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Fachbeiträge

Neue Norm zur Auswahl eines geeigneten Verfahrens zur Lecksuche und Dichtheitsprüfung

Gerald Schröder, Forschungszentrum Jülich GmbH

1 ZusammenfassungMit der neuen Europäischen Norm DIN EN 1779“Dichtheitsprüfung: Kriterien zur Auswahl von Prüf-methoden und -verfahren” wird erstmals im Geltungs-bereich eine systematische Einteilung aller Dicht-heitsprüfverfahren vorgenommen. Außerdem wird aufdie wichtigsten Einflussfaktoren und Bedingungen beider Durchführung einer Dichtheitsprüfung eingegan-gen. Damit soll dem Anwender die Auswahl eines geeig-neten Prüfverfahrens erleichtert werden.

Im Anhang A der Norm sind alle Prüfverfahren tabella-risch und systematisch zusammengefaßt und jedes istmit einem Kennbuchstaben und einer Ziffer versehenworden. Neben der jeweiligen kleinsten nachweisbarenLeckagerate sind noch wichtige Details zum Meßprinzipund der notwendigen Ausrüstung sowie ggf. Einschrän-kungen für das Prüfobjekt angegeben.

2 Einleitung - oder: endlich eine Norm!Mit einigen Ausnahmen (z.B. in der Kerntechnik) gab esbisher in Deutschland auf dem Gebiet der Dichtheits-prüfung und Lecksuche nur sehr wenige Normen undRegelwerke. Einer der Gründe dafür ist die riesigeSpanne von etwa 12 Größenordnungen bei der Bestim-mung der Leckagerate, die es messtechnisch zu über-brücken gilt. Hierfür stehen verschiedene Prüfmöglich-keiten und Geräte mit z.T. unterschiedlichen Messberei-chen bzw. Messverfahren zur Verfügung. Für den Prüferist es daher häufig nicht einfach, das richtige Verfahrenfür die vorgegebene Prüfaufgabe auszuwählen.

Mit der neuen Norm DIN EN 1779, die im Oktober1999 verabschiedet wurde, sind nun erstmals Kriterienzur Auswahl von Prüfmethoden und –verfahren zurDichtheitsprüfung vorgegeben worden.

Die Norm geht auf die wichtigsten Einflussfaktoren beieiner Dichtheitsprüfung ein, wie z.B. das Zeitverhalten,den Einfluss der Strömungsbedingungen (viskoslami-

nare oder molekulare Strömung), Druck- und Tempera-tureinfluss sowie die Gasart und die reinlicheBeschaffenheit des Prüfobjekts. Wo erforderlich, sindentsprechende Umrechnungsformeln angegeben.Ebenso findet man u.a. Hinweise zum Leckageratenbe-reich, zur prüfgerechten Konstruktion des Prüfobjekts,den Betriebs- und Prüfbedingungen sowie den Sicher-heitsanforderungen bei der Prüfdurchführung.

Neu in ihrer Art ist eine im Anhang der Norm enthal-tene systematische Auflistung (fast) aller Dichtheits-Prüf-methoden, auf die unter Abschnitt 5 noch näher einge-gangen wird.

Neben der DIN EN 1779 sind aber noch weitere wich-tige Normen zum Thema Dichtheitsprüfung erschienenoder aber in Vorbereitung, die Beachtung finden sollten.Am Ende dieses Berichts befindet sich eine aktuelle Auf-stellung dieser neuen Normen.

3 Notwendige Kenntnisse zur Auswahl einesPrüfverfahrens

Der Erfolg (oder Misserfolg) einer Dichtheitsprüfunghängt nicht nur von der Sorgfalt und Qualität der Arbeitdes Prüfers ab, sondern auch von der Auswahl eines fürdie Prüfaufgabe geeigneten Prüfverfahrens. Darum sol-len die Prüfbedingungen und das Prüfziel sehr genau mitdem Auftraggeber besprochen und abgestimmt werden.

Zur Auswahl eines Prüfverfahrens müssen folgende Fra-gen geklärt sein:

- Wie hoch ist die spezifizierte zulässige Leckageratefür das Prüfteil?

(Hinweis: Die Leckagerate Null darf lt. Norm nichtspezifiziert werden!)

- Bei welchem Prüfdruck soll geprüft werden?

- Wie ist die „Prüfrichtung“ am Prüfteil (Über- oderUnterdruck gegenüber der umgebenden Atmos-phäre)?

- Besitzt das Prüfteil eine ausrei-chende mechanische Festigkeitgegenüber dem Prüfdruck (Über-druck oder Vakuum)?

- Wird eine lokale Prüfung (= Auf-finden der Leckstelle) oder inte-grale Prüfung (= Gesamtdichtheitdes Bauteils) gefordert (Abb. 1)?

Abb. 1: Integrale (links) und lokale Prüfung (rechts)

1 Prüfgegenstand2 Prüfgas3 Leckdetektor4 Sprühpistole für Prüfgase5 Umhüllung, mit Prüfgas gefüllt

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- Soll die Größe der Leckagerate bestimmt werden?

- Gibt es sicherheitstechnische Aspekte, die bei derPrüfung zu beachten sind?

Weitere Anforderungen können sich z.B. aus der Unver-träglichkeit des Werkstoffs vom Prüfteil gegenüber demPrüfmedium oder aus der Art und Form der gewünsch-ten Protokollierung ergeben.

Bei der Auswahl eines geeigneten Prüfverfahrens füreine Prüfaufgabe sind aber neben der hinreichendenNachweisempfindlichkeit auch noch andere Fakten zubeachten. Das Verfahren sollte eine hohe Prüfsicherheitaufweisen, um z.B. im Rahmen der Produkthaftung amPrüfobjekt Folgeschäden und Folgekosten zu vermei-den. Außerdem sollten bei der Auswahl des Verfahrens

die z.T. nicht unerheblichen Prüfkosten mit berück-sichtigt werden. Hierbei geht es nicht nur um den zeitli-chen Aufwand, sondern auch um die Kosten vorhande-ner oder notwendiger Prüfgeräte und ggf. um Art undMenge des verwendeten Prüfgases.

4 Einsatzbereiche und Nachweisgrenzen derwichtigsten Lecksuch- und Dichtheitsprüfverfahren

Die technische Dichtheitsprüfung bewegt sich in einemriesigen Bereich über mehr als 12 Größenordnungen beider zu bestimmenden Leckagerate. Hierfür gibt es eineganze Anzahl verschiedener Prüfverfahren. In Tab. 1sind die wichtigsten Verfahren mit ihren jeweiligenNachweisgrenzen zusammengestellt.

Nachweisbare Leckagerate [mbar·l·s-1]

Quan

tifi-

zierun

gmö

glich

Loka

lePr

üfung

Integ

rale

Prüfu

ng

10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12

Ultraschall-Lecks. nein ja nein

Druckanstiegsmethode ja nein ja

Tracergase (Halogene, NH3 usw.) ja ja ja

Helium-Dichtheitsprüfung ja ja ja

Restgasanalyse (ja) (ja) (nein)

Tab. 1: Einsatzbereiche und Nachweisgrenzen verschiedener Lecksuch- und Dichtheitsprüfverfahren unter praxisnahen Prüfbedingungen

Nachweisbare Leckagerate [mbar·l·s-1]

Quan

tifi-

zierun

gmö

glich

Loka

lePr

üfung

Integ

rale

Prüfu

ng

10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12

Flüssigkeit ja ja ja

Ultraschall-Lecks. nein ja nein

Blasenmethode (Luft / Wasser) ja ja ja

Blasenmethode (Luft / schaumbildendes Mittel) nein ja nein

Druckabfallmethode ja nein ja

Tracergase (NH3 usw.) ja1) ja ja

Testgasmethode: Helium-Schnüffler ja1) ja ja

1) Quantifizierung der Leckagerate im Schnüffelbetrieb nur bedingt möglich.

Vakuumverfahren

Überdruckverfahren

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Die in Tab. 1 genannten Nachweisgrenzensind nur als Anhaltswerte zu betrachten. Beieinigen Methoden gibt es meßtechnischeoder physikalische Bedingungen, die denMeßbereich begrenzen. Häufig sind aber dieNachweisgrenzen auch von den Um-gebungsbedingungen, unter denen die Prü-fung durchgeführt wird, abhängig. In einemPrüflabor wird in der Regel eine genauereMessung möglich sein, als z.B. unter den er-schwerten Bedingungen auf einer Baustelle.

Damit ist erklärbar, warum die Angaben inTab. 1 zu den Nachweisgrenzen in der Litera-tur bzw. der Norm DIN EN 1779 unter-schiedlich sein können. Wenn z. B. in einerQuelle die Nachweisgrenze des Blasenverfah-rens mit qL ≈ 10-6 mbar·l·s-1 angegebenwird, so ist das aus physikalischer Sicht nichtfalsch. Aus wirtschaftlicher Sicht und was dieDurchführung der Prüfung anbelangt, istdiese Angabe aber nicht mehr vertretbar. Da-mit sich eine realistische Blase von 1 mm3

ausbilden kann, wäre eine Meßzeit von103 s, also ungefähr 17 min, erforderlich.

Interessant ist in diesem Zusammenhangauch Abb. 2. Sie zeigt als Beispiele die An-zahl von gefundenen Lecks (nach ihrerGröße sortiert) in einer großen Menge von untersuch-ten Prüfgegenständen. Wie zu erwarten war, ergibt sicheine Gauss’sche Verteilungskurve. Die meisten Leckswiesen eine Leckagerate im Bereich von 10-4 mbar·l·s-1

auf. Ab etwa 10-8 mbar·l·s-1 wird diese Kurve von ande-ren Effekten, wie z.B. Gas-Permeation durch Dichtwerk-stoffe überlagert. Was aber wichtig für uns an dieserDarstellung ist: für den Bereich, in dem die Lecks zu su-chen sind, also von etwa 1 mbar·l·s-1 bis 10-8 mbar·l·s-1,gibt es mehrere Lecksuchverfahren, die alternativ zurAnwendung kommen könnten.

5 Klassifizierung der Dichtheitsprüfverfahrennach DIN EN 1779

Im normativen Anhang A der Norm DIN EN 1779 sindverschiedene Verfahren und Methoden der Lecksuchebzw. Dichtheitsprüfung unter den oben aufgeführtenVoraussetzungen tabellarisch und systematisch zusam-mengefasst, und jedes ist mit einem Kennbuchstabenund einer Ziffer versehen worden.

Zu allen Verfahren sind noch wichtige Details zumMessprinzip, der Prüfgasart und der notwendigen Aus-rüstung aufgeführt. Soweit es Einschränkungen für dasPrüfgas oder das Messprinzip gibt, ist auch dieses ver-merkt. Außerdem wird angegeben, ob sich das Verfah-ren zur „Messung“ (= quantitativen Ermittlung der inte-gralen Leckagerate) oder zur „Lokalisation“ (= örtlichenAuffindung von Leckstellen) eignet.

Bei der zu jedem Verfahren genannten kleinsten nach-weisbaren Leckagerate handelt es sich um Werte, dienormalerweise bei Prüfungen unter Industriebedingun-gen erreichbar sind. Dabei kann lt. Norm die Genauig-keit der Messung durchaus in der Größenordnung von ± 50% liegen!

Die Angabe der Leckagerate erfolgt übrigens in der Ein-heit Pa·m3·s-1 , was ein Abschied von der allgemein be-kannten und bisher benutzten Einheit mbar·l·s-1 bedeutet

(Umrechnung: 1 Pa·m3·s-1 = mbar·l·s-1).Abb. 2: Häufigkeitsverteilung aufgespürter Lecks bei der Dicht-heitsprüfung [Varian]

Anza

hl d

er a

ufge

fund

enen

Lec

ks

Leckagerate [mbar·l·s-1]

Tab. 2: Dichtheitsprüfung – Kriterien zur Auswahl von Methoden und Verfahren(aus DIN EN 1779)

Strömungsrichtung Prüfumfang anwendbar für Verfahren

Lokalisation B1, B2.2, B4, C3Teilbereich

Messung B2.1, B3, D3Gassstrom aus dem Objek

Lokalisation C1, C2Gesamtbereich

Messung B5, D1, C1, B3, B6,

D3, D4

Lokalisation A3Teilbereich

Messung A2, D3Gasstrom in das Objekt

LokalisationGesamtbereich

Messung A1, D2, D3, D4

Verwendung der Tabelle 2:

1) Wahl der richtigen Strömungsrichtung für die Prüfung;2) Definition des Prüfumfangs: Gesamtobjekt oder Teilbereich;3) Definition des Ziels der Untersuchung: 4) Wahl der Vorgehensweise (A bis D, aus normativem Anhang A)5) Kontrolle der praktischen Probleme, die mit der Prüfung in Zusammenhang stehen.

ANMERKUNG: Einige Verfahren, die für die Lokalisation benutzt werden, könnenauch zur Abschätzung der Leckgröße dienen, dürfen dann aber nicht angewendetwerden, um die Erfüllung der Anforderungen zu zeigen.

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A 1 Vakuumverfahren Messung(integral)

qL min:

Prüfgas:normalerweise Helium 10-10

Pa · m3 · s-1

(mit He)

A 2 Vakuumverfahren Messung(partiell)

qL min:

Prüfgas:normalerweise Helium 10-10

Pa · m3 · s-1

(mit He)

A 3 Vakuumverfahren Lokalisation(lokal)

qL min:

Prüfgas:normalerweise Helium 10-7

Pa · m3 · s-1

D 2 Druckanstiegsprüfung Messung(lokal)

qL min:

Prüfgas: 10-5

Luft Pa · m3 · s-1

1)

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Nachfolgend sind die verschiedenen Prüfmöglichkeitenaus Anhang A der Norm auszugsweise wiedergegeben.

Auf einige wichtige Angaben, wie z.B. zur Ausrüstung,und auf allgemeine Bemerkungen zu den einzelnen Ver-

fahren wurde hierbei verzichtet. Hierzu wird auf dieNorm verwiesen.

Die Prinzipskizzen sind nicht in der Norm enthalten; siestammen vom Autor.

DIN EN 1779 Anhang A (Auszug)

Gasstrom IN das Objekt

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B 1 Chemische Detektion Lokalisationmit Ammoniak

qL min:

Prüfgas:Ammoniak 10-7

Pa · m3 · s-1

B Vakuumglocke Messung2.1 die den Prüfausdruck im

Objekt ausnutzt

qL min:Prüfgas:normalerweise Helium 10-9

Pa · m3 · s-1

B Vakuumglocke Lokalisation2.2 (mit Benutzung einer

Sprühpistole auf der gegenüberliegenden qL min:

Seite) 10-7

Pa · m3 · s-1

Prüfgas:normalerweise Helium

B 3 Überdruckverfahren Messung(Sammeln des austretenden Prüfgases)

qL min:

Prüfgas: 10-5

Helium, Halogen Pa · m3 · s-1

1)

Gasstrom AUS dem Objekt

Mit Hülle:

oder in fester Kammer:

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B 4 Schnüffelprüfung Messung

qL min:

Prüfgas:Helium, Halogen 10-7

Pa · m3 · s-1

B 5 Drucklagerungsprüfung Messung(„Bombing“-Prüfung)

qL min:

Prüfgas: 10-9

normalerweise Helium bis 10-6

Pa · m3 · s-1

B 6 Umschlossene Objekte Messungim Vakuumverfahren(extern)

qL min:

Prüfgas: 10-9

Helium, Halogen Pa · m3 · s-1

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Gasstrom AUS dem Objekt (Fortsetzung)

Schritt 1:

Schritt 2:

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C 1 Blasennachweis Lokalisation(Eintauchen)

qL min:

Prüfgas:normalerweise Luft 10-4

Pa · m3 · s-1

C 2 Blasennachweis Lokalisation(Auftragen von Flüssigkeit)

qL min:Prüfgas:normalerweise Luft 10-4

Pa · m3 · s-1

C 3 Blasennachweis Lokalisationmit Vakuumglocke

qL min:

10-7

Pa · m3 · s-1

Prüfgas:normalerweise Luft

D 1 Überdruckverfahren Messung

Prüfgas: qL min:

Luft oder 10-5

nichtkondensierbares Pa · m3 · s-1

Gas 1)

Gasstrom AUS dem Objekt (Fortsetzung)

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Fachbeiträge

D 3 Druckänderungstest Messung(Glockendruckänderung)

qL min:

Prüfgas:Luft oder 10-6

nichtkondensierbares Gas Pa · m3 · s-1

1)

D 4 Strömungsmessung Messung

qL min:Prüfgas:Luft 10-4

Pa · m3 · s-1

Gasstrom IN das oder AUS dem Objekt

(Anwendung mit Über- oder Unterdruck)

Anmerkungen:

1) Einschränkungen zur kleinsten nachweisbaren Leckagerate siehe DIN EN 1779

Hydrostatische Prüfungen sowie Ultraschall-Dichtheitsprüfverfahren sind in der Norm nicht berücksichtigt.

Umrechnung: Pa · m3 · s-1 = 10 mbar·l·s-1

Die Abbildungen sind nicht Bestandteil der Norm, sie stammen vom Autor.

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Die folgenden Dokumente liegen als deutsche Normentwürfe vor und befinden sich in der Endphase dereuropäischen Einspruchsbehandlung:

Quelle: Werner Große Bley, Inficon GmbH Köln

Weitere Anträge zur Normung im Bereich der Dichtheitsprüfung liegen zur Zeit nicht vor.

Stand der europäischen Normung bei der Dichtheitsprüfung (Stand: Januar 2001)

Zum heutigen Zeitpunkt sind bereits folgende Dokumente als europäische Normen erschienen:

Nummer Deutscher Titel der Norm Bemerkung

EN 1330-8 Zerstörungsfreie Prüfung - Terminologie - in drei Sprachen

Begriffe für die Dichtheitsprüfung

EN 1518 Zerstörungsfreie Prüfung - Dichtheitsprüfung - angelehnt an ISO3530

Charakterisierung von

massenspektrometrischen Leckdetektoren

EN 1779 Zerstörungsfreie Prüfung - Dichtheitsprüfung -

Kriterien zur Auswahl von Prüfmethoden und

Verfahren

EN 1593 Zerstörungsfreie Prüfung - Dichtheitsprüfung -

Blasenprüfverfahren

Nummer Deutscher Titel der Norm Status

prEN 13184 Zerstörungsfreie Prüfung - Dichtheitsprüfung- Schlußentwurf liegt zur Druckänderungsverfahren Abstimmung vor

prEN 13185 Zerstörungsfreie Prüfung - Dichtheitsprüfung - Schlußentwurf liegt zur Prüfgasverfahren Abstimmung vor

prEN 13192 Zerstörungsfreie Prüfung - Dichtheitsprüfung - Einsprüche der CEN-Kalibrierung von Referenzlecks für Gase Umfrage in WG beraten,

Schlußentwurf wird z. Z.erstellt

prEN 13625 Zerstörungsfreie Prüfung - Dichtheitsprüfung - Einsprüche der CEN-Anleitung zur Auswahl von Umfrage in WG beraten,

Dichtheitsprüfgeräten Schlußentwurf wird z. Z.erstellt