Mit Sicherheit dicht

Dipl.-Ing.Robert Heinrich, Produktmanager Prüf- und Kalibriertechnik, Wika GmbH, Klingenberg

Die Praxis in vielen Unternehmen zeigt häufig die gleiche Problemstellung: die Anforderungen des Marktes und der Kunden an ein Produkt können nur durch eine ständige Qualitätsprüfung erfüllt werden. Natürlich sollte aber ein solcher Prüfprozess möglichst wenig Kosten verursachen. Dies erfordert kurze Prüfzeiten, ein auf die Prüfaufgabe und die zulässige Leckagerate zugeschnittenes Prüfverfahren, einen hohen Automatisierungsgrad und die Einbindung der Prüfung in den Materialfluss der Produktion.

Genau dieser Herausforderung stellten sich schon vor Jahrzehnten die Entwickler und Konstrukteure im Hause WIKA, um für die eigene Serien-Dichtheitsprüfung von Druckmesssystemen und flüssigkeitsgefüllten Manometergehäusen die optimalen Prüfverfahren herauszufinden. So entstanden komplette Systemlösungen zur Dichtheitsprüfung in der Druckabfall- und Differenzdruckmethode, die mit der bewährten Präzisionssensorik ausgestattet sind. Seither werden sie immer wieder weiterentwickelt und auf den neuesten Stand der Technik gebracht. Komplettiert werden solche Systemlösungen durch mechanische Komponenten wie Prüflingaufnahmen, Spannvorrichtungen, Teilehandling und Transportsysteme, die im leistungsstarken Betriebsmittelbau, der die Teilbereiche Konstruktion, Werkzeugbau und Steuerungsbau umfasst, hergestellt werden. Heute werden ca. 20 Millionen Manometer mit einer 100 % Dichtheitsprüfung in der Serienproduktion im Sekunden-Takt geprüft.

Der Bereich Prüf- und Kalibriertechnik bietet die Dichtheitsprüfsysteme (Druckabfall- und Differenzdruckmethode) für jene Kunden an, die Lösungen für die Leckageprüfung an Gehäusen, Armaturen, Ventilen, Schläuchen und vielen weiteren Prüfteilen suchen. Hierbei wird das zu prüfende Werkstück mit einem Prüfdruck beaufschlagt und innerhalb eines definierten Zeitintervalls eine Druckänderung, verursacht durch eine Leckage im Prüfling, gemessen. Mit diesen Verfahren lassen sich Leckraten von weniger als 0,1 cm³/min nachweisen. Neben pneumatischen Dichtheitsprüfungen, die für Prüfdrücke bis ca. 100 bar realisiert werden, sind die Prüfsysteme auch für hydraulische Prüfmedien geeignet. Hier können Prüfdrücke von mehr als 1000 bar erreicht werden. Der modulare Aufbau der Prüfgeräte ermöglicht eine exakte Anpassung der Messtechnik an die jeweilige Prüfaufgabe und somit vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Ergänzt werden die Prüfsysteme durch individuelle, optimal auf das zu prüfende Werkstück abgestimmte Spannvorrichtungen und Prüflingaufnahmen. Schnellwechselbare Prüflingadaptionen für Werkstückvarianten, ein intelligentes Teilehandling bei vollautomatisierten Prüfständen und eine ausgereifte Elektronik, die allen Ansprüchen an die heutige Prüfdatenverarbeitung und -auswertung gerecht wird, runden die vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten zu einer maßgeschneiderten Komplettlösung ab. Bereits nach der ersten Kontaktaufnahme werden die Anforderungen des Kunden an seine Prüfaufgabe durch Versuche mit den zu prüfenden Werkstücken in den Laboren auf eine optimale Umsetzung hin überprüft. Die sichere Abdichtung zum Prüfling, das Materialverhalten des Prüflings bei Druckbeaufschlagung und die Erkennung der geforderten Leckagerate in der vorgegebenen Taktzeit stehen hierbei im Vordergrund. So bekommt der Kunde mit seinem Angebot eine konzeptionierte Systemlösung mit praxiserprobter Funktionssicherheit.

Bei der Realisierung eines Dichtheitsprüfstandes für Glühkerzen, die in den Wasserkreislauf von Kraftfahrzeugmotoren eingebaut werden, war vom Kunden neben der Ausbringungsmenge von 8 Teilen pro Minute auch hier die Möglichkeit zur Aufnahme und Prüfung eines sehr breiten Variantenspektrums gefordert. Die Glühkerzen unterscheiden sich zum einen im Durchmesser und in der Länge des Heizstabes, in den Grundkörperabmessungen (Durchmesser, Schlüsselweite und Gesamtlänge) und zum anderen in den Winkeln der Abdichtfase. Diese Variantenvielfalt sollte mit möglichst wenigen Aufnahmen abgedeckt werden können. Die Pressverbindung zwischen dem Heizstab und dem Grundkörper mit dem elektrischen Anschluss muss in der Serienprüfung auf Dichtheit getestet werden. Gefordert war eine zulässige Leckrate von 2 cm³/min bei einem Prüfdruck von 40 bar mit Luft als Prüfmedium. Die Prüfanlage wurde im Differenzdruckverfahren realisiert. Anstatt jeweils nur einen Prüfling gegen ein Referenzteil zu prüfen, werden zwei Prüflinge in der Vergleichsmethode gegeneinander getestet. Die Taktzeit (Prüfzyklus und Teilehandling) konnte so auf knapp 4 Sekunden pro Teil begrenzt werden, wodurch eine Ausbringungsmenge von ca. 16 Teilen pro Minute erzielt wird. Durch eine geschickte Konstruktion der Dichtaufnahmen und der Spannvorrichtung und durch die Auswahl eines geeigneten Dichtwerkstoffes, der es ermöglicht, die unterschiedlichen Winkel der Abdichtfase auszugleichen, konnten die vielen Prüflingvarianten mit nur drei Schnellwechseleinsätzen für die unterschiedlichen Heizstabdurchmesser aufgenommen werden. Die Auswerteelektronik zeigte bei einem undichten Teil durch eine Signallampe exakt an, welcher der beiden Prüflinge die Leckage aufweist. Um den nächsten Prüfzyklus starten zu können, musste der undichte Prüfling durch einen Ringsensor einem Ausschussschacht zugeführt werden. Zur Selbstüberprüfung der Anlage auf ihre Funktion hin werden dem Kunden Referenzteile (1 Dicht-Teil und 1 Testleck) mitgeliefert, die den Prüflingen nachgebildet sind und in der Spannvorrichtung wie Prüflinge aufgenommen werden können. So erreicht man exakt die gleichen Volumenverhältnisse im kompletten Prüfsystem wie bei der Serienprüfung. Wird das Testleck, dessen Leckagerate minimal über der Grenzleckrate liegt, vom System als undicht erkannt, so arbeitet der Prüfstand ordnungsgemäß.

Großvolumige Werkstücke in einer angemessenen Zeit auf Dichtheit zu prüfen ist immer wieder aufs Neue eine Herausforderung für die Mitarbeiter in der Prüf- und Kalibriertechnik. Jüngstes Beispiel ist ein Dichtheitsprüfstand für Kraftfahrzeug-Wasserpumpen. Aufgabe war es, sowohl die Gussgehäuse vor der Montage auf Risse, als auch komplett montierte Wasserpumpen zu prüfen. In diesem Fall galt es, zusätzlich die Abdichtung der Lagerwelle des Riemenantriebs zum Gehäuse auf Dichtheit zu prüfen. Dabei ist es notwendig, dass das Riemenrad angetrieben wird, da die Dichtung erst bei rotierender Welle ihre volle Wirkung erzielt. Als Prüfverfahren wurde die Druckabfallmethode bei einem Prüfdruck von 2 bar und einer zulässigen Leckagerate von 3 cm³/min mit dem Prüfmedium Luft gewählt. Hierbei war eine große Variantenvielfalt der Prüflinge abzudecken und die Innenvolumen der Wasserpumpen reichten bis zu 3 Litern. Durch eine intelligente Konstruktion der Wechselspannvorrichtungen konnte das Innenvolumen der Prüflinge in der Aufnahme auf ein Minimum reduziert werden, so dass die Zykluszeit für eine Prüfung (Teilehandling, Füll-, Stabilisierungs- und Prüfzeit) auf ca. 25 Sekunden begrenzt werden konnte. Für die Prüfung von kompletten Wasserpumpen wurde das Riemenrad in der Spannvorrichtung durch Zuschalten eines Elektromotors angetrieben. Schulung und Einweisung des Kunden in seinen Prüfstand sind ebenso selbstverständlich wie spätere Servicedienstleistungen an der Komplettanlage, zum Beispiel die einmal im Jahr empfohlene Rekalibrierung des Drucksensors und Wartung der anderen Komponenten.