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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dichtheitsüberprüfung eines Gehäuses mit einem zumindest teilweise luftgefüllten Innenvolumen und insbesondere eines Gehäuses eines Fußschalters, der zur Verwendung im medizinischen Bereich vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Fußschalter mit einem Gehäuse.
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Aus verschiedensten Gründen besteht häufig die Notwendigkeit, Schalter mit dichten Gehäusen zu versehen bzw. Schaltelemente in solchen Gehäusen unterzubringen. Beispielsweise werden im medizinischen Bereich Schalter häufig insbesondere bei der Reinigung Flüssigkeiten ausgesetzt, die, wenn sie in das Gehäuseinnere eindringen, zu Fehlfunktionen des Schalters führen können.
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Gängige Verfahren zur Überprüfung der Dichtheit eines Gehäuses bedienen sich meist externer Prüfmittel. Derartige Prüfmittel setzen in der Regel voraus, dass das Gehäuse und damit meist der gesamte Schalter bei der Prüfung mit diesen Prüfmitteln verbunden oder in diese eingebracht wird. Beispiele hierfür sind Pumpen, die mit dem Gehäuseinneren verbunden werden und dieses unter einen Prüfdruck setzen, oder Prüfkammern, in denen das Gehäuse von außen mit Druck beaufschlagt wird. Hierzu wird der Betrieb des Schalters unterbrochen und/oder das Schaltergehäuse aus seiner Betriebsumgebung entfernt. Dies bedeutet zum einen einen gewissen Prüfaufwand und zum anderen, dass es vorkommen kann, dass eine im Betrieb entstandene Undichtheit deswegen lange Zeit unerkannt bleibt, weil solche Prüfungen wegen des Prüfaufwandes nur in großen Zeitabständen vorgenommen werden können oder von vornherein unterbleiben. Um die Dichtheit eines Schaltergehäuses häufig kontrollieren oder eine bestehende Undichtheit zeitnah erkennen zu können, sind daher Verfahren, die externe Prüfmittel benutzen, im Allgemeinen weniger geeignet.
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Ein weiterer Nachteil von Verfahren mit externen Prüfmitteln ist, dass ein Erkennen eingedrungener Feuchte konzeptbedingt nicht möglich ist, da hierzu das Gehäuse geöffnet werden müsste.
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Die genannten Nachteile können grundsätzlich dadurch vermieden werden, dass ein Gehäuse anhand von Verfahren auf Dichtheit überprüft wird, die mit internen Sensoren arbeiten. Dadurch wird die Möglichkeit der spontanen, auch anlassbezogenen Prüfung am Verwendungsort geschaffen.
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Zur Lösung dieses Problems wurde beispielsweise das in der Patentschrift
US 10,408,703 B2 beschriebene Verfahren vorgeschlagen. Hier wird die Auslenkung eines Betätigungselementes samt seiner Abdichtung erfasst, wobei das Betätigungselement und die Abdichtung im vorliegenden Fall einstückig ausgeführt sind und eine der Gehäusewände bilden. Die Auslenkung wird in Bezug zur zu erwartenden Änderung des Gehäuseinnendruckes gesetzt. Entspricht die tatsächliche Druckänderung nicht der erwarteten, kann die Abweichung als Basis eines Signals genommen werden, dass zur geeigneten Anzeige der Undichtheit verwendet werden kann.
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Zwar ist mit diesem Verfahren eine spontane Dichtheitsprüfung möglich, jedoch kann es dann möglicherweise falsche Prüfergebnisse liefern, wenn die Umgebungsbedingungen - insbesondere die Umgebungstemperatur - stark schwanken.
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Ein falsches Prüfergebnis ist ferner dann möglich, wenn bereits Flüssigkeit in das Gehäuse eingedrungen ist. Das im Gehäuseinneren ursprünglich vorhandene Luftvolumen verringert sich dann um das der eingedrungenen Flüssigkeit. Bei Anwendung des genannten Verfahrens kann die gemessene Druckänderung hierdurch so beeinflusst werden, dass sie trotz der vorhandenen Undichtheit der bei einem dichten Gehäuse entspricht.
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Insgesamt ist dieses Verfahren daher nicht geeignet zur Dichtheitsüberprüfung von Gehäusen von Fußschaltern, die zur Verwendung im medizinischen Bereich vorgesehen sind.
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Es ist ausgehend davon eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Dichtigkeitsprüfung eines Gehäuses zu beschreiben, dass auch praktisch regelmäßig durchführbar ist und zuverlässig eine Undichtigkeit auch bei variierenden Umgebungsbedingungen erkennt. Es ist eine weitere Aufgabe, ein zur Umsetzung des Verfahrens geeignetes Gehäuse eines Schalters zu beschreiben.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß wird zur Dichtheitsüberprüfung von Gehäusen, insbesondere von Gehäusen von Fußschaltern, die zur Verwendung im medizinischen Bereich vorgesehen sind, vorgeschlagen, neben der Druckänderung auch die Temperatur und ggf. die Feuchte im Gehäuseinneren auszuwerten.
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Dies kann durch die Auswertung der Messwerte entsprechender Druck-, Temperatur- und ggf. auch Feuchtesensoren erfolgen, die im Inneren eines Fußschaltergehäuses angeordnet sind, wobei mindestens zwei dieser Sensoren auch einstückig ausgeführt sein können, also in ein einzelnes Bauelement integriert sind.
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Konkret wird erfindungsgemäß zunächst ein Innendruck der sich im Gehäuse befindenden Luft geändert. Dann werden ein erster Innendruck und eine erste Temperatur bestimmt und nach einer Wartezeit ein zweiter Innendruck und eine zweite Temperatur bestimmt. Es wird dann festgestellt, ob ein Absolutwert einer Differenz zwischen dem zweiten Innendruck und dem ersten Innendruck unter Berücksichtigung einer Differenz zwischen der ersten und der zweiten Temperatur über einem Schwellenwert liegt, und ein Signal ausgegeben, das das Ergebnis des vorherigen Schritts des Feststellens wiedergibt. Es wird auf diese Weise ermittelt, ob die Druckänderung im Gehäuse gehalten wird. Wenn das nicht der Fall ist, zeigt das eine Undichtigkeit des Gehäuses an. Die Wartezeit kann dabei z.B. im Bereich von einigen Sekunden liegen.
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Für die Messung, ob sich der Innendruck innerhalb der Wartezeit verändert, sind mindestens zwei Druckmessungen erforderlich. Es kann in einer Ausgestaltung des Verfahrens auch vorgesehen sein, die Druck- und ggf. auch Temperaturmessung wiederholt innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer zu messen. Es kann dann festgestellt werden, ob die gemessenen Werte über die vorgegebene Zeitdauer im Wesentlichen konstant sind. Wenn das nicht gegeben ist, wird signalisiert, dass das Gehäuse undicht ist.
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Das Verfahren bedient sich also einer bewusst herbeigeführten Druckänderung und misst danach einen Druckverlauf, der mit dem zu erwartenden konstanten Druckverlauf verglichen wird. Um eine Verfälschung des Ergebnisses zu verhindern, wird ein Einfluss durch eine sich eventuell ändernde Temperatur mitberücksichtigt.
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Die Druckänderung kann beispielsweise durch eine bewusst vorgenommene Volumenänderung herbeigeführt werden, beispielsweise indem ein Betätigungselement am Gehäuse genutzt wird, bei dessen Betätigung sich das Innenvolumen des Gehäuses ändert.
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Zusätzlich kann vorgesehen sein, einen Feuchtewert innerhalb des Gehäuses zu ermitteln. Insbesondere deutet ein Feuchtewert über einem vorgegebenen Schwellenwert von z.B. 80-90 % relativer Luftfeuchte an, dass bereits in das Gehäuse eingetretene Feuchtigkeit das Ergebnis des Prüfverfahrens verfälschen könnte, so dass in dem Fall eine Undichtigkeit signalisiert wird. Durch diese zusätzliche Berücksichtigung des Feuchtewerts kann die Zuverlässigkeit des Prüfverfahrens weiter erhöht werden.
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Ein erfindungsgemäßer Fußschalter, insbesondere für ein medizintechnisches Gerät, weist ein abgedichtetes Gehäuse mit einem zumindest teilweise luftgefülltem Innenvolumen und mindestens ein Betätigungselement auf, bei dessen Betätigung sich das Innenvolumen des Gehäuses ändert. Er weist weiter mindestens einen Drucksensor zur Messung eines Drucks im Innenvolumen und einen Temperatursensor auf sowie eine Auswerteeinheit. Der Fußschalter zeichnet sich dadurch aus, dass die Auswerteeinheit zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
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In einem erfindungsgemäßen, die genannten Messwerte nutzenden Verfahren stellt beispielsweise ein Wiedereinsetzen der Spannungsversorgung des Schalters nach einer Unterbrechung ein die Dichtheitsprüfung auslösendes Ereignis dar, wobei die Unterbrechung durch einen Tausch einer entsprechenden Spannungsquelle, beispielsweise eines Akkumulators oder einer Batterie, bedingt sein kann, der wiederum ein Öffnen und nachfolgendes Verschließen zumindest eines Teiles des Fußschaltergehäuses voraussetzt. Nach dem Wiedereinsetzen der Spannungsversorgung wird der Benutzer beispielsweise durch eine Leuchtanzeige aufgefordert, ein vorgegebenes Betätigungselement, z.B. eine Taste oder ein Pedal des Fußschalters, eine vorgegebene Zeit lang zu betätigen, beispielsweise einige Sekunden lang. Das Betätigungselement ist dabei so gestaltet, dass seine Betätigung das Innenraumvolumen des Fußschalters verringert. Beispielsweise kann das Betätigungselement eine elastische Kalotte aufweisen, deren eingeschlossenes Volumen mit dem übrigen Innenvolumen des Fußschalters in Verbindung steht und die bei der Betätigung verformt wird. Durch die betätigungsbedingte Verformung verringert sich das Gesamt-Innenvolumen des Fußschalters um einen vorbekannten Betrag. Der Verlauf des dadurch steigenden sowie nach dem Loslassen des Betätigungselements wieder abfallenden Druckes wird beobachtet, wobei eine eventuelle während des Prüfzeitraumes vorkommende Temperaturänderung erfasst und berücksichtigt wird. Zeigen die während der Betätigung sowie über einen ähnlich langen Zeitraum nach dem Loslassen des Betätigungselements gemessenen Drücke einen in sich im Wesentlichen gleichbleibenden Verlauf, wird der Schalter als dicht angesehen. Das Prüfverfahren kann auch durch andere Ereignisse als einen Batteriewechsel angestoßen werden, z.B. bei Inbetriebnahme des Fußschalters nach einer längeren Pause oder in regelmäßigen Zeitintervallen.
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Gleichzeitig kann in einer Weiterbildung des Verfahrens geprüft werden, ob die Feuchte einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet. Dadurch wird sichergestellt, dass ein während der Öffnung des Schalters oder durch eine Undichtheit erfolgtes Eindringen von Flüssigkeiten ins Schalterinnere erkannt wird.
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Ist der Schalter undicht und/oder wird das Eindringen von Flüssigkeit erkannt, wird ein entsprechendes Signal ausgegeben und in geeigneter Weise angezeigt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Es zeigt
- 1 eine Teilansicht eines Fußschalters, in dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommt, mit geöffnetem Spannungsquellenfach;
- 2 einen Schnitt durch eine Tastschalter-Baugruppe des Fußschalters nach 1 in einem unbetätigten Zustand;
- 3 eine Gesamtansicht des Fußschalters nach 1 mit geschlossenem Spannungsquellenfach, einer aufleuchtenden Kontrolllampe und zwei Tastschalter-Baugruppen nach 3, eine davon in betätigtem Zustand;
- 4 eine Teil-Schnittansicht durch den Fußschalter nach 1-3 mit der betätigten Tastschalter-Baugruppe und einer Anordnung von Sensoren;
- 5 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 6 einen Verlauf des Innendruckes eines Fußschalters nach 1-4 während eines Prüfzyklus nach 5 bei dichtem Fußschalter; und
- 7 einen Verlauf des Innendruckes eines Fußschalters nach 1-4 während eines Prüfzyklus nach 5 bei undichtem Fußschalter.
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1 zeigt eine Teilansicht eines Fußschalters 1 zur Verwendung im medizinischen Bereich mit einem Gehäuse 2, hier mehreren Pedalen 3 und einer von hier mehreren Tastschalter-Baugruppen 4, in dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommt. Zu sehen ist ferner das geöffnete Spannungsquellenfach 5 mit dem abgenommenen Deckel 6 und der entnommenen Spannungsquelle 7.
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2 zeigt einen Schnitt durch eine der Tastschalter-Baugruppen 4 nach 1 in unbetätigtem Zustand. Das Gehäuse 2 ist auf der Unterseite durch eine Bodenplatte 8 fluiddicht abgeschlossen. Im Gehäuse 2 angebrachte Tastschalter-Baugruppen 4 bestehen jeweils aus einem Tastschalter 9 mit einer Taste 10 sowie einer elastischen Kalotte 12, die die für die Tastschalter-Baugruppe 4 benötigte Gehäuseöffnung 11 verschließt, um das Innere des Fußschalters 1 nach außen abzudichten. Auf vergleichbare Weise wie die Taste 10 können die Pedale 3 mit jeweils einer Pedalschalter-Baugruppe gekoppelt sein.
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3 zeigt eine Gesamtansicht des Fußschalters 1 nach 1 mit geschlossenem Spannungsquellenfach 5, einer aufleuchtenden Kontrolllampe 13 und zwei Tastschalter-Baugruppen 4 nach 3, eine davon in betätigtem Zustand.
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4 zeigt eine Teil-Schnittansicht durch den Fußschalter 1 nach 1-3. Zu sehen ist unter anderem ein Schnitt durch die betätigte Tastschalter-Baugruppe 4 nach 3. Man erkennt, wie das zur Betätigung erforderliche Niederdrücken der Taste 10 des Tastschalters 9 das Verformen der elastischen Kalotte 12 voraussetzt. Diese Verformung bewirkt eine Verringerung des Innenvolumens des Fußschalters 1 und damit eine Erhöhung des Innendruckes. Zu sehen ist ferner eine Leiterplatte 14 mit Sensoren 15, 16 und 17 zur Messung von Innendruck, - feuchte bzw. -temperatur, wobei mindestens zwei dieser Sensoren auch einstückig ausgeführt sein können. Auf der Leiterplatte ist auch eine hier nicht sichtbare Auswerteeinheit angeordnet, die die Sensoren 15-17 ausliest und die, z.B. mithilfe eines Mikrocontrollers, zu Durchführung des nachfolgend beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist.
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Alternativ könnte auch zur Betätigung eines der Pedale 3 aufgefordert werden, wenn dessen Betätigung ebenso das Innenvolumen des Gehäuses 2 verändert.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm 100 eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens der Dichtheitsprüfung. Gestartet werden kann der Prüfzyklus in geeigneter Weise von Hand - Schritt 102 -, beispielsweise durch Betätigen eines entsprechenden, hier nicht näher beschriebenen Schalters oder durch einen entsprechenden, hier nicht näher beschriebenen Softwarebefehl, oder automatisch durch ein bestimmtes Ereignis, beispielsweise durch einen abgeschlossenen Wechsel der Spannungsquelle 7 - Schritt 104 - , auf den folgend die Software des Fußschalters hochfährt - Schritt 106.
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Der Beginn des Prüfzyklus wird markiert durch das langsame Blinken der Kontrolllampe 13 - Schritt 108. Zunächst werden im Schritt 110 die Außentemperatur durch einen geeigneten Sensor und die Innentemperatur durch den Sensor 17 gemessen. Ferner wird der Benutzer durch das Blinken der Kontrolllampe 13 aufgefordert, mindestens eine der Tastschalter-Baugruppen 4 zu betätigen und deren Taste gedrückt zu halten, woraufhin die Kontrolllampe 13 kontinuierlich zu leuchten beginnt - Schritt 112.
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Hiermit beginnt Schritt 114, der Teil 1 der Messung des Druckverlaufs im Schalterinneren durch den Drucksensor 15. Nach der für den Teil 1 der Druckverlaufsmessung vorgegebenen Zeitdauer erlischt die Kontrolllampe 13, wodurch der Benutzer aufgefordert wird, die Taste der Tastschalter-Baugruppe 4 freizugeben. Daraufhin beginnt die Kontrolllampe 13 erneut kontinuierlich zu leuchten - Schritt 116 -, womit Schritt 118 beginnt, der Teil 2 der Messung des Druckverlaufs im Schalterinneren durch den Drucksensor 15. Nach der für den Teil 2 der Druckverlaufsmessung vorgegebenen Zeitdauer erlischt die Kontrolllampe 13 wiederum. Damit ist die Druckverlaufsmessung beendet - Schritt 120. In Schritt 122 werden erneut analog zu Schritt 110 Außen- und Innentemperatur gemessen und mit den Werten aus Schritt 110 verglichen. Eventuelle Unterschiede in diesen Werten werden herangezogen, um ggf. den gemessenen Druckverlauf anzupassen, zu korrigieren oder zu gewichten. Danach wird in Schritt 124 geprüft, ob der Druckverlauf den vorgegebenen Kriterien (siehe 6 und 7) genügt oder nicht.
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Ist dies nicht der Fall, wird der Fußschalter 1 in Schritt 130 als undicht bewertet. Um dies anzuzeigen, beginnt die Kontrolllampe 13 schnell zu blinken - Schritt 134 -, und der Prüfzyklus endet mit Schritt 138.
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Ist hingegen der Druckverlauf gemäß Schritt 124 in Ordnung, erfolgt in Schritt 126 eine Messung der Feuchte des Inneren des Fußschalters 1 durch den Feuchtesensor 16.
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In Schritt 128 wird die gemessene Feuchte mit einem vorgegebenen Maximalwert verglichen, wobei dieser Maximalwert beispielsweise 80 % relative Feuchte oder darüber, insbesondere aber 90 % relative Feuchte oder darüber betragen kann. Überschreitet die gemessene Feuchte den vorgegebenen Maximalwert, wird davon ausgegangen, dass Feuchte oder Flüssigkeit ins Innere des Fußschalters eingedrungen ist, woraufhin der Fußschalter in Schritt 130 als undicht angesehen wird. Um dies anzuzeigen, beginnt die Kontrolllampe 13 schnell zu blinken - Schritt 134 -, und der Prüfzyklus endet mit Schritt 138.
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Ist hingegen die Feuchte gemäß Schritt 128 in Ordnung, wird der Fußschalter 1 in Schritt 132 als dicht bewertet. Dies wird dadurch angezeigt, dass die Kontrolllampe 13 in Schritt 136 erlischt, und der Prüfzyklus endet mit Schritt 138.
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6 zeigt einen Verlauf 200 des Innendruckes eines Fußschalters nach 1-4 während eines Prüfzyklus nach 5 bei dichtem Fußschalter. Die übrigen Bezugszeichen entsprechen den Schritten des Ablaufdiagrammes nach 5. Am Beginn, der zeitlich den Schritten 108 und 110 entspricht, weist der Gehäuseinnendruck den Ausgangswert po auf. Sobald ab Schritt 112 die Tastschalter-Baugruppe 4 betätigt und deren Taste gedrückt gehalten wird, nimmt der Druck einen im Wesentlichen gleichbleibenden höheren Wert an.
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Wird am Ende des Teiles 1 der Druckverlaufsmessung - Schritt 114 - die Tastschalter-Baugruppe 4 wieder freigegeben, fällt bei im Wesentlichen dichtem Fußschalter 1 der Innendruck im Wesentlichen wieder auf den Ausgangsdruck p0 ab und bleibt im Verlauf des nach Schritt 116 beginnenden Teiles 2 der Druckverlaufsmessung - Schritt 118 - sowie danach im Wesentlichen auf diesem Wert.
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Ein derartiger Druckverlauf wird in Schritt 124 als „in Ordnung“ bewertet.
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7 zeigt einen Verlauf 300 des Innendruckes eines Fußschalters nach 1-4 während eines Prüfzyklus nach 5 bei undichtem Fußschalter. Die übrigen Bezugszeichen entsprechen den Schritten des Ablaufdiagrammes nach 5. Am Beginn, der zeitlich den Schritten 108 und 110 entspricht, weist der Gehäuseinnendruck den Ausgangswert p0 auf. Sobald ab Schritt 112 die Tastschalter-Baugruppe 4 betätigt und deren Taste gedrückt gehalten wird, nimmt der Druck zunächst einen höheren Wert an, fällt jedoch mit der Zeit abhängig von der Stärke der Undichtheit mehr oder weniger stark ab.
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Wird am Ende des Teiles 1 der Druckverlaufsmessung - Schritt 114 - die Tastschalter-Baugruppe 4 wieder freigegeben, fällt bei undichtem Fußschalter 1 der Innendruck ungefähr um den Betrag des anfänglichen Druckanstiegs auf einen Druck unterhalb von p0 ab, um sich dann im Verlauf des nach Schritt 116 beginnenden Teiles 2 der Druckverlaufsmessung - Schritt 118 - mit der Zeit abhängig von der Stärke der Undichtheit mehr oder weniger stark wieder dem Ausgangsdruck p0 anzunähern.
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Überschreitet der Druckabfall im Schritt 114 bzw. der Druckanstieg im Schritt 118 einen hier nicht dargestellten vorgegebenen Grenzwert, wird der Druckverlauf in Schritt 124 als „nicht in Ordnung“ bewertet.
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Neben dem hier angeführten Ausführungsbeispiel sind für die Durchschnittsfachkraft auch andere Ausführungsformen des Verfahrens naheliegend. So kann die zu Prüfzwecken vorgenommene Druckerhöhung im Gehäuseinneren statt durch die Verkleinerung des Innenvolumens durch eine Erhöhung der Innentemperatur erzeugt werden, beispielsweise durch die Erwärmung eines im Inneren angeordneten Akkumulators während des Ladevorgangs. Die Erwärmung bedingt rechnerisch eine Erhöhung des Innendruckes entsprechend der allgemeinen Gasgleichung. Abweichungen hiervon lassen auf eine Undichtheit schließen. Eine gesonderte Feuchtemessung kann auch hier zusätzlich erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fußschalter
- 2
- Gehäuse
- 3
- Pedal
- 4
- Tastschalter-Baugruppe
- 5
- Spannungsquellenfach
- 6
- Deckel für Spannungsquellenfach
- 7
- Spannungsquelle
- 8
- Bodenplatte
- 9
- Tastschalter
- 10
- Taste
- 11
- Gehäuseöffnung
- 12
- Kalotte
- 13
- Kontrolllampe
- 14
- Leiterplatte
- 15
- Drucksensor
- 16
- Feuchtesensor
- 17
- Temperatursensor
- 100
- Ablaufdiagramm
- 101-199
- Verfahrensschritte
- 200
- Druckverlauf bei im Wesentlichen dichtem Fußschalter
- 300
- Druckverlauf bei undichtem Fußschalter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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