PROCESS AND DEVICE FOR TESTING THE QUALITY OF BELLOWS

Abstract: 1. A method of quality control for bellows which consist of a number of individual corrugations and a cylindrical, solderable connecting piece at each end, characterised in that the mechanical characteristics of the bellows material are determined and evaluated corrugation by corrugation.

Description: Verfahren zur Qualitätskontrolle von Faltenbälgen sowie zugehörige Vorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Qualitätskontrolle von Faltenbälgen, welche aus einer Vielzahl von einzelnen Wellen und beidseitig je einem zylindrischen, lötbaren Ansatzstück bestehen. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Elastische Faltenbälge werden für verschiedene Anwendungen benötigt. Beispielsweise sind in Vakuumschaltröhren V2a-Faltenbälge eingesetzt, um zum Einschalten bzw. Ausschalten die Kontakte unter Vakuum betätigen zu können. Derartige Faltenbälge müssen daher auch über längere Zeiträume vakuumdicht sein. Rissfehler in den Faltenbälgen beeinträchtigen die Vakuumdichtigkeit, so dass sie als eine mögliche Ausfallursache für Vakuumschaltröhren in Frage kommen, und müssen daher ausgeschlossen werden. Der Nachweis von Rissfehlern kann bisher nur zerstörend durch mechanische Dauerschaltungen und mittels metallographischer Schliffbildmethoden durchgeführt werden. Hierzu müssen üblicherweise aus den als Halbzeug für die Herstellung von Vakuumschaltröhren ausgelieferten Faltenbälgen Stichproben genommen werden. Es wäre wünschenswert, Faltenbälge zerstörungsfrei prüfen zu können. Aufgabe der Erfindung ist es daher, Verfahren und zugehörige Vorrichtungen anzugeben, mit denen eine Qualitätskontrolle von Faltenbälgen schnell und zerstörungsfrei erfolgen kann. Gemäss der Erfindung ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass die mechanischen Eigenschaften des Faltenbalgmaterials wellenweise erfasst und ausgewertet werden. Vorzugsweise wird dazu pro Welle ein Zug- und/oder Druckversuch ausgeführt, wobei die Kraft in Abhängigkeit von der Längenänderung erfasst wird. Damit können die mechanischen Eigenschaften der einzelnen Wellen miteinander verglichen werden, wobei sowohl der mittlere Wert der mechanischen Eigenschaften aller Wellen einerseits als auch die Standardabweichung der einzelnen Wellen vom Mittelwert andererseits als Gütekriterium heranziehbar sind. Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens weist im wesentlichen eine Einrichtung zur Durchführung von Druck- und/oder Zugversuchen auf, die im Gegensatz zu üblichen Versuchseinrichtungen zwei gegeneinander relativ verschiebbare Tragringe mit Mitnahmeschiebern zum Eingriff in die einzelnen Wellen eines Faltenbalges aufweist, wobei die Mitnahmeschieber jeweils einen Dehnungsmessstreifen zum Erfassen von Kräften haben. Vorzugsweise hat jeder Tragring vier Mitnahmeschieber mit jeweils einviertelkreisförmiger Aussparung, so dass eine Welle vollständig umschlossen werden kann. Dabei sind den Mitnahmeschiebern pneumatische und/oder hydraulische Mittel zum Ineingriffbringen in die Wellen zugeordnet. Es ist somit eine Vorrichtung geschaffen, mit der die einzelnen Wellen eines Faltenbalges automatisiert geprüft werden können. Dabei sind die Messgrössen unmittelbar als elektrische Grossen erfassbar und auch verarbeitbar, so dass mittels geeigneter Auswerteeinrichtungen die Gütekriterien ermittelt werden können. Vorzugsweise ist dazu ein Mikroprozessor vorhanden. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist in eine Anlage integrierbar, die eine Zwischenlagereinrichtung für eine grö- ssere Zahl von Faltenbälgen aufweist, so dass eine Stückgutprüfung im Durchlauf möglich ist. Damit kann jeder zur Weiterverarbeitung bestimmte Faltenbalg einer schnell durchführbaren Qualitätsprütung unterzogen werden, wobei bei Nichterfüllen der Qualitätskriterien diesbezügliche Faltenbälge automatisch von einer Weiterverarbeitung aussonderbar sind. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen jeweils im schematischer Darstellung FIG 1 die Wellenstruktur eines Faltenbalges FIG 2 das Prinzip des erfindungsgemässen Verfahrens fIG 3 mittels eines Druck- und Zugversuches ermittelte Kennlinien für eine Welle FIG 4 die Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durchführung von Druck- und Zugversuchen an einzelnen Wellen eines Faltenbalges FIG 5 einen Tragring mit Mitnahmeschiebern zum Eingriffbringen in eine Welle eines Faltenbalges in der Aufsicht und FIG 6 einen Schnitt durch FIG 5 längs der Linie VI-VI. In FIG 1 ist mit 1 ein Ausschnitt eines Faltenbalges bezeichnet. Solche Faltenbälge bestehen üblicherweise aus 10 bis 20 rotationssymmetrischen Wellen, die durch einen Roll- und Drückprozess aus dünnen V2a-Hohlzylindern hergestellt werden. Die Lebensdauer solcher metallischer Faltenbälge hängt von der Gleichmässigkeit ihrer Materialdicke innerhalb der einzelnen Wellen ab. Durch das angegebene Herstellverfahren kann aber nicht garantiert werden, dass das ursprünglich eng tolerierte Material seine Dicke beibehält. Es kann in den Biegeradien, insbesondere in den Innenbögen, teilweise unterschiedlich geschwächt sein. Solche Schwächungen sind in der Figur mit 2 und 3 angedeutet. Bisher wurden solche metallischen Faltenbälge lediglich stichprobenartig Dauerversuchen mit beispielsweise 3x105 Betätigungszyklen unterzogen, womit im günstigsten Fall die mittlere Qualität eines Fertigungsloses überprüft werden konnte. Exemplarische Fehler, wie sie speziell durch den Roll- und Drückvorgang bei der Herstellung einzelner Faltenbälge auftreten können, waren dabei aber nicht erfassbar. In FIG 2 bedeuten 10 ein Faltenbalg mit seinem rundzylindrischen Ansatzstück 11 und mehreren Wellen 12, 13, 14 und 15, die sich bis zum entgegengesetzten rundzylindrischen Ende fortsetzen. Schematisch ist gezeigt, wie mit zwei Rundzylindern 20 und 21 mit entsprechenden Greifringen 22 und 23 konzentrisch in die einzelnen Wellen 12 bis 15 des Faltenbalges 10 eingegriffen werden kann Damit fixieren die Greifringe 22 und 23 jeweils eine komplette Welle. Es lässt sich nunmehr ein Kraft-Längenänderungs-Diagramm einer einzelnen Welle aufnehmen. Dazu werden die Teile 20 und 21 mittels geeigneter mechanischer Hilfsmittel auseinander - bzw. gegeneinander bewegt und die sich aufgrund der mechanischen Eigenschaften der Faltenbalgwelle ergebenden Kräfte gemessen. Wenn von jeder Welle ein Kraft-Längenänderungs-Diagramm aufgenommen wird und alle Diagramme abgespeichert und miteinander verglichen werden, lassen sich daraus Aussagen über die Beschaffenheit der einzelnen Wellen des Faltenbalges machen. Insbesondere bei Dünnstellen ist zu erwarten, dass hier ein grö sserer Hub und damit eine stärkere Dehnung, Streckung und/oder plastische Verformung erzeugt wird als bei den übrigen Wellen. Es lassen sich somit die mit Schwachstellen behafteten Wellen erkennen und anzeigen. Ein Kraft-Längenänderungs-Diagramm gemäss der FIG 3 zeigt im positiven Quadranten den Zugbereich und dem negativen Quadranten den Druckbereich. In beiden Fällen wird vorwiegend im elastischen Bereich gemessen, um eine irreversible Änderung des Faltenbalges und damit dessen Unbrauchbarkeit auszuschliessen. Wenn für alle Wellen derartige Diagramme aufgenommen werden, ergeben sich prinzipiell verschiedene Kenngrössen, die als Qualitätskriterien für den Faltenbalg herangezogen werden könnten: Einerseits gibt die mittlere Steigung aller Faltenbalgwellen eine Aussage über die Steifigkeit und damit das Faltenbalgmaterial. Es hat sich aber gezeigt, dass es nicht allein auf die mittlere Steigung ankommt, sondern auch auf die Gleichmässigkeit der Steigung aller Wellen, d.h. also die Abweichungen gegen über dem Mittelwert. Versuche haben bestätigt, dass aus dem Verlauf der Standardabweichungen konkrete Aussagen über die Bruchwahrscheinlichkeit an bestimmten Stellen des Faltenbalges gemacht werden können. Daneben ist aber auch der Verlauf der Hysteresekurve im Zug- und/oder im Druckbereich sowie der Anstieg und Rücklauf im Nullkraftbereich von Aussagekraft. Mit einer Vorrichtung gemäss den Figuren 4 bis 6 ergibt sich nun die Möglichkeit, das oben anhand des Messprinzips beschriebene neue Verfahren in einer Fertigungslinie, bei der Faltenbälge verarbeitet werden sollen, beispielsweise bei der Herstellung von Vakuumschaltröhren, im Rahmen einer automatisierten Eingangsprüfung zu verwenden. Dafür werden an sich bekannte Versuchseinrichtungen zur Aufnahme von Kraft-Dehnungsdiagrammen entsprechend modifiziert. In FIG 4 bedeutet 40 die gesamte Messeinrichtung, deren unterer Teil im wesentlichen aus einem Versuchstisch 41 mit darauf befindlicher Grundplatte 42 und vier Tragsäulen 43 bis 46 und einem darauf angeordneten Tragring 100 besteht. Die Geometrie dieser Vorrichtung ist im einzelnen aus den Figuren 5 und 6 ersichtlich, die weiter unten noch beschrieben werden. Der obere Teil der Messeinrichtung besteht aus einer seitlich angelenkten Schubanordnung 50, von der über einen Stempel 51 und einen Ausleger 52.eine Vertikalbewegung auf vier, am Ausleger 53 befindliche Tragsäulen 53 bis 56 übertragen werden kann und an deren unterem Ende ein Tragring 200 angebracht ist. In der Mitte befindet sich eine Aufnahmesäule 60 zum Aufschieben eines zu prüfenden Faltenbalges. Die beschriebene Vorrichtung dient prinzipiell dazu, eine Messprobe, die zwischen den Tragringen 100 und 200 eingespannt ist, einer Längenänderung zu unterziehen, wie dies auch beim Stand der Technik üblich ist. Zwecks wellenweiser Prüfung von Faltenbälgen sind nun die Tragringe 100 und 200 entsprechend FIG 5 und FIG 6 ausgebildet. Beide Tragringe 100 und 200 entsprechen sich im wesentlichen, wobei lediglich die Auflage der Tragsäulen 43 bis 46 bzw. 53 bis 56 unterschiedlich ist. FIG 5 und FIG 6 zeigen im einzelnen den bereits erwähnten Tragring 100 mit den vier im Ansatz angedeuteten Tragsäulen 43 bis 46, welcher vier rechtwinkelig zueinander angeordnete Mitnahmeschieber 101 bis 104 aufweist. Die Mitnahmeschieber 101 bis 104 sind radial zustellbar und beispielsweise über einen Pneumatikantrieb hin- und herschiebbar. Zum Ringmittelpunkt hin weist jeder Mitnahmeschieber 101 bis 104 ein Formstück 106 bis 109 auf, welches in der Draufsicht zum Tragringmittelpunkt hin jeweils eine viertelkreisförmige Ausformung hat, die in der Schnittdarstellung gemäss FIG 6 als schmale Zunge 111 bis 114 ausgebildet sind. Diese Zungen 111 bis 114 können - wie oben beschrieben - mit den einzelnen Wellen eines Faltenbalges in Eingriff gebracht werden. Es kann also mittels der beiden Tragringe 100 und 200 ein Faltenbalg ringweise fest umschlossen und einer Längenänderung unterzogen werden. An der Unterseite der Mitnahmeschieber 101 bis 104 sind jeweils vor dem abgekröpften Element 106 bis 109 Dehnungsmessstreifen 116 bis 119 angebracht. Die bei eingespanntem Faltenbalg und vorgegebener Längenänderung aufgrund der Materialeigenschaften auftretenden Kräfte können somit erfasst und als elektrisches Signal registriert werden. Zu der dargestellten Messeinrichtung gehören weiterhin Steuer- und Auswerteeinheiten , die im einzelnen nicht dargestellt sind. Mit der Steuereinheit kann insbesondere erreicht werden, dass durch abgestimmtes schritt weises Ineingriffbringen der Mitnahmeschieber 101 bis 103 in die einzelnen Wellen eines Faltenbalges letzterer ringweise fortlaufend prüfbar ist. Mittels einer geeigneten Handhabungsvorrichtung für die Faltenbälge können diese auch selbsttätig zugeführt werden, so dass der Einbau der beschriebenen Messeinrichtung in eine automatisierte Fertigungslinie möglich ist. Die Auswerteeinheit besteht im wesentlichen aus einem Mikrocomputer mit zugehörigen Speicher- und Registriereinheiten. Bei Vorgabe von geeigneten Auswerteprogrammen ist es möglich, dass Schwachstellen in Faltenbälgen unmittelbar bei der Prüfung erkannt werden, so dass solche Faltenbälge aus der Fertigungslinie herausgenommen werden können. 14 Patentansprüche 6 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Qualitätskontrolle von Faltenbälgen, welche aus einer Vielzahl von einzelnen Wellen und beidseitig Je einem zylindrischen, lötbaren Ansatzstück bestehen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die mechanischen Eigenschaften des Faltenbalgmaterials wellenweise erfasst und ausgewertet werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass pro Welle (12 bis 15) ein Zug- und/oder Druckversuch durchgeführt wird, wobei die Kraft (K) in Abhängigkeit von der Längenänderung (bl) erfasst wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass die mechanischen Eigenschaften der einzelnen Wellen (12 bis 15) miteinander verglichen werden. 4. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass Kraft (K) und Längenänderungen ( F1) als elektrische Grössen erfassbar und darstellbar sind. 5. Verfahren nach Anspruch 2 und 4, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass im Kraft-Längenänderungs Diagramm (K= fi( Jl))die Steigung, das Ein- und Auslaufen der Kennlinie in den Nullpunkt und/oder die Hysteresekurve erfassbar sind. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Messwerte als elektrische Grössen einem Rechner zwecks Auswertung nach vorgegebenem Programm zuführbar sind. 7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass der mittlere Wert der Steigung der Kraft-Längenänderungs-Diagramme (K=fi( 1) aller Wellen (12 bis 15) einerseits und die Standardabweichung der einzelnen Wellen (12 bis 15) vom Mittelwert andererseits als Gütekrierium herangezogen werden. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 7, mit einer Messeinrichtung zur Durchführung von Druck und/oder Zugversuchen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Messeinrichtung zwei gegeneinander relativ verschiebbare Tragringe (100, 200) mit Mitnahmeschiebern (101 bis 104) zum Eingriff in die einzelnen Wellen (12 bis 15) eines Faltenbalges (10) aufweist, wobei die Mitnahmeschieber (101 bis 104) jeweils einen Dehnungsmessstreifen (116 bis 119) zur Erfassung von Kräften aufweisen. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass jeder Tragring (100, 200) vier Mitnahmeschieber (101 bis 104) mit je einviertelkreisförmiger Aussparung (111 bis 114) aufweist. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass der eine Tragring (100) starr auf einer Plattform (41) der Messeinrichtung (40) angeordnet ist und der andere Tragring (200) demgegen über höhenverstellbar ist. 11. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass den Mitnahmeschiebern (101 bis 104) pneumatische und/oder hydraulische Mittel zwecks Ineingriffbringen in die Wellen (12 bis 15) des Faltenbalges (10) zugeordnet sind. 12. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass der Faltenbalg (10) durch wechselweises Ineingriffbringen der Mitnahmeschieber (101 bis 104) in die Wellen (12 bis 15) des Faltenbalges (10) wellenweise prüfbar ist. 13. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass ein eine Zwischenlagereinrichtung für Faltenbälge (10) vorhanden ist, von der Faltenbälge (10) nacheinander der Messeinrichtung (40) zuführbar sind, so dass eine automatisierte Stückprüfung durchführbar ist. 14. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass der Messeinrichtung (40) eine Auswerteeinheit mit Mikroprozessor zur Berechnung der Kraft-Längenänderungs-Diagramme (K=fi ( Al)) der einzelnen Wellen (12 bis 15) eines Faltenbalges (10), deren Mittelwertbildung und Abweichung der Einzelwerte vom Mittelwert vorhanden ist.

Inventors: BESSLEIN, BERND, DR., RICHTER, MARTIN, SCHOLZ, DIETRICH
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1985
Main classification: G01M19
IPC codes: G01M19