Multigas-Schnüffel-Dichtheitsprüfgerät, Ecotec E3000,INFICON

Der Multigas-Schnüffel-Dichtheitsprüfgerät Ecotec E3000 von Inficon steigert Produktivität und Zuverlässigkeit der Abschlusstests von Kühlanlagen, Kühlschränken und Klimatisierungssystemen in der Automobilindustrie oder ähnlichen Produkten. Nicht erkannte Lecks erhöhen die Garantiekosten. Genauere und zuverlässigere Testvorgänge bedeuten unmittelbare Kosteneinsparungen. Bild: Inficon

Allein Automobilzulieferer haben im Jahr 2014 weltweit fast 400 Millionen Wärmetauschersysteme produziert. Diese Zahl wird vermutlich in den nächsten drei bis vier Jahren noch um 4 bis 5 % pro Jahr wachsen. Und die Dichtheitsanforderungen an Wärmetauscher in der Automobilindustrie steigen, da etwa altbekannte Kältemittel von neuen Alternativen abgelöst werden. Zudem bedeutet der Siegeszug der Downsizing-Motoren mit Turboaufladung eine immer größere Zahl an Ladeluftkühlern. Dabei stellen gerade Wärmetauscher und Kühler mit ihrer komplexen Geometrie eine besondere Herausforderung für viele Dichtheitsprüfmethoden dar.

Vor 30 Jahren war bei den meisten Zulieferern die simple, aber unzuverlässige Wasserbadprüfung noch die Methode der Wahl. Die Aussagekraft dieser Prüfung steht und fällt aber mit der Tagesform des menschlichen Prüfers. Zudem tritt bei komplexen Geometrien zwar mitunter Luft aus, sie löst sich aber nicht als Luftblase vom Prüfteil ab: So kann der Prüfer sie nicht wahrnehmen. Gerade bei Kühlern mit feiner Rippenstruktur setzen sich oft Bläschen zwischen den Kühlfinnen fest, werden auch kontinuierlich größer – nur lösen sie sich nicht ab.

Manche Zulieferer von Wärmetauschern vertrauen noch der veralteten Druckabfallprüfung. Dabei füllt man das Prüfteil bis zu einem definierten Überdruck mit Luft. Den Druck im Prüfteil misst man dann über ein definiertes Zeitintervall: Reduziert er sich, existiert ein Leck. Die kleinsten Leckraten, die im Idealfall so ermittelbar sind, bewegen sich in einer Größenordnung von 10−3 mbarl/s. Die Druckabfallprüfung minimiert den Einfluss des menschlichen Faktors, aber sie zeigt eine große Anfälligkeit für Temperaturschwankungen. Gerade bei Wärmetauschern, die schon ihrem Funktionsprinzip nach sehr schnell auf Temperaturänderungen reagieren, werden die Ergebnisse oft verfälscht: Steigt die Temperatur während der Prüfung, bleiben Lecks unerkannt, fällt sie, ermittelt die Druckabfallprüfung Phantom-Lecks. In der Praxis können sich die nachweisbaren Leckraten deswegen im Vergleich zur theoretischen Nachweisgrenze um den Faktor Tausend erhöhen.

Heute setzen die meisten Produzenten von Wärmetauschern darum Prüfgasmethoden ein. Alle Prüfgasverfahren haben den großen Vorteil der Temperaturunempfindlichkeit. Für die Serienprüfung in der Fertigung empfiehlt sich besonders die integrale Dichtheitsprüfung in der Vakuumkammer: Sie gestattet vollautomatisierte Prüfabläufe mit besonders kurzen Taktzeiten, erlaubt auch die Prüfung größerer Teile und ist empfindlich genug, Kältemittellecks auszuschließen – aktuell werden die meisten Komponenten von Klimaanlagen noch gegen Leckraten von 10−4 bis 10−5 mbarl/s geprüft. Bei der Vakuumprüfung wird das Prüfteil in einer Kammer platziert. Eine Pumpe erzeugt in dieser Prüfkammer ein Vakuum, während das Innere des Prüfteils über entsprechende Anschlüsse zunächst ebenfalls evakuiert und dann mit dem Prüfgas Helium befüllt wird. Die Helium-Prüfung in der Vakuumkammer ermittelt als empfindlichste aller Prüfgasmethode Leckraten von bis hinunter zu 1 10-12 mbarl/s.

Der Aufwand für die Vakuumprüfung ist aber nicht immer gerechtfertigt. Oft lässt sich mit einer Dichtheitsprüfung in der simplen Akkumulationskammer mit speziellem Heliumsensor ein sinnvolleres Gleichgewicht zwischen Qualitätssicherung und Kosten erzielen. Besonders für kleine und mittelgroße Teile, die nur gegen Öl- oder Wasserlecks getestet werden müssen, ist die Akkumulationskammer eine preiswertere Alternative – mit zwei- bis vierfach niedrigeren Kosten. Bei dieser Prüfung unter atmosphärischem Druck wird das Prüfteil in eine einfache Akkumulationskammer gebracht, die nur geruchsdicht sein muss. Das Innere des Prüfteils wird unter Druck mit Helium-Prüfgas beaufschlagt. Damit sich das aus etwaigen Leckstellen austretende Helium gleichmäßig in der Akkumulationskammer verteilt, setzt man meist Ventilatoren ein. Im Idealfall lassen sich mit der Heliumprüfung je nach Größe des Bauteils Leckraten von bis zu 5∙10-6 mbarl/s mbarl/s ermitteln. Wasserdichtheit (Leckraten kleiner 10-2 mbarl/s) und Öldichtheit (Leckraten kleiner 10-3 mbarl/s) sind so jedenfalls gewährleistet.