Hermetisch dichte Produkte - Einführung

In vielen Industriezweigen werden Produkte hergestellt, die während der Fertigung hermetisch dicht verschlossen werden und von denen eine mehr oder weniger gute Dichtigkeit gefordert wird. Hermetisch dicht bedeutet dabei, dass das Produkt eine Umhüllung besitzt, die keine Zugriffsmöglichkeit auf den Innenraum bietet. Bei diesen Produkten handelt es sich typischerweise um kleine oder sehr kleine Teile. Als Beispiele seien genannt:

Da zumeist kleine Lecks nachgewiesen werden müssen, ist eine ausreichend lange Bombingzeit erforderlich, damit genügend Testgas durch das Leck strömen kann. Auch bei nachträglicher Testgasbeaufschlagung ist eine maximale Wartezeit zwischen "bombing" und der Dichtheitsprüfung einzuhalten, damit das zuvor eingebrachte Testgas nicht schon vor der Prüfung entweicht. Die eigentliche Dichtheitsprüfung hermetisch dichter Produkte in der Serienfertigung findet in Form eines Vakuumtests statt. Die Teile werden in eine Kammer eingesetzt. Diese wird dicht verschlossen und die Luft mit einer Vakuumpumpe bis zu einem niedrigen Druck entfernt. Im abgepumpten Gasstrom können winzige Spuren des Testgases Helium mit einem Massenspektrometer-Lecktestgerät nachgewiesen und somit die Leckrate bestimmt werden.

Helium-Lecktestgerät ASM1002 speziell ausgelegt für die Serienprüfung kleiner Prüfobjekte

Wenn die Teile ausreichend lange "gebombt" oder während der Montage mit 100 % Helium befüllt wurden, so liefert der Vakuumtest für kleine Lecks ein proportionales Leckratensignal, d. h. je größer das Leck, desto größer das Messsignal. Bei großen Lecks verkehrt sich diese Tendenz in ihr Gegenteil: je größer das Leck, desto kleiner ist das Messsignal. Dies liegt daran, dass mit zunehmender Leckgröße ein erheblicher Teil des Prüfgases noch vor der Leckprüfung verloren geht. Das Prüfgas entweicht während der Wartezeit zwischen "bombing" und Prüfung sowie während des Abpumpens vor dem eigentlichen Vakuumtest. Für hinreichend große Lecks liefert die Messung daher ein zur wirklichen Leckrate umgekehrt proportionales Ergebnis. In Diagramm 1 sind diese Verhältnisse dargestellt: auf der horizontalen Achse ist die wahre Leckrate dargestellt, auf der vertikalen die bei der Prüfung angezeigte. Für kleine Lecks erkennt man den proportionalen Anstieg der angezeigten mit der wahren Leckrate. Es folgt ein Umschlag der Kurve und ein steiler Abfall der gemessenen Leckrate wenn die tatsächlichen Lecks größer werden.

Diagramm 1: Angezeigte Leckrate als Funktion der wirklichen Leckrate eines kleinen, hermetisch dichten Produktes

Große Lecks sind für die Funktionssicherheit eines hermetisch dichten Produktes natürlich weniger akzeptabel als kleine Lecks. Daher sollte bereits bei der Konstruktion darüber nachgedacht werden, wie dicht ein hermetisch dichtes Teil sein muss. Zu Recht verbietet die DIN EN 1779 die Spezifikation der Leckrate "Null". Mit der schlichten Angabe "dicht" oder der mutmaßlich verschärften Version "absolut dicht" ist es also nicht getan. Vielmehr ist bei der Konstruktion festzulegen, wie undicht das Produkt maximal sein darf, damit seine Funktion über die erwartete Lebensdauer gewährleistet werden kann. Doch damit nicht genug – wie aus Diagramm 1 zu ersehen ist, gehören zu einem Messwert immer zwei mögliche Lecks: ein kleines und ein großes; die Dichtheitsprüfung ist also nicht eindeutig. Insbesondere das große Leck verdient Aufmerksamkeit, denn es stellt sich natürlich sofort die Frage, wie noch größere Lecks erkannt werden können. Schließlich möchte man nicht mit beachtlichem Aufwand eine Dichtheitsprüfung in der Fertigung vornehmen, um die wirklich großen Lecks erst in Form einer möglicherweise kostspieligen Kundenreklamation wahrzunehmen.

Mit den Fragen:

• Was ist ein kleines, was ein großes Leck?
• Wie weit reicht die Bombimg-Prüfung?
• Wie kann man lückenlos hermetisch dichte Produkte prüfen?

werden wir uns in weiteren Artikeln auseinander setzen. Außerdem bereiten wir Beispiele aus der Praxis vor, die den erfolgreichen Test hermetisch dichter Teile veranschaulichen.

Der Autor:

Dr. Falk Braunschweig
Product Manager Vacuum Gauges

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