Statt eines klassischen Dichtheitsprüfverfahren im Vakuum verwendet Zulieferer Bosch einen Helium-Leckdetektor von Inficon. Hauptgrund: Anschaffungs- und Betriebskosten des Systems sind deutlich geringer. Außerdem kann nun schneller geprüft werden und die Produktivität der Fertigung ist höher.
PA-Atmo ist der Bosch-interne Systemanbieter für Montageanlagen und Sondermaschinen. Am Standort in Stuttgart-Feuerbach testet eine Gruppe von fünf Spezialisten der Abteilung Prüftechnik (SGT) moderne Dichtheitsprüfverfahren für die spezifischen Anforderungen der unterschiedlichen Geschäftsbereiche und entwickelt entsprechende Prüfanlagen.
Zu den Komponenten, die geprüft werden, zählt auch ein Gaseinblasventil für Bi-Fuel-Motoren (Benzin und Erdgas). Schließlich entwickelt Bosch für die Anforderungen von Erdgasmotoren spezielle Techniken zur Gaseinblasung und Motorsteuerung.
Lange Zeit wurde für das Gaseinblasventil ein klassisches Helium-Dichtheitsprüfverfahren unter Verwendung von Hochvakuumkammern eingesetzt. „Es gibt eine Vielzahl von Anwendungsfällen, in denen die Vakuumdichtheitsprüfung das Mittel der Wahl ist, besonders bei niedrigen Leckraten. Die Nachweisgrenze liegt hier bei 1×10–11 mbar l/“, erklärt Franziska Seitz, Entwicklungsingenieurin bei Bosch. „Allerdings sind die Investitions- und Betriebskosten bei diesen Prüfanlagen recht hoch, da Massenspektrometer für den Nachweis des Prüfgases, Vakuumprüfkammern und die notwendigen Turbomolekularpumpen für deren Evakuierung absolute High-Tech-Produkte sind. Hinzu kommt, dass die Pumpen und das Massenspektrometer häufiger gewartet werden müssen, was einen nicht zu unterschätzenden Mehraufwand bedeutet“, so Seitz weiter.
Im aktuellen Szenario sei das Kosten-Nutzen-Verhältnis nicht optimal gewesen und die Prüftechnik überdimensioniert – sowohl was den Raumbedarf angeht als auch die Empfindlichkeit. „Wir testen auf Leckraten von 4 x 10–4 mbar l/s. Das ist ein wenig, wie mit Kanonen auf Spatzen zu schießen“, sagt Seitz.
Um den hohen Ansprüchen gerecht zu werden, war es das Ziel, eine Nachweismethode zu finden, die auf die kostenintensive Vakuumtechnik verzichtet, ohne die gegebenen Investitionen in die Produktionslinie und die sie umgebenden Logistikprozesse massiv zu verändern. Idealerweise sollte daher auch am Prüfgas Helium festgehalten werden.
Die Experten des Sondermaschinenbaus von Bosch entschieden sich daher für den Einsatz des T-Guard von Inficon. Der T-Guard ist ein Helium-Leckdetektor, der speziell für Anlagen in der industriellen Serienfertigung entwickelt wurde. Mit seinen Abmessungen von 258 x 130 x 272 Millimetern, dem geringen Gewicht und den leicht zu erreichenden Anschlüssen lässt sich der T-Guard in jedes Anlagendesign integrieren.
Dank des patentierten Wise-Technology-Sensors, der mittels einer Quarz-Membran das Helium aus der Prüfatmosphäre unter normalem Luftdruck trennen kann, sind hochpreisige Massenspektrometer, Vakuumkammern und Molekularpumpen nicht mehr notwendig. Der Sensor ist in der Lage, Anstiege der Heliumkonzentration von 25 ppb oder 0,025 ppm sicher aufzulösen. So werden unter Testbedingungen Lecks in einem Bereich von 10–6 mbar l/s zuverlässig nachgewiesen. Wärme und Feuchtigkeit auf den Prüfteilen oder in der Umgebung spielen bei dem System keine Rolle. Zudem können Teile getestet werden, die kein Vakuum vertragen – etwa Komponenten aus leicht ausgasenden Kunststoffen.
Taktzeiten von 5,6 Sekunden pro Prüfteil
„Für unsere Anforderungen war besonders die hohe Reproduzierbarkeit ideal“, berichtet Michael Urhahn, ebenfalls Entwicklungsingenieur bei Bosch. „Wir müssen nur eine Sensorreferenzierung pro Arbeitsschicht durchführen. Zudem hat uns das große Potenzial der flexibel an unsere individuellen Bedürfnisse anpassbaren Steuer-Software überzeugt.“
PA-Atmo entwickelte daraufhin eine neue Dichtheitsprüfanlage auf der Basis von vier T-Guard-Lecksensoren. Zu Beginn wurden bei einem freien Kammervolumen von einem Liter Prüfzeiten von acht Sekunden für Leckraten von 4 x 10–4 mbar l/s erreicht. Schritt für Schritt wurden diese Prüfzeiten durch eine Verbesserung des Anlagenaufbaus weiter gesenkt.
Aufgrund des geringeren Volumens der Testkammern und des Verzichts auf die Hochvakuumtechnologie steht zudem wesentlich mehr Raum zur Verfügung. Auf derselben Grundfläche, auf der zuvor ein Prüfteil in nur einer Vakuumkammer getestet wurde, laufen nun vier Prüfstellen in einer Anlage parallel. So werden Taktzeiten von 5,6 Sekunden pro Prüfteil realisiert.
„Wir konnten Zeitaufwand und Kosten senken und die Produktivität der Fertigungslinie deutlich steigern. Eine vergleichbare Vakuumanlage wäre alleine schon in der Anschaffung deutlich teurer geworden“, fasst Urhahn die Ergebnisse zusammen. „Auch ist der Energieverbrauch um das Achtfache niedriger und die technische Verfügbarkeit wesentlich höher als zuvor“. ■
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