Prüfanlagen

Qualität durch Präzision

Dichtheitsprüfung

Was ist das?

Dichtheitsprüfung und Dichtheitsprüfanlagen für die Serienproduktion

Bei der Dichtheitsprüfung in der Serienproduktion kommen verschiedene Sensoren zum Einsatz. Ein äußerst wichtiger Punkt ist, dass bei Dichtheitsprüfverfahren nicht selten die Nachweisgrenze des Sensors genannt wird und nicht die Nachweisgrenze oder detektierbare Leckagerate einer Dichtheitsprüfanlage bzw. -vorrichtung. Die Bestimmung der Leckagerate einer Dichtheitsprüfanlage zu nennen, ist immer vom jeweiligen Anwendungsfall und Prüfobjekt abhängig.  Im Folgenden finden Sie zuerst eine Übersicht über die am häufigsten eingesetzten Sensoren sowie deren Nachweisgrenze. Im Anschluss werden die einzelnen Verfahren hinsichtlich des Einsatzes in einer Dichtheitsprüfanlage betrachtet. Es gibt etliche Verfahren im Bereich der Dichtheitsprüfung. Welches das Richtige ist, hängt immer davon ab, um welche Art von Anwendungsfall es sich handelt. Wir zeigen Ihnen im Folgenden, welche verschiedenen Verfahren es gibt und für welchen Anwendungsfall sie geeignet sind. Ebenfalls zeigen wir Ihnen die Definition, Berechnung und Umrechnung von Leckageraten. Haben Sie weitere Fragen zu den verschiedenen Verfahren und Anwendungen. Schreiben Sie uns oder rufen Sie uns direkt an. Gemeinsam finden wir die optimale Lösung für Ihren spezifischen Anwendungsfall.

Verfahren
Helium-Vakuum
Helium-Atmosphäre
Ultraschall
Sensor
Massenspektrometer
z.B. Wise TechnologyTM
Ultraschall-Prüfkopf
Was wird gemessen/detektiert?

Strom 10–15 A

2 ⋅ 10-10 A

Luftblase < 0,1 mm Ø
Nachweisgrenze

10-12  mbar ⋅ l/s

10-6 mbar ⋅ l/s

10-8 mbar ⋅ l/s
(Idealisierte Betrachtung in einem Labormessstand)

Verfahren
Sensor
Helium-Vakuum
Massenspektrometer
Helium-Atmosphäre
z.B. Wise TechnologyTM
Ultraschall
Ultraschall-Prüfkopf
Verfahren
Was wird gemessen/detektiert?
Helium-Vakuum

Strom 10 – 15 A

Helium-Atmosphäre

2 ⋅ 10-10 A

Ultraschall
Luftblase < 0,1 mm Ø
Verfahren
Nachweisgrenze
Helium-Vakuum

10-12  mbar ⋅ l/s

Helium-Atmosphäre

10-6 mbar ⋅ l/s

Ultraschall

10-8 mbar ⋅ l/s
(Idealisierte Betrachtung in einem Labormessstand)

Verfahren
Sensor
Wasserstoff
Halbleitersensor
Druckdifferenz
Drucksensor
Werkerprüfung
Auge
Verfahren
Was wird gemessen/detektiert?
Wasserstoff
Strom
Druckdifferenz
1 – 0,1 Pa
Werkerprüfung
Luftblase  1 mm Ø
Verfahren
Nachweisgrenze
Wasserstoff

10-6 mbar ⋅ l/s

Druckdifferenz

10-4 mbar ⋅ l/s bei 1 Pa, 0,1 l Volumen und 10s

Werkerprüfung

2,6 ⋅ 10-5 mbar ⋅ l/s in 20s

Verfahren
Helium-Vakuum
Helium-Atmosphäre
Ultraschall
Sensor
Massenspektrometer
z.B. Wise TechnologyTM
Ultraschall-Prüfkopf
Was wird gemessen/detektiert?

Strom 10 – 15 A

2 ⋅ 10-10 A

Luftblase < 0,1 mm Ø
Nachweisgrenze

10-12  mbar ⋅ l/s

10-6 mbar ⋅ l/s

10-8 mbar ⋅ l/s
(Idealisierte Betrachtung in einem Labormessstand)

Verfahren
Wasserstoff
Druckdifferenz
Werkerprüfung
Sensor
Halbleitersensor
Drucksensor
Auge
Was wird gemessen/detektiert?
Strom
1 – 0,1 Pa
Luftblase  1 mm Ø
Nachweisgrenze

10-6 mbar ⋅ l/s

10-4 mbar ⋅ l/s bei 1 Pa, 0,1 l Volumen und 10s

2,6 ⋅ 10-5 mbar ⋅ l/s in 20s

Verfahren
Wasserstoff
Druckdifferenz
Werkerprüfung
Sensor
Halbleitersensor
Drucksensor
Auge
Was wird gemessen/detektiert?
Strom
1 – 0,1 Pa
Luftblase  1 mm Ø
Nachweisgrenze

10-6 mbar ⋅ l/s

10-4 mbar ⋅ l/s bei
1 Pa, 0,1 l Volumen
und 10s

2,6 ⋅ 10-5 mbar ⋅ l/s in 20s

Rund um die Leckagerate

Leckrate nach DIN EN 1330-08

Die Leckrate ist der p · V – Durchsatz pro Zeiteinheit eines bestimmten Fluids durch ein Leck unter definierten Bedingungen:
Leckrate qL: p: V: t: Leckrate Druck Volumen Zeit SI-Einheit: Pa · m3/s gängige Einheit: mbar · l/s 1 Pa · 1 m3/s = 10 mbar · l/s
Zu den definierten Bedingungen gehören unbedingt:
pi: Innendruck (absolut)
pa: Außendruck (absolut)
Fluid: z.B.: Luft, He (100%), Wasser, etc.
T: Temperatur

Warum diese Definition?

Für inkompressible Fluide (Flüssigkeiten) gilt in weiten Bereichen ein fester Zusammenhang zwischen Volumen und Masse (Teilchenzahl) über die konstante Dichte:
Leckrate V: m: ρ: Volumen Masse Dichte
Für kompressible Fluide (Gase) variiert das Volumen bei konstanter Teilchenzahl stark mit Druck und Temperatur. Daher ist eine allgemeine Definition über die austretende Stoffmenge (Teilchenzahl oder Masse) besser. Mit der idealen Gasgleichung gilt dann:
oder p: V: N: kB: m: R: T: Druck Volumen Anzahl der Teilchen Boltzmann-Konstante Masse der Teilchen spezielle Gaskonstante Temperatur
Die verschiedenen Verfahren der Dichtheitsprüfung

Helium-Dichtheitsprüfung

Es gibt zwei verschiedenen Verfahren bei der Helium-Dichtheitsprüfung. Zum Einen
die Helium-Dichtheitsprüfung unter Vakuum und zum Anderen die
Helium-Dichtheitsprüfung in Atmosphäre. Während die Detektion des aus dem Leck
ausströmenden Heliumgases mit einem Massenspektrometer in jedem Fall ein
Hochvakuum im Massenspektrometer erfordert (p < 10-4mbar), stehen inzwischen
auch Heliumsensoren zur Verfügung, die kein Vakuum mehr erfordern. Allerdings
können mit dem Massenspektrometer noch weit geringere Mengen Helium nachgewiesen
werden als dies mit anderen Sensoren der Fall ist.

Helium-Dichtheitsprüfung unter Vakuum

Bei diesem Verfahren ist als Sensor ein Massenspektrometer notwendig. Die
Heliumatome werden mit Hilfe eines Elektronenstrahls ionisiert. Die nun
elektrisch geladenen Teilchen werden in einem Magnetfeld auf eine Kreisbahn
gelenkt. Dabei hängt der Radius der Kreisbahn von der Masse der Teilchen ab.
Durch den Schlitz in der Blende gelangen nur Teilchen einer bestimmten Masse.
Diese erzeugen dann einen elektrischen Strom am Detektor.

Messprinzip – Prüfanlage/-vorrichtung
Vakuum-Prüfkammer und Prüfteil werden evakuiert. Dann wird das Prüfteil mit
Helium oder einem He-Gemisch beaufschlagt. Durch das vorher vorhandene Vakuum im
Prüfteil wird eine gleichmäßige Verteilung des Prüfgases erreicht. Nach dem
Erreichen eines bestimmten Vakuum in der Prüfkammer wird das Massenspektrometer
zugeschaltet und die Messung durchgeführt. Mit einer Schnüffelsonde kann die
Leckage evtl. anschließend bei Atmosphäre lokalisiert werden. Da mit der
Schnüffelsonde nur gröbere Leckagen detektiert werden können, kann es durchaus
vorkommen, dass keine Leckage gefunden wird. Eine Alternative zur Leck
Lokalisierung stellt die Nachprüfung im Wasserbad dar.

Helium-Dichtheitsprüfung unter Atmosphäre

Messprinzip – WiseTM-Sensor
Mit Hilfe eines wartungsfreien Helium Sensors (z.B. T-GuardTM) kann
auch bei Atmosphärendruck eine ansteigende Heliumkonzentration in einer
Prüfkammer gemessen werden. Der eigentliche Sensor besteht aus einer nur für
Helium durchlässigen Quarz-Membran und einer permanent evakuierten Glasröhre
(vgl. Röhrenfernseher), sowie einem Anodenring und einer Kathodenplatte. Bei
einer Konzentration von 5ppm Helium fließt ein Strom von 2-10-10A.

Messprinzip – Prüfanlage/-vorrichtung
Mit Hilfe von Ventilatoren oder einer Umwälzung wird im Falle eines Lecks
(Helium strömt in die Kammer) eine möglichst homogene Verteilung in der Kammer
erzeugt. Dies ist erforderlich, da sonst Lecks an unterschiedlichen Stellen sehr
unterschiedliche Messwerte ergeben würden.

Zuverlässiges Lokalisieren und Detektieren der Leckagen

Bei der Ultraschall-Dichtheitsprüfung können Leckagen nicht nur detektiert,
sondern auch mittels optionalem Ultraschall-Blasen-Detektion-System lokalisiert
werden. Dies Verfahren ist gegenüber dem Werker-Wasserbad-Test (der sogenannten
Unterwasser-Sicht-Prüfung) zuverlässiger, da auch kleinste Luftblasen vom
Ultraschall-Blasen-Detektions-System detektiert und lokalisiert werden können,
die für das menschliche Auge kaum oder gar nicht mehr sichtbar sind.

Messprinzip – Sensor
Als Sensor kommt ein Differenzdrucksensor zum Einsatz. Solche Sensoren sind
heute in der Lage Druckunterschiede bis zu 1Pa teilweise sogar bis 0,1Pa
aufzulösen. Der Differenzdrucksensor wird zwischen dem Prüfteil und einem
Referenzvolumen, welches ebenfalls mit dem Prüfdruck beaufschlagt wird,
angebracht.

Messprinzip – Prüfanlage/-vorrichtung
Prüfteil und Referenzvolumen werden mit dem Prüfdruck beaufschlagt. Nach einer
Beruhigungsphase wird die durch ein Leck entstehende Druckdifferenz zwischen
Prüfteil und Referenzvolumen gemessen. Über die Kenntnis der Volumina im
Prüfraum (Prüfteil und Leitungen) kann die Druckänderung in eine Leckagerate
umgerechnet werden. Wenn die Voraussetzungen für eine Differenzdruckprüfung gut
erfüllt sind, ist diese Prüfmethode in der Regel das kostengünstigste und
schnellste Dichtheitsprüfverfahren.

Prüfvolumen
Da nicht die aus dem Leck austretende Gasmenge detektiert wird, sondern die
indirekte Druckänderung, muss berücksichtigt werden, dass ein und dasselbe Leck
bei einem kleinen Volumen eine große Druckänderung bewirkt, bei einem großem
Volumen jedoch nahezu keine Druckänderung. DPLT eignen sich also tendenziell
eher für kleinere Volumen bzw. für hohe zulässige Leckageraten. Temperatur- oder
Volumenänderung während der Messzeit Leider kann eine Druckänderung nicht nur
durch ein Leck hervorgerufen werden. Eine Temperatur- oder eine Volumenänderung
während der Messzeit bewirken ebenfalls eine Druckänderung. Soll eine
Differenzdruckprüfanlage zuverlässig funktionieren, so muss die Druckänderung
aufgrund der geforderten Grenzleckagerate deutlich höher sein, als die
Druckänderung durch die genannten Einflüsse. Schon das Einlegen eines Prüfteils
durch einen Werker kann das Prüfteil erwärmen. Durch die anschließende Abkühlung
kann das Ergebnis stark verfälscht werden.

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