Wie man bei der (Vakuum-)
Dichtheitsprüfung Helium sparen kann
Bei der Lecksuche wird in der Regel Helium als Prüfgas verwendet, vor allem wegen seiner idealen Eigenschaften. Helium wird als Spürgas bevorzugt, weil:
- es einen geringen natürlichen Hintergrund in der Luft hat, so dass das aus einem Leck austretende Gas zuverlässig von der Umgebungsluft unterschieden werden kann
- es inert ist und nicht mit anderen Medien reagiert
- es nicht in typische industrielle Prüfbereiche emittiert wird
- es umweltfreundlich und nicht gesundheitsschädlich ist
Der Verbrauch von Helium beeinflusst allerdings die Betriebskosten. Daher suchen viele Anwender nach Möglichkeiten, bei der Vakuumdichtheitsprüfung Helium zu sparen. In diesem Artikel wird erläutert, wie Helium eingespart werden kann, welche Schritte Sie dazu unternehmen und worauf Sie achten müssen.
Arbeiten mit niedrigeren Konzentrationen von Helium
Für viele industrielle Anwendungen ist es nicht erforderlich, mit reinem Helium zu arbeiten. Helium als inertes Gas kann einfach mit Luft gemischt und für Dichtheitsprüfungen verwendet werden. Dabei müssen jedoch einige Dinge beachtet werden.
Überwachung der Heliumkonzentration in der Mischung
Um bei der Dichtheitsprüfung genaue Ergebnisse zu erzielen, muss die Heliumkonzentration in der verwendeten Prüfgasmischung genau kontrolliert werden. Jede Abweichung in der Konzentration führt zu einer Abweichung in der Leckrate, und zwar in der Regel in verstärkter Form.
Verwendung eines Lecksuchers mit ausreichender Empfindlichkeit
Wenn Sie mit verdünntem Helium arbeiten wollen, müssen Sie bedenken, dass das Lecksuchgerät nur auf den Heliumanteil des Prüfgases reagieren wird. Sie müssen also sicherstellen, dass auch die geringere Heliummenge noch zuverlässig erkannt wird. Wenn Sie beispielsweise mit einem Heliumanteil von 10 % im Prüfgasgemisch arbeiten, muss das Lecksuchgerät in der Lage sein, Lecks zu erkennen, die eine Dekade kleiner sind als die tatsächlich zu erkennende Leckrate, also 1/10 der Leckrate.
Wie Sie Ihr Lecksuchverfahren an verdünntes Helium anpassen
Wenn Sie mit verdünntem Helium arbeiten wollen, müssen Sie dies in Ihrem Arbeitsprozess für die Lecksuche berücksichtigen. Dies betrifft vor allem die Kalibrierung des Lecksuchgeräts und die Einstellung des Triggerpegels. Sie können die niedrigere Heliumkonzentration entweder durch Anpassung des Triggerwertes ODER durch Anpassung der Leckrate in der Kalibrierungsroutine ausgleichen.
TIP Bei den Schnüffellecksuchgeräten von INFICON können Sie die Konzentration des verwendeten Heliums im Menü des Lecksuchgeräts eingeben und die Software nimmt alle Einstellungen automatisch vor - für eine einfache und zuverlässige Verwendung von verdünntem Prüfgas. (Für die Verwendung von Schnüffellecksuchgeräten von INFICON können Sie den Rest dieses Kapitels überspringen und direkt zur nächsten Überschrift gehen) |
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Um den Triggerwert anzupassen, sollte der neue Triggerwert auf den ursprünglichen Wert multipliziert mit der Heliumkonzentration eingestellt werden.
Beispiel Wenn Sie auf eine Rückweiseleckrate von 2-10-5 mbar-l/s testen wollen und nur mit 10 % Helium arbeiten möchten, muss der Triggerwert wie folgt eingestellt werden 2 · 10-5 mbar·l/s · 10% = 2 · 10-6 mbar · l/s Wenn Sie auf eine Rückweiseleckrate von 3-10-6 mbar-l/s testen und nur mit 30 % Helium arbeiten wollen, müssen Sie der Triggerwert auf 3 · 10-5 mbar·l/s · 30% = 9 · 10-6 mbar · l/s |
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Wenn Sie die Heliumkonzentration während der Kalibrierung kompensieren wollen, wäre die naheliegendste Möglichkeit die Kalibrierung mit einem Testleck, das ebenfalls mit der Heliumkonzentration gefüllt ist, die später für die Dichtheitsprüfung verwendet wird. Sie können jedoch auch mit einem mit reinem Helium gefüllten Kalibrierleck kalibrieren. Dazu passen Sie einfach die Kalibrierleckrate um den Heliumanteil an. Die in den Kalibrierungseinstellungen verwendete Leckrate sollte der Leckrate des Testlecks geteilt durch die Heliumkonzentration entsprechen.
Beispiel Zur Kalibrierung soll ein 3-10-6 mbar · l/s Kalibrierungsleck verwendet werden. Das System verwendet ein Gemisch aus 10 % Helium und Luft. Somit sind nur 10 % des aus den Lecks entweichenden Gases Helium. In diesem Fall können Sie eine Leckrateneinstellung von 3 · 10-6 mbar . l/s / 10% = 3 · 10-5 mbar · l/s in der Kalibrierroutine angeben und das System zeigt nach der Kalibrierung alle erkannten Leckraten korrekt an. |
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Wenn Sie dasselbe Kalibrierungsleck verwenden, aber mit 30 % Helium arbeiten möchten, müssen Sie Ihre Kalibriereinstellungen wie folgt anpassen
3 · 10-5 mbar . l/s / 30% = 1 · 10-4 mbar · l/s
Bitte beachten Sie, dass bei diesem Ansatz der Triggerwert nicht zusätzlich angepasst werden darf.
Verwendung eines Lecksuchers mit guter Linearität
Wenn mit einer geringeren Heliumkonzentration gearbeitet wird, arbeitet das Lecksuchgeräts näher an der Nachweisgrenze. In diesem Fall ist es besonders wichtig, nicht, mit zu kleinen Lecks zu kalibrieren, z. B. mit einer Leckrate, die der Rückweiseleckrate entspricht. Eine Leckrate, die der Rückweiseleckrate entspricht, liegt nun näher an der Nachweisgrenze des Lecksuchgeräts und führt zu einer weniger genauen Kalibrierung (wie hier im ersten Tipp ausführlich beschrieben: Die 5 wichtigsten Fehler bei der Kalibrierung und wie man sie vermeidet
Ein besserer Ansatz ist die Kalibrierung mit einem größeren Leck für eine genaue und wiederholbare Kalibrierung. Dies erfordert jedoch eine gute Linearität des Messsignals. Bei der Arbeit mit verdünntem Helium ist es sogar noch wichtiger, hochgenaue Lecktestgeräte zu verwenden. . Für die Qualifizierung des Prüfsystems oder die Werkszulassungsprüfung kann ein Verifizierungsleck mit einer Leckrate, die der Ein Verifizierungsleck mit einer Leckrate, die der Rückweiseleckrate entspricht, verwendet werden.
Verwendung der dynamischen Untergrundunterdrückung bei der Vakuumlecksuche
Die Arbeit mit verdünntem Helium bietet die größten Einsparungen bei größeren Teilen. Bei der Vakuum-Dichtheitsprüfung dauert der Evakuierungsprozess der Kammer jedoch etwas länger, da bei der Arbeit mit niedrigeren Heliumkonzentrationen ein geringeres Untergrundniveau abgewartet werden muss. Um dieses Problem zu lösen, hat INFICON die (zum Patent angemeldete) dynamische Untergrundunterdrückung I-Zero eingeführt. Die hervorragende Wiederholbarkeit und Linearität des LDS3000-Nachweissystems ermöglicht eine präzise Vorhersage, wie das Untergrundsignal abnimmt, so dass ein intelligenter Software-Algorithmus dies berücksichtigen kann. Mit I-Zero können Sie zuverlässig kleine Leckraten vor einem weiter fallenden Untergrund messen, ohne Lecks zu übersehen. Die I-Zero-Untergrundvorhersage ermöglicht einen schnellen Start der Messung und damit enorme Heliumeinsparungen ohne Einbußen beim Durchsatz.
Rückgewinnung und Wiederverwendung des Heliums
Heliumrückgewinnung wird das Helium aus dem zu prüfenden Teil nach dem Lecksuchverfahren zurückgewonnen. In der Regel wird nur der Überdruckanteil der Heliumfüllung zurückgewonnen, d. h. wenn ein Teil zur Dichtheitsprüfung mit 5 bar Helium gefüllt wird, wird das Helium in ein Prüfgasversorgungssystem zurückgeführt, bis der Druck im Teil auf atmosphärischen Druck gesunken ist. In diesem Fall können 4/5 = 80 % des Heliums zurückgewonnen werden. Das restliche Helium verbleibt zur Auslieferung im Bauteil.
Bei einem Heliumrückgewinnungssystem nimmt die Heliummenge im System mit jedem Prüfzyklus ab. Daher muss das Heliumrückgewinnungssystem mit frischem Helium aufgefüllt werden, um eine konstante Heliumkonzentration aufrechtzuerhalten. In unserem Beispiel muss das System bei jedem Prüfzyklus mit 20 % des Volumens des Innenteils an Helium aufgefüllt werden.
Heliumrückgewinnungssysteme können auch mit verdünntem Helium verwendet werden. In diesem Fall ist die Menge an Helium, mit der das System befüllt werden muss, deutlich geringer. Wenn Sie 10 % Helium in Luft verwenden, muss das System nur mit 10 % Helium von 20 % des inneren Teilvolumens = 2 % des inneren Teilvolumens an Helium für jeden Prüfzyklus gefüllt werden.
Qualität des verwendeten Heliums
Helium is offered in different grades of purity:
| Heliumgehalt | Reinheit von Helium |
|---|---|
| Helium 5.0 | 99,999% Helium und 0,001% Verunreinigungen |
| Helium 4.0 | 99,99% Helium und 0,01% Verunreinigungen |
| Helium 3.0 | 99,9 % Helium und 0,1 % Verunreinigungen |
| Helium 2.0 | 99% Helium und 1% Verunreinigungen |
| Helium 3,5 | 99,95% Helium und 0,05% Verunreinigungen |
Selbst das Helium mit dem niedrigsten Reinheitsgrad enthält nur 1 % Verunreinigungen und verursacht daher einen Fehler in der Leckrate von 1 %. Selbst wenn dieses Helium mit niedrigem Reinheitsgrad als 10%ige Mischung mit Luft verwendet wird, beträgt der Fehler bei der Leckrate aufgrund von Verunreinigungen nur 1%.
In der Regel werden die niedrigeren Reinheitsgrade zu niedrigeren Preisen verkauft. Jede Heliumqualität bis hinunter zu Helium 2.0 kann ohne Probleme für die Lecksuche verwendet werden. Verwenden Sie also einfach den Grad, der zum niedrigsten Preis angeboten wird.
Absenken des Fülldrucks der Teile
Einige Benutzer haben darum gebeten, den Fülldruck der Teile zu verringern (so dass weniger Helium zum Füllen benötigt wird) und dann auf eine geringere Leckrate zu testen. Die Leckrate ändert sich in der Regel mit dem Druck in der zweiten Potenz, d.h. wenn Sie den Fülldruck halbieren, werden Sie nur etwa ¼ der Leckrate sehen.
Obwohl dies mathematisch richtig ist, gibt es andere Faktoren, die die Leckraten beeinflussen. Es gibt Lecks, die sich erst bei höherem Druck öffnen und daher bei niedrigem Fülldruck eine sehr geringe Leckrate, bei Betriebsdruck aber eine viel größere Leckrate aufweisen können. Wir empfehlen daher, immer mit einem Prüfgas-Fülldruck zu prüfen, der dem Betriebsdruck entspricht.
Fazit
Kombiniert man die Verwendung von verdünntem Helium mit der Heliumrückgewinnung, kann die Gesamtmenge des verbrauchten Heliums oft um mehr als 90 % reduziert werden. Dazu bedarf es einer angemessenen Kontrolle der Heliumkonzentration sowie eines hochempfindlichen und genauen Lecksuchgeräts.
Lassen Sie sich von uns beraten, wenn Sie Ihren Heliumverbrauch reduzieren wollen! Unsere Experten helfen Ihnen gerne!