Wie werden Helium-Lecksucher bei industriellen und integralen Prüfungen verwendet?

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Vakuumhüllenprüfung – integrale Dichtheitsprüfung

Vakuumhüllenprüfungen sind integrale Dichtheitsprüfungen mit Helium als Prüfgas. Dabei wird der Prüfling entweder in einem starren Gehäuse (normalerweise aus Metall) oder in einer leichten Kunststoffhülle eingeschlossen. Das Helium, das in den Prüfling eintritt oder ihn verlässt (je nach Art des Tests), wird an einen Helium-Lecksucher weitergeleitet, wo es gemessen wird. Hüllentests werden entweder mit Helium-Überdruck im Prüfling (Abb. 5.4c) oder mit evakuiertem Prüfling (Abb. 5.4a) durchgeführt. In beiden Fällen kann es notwendig sein, den Wert der Heliumanreicherung (Anreicherung) in die Helium-Standard-Leckrate umzurechnen.

Abb. 5.4 Dichtheitsprüfverfahren und Terminologie

a: Integrale Dichtheitsprüfung; Vakuum im Prüfling
b: Lokale Dichtheitsprüfung; Vakuum im Prüfling
c: Integrale Dichtheitsprüfung (Anreicherung des Prüfgases im Gehäuse); unter Druck stehendes Prüfgas im Prüfling
d: Lokale Dichtheitsprüfung; unter Druck stehendes Prüfgas im Prüfling

Hüllenprüfung – mit Helium-Überdruck im Prüfling

Hüllenprüfung mit Konzentrationsmessung und anschließender Leckratenberechnung

Zur Bestimmung der Gesamtundichtheit eines Prüflings unter Helium-Überdruck wird er in eine starre oder verformbare (Kunststoff-)Hülle eingeschlossen. Das aus den Lecks austretende Prüfgas sammelt sich an, sodass die Heliumkonzentration in der Hülle ansteigt. Nach einer festzulegenden Anreicherungszeit (Standzeit) wird mit einem an das Helium-Lecksuchgerät angeschlossenen Schnüffler die Konzentrationsänderung in der Hülle gemessen. Die Gesamtleckrate (integrale Leckrate) kann nach Kalibrierung der Testkonfiguration mit einer Referenzkonzentration, z. B. atmosphärischer Luft, berechnet werden. Diese Methode erlaubt den Nachweis kleinster Gesamtundichtheiten und ist besonders für die automatisierte Industrie-Dichtheitsprüfung geeignet. Aufgrund der Gasakkumulation verschieben sich die Grenzwerte für normale Schnüffeltechniken in Richtung geringerer Leckraten, und die Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Luftströmung und Schnüffelgeschwindigkeit verlieren an Einfluss. Bei Verwendung von Plastikhüllen muss bei langen Anreicherungszeiten die He-Permeation durch die Plastikhülle beachtet werden.

Direkte Messung der Leckrate mit dem Lecksucher – starre Hülle

Bei Einbau des unter Helium-Überdruck stehenden Prüflings in eine starre Vakuumkammer, die mit einem Helium-Lecksucher verbunden ist, kann die integrale Leckrate direkt am Lecksucher abgelesen werden.

Hüllenprüfung mit evakuiertem Prüfling

Hülle = „Kunststoffzelt“

Der evakuierte Prüfling wird von einer leichten (Kunststoff-)Hülle umgeben, die dann mit Helium gefüllt wird, nachdem die atmosphärische Luft entfernt wurde. Bei Verwendung einer Plastiktüte als Hülle sollte diese vor dem Befüllen mit Helium gegen den Prüfling gepresst werden, um so viel Luft wie möglich herauszudrücken und die Messung mit einer möglichst reinen Heliumfüllung durchzuführen. Die gesamte Außenfläche des Prüflings kommt mit dem Prüfgas in Kontakt. Wenn Prüfgas durch Lecks in den Prüfling eindringt, wird die integrale Leckrate angezeigt, unabhängig von der Anzahl der Lecks. Außerdem ist bei der Wiederholung von Prüfungen in geschlossenen Räumen zu beachten, dass der Heliumgehalt des Raums nach Entfernen der Hülle recht schnell ansteigt. Die Verwendung von Plastiktüten ist daher eher für einmalige Prüfungen an großen Anlagen zu empfehlen. Die hierfür verwendete Plastikhülle wird häufig als „Zelt“ bezeichnet.

Starre Hülle

Die Verwendung eines festen Vakuumbehälters als starre Hülle ist dagegen besser für die Serienprüfung geeignet, wenn eine integrale Prüfung durchgeführt werden soll. Wenn feste Hüllen verwendet werden, ist es auch möglich, das Helium nach der Prüfung zurückzugewinnen.

„Bombing“-Test, „Drucklagerung“

Der „Bombing“-Test dient zur Prüfung der Dichtheit von bereits hermetisch verschlossenen Bauteilen, die einen gasgefüllten, inneren Hohlraum aufweisen. Die Prüflinge (z. B. Transistoren, IC-Gehäuse, Schutzgasrelais, Reed-Kontaktschalter, Schwingquarze, Laserdioden und dergleichen) werden in einen mit Helium gefüllten Druckbehälter gegeben. Bei relativ hohem Prüfgasdruck (5 bis 10 bar) und einer Standzeit von einigen Stunden wird im Innern von undichten Prüflingen eine Prüfgasanreicherung mit Helium erreicht. Dieser Vorgang ist das eigentliche „Bombing“. Zur Dichtheitsprüfung werden die Prüflinge nach dem „Bombing“ in eine Vakuumkammer gebracht und, wie beim Vakuum-Hüllentest beschrieben, auf ihre Gesamtleckrate geprüft. Prüflinge mit großen Lecks verlieren jedoch schon beim Evakuieren der Vakuumkammer ihre Prüfgaskonzentration, sodass sie bei der eigentlichen Dichtheitsprüfung mit dem Lecksucher nicht als undicht erkannt werden. Aus diesem Grund muss vor der Dichtheitsprüfung in der Vakuumkammer ein weiterer Test zur Erfassung sehr großer Lecks durchgeführt werden.

Industrielle Dichtheitsprüfung

Die industrielle Dichtheitsprüfung mit Helium als Prüfgas zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass die Dichtheitsprüfeinrichtungen vollständig in den Fertigungsfluss integriert sind. Konzeption und Aufbau derartiger Prüfeinrichtungen richten sich naturgemäß nach der jeweils zu erfüllenden Aufgabe (z. B. Dichtheitsprüfung von Autofelgen aus Aluminium oder Dichtheitsprüfung von Metallfässern). Wo immer es möglich ist, werden serienmäßig hergestellte, standardisierte Baugruppen verwendet. Die Prüflinge werden über ein Fördersystem der Dichtheits-Prüfanlage (Hüllentest mit starrer Hülle und Über- oder Unterdruck im Prüfling; siehe entsprechende Abschnitte oben) zugeführt. Dort werden sie einzeln mit den integralen Verfahren untersucht und automatisch weiterbefördert. Als undicht erkannte Prüflinge werden zur Seite geschoben.

Was sind die Vorteile der Heliumprüfmethode?

Die Vorteile der Heliumprüfmethode lassen sich aus industrieller Sicht wie folgt zusammenfassen:

Die bei diesem Prozess erkannten Leckraten gehen weit über alle praktischen Anforderungen hinaus.
Die integrale Dichtheitsprüfung, d. h. die Gesamtleckrate für alle Einzellecks, erlaubt auch den Nachweis mikrofeiner und schwammartig verteilter Lecks, die insgesamt zu ähnlichen Leckverlusten führen wie ein größeres Einzelleck.
Prüfverfahren und Prüfablauf können vollständig automatisiert werden.
Die taktmäßige, automatisch ablaufende Prüfsystemkontrolle (Eigenüberwachung) des Gerätes ist eine hohe Prüfzuverlässigkeit sichergestellt.
Helium ist ungiftig und ungefährlich (es müssen keine MAK-Werte zu beachten).
Die Prüfung kann mit Ergebnis und Parametern leicht durch Drucker dokumentiert werden.

Der Einsatz der Helium-Prüfmethode führt zu einer erheblichen Steigerung der Effizienz (Taktzeiten im Sekundenbereich) und zu einer beträchtlichen Steigerung der Prüfsicherheit. Infolgedessen und aufgrund der Anforderungen gemäß EN/ISO 9000 sind die althergebrachten industriellen Prüfmethoden (Wasserbad, Seifenblasentest usw.) inzwischen weitgehend aufgegeben worden.

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