Die Dichtheitsprüfung ist ein wesentlicher Bestandteil der Qualitätssicherung in der Serienfertigung, insbesondere in der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie. Die Druckmessung ist eine gängige Methode zur Ermittlung von Leckagen in Bauteilen. Dieses Verfahren wird angewendet, um sicherzustellen, dass Bauteile unter Betriebsbedingungen dicht bleiben und keine unerwünschten Flüssigkeiten oder Gase austreten.
Das Messverfahren: Funktionsweise der Druckmessung
Das Druckmessverfahren ist eine der am häufigsten verwendeten Methoden bei der automatischen Dichtheitsprüfung. Es basiert auf der Kontrolle des Druckabfalls in einem Prüfling, nachdem dieser mit Luft oder einem anderen Prüfmedium unter Druck gesetzt wurde. Das entweichende Gas kann zwar nicht direkt gemessen werden, aber dessen Auswirkungen auf den Prüfdruck lassen Rückschlüsse auf die Leckrate zu.
Die Arten der Druckmessung
Bei der Druckmessung unterscheidet man in zwei Hauptvarianten: die Relativdruckmessung und die Differenzdruckmessung.
Relativdruckmessung
Bei der Relativdruckmethode wird der Prüfling mit Luft beaufschlagt und nach der Abgleichsphase auf mögliche Leckagen untersucht. Der Drucksensor PX25-L misst dabei den Druckabfall, der durch eine Undichtheit verursacht wird. Diese Methode ist besonders für kleinere Prüfvolumina geeignet und zeichnet sich durch eine hohe Betriebssicherheit aus.
Differenzdruckmessung
Die Differenzdruckmethode ist eine präzisere Variante der Druckmessung, bei der sowohl der Prüfling als auch ein Referenzteil (Prüfling, der keine Undichtheit aufweist) gleichzeitig mit Druck beaufschlagt werden. Nach der Abgleichphase misst der Differenzdrucksensor PV2722 die Druckdifferenz zwischen Prüfling und Referenzteil. Dies ermöglicht die Detektion von sehr kleinen Leckraten, auch bei höheren Prüfdrucken bis zu 20 bar. Diese Methode wird bevorzugt bei Anwendungen mit höheren Anforderungen an die Messgenauigkeit eingesetzt.
Der Messphasenverlauf bei der Druckmessung bei Dichtheitstests
Der Prüfprozess bei der Druckmessung erfolgt in mehreren Phasen, die einen stabilen und reproduzierbaren Messvorgang sicherstellen.
Ein typischer automatisierter Dichtheitstest besteht aus den folgenden vier Phasen:
1. Die Füllphase
In dieser ersten Phase wird der Prüfling mit Druckluft beaufschlagt. Die Luft strömt in das Prüfvolumen ein, und es entsteht ein Druckaufbau. Hier ist es entscheidend, dass das Prüfvolumen vollständig gefüllt wird und sich der Druck gleichmäßig verteilt. Eventuelle Turbulenzen oder Druckschwankungen sollten sich legen, bevor die nächste Phase beginnt.
2. Die Abgleichphase
Nachdem der Prüfling mit Druck beaufschlagt wurde, folgt die Abgleichphase. Hierbei stabilisiert sich der Druck im Prüfsystem, während die durch den Füllvorgang entstandenen Temperaturveränderungen ausgeglichen werden. Beispielsweise kühlt sich die Luft während der Expansion ab und erwärmt sich durch die Kompression im Prüfling. Diese Phase ist wichtig, um sicherzustellen, dass die Messungen ohne Störeinflüsse von Temperaturveränderungen oder Druckschwankungen durchgeführt werden.
Um die Abgleichzeit zu verkürzen, kann das Kompensationsfüllen (Schockfüllen) eingesetzt werden. Dabei wird der Prüfling zunächst mit einem etwas höheren Druck als dem eigentlichen Prüfdruck befüllt. Anschließend wird der Druck auf den Prüfdruck reduziert, was zu einer schnellen Abkühlung führt und so den Temperaturausgleich beschleunigt.
3. Die Messphase
In dieser Phase erfolgt die eigentliche Messung des Druckabfalls. Der Druckabfall wird durch ein Differenzdruckmessgerät oder einen Relativdrucksensor überwacht. Das Ziel ist es, die Leckrate zu ermitteln, die sich aus dem Druckabfall während dieser Phase ergibt. Der Druckabfall ist direkt proportional zur Menge der entweichenden Luft und erlaubt eine genaue Bestimmung der Leckrate.
4. Die Entlüftungsphase
Nach der Messung wird der Prüfling entlüftet. Dies geschieht durch das Öffnen eines Ventils, wodurch der Druck im Prüfling auf Atmosphärendruck reduziert wird. Die Entlüftungsphase schließt den Prüfzyklus ab und stellt sicher, dass der Prüfling für weitere Prüfungen bereit ist.
Die Vorteile der Druckmessung bei Dichtheitsprüfungen und Leckagetests
Das Druckmessverfahren bietet mehrere Vorteile, insbesondere bei der Anwendung in automatisierten Produktionsprozessen:
- Hohe Genauigkeit und Wiederholbarkeit:
Insbesondere die Differenzdruckmessung ermöglicht eine präzise Bestimmung von sehr kleinen Leckraten, auch bei hohen Prüfdrucken. - Schnelle Messzeiten:
Durch den Einsatz von Kompensationsverfahren kann die Abgleichphase erheblich verkürzt werden, was zu einer Reduzierung der Gesamtprüfzeit führt. - Einfacher Systemaufbau:
Die Relativdruckmessung erfordert nur einen einseitig beaufschlagten Sensor und ist daher einfach in bestehende Systeme zu integrieren.
DDM Fazit – Etabliert und effektiv: Druckmessung zur Qualitätssicherung in der Serienfertigung:
Die Druckmessung ist ein etabliertes und effektives Verfahren zur Dichtheitsprüfung von Bauteilen. Sie bietet sowohl bei kleineren als auch bei großvolumigen Prüflingen eine hohe Genauigkeit und Flexibilität. Durch die klare Struktur des Messphasenverlaufs und die Möglichkeit, den Prozess durch Kompensationsmethoden zu optimieren, eignet sich dieses Verfahren ideal für die Serienfertigung und ermöglicht eine objektive Qualitätsaussage bei kurzen Prüfzeiten.