Prüfung sicherheitsrelevanter hermetisch dichter Werkstücke
Die Dichtheitsprüfung im Vakuum mit dem Edelgas Helium hat sich in vielen Produktionslinien als Standard-Prüfmethode etabliert. Das Verfahren ist unabhängig vom Bediener, leicht automatisierbar und hinterlässt im Gegensatz zur Wasserbadprüfung keine nassen Werkstücke. Im modernen Kraftfahrzeug werden zahlreiche Bauteile eingesetzt, die mit dieser Methode geprüft werden, z. B. Wärmetauscher und Generatoren für Klimaanlagen, Komponenten des Kraftstoffsystems, Sensoren, Einspritzdüsen und Elektronik-Baugruppen. Die Testzeiten für diese Komponenten liegen typischerweise bei 20 bis 60 Sekunden. Die geforderte Dichtigkeit entspricht z. B. bei Klimaanlagen einer Verlustrate von nur ca. 3 Gramm Kältemittel pro Jahr, d. h. während der Testzeit würden nur 2 Mikrogramm verloren gehen.
Zur Prüfung werden die Werkstücke in eine Testkammer gesetzt. Der Innenraum des Werkstücks wird mit Helium befüllt während in der Testkammer ein Vakuum erzeugt wird. Durch ein eventuell vorhandenes Leck gelangt das Helium ins Vakuum und wird dort mit einem Detektor nachgewiesen.
Zur Sicherheit: Pyrotechnik …
Viele Produkte gestatten es nach der Herstellung der äußeren Umhüllung nicht, das Testgas über einen Anschluss in den Innenraum einzufüllen. Solche Teile bezeichnet man als hermetisch dicht, da sie nicht dafür vorgesehen sind, mit anderen Bauteilen über Schläuche oder Rohre verbunden zu werden. Meist handelt es sich um kleine oder sehr kleine Produkte wie elektronische Bauteile oder Sensoren.
Auch die in Airbags eingesetzten Gasgeneratoren und die darin enthaltenen Airbag-Anzünder zählen zu den hermetisch dichten Produkten. Beide Bauteile enthalten pyrotechnische Treibmittel, die im Falle einer Zündung in Bruchteilen einer Sekunde die erforderliche Gasmenge zum Aufblasen des Luftsacks liefern. Luftfeuchtigkeit kann die Funktion der Treibmittel beeinträchtigen, daher ist die Dichtigkeit dieser Produkte enorm wichtig. Der Lebensretter Airbag soll schließlich auch noch nach Jahren bei extremen Klimawechseln im entscheidenden Moment zuverlässig funktionieren.
Bombing …
Wie kann nun das Testgas in ein hermetisch dichtes Bauteil eingefüllt werden? Es ist naheliegend, Helium bereits während der Montage in Anzünder oder Gasgenerator einzubringen und den Test nach dem endgültigen Verschließen im Vakuum vorzunehmen. Dabei ist jedoch Vorsicht geboten: Ein Teil mit großem Leck könnte zwischen Befüllung und Test das gesamte Testgas verlieren und würde dann in der Dichtheitsprüfung als I. O. bewertet werden, da kein Helium in der Prüfkammer nachweisbar ist.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die fertigen Teile in einer Druckkammer mit Helium zu beaufschlagen (Bombing). Dabei tritt das Testgas durch eventuell vorhandene Lecks in das Bauteil ein und kann anschließend im Vakuumtest nachgewiesen werden. Auch beim Bombing ist darauf zu achten, dass in der Zeit zwischen Abdrücken und Vakuumtest das Testgas nicht durch große Lecks vollständig verloren geht.
… und Prozesseignung
Bei der Leckprüfung hermetisch dichter Produkte kann der selbe Messwert entweder sehr große oder sehr kleine Leckagen bedeuten. Ein grob undichtes Teil kann wegen des schnellen Verlustes des Testgases ein sehr kleines Testgassignal liefern und damit fälschlicherweise zum Testresultat „DICHT“ führen. Wegen dieser möglichen Zweideutigkeit erfordert das Verfahren eine sehr sorgfältige Ausarbeitung und detaillierte Produkt- und Testmethodenkenntnisse.
Der Fertigungsprozess von sicherheitsrelevanten Produkten wie Airbag-Anzündern oder Gasgeneratoren muss daher von der Befüllung mit Testgas über das Verschließen durch unlösbare Verbindungen bis zur Vakuumprüfung in seinem Zeitablauf genau überwacht werden. Die untere und die obere Nachweisgrenze sind zu ermitteln. Durch geeignete Bombingparameter können ggf. getrennte Grob- und Feinleckprüfungen durchgeführt werden. Diese beiden Tests müssen sich ausreichend überdecken, damit ein großer durchgängiger Leckratenbereich nachgewiesen werden kann. Der Groblecktest läßt sich in der Regel bis auf Lecks ausdehnen, die auch mit anderen Verfahren nachweisbar sind, z. B. durch eine optische Schweißnahtkontrolle.
Die Vakuum-Prüfung mit dem Testgas Helium gewährleistet so zuverlässig die Dichtheit der hermetisch verschlossenen Airbag-Anzünder und Gasgeneratoren. Dabei hält die Prüfung Schritt mit den hohen Produktionsraten dieser Bauteile, die Testzeiten bis herab zu zwei Sekunden verlangen.
Der Autor:
Dr. Falk Braunschweig
Product Manager Vacuum Gauges
Informieren Sie sich hier über unsere Lecksuch-Seminare