Auch dank der dynamischen Eco-Boost-Funktion von Inficon bekam Maceas den Helium-Untergrund in der Prüfanlage in den Griff. © Maceas

In einer Vakuumkammer mit Helium als Prüfgas zu testen, war immer schon die schnellste Dichtheitsprüfmethode. Die Vakuumprüfung ermöglicht kürzere Taktzeiten als beispielsweise die Akkumulationsprüfung oder Druckprüfungen mit Luft. Bei der Akkumulationsmethode wird die Prüfkammer nicht evakuiert – deshalb muss gewartet werden, bis sich genügend Prüfgas in der Luft der Kammer angesammelt hat, um detektierbar zu sein. Der zeitliche Aufwand steigt auch bei der Vakuummethode, vor allem dann, wenn die zu prüfenden Bauteile größer werden, da mit der Bauteilgröße auch das Totvolumen in der Prüfkammer wächst. Dieser verbleibende Raum muss evakuiert werden, bevor ein Massenspektrometer ermitteln kann, ob und wie viel Helium-Prüfgas in das Vakuum austritt. Denn so wird bestimmt, wie groß etwaige Lecks in einem Prüfteil sind.

Dank Software wird der Nullpunkt jetzt dynamisch

Große Leckrate korrekt gemessen dank dynamischer Eco-Boost-Funktion. © Inficon

Die neue Eco-Boost-Funktion zur Untergrundbestimmung vermeidet diesen Nachteil. Denn sie definiert keinen festen Heliumwert als Nullpunkt, sondern geht dynamisch vor. Der Vorteil eines dynamischen Nullpunkts ist, dass die Messung früher beginnen kann. Die Software analysiert kontinuierlich die Kurve, mit der der Helium-Untergrund während der Evakuierung und Prüfung fällt. Die jeweils vergangenen zwei Sekunden nutzt der Algorithmus dazu, das weitere Verhalten des Helium-Untergrunds zu extrapolieren. So sind Leckraten, die andernfalls im Untergrund verschwinden würden, bereits früher messbar. Prozesssichere Dichtheitsprüfungen sind also schon nach einer deutlich kürzeren Evakuierungsphase möglich – Durchsatz und Geschwindigkeit erhöhen sich. Abhängig vom Prüfteil und der Grenzleckrate, gegen die getestet werden muss, kann Eco Boost dazu beitragen, die Anlage für die Vakuumprüfung weniger aufwendig auszulegen. Denn bei einer dynamischen Untergrundermittlung können auch kleinere Vakuumpumpen bereits ausreichend evakuieren.

Auch mit weniger Helium noch zuverlässig prüfen

Kleine Leckrate korrekt gemessen dank dynamischer Eco-Boost-Funktion. © Inficon

Die schnellere Vakuumprüfung mit geringerem Evakuierungsaufwand ist einer der Vorteile einer dynamischen Untergrundbestimmung. Ein weiterer ist die Option, den Heliumverbrauch zu reduzieren. Dies bedeutet: Entweder soll mithilfe von Eco Boost schneller gemessen werden, oder es soll weniger Helium verwendet werden. Helium ist zuweilen aufwendig zu beschaffen und kostspielig. Statt das Helium in unverdünnter Form zu verwenden, lässt sich nun die Konzentration des Prüfgases auf beispielsweise 10 Prozent reduzieren. Für das Dichtheitsprüfgerät ist das so, als würde gegen eine zehnfach kleinere Leckrate geprüft. Werden bestehende Anlagen mit einer Software zur dynamischen Untergrundbestimmung ausgerüstet, lässt sich der Prüfgasbedarf somit reduzieren – ohne Abstriche bei der Empfindlichkeit und Geschwindigkeit der Dichtheitsprüfung. Ein dritter Vorteil: Die Eco-Boost-Funktion macht Prüfanlagen flexibler, weil auch große Vakuumkammern mit kleineren Prüflingen sinnvoll genutzt werden können.

Tests von Wasserstofftanks einfacher

Die wichtigsten positiven Effekte des Verfahrens resultieren daraus, dass ein großes Totvolumen den Prüfablauf und die Taktzeiten bei der Vakuumprüfung weit weniger negativ beeinflusst als bisher. Vor allem bei großen Bauteilen geht die Prüfung nun schneller vonstatten. Solch große Komponenten können beispielsweise Batteriewannen für Elektrofahrzeuge, Wasserstofftanks von Fuel Cell Vehicles oder Treibstofftanks für Verbrennungsmotoren sein. Wasserstofftanks für Brennstoffzellenfahrzeuge sind meist sogenannte Typ-IV-Tanks, die aus Verbundwerkstoffen gefertigt sind. Solche Wasserstoff-Drucktanks für Pkws sind üblicherweise für Betriebsdrücken bis 700 bar konzipiert. Die Dichtheits- beziehungsweise Leckratenanforderungen für die Wasserstofftanks von Brennstoffzellenfahrzeugen ergeben sich aus einer Reihe internationaler Normen, die maximal zulässige Permeationsraten für diese Tanks definieren. Theoretisch können bei der Dichtheitsprüfung von Wasserstofftanks nur Lecks erkannt werden, die über der zulässigen Permeationsrate liegen. In der Realität werden Wasserstofftanks aber nicht bloß entsprechend der Permeationsnormen geprüft, sondern gegen Helium-Leckraten, die zehnfach kleiner sind. Wenn sich eine Helium-Leckrate oberhalb der Permeationsrate des Materials selbst ermitteln lässt, ist dies ein eindeutiger Beleg dafür, dass ein Leck existiert. Wasserstoffdichtheit der Komponenten ist eine essenzielle Anforderung, um die Betriebssicherheit von Brennstoffzellenfahrzeugen zu gewährleisten.