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Spürgasverfahren
Die Lecksuche mit Spürgasverfahren, Teil 1
Leckortungsverfahren
Leckortungsverfahren
Messung der Gesamtleckrate
Messung der Gesamtleckrate
Die Lecksuche mit Spürgasen (engl. Tracer Gases) sind die empfindlichtsten Nachweisverfahren. Mit Helium als Spürgas kann man unter extrem sauberen Laborbedingungen noch Leckageraten im 10..... mbar l/s Bereich nachweisen. Das entspricht einem Gasverlust von ca. 1 Kubikzentimeter in 30 000 Jahren.
Die Methode mit dem Spürgas Helium und dem Nachweis mit einem Massenspektrometer wurde in den USA um das Jahr 1945 entwickelt. Eine der ersten Veröffentlichungen stammt von Nier (1947, siehe unter Literaturangaben).
Bevor es die Helium-Lecksuche gab, war die empfindlichste Lecksuchmethode die Halogen-Lecksuche. Als Spürgas wurde R-12 (Freon bzw. Frigen) verwendet und unter besten Bedingungen war eine Leckrate von 10... mbar l/s nachweisbar. Diese Methode ist jetzt nahezu ausgestorben da diese verwendeten Spürgase Fluor- chlorkohlenwasserstoffe sind und heute aus Umweltgründen nicht mehr verwendet werden dürfen. Deshalb wird hier auf die Beschreibung dieser Testmethode verzichtet. Wer dennoch imteressiert ist findet eine ausführliche Beschreibung dieser Methode in meinem Seminar für Dichtheitsmessunegen und Lecksuchmethoden (siehe unter Produkte). In Kälteanlagen werden heute Ersatzgase benutzt. Für Lecksuche an solchen Anlagen gibt es jetzt auch Massenspektrometer-Lecksuchgeräte für schwerere Gase als Helium oder Wasserstoff.
Die Methode mit dem Spürgas Helium und dem Nachweis mit einem Massenspektrometer wurde in den USA um das Jahr 1945 entwickelt. Eine der ersten Veröffentlichungen stammt von Nier (1947, siehe unter Literaturangaben).
Bevor es die Helium-Lecksuche gab, war die empfindlichste Lecksuchmethode die Halogen-Lecksuche. Als Spürgas wurde R-12 (Freon bzw. Frigen) verwendet und unter besten Bedingungen war eine Leckrate von 10... mbar l/s nachweisbar. Diese Methode ist jetzt nahezu ausgestorben da diese verwendeten Spürgase Fluor- chlorkohlenwasserstoffe sind und heute aus Umweltgründen nicht mehr verwendet werden dürfen. Deshalb wird hier auf die Beschreibung dieser Testmethode verzichtet. Wer dennoch imteressiert ist findet eine ausführliche Beschreibung dieser Methode in meinem Seminar für Dichtheitsmessunegen und Lecksuchmethoden (siehe unter Produkte). In Kälteanlagen werden heute Ersatzgase benutzt. Für Lecksuche an solchen Anlagen gibt es jetzt auch Massenspektrometer-Lecksuchgeräte für schwerere Gase als Helium oder Wasserstoff.
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Es gibt (und gab) noch etliche andere Lecksuchverfahren mit Spürgasen. Erwähnt werden sollen hier nur noch zwei:
Die Lecksuche mit Ammoniak und die Lecksuche mit einem Wärmeleitungssensor. Bei dem Verfahren mit Ammoniak wurde das Prüfobjekt mit diesem Gas gefüllt und außen wurde es mit nassem Lackmuspapier beklebt. Eine Farbänderung an dem Papier zeiget die Stelle derLeckage. Bei der Wärmeleitungsmessung wird das Prüfobjekt wieder mit dem Spürgas gefüllt, wobei man ein Gas bevorzugen sollte, das sich in der Wärmeleitung von der Luft- Wärmeleitung deutlich unterscheidet. Die größten Unterschiede zur Luft haben die Gase Wasserstoff und Helium. Mit einem speziellen Schnüffelgerät, bestückt mit einem Wärmeleitungs-Sensor wird nach dem Ort der Leckage gesucht.
Die Lecksuche mit Ammoniak und die Lecksuche mit einem Wärmeleitungssensor. Bei dem Verfahren mit Ammoniak wurde das Prüfobjekt mit diesem Gas gefüllt und außen wurde es mit nassem Lackmuspapier beklebt. Eine Farbänderung an dem Papier zeiget die Stelle derLeckage. Bei der Wärmeleitungsmessung wird das Prüfobjekt wieder mit dem Spürgas gefüllt, wobei man ein Gas bevorzugen sollte, das sich in der Wärmeleitung von der Luft- Wärmeleitung deutlich unterscheidet. Die größten Unterschiede zur Luft haben die Gase Wasserstoff und Helium. Mit einem speziellen Schnüffelgerät, bestückt mit einem Wärmeleitungs-Sensor wird nach dem Ort der Leckage gesucht.
Leckortungsverfahren
1.) Lecksuche von außen nach innen:
Das Prüfobjekt wird über das Lecksuchgerät evakuiert. Von außen wird es mit einem schwachen Heliumstrahl aus einer Sprühpistole abgesprüht. Gelangt Helium über eine Leckage in das Vakuum im Prüfobjekt, wird dieses vom Massenspektrometer erfasst und empfindlich angezeigt. Indem man die Sprühpistole langsam über das Prüfobjekt bewegt, findet man den Punkt mit der größten Anzeige am Lecksuchgerät. Bei dieser Prüfmethode muss die Ansprechzeit im Sekundenbereich liegen. Je länger die Ansprechzeit, um so langsamer muss die Sprühpistole bewegt werden. Hat man die Leckage geortet und verweilt nun mit dem Sprühstrahl über der Leckage, und hat damit eine 100%ige Einströmung von Helium durch die Leckage, so kann die Größe der Leckage vom Lecksuchgerät angezeigt werden, vorausgesetzt das Lecksuchgerät wurde voher mit einen Referenzleck kalibriert.
Diese Methode gestattet den empfindlichsten Nachweis, da im Vakuum des Prüfobjektes fast kein störender Helium- Untergrund vorhanden ist.
Diese Methode gestattet den empfindlichsten Nachweis, da im Vakuum des Prüfobjektes fast kein störender Helium- Untergrund vorhanden ist.
2.) Lecksuche von innen nach außen:
Bei dieser Leckortungsmethode wird das Prüfobjekt mit Helium gefüllt. Am Helium-Lecksuchgerät ist eine Schnüffelsonde angebracht, durch die ständig ein schwacher Luftstrom zum Lecksuchgerät gesaugt wird. Führt man die Schnüffelsonde nun am Prüfobjekt über die kritischen Bereiche und gelangt dabei Helium statt Luft in die Schnüffelsonde, so wird dies dort angezeigt. Diese Prüfmethode ist besonders geeignet, wenn sich bei der Vakuum- Methode lange Ansprechzeiten ergeben würden. Bei der Schnüffelsonde wird die Ansprechzeit nur durch die Länge der Schnüffelleitung bestimmt. Sie liegt bei einer gängigen Schlauchlänge von 3 Metern in Bereich von einer Sekunde. Sind lange Schnüffelleitungen erforderlich, so gibt es ein Verfahren, das üblicherweise "Quick Test" genannt wird. Dabei wird der Gastrom durch die Schnüffelleitung mit einer Membranpumpe erhöht. Da aber dieser größere Gasfluss nicht insgesamt in das Lecksuchgerät geleitet werden kann ist die Empfindlichkeit dieser Methode geringer.
Gegenüber der Vakuum-Methode ist die Schnüffelmethode bedeutend unempfindlicher, da sich ja in der Luft 5 ppm Helium befinden. Das entspricht einem Partialdruch von 5 x 10.... mbar. Dieser Heliumanteil in der Atmosphäre wird vom Helium-Lecksuchgerät deutlich als Untergrundsignal nachgewiesen und empfindlicher als das Untergundsignal kann man nicht messen. So liegt die Nachweisgrenze bei der Helium-Schnüffelmethode bei rund 2 x 10.... mbar l/s.
Die Leckortung mittels Schnüffelsonde läßt keine genaue Messung der Leckrate zu, da man nie sicher weiß, ob alles aus der Leckage entweichende Gas in die Schnüffelsonde gelangt.
Gegenüber der Vakuum-Methode ist die Schnüffelmethode bedeutend unempfindlicher, da sich ja in der Luft 5 ppm Helium befinden. Das entspricht einem Partialdruch von 5 x 10.... mbar. Dieser Heliumanteil in der Atmosphäre wird vom Helium-Lecksuchgerät deutlich als Untergrundsignal nachgewiesen und empfindlicher als das Untergundsignal kann man nicht messen. So liegt die Nachweisgrenze bei der Helium-Schnüffelmethode bei rund 2 x 10.... mbar l/s.
Die Leckortung mittels Schnüffelsonde läßt keine genaue Messung der Leckrate zu, da man nie sicher weiß, ob alles aus der Leckage entweichende Gas in die Schnüffelsonde gelangt.
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Messung der Gesamtleckrate
Die Messung der Gesamtleckrate wird auch Integraltest genannt. Sie kann wiederum auf zweierlei Art ausgeführt werden, nämlich 1. von außen nach innen und 2. von innen nach außen. Diese Art der Messung gibt keine Auskunft über die örtliche Lage der Leckage.
1.) Integraltest von außen nach innen:
Das Prüfobjekt wird vom Helium-Lecksuchgerät evakuiert. Von außen wird es von einer Hülle oder Glocke umgeben, die mit Helium gefüllt wird. Um eine Messung der Gesamtleckrate zu erlangen, muss unter der Hülle 100% Helium sein. Bei einer Glocke kann man dies erreichen, indem man vor dem Füllen mit Helium die Glocke evakuiert. Bei einer Hülle, die das Evakuieren nicht zulässt (z.B. eine Hülle aus einer Folie) muß man die 100%ige Füllung durch Spülen erreichen. Dazu muss die Hülle auch eine Austrittsöffnung haben. Dort kann man mit einem am Lecksuchgerät über einen Schlauch angeschlossenem geeichten Kapillarleck die Heliumkonzentration messen.
Bei dieser Art der Messung spielt die Ansprechzeit keine Rolle. Die Leckanzeige steigt dann entsprechend langsam an. Man muß allerdings bei der Ablesung des Messergebnisses abwarten, bis sich die Leckanzeige nicht mehr ändert.
Bei dieser Art der Messung spielt die Ansprechzeit keine Rolle. Die Leckanzeige steigt dann entsprechend langsam an. Man muß allerdings bei der Ablesung des Messergebnisses abwarten, bis sich die Leckanzeige nicht mehr ändert.
2.) Integraltest von innen nach außen:
Das mit 100% Helium gefüllte Bauteil wird unter einer Glocke angebracht, die von dem Helium-Lecksuchgerät evakuiert wird. Jegliches aus der Leckage entweichende Helium gelangt so zum Lecksuchgerät und wird dort quantitativ angezeigt. Für die Ansprech-Zeitkonstante ist das Restvolumen unter derGlocke dividiert duch das effektiv wirksame Saugvermögen an der Glocke maßgebend.
Bei großen Bauteilen, die nicht mehr unter einer Glocke angebracht werden können, gibt es ein Ersatzverfahren. Man umhüllt das Prüfobjekt mit einer Folie und mißt den Anstieg der Heliumkonzentration unter der Folie. Dabei muß die Wartezeit und auch die sich ergebende Leckrate errechnet werden. Bei langen Ansprechzeiten muß die Folie metallisiert sein, sonst ergeben sich Heliumverluste durch Permeation durch die Folie. Eine detaillierte Beschreibung dieses Verfahrens ist in meinem Seminar für Dichtheitsmessungen und Lecksuchmethoden zu finden.
Bei großen Bauteilen, die nicht mehr unter einer Glocke angebracht werden können, gibt es ein Ersatzverfahren. Man umhüllt das Prüfobjekt mit einer Folie und mißt den Anstieg der Heliumkonzentration unter der Folie. Dabei muß die Wartezeit und auch die sich ergebende Leckrate errechnet werden. Bei langen Ansprechzeiten muß die Folie metallisiert sein, sonst ergeben sich Heliumverluste durch Permeation durch die Folie. Eine detaillierte Beschreibung dieses Verfahrens ist in meinem Seminar für Dichtheitsmessungen und Lecksuchmethoden zu finden.
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Einige Eigenschaften von Spürgasen
im Vergleich zu Luft
bei 25 Grad Celsiud und 1013 mbar
Einführung in die Gasgesetze, Teil 1
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Einführung in die Gasgesetze, Teil 2
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Die Strömung von Gasen in Leckagen 1
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Drucklagerungstest, Teil 1
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Links zu anderen Lecksuchadressen
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Lecksuch- und Messverfahren
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Druckänderungs- verfahren
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Helium-Dichtheitstest an Wärmetauschern
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Die Lecksuche mit Spürgasverfahren 1
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Die Lecksuche mit Spürgasverfahren 2
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Die Lecksuche mit Laserstrahlen
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Literaturangaben
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Inhaltsverzeichnis
Historisches über die Lecksuchtechnik
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Heliumsensoren
durch Permeation
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Heliumsensoren
durch Permeation
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