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Bauteilprüfung

Dichtheitsprüfung mittels Wise-Technology-Prinzip

| Autor/ Redakteur: Dr. Jochen Puchalla / Thomas Günnel

Kraftstoffe entweichen aufgrund ihrer geringen Dichte auch durch kleinste Risse und Löcher – die Dichtheitsanforderungen an Tanks sind entsprechend hoch. Solche Undichtigkeiten zu prüfen, war bisher sehr aufwendig. Eine neue Methode soll das ändern.

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Der hochsensible Sensor kann Konzentrationsanstiege von 25 ppb oder 0,025 ppm sicher auflösen.
Der hochsensible Sensor kann Konzentrationsanstiege von 25 ppb oder 0,025 ppm sicher auflösen.
(Inficon)

Vergleichbare Dichtheitsanforderungen wie bei Kraftstofftanks gelten heute für eine Vielzahl anderer Flüssigkeitsbehälter in Automobilen und Motorrädern: für Schmierstoffe, Kühl- und Wischwasser, Bremsflüssigkeit oder das Kältemittel der Klimaanlage. Lange Zeit wurden die meisten dieser Behältnisse entweder im Wasserbad oder mit der Druckabfallmethode auf ihre Dichtheit geprüft. Beide Methoden zeichnen sich zwar durch vergleichsweise niedrige Investitionskosten aus, sind aber nur bis zu einer Nachweisgrenze von 10-2 bis 10-3 mbar l/s einsetzbar.

Blasenprüfung zu ungenau

Mit der Blasenprüfung in Wasser lassen sich kleinere Lecks nicht messen: Aufgrund der hohen Oberflächenspannung von Wasser erfolgt keine Blasenbildung. Bei Klimaanlagen-Komponenten oder Kraftstofftanks liegt die Grenzleckrate mittlerweile allerdings bei einem Wert von 10-5 mbar l/s. Bei Einspritzventilen sind es immerhin 10-4 mbar l/s. Die klassischen Dichtheitsprüfmethoden reichen in der Automobilindustrie folglich nicht mehr aus.

Differenzdruck-Prüfung

Bei der Druckabfallmethode (oder Differenzdruck-Prüfung) wird der Prüfling mit einem bestimmten Luftdruck beaufschlagt. Bei einem Leck fällt der Druck ab – und diese Differenz ist messbar. Der Druck ändert sich aber je nach Temperatur erheblich. Etliche Kunststoffbehälter und -komponenten im Fahrzeugbau kommen direkt aus der Fertigung – sind also noch warm. Bei der Beaufschlagung von Kunststoff-Prüfteilen kommt hinzu, dass sich über den Prüfzeitraum der Prüfling plastisch verformt: Das Volumen steigt, und der Druck im Prüfteil sinkt. Eine zuverlässige Messung kleiner Leckraten ist so kaum möglich.

Kostspieliges Hochvakuum

Am anderen Ende der Skala stehen Prüfverfahren, die Leckagen mit Helium als Prüfgas und mit einem Massenspektrometer nachweisen. Zwar lassen sich damit geringste Mengen Helium und kleinste Leckraten nachweisen (10-11 mbar l/s). Die Detektion des ausströmenden Heliumgases mit einem Massenspektrometer erfordert allerdings zwingend ein Hochvakuum. An dieser Stelle wird es kostspielig: Hochdichte Vakuumkammern und leistungsfähige Pumpen, die dieses Vakuum erzeugen können, sind aufwendig herzustellen und zu betreiben. Das Verfahren ist dann sinnvoll, wenn sehr schnell kleinste Leckraten nachgewiesen werden sollen. Die Prüfung dauert nur wenige Sekunden, und die Anlagen sind so hoch entwickelt, dass sie auch bei stetig steigender Heliumkonzentration über mehrere Prüfzyklen hinweg noch optimale Nachweise liefern.

Zu hoher Differenzdruck für Kunststoffe

Für die obige Aufgabe sind sie allerdings nicht geeignet, da der Nachweis um den Faktor Tausend zu empfindlich ist und die Anschaffungs- und Betriebskosten in keinem Verhältnis zum Nutzen stehen. Die Evakuierung der Kammer auf Hochvakuum bedeutet für den Prüfling außerdem immer einen Differenzdruck von über einem Bar – zu viel für einige Kunststoffteile. Sie sind für solche Drücke nicht ausgelegt und würden explodieren, platzen oder reißen.

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