Dichtheitsprüfverfahren

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.

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.

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.

Umrechnungstabelle für Druckeinheiten

*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.

Die verschiedenen Dichtheitsprüfverfahren

1.) Dichtheitsprüfverfahren mit Überdruck

2.) Dichtheitsprüfverfahren mit Unterdruck