Allgemein

Was ist ein Dichtheitsprüfverfahren?

In der metall- und kunststoffverarbeitenden Industrie besteht in vielen Fällen die Forderung nach einer Qualitätskontrolle im Hinblick auf die Dichtheit der hergestellten Teile, dafür werden verschiedene Dichtheitsprüfverfahren und entsprechende Dichtheitsprüfgeräte angewendet.

 

Hohlkörper verschiedenster Art (Ventile, Rohre, Zylinderköpfe u.a.), die Funktion der Medientrennung (Luft, Wasser, Öl usw.) zu erfüllen haben, sind auf eventuelle Leckagen hin zu überprüfen.

 

Für den jeweiligen Anwendungsfall wurden im Laufe der Jahre unterschiedliche Verfahren zur Dichtheitsprüfung entwickelt. Sie reichen vom wassergefüllten Tauchbecken bis zur Massenspektrometrie, die Leckagen in der Größenordnung von 10-6 cm³ Gas/min erkennen können. Die Entscheidung für ein bestimmtes Dichtheitsprüfverfahren ist abhängig von der konstruktiven Ausbildung des Werkstücks, der zulässigen Leckage, der geforderten Genauigkeit sowie der Geschwindigkeit und Wirtschaftlichkeit der Prüfeinrichtung.

 

Dichtheitsprüfverfahren - Anfrage

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Grundlagen

Grundlagen von Dichtheitsprüfverfahren

Für die automatische Dichtheitsprüfung von Serienteilen in der Automobilindustrie hat sich wegen ihrer hohen Wirtschaftlichkeit die Prüfung mit Druckluft, insbesondere das Differenzdruckverfahren, gut bewährt. Dieses Dichtheitsprüfverfahren erfüllt die wichtigsten Anforderungen an eine Produktionsprüfeinrichtung:

 

  • Genauigkeit und Zuverlässigkeit
  • objektive Qualitätsaussage
  • Wirtschaftlichkeit
  • kurze Prüfzeiten
  • schonende Werkstückbehandlung
  • einfache Integration in verkettete Produktionsabläufe

 

Unter bestimmten Einsatzbedingungen (kurze Taktzeiten, große Volumina, hohe Prüfdrücke, Temperaturschwankungen der Werkstücke und der Prüfluft) ist die Verwendung von Differenzdruckprüfgeräten jedoch nicht unproblematisch. Ändert sich beispielsweise während der Messphase die Temperatur der Prüfluft im Werkstück, so ändert sich proportional dazu der Druck, und das Messergebnis ist somit kein Maß für die wahre Undichtigkeit des Werkstückes. Dies könnte dazu führen, dass fehlerhafte Bauteile unerkannt bleiben und dem Kunden bereits nach wenigen Betriebsstunden Anlass zu Reklamationen geben. Andererseits würden makellose Bauteile einer kostenintensiven und zeitaufwendigen Nachbehandlung (Abdichtvorgang) unterzogen werden müssen.

 

 

 

Dichtheit

Was bedeutet Dichtheit?

Der Begriff Dichtheit ist eine relative Größe. Sie hängt von den Anforderungen an den auf Dichtheit zu prüfenden Prüfling ab. Weil es absolute Dichtheit genau genommen nicht gibt (z.B. Diffusion durch den Werkstoff), muss ein werkstückbezogener Grenzwert als Beurteilungskriterium für die Dichtheit herangezogen werden.

 

Die Festlegung eines solchen Grenzwertes bereitet in der Regel Schwierigkeiten, da es hierfür keine allgemeingültige Berechnungsformel, sondern nur Erfahrungswerte aus ähnlichen Anwendungsfällen gibt. Der Grenzwert, auch Grenzleckage genannt, wird je nach Dichtheitsprüfverfahren, Einsatzgebiet oder Branche in unterschiedlichen Maßeinheiten angegeben. In der Vakuumtechnik wird heute die Dimension 1 mbar*L*s-1 benutzt.

 

1 mbar*L*s-1 ist die Gasmenge, die in einem Volumen von 1 l eine Druckänderung von 1 mbar innerhalb von 1 s hervorruft.

 

Die Dichtheitsprüfung mit Gasen (Luft) basiert auf der geringen Viskosität des verwendeten Testmediums. Medien mit höherer Viskosität können Mikroporositäten des Prüfkörpers nicht oder nur in einem praktisch unbedeutenden Maße durchdringen.

 

In der nachfolgenden Tabelle sind die für Druck und Leckagen gebräuchlichen Maßeinheiten und deren Umrechnungsfaktoren angegeben.

 

 

 

Umrechnung

Umrechnungstabelle für Druckeinheiten

Einheit Kurzzeichen Faktor zur Umrechnung in
    Pa bar mbar mmWS*
Pascal Pa 1 0,00001 0,01 0,101972
Bar bar 100.000 1 1.000 10.197,16
Millibar mbar 100 0,001 1 10,1972
Millimeter Wassersäule mmWS 9,80665 0,0000980665 0,0980665 1
Physikal. Atmosphäre atm 101.325 1,01325 1.013,25 10132,5

 

*nach Einheitensystem nicht mehr zulässig

 

 

 

Die Methoden der Dichtheitsprüfverfahren kann man in zwei Gruppen unterteilen:

 

  • Überdruckprüfung
  • Unterdruck-(Vakuum-)prüfung

 

Als Unterscheidungsmerkmal dient der Druck im Prüfling, je nachdem, ob er größer oder kleiner als der Atmosphärendruck ist.

 

 

 

Verfahren

Die verschiedenen Dichtheitsprüfverfahren

 

1.) Dichtheitsprüfverfahren mit Überdruck

 

Bubble-Methode (Blasentest)

Bei der Bubble-Methode handelt es sich um die einfachste und älteste Methode der Dichtheitsprüfverfahren für Serienteile. Die Prüfeinrichtung besteht aus einem Tauchbecken, einer Vorrichtung und einem Druckregler.

 

Absolutdruckverfahren

Bei diesem Prüfverfahren läuft die Dichtheitsprüfung in drei Phasen ab: Füllen, Ausgleichen, Messen. Das Dichtheitsprüfverfahren lässt sich als Durckabfall- und als Druckanstiegs-Methode anwenden.

 

Differenzdruckverfahren

Das Differenzdruckverfahren hat große Ähnlichkeit mit dem Absolutdruckverfahren. Das Hauptunterscheidungsmerkmal bildet der Messwertaufnehmer in Form von zwei durch eine Membran getrennten Kammern. Bewegungen der Membran und somit der Differenzdruck können gemessen werden.

 

Pneumatische Durchflusssysteme

Bei der Dichtheitsprüfung nach der Durchflussmethode wird das Werkstück durch eine Vorrichtung abgedichtet und mit einem Prüfdruck beaufschlagt. Die Zuleitung wird durch ein Ventil geschlossen. Ein darin verbautes Strömungselement ermittelt einen möglichen Luftstrom, falls Luft an einem Leck des Prüflings entweicht.

 

Schnüffelmethode

Verwendet man anstelle von Luft für spezielle elektrische Messprinzipien besonders geeignetes Gas (bspw. Helium) oder eine Mischung von Luft und solchem Gas, dann besteht die Möglichkeit eines Nachweises durch Abschnüffeln.

 

2.) Dichtheitsprüfverfahren mit Unterdruck

 

Druckanstiegsmethode

Bei diesem Dichtheitsprüfverfahren wird mit Hilfe einer Vakuumpumpe oder eines Vakuum-Pumpsatzes der Prüfling evakuiert. Anschließend wird durch ein Ventil das Prüfobjekt von der Pumpe getrennt. Leckagen können dann zu einem Druckanstieg im Prüfling führen.

 

Vakuum-Lecksuche mit Leckdetektoren

Bei der Vakuum-Lecksuche unterscheidet man zwischen der lokalen und der integralen Lecksuche. Bei beiden Methoden kommen Schnüffelmethoden mit gasspezifischen Detektoren zum Einsatz.

 

Dichtheitsprüfverfahren - Anfrage

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