Kompaktes System

Dipl.-Phys. Gerhart Schroff, Dipl.-Ing. Michael Stetter GEMTEC GmbH, Winnenden

Viele der in der industriellen Dichtheitsprüfung am weitesten verbreiteten Prüfverfahren, wie etwa das Differenzdruck- oder das Massendurchflussverfahren stoßen immer häufiger an ihre physikalischen Grenzen. Der Einfluss der Temperatur oder die Elastizität des Prüflings oder der Prüfaufnahme beeinträchtigen dann das Prüfergebnis zunehmend. Sehr häufig wird in diesen Fällen ein beträchtlicher Aufwand getrieben, um dennoch weiter mit diesen Prüfverfahren arbeiten zu können.

Ein wesentlicher Grund hierfür ist sicher in der komplexen und damit kostenintensiven Prozesssteuerung hinsichtlich der Prozessparameter oder des Testgashandlings bei Gasnachweissystemen zu sehen. Der Einsatz von Gasnachweissystemen erforderte vom Anwender unter anderem detaillierte Kenntnisse über das benötigte Prüfvakuum, den Kalibriervorgang, die Handhabung eines Groblecks, oder wie der Prüfablauf ausgelegt werden muss, um beispielsweise eine Anreicherung des verwendeten Testgases in der Prüfeinrichtung vermeiden zu können. Der Einsatz von Gasnachweissystemen war somit weitgehend einigen auf diese Prüfsysteme spezialisierten Sondermaschinenherstellern vorbehalten.

Mit der Integration der Prozesssteuerung, sowie einer konsequenten Erweiterung der für die laseroptischen Dichtheitsprüfsysteme erhältlichen Module ist es nun erstmals gelungen, alle für einen kompletten Prüfablauf notwendigen Funktionen in einem kompakten laseroptischen Dichtheitsprüfsystem zu integrieren.

Die laseroptischen Dichtheitsprüfsysteme von GEMTEC können hierzu mit einem Prozesssteuermodul, einem Kalibriermodul und einem CM-Modul zur Überwachung der verwendeten Testgaskonzentration erweitert werden. Für das Prozesssteuermodul stehen eine Reihe von Standardprüfprogrammen, sowie eine umfangreiche Programmbibliothek zur Visualisierung der einzelnen Prüfparameter, Prüfabläufe und Prüfergebnisse auf der Bedienoberfläche der Prüfanlage zur Verfügung. Die Software wurde dabei so flexibel gehalten, dass auch kundenspezifische Prüfprogramme ohne großen Aufwand in die Prüfsysteme eingespielt werden können.

Mit der Einführung der laseroptischen Dichtheitsprüfsysteme der neuen Generation Anfang 2003 wurden systematisch alle für einen Prüfablauf notwendigen Komponenten entwickelt und in Form von Modulbausteinen realisiert. Ein zentraler Punkt hierbei ist die Kalibrierung und der Testbetrieb einer Dichtheitsprüfanlage.

Für die Kalibrierung und den Testbetrieb einer Dichtheitsprüfanlage können die laseroptischen Dichtheitsprüfsysteme der neuen Generation mit einem Pulsleckmodul ausgerüstet werden. Bisher standen für die Kalibrierung oder den Testbetrieb für die am häufigsten benötigten Leckraten von 10–2 mbarl/s bis etwa 10–6 mbarl/s im Wesentlichen nur Kapillarlecks zur Verfügung. Kapillarlecks werden in der Regel mittels feiner Glaskapillaren oder durch ein Verpressen von leicht konischen, mit einer Phase versehenen Metallbolzen in Bohrungen in einem Metallkörper realisiert. Die Kapillardurchmesser beziehungsweise Abmessungen liegen im Bereich von einigen µm bis etwa 50 µm. Öffnungen in dieser Dimensionen verschmutzen sehr leicht und können daher nur mit einem beträchtlichen Aufwand und in trockener Umgebung betreiben werden.

Eine weitere Schwierigkeit beim Einsatz von Kapillarlecks ist deren Ansprechverhalten. Wird ein Kapillarleck schlagartig mit Druck beaufschlagt, so kann es je nach Bauart bis zu 40 s dauern, bis ein Kapillarleck die spezifizierte Leckrate auch tatsächlich generiert.

Um diese Schwierigkeiten beim Betrieb von Kapillarlecks zu vermeiden wird bei dem Pulsleckmodul begrenzt durch zwei Ventile ein kleines Volumen erzeugt, welches mit dem Kalibriergas bei einem definierten Druck befüllt wird. Durch Öffnen eines dieser Ventile kann dann die so erzeugte Testgasmenge in die Prüfkammer abgegeben werden. Die vom Pulsleckmodul abgegebene Testgasmenge dividiert durch die Prüfzeit ergibt dann die Leckrate. Da alle Nennweiten der eingesetzten Bauteile im Bereich > 0,5 mm liegen, sind diese Module sehr robust und einfach zu betreiben. Die Pulsleckmodule können für Leckraten von 1 mbarl/s bis etwa 10–9 mbarl/s ausgelegt werden. In Verbindung mit dem Prozesssteuermodul kann das Pulsleckmodul zu dem Kalibriermodul erweitert werden.

Sowohl komplexe Prüfprozesse, wie etwa für die in Bild 2 abgebildete Dichtheitsprüfanlage zur automatisierten Dichtheitsprüfung von CRI-Rails bei 200 MPa, ausgerüstet mit einem laseroptischen Dichtheitsprüfsystem mit Pulsleck- und CM-Modul und SPS-Prozesssteuerung, als auch einfacher gestaltete Prüfprozesse wie für den in Bild 3 abgebildeten Laborprüfplatz ausgerüstet mit einem laseroptischen Dichtheitsprüfsystem mit Pulsleckmodul und PC-Prozesssteuerung, können künftig mit dem in laseroptischen Dichtheitsprüfsystemen integrierbaren Prozesssteuermodul komplett realisiert werden.

Der Anwender ist somit erstmals in der Lage auch den Prüfablauf über das im laseroptischen Dichtheitsprüfsystem integrierbare Prozesssteuermodul flexibel zu realisieren. Verbunden mit der hohen Nachweisempfindlichkeit von Leckraten bis zu 10–9 mbarl/s stehen nun erstmals für einen breiten Anwenderkreis Komplettlösungen für die industrielle Dichtheitsprüfung mittels laseroptischer Gasnachweissysteme zur Verfügung.

GEMTEC Laseroptische Systeme, Winnenden

QE 506