Unerkannte Lecks in Kraftstoffbehältern verschmutzen die Umgebung und können eine Gefahr darstellen. Der Fahrzeugbau erwartet heute eine wirtschaftliche und objektive Qualitätsprüfung der Behälter. Hierfür hat die Hoopmann eine automatisierte Leckageprüfanlage entwickelt, die mit speziell konzipierten Ultraschallwandlern von Sonotec arbeitet.
Die Horst Hoopmann GmbH konzipiert, fertigt und montiert überwiegend Sondermaschinen und automatisierte Förder-, Montage- und Prüfanlagen für großvolumige Kunststoffbauteile in großen Serien. Eingesetzt werden diese beispielsweise in der Automobilindustrie.
Unter anderem hat das Unternehmen Leckageprüfanlagen für Kfz-Kraftstofftanks erstellt. Ehemals prüfte die Automobilindustrie solche Behälter manuell. Dies ist allerdings in der Serienfertigung zeitaufwändig, unwirtschaftlich und subjektiv. Häufig ergeben sich Fehler in der Beurteilung der Kraftstoffbehälter durch den Prüfer.
Hoopmann hat dieses Problem erkannt und eine objektive und automatisierte Leckageprüfanlage entwickelt. Im Wasserbad werden die untergetauchten Behälter automatisch geprüft. Wesentliche Komponenten für die zuverlässige Funktion sind spezifisch für diese Anwendung konzipierte Ultraschallwandler von Sonotec.
Der Vorteil: Sie sind speziell auf die Aufgabe zugeschnitten. Ihr Schallfeld kann in Höhe und Breite optimal an die Geometrie der Prüfwanne angepasst werden. Sie vereinen hochempfindliche Sender und Empfänger in einem kompakten Gehäuse.
Innerhalb der Prüfwanne sind mehrere Ultraschallprüfköpfe an einer Seitenwand angeordnet. Sie senden Ultraschallimpulse in einer jeweils genau definierten Richtung in das Wasser aus. Um lückenlos den gesamten relevanten Bereich der Prüfwanne zu erfassen, überlappen sich angrenzende Flächen an den Rändern. Beim Prüfen empfangen die Sensoren Ultraschallechos sowohl von aufsteigenden Luftblasen als auch das von der gegenüberliegenden Wand zurückgeworfene Echo. Anhand der vorgegebenen Randbedingungen – dazu gehört unter anderem die Beschaffenheit des Wassers – werden die auszuwertenden Signale zunächst ohne ein Prüfobjekt kalibriert.
Befindet sich ein Objekt in der Prüfwanne, ändern sich die empfangenen Signale des Ultraschalldetektors durch die zusätzlich auftretenden Luftblasen. Denn Ultraschall wird beim Übergang von einem Medium zu einem anderen teilweise oder völlig reflektiert. Anhand der Signalstärke des reflektierten Ultraschalls und der Zeitverzögerung gegenüber dem ausgesandten Ultraschallsignal kann die Auswerteelektronik sowohl die Größe als auch die Lage der Leckagestelle bewerten.
Das detaillierte Kalibrieren bei der Einrichtung der Prüfanlage sorgt dafür, dass sich das System auch selbständig auf Funktionsbereitschaft und Empfindlichkeit überwacht. Werden einmal justierte Grenzwerte überschritten oder Mindestwerte nicht erreicht, deutet das auf einen Fehler im Prüfsystem hin. Luftblasen im Wasser reflektieren durch den Übergang von Wasser zu Luft und dem damit verbundenen extrem großen Dichtesprung den Ultraschall nahezu vollständig (Totalreflexion). Deshalb lassen sie sich auch so empfindlich, zuverlässig und eindeutig detektieren.
„Besonderer Vorteil unserer Ultraschallsysteme ist der integrierte Mikrocontroller“, sagt Wolfgang Kircher, bei Sonotec verantwortlich für Vertrieb von Prozessmesstechnik und Automatisierung. „Seine anwendungsbezogene Parametrierung ermöglicht die Charakteristik, die Fokussierung und die Empfindlichkeit für die jeweilige Mess- und Prüfaufgabe zu optimieren. So sind wir bei der Art der Anwendungen sehr flexibel.“ Für Hoopmann wurde das Ultraschallsystem so justiert, dass sich die erhaltenen Signale deutlich und zuverlässig dem eingebrachten Bauteil und den aus einem Leck aufsteigenden Luftblasen zuordnen lassen.
Position wird genau erkannt
Diesen Effekt nutzt Hoopmann beim Prüfen der Kraftstoffbehälter auf Leckagen. Die Tanks – heute meist aus Kunststoff gefertigt – werden mit Luft unter leichtem Überdruck gefüllt und mit einer Handhabungseinrichtung vollständig in die mit sauberem Wasser gefüllte Prüfwanne eingetaucht.
In einer kurzen Bewegungsphase und anschließender Ruhezeit lösen sich noch außen am Behälter anhaftende Luftblasen ab und steigen auf. Die anschließende Detektion läuft automatisch ab. Die Bediener müssen lediglich auf die Informationen der Auswerteelektronik achten. Erkennt das Ultraschallsystem ein Leck, zeigt es dazu ausführliche Informationen. „Da mehrere Ultraschallprüfköpfe an den Wänden der Prüfwanne angeordnet sind, können wir jedes erkannte Leck einer konkreten Position in der Wanne und damit am Kraftstoffbehälter zuordnen“, so Kircher.
Um die Informationen für den Bediener der Prüfanlagen einfach und komfortabel erfassbar zu machen, wertet Hoopmann die Signale der Ultraschallsysteme mit einer eigens konzipierten Steuerung und einer speziellen Bedien- und Überwachungssoftware aus. Aufgrund der standardisierten Signalausgabe der Auswerteelektronik war dies mit Hilfe einer SPS einfach und schnell realisierbar. Anhand von Grafiken und Tabellen zeigt die Anlagensteuerung das Prüfergebnis. Darüber hinaus können die Daten dem individuellen Prüfobjekt zugeordnet, gespeichert und dokumentiert werden.
„Inzwischen hat sich das Ultraschallsystem in zahlreichen vergleichbaren Prüfanlagen als optimal bei der Leckageerkennung erwiesen“, berichtet Jens-Peter Schepers-Eden, Geschäftsführer von Hoopmann. „Es signalisiert zuverlässig und eindeutig auch kleinste Luftblasen aus Lecks, die dem menschlichen Auge wahrscheinlich verborgen blieben oder vom Bediener der Anlage nicht richtig zugeordnet würden.“ ■
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