Helium-Prüfung

Magnetventile auf Dichtheit prüfen - RAPA nutzt den T-Guard

Die in Selb ansässige Rausch & Pausch GmbH, kurz RAPA, entwickelt Ventile und mechatronische Systeme für Automobilindustrie und Medizintechnik. Die Magnetventile aus Gründen der Qualitätssicherung auf ihre Dichtheit zu prüfen, ist für den Zulieferer schon lange ein wichtiges Thema. Seit 2001 findet diese Dichtheitsprüfung auch mit Testgasen statt. 2013 setzte RAPA den ersten T-Guard Sensor von Inficon ein, der Helium als Prüfgas verwendet.

RAPA in Selb: mittelständischer Hersteller von Ventilen und mechatronischen Systemen, vor allem für die Automobilindustrie.

Gegen eine weitere Verwendung von Schwefelhexafluorid (SF6) als Prüfgas sprachen Umweltschutzgründe; und die Anlagen, die Wasserstoff verwandten, erwiesen sich als wartungsintensiv.

Der T-Guard benötigt keine aufwendige Hochvakuumkammer, sondern arbeitet unter Normaldruck. Bei Produkten aus den Bereichen Luftfedertechnik oder Dämpfersteuerung deckt der T-Guard mit seiner Helium-Püfung in der simplen Akkumulationskammer den Bedarf von RAPA heute sehr gut ab – durch hohe Messkonstanz und moderate Kosten.

RAPA verwendet in der Fertigung heute die Helium-Dichtheitsprüfung mit Normaldruck.

Rausch & Pausch hat seinen Stammsitz nicht zufällig im oberfränkischen Selb – das man gern auch die Porzellanstadt nennt: Bei seiner Gründung im Jahr 1920 hatte sich das Familienunternehmen auf technische Keramik spezialisiert, auf elektrische Sicherungen und Sicherungszubehör. Im Laufe der Jahre entwickelte sich RAPA zum marktführenden Hersteller für Brennerventile (Sicherheitsabsperrventile) in Deutschland. In den 50er-Jahren erarbeitete sich RAPA dann ein neues Geschäftsfeld: Elektromagnettechnik und Magnetventile. Damals wurden Relais beispielsweise für Waschmaschinen und Fernsehgeräte produziert. In den 80er-Jahren machte man sich bei Mercedes Benz auf die Suche nach einem Lieferanten von kleinen Magnetventilen für einen hydraulischen Cabrioverdeck-Antrieb – und wurde bei RAPA fündig. So fiel der Startschuss für die Erfolgsgeschichte des Familienunternehmens als Premium-Hersteller von Ventilsystemen für die Automobilindustrie. Neben den Ventilen für Cabrios gehören heute auch High-Tech-Ventile für den Fahrwerksbereich und für hydropneumatische Federungen zum Portfolio des Automobilzulieferers. Mit neuen Ventilen für Dialysegeräte erschließt sich RAPA inzwischen auch den Medizintechnik-Markt. Rausch & Pausch hat heute mehr als 800 Mitarbeiter an drei Standorten: in Selb, in Wunsiedel und im 2014 eröffneten US-Werk in Auburn, Alabama. Geleitet wird das traditionsreiche mittelständische Unternehmen inzwischen von der vierten Familiengeneration: Seit 2010 ist Dr. Roman Pausch Geschäftsführer.

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Walter Steeb ist seit langen Jahren Leiter Fertigungstechnik und Prüftechnik bei RAPA.

Walter Steeb, seit langen Jahren Leiter in den Bereichen Fertigungstechnik und Prüftechnik bei RAPA, erklärt, dass man sich beim Automobilzulieferer schon während der Produktentwicklung Gedanken über die Dichtheitsprüfung für die Serienfertigung macht. „Die Prüftechnik ist bei uns eng mit Funktion und Aufbau der Produkte verwoben“, berichtet Steeb, „so gibt es für uns schon in der Entwicklungsphase einen Lernprozess. Unsere Prüfanlagen entwerfen wir darum auch selbst, bereits während des Musterbau- oder Vorserienstadiums. Auch unsere erste T-Guard Prüfanlage haben wir selbst gebaut.“ Die Planungen dafür begannen 2012, und rund 10 Monate nach der ersten Konzeption war die Anlage 2013 bereit für die Inbetriebnahme. Die eigentliche Inbetriebnahme mit Korrekturschleifen und abschließender Messsystemanalyse war nach weiteren zwölf Wochen abgeschlossen.

„Vor der Entscheidung für den T-Guard Sensor haben wir uns das Gerät natürlich angesehen und vorführen lassen“, so Steeb, „zudem haben wir Erfahrungen von Anwendern eingeholt.“ Zu diesen Referenzen zählte einer der größten Kunden von RAPA im Automobilbereich, der den T-Guard in der Serienfertigung einsetzt. Es gab eine ganze Reihe von Gründen, die für den T-Guard Sensor sprachen, etwa der kompakte Aufbau, die einfache Montage und die Tatsache, dass das Gerät über alle nötigen Schnittstellen verfügt. „Die Nachweisgrenze der Helium-Prüfung unter Normaldruck mit dem T-Guard trifft unseren Bedarf und entspricht den Anforderungen unserer Kunden im Luftfederbereich“, sagt Steeb. „Mit bis zu 1∙10-6 mbar∙l/s ist die Nachweisgrenze kleiner als beim Differenzdruckverfahren, und gleichzeitig spielen Temperatureinflüsse auf Prüfling oder Umgebung mit dem T-Guard keine Rolle. Die Elastizitäten und Bewegungen von Prüfteilen, etwa von O-Ringen, oder die Verformung von Dichtungen oder dünnwandigen Kunststoffteilen stellt für die Methode kein Problem dar. Diese Temperatur- und Elastizitätsunabhängigkeit waren für uns sehr wichtige Kriterien“, berichtet Steeb. „Zudem ist die Helium-Prüfung in der einfachen Akkumulationskammer mit dem T-Guard kostengünstiger als eine Prüfung im aufwendigen Hochvakuum mit einem Massenspektrometer.“

Dennoch sind bei RAPA auch noch alternative Verfahren im Einsatz. „Für die Grobdichtheitsprüfung beispielsweise hat die Differenzdruckmethode noch ihre Berechtigung, genauso wie sich für sehr kleine Lecks nach wie vor die Prüfung in der Vakuumkammer eignet“, sagt Steeb. Typische Prüfbereiche bei RAPA liegen aber oft zwischen 6∙10-4 und 1∙10-4 mbar∙l/s – gerade hier empfiehlt sich die Helium-Prüfung in der Akkumulationskammer. Die erste T-Guard Anlage bei RAPA prüft mit Heliumgas seit 2013 komplexere Baugruppen aus dem Bereich der Luftfedertechnik, genauer gesagt: die Dichtheit von Schweißnähten im Innern von Luftfederungs-Ventilen. Die Temperaturunabhängigkeit der Methode ist bei Prüfteilen, die gerade aus einem Schweißprozess kommen, natürlich ein besonderer Vorteil. Auch die Prüf- und Taktzeiten sind dank Akkumulationskammer und T-Guard recht kurz: das Heliumprüfgas tritt durch etwaige Lecks im Prüfteil sofort in die Prüfkammer aus, wo es gemessen werden kann. Druckprüfungen mit Luft brauchen dagegen nach der Befüllung oft recht lange Beruhigungszeiten, damit sich Druck und Temperatur vor der eigentlichen Messung wieder ausreichend stabilisieren können.

Ursprünglich war diese zusätzliche Baugruppenprüfung gar nicht geplant. RAPA führte sie aber kurzfristig ein, weil ein mögliches Kleinstleck in der Schweißnaht dieser Baugruppe, die im Innern des Ventils verbaut wird, am Endprodukt nur mit relativ langen Prüfzeiten erkannt werden konnte – was die Ausbringung der gesamten Produktionsanlage ausbremste. Weil jetzt aber mit der T-Guard-Anlage die Baugruppe direkt nach dem Schweißen geprüft wird, schließt RAPA Ausfälle bei der End-of-Line-Prüfung, die Wasserstoff als Prüfgas verwendet, weitgehend aus. Ein weiterer Vorteil der Baugruppenprüfung sind kürzere Tot- und Prüfzeiten, weil das Prüfgas aus etwaigen Lecks in einer Schweißnaht direkt in die Prüfkammer austreten kann und dazu nicht erst – wie beim Endprodukt – ein Labyrinth durchlaufen muss. RAPA hat diese erste T-Guard-Anlage rüstbar konzipiert, sodass mit ihr inzwischen auch ähnliche andere Baugruppen geprüft werden.

Sebastian Geitel (links) verantwortet als Betriebsmittelkonstrukteur die Konstruktion der Dichtheitsprüfanlagen bei RAPA.

Sebastian Geitel arbeitet bei RAPA ebenfalls im Bereich Fertigungstechnik. Er ist als Betriebsmittelkonstrukteur für die Konstruktion der Dichtheitsprüfanlagen verantwortlich. „Inficon hat uns 2012/2013 bei unserer ersten T-Guard Anlage vorbildlich beraten und unterstützt“, berichtet Geitel. „Sie haben Hilfe bei der Auswahl der Komponenten geleistet und geholfen, Fehler aufzuspüren und zu beheben. Im Betrieb haben sich die Vorteile des T-Guard bestätigt: Die Prüfung ist schnell, mit hoher Messkonstanz und relativ preisgünstig“, so Geitel. „Der Hauptaufwand ist eigentlich der umgebende Maschinenbau.“ Die Helium-Prüfung in der Akkumulationskammer hat sich im Geschäftsbereich der Luftfedersysteme bewährt. RAPA weitet den Einsatz der Methode darum derzeit noch aus. „Unsere erste T-Guard Anlage zur Prüfung der verschweißten Baugruppen war noch einkanalig“, sagt Geitel, „aber wir haben auch einen Ersatz für ein altes Dichtheitsprüfsystem gesucht, das noch das für die Umwelt problematische SF6 als Prüfgas nutzte.“ RAPA hat darum die alte Anlage neu ausgelegt und eine Umstellung auf zwei T-Guard Systeme geplant, mit Helium als Prüfgas. Den Umbau hat ein Maschinenbauunternehmen für RAPA realisiert. Diese neue Anlage wurde gerade in Betrieb genommen. Mit ihr prüft RAPA die Dichtheit eines Antriebselements zur Dämpferumschaltung.

„Der Vorteil der zweikanaligen Auslegung – also mit zwei Kammern und zwei T-Guards – ist, dass wir im selben Zeitabschnitt noch mehr Produkte prüfen können“, erklärt Geitel. „Die Taktzeiten werden noch kürzer.“ Eine weitere zweikanalige Prüfanlage ist derzeit in Planung, und eine Dichtheitsprüfanlage mit gleich fünf T-Guards wird aktuell bei RAPA schon aufgebaut. Besonderen Wert legt man bei RAPA darauf, für die Dichtheitsprüfung immer die optimale Stelle im Produktionsprozess zu identifizieren und genau dort die Prüfanlage zu integrieren. „Wenn wir so frühzeitig wie möglich etwaige Fehler im Produktionsprozess entdecken – etwa indem wir bereits die Schweißbaugruppen prüfen –, dann vermeiden wir, dass es bei unseren End-of-line-Prüfungen zu teuren Ausfällen kommt“, erklärt Geitel.

Die Helium-Prüfung bei Normaldruck hat sich für Rausch & Pausch bewährt. „Darum wollen wir die Standardisierung der Prüftechnik in unserer Luftfedertechniksparte weiter vorantreiben“, sagt Sebastian Geitel. „Wo der Einsatz sinnvoll ist, planen wir auch für die Zukunft mit dem T-Guard Helium-Sensor.“ Aktuell spielt Helium-Prüfgas übrigens noch in einem weiteren Kontext für RAPA eine Rolle, wie Geitel abschließend berichtet: „Bei der regelmäßigen Instandhaltung unserer Prüfanlagen prüfen wir mit dem Schnüffellecksucher Protec P3000 von Inficon die Dichtheit der ganzen Anlage und all ihrer Schnittstellen. Auch dabei ist Helium das Prüfgas.“ Die Nachweisgrenze dieses Lecksuchgeräts mit seiner manuell geführten Schnüffelspitze ist sogar noch kleiner als die des T-Guard: Sie liegt bei 1∙10-7 mbar∙l/s. kf

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