17 November 2010

Pumpen unter Druck

Trotz aller Präzision bei der Endmontage von Dispenserpumpen kommt es doch vor, dass eine unbestimmte Anzahl von Pumpen dennoch undichte Stellen im Gefüge aufweisen. Diese Pumpen beginnen nach einiger Zeit zu tropfen. Deshalb wird jede unserer Pumpen auf  Fertigungsgenauigkeit und Dichtigkeit getestet. Dabei muss jede Pumpe mindestens das Doppelte der theoretisch auftretenden Betriebsdrücke aushalten, und dennoch eine 100%ige Dichtigkeit über eine definierte Prüfdauer überstehen. Mit einem Over-Range Test wird jede einzelne Pumpe zusätzlich  mit dem 30-fachen des Betriebsdrucks über einen kurzen Zeitraum getestet:

Vermessung:

Jede Pumpe wird auf axiale Montagegenauigkeit in einem Winkel von 90° gemessen. In der Prüfeinrichtung wird mittels Laserstrahl die Längsachse nivelliert. Gleichzeitig werden durch die Lichtspur des Lasers auch Unebenheiten des Kolbenzylinders sichtbar.




Grafik1: Axialvermessung Pumpe

Nur exakt ausgerichtete Pumpen werden freigegeben. Warum ist das so wichtig? Nicht exakt gefertigte Pumpen stehen oftmals schon mit dem bloßen Auge sichtbar schräg in der Maschine. Dies kann u.A. in der Folge zu einseitig belasteten, nicht gleichmäßigen Kolbenhub  führen. Außerdem sieht es einfach unprofessionell aus, wenn schräge Pumpen in einer Maschine stehen wie die Kerzen auf einer Kindergeburtstagstorte.


Druckprüfung:

In einer Prüfanordnung mit Spannvorrichtung, Drucksensor, Recorder- und Auswertesoftware werden die Pumpen auf Dichtigkeit mit dem Medium Luft geprüft. Während der Prüfung werden alle Daten in Echtzeit erfasst und gespeichert. Zusätzlich erfolgt die grafische Aufzeichnung über die gesamte Prüfung. Die Mess- und Grafikdaten werden in Dateien gespeichert.

 
Grafik 2: Messtechnik -Prüfeinrichtung Dispenserpumpen

Jede einzelne Pumpe wird zunächst mit einem Prüfdruck von 16mWS beaufschlagt. Dies entspricht in etwa dem 30 fachen des zu erwartenden maximalen Betriebsdrucks einer Dispenserpumpe. Unter der folgenden Druckentlastung des Kolbens wird die Dichtigkeit des Kolben- Zylindergefüges über die gesamte Wegstrecke des Kolbens gemessen. Im Entlastungsdiagramm dürfen daher keine plötzlichen Schwankungen auftreten. Ist dies der Fall, könnte beispielsweise eine Unebenheit der Zylinderinnenseite an einer Stelle zu einer Undichtigkeit führen.




Grafik 3: Diagramm Drucktest Pumpe

Nach der Druckentlastung auf das ca.-Vierfache des maximalen Betriebsdrucks der Pumpe, muss diese den eingestellten Druck ohne Druckverlust über einen definierten Zeitraum halten. In Grafik 3 ist gut zu erkennen, wie nach erfolgter Over-Range Druckbeaufschlagung und anschließender Entlastung der sich einstellende Druck linear gehalten wird. Diese Pumpe hat den Drucktest erfolgreich absolviert, die Grafik zeigt keinen Druckverlust über die Entlastungsstufe von 16mWS auf 2mWS und keinen Druckverlust über die Dauer.
Nach Erreichen der vorgegebenen Zeit der Druckkonstanz wird der Kolben auf die 0-Stellung ausgefahren. Jetzt sollte der Ausgangsdruck von 0,00mWS gemessen werden. Wird ein negativer Wert erzeugt, spricht dies für eine minimale Undichtigkeit im Lastbereich der Over-Range Beaufschlagung .




Grafik 4: Drucktest Pumpe, Druckkonstanz

In Grafik 4 ist dargestellt, wie nach Abschluss des Testzyklus der Ausgangsdruck von 0,00mWS erreicht wird. Dieses Testergebnis ist ein 0-Fehler Ergebnis, diese Pumpe ist mit größter Sicherheit als Dicht zu bewerten und für die Verwendung freizugeben.
Pumpen die an einer oder mehreren Stellen des Gefüges Undichtigkeiten aufweisen sind aufgrund der hohen Empfindlichkeit des Prüfverfahrens leicht nachzuweisen. Da im Prüfverfahren ein gasförmiges Medium eingesetzt wird sind die Prüfbedingungen kritischer als die Realbedingungen. Pumpen, die auch nur minimalste Undichtigkeiten ausweisen stellen sich wie folgt dar:


Grafik 5: Test einer Pumpe mit Druckverlust

Das Druckdiagramm (Grafik 5) zeigt einen deutlichen Druckabfall über den Testzeitraum auf nahe Null. Bei der anschließenden Nullstellung des Kolbens entstand ein Unterdruck von 1,80mWS was den Bruttodruckverlust über den gesamten Prüfzeitraum aufzeigt.
Pumpen mit diesem Prüfergebnis werden mit einem Sperrvermerk versehen und der Pumpenmontageabteilung zur Nacharbeit übergeben.

In einer Serie einer beliebigen Anzahl von Pumpen ( z.B. Fertigungscharge, Kundenauftrag, bestimmte Maschine, Tagesproduktion), können die Pumpen nacheinander geprüft, und die Daten innerhalb einer Datei gespeichert  werden. In Grafik 6 ist ein Ausschnitt des Verlaufs einer Prüfserie dargestellt. Nacheinander sind hier drei Pumpen ohne Mängelfeststellung dargestellt. Aufgrund der hohen Fertigungspräzision und dem Einsatz hochwertiger Materialien wird ohnehin eine sehr geringe Fehlerquote erreicht. Zusammen mit dem Prüfverfahren kann diese als signifikant <0,1% angenommen werden. Die tatsächliche Fehlerquote kann allerdings erst nach dem vorliegen von statistisch relevanten Auslieferungs- und Reklamationsraten bestimmt werden. Eine intern angefertigte, nicht  repräsentative Studie mit einer Serie von 500 geprüften und anschließend mit Wasser unter Realbedingungen getesteten Pumpen zeigte eine Fehlerrate von 0.

Grafik 6: Prüfserie mehrere Pumpen in Folge

Auswertung:

Die Auswertung einer Prüfserie erfolgt unter der Erfassung sämtlicher Messwerte über den Prüfzyklus. Diese werden elektronisch gespeichert, oder können als Prüfprotokoll ausgefertigt werden. Innerhalb eines Prüfprotokolls werden die Prüfbedingungen, die Serienbezeichnung, Herkunft so wie die Namen der Prüfer und Monteure dokumentiert. Es ist auch möglich, zu jeder Serie die Messdaten als Datei, oder als Ausdruck zur Verfügung zu stellen.



Zusammenfassung:

Es wurde Methode beschrieben, wie Dispenserpumpen für Farbmischanlagen zuverlässig auf Fertigungsgenauigkeit und Dichtigkeit geprüft werden können. Das Verfahren bietet mehrere Vorteile: Da die Pumpen mit Gasen auf Dichtigkeit geprüft werden können diese trocken ausgeliefert werden, es befinden sich keine Flüssigkeitsreste im Pumpenkörper. Selbst kleinste Undichtigkeiten werden aufgespürt, da das Verfahren kritischer als die Realbedingungen ausgelegt ist. Die Druckparameter überschreiten in einem Kurzzeittest das etwa 30-fache des hydrostatischen Betriebsnenndrucks. Die Pumpen werden über die gesamte Länge des beweglichen Pumpenkolbens getestet. Die Pumpen werden auf Druckkonstanz oberhalb des max. Betriebsnenndrucks über einen definierten Zeitraum geprüft. Selbst kleinste Druckschwankungen werden detektiert. Alle Prüfparameter und Ergebnisse werden elektronisch erfasst und gespeichert. Je nach Anforderung können zu einzelnen Serien oder Pumpen Prüfberichte, Zertifikate oder Datenreports erstellt werden.
Mit der Anwendung der hier beschriebenen Verfahren können Pumpen mit einem Höchstmaß an Fertigungsgenauigkeit und Dichtigkeit ausgeliefert werden.

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