Dichtheitsprüfung

Leckagen sicher finden mit Wasserstoff als Tracergas. Um den Anforderungen der momentan gängigen Qualitätsstandards, ob im industriellen oder handwerklichen Sektor, gerecht zu werden, müssen immer...

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Leckagen sicher finden mit Wasserstoff als TracergasUm den Anforderungen der momentan gängigen Qualitätsstandards, ob im industriellen oder handwerklichen Sektor, gerecht zu werden, müssen immer wieder neue Hürden genommen oder neue Techniken im Arbeitsprozess integriert werden. Speziell im Bereich der Dichtheitsprüfung stehen im Sinne des Qualitätsmanagements noch weitere effiziente Zeit einsparende und bedienerfreundliche Lösungsvorschläge zur Verfügung. So zum Beispiel mit dem handlichen Lecksuchgerät H 2100 von der Mesystec GmbH, Brüggen, das sich hervorragend zur Leckortung eignet. Man kennt das ja, ein Produkt hat den langen Weg durch die Fertigung hinter sich gebracht und ist nun endlich fertig. Es muss ,,nur noch" auf Dichtheit geprüft werden, um an den wartenden Kunden ausgeliefert zu werden. Und je nachdem wie hoch die Anforderungen und die Qualitätsansprüche an das Produkt geknüpft sind, desto genauer muss das Prüfverfahren sein, mit dem die Dichtheit nachgewiesen werden muss. Am gebräuchlichsten sind mittlerweile gängige Druckanstiegs- oder Druckabfallsysteme, auch die Detektion von Gasblasen über Ultraschallsensorik wird eingesetzt. Ganz zu schweigen von der klassischen Methode, den Prüfling unter Druckabschluss ins Wasserbad zu tauchen und rein visuell auf austretende Luftblasen zu achten, um dann (entsprechende Erfahrung vorausgesetzt), entscheiden zu können, ob der Prüfling in Ordnung oder nicht in Ordnung ist. Die Suche nach dem geeigneten PrüfverfahrenJedes Unternehmen wägt die Frage nach Aufwand und Nutzen der angebotenen Lösungsvorschläge ab. Dabei sollten unter anderem folgende Auswahlkriterien für das geeignete Prüfverfahren herangezogen werden: Ist das Prüfverfahren genau genug? Wie lange dauert eine Prüfung? Auf welche Querempfindlichkeiten, zum Beispiel Temperaturdrift bei Druckmessungen, muss man bei der Messung achten? Wie groß sind Aufwand und Kosten, die für die eventuelle Nacharbeit eines schlechten Prüfteils anfallen? Speziell der letzte Punkt spielt in vielen Unternehmen eine nicht zu vernachlässigende Rolle. Leckagen an zu prüfenden Produkten nachzuweisen ist die eine Sache, die genaue Ortung der undichten Stelle ist eine andere. Das Verfahren, das hier vorgestellt wird, arbeitet nach der Tracergasmethode (Spürgasmethode). Dieses Verfahren ist zwar nicht neu, aber mit dem Lecksuchgerät H 2100 ist eine praxisorientierte effiziente Alternative zu den herkömmlichen Systemen am Markt erschienen. Das Arbeiten mit Tracergas bedeutet, dass der Prüfling mit einem Gas beaufschlagt wird, das mit einem geeigneten Detektor an der Leckstelle geortet werden kann. Der Vorteil dieser Dichtheitsprüfung liegt darin, dass man mit der Sondenspitze direkt an der Oberfläche des Prüflings entlanggeht und das Gas, das an der Leckstelle entweicht, sofort detektieren kann. Bei dem H 2100 handelt es sich um ein kleines akkubetriebenes tragbares Gerät, das über ein Kabel mit einer Handsonde verbunden ist. Es ist für die Messung von Wasserstoff konzipiert und lässt sich in drei Messbereichen betreiben. Im Gegensatz zu anderen Lecksuchgeräten befindet sich der Sensor direkt in der Handsondenspitze, ein Umstand, der gleich mehrere positive Eigenschaften mit sich bringt: Die Messprobe muss nicht erst über eine Pumpe angesaugt werden, die Reaktionszeit von rund 2 s vom Eindringen des Gases in den Sensor bis zur Signalausgabe am Gerät ist im Gegensatz zu Lecksuchern mit Pumpe viel kürzer, die Länge der Verbindungsleitung kann je nach Einsatzzweck variieren. Die Auswertung des Sensorsignals findet Mikroprozessor gesteuert im Gerät statt, das die gemessene Gaskonzentration optisch über eine Leuchtdioden-Balkenanzeige und akustisch über einen Warnton (in der Frequenz dem Signal entsprechend) ausgibt (Bild 2). Wasserstoff als Tracergas ist kostengünstig und gut zu detektierenTracergase gibt es verschiedene, zum Beispiel Helium (He), Schwefel-Hexaflorid (SF6) oder Lachgas (N2O) um nur einige zu nennen. Wasserstoff (H2) dagegen ist relativ neu in dieser Verfahrenstechnik. Ein Grund dafür war, dass es keine geeignete Sensorik für dieses Gas gab. Mittlerweile ist die Halbleiterindustrie so weit, es gibt kleine Chipsensoren, die selektiv auf Wasserstoff reagieren. Diese Sensorik beruht auf der Grundlage von Edelmetallen (Palladium), das in Verbindung mit Wasserstoff ein Metallhydrid bildet und dadurch seine elektrischen Eigenschaften ändert.Das wohl am häufigsten in der Industrie anzutreffende Tracergas ist das Helium. Es ist nicht brennbar, ungiftig und die Hintergrundkonzentration in unserer Atmosphäre ist sehr gering (etwa 5 ppm). Dieses Gas hat eine niedrige physikalische Dichte und lässt sich hochauflösend detektieren zum Beispiel über die Massenspektrometrie. Wasserstoff wurde dagegen lange Zeit nicht eingesetzt, weil es wie schon erwähnt keine geeignete Sensorik gab, ein weiterer Grund dürfte auch die Angst oder der Respekt vor dessen Brennbarkeit gewesen sein (oder die Frage: Wie handhabt man dieses Gas am sichersten ?). Aber, bei der richtigen Anwendung eignet sich Wasserstoff hervorragend als Tracergas.Gegenüber Helium ist Wasserstoff deutlich preiswerter, die Wasserstoffmoleküle sind kleiner und leichter als die des Heliums. Dadurch bewegt es sich viel agiler und schneller durch Leckagen. Wasserstoff haftet dadurch auch nicht so leicht an Oberflächen, wie es zum Beispiel beim Helium der Fall ist. Diese negative Eigenschaft des Heliums lässt das Arbeiten an einem durch ein Grobleck verursachten mit Helium ,,verseuchten" Arbeitsplatz mehrere Minuten unmöglich machen. Bei der Verwendung von Wasserstoff als Tracergas nimmt man aus Sicherheitsgründen handelsübliche Mischungen aus Stickstoff und Wasserstoff. Hier hat sich das Formiergas 5 durchgesetzt, das auch in der Metall verarbeitenden Industrie als Schutzgas beim Schweißen Verwendung findet. Das Formiergas 5 ist eine Mischung aus 95% Stickstoff (N2) und 5% Wasserstoff (H2), also eine relativ verdünnte Konzentration. Durch die sensible Sensorik des Lecksuchgerätes ist es dennoch möglich kleinste Leckagen zu detektieren. Schon eine Konzentrationserhöhung von 1 ppm (vor der Leckageöffnung) führt zur deutlichen Signalgebung. Dies ermöglicht, selbst unter Feld-Arbeitsbedingungen, Leckraten in der Größenordnung von 10-5 cm3/s aufzuspüren. Die Ungefährlichkeit von Formiergas 5 ist in der ISO 10156 festgelegt. Hier werden H2/N2 Mischungen bis zu einem Wasserstoffanteil von 5,7% als unbrennbar deklariert.Das Tracergasverfahren ist vielseitig einsetzbarDas Einsatzgebiet für die Dichtheitsprüfung mit Wasserstoff ist breit gefächert. In der Automobilindustrie findet sie zum Beispiel Anwendungen im Bereich der Qualitätssicherung für die Serienproduktion von Benzinpumpen, hier wird die Tracergasmethode jedoch nicht mit einem Handgerät manuell ausgeführt, sondern mit einer vollständig automatisierten Version.In der chemischen Industrie kommt die manuelle Suchtechnik zum Tragen, wenn es darum geht Rohrleitungssysteme und deren Verbindungsstellen auf Dichtheit zu prüfen. Auch im Bereich der Betreiber von Industrieöfen findet das Lecksuchgerät seinen Einsatzzweck. Speziell hier ist es so, dass das Prüfmittel Formiergas gar nicht erst zusätzlich herangezogen werden muss, weil es in vielen Fällen als Oxidationsschutz des Stückguts im Ofen schon vorhanden ist. Das heißt ein mit Formiergas gefluteter Ofen lässt sich mit dem handlichen tragbaren Gerät leicht an den in Frage kommenden Stellen überprüfen. Durch den flexiblen biegsamen Handsondenhals am Lecksuchgerät kommt man auch an sonst unzugänglichen Stellen wie die Verrohrung von Pkw-Klimaanlagen. Auch im Handwerk lassen sich Arbeitsprozesse wie die Überprüfung von Wasserleitungen oder Fußbodenheizungen vereinfachen. Dort wo das Leitungssystem mit Druckluft beaufschlagt wird, um dann über einen längeren Zeitraum einen Druckabfall festzustellen, weiß man immer noch nicht wo sich die Leckagen befinden. Wird das System dagegen mit Formiergas gefüllt, braucht man mit dem Handgerät nur den Leitungen und deren Verbindungen zu folgen und findet direkt die fehlerhaften Stellen.