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In Druckgeräten gibt es zweierlei Arten von Undichtigkeiten. Zum einen können Fremdgase von außerhalb in das Druckgerät eindringen, zum anderen kann Gas aus dem Druckgerät entweichen. Die Leckrate wird beschrieben als die Gasmenge, die pro Zeiteinheit in ein Druckgerät eindringt bzw. aus diesem entweicht.
Eine der ältesten bekannten Lecksuchmethoden ist das Eintauchverfahren. Bei dieser Methode wird das unter Druck stehende Druckgerät in ein Wasserbecken getaucht. Die aufsteigenden Blasen weisen auf das Leck hin. Dieses Verfahren ist z.B. üblich bei der Lecksuche an Fahrradschläuchen oder bei der Produktion von Fahrzeugtanks. Weitere Methoden basieren auf der Druckänderung. Hierbei wird grundsätzlich die Gesamtleckrate gemessen.
Druckabfallmessung
Das Prüfobjekt steht unter innerem Überdruck. Durch ein Leck wird sich dieser Druck über die Zeit verringern. Aus der Druckdifferenz multipliziert mit dem Behältervolumen dividiert durch die Messzeit ergibt sich die Leckrate.
Hierbei sind aber sehr konstante Bedingungen notwendig, da Temperaturschwankungen gleichzeitig Druckänderungen bedingen. Hierbei reichen schon wenige K nach unten aus, um einen höheren Druckabfall darzustellen, als dieser durch die eigentliche Leckage überhaupt vorhanden ist. Ebenfalls kann durch eine Temperaturschwankung nach oben eine Leckage als zu gering interpretiert werden.
Druckanstiegsmessung
Hierbei wird der umgekehrte Weg beschritten. Das Druckgerät wird evakuiert. Der Druckanstieg wird über die Zeit gemessen. Der Nachteil der Druckabfallmessung, bei hohen Drücken sehr geringe Druckdifferenzen zu messen, entfällt bei der Druckanstiegsmethode. Bedingt durch das erzeugte Vakuum findet ein erster Druckanstieg durch Ausgasungen der Behälterwände statt. Nach Erreichen eines Gleichgewichtzustandes verläuft der Druckanstieg dann aber linear. Ab diesem Zeitpunkt beginnt die eigentliche Messung. D.h. selbst bei einem absolut dichten Druckgerät ist mit einem geringen Druckanstieg nach der Evakuierung zu rechnen.
Druckdifferenzmessung
Hierbei werden zwei gleiche Druckgeräte mit Druck beaufschlagt und über ein Differenzdruckmessgerät miteinander verbunden. Es muß allerdings sichergestellt werden, dass der Vergleichsbehälter unzweifelhaft dicht ist. Diese Art der Messung ist sehr genau, aber auch sehr aufwendig. Bedingt durch das Differenzdruckmessprinzip sind bei höheren Drücken sehr kleine Differenzen nachweisbar.
Grundsätzlich besitzen die Druckänderungsverfahren aber einen entscheidenden Nachteil. Eine Ortung der Leckage ist nicht möglich.
| Methode | Arbeitsbereich in mbar | Info | Kleinste erkennbare Lecks in mbar l /s |
| Wärmeleitungs-Sensor | 20 - 10-3 | Unterdruck | ~ 10-4 |
| Ionisations-Manometer | 10-2– 10-7 | Unterdruck | ~ 10-6 |
| Halogen-Lecksuche | Nicht mehr üblich aus Umweltgründen | ||
| Massenspektrometer | 10-4– 10-8 | Unterdruck, z.B. Einsatz von Helium | ~ 10-12 |
| Fluoreszenstest | Überdruck | ~ 10-2 | |
| Eintauch-Verfahren | Überdruck | ~ 10-2 | |
| Seifenblasen-Verfahren | Überdruck | ~ 10-3 | |
| Chemischer Test | Überdruck | ~ 8 * 10-4 | |
| Helium Schnüffeltest | Überdruck | ~ 10-8 | |
| Massenspektrometer Hüllentest | Überdruck | ~ 10-10 | |
Angaben über Leckraten werden oft in mbar l / s gemacht. Eine Umrechnung in massenbezogene Werte ist ebenfalls möglich.
| Gas | Molvolumen m3/kmol | Molmasse Kg/Kmol | R mbar l/mol K |
| Helium | 22,426 | 4,0026 | 83,144 |
| Argon | 22,392 | 39,948 | |
| Wasserstoff | 22,428 | 2,0158 | |
| Stickstoff | 22,403 | 28,0134 | |
| Sauerstoff | 22,392 | 31,9988 | |
| Luft | 22,401 | 28,965 | |
| Kohlendioxid | 22,261 | 28,010 | |
| Methan | 22,36 | 16,043 | |
| Xenon | 22,263 | 131,293 | |
| Ethylen | 22,245 | 28,054 |
Ein Beispiel soll die Berechnung verdeutlichen. Innerhalb 1 Stunde verliert eine Apparatur 1 Kg Luft. Die Temperatur beträgt 20 °C bei einem Atmosphärendruck von 1,01325 bar abs.. Wie groß ist der Leckagestrom q?
die allg. molare Gaskonstante R = 83,144 mbar l / Kmol K
die molare Masse für Luft = 28,965
demnach folgt:
Dies entspricht also ungefähr 234 mbar l / s. Der Reziproke Wert von 0,00428 drückt die Umrechnung in umgekehrter Richtung aus. In der unteren Tabelle finden Sie Umrechnungsfaktoren für verschiedene Leckraten-Einheiten.
Die Umrechnung von einem Massenstrom in einen Volumenstrom kann wie folgt dargestellt werden:
Am Beispiel 1 mbar l/ s entspricht bei 20°C 4,28 g/h soll die Umrechnung von Kg/h in ml/h auf den Normzustand vorgenommen werden:
| Umrechnungstabelle (Leckraten) | ||||||
| mbar l / s | Kg / h Luft (20°C) |
Kg / h Luft (0°C) |
cm3/h od. ml/h |
cm3/s od. ml/s |
Torr | |
| mbar l / s | 1 | 4,28 * 10-3 | 4,59 * 10-3 | 3554 | 0,987 | 0,75 |
| Kg / h Luft (20°C) | 234 | 1 | 1,073 | 8,31*105 | 231 | 175 |
| Kg / h Luft (0°C) | 218 | 0,932 | 1 | 7,74*105 | 215 | 163 |
| cm3/h (ml/h) | 2,81*10-4 | 1,2 * 10-6 | 1,29 * 10-6 | 1 | 2,7 * 10-4 | 2,1 * 10-4 |
| cm3/s (ml/s) | 1,013 | 4,3 * 10-3 | 4,65 * 10-3 | 3600 | 1 | 0,76 |
| Torr | 1,33 | 5,7 * 10-3 | 6,12 * 10-3 | 4727 | 1,32 | 1 |
Ein kostenloses komfortableres Tool zur Berechnung der Leckrate finden Sie zusätzlich im Downloadbereich:
