Wenn Fahrzeugkomponenten am Ende der Produktionslinie auf Dichtheit geprüft werden müssen, darf das Testsystem nicht zum „Bottleneck“ werden. Es gibt diverse Stellschrauben, um den Prozess zu beschleunigen.

Wärmetauscher, Batteriemodule, Kraftstoffbehälter, Turbolader, Zylinderköpfe: Bei zahlreichen Komponenten im Auto muss die Dichtheit zu 100% geprüft werden. Üblich sind hier Tests mit Luft oder Helium bzw. anderen Spürgasen. Letztere bieten die Vorteile, dass sie sensitiver und unabhängig von äußeren Einflüssen wie Temperatur- oder Volumenänderung sind. Außerdem beeinflusst der Anwender – im Gegensatz beispielsweise zum Blasentest – nicht das Resultat der Prüfung, d.h. das Ergebnis ist reproduzierbar.

Eine solche Leckageprüfung mit Helium oder anderen Spürgasen besteht aus vier aufeinander folgenden Prozessschritten:

Eine hohe Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit sowie kurze Zykluszeiten sind in der anspruchsvollen Umgebung der konventionellen Automobilindustrie von entscheidender Bedeutung. Ihr Einfluss auf die Produktionsleistung nimmt mit den sich ständig weiterentwickelnden Anforderungen des E-Mobilitätsmarktes noch zu. Daher steht auch die End-of-Line-Prüfung unter dem Druck, immer schneller zu werden. Hier bietet jeder einzelne der vier Schritte die Möglichkeiten zur Verringerung der Zykluszeit und damit zur Beschleunigung des Prozesses.

Beim ersten Schritt, der Evakuierung, ist – vor allem bei Anwendungen mit höherem Druckniveau – der Einsatz von Füllmaterial ein wirksames Mittel, um die Evakuierungszeit zu verkürzen. Der Grund liegt auf der Hand: Es muss weniger Volumen evakuiert werden. Je mehr Material man einbringen kann, desto schneller geht es. Dabei sollte man auch andere Werkstoffe als Edelstahl mit günstiger Ausgasrate (Desorption) in Betracht ziehen. Das gilt allerdings nur für die Lecksuche bei hohem Druckniveau. Ist das Niveau niedrig, etwa bei 0,02 mbar, kann die Evakuierung mit Füllmaterial aufgrund der größeren Oberfläche sogar länger dauern.

Partikel, Feuchtigkeit, Wasser, Ölreste – all diese Faktoren beeinflussen die Ausgasungsrate und damit das Tempo der Evakuierung. Denn die flüssigen Verunreinigungen werden gasförmig, das zu evakuierende Volumen vergrößert sich und die Pumpe muss mehr Gas fördern. Deshalb sollte der Prüfling möglichst sauber sein. Unter Umständen kann man dem EOL-Test eine Reinigungsstation vorschalten.

Eine weitere Stellschraube ist der Rohrdurchmesser der Leitung zwischen Testkammer und Vakuumpumpe. Hier kann mit geringem Aufwand viel erreicht und die Evakuierung erheblich beschleunigt werden. Aber Vorsicht: Erhöht man den Durchmesser zu sehr, wird mehr Pumpenleistung benötigt, und das steigert den Energiebedarf.

Der Einsatz einer Vorpumpe mit höherer Leistung bringt ebenfalls einen „Boost“ in die Evakuierung. Eine gute Kombination ist z.B. ein Roots-Gebläse mit einer Leistung von 2.000 m3/h und eine 600 m3/h-Vorpumpe. Auch hier gilt: Bei höherem Druckniveau hat diese Maßnahme eine größere Auswirkung als bei niedrigerem Druck.

Außerdem ist es Hinblick auf die Zykluszeit am besten, die Kammer (ohne die Lecksuchfunktion) vorzuevakuieren und eine eigene Vakuumpumpe für den Lecksucher zu verwenden.

Eine saubere Testkammer leistet einen Beitrag zu hohem Durchsatz der Testobjekte bei repräsentativen Ergebnissen. Deshalb ist u.a. beim Befüllen des Prüflings mit dem Gas eine stufenweise Druckerhöhung empfehlenswert. Der Anwender kann z.B. mit 0,5 bar beginnen und stufenweise auf 20 bar erhöhen. Auch wenn ein großes Leck vorhanden sein sollte, bleibt das Volumen des austretenden Gases dann gering. Zu überlegen ist auch ein regelmäßiges Spülen der Kammer z.B. mit Stickstoff.

Soviel zur Evakuierung – jetzt zum eigentlichen Lecktest. Viele Anwender äußern hier den Wunsch nach hohem Durchsatz bei hoher Prozesssicherheit. Exakt für dieses Anforderungsprofil hat Pfeiffer Vacuum den Lecksucher ASI 35 entwickelt, dessen modularer Aufbau die Anpassung an die jeweilige Aufgabe erlaubt.

Der Lecksucher ist mit verschiedenen Eingängen für unterschiedliche Testmodi ausgestattet: Schnüffelmodus, normal (1,0 mbar) und High-Sense (0,2 mbar). Zu den Auswahlparametern gehören die Größe und Form des Testobjektes, der gewünschte Durchsatz und die Anforderungen an die Leckagerate. Auch durch die optimale Auswahl des Testmodus kann der Anwender die Zykluszeit für den Lecktest beeinflussen. Wenn die Lecks nicht zu klein sind, empfiehlt sich der „Normal-Modus“ zum Testen.

Bei der Lecksuche im Detektor hat der Anwender die Wahl zwischen Voll- und Teilstrommessung. Bei der Vollstrommessung wird alles entweichende bzw. abgesaugte Helium in den Lecksucher gepumpt. Schneller geht es aber mit einer Teilstrommessung. Sie ist das Verfahren der Wahl, wenn möglichst kurze Zykluszeiten gewünscht sind. Allerdings gilt zu beachten, dass nicht das gleiche Level im Hinblick auf Sensitivität erreicht werden kann als bei der Vollstrommessung.

Eine weitere wirkungsvolle Maßnahme zur Steigerung der Produktivität beim EOL-Leckagetest ist die Installation einer Turbomolekularpumpe als Boosterpumpe direkt an der Kammer. Die Pumpe sorgt dafür, dass 100% der Helium-Atome in kurzer Zeit in den Lecksucher gefördert werden. Erfahrungen von Pfeiffer Vacuum zeigen: Die Investition in eine solche Pumpe amortisiert sich schnell über die Steigerung der Durchsatzrate.

Die hier aufgeführten Vorschläge und Maßnahmen zeigen, dass der Anwender viele Möglichkeiten zur Beschleunigung der EOL-Leckageprüfung hat. Das gilt für das „Tuning“ vorhandener Testanlagen: Viele Maßnahmen lassen sich mit vertretbarem Aufwand an Bestandsanlagen verwirklichen. Das gilt aber ebenso für die Planung von neuen Lecksuchsystemen. Wenn die hier vorgeschlagenen Maßnahmen berücksichtigt werden, kann der Anwender von Beginn an das Optimum an Produktivität erreichen – bei höchsten Qualitätsmaßstäben. Die Branchenexperten von Pfeiffer Vacuum beraten ihre Kunden in der Automobilindustrie, welche Maßnahmenkombination im individuellen Fall die wirkungsvollste ist.

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Alles dicht? Leckageprüfungen in der Automobilindustrie

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