Prüffluid Wasserstoff ist. Dies
hat den Vorteil, dass eine besonders realistische Prüfung einer
Dichtung ermöglicht
wird, die bei ihrer späteren Verwendung
mit Wasserstoff in Kontakt steht.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Prüfung einer für eine Tieftemperaturanwendung
vorgesehenen Dichtung.
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Der
Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der
genannten Art so zu verbessern, dass eine zuverlässige und wirtschaftliche Prüfung einer
für eine
Tieftemperaturanwendung vorgesehenen Dichtung ermöglicht ist.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der genannten Art dadurch gelöst, dass
eine zu prüfende Dichtung
in einem Aufnahmeraum einer Aufnahmeeinrichtung angeordnet wird,
dass die Aufnahmeeinrichtung gekühlt
wird und dass dem Aufnahmeraum ein Prüffluid zugeführt wird.
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Die
Vorteile dieses erfindungsgemäßen Verfahrens
sind bereits eingangs im Zusammenhang mit den Vorteilen der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung
erläutert
worden. Besondere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind Gegenstand der Unteransprüche
30 bis 41, deren Vorteile zum Teil bereits vorstehend im Zusammenhang
mit den besonderen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung
erläutert
worden sind.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist vorgesehen, dass zur Anordnung der zu prüfenden Dichtung in dem Aufnahmeraum
der Aufnahmeeinrichtung miteinander verbundene Aufnahmeteile der
Aufnahmeeinrichtung voneinander gelöst werden, die zu prüfende Dichtung
in dem Aufnahmeraum der Aufnahmeeinrichtung angeordnet wird und
die Aufnahmeteile der Aufnahmeeinrichtung miteinander verbunden
werden. Die Verbindung der Aufnahmeteile untereinander kann so ausgestaltet
sein, dass die zu prüfende Dichtung
elastisch verformt und einer vorgegebenen Druckbelastung ausgesetzt
ist. Diese Verformung und/oder diese Druckbelastung kann oder können den
späteren
Einsatzbedingungen der zu prüfenden Dichtung
angenähert
sein oder diesen in vorteilhafter Weise exakt entsprechen.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren während der
Bestimmung eines Volumens und/oder eines Volumenstroms und/oder
einer Masse und/oder eines Massenstroms einer aus der Aufnahmeeinrichtung
abgeführten
Leckagemenge des Prüffluids
ein Prüfdruck des
Prüffluids
konstant gehalten wird. Dies ermöglicht
die Beaufschlagung der zu prüfenden
Dichtung mit einem konstanten Prüfdruck
und die Bestimmung charakteristischer Größen einer Leckagemenge des Prüffluids.
Mit diesem Prüfverfahren
können
besonders gut wiederholbare Prüfungsbedingungen
geschaffen werden, die eine gute Vergleichbarkeit der Prüfergebnisse
ermöglichen,
die während
der Prüfung
verschiedener Dichtungen erhalten werden.
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Die
Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer vorstehend erläuterten
Prüfvorrichtung
zur Durchführung
eines vorstehend erläuterten
Verfahrens.
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Die
erfindungsgemäße Prüfvorrichtung
und das erfindungsgemäße Prüfverfahren
eignen sich besonders gut für
Dichtungen, die in der Raumfahrttechnik, bei Produktionsanlagen,
bei Lager- und/oder Transportsystemen für technische Gase oder bei
der Herstellung von Armaturen, insbesondere Absperrarmaturen, sowie
in der Automobilindustrie, insbesondere im Bereich der Wasserstoff-Antriebstechnik
und bei Versorgungssystemen für
Brennstoffzellen eingesetzt werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden
Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1:
eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung mit einer Aufnahmeeinrichtung;
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2:
eine geschnittene Seitenansicht der Aufnahmeeinrichtung gemäß 1 gemäß einer ersten
Ausführungsform;
und
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3:
eine der 2 entsprechende Ansicht einer
Aufnahmeeinrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform.
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Gleiche
oder funktional äquivalente
Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Eine
Prüfvorrichtung
ist in 1 mit 10 bezeichnet und umfasst eine
Versorgungseinrichtung 12, mit deren Hilfe ein Prüffluid,
insbesondere Helium oder Wasserstoff, bereitgestellt wird. Die Versorgungseinrichtung 12 ist über eine
Versorgungsleitung 14 mit einem Einlass 16 einer
Aufnahmeeinrichtung 18 verbunden. Mit Hilfe der Versorgungsleitung 14 kann
der Aufnahmeeinrichtung 18 das genannte Prüffluid zugeführt werden.
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Die
Aufnahmeeinrichtung 18 weist einen Auslass 20 auf,
der mit einer Leckagemengenleitung 22 verbunden ist. Diese
mündet
an einer Messeinrichtung 24, mit der ein Volumen und/oder
ein Volumenstrom und/oder eine Masse und/oder ein Massenstrom einer
aus der Aufnahmeeinrichtung 18 abgeführten Leckagemenge des Prüffluids
bestimmbar ist.
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Die
Prüfvorrichtung 10 umfasst
ferner eine insgesamt mit 26 bezeichnete Kühleinrichtung.
Diese weist einen Behälter 28 auf,
in dem ein flüssiges Kühlmedium 30,
insbesondere Helium und/oder Stickstoff angeordnet ist. Die Aufnahmeeinrichtung 18 steht
in einem direkten Kontakt mit dem Kühlmedium 30 und ist
vollständig
in das Kühlmedium 30 eingetaucht.
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Die
Prüfvorrichtung 10 weist
ferner eine Temperaturmesseinrichtung 32 auf, mit der die
Temperatur der Aufnahmeeinrichtung 18 gemessen werden kann.
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Die
Aufnahmeeinrichtung 18 und die Kühleinrichtung 26 sind
in 2 in einem höheren
Detaillierungsgrad dargestellt. Der Behälter 28 der Kühleinrichtung 26 weist
einen im Wesentlichen kreisscheibenförmigen Boden 34 auf,
an den sich eine im Wesentlichen zylindrische Seitenwand 36 anschließt. Der
Boden 34 und die Seitenwand 36 begrenzen einen
zylindrischen Behälterinnenraum 38,
in dem das Kühlmedium 30 angeordnet
ist. Der Behälter 28 kann für dessen
thermische Isolierung in einem weiteren, in der Zeichnung nicht
dargestellten, äußeren Behälter angeordnet
sein. Zwischen den Wandteilen dieses äußeren Behälters und des Behälters 28 kann eine
zusätzliche
Isolierschicht, beispielsweise in Form eines Vakuums, vorgesehen
sein.
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Die
Aufnahmeeinrichtung 18 ist insgesamt im Wesentlichen zylindrisch
ausgebildet. Die Aufnahmeeinrichtung 18 weist ein zylindrisches,
erstes, unteres Aufnahmeteil 40 und ein zylindrisches,
zweites, oberes Aufnahmeteil 42 auf. Die Aufnahmeteile 40 und 42 sind
mit Hilfe einer Vielzahl von Verbindungseinrichtungen 46 miteinander
verbunden. Die Verbindungseinrichtungen 46 erstrecken sich
parallel zu einer zentralen Achse 58 der Aufnahmeeinrichtung 18. Die
Verbindungseinrichtungen 46 sind in einem radial äußeren Bereich
der Aufnahmeeinrichtung 18 angeordnet. Es können insgesamt
beispielsweise zwölf Verbindungseinrichtungen 46 vorgesehen
sein, die relativ zueinander jeweils in einem Winkel von 30° beabstandet
sind.
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Jede
Verbindungseinrichtung 46 umfasst eine in dem ersten Aufnahmeteil 40 vorgesehene Bohrung 48,
die mit einer in dem zweiten Aufnahmeteil 42 vorgesehen
Bohrung 50 fluchtet. Die Bohrungen 48 und 50 erstrecken
sich parallel zu der zentralen Achse 58 der Aufnahmeeinrichtung 18.
Die Bohrungen 48 und 50 sind von einem Gewindeabschnitt 52 durchsetzt,
der an einem in 2 oberen Schraubenkopf 54 mündet. Mit
seinem unteren Ende steht der Gewindeabschnitt 52 über das
erste Aufnahmeteil 40 hervor und greift in eine Schraubenmutter 56.
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Die
Aufnahmeteile 40 und 42 stoßen im Bereich einer insgesamt
im Wesentlichen kreisförmigen Trennebene 44 aneinander
an.
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Relativ
zu den Verbindungselementen 46 nach radial innen versetzt
weist das zweite Aufnahmeteil 42 auf seiner dem ersten
Aufnahmeteil 40 zugewandten Seite eine sich koaxial zu
der zentralen Achse 58 erstreckende ringförmige Nut 60 auf.
Die Nut 60 weist einen rechteckförmigen Querschnitt auf. In
der Nut 60 ist eine insgesamt ringförmige Dichtungseinrichtung 62 aufgenommen.
Die Dichtungseinrichtung 62 dichtet das erste Aufnahmeteil 40 relativ
zu dem zweiten Ausführungsform 42.
Die Dichtungseinrichtung 62 kann beispielsweise aus Kupfer oder
Polytetrafluorethylen (PTFE) gebildet sein.
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Die
unter Bezugnahme auf 1 bereits genannte Versorgungsleitung 14,
deren unteres Ende in 2 dargestellt ist, umfasst eine
zylindrische Rohrwandung 64, die einen zylindrischen Innenraum 66 begrenzt.
Die Rohrwandung 64 erstreckt sich koaxial zu der zentralen
Achse 58 der Aufnahmeeinrichtung 18. Die Rohrwandung 64 ist
im Bereich des Einlasses 16 mit Hilfe einer Verschweißung 68 mit
einer im Wesentlichen kreisförmigen
Außenfläche 70 der
Aufnahmeeinrichtung 18 verbunden. Bei einer alternativen,
in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsform ist die Versorgungsleitung 14 im
Bereich des Einlasses 16 über eine Schraubverbindung lösbar mit
dem zweiten Aufnahmeteil 42 verbunden.
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Die
Rohrwandung 64 der Versorgungsleitung 14 erstreckt
sich mit einem unteren Ende 72 in das zweite Aufnahmeteil 42 hinein.
Die Rohrwandung 64 und der Innenraum 66 münden an
einem sich parallel zu der Trennebene 44 erstreckenden Vorratsraum 74,
der koaxial zu der zentralen Achse 58 der Aufnahmeeinrichtung 18 angeordnet
ist. Der Vorratsraum 74 wird durch eine Ausnehmung 76 begrenzt,
die an dem zweiten Aufnahmeteil 42 vorgesehen ist.
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Ausgehend
von der zentralen Achse 58 in radialer Richtung außerhalb
des Vorratsraums 74 ist koaxial zu der zentralen Achse 58 ein
ringförmiger Aufnahmeraum 78 zur
Aufnahme einer insbesondere ringförmigen Dichtung 80, die
für eine
Tieftemperaturanwendung vorgesehen ist, angeordnet. Der Aufnahmeraum 78 ist
durch eine nutförmige
Ausnehmung gebildet, die in dem ersten Aufnahmeteil 40 auf der
dem Vorratsraum 74 gegenüberliegenden Seite der Trennebene 44 vorgesehen
ist.
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In
radialer Richtung zwischen dem Vorratsraum 74 und dem Aufnahmeraum 78 weist
das erste Aufnahmeteil 40 eine sich parallel zu der Trennebene 44 erstreckende
Ringfläche 82 auf.
Das zweite Aufnahmeteil 42 weist eine der Ringfläche 82 gegenüberliegende
Ringfläche 84 auf.
Die Ringflächen 82 und 84 sind
zueinander geringfügig
beabstandet, so dass eine fluidwirksame Verbindung zwischen dem Vorratsraum 74 und
dem Aufnahmeraum 78 geschaffen wird.
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In
radialer Richtung außerhalb
des Aufnahmeraums 78 weist das erste Aufnahmeteil 40 eine weitere
Ringfläche 86 und
das zweite Aufnahmeteil 42 eine weitere Ringfläche 88 auf.
Die weiteren Ringflächen 86 und 88 erstrecken
sich parallel zu der Trennebene 44 und sind zueinander
geringfügig
beabstandet, so dass eine fluidwirksame Verbindung zwischen dem
Aufnahmeraum 78 und einem in radialer Richtung weiter außerhalb
angeordneten, ringförmigen
Sammelraum 90 geschaffen wird. Der Sammelraum 90 ist
von einer nutförmigen
Ausnehmung 92 begrenzt, die in dem zweiten Aufnahmeteil 42 vorgesehen
ist. Der Sammelraum 90 erstreckt sich in radialer Richtung
zwischen dem Aufnahmeraum 78 und der Dichtungseinrichtung 62.
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Der
Sammelraum 90 steht über
eine Bohrung 94 mit der Leckagemengenleitung 22 in
Verbindung. Die Leckagemengenleitung 22 ist über eine Verschweißung 96 mit
der Außenfläche 70 des
zweiten Aufnahmeteils 42 verbun den. Bei einer alternativen,
in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsform ist die Leckagemengenleitung 22 nicht über eine
Verschweißung 96,
sondern über
eine Schraubverbindung mit dem zweiten Aufnahmeteil 42 verbunden.
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Die
Temperaturmesseinrichtung 32 der Prüfvorrichtung 10 umfasst
eine Messleitung 98, die eine mit dem zweiten Aufnahmeteil 42 verbundene
Halterung 100 und das zweite Aufnahmeteil 42 durchdringt und
mit einem Messkopf 102 in dem Vorratsraum 74 mündet. Die
Halterung 100 ist über
eine Verschweißung 104 mit
der Außenfläche 70 des
zweiten Aufnahmeteils 42 verbunden. Bei einer alternativen,
in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsform ist die Messeinrichtung 32 mit
Hilfe einer Schraubverbindung mit dem zweiten Aufnahmeteil 42 verbunden.
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Die
Prüfvorrichtung 10 funktioniert
folgendermaßen.
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In
einem Ausgangszustand der Prüfvorrichtung 10 sind
die Aufnahmeteile 40 und 42 noch nicht mit Hilfe
der Verbindungseinrichtung 46 miteinander verbunden. In
diesem Zustand ist der Aufnahmeraum 78 des ersten Aufnahmeteils 40 zugänglich,
so dass die zu prüfende
Dichtung 80 in den Aufnahmeraum 78 eingelegt werden
kann. Anschließend
wird das zweite Aufnahmeteil 42 auf das erste Aufnahmeteil 40 aufgelegt,
so dass die Bohrungen 48 und 50 der Aufnahmeteile 40 und 42 miteinander
fluchten und die Aufnahmeteile 40 und 42 mit Hilfe
der Verbindungseinrichtungen 46 miteinander verbunden werden
können.
Die Verbindungseinrichtungen 46 können mit einem bestimmten Drehmoment
beaufschlagt werden. Dieses Drehmoment kann den Einbaubedingungen
bei der späteren
Verwendung der zu prüfenden
Dichtung angepasst sein.
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Anschließend kann
der Behälterinnenraum 38 des
Behälters 28 mit
dem vorzugsweise flüssigen Kühlmedium 30 befüllt werden.
Die wie vorstehend beschrieben vorbereitete Aufnahmeeinrichtung 18 kann
dann in das Kühlmedium 30 eingetaucht
werden.
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Mit
Hilfe der Versorgungseinrichtung 12 kann ein Prüffluid mit
einem Prüfdruck,
beispielsweise einem Überdruck
von bis zu 1000 bar, beaufschlagt werden. Über die Versorgungsleitung 14 kann
das Prüffluid
dem Vorratsraum 74 zugeführt werden. Von dem Vorratsraum 74 gelangt
das Prüffluid
in den Aufnahmeraum 78, indem es den von den Ringflächen 82 und 84 begrenzten
Raum nach radial außen durchströmt.
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Die
in dem Aufnahmeraum 78 angeordnete Dichtung 80 verhindert
eine über
den Aufnahmeraum 78 hinausgehende, in radialer Richtung
nach außen gerichtete
Strömung
des Prüffluids
zumindest weitestgehend. Es kann jedoch sein, dass eine Leckagemenge
des Prüffluids über die
Dichtung 80 hinaus durch den zwischen den weiteren Ringflächen 86 und 88 gebildeten
Raum in den Sammelraum 90 dringt. Von dort aus kann die
Leckagemenge über
die Bohrung 94 und die Leckagemengenleitung 22 der
Messeinrichtung 24 zugeführt werden. Die Messeinrichtung
kann das Volumen und/oder den Volumenstrom und/oder die Masse und/oder
den Massenstrom der Leckagemenge des Prüffluids bestimmen.
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Während der
Bestimmung einer dieser Größen einer
Leckagemenge des Prüffluids
kann die Versorgungseinrichtung 12 derart betrieben werden, dass
das Prüffluid,
das dem Vorratsraum 74 der Aufnahmeeinrichtung 18 zugeführt wird,
unter einem konstanten Druck gehalten wird. Dies verhindert, dass
die Abführung
der Leckagemenge des Prüffluids
aus der Aufnahmeeinrichtung 18 zu der Messeinrichtung 24 zu
einem Druckabfall in dem Vorratsraum 74 und in dem Aufnahmeraum 78 führt. Vor
oder während
der Prüfung
der Dichtung 80 wird mit Hilfe der Temperaturmesseinrichtung 32 die
Temperatur des in dem Vorratsraum 74 vorhandenen Prüffluids gemessen.
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Mit
Hilfe der Dichtungseinrichtung 62 wird verhindert, dass
die Leckagemenge des Prüffluids nicht über die
Leckagemengenleitung 22, sondern im Bereich der Trennebene 44 nach
radial außen
aus der Aufnahmeeinrichtung 18 heraus strömt. In entsprechender
Weise wird mit Hilfe der Dichtungseinrichtung 62 der Eintritt
von Kühlmedium 30 in
den Sammelraum 90 verhindert.
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Eine
in der 3 dargestellte Aufnahmeeinrichtung 106 weist
einen zu der Aufnahmeeinrichtung 18, die unter Bezugnahme
auf 2 vorstehend beschrieben wurde, ähnlichen
Aufbau auf. Bei der Aufnahmeeinrichtung 106 ist im Unterschied
zu der Aufnahmeeinrichtung 18 der Einlass 16, über den
die Versorgungsleitung 14 mit der Aufnahmeeinrichtung 106 in
Verbindung steht, radial außen
angeordnet. Der Auslass 20 hingegen, der mit der Leckagemengenleitung 22 verbunden
ist, ist im Bereich der zentralen Achse 58 der Aufnahmeeinrichtung 106 angeordnet.
In entsprechender Weise ist die Anordnung des Vorratsraums 74 und
des Sammelraums 90 vertauscht, so dass der Sammelraum 90 radial
innen liegend und der Vorratsraum 74 radial außerhalb
des Aufnahmeraums 78 angeordnet ist.
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Eine
Prüfung
einer zu prüfenden
Dichtung 80 mit Hilfe der Aufnahmeeinrichtung 106 erfolgt
wie vorstehend unter Bezugnahme auf die Aufnahmeeinrichtung 18 beschrieben.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist es möglich,
dass mit Hilfe der Versorgungseinrichtung 12 ein Vakuum
in dem Vorratsraum 74 einer der Aufnahmeeinrichtungen 18, 106 erzeugt wird.
Sofern eine zu prüfende
Dichtung 80 den Aufnahmeraum 78 nicht zu 100%
relativ zu dem sich in radialer Richtung nach außen (2) bzw.
nach innen (3) anschließenden Sammelraum 90 abdichtet,
kann über
die mit dem Sammelraum 90 in Verbindung stehende Leitung 14 eine
Leckagemenge von Prüffluid
angesaugt werden. Das Volumen und/oder der Volumenstrom und/oder
die Masse und/oder der Massenstrom dieser Leckagemenge kann mit
Hilfe der Messeinrichtung 24 bestimmt werden.