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Dichtheitsprüfung mit Helium als Nachweisgas

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Dichtheitsprüfung mit Helium

Bei der Dichtheitsprüfung  wird mit Hilfe eines zerstörungsfreien Verfahrens ein Bauteil oder ein Kreislauf auf Leckagen geprüft.

Die am meisten eingesetzten Dichtheitskontrollen weisen Leckageraten durch die hier folgenden Prüfmethoden und -verfahren nach: 

  • Druckabfallprüfung (Differential/Absolutdruck)
  • Durchflussprüfung
  • Dichtheitsprüfung mit Helium als Nachweisgas. 

Die Angaben erfolgen in cm3/min oder in mbar*l/s.

Es gibt wenig Prüfmethoden, die in der Lage sind sowohl das Leck zu orten als auch die Leckagerate zu ermitteln:

  • Unterwasser-Sichtprüfung  
  • Schnüffeltest mit Helium.

Der Einsatz von Helium als Nachweisgas zur Leckortung hat sich bereits in den wichtigsten technologieintensiven Industriebereichen als Standardverfahren durchgesetzt. Aufgrund der wachsenden Qualitätsanforderungen erweitern sich die Anwendungsfelder kontinuierlich. 

Warum Helium?
Helium ist nach Wasserstoff das zweitleichteste Element und verfügt über den zweitkleinsten Atomradius.  
Als inertes Edelgas reagiert es nicht mit anderen Gasen oder mit Bauteilkomponenten und ist in der Lage, Leckagen mit einer Leckrate von bis zu 1,0 x 10-11 mbar*l/s nachzuweisen. 
Ferner ist Helium - in normaler Konzentration - ungiftig, farblos, geruchlos, geschmacklos und führt bei der Abgabe in die Umwelt zu keinerlei Problemen. 
Mit einer natürlichen Helium-Konzentration in der Atmosphäre von 5 ppm ist es ideal als Nachweisgas geeignet. Zur Bestimmung der realen Leckrate wird während der Prüfung die Hintergrundkonzentration ermittelt und der Messwert entsprechend korrigiert. 

Funktionsprinzip
Für den Nachweis von Helium werden Massenspektrometer eingesetzt, die die Konzentration des Nachweisgases in ein elektrisches Signal umwandeln. 
Die in das Spektrometer einfließende Luft wird ionisiert und unterschiedlich ausgerichteten Magnetfeldern ausgesetzt. 
Aufgrund der unterschiedlichen Masse der Ionen und der richtigen Ausrichtung der Magnetfelder, wird das Helium von den anderen Ionen separiert und erreicht den Detektor (Nachweisfilament). Die Anzahl der Helium-Atome wird im Detektor in ein elektrisches Signal umgewandelt und mit der eingestellten Gut-/Schlechtgrenze kontinuierlich verglichen. 

Prüfmethoden

Vakuumtest mit Helium  
Beim Vakuumtest mit Helium wird das Bauteil in eine Vakuumkammer eingelegt. Anschließend wird das Prüfvolumen mit Helium befüllt, während in der Vakuumkammer ein Unterdruck erzeugt wird. Das durch eventuelle Leckagen austretende Helium wird über das Vakuumsystem dem Massenspektrometer zugeführt und nachgewiesen. Da die Prüfung automatisch abläuft, ist das Testergebnis objektiv.
Die messbare Leckrate liegt im Bereich von 5,0 x 10-3 mbar*l/s bis 5,0 x 10-8 mbar*l/s.
Diese Messmethode wird in vollautomatisierten Systemen zum Prüfen von Verdampfern, Kondensatoren, Rohren, Schläuchen, Leitungen, Airbags, Kanistern, Benzintanks, Thermostaten u.v.m. eingesetzt.
Schnüffeltest mit Helium
Beim Schnüffeltest steht die Frage nach der Leckortung im Vordergrund. Hierzu wird das Prüfvolumen oder der Testkreislauf mit Helium befüllt. Anschließend wird die Schnüffelsonde des Massenspektrometers manuell oder automatisch per Roboter an den typischen Leckagestellen des Bauteils entlanggeführt, um das Leck zu orten. 
Die messbare Leckrate liegt im Bereich von 5,0 x 10-3 mbar*l/s bis 5,0 x 10-5 mbar*l/s und ist erheblich von der Sorgfalt des Bedieners abhängig.
Dieser Test eignet sich für Komponenten, die nicht in einer Vakuumkammer angeordnet werden können (wie Kühlschränke, Kühlvitrinen für Lebensmittel), oder für die Ortung eines schon mit anderen Methoden detektierten Lecks für Reparaturzwecke. 
Vakuumtest mit Heliumspray
Bei diesem Test wird die Prüfrichtung in der Vakuumkammer umgekehrt. Das Prüfvolumen bzw. der Testkreislauf wird direkt an ein Massenspektrometer angeschlossen und in eine Vakuumkammer gelegt. Über die Vakuumpumpen am Massenspektrometer wird das Bauteil kontinuierlich evakuiert. Das Helium wird in die Prüfkammer eingesprüht, so dass sich die Konzentration in der Kammer auf 100% erhöht. Bei einer Leckage wandert das Helium durch das Leck in das Bauteil und wird am Spektrometer nachgewiesen. 
Die messbaren Leckagen liegen im Bereich von 5,0 x 10-3 mbar*l/s bis 5,0 x 10-8 mbar*l/s.
Dieser Test eignet sich zum Prüfen von Gussteilen auf Porosität oder von Bauteilen, die im Unterdruckbereich betrieben werden, wie z.B. Wasserpumpen. 
"Bombing" Test
Diese Prüfmethode wird bei versiegelten Bauteilen angewandt, wie z.B. bei medizinischen Implantaten oder Glühbirnen, die keinen offenen Zugang zum Testkreislauf aufweisen. Die Prüflinge werden zunächst längere Zeit (z.B. 10 Minuten) in einer "Bombing"-Prüfkammer einem hohen Heliumdruck (40-50 bar) ausgesetzt. Bei einer Leckage kann Helium in das Bauteil eindringen. Anschließend erfolgt die Prüfung nach dem oben beschriebenen Vakuumkammerprinzip, und das eingedrungene Helium tritt aus dem Bauteil wieder aus. 
Die messbare Leckrate liegt im Bereich von 5,0 x 10-2 mbar*l/s bis 1,0 x 10-4 mbar*l/s.

 



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