Quality Engineering Plus 01.18

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:: Technik Dichtheitsprüfung von Sensoren und kleinvolumigen Prüfteilen Keine Chance für Feuchtigkeit Werden miniaturisierte und kleinvolumige Bauteile in feuchtigkeitsbelasteten Umgebungen eingesetzt, müssen diese wasserdicht sein beziehungsweise müssen die Dichtheit gemäß der IP-Schutzklassen erfüllen. Zur Qualitätsabsicherung lassen sich Teile zu 100% während des Fertigungsprozesses auf Dichtheit prüfen. Prinzip der Druckverlust- prüfung Grafik: Ceta Der Autor Dr. Joachim Lapsien Vertriebsleiter Ceta Testsysteme www.cetatest.com Bei der Dichtheitsprüfung von innen befüllbaren Prüfteilen mit kleinen Volumina wird häufig die Anforderung nach einer sehr kurzen Prüfzeit gestellt. Hierfür eignen sich prinzipiell Dichtheitsprüfverfahren unter Verwendung von Druckluft. Die Gesamtprüfung besteht aus den zeitlich aufeinander folgenden Phasen Füllen, Stabilisieren, Messen und Entlüften. In der Messphase wird der zeitliche Druckverlust gemessen und mit den zulässigen Toleranzen verglichen. Eine stabile Messphase ist dadurch gekennzeichnet, dass der leckagebedingte Druckverlust proportional zur Zeit ist. Gekapselte Bauteile wie zum Beispiel Sensoren, Relais, Mikroschalter oder Armbanduhren können nicht von innen mit Druckluft befüllt werden. Diese Prüfteile werden unter einer das Prüfteil möglichst eng umfahrenden Haube platziert, die unter Druck gesetzt wird. Der zeitliche Abbau des Drucks in das Prüfteil wird registriert. Hierbei stellt sich folgendes Problem: Weist das Prüfteil ein Grobleck auf, wird es schon während der Befüllphase der Haube direkt mit Druckluft gefüllt. Dann würde nur die Dichtheit der Haube geprüft werden. Somit wird im ersten Schritt überprüft, dass das Prüfteil kein Grobleck aufweist (Grobleckprüfung). Danach folgt die eigentliche Feinleckprüfung mittels Druckverlustmessung. Ein im Prüfgerät integriertes Reservoirvolumen wird auf einen Druck p 1 gefüllt und vom Druckregler getrennt. Das Sperrventil des internen Reservoirvolumens wird geöffnet und die Luft in die an das Prüfgerät angeschlossene Haube geflutet. Da sich die Luft des Reservoirvolumens auf ein größeres Volumen verteilt, stellt sich ein geringerer Druck p 2 ein. Durch das Verhältnis p 2 /p 1 kann man feststellen, welches Volumen angefüllt wird. Hierbei werden die Drücke in der Regel mit einem Überdrucksensor gemessen. Liegt kein Grobleck vor, gilt: p 2 = V Reservoir p 1 = V Reservoir +V Messkreis +V Leitung +V Haube -V Prüfteil, außen Im Fall eines Groblecks wird zusätzlich das innere Volumen des Prüfteils mit angefüllt und es gilt: V Reservoir V Reservoir +V Messkreis +V Leitung +V Haube -V Prüfteil, außen +V Prüfteil, innen Im Ausgangszustand befinden sich die Volumina auf Normaldruckniveau, so dass in diese Formeln die Drücke als positive beziehungsweise negative Überdrücke einzusetzen sind. Ein Beispiel: Das Außenvolumen eines Sensors beträgt 5 cm 3 . Er ist gekapselt und hat ein Innenvolumen von 2 cm 3 , das im Falle eines Groblecks mit 46 Quality Engineering PLUS 01.2018

Precision in Measurements angefüllt wird. Die das Prüfteil umgebende Haube hat ein Volumen von 10 cm 3 und nimmt den Sensor vollständig auf. Das Prüfgerät hat ein internes Reservoirvolumen von 45 cm 3 , das interne Messkreisvolumen beträgt 5 cm 3 . Die Messleitung (0,5 m Länge und 4 mm Innendurchmesser) hat einem Volumen von 6,3 cm 3 . Hierbei stellt sich ein Druckverhältnis von 0,734 im Falle eines Prüfteils ohne Grobleck ein. Weist das Prüfteil ein Grobleck auf, ergibt sich ein Druckverhältnis von 0,711. Besitzt das Prüfteil kein Grobleck, schließt sich die Feinleckprüfung an, und der zeitliche Druckverlust wird gemessen. Um diese bei einem positiven Überdruck von p 2 = 500 mbar durchzuführen, ist hier ein positiver Überdruck von p 1 = 681 mbar als Startwert einzustellen. 5 DOF-Kalibrier-Laserinterferometer SP 5000 C5 / SP 5000 C5 2D Messen - Ausrichten - Kalibrieren Simultane Weg-, Winkel- und Geradheitsmessung Längenmessbereichbis 6 m, Auflösung 5 pm Winkelmessbereich 5°, Auflösung 0,001 arcsec Hochgenaue interferometrische oder absolute Geradheitsmessung Prozesssichere Aussagen erfordern Unterschied der Druckverhältnisse von mindestens 0,02 Die Unterscheidung zwischen einem Prüfteil mit Grobleck und einem Prüfteil ohne Grobleck wird um so schwieriger, je geringer das befüllbare Innenvolumen des Prüfteils im Vergleich zur Summe der anderen in die Formel eingehenden Volumina ist. In der Praxis benötigt man einen Unterschied der Druckverhältnisse von mindestens 0,02 zwischen dem Grobleck- und dem Nicht- Grobleck-Zustand, um prozesssichere Aussagen treffen zu können. Die Auflösung und die Taktzeit bei der Prüfung kleinvolumiger Prüfteile lassen sich durch folgende Maßnahmen optimieren: • Verwendung von kurzen Messleitungen mit kleinem Innendurchmesser • Einsatz von speziellen geräteinternen Schaltventilen mit geringem Schaltkick • Verringerung der geräteinternen Volumina (Reservoirund Messkreisvolumen) • Einsatz einer Haube, die das Prüfteil möglichst eng umfährt. In Abhängigkeit von den Prüfteiltoleranzen ist der Einsatz von Präzisionshauben möglich, die sich bis auf nur 0,2 mm an die Außenkontur des Prüfteils „anschmiegen“. • Verwendung eines empfindlicheren Sensors (Differenzdruckmesszelle statt Überdruckmesszelle) zur Beurteilung der Druckdifferenzen p 2 /p 1 Ein optimiertes Prüfgerät wie Cetatest 515 vom Ceta (Halle 4, Stand 4131) ermöglicht sehr kurze Prüfzeiten. • Bei kleinvolumigen gekapselten Bauteilen können die Gesamtprüfzeiten im Bereich von 1 bis 2 s liegen. • Montagefehler wie ein fehlender O-Ring können durch Auswertung der Druckverhältnisse erkannt werden. Dieses ist eine Alternative, wenn optische oder taktile Messverfahren nicht eingesetzt werden können. Bei einem Prüfteilvolumen von 20 cm 3 und einem positivem Überdruck von 900 mbar können Volumenunterschiede von nur 0,03 cm 3 erkannt werden. Dies entspricht dem Volumen eines O-Rings von 12 mm Durchmesser und 1 mm Schnurstärke. • Bei der Druckverlustprüfung kleinvolumiger Spezialventile wurden in der Praxis Gesamtprüfzeiten von 750 ms realisiert. ■ SIOS Meßtechnik GmbH Am Vogelherd 46, 98693 Ilmenau Tel.: +49-(0)3677/6447-0 E-mail: contact@sios.de www.sios.de Besuchen Sie uns auf der Control in Stuttgart 24.-27.4.2018, Halle 3, Stand 3413 EPPC (Electronic-Pneumatic Position Control) Effiziente Schwingungsisolierung für hochdynamische und erschütterungsempfindliche Maschinen. Viele weitere Produkte für Ihren Anwendungsfall auf www.bilz.ag Besuchen Sie uns zur CONTROL ! Halle 4, Stand 4412 Quality Engineering PLUS 01.2018 47