So wird ein Leck mit Hilfe von Druckdifferenzprüfungen aufgespürt
Dichtheitsprüfmethode ohne Lecksucher
Die sinnvollste Unterscheidung der angewendeten Dichtheitsprüfmethoden ist die Unterscheidung, ob besondere Lecksucher zum Einsatz kommen oder nicht.
Im einfachsten Fall kann ein Leck qualitativ und bei Verwendung bestimmter Prüfmethoden auch quantitativ (d. h. als Leckrate) ohne die Hilfe eines speziellen Lecksuchers bestimmt werden. Beispielsweise kann die Wassermenge, die über einen bestimmten Zeitraum aus einem undichten Wasserhahn tropft, mit einem Messgefäß bestimmt werden. Man würde in diesem Fall aber kaum von einem Lecksucher sprechen.
In Fällen, in denen die Leckrate bei der Dichtheitsprüfung ohne Lecksucher ermittelt werden kann, wird diese Leckrate oft in die Helium-Standard-Leckrate umgerechnet. Dieser Standard-Leckratenwert wird häufig bei der Ausstellung von Abnahmezertifikaten benötigt, dient aber auch dem Vergleich der Leckraten, die mit Helium-Lecksuchern ermittelt wurden.
Trotz sorgfältiger Prüfung der einzelnen Bauteile können auch nach der Montage Undichtheiten an einer Apparatur vorhanden sein, sei es durch schlecht sitzende Dichtungen oder beschädigte Dichtflächen. Die Verfahren zur Untersuchung einer Apparatur hängen von der Größe der Undichtheiten und dem angestrebten Dichtigkeitsgrad ab sowie davon, ob die Apparatur aus Metall, Glas oder anderen Materialien besteht.
Im Folgenden werden einige Methoden zur Dichtheitsprüfung skizziert. Sie werden entsprechend der jeweiligen Anwendungssituation ausgewählt. Häufig spielen ökonomische Faktoren eine wichtige Rolle.
Druckanstiegsprüfung
Diese Dichtheitsprüfungsmethode macht von der Tatsache Gebrauch, dass eine Gasmenge – die über einen bestimmten Zeitraum gleich bleibt – in ein ausreichend evakuiertes Gerät strömen lässt. Im Gegensatz dazu nimmt die Menge des von den Wänden und Dichtungen abgegebenen Gases mit der Zeit ab.
Das pumpenseitige Ventil des Vakuumbehälters wird zur Vorbereitung der Druckanstiegsmessungen geschlossen. Dann wird die Zeit Δt gemessen, während der Druck um einen bestimmten Wert Δp steigt (z. B. um eine Zehnerpotenz). Das Ventil wird wieder geöffnet und die Pumpe wird für eine gewisse Zeit erneut betrieben. Anschließend wird die Messung des Druckanstiegs wiederholt. Bleibt die Zeit Δt für den Druckanstieg Δp konstant, liegt ein Leck vor, vorausgesetzt, dass die Wartezeit zwischen den beiden Druckanstiegsmessungen lang genug war. Welche Wartezeit angemessen ist, hängt von der Art und Größe des Produkts ab. Wenn sich die Zeit für den Druckanstieg Δp erhöht, ist es sehr wahrscheinlich, dass dieser Effekt auf eine reduzierte Gasabgabe im Inneren der Apparatur zurückzuführen ist.
Man kann auch versuchen, zwischen Lecks und Kontamination zu unterscheiden, indem man die Kurve interpretiert, die den Druckanstieg (= Druck als Funktion der Zeit) darstellt.
Auf einem Diagramm mit linearer Skala muss die Kurve für den Druckanstieg eine gerade Linie sein, wenn ein Leck vorhanden ist, selbst bei höheren Drücken.
Wenn der Druckanstieg darauf zurückzuführen ist, dass Gas aus den Wänden abgegeben wird, verringert sich der Druckanstieg allmählich und erreicht einen endgültigen und stabilen Wert. In den meisten Fällen treten beide Phänomene gleichzeitig auf, sodass die Trennung der beiden Ursachen oft schwierig oder unmöglich ist.
Diese Verhältnisse werden im Folgenden schematisch dargestellt:
Druckanstieg in einem Vakuumbehälter als Funktion der Zeit nach dem Abschalten der Vakuumpumpe
- Leck
- Gasabgabe der Behälterwände
- Leck + Gasabgabe
Sobald klar ist, dass der Druckanstieg ausschließlich auf ein echtes Leck zurückzuführen ist, kann die Leckrate quantitativ aus dem zeitlichen Druckanstieg gemäß der folgenden Gleichung bestimmt werden:
qL = V·(Δp/Δt)
wobei:
- qL = Leckrate in mbar l/s
- V = Volumen des Vakuumbehälters in l
- Δp/Δt = Druckanstieg im Vakuumbehälter (Δp geteilt durch die Messzeit Δt in mbar/s)
Druckabfallprüfung
Hier gelten analoge Überlegungen wie bei der Druckanstiegsmethode. Die Druckabfallprüfung wird jedoch nur selten zur Dichtheitsprüfung von Vakuumsystemen verwendet. In diesem Fall sollte der Druck des Manometers jedoch 1 bar nicht überschreiten, da die in der Vakuumtechnologie verwendeten Flanschanschlüsse keine höheren Drücke tolerieren.
Andererseits ist die Druckabfallprüfung eine Technik, die häufig im Behälterbau eingesetzt wird. Bei großen Behältern und den entsprechend langen für den Druckabfall benötigten Prüfzeiten, ist es unter Umständen notwendig, die Auswirkungen von Temperaturänderungen zu berücksichtigen. So kann es beispielsweise vorkommen, dass das System unter den Sättigungsdruck für Wasserdampf abkühlt und Wasser kondensiert und die Messung verzerrt wird.
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