DE3028760A1

DE3028760A1 - Vorrichtung zur dichtigkeitspruefung eines langgestreckten hohlkoerpers

Info

Publication number: DE3028760A1
Application number: DE19803028760
Authority: DE
Inventors: Joachim 8520 Erlangen Späth; Klaus Wilhelm
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-07-29
Filing date: 1980-07-29
Publication date: 1982-02-18

Description

Vorrichtung zur Dichtigkeitsprüfung eines langestreckten
Hohlkörpers Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur abschnittsweisen Dichtigkeitsprüfung eines langgestreckten Hohlkörpers, insbesondere der längsnahtgeschweißten Hülle eines supraleitenden Hohlleiters, dessen Innenraum unter Uberdruck eines Testgases steht, mit einer rohrförmigen, evakuierbaren Testkammer, deren stirnseitigen Enden jeweils mit einer vakuumfest abdichtenden Schleusenanordnung zum Ein-bzw. Ausführen des zu prüfenden Hohlkörperabschnittes in die bzw. aus der Testkammer verbunden sind und an die ein Lecksuchgerät angeschlossen ist.
Zur Erzeugung starker Magnetfelder mit großer räumlicher Ausdehnung können vorteilhaft Magnetwicklungen mit Supraleitern verwendet werden, deren supraleitendes Material mit normalleitendem Material stabilisiert ist. Infolge des geringe Energiebedarfs bieten Supraleitungsmagnete gegenüber konventionellen Magneten mit Wicklungen nur aus elektrisch normalleitendem Material wie beispielsweise Kupfer den Vorteil, daß man mit ihnen stärkere Magnetfelder und somit auch stärkere Magnetfeldgradienten erreichen kann. Derartige supraleitende Magnetwicklungen sind insbesondere für Kernfusionsanlagen geeignet, deren starke Magnetfelder dazu dienen, ein heißes Plasma mittels magnetischer Kräfte zusammenzuhalten und damit einen Fusionsvorgang in dem Plasma zu gewährleisten. Darüber hinaus können entsprechende supraleitende Wicklungen auch zur Ab- lenkung oder Fokussierung eines Strahls von geladenen Teilchen, beispielsweise in Teilchenbeschleunigern,verwendet werden.
Die Wicklungen solcher Supraleitungsmagnete müssen häufig aus mehreren Wicklungslagen aufgebaut werden.
Dabei sind die Supraleiter in Abhängigkeit von ihrer Strombelastung und vorgesehenen Anzahl an Wicklungslagen hohen Zugkräften in Leiterlängsrichtung und Druckkräften senkrecht zur Leiterachse ausgesetzt.
Die Supraleiter müssen diese Kräfte aufnehmen können, ohne daß Leiterbewegungen oder Beschädigungen ihrer aus supraleitendem Material bestehenden Teile aufgrund von Deformationen zu befürchten sind.
Supraleiter, die derartige hohe Kräfte aufnehmen können, sind vielfach bandförmig ausgebildet und haben eine äußere Hülle aus einem Verstärkungsmaterial, das gegenüber dem normalleitenden Stabilisierungsmaterial des Leiters eine höhere mechanische Festigkeit hat. Außerdem können diese Leiter zweckmäßig als Hohlleiter gestaltet sein, indem Hohlräume zur Führung eines kryogenen Kühlmediums in Leiterlängsrichtung in dem von ihren Hüllen eingeschlossenen Innenraum vorgesehen sind (vgl. die DE-OSen 26 02 734, 26 02 735, 28 09 573). Diese Hüllen der bekannten supraleitenden Hohlleiter sind beispielsweise aus einem Stahlband hergestellt, das um den eigentlichen bandförmigen, stabilisierten supraleitenden Kern herumgebogen und längsnahtgeschweißt ist. Die Verschlußnaht dieser Umhüllung wird beispielsweise kontinuierlich durch WIG-Schweißen gebildet.
Bei mit derartigen supraleitenden Hohlleitern hergestellten Magnetspulen muß im allgemeinen gewährleistet sein, daß das im Inneren der Hohlleiter geführte KUhl- medium, insbesondere gasförmiges oder flüssiges Helium, nicht aus dem Leiter in den Außenraum austreten kann, da dieser Außenraum aus Gründen einer Wärmeisolation evakuiert ist. Es ist deshalb erforderlich, die Verschlußnähte der Leiterumhüllungen auf Dichtigkeit zu prüfen. Die Prüfung von beispielsweise längsnahtgeschweißten Leiterhüllen wird dabei zweckmäßig unmittelbar nach dem Schweißvorgang in einer Leiterfertigungsstraße vorgenommen.
Zur Dichtigkeitsprüfung muß der zu untersuchende Hohlleiterabschnitt in einen evakuierbaren Testraum eingebracht werden. Wenn dann die in dem Leiter vorhandenen Hohlräume mit einem Testgas wie z.B. Heliumgas unter Druck gesetzt werden, kann mit einem an den evakuierten Testraum angeschlossenen, bekannten Lecksuchgerät festgestellt werden, ob aus dem Inneren des Hohlleiters in den Testraum Testgas austritt. Für eine Prüfung größerer Leiterlängen müssen an den stirnseitigen Enden des Testraumes vakuumfest abdichtende Schleusenanordnung vorgesehen werden, die ein Ein- bzw. Ausleiten des zu prüfenden Leiterabschnittes in den bzw. aus dem Testraum ermöglichen.
Es sind bereits Schleusenanordnungen bekannt, die beispielsweise bei der Herstellung des aus der DE-PS 1 765 917 bekannten, für den europäischen Blasenkammermagneten (BEBC) bei CERN verwendeten Supraleiters eingesetzt wurden. Dieser bandförmige Supraleiter enthält mehrere Einzelleiter, die nebeneinanderliegend durch Elektronenstrahlschweißnähte miteinander verbunden sind. Die entsprechende Schweißapparatur ist hierzu mit verhältnismäßig aufwendigen Schleusenanordnungen versehen, um eine vakuumfeste Abdichtung der in die Schweißapparatur einlaufende Abschnitte der Einzel- leiter und ein Auslaufen des zusammengeschweißten Leiters zu ermöglichen. Die entsprechenden Schleusenanordnungen sind hierzu dreistufig ausgebildet und enthalten gleitende Dichtungselemente aus Teflon.
Für jede ihrer Stufen muß jedoch eine eigene Evakuierungsvorrichtung vorgesehen sein. Außerdem unterliegen die Dichtungselemente einem verhältnismäßig großen Verschleiß.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, deren Schleusenanordnungen gegenüber der bekannten Abdichtungsvorrichtung vereinfacht sind und insbesondere eine verschleißarme Abdichtung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Schleusenanordnung eine gasdichte Kammer mit ringförmigem Querschnitt enthält, deren Innenmantel zumindest teilweise aus einem flexiblen Material besteht und in deren Innenraum ein Uber- und Unterdruck einstellbar ist.
Die Vorteile dieser Gestaltungsform der Prüfanordnung sind insbesondere in ihrer einfachen und sicheren Arbeitsweise zu sehen. So läßt sich durch einen Unterdruck in dem Schleusenkammerinnenraum deren Innenmantel soweit zurückziehen, daß ein ausreichend großer Durchführungsraum geschaffen ist, durch den der zu prüfende Hohlkörper in den Testraum ein- bzw. aus diesem herausgezogen werden kann. Zu einer vakuumdichten Abdichtung gegenüber dem Außenraum braucht dann der Innenraum jeder Schleusenkammer nur so mit Druck beaufschlagt zu werden, daß sich der flexible Innenmantel von außen um das in ihr angeordnete Teil- stück des Hohlkörpers legt. Anschließend wird dann der Innenraum des Testraumes evakuiert, der sich schließlich mit einem bekannten Lecksuchgerät auf eine Leckage eines Testgases untersuchen läßt, mit dem die Hohlräume des Hohlkörpers unter Druck gesetzt worden sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung nach der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen wird auf die Figur der Zeichnung Bezug genommen, in der schematisch eine Vorrichtung zur Dichtigkeitsprüfung eines langgestreckten Hohlkörpers nach der Erfindung veranschaulicht ist.
Mit der in der Figur als Längsschnitt schematisch dargestellten Vorrichtung kann der Innenraum eines langgestreckten Hohlkörpers auf Dichtigkeit geprüft werden. Bei dem Hohlkörper handelt es sich insbesondere um einen bandförmigen, supraleitenden Hohlleiter 2, wie er beispielsweise für Fusionsmagnete vorgesehen wird. Dieser Hohlleiter enthält einen etwa rechteckförmigen Kern aus stabilisiertem Supraleitermaterial, der von einer dünnwandigen Leiterhülle, z.B. aus nichtrostendem Edelstahl, umschlossen ist. Kern und Leiterhülle sind dabei so gestaltet, daß in dem von der Hülle eingeschlossenen Innenraum Hohlräume in Längsrichtung des Leiters bestehen bleiben, in denen ein kryogenes Kühlmittel wie flüssiges oder gasförmiges Helium strömen kann. Die Leiterhülle wird beispielsweise dadurch hergestellt, daß man um den Kern ein Stahlblech herumbiegt und durch eine mittige Längsnaht, beispielsweise durch Schweißen, verschließt. Diese Längsnaht wird mit der Vorrichtung gemäß der Figur auf Dichtigkeit geprüft. Dabei kann die PrUfvorrichtung beispielsweise der Schweißstraße nachgeordnet sein, in der die Leiterhülle mittig verschweißt wird.
Die dargestellte Prüfvorrichtung enthält eine langgestreckte, rohrförmige Testkammer 3, an deren beiden Enden jeweils eine besonders gestaltete Schleusenkammer 4 angeflanscht ist. Jede dieser Schleusenkammemumfaßt ein äußeres, rohrförmiges Gehäuseteil 5 und an ihren offenen Stirnseiten 6 bzw. 7 jeweils einen Rohrstutzen 8 bzw. 9. Der Stutzen 8 besteht aus einem rohrförmigen, in Leiterführungsrichtung weisenden Teilstück 10, dessen ein Ende in ein senkrecht dazu verlaufendes, ringscheibenförmiges Teilstück 11 übergeht. In entsprechender Weise besteht der andere Stutzen 2 aus einem rohrförmigen Teilstück 12 und einem ringscheibenförmigen Teilstück 13. Die Querschnitte der rohrförmigen Teilstücke 10 und 12 sind dabei vorteilhaft an die Querschnittsform des zu untersuchenden Hohlleiters 2 angepaßt. Die ringscheibenförmigen Teilstücke 11 und 13 sind an den offenen Stirnseiten 7 bzw. 8 des äußeren Gehäuseteils 5 angeflanscht.
Zwischen den freien, aufeinander zuweisenden Enden der rohrförmigen Teilstücke 10 und 11 der beiden Stutzen 8 und 2 ist eine schlauchförmige Gummimanschette 15 gasdicht gespannt. Die sich in Leiterfthrungsrichtung erstreckenden rohrförmigen Teilstücke 10 und 11 der Stutzen und die Gummimanschette 15 begrenzen somit einen zentralen Durchführungsraum, durch den der zu untersuchenden Hohlleiter in den Innenraum 17 der Testkammer 3 eingeführt bzw. aus diesem wieder herausgeführt werden kann.
Der allseitige gasdichte Innenraum 19 jeder Schleusenkammer 4 ist über eine Druckleitung 20 entweder mit einer Vakuumpumpe 21 über ein Ventil 22 verbunden oder über ein Ventil 23 an eine Gasdruckflasche 24 angeschlossen.
Werden die Innenräume 19 der beiden Schleusenkammern 4 evakuiert, so wölben sich die Gummimanschetten 15 nach außen, so daß die zentralen Durchführungsräume 16 in ihrem Querschnitt erweitert sind. Um ein übermäßiges Durchwölben der Gummimanschetten dabei zu verhindern, ist jeweils ein rohrförmiger Anschlagskörper 26 vorgesehen, an den sich die zugeordnete Gummimanschette bei Evakuierung innenseitig anlegt.
In diesem Zustand kann nun ein durch die axiale Länge des Testraumes 17 festgelegte Teilstück 2' des zu unter suchenden Hohlleiters 2 in die dargestellte PrUfvorrichtung eingeführt werden. Anschließend wird das Ventil 22 geschlossen und das Ventil 23 geöffnet, so daß nun die Innenräume 19 der Schleusenkammern 4 unter einen vorbestimmten Uberdruck von beispielsweise 3 bar eines aus der Gasflasche 24 ausströmenden Gases wie z.B. Stickstoff gesetzt werden. Dabei legen sich die Gummimanschetten vakuumdicht um die Endstücke des zu untersuchenden Abschnittes 2' des Hohlleiters und dichten den Testraum 17 gegen den unter Normaldruck stehenden Außenraum ab.
Nun wird der Testraum 17 von einem über ein Ventil 28 angeschlossenen, an sich bekannten Helium-Lecksuchgerät 29 evakuiert. Während der Untersuchung werden die inneren Hohlräume des Hohlleiters 2 unter Uberdruck mit Helium als Testgas gesetzt. Bei einer eventuellen Undichtigkeit der Hülle des Hohlleiters tritt dann Helium-Gas aus dem Leiter aus, gleichzeitig in den evakuierten Testraum 17 ein und wird von dem Massenspektrometer des Lecksuchgerätes 29 festgestellt und angezeigt.
Nach erfolgter Prüfung wird der Hohlleiter 2 um eine Testraumlänge in Längsrichtung weiterversetzt, so daß sich ein nächster Leiterabschnitt 2' prüfen läßt.
Es wurde davon ausgegangen, daß der zu untersuchende Hohlleiter 2, 2' eine rechteckförmige Hülle hat und daß die rohrförmigen Teilstücke 10 und 12 der Rohrstutzen 8 bzw. 2 entsprechende Querschnittsformen haben. Durch die gegenseitige Anpassung der Querschnittsformen wird dabei ein allseitig vakuumdichtes Anliegen der Gummimanschetten 15 an dem Hohlleiter gewährleistet.
Es können jedoch auch andere, beispielsweise auch runde Querschnittsformen der Hohlkörper und der rohrförmigen Teilstücke vorgesehen werden. Da die Schleusenkammein 4 an die Testkammer 3 anflanschbar sind und sich leicht zerlegen lassen, ist eine derartige Anpassung durch Austausch der Rohrstutzen und der zwischen ihnen befindlichen Gummimanschette ohne weiteres möglich.
Mit der in der Figur dargestellten Prüfvorrichtung können nicht nur längsnahtgeschweißte Hüllen von supraleitenden Hohlleitern auf Dichtigkeit geprüft werden, sondern auch andere langgestreckte Hohlkörper wie z.B.
Rohre aus anderen metallischen oder auch aus nichtmetallischen Materialien.
7 Patentansprüche 1 Figur Zusammenfassung Vorrichtung zur Dichtigkeitsprüfung eines langgestreckten Hohlkörpers Eine Vorrichtung zur abschnittsweisen Dichtigkeitsprüfung eines langgestreckten Hohlkörpers, insbesondere der längsnahtgeschweißten Hülle eines supraleitenden Hohlleiters, dessen Innenraum unter Überdruck eines Testgases steht, enthält eine rohrförmige, evakuierbare Testkammer, deren stirnseitigen Enden jeweils mit einer vakuumfest abdichtenden Schleusenanordnung zum Ein- bzw. Ausführen des zu prüfenden Hohlkörperabschnittes in die bzw. aus der Testkammer verbunden sind und an die ein Lecksuchgerät angeschlossen ist. Die Schleusenanordnungen dieser Vorrichtung sollen verhältnismäßig einfach gestaltet sein und insbesondere eine verschleißarme Abdichtung ermöglichen.
Hierzu ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß jede Schleusenanordnung eine gasdichte Kammer (4) mit ringförmigem Querschnitt enthält, deren Innenmantel (15) zumindest teilweise aus einem flexiblen Material besteht und in deren Innenraum (19) ein Über- und Unterdruck einstellbar ist. Die Schleusenkammern (4) sind vorteilhaft an die Testkammer (3) anflanschbar, und als flexibler Innenmantel (15) kann insbesondere eine schlauchartige Gummimanschette vorgesehen sein.
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Claims

Patentanspriiche rX Vorrichtung zur abschnittsweisen Dichtigkeitsprüfung eines langgestreckten Hohlkörpers, insbesondere der längsnahtgeschweißten Hülle eines supraleitenden Hohlleiters, dessen Innenraum unter Uberdruck eines Testgases steht, mit einer rohrförmigenlevakuierbaren Testkammer, deren stirnseitigen Enden jeweils mit einer vakuumfest abdichtenden Schleusenanordnung zum Ein- bzw. Ausführen des zu prüfenden Hohlkörperabschnittes in die bzw. aus der Testkammer verbunden sind und an die ein Lecksuchgerät angeschlossen ist, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t , daß jede Schleusenanordnung eine gasdichte Kammer (4) mit ringförmigem Querschnitt enthält, deren Innenmantel (15) zumindest teilweise aus einem flexiblen Material besteht und in deren Innenraum (19) ein Uber- und Unterdruck einstellbar ist.
2. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schleusenkammer (4) an die Testkammer (3) anflanschbar ist.
3. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der flexible Innenmantel (15) eine schlauchartige Gummimanschette ist.
4. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jede Schleusenkammer (4) zwei Rohrstutzen (8, 9) mit je einem rohrförmigen, den zu prüfenden Hohlkörper umschließenden Teilstück (10 bzw. 12) und einem senkrecht dazu angeordneten, ringscheibenförmigen Teilstück (11 bzw. 13) enthält und daß zwischen den rohrförmigen Teilstücken (11, 12) der flexible Innenmantel (15) angeordnet ist.
5. Prüfvorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jede Schleusenkammer (4) ein rohrförmiges Außengehäuse (5) enthält, an deren Stirnseiten (6, 7) die ringscheibenförmigen Teilstücke (11, 13) der Rohrstutzen (8 bzw. 9) anflanschbar sind.
6. Prüfvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, g e -k e n n z e i c h n e t durch rohrförmige Teilstücke (10, 12) der Rohrstutzen (8 bzw. 9),deren Querschnittsform der Querschnittsform des zu prüfenden Hohlkörpers (2, 2') angepaßt ist.
7. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der flexible Innenmantel (15) von einem rohrförmigen Anschlagkörper (26) vorbestimmten Durchmessers um, schlossen ist, an dem bei einem Unterdruck im Innenraum (19) der Schleusenkammer (4) der Innenmantel (15) anliegt.