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Dichtheitsprüfung im Wasserbad
oder mit Prüfgas?
DICHTHEITSPRÜFUNG IM WASSERBAD
Die Dichtheitsprüfung im Wasserbad ist ein visuelles Prüfverfahren. Der Prüfling, etwa eine Verpackung, wird vollständig unter Wasser getaucht. Sind Lecks vorhanden, steigen für den Prüfer sichtbare Luftbläschen auf.
DICHTHEITSPRÜFUNG MIT PRÜFGAS
Die Dichtheitsprüfung mit Prüfgas erfolgt mittels Gassensoren. Der Prüfling, z.B. eine Verpackung muss das definierte Prüfgas enthalten. Sind undichte Stellen, also Lecks vorhanden, wird das entweichende Gas von den Sensoren entdeckt.
WIE LÄUFT DIE DICHTHEITSPRÜFUNG AB?
Anlagen für den Blasentest bestehen aus einem transparenten Wasserbecken, in das ein Prüfling (Verpackung, Bauteil) komplett eingetaucht und durch den Prüfer von allen Seiten auf aufsteigende Luftblasen, d.h. Leaks begutachtet werden kann. Idealerweise sind Halterungen vorhanden, die den Prüfling währenddessen unter Wasser halten.
Die Prüfung funktioniert umso besser, umso größer der Druck im Prüfling im Vergleich zum Umgebungsdruck ist. Dann steigen deutliche Ströme von Luftblasen aus den undichten Stellen zur Wasseroberfläche. Bei wenigen mbar Druckdifferenz verzögert oder verhindert die hohe Oberflächenspannung von Wasser eine Blasenbildung. Massive Werkstücke oder Bauteile werden deshalb für die Unterwasser-Dichtheitsprüfung mit Druckluft beaufschlagt. Umgekehrt ist es auch möglich, den Umgebungsdruck in der Wasserkammer zu verringern: In der verschließbaren Wasserkammer wird dafür der Luftraum über dem Wasser evakuiert.
Für einen kontrollierten Prüfprozess müssen eine immer gleiche Beaufschlagung bzw. Evakuierung sowie Prüfzeit unter Wasser definiert und eingehalten werden. Die visuelle Kontrolle und Aufmerksamkeit des Prüfers ist entscheidend: er muss die aufsteigenden Luftbläschen bemerken und kann so die Position des Lecks am Prüfling feststellen.
Anlagen für den Lecktest mit Prüfgas gibt es zur Stichprobenprüfung sowie als vollautomatisierte Inline-Maschinen zur Prüfung der gesamten Produktion. Dabei werden ein oder mehrere Prüflinge in einer Kammer positioniert, darin ein Vakuum gezogen und das aus Leaks entweichende Prüfgas durch Sensoren detektiert.
Unter Schutzgas verpackte Lebensmittel oder Medizin- und Pharmaprodukte werden häufig auf austretendes CO2 geprüft. Es ist als Teil der Schutzgasatmosphäre bereits in vielen Verpackungen enthalten. Anders bei Werkstücken oder Bauteilgruppen, die speziell mit einem Prüfmedium beaufschlagt werden müssen. Bei extremen Anforderungen an die Dichtheit dienen hier Helium oder Wasserstoff als Prüfgase, die mit ihrer geringen molekularen Größe auch kleinste Leaks passieren. Für Lebensmittelverpackungen ist eine derart feine Prüfung selten nötig. Zudem erschwert der zusätzlich eingebrachte Wasserstoff eine Analyse der Schutzgasatmosphäre auf Restsauerstoff.
Die Dichtheitsprüfung mit Prüfgas ist sehr gut automatisierbar, schließt damit auch eine digitale Dokumentation der Prüfprozesse mit ein. Die Qualitätskontrolle erfolgt unabhängig von einem menschlichen Prüfer und absolut standardisiert. Die Sensoren liefern Messwerte, mit denen eine genaue Leckagerate ermittelt werden kann.
DICHTHEITSKLASSEN
Alle Verpackungsmaterialien und gefügten Bauteile besitzen kleinste Öffnungen, die als undichte Stellen, also Lecks verstanden werden können. Technisch gesehen gibt es die absolute Dichtheit nicht. Ob ein Prüfling „dicht“ oder „undicht“ ist, lässt sich nur mit Bezug auf die vorab definierte Leckagerate sagen. Sie setzt die Grenze zwischen einem tolerierbaren Leck und einer Undichtigkeit, die die Funktion oder Sicherheit des Produkts gefährdet.
Jede Dichheitsprüfmethode hat Vorteile und Nachteile. Es kommt darauf an, was Sie prüfen möchten, wie Sie Dichtheit definieren und wie Sie die Prüfung in Ihre Produktion integrieren.
DICHTHEITSPRÜFUNG IM WASSERBAD
Pro
punktgenaue Lokalisation von Lecks
Schwachstellenanalyse zur Optimierung des Produktionsablaufs (z.B. Nahtstellen, Siegelpunkte, Materialbeschaffenheit, Montagefehler etc.)
teure Werkstücke können gezielt nachbearbeitet werden
Contra
visuelle Kontrolle eines Prüfers ohne genaue Leckrate
evtl. kann der Prüfling nicht zurück in die Produktion (Lebensmittelverpackungen)
regelmäßige Reinigung des Beckens bzw. Wasserwechsel erforderlich
Besonders geeignet
für mittlere bis große Bauteile mit geringer Formkomplexität, z.B. Edelstahlfittings, Kraftstofftanks, Kunststoffteile etc.
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Dicht oder undicht? So finden Sie Ihre Leckagerate
Während z.B. Bauteile eines Verbrennungsmotors nur wasserdicht oder öldicht sein müssen, darf aus Schutzgasverpackungen für Lebensmittel oder Pharmazeutika auch Gas nicht entweichen. Je nach Einsatzzweck können demnach verschieden große Leckagen toleriert werden – d.h. eine Komponente oder eine Verpackung gilt als dicht, sobald sie eine definierte und damit überprüfbare Anforderung an ihre Dichtheit erfüllt.
Das Maß der Dichtheit ist die Leckrate oder Leckagerate. Sie wird in der Einheit mbar l/s angegeben und mit dem Formelzeichen qL abgekürzt. Seltener wird die von Druck und Temperatur unabhängige Einheit des Massenstroms sccm (Standardkubikzentimeter pro Sekunde) zur Angabe der Leckrate genutzt.
Eine Leckagerate von 1 mbar l/s entspricht einem Gasfluss von 1 Liter pro Sekunde bei einem Gasdruck von 1 mbar oder beschreibt, dass in einem geschlossenen 1 Liter Behälter der Druck innerhalb von einer Sekunde um 1 mbar steigt oder fällt. Mit Bezug auf die Leckagerate lassen sich Undichtigkeiten quantitativ erfassen und folgende Dichtheitsklassen definieren:
Leckagerate qL in mbar l/s
Dichtheitsklasse
10-6
Virendicht
10-5
Benzin- und öldicht
10-4
Bakteriendicht
10-3
Dampfdicht
10-2
Wasserdicht (Tropfen)
Die Festlegung eines noch zulässigen Lecks hängt maßgeblich von der Zweckbestimmung des Objektes ab. Ab wann stört eine Leckage die Funktion bzw. bis wann ist ein Leck vernachlässigbar? Hier lohnt sich der Blick auf vergleichbare Anwendungen und Erfahrungswerte aus der Industrie, die Hinweise zur Bestimmung einer Leckrate geben. Ist ein Grenzwert erstmal definiert, lässt sich davon ausgehend eine passende Methode zur Dichtheitsprüfung auswählen.
Auch mehrstufige Verfahren zur Prüfung der Dichtheit können eine wirtschaftliche Lösung sein: Dabei wird zunächst in einer Grobleckprüfung festgestellt, ob der Prüfling annähernd dicht ist. Ist dies der Fall, folgt eine Feinleckprüfung, in der die Leckrate genau ermittelt wird. Das spart unnötige Dichtheitsprüfungen und schont die Messtechnik.
