Nachweis der Dichtheit gegossener Aluminiumräder Leak ... - Borbet

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Nachweis der Dichtheit gegossener Aluminiumräder
Leak Proof on Cast Aluminium Wheels
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Sonderdruck Nr. 1 / 2003
INHALTSVERZEICHNIS
1. Einleitung
2. Dichtheitsanforderungen an
Räder und Prüfverfahren
3. Untersuchungen zum Nachweis
der Funktionstüchtigkeit der
Dichtheitsprüfung
4. Ergebnisse der Untersuchungen
5. Schlussfolgerungen
6. Zusammenfassung
7. Danksagung
8. Literaturverzeichnis
9. Anlagen
- Vergleich der Produktionsfolge
- Fundstelle - Schrottplatz
- Gitterschnittprüfungen
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Verfasser / Authors:
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Offprint No. 1 / 2003
TABLE OF CONTENTS
1. Introduction
2. Leakage proof demands on
wheels and test procedures
3. Tests to prove the functional
efficiency of the leak test method
4. Test Results
5. Conclusions
6. Summary
7. Note of thanks
8. Bibliography
9. Enclosures
- Comparison of production sequence
- Place of discovery - scrap yard
- Cross-cut test
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Dipl. Ing. F.-J. Völlmecke
Dipl. Ing. Walter Anton
BORBET GmbH, Hallenberg / Hesborn

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Nachweis der Dichtheit gegossener Aluminiumräder
Leak Proof on Cast Aluminium Wheels
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1. Einleitung
Neben den vielfältigen Anforderungen an die
Fahrzeugräder wie enge Toleranzen, sicheres
Betriebsfestigkeitsverhalten und hoher Widerstand
gegen Witterungseinflüsse, wird die Dichtheit als
ein wesentliches Merkmal der Funktionstüchtigkeit
angesehen. Deshalb werden bei Rädern, hier
speziell der vom Reifen umgebene Felgenbereich,
einer Dichtheitskontrolle unterzogen.
DIN 50104 [2] besagt: „Die Anforderungen an die
Dichtheit sind für Erzeugnisse unterschiedlich. Sie
sind in den entsprechenden Qualitäts- und
Liefernormen angegeben oder müssen vereinbart
werden.“
Die Überprüfung der Dichtheit ist in den
Richtlinien zum Nachweis der Funktionstüchtigkeit
von Rädern (ISO, SAE, TÜV-Räderrichtlinie, AK-
Räder, JASU etc.) nicht enthalten. Diese
Richtlinien dienen primär als Festigkeitsnachweis
der Räder, sodass unter Einbeziehung
flankierender, qualitätssichernder Kontrollen, wie
beispielsweise visuelle Prüfungen, Röntgen- und
Werkstoffuntersuchungen sowie der
Lebensdauernachweis im Zweiaxialen
Versuchsstand (ZWARP), die Forderungen zur
Produkthaftung an das Rad als Sicherheitsbauteil
abgedeckt werden.
Daher wird die Dichtheitsprüfung grundsätzlich in
den zugehörigen Lastenheften und Werknormen
der Fahrzeughersteller festgehalten. Die darin
enthaltenen Anforderungen für Guss, - Schmiede -
oder Stahlräder sind inhaltlich unterschiedlich
definiert. Dies betrifft sowohl anzuwendende
Prüfmethoden als auch das Annahmekriterium wie
hier, die zulässige Leckrate. Selten findet man
noch Hinweise über Reparaturmöglichkeiten
undichter Räder, wie es früher z.B. nach dem
Maldaner-Verfahren üblich war.
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1. Introduction
Apart from the diverse demands on vehicle wheels
like tight tolerances, safe fatigue strength and high
resistance to weather influences, leak proof is
considered to be a significant characteristic feature
of functional efficiency. For these reasons, wheels,
and in particular the rim areas covered by the tyre,
are subjected to a leak control.
German standard DIN 50104 [2] states: „The
demands on leak proof vary for various products.
They are rendered in the corresponding quality and
delivery standards or have to be agreed upon.”
The check of leakage is not contained in the
guidelines on the proof of functional efficiency of
wheels (ISO, SAE, TÜV Wheel Guideline, AK
Wheels, JASU, et cetera). These guidelines are
primarily used to substantiate the operational
strength of wheels so that, under inclusion of
flanking quality assuring tests, such as visual
inspections, X-ray and material examinations as
well as fatigue tests on the biaxial test facility
(ZWARP), the demands of product liability on the
wheel are treated as a safety component.
For this reason the leak test is mentioned in the
appertaining specifications and work standards of
vehicle manufacturers as a matter of principle. The
stipulations in the specifications and work
standards of the automotive industry for cast,
forged or steel wheels are different in contents in
general. This refers to possible test procedures as
well as for the acceptance criterion, i.e. the
permissible leak rate. However, only rarely are
there indications on the repair possibilities of
leaking wheels as this was usual in the past
according to the Maldaner-Procedure.

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Nachweis der Dichtheit gegossener Aluminiumräder
Leak Proof on Cast Aluminium Wheels
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2. Dichtheitsanforderungen an die Räder und
Prüfverfahren
Ein „Leck“ ist allgemein definiert als eine undichte
Fehlstelle im Funktionsbereich des Bauteils, durch
welche stetig oder unstetig Gas von einem Bereich
höheren Druckniveaus zu einem Ort niederen
Druckes gelangt. Die Dichtheit ist allgemein durch
die zulässige Leckrate quantifiziert, die Einheit ist
mbar l / s.
Als Nachweis der Dichtheit eines Rades ist
allgemein gefordert, dass bei einem Überdruck von
2 bar ein Luftdruckverlust von 0,2 bar in 6
Monaten auftreten darf. Umgekehrt entspricht das
einer Leckrate von ca. 3,2 x 10 -4 mbar l /s bei
einem Reifenvolumen von 25 l.
Hierbei ist zu beachten, dass die Gesamtverluste
während des Betriebes wie z.B. Diffusionsverluste
von Reifen und Ventil als auch mechanisch und
thermisch induzierte Leckagen (Fahrstil,
Überbeanspruchung, Wärmeentwicklung etc.)
unberücksichtigt sind.
2.1 Dichtheitsprüfung mit dem Wasserbad
(Blasentest)
Zur Überprüfung der Dichtheit von Rädern wurde
in der Vergangenheit ausschließlich der sogenannte
Wasserbadtest oder Blasentest. (Bild 1) eingesetzt.
Bei diesem Test wird das Rad mit Druckluft
beaufschlagt, dann in ein Wasserbad getaucht und
das Austreten von Luftblasen beobachtet.
Um undichte Räder frühzeitig auszusondern zu
können, erfolgen die Prüfungen unmittelbar nach
der mechanischen Bearbeitung der Räder. Neben
den Vorteilen wie einfaches Handling und geringe
Investitionskosten sind Nachteile mit dieser
Prüfmethode verbunden:
§ Der Test dauert relativ lange.
§ Es ist nur eine subjektive qualitative
Aussage (gut-schlecht) möglich, die
sowohl vom Prüfer als auch von den
Austrittsstellen am Rad abhängig ist.
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2. Leak proof requirements on wheels and test
procedures
In general, a “leak” is defined as an untight fault in
the functional area of the component, through
which gas passes in a continuous or discontinuous
process from an area with a higher pressure level to
an area with a lower pressure. The performance of
leak is determined by a maximum permissible
leakage rate, the unit is mbar l/s.
In general the leak-proof of a wheel requires that at
an overpressure of 2 bar an air pressure loss of 0,2
bar may occur in six months, which corresponds to
a leakage rate of approx. 3,2 x 10 -4 mbar l /s at a
tyre volume of 25 l.
In this context, it should be taken into account that
the overall losses during the operation, such as
diffusion losses of tyres and valves as well as
mechanically and thermally induced leakages
(style of driving, overload, heat development et
cetera) have not been taken into consideration.
2.1 Leak proof test by means of the water
bath test (Bubble Test)
In the past the leak test of wheels was done
exclusively by means of the so-called water bath
test or bubble test (Fig. 1). In this test the wheel
was charged with compressed air. Subsequently it
was immersed in a water bath, and the penetration
of air bubbles was observed.
In order to eliminate leaky wheels at an early stage
already, tests are carried out directly after
machining the wheel. Apart from the advantages,
such as easy handling and low investment costs,
there are many disadvantages linked with this test
method:
§ The test takes a relatively long time.
§ Only a subjective qualitative statement is
possible which depends on the examiner as
well as on the leak position on the wheel.

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Leak Proof on Cast Aluminium Wheels
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§ Die Wirkungsrichtung der Druckluft
entspricht nicht der Praxis.
§ Geringe Prüfempfindlichkeit, nur
signifikante Lecks sind erkennbar.
§ Geringe Prozesssicherheit, daher hoher
Schlupf undichter Räder.
Bild / Fig 1: Wasserbadtest
Water bath test
2.2 Dichtheitsprüfung nach dem Helium-
Lecksuchverfahren
Bei dieser Dichtheitsprüfung (Bild 2) wird das Rad
an der Felgenaußenseite (Reifenseite) mit einem
Helium-Luftgemisch beaufschlagt, während der
Bereich der Felgeninnenseite unter Vakuum
gesetzt wird. Bei Undichtigkeit gelangt das
Prüfmedium in kürzester Zeit z.B. bedingt durch
Mikroporositäten der Felge, in den
Vakuumbereich. Mittels intelligenter Technik und
Sensoren wird die „Integrale Leckrate“ (Summe
aller vorhandenen Leckagen) berechnet. Nach
Überschreitung der festgelegten, als zulässig
angesehenen Leckrate (beim Rad 3,2 x 10 –4 mbar
l/s) wird das Rad ausgesondert.
Dieses Prüfverfahren bietet wichtige Vorteile
gegenüber der Prüfung im Wasserbad:
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§ The direction of the compressed air is
doesn´t correspond with the practical use.
§ Low test sensitivity which permits the
recognition of significant leaks only
§ Low process safety, thus a relatively
high slippage of leaky wheels.
Bild / Fig. 2: Helium-Lecksuchtest
Helium leak test
2.2 Leak proof test by means of the helium
leak test
In this leak test (Fig. 2) the wheel on the rim
exterior (tyre side) is charged with a helium-air
mixture whilst the area of the rim inside is placed
under a vacuum. In case of a leak the test medium
passes through micro porosities off the rim into
the vacuum area in next to no time. Thus, with
intelligent engineering and sensors an “integral
leak rate” (sum of all leaks present) is calculated. If
the leak rate determined to be impermissible (in
wheel 3,2 x 10 –4 mbar l/s) is exceeded, the wheel is
rejected.
This test procedure has some important advantages
compared to the test in a water bath:

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Leak Proof on Cast Aluminium Wheels
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§ Vollautomatisches Prüfsystem
§ Kurze Prüfzeit (innerhalb von Sekunden)
§ Quantitative Bestimmung der Dichtheit
durch Angabe der Leckrate, wodurch ein
Vergleich der Prüfergebnisse möglich ist.
§ Hohe Prüfempfindlichkeit.
§ Hoher Automatisierungsgrad mit
objektiven Prüfergebnissen.
§ Hohe Prozesssicherheit
§ Reproduzierbarkeit
§ Das Rad wird im maßgeblichen
Endzustand geprüft.
Dem entgegen steht der Investitionsaufwand und
eine sensible Prüftechnik, die saubere Prüflinge
sowie ein sauberes Umfeld erfordert. Um die
Leistungsfähigkeit der Anlage voll nützen zu
können, empfehlen die Hersteller, die Anlage nach
dem Lackieren zu installieren. Wesentlicher
Vorteil ist dabei die glatte und saubere Oberfläche
der Prüflinge.
In der BORBET-Gruppe hat bereits im Jahr 1995
die Austria Alu-Guss, als einer der ersten
Radproduzenten die automatische
Heliumdichtheitsprüfung eingeführt. Es bestätigte
sich die Empfehlung des Herstellers, dass für eine
effiziente Dichtheitsprüfung gegossener Radfelgen
der richtige Zeitpunkt in der Prozesskette, die nach
dem Lackieren ist. Hier sind die Räder sehr sauber
und haben eine glatte Oberfläche. Auch das
Prüfumfeld ist frei von Staub und sonstigen
Verunreinigungen, wie sie in einer konventionellen
Produktion auftreten können.
Diese sich hier bereits andeutenden technischen
und wirtschaftlichen Vorteile resultieren in
besonderem Maße aus der Verlagerung der
Dichtheitsprüfung aus der laufenden Produktion an
das Ende des Fertigungsprozesses. Darüber hinaus
sind keine weiteren Prozessschritte erforderlich die
zusätzlich Kosten verursachen.
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§ Full automatic operation test system
§ Short test time (within seconds).
§ Quantitative determination of the leakage
by statement of the leak rate, thus
permitting a comparison of the test results.
§ High test sensitivity.
§ High degree of automation with objective
test results.
§ High process safety
§ Reproducibility
§ The wheel is tested in the decisive final
condition.
The disadvantages are a high outlay in investment,
a sensitive test method, clean test pieces as well as
a clean surrounding. In order to utilise the
productive capacity of the plant completely, the
manufacturer recommends to install the plant
downstream after the painting process. A
significant advantage is the smooth and clean
surface of the test pieces.
As one of the first wheel producers in the
BORBET Group, Austria Alu-Guss introduced the
automatic helium leak test in 1995. The
recommendations of the manufacturers were
confirmed that an efficient leak proof test of cast
wheel rims is carried out best in the process chain
downstream after the painting process. At this
point the wheels are very clean and have a smooth
surface. The testing floor is also free from dust and
other impurities, which may occur during a
conventional production process.
These technical and economical advantages
suggested here are specially realized by the transfer
of the leak proof test to the end of the production
process. Beyond this, no additional process steps,
which produce costs, are required.

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Leak Proof on Cast Aluminium Wheels
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3. Untersuchungen zum Nachweis der
Funktionstüchtigkeit der Dichtheitsprüfung
Die laufenden Produktionskontrollen (100 %-
Prüfung) mit der Helium-Dichtheitsprüfung zeigen,
dass durch Lackieren die Dichtheit erhöht wird,
d.h., die ermittelte Leckrate an lackierten Rädern
wird reduziert. Dadurch kann sich ergeben, dass
Räder mit einer zulässigen Leckrate im lackierten
Zustand, im unlackierten Zustand eine unzulässige
Leckrate (> 3,2 x 10 -4 mbar l/s) aufweisen. Es stellt
sich die Frage, ob damit die primäre Forderung an
die Dichtheit von Rädern auch dann gewährleistet
wird, wenn das Rad variablen Betriebsbelastungen
unterzogen wird.
Da es technisch und wirtschaftlich von Bedeutung
ist, gegossene Aluminiumräder nach der
Lackierung, also im Endzustand auf Dichtheit zu
prüfen, wurde in Zusammenarbeit mit dem
Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit, LBF
Darmstadt, ein Untersuchungsprogramm
festgelegt, mit dem die Zuverlässigkeit der
Raddichtheit nach Beanspruchung unter variablen
Betriebsbelastungen überprüft werden kann.
Die Untersuchungen wurden an nachstehendem
Radtypen durchgeführt. (Bild 3 und 4)
Bild / Figure 3: Prüfrad / Test Wheel
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3. Tests to prove functional efficiency of the
leak test methode
Running production controls (100 %-test) by
means of the helium leak test show that painting
increases the leak proof, which means the
determined leak rate of painted wheels is reduced.
It may happen that wheels with a permissible leak
rate in painted condition have an impermissible
leak rate (> 3,2 x 10 -4 mbar l/s) in unpainted
condition. This raises the question as to whether
the primary demand for the leak proof of wheels is
met when the wheel is subjected to variable
operational loads.
As there are technical and economical advantages
of a leak proof test on painted wheels in final
condition, a testing program in co-operation with
the Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit, LBF
Darmstadt / Germany, was determined, with which
the reliability of the wheel leak proof under
variable service loads could be analysed.
The examinations were carried out on the
following wheel types. (Figure 3 and 4)
Bild / Figure 4: Radquerschnitt / Cross section
of the aluminium wheel

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Leak Proof on Cast Aluminium Wheels
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Für die Untersuchungen wählte man mechanisch
bearbeitet Räder (unlackiert, Bild 3 und 4), die
nach erfolgter Prüfung im Wasserbad als undicht
ausgesondert wurden. Anschließend wurden die
Räder vergleichsweise mit dem Helium-
Prüfverfahren [5] getestet, um eine quantitative
Aussage vorhandener Leckagen treffen zu können.
Die gemessenen Leckagen lagen im Bereich von
1,3 x 10 -3 bis 8,4 x 10 –4 mbar l/s, sodass sie von der
Anlage automatisch ausgesondert wurden. Danach
erhielten die Räder die übliche 3-
Schichtlackierung. Die anschließende
Dichtheitsprüfung im Wasserbad war ebenso ohne
Beanstandung wie die in der Heliumprüfanlage.
Die ermittelten Leckraten waren jetzt deutlich
geringer und lagen in der Größenordnung von 10 -7
mbar l/s (siehe Tabelle 1).
Zusätzlich wurde das dritte Prüfrad einem
Salzsprühtest [7] von 1000 Stunden ausgesetzt.
Tabelle / Table 1: Ermittelte Leckraten / Leakage rates determined
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For testing, machined wheels (unpainted, Fig. 3
and 4) were chosen, which had been rejected as
leaky according to the water bath test.
Subsequently the wheels were tested comparatively
by the helium test procedure [5] in order to be able
to make a quantative statement concerning the
leakages.
The leakages measured were in the range of 1,3 x
10 -3 to 8,4 x 10 –4 mbar l/s, so that they were
rejected by the plant automatically. Subsequently
the wheels were provided with the usual threelayer
paint. The following leak test in the water
bath and the helium leak test system did not cause
any complaint. The leak rates determined were
significiantly lower now and were in the range of
10 -7 mbar l/s (see table 1)
Subsequently the third test wheel was subjected to
a salt spray test [7] for a period of 1,000 hours.
Zustand / Condition A: Unlackiert, nach der mechanischen Bearbeitung / Unpainted , after mechanical treatment.
Zustand / Condition B: Lackiert , Endzustand / Painted, final condition.
Zustand / Condition C: Lackiert, Endzustand, nach der ZWARP-Prüfung / Painted, final condition, after biaxial test
Prüfräder
Test
Wheels
Radzustand
Wheel
Condition
Messung
Measurement
1
Leakage rate
[mbar l/s]
Messung
Measurement
2
Leakage rate
[mbar l/s]
Messung
Measurement
3
Leakage rate
[mbar l/s]
Messung
Measurement
4
Leakage rate
[mbar l/s]
Messung
Measurement
5
Leakage rate
[mbar l/s]
Gesamtergebnis
Overall result
Rad 1 A 7.6 E -4 8.4 E -4 3.6 E -4 7.1 E -4 8.4 E -4 niO /NOK
Wheel B 5.1 E -7 5.6 E -7 4.9 E -7 5.4 E -7 3.2 E -7 iO / OK
C 5.2 E -7 5.4 E -7 5.0 E -7 5.3 E -7 5.5 E -7 iO / OK
Rad 2 A 4.0 E -3 1.0 E -3 5.8 E -3 2.0 E -3 5.5 E -3 niO / NOK
Wheel B 8.3 E -7 7.8 E -7 8.9 E -7 8.0 E -7 8.4 E -7 iO / OK
C 8.3 E -7 8.2 E -7 8.4 E -7 8.1 E -7 8.5 E -7 iO / OK
Rad 3 A 2.2 E -3 1.9 E -3 1.3 E -3 1.5 E -3 1.5 E -3 niO / NOK
Wheel B 9.3 E -7 8.3 E -7 8.3 E -7 8.8 E -7 9.1 E -7 iO / OK
C 1) 9.4 E -7 9.2 E -7 9.2 E -7 9.0 E -7 9.2 E -7 iO / OK
1) Bemerkung / Remark: 1000 Stunden Salzsprütest vor der ZWARP-Prüfung / 1000 hours salt spray test before the
biaxial test.
2) i.O. / OK = in Ordnung / OK
niO./ NOK = nicht in Ordnung / Not OK.
2)

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Leak Proof on Cast Aluminium Wheels
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Alle drei Räder wurden im Fraunhofer Institut für
Betriebsfestigkeit, LBF, der Prüfung unter
simulierten Betriebsbelastungen [4] unterworfen.
(Europa-Zyklus) Die im Zweiaxialen
Radversuchsstand (ZWARP) aufgebrachten hohen
Belastungen bewirken bei der Prüfstrecke von
10.000 km (bei jedem untersuchten Rad) eine dem
betrieblichen Einsatz von mindestens 300.000 km
gleichwertige Ermüdung bzw. Werkstoffschädigung.
Zur Kontrolle der möglichen
Schädigung durch mehrmalige Reifenmontage oder
Umgebungsbedingungen wurden ergänzend zu der
simulierten Betriebsbelastung die Reifen mehrmals
montiert und aufgepumpt (bis zu 10 mal). Die
Räder wurden nach dem Aufpumpen gelagert und
in bestimmten Zeitintervallen Luftdruckkontrollen
unterzogen. Abschließend wurden die Räder
wieder einer vergleichenden Helium-
Dichtheitsprüfung unterzogen.
4. Ergebnisse der Untersuchungen
Die 3 Räder erreichten jeweils 10.000 km
(geforderte Versuchsdistanz) unbeanstandet. (Siehe
Tabelle 1) Die Anrisskontrollen bei 7.500 km als
auch nach 10.000 km ergaben keine sichtbaren
Anrisse. Bei den Kontrollen des Reifendrucks der
ausgelagerten Räder wurden Luftdrücke im
Bereich von 2,05 bis 2,2 bar ermittelt. Die
maximale Abweichung vom eingestellten Reifen-
Nennluftdruck betrug somit 0,15 bar.
Die Kontrolle der Leckraten der abschließenden
Helium-Lecksuchtests [5] sind in Tabelle 1
wiedergegeben. Sie lagen wie vorher im der
Größenordnung 10 -7 mbar l/s.
Die Ergebnisse bestätigen folgendes:
Durch Lackieren wird die Dichtheit der Radfelge
erhöht (siehe Tabelle 1). Die vergleichenden
Betriebsfestigkeitsuntersuchungen im Zweiaxialen
Radversuchstand (ZWARP), selbst am
vorkorrodierten Rad, zeigten, dass die Leckrate
sich nicht verändert hat. Offensichtlich ergibt die
moderne Lackbeschichtung mit
Einbrenntemperaturen bis zu 180° C eine
widerstandsfähige Schicht an der für die Dichtheit
maßgebende Seite der Radfelge und sichert somit
die dauerhafte Funktionstüchtigkeit der Räder.
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All three wheels were then subjected to a test under
simulated operating loads [4] at the Fraunhofer
Institut für Betriebsfestigkeit, LBF (Euro-Cycle).
Given a test distance of 10,000 km (on each wheel
tested) the loads applied on the bi-axial wheel test
equipment (ZWARP) caused a fatigue or material
damage, respectively, which corresponds to the
operational use of at least 300,000 km. In order to
check the potential damage caused by fitting the
tyre several times or by ambient conditions, the
tyres were mounted several times and were inflated
(up to ten times) in addition to the simulated wheel
load. After inflation the wheels were warehoused
and subjected to air pressure checks in certain
intervals. Finally again, the wheels have been
tested against leakage by a comparative heliumleak
test procedure.
4. Test Results
The three wheels made the 10,000 km (required
test distance) without any objections. The dye
penetrant crack tests at 7,500 kms as well as after
10,000 kms did not reveal any visible cracks. The
check of the tyre pressure of the warehoused
wheels revealed air pressures in the range of 2,05
to 2,2 bar. The maximum deviation from the rated
tyre pressure inflated was thus 0,15 bar.
The values of the leak rates according to the
following helium leak tests [5] are rendered in
table 1. They stayed as ever in the range of 10 -7
mbar l/s.
The results verify the following:
The leak proof of the wheel rim (see table 1) is
increased by applying paint. The comparative
operating proof-out tests in the biaxial test rig
(ZWARP), even on a corroded wheel revealed that
the leak rate did not change. Apparently, modern
paints with baking temperatures of up to 180° C
produce a resistive layer on the side of the wheel
rim, which is decisive for the leak proof, and thus
ensure the permanent functional efficiency of the
wheels.

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Nachweis der Dichtheit gegossener Aluminiumräder
Leak Proof on Cast Aluminium Wheels
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5. Schlussfolgerungen
Die Kontrolle mit dem automatischen Helium-
Lecksuchverfahren an lackierten Rädern sichert
einen Nachweis der Dichtheit von Felgen
gegossener Aluminiumräder [1]. Obwohl die
Leckrate bei der Prüfung der lackierten Räder im
Vergleich zu der Leckrate bei nicht lackierten
Rädern verringert wird, liefert die
Dichtheitskontrolle an lackierten Rädern einen
zuverlässigen quantitativen Nachweis, dass die
Forderung von einem Luftdruckverlust 0,2 bar
bei einem Überdruck von 2 bar innerhalb von 6
Monaten erfüllt wird.
Im Vergleich zur Dichtheitsprüfung mit dem
Wasserbad-Test an unlackierten Rädern liefert das
Helium-Lecksuchverfahren an fertig lackierten
Rädern im Endzustand grundsätzlich eine bessere
Vergleichsmöglichkeit der Dichtheitsqualität von
Rädern. Dafür wird eine hohe Sauberkeit der
Prüflinge und des Prüfumfeldes gefordert, die bei
der Fertigung von gegossenen Rädern ohne
zusätzlichen Aufwand am sichersten nach der
Lackierung erzielt werden kann.
Die Leckrate lackierter Rädern verändert sich im
Betriebseinsatz nicht. Sowohl die zeitlich
veränderlichen Betriebsbelastungen wie auch die
im Betriebseinsatz vorliegenden Einflüsse wie
Luftdruck, mehrmalige Reifenmontage,
Luftfeuchtigkeit oder Temperatur wirken sich auf
die Dichtheit der Räder nicht aus.
Ergänzend wurden auch Lackuntersuchungen [6]
an Rädern vorgenommen, die seit Jahrzehnten im
Einsatz waren. Von einem Schrottplatz entnahm
man Räder und unterzog diese einer Kontrolle der
Lackschicht. An keinem Rad konnten
nennenswerte Veränderungen bzw.
Beschädigungen festgestellt werden. Beispielhaft
zeigen die Lackierungen an Rädern von Opel und
Volkswagen, dass auch nach 12 bzw. 20 Jahren
keine Qualitätsverluste an der vom Reifenluftdruck
beaufschlagten Felgenseite erkennbar sind.
(Bild 4 - 10)
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5. Conclusions
The check by means of the automatic leak test
system on painted wheels guarantees a quantitative
leakage proof of the rims made from casted
aluminium. [1]. Although the leak rate is reduced
in the test of the painted wheels compared to the
leak rate of unpainted wheels, the leak proof test on
painted wheels renders a reliable quantitative prove
that the demand of an air loss of 0,2 bar at an
overpressure of 2 bar within six months is met.
Compared to the leak proof test by means of the
water bath test on unpainted wheels, the helium
leak test of painted wheels in final condition
renders basicly a better possibility of comparison
of the leak quality of the wheels. However, a high
cleanliness of the test specimen and of the test
surroundings are required which in the production
of cast wheels can be obtained best of all without
additional outlay downstream after the painting.
The leak rate of painted wheels does not change
during operational use. The continuously changing
operating loads as well as influences in operational
use, such as air pressure, several tyre changes,
humidity or temperature, have no influence on the
leakage of the wheels.
Supplementary painting tests [6] were carried out
on wheels which had been in use for decades.
Wheels were obtained from a scrap yard, which
then were subjected to a check of the painting. No
changes or damage worth mentioning were
revealed on any wheel. An exemplary paint test of
Opel and Volkswagen wheels showed that even
after twelve or twenty years, respectively, no
quality losses could be noticed with respect to the
painting on the rim side subjected to the tyre air
pressure (Figs. 4 -10).

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Nachweis der Dichtheit gegossener Aluminiumräder
Leak Proof on Cast Aluminium Wheels
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6. Zusammenfassung
In dem Beitrag wird über Untersuchungsergebnisse
zur Überprüfung der Güte der Dichtheitsprüfung an
lackierten Rädern mit dem Helium-
Lecksuchverfahren berichtet. Dafür wurden Räder
ausgesucht, die im unlackierten Zustand eine
unzulässige Leckrate von 3,6 x 10 -4 bis 8,4 x 10 -4
mbar l/s hatten, aber nach der Lackierung eine
Leckrate zwischen 3,2 x 10 -7 bis 5,6 x 10 -7
aufwiesen (zulässige Leckrate 3,2 x 10 -4 mbar
l/s). Mit diesen Rädern wurden Versuche unter
simulierten Betriebsbelastungen vorgenommen, die
eine Werkstoffermüdung bewirken, wie sie beim
Betriebseinsatz von 300.000 km hervorgerufen
wird. Diese Versuche, wie auch begleitende
Untersuchungen zu den Einflüssen aus
wiederholter Montage und Luftaufpumpen der
Reifen sowie Korrosionseinwirkung zeigen, dass
mit dem Helium-Lecksuchverfahren an lackierten
Rädern ein zuverlässiger Nachweis der Dichtheit
erbracht wird.
Als Synergieeffekt ergeben sich durch den Einsatz
der automatisierten Helium-Dichtheitsprüfung
nach der Lackierung wirtschaftliche Vorteile durch
Reduzierung von Prüfzeiten, Betriebskosten sowie
Einsparungen von Ressourcen in Form von Energie
und Material. (Siehe Anlagen, Tabelle 2) In diesem
Zusammenhang sei auch auf den Aspekt der
verbesserten Umweltverträglichkeit hingewiesen.
7. Danksagung
Unser Dank geht an dieser Stelle an Herrn Prof.
Dr. Ing. V. Grubisic, Dr. Ing. G. Fischer und Dipl.
Ing. R. Zinke vom Fraunhofer-Institut für
Betriebsfestigkeit, LBF Darmstadt für die
kompetente Beratung und Unterstützung im
Rahmen dieses Projekts. Dank geht ebenso an
Herrn Rüdiger Borbet (BORBET) und Herrn
Helmuth Huber (Austria Aluguss).
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6. Summary
This article describes the test results obtained
verifying the quality of the leakage test on painted
wheels with the helium leak test procedure. For
this purpose wheels were chosen which had an
impermissible leakage rate of between 3,6 x 10 -4 to
8,4 x 10 -4 mbar l/s in unpainted condition, but
revealed a leakage rate of between 3,2 x 10 -7 to 5,6
x 10 -7 after painting (permissible leakage rate 3,2
x 10 -4 mbar l/s). These wheels were subjected to
tests under simulated operating loads which cause
a material fatigue similar to that of an operational
use of 300,000 kms. These tests as well as the
accompanying tests on the influences of repeated
mounting and inflating of the tyres as well as
corrosion reveal that a reliable proof of leakage is
furnished by the helium leak indication procedure
on painted wheels.
As a synergy effect, there are economic profits by
applying the automated helium leak test after the
final painting, such as reduction of testing time,
operation costs as well as saving recources like
material and energy. (See enclosures, table 2) In
this context the aspect of the improved
environmental compatibility should be pointed out.
7. Note of thanks
On this occasion, we wish to thank Professor Dr.
Ing. V. Grubisic, Dr. Ing. G. Fischer and Dipl.-Ing.
R. Zinke of the Fraunhofer Institut für
Betriebsfestigkeit, LBF Darmstadt for the
competent consultation and assistance during this
project. We also wish to thank Mr. Rüdiger Borbet
(BORBET) and Mr. Helmuth Huber (Austria
Aluguss).

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Nachweis der Dichtheit gegossener Aluminiumräder
Leak Proof on Cast Aluminium Wheels
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8. Literaturverzeichnis / Bibliography
[1] Fischer, G.; Grubisic, V.: Bewertung der Dichtheitsprüfung von Felgen gegossener Räder mit
dem Testgas Helium. Stellungnahme, Fraunhofer-Institut LBF Darmstadt vom 7.11.2001.
[2] Dichtheitsprüfung: DIN 50104, Beuth Verlag Berlin, November 1983.
[3] Doodt, U., Pfeiffer Vacuum GmbH: Heliumlecksuche in der Automobilindustrie
Referat Rad-Tech Tagung 2002, TÜV-Akademie, München 13./14.6.2002.
[4] Zinke, R.; Fischer, G.; Hanselka, H.: Betriebsfestigkeitsuntersuchungen an einem Leichtmetallrad
unter dem Belastungsprogramm Europazyklus, LBF-Bericht Nr. 138452 vom 01.10.2002.
[5] vdh – w. von der heyde gmbh: Bedienungsanleitung Heliumlecksuchanlage Nr. 80.3000400.DR
von Oktober 1998.
[6] Gitterschnittprüfung: DIN EN ISO 2409, Beuth Verlag Berlin, Oktober 1994.
[7] Sprühnebelprüfungen: DIN 50 021, Beuth Verlag Berlin, Juni 1988
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9. Anlagen / Enclosures
Tabelle 2 / Table 2: Vergleich der Produktionsfolge / Comparison of the production sequence
Herkömmlich
Traditional
BORBET
Group
Standard
1 2 3 4 5 6 7
Gießen Röntgen Mechanische Reinigen, Dichtheits- Vorbehandlung
Bearbeitung Trocknen Prüfung Lackierung
Casting X-Ray Mechanical Cleaning, Leak Proof Pre-Treatment
Treatment Drying
Test
Painting
Gießen Röntgen Mechanische
Vorbehandlung Automatische Heautomatisiert
Bearbeitung
Lackierung Dichtheitsprüfung
Casting X-Ray Mechanical
Pre-Treatment Automatic Helium
automatic Treatment
Painting
Leak Proof Test
Bild / Fig. 4: Fundstelle Schrottplatz / Place of discovery – scrap yard
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Nachweis der Dichtheit gegossener Aluminiumräder
Leak Proof on Cast Aluminium Wheels
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Bild / Fig. 5: Opel- Rad, produziert 1982
Opel-wheel, produced in 1982
Bild / Fig. 7: VW-Rad, produziert 1990
VW-wheel, produced in 1990
Gitterschnittprüfungen an Rädern / Cross-cut test on wheels [6]
Bild / Fig. 9: Tiefbett Opel Rad. Ergebnis i.O.
Rim of Opel wheel. Test result: OK
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Bild / Fig. 6: Opel-Rad mit Datumsonne
Opel-wheel with date sun
Bild / Fig. 8: VW-Rad mit Datumsonne
VW-wheel with date sun
Bild / Fig. 10: Tiefbett VW Rad. Ergebnis: i.O.
Rim of VW wheel. Test result: OK

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Nachweis der Dichtheit gegossener Aluminiumräder
Leak Proof on Cast Aluminium Wheels
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