Druckregler für Dichtheitsprüfungen｜Stabiler Startdruck bei Automobilkomponenten

Druckregler für Dichtheitsprüfungen

An Automobilkomponenten wie Batteriepacks und Wechselrichter werden zunehmend hohe Anforderungen an die Dichtheit gestellt. Zur Überprüfung der Dichtheit der Gehäuse solcher Komponenten kommen häufig Dichtheitsprüfungen (Leckprüfungen) mittels Druckänderungsmethode zum Einsatz.

Der MC300 wird als Druckregler eingesetzt, der den „Startdruck (Druckaufbau)“ für diese Dichtheitsprüfung stabil und reproduzierbar erzeugt. Für Serienkomponenten wie Wechselrichter und Batteriegehäuse lässt er sich in einem breiten Spektrum von Prüfprozessen einsetzen – von der Einzelbewertung in der Entwicklungsphase bis zur Ausgangsprüfung in der Serienfertigung.

Herausforderungen bei der Dichtheitsprüfung von Automobilkomponenten

Mit der zunehmenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen steigen die Qualitätsanforderungen an Wasser- und Staubdichtigkeit sowie an die Sicherheit von Automobilkomponenten im Bereich Batterien und Elektronik. Auch die zugehörigen Normen sind etabliert, etwa die IP-Schutzart (IEC 60529), die den Schutzgrad von Gehäusen festlegt, sowie JIS Z 2332, die Leckprüfungen nach der Druckänderungsmethode regelt. Um den Anforderungen der Automobilhersteller gerecht zu werden, müssen Komponentenhersteller ein normgerechtes Prüfsystem aufbauen.

Hohe Dichtheit als Anforderung an Gehäuse

Bei Batteriepacks und Wechselrichtern beeinträchtigen eindringendes Wasser und Staub Leistung und Sicherheit. Um die Dichtheit in der Serienproduktion zuverlässig zu gewährleisten, ist ein Prüfprozess, der die Dichtheit jedes einzelnen Produkts überprüft, unerlässlich.

Messfehler durch Streuung des Startdrucks

Bei der Druckänderungsmethode wird die Leckrate über die Druckänderung nach dem Druckauf- bzw. -abbau auf einen festgelegten Startdruck ermittelt. Da Streuungen des Startdrucks die Messergebnisse direkt beeinflussen, ist es unerlässlich, den Druckaufbau jedes Mal mit einem gleichbleibenden Druck durchzuführen, um die Reproduzierbarkeit der Prüfung zu gewährleisten.

Anforderungen an die Reproduzierbarkeit in der Serienprüfung

Bei Ausgangsprüfungen müssen viele Produkte unter konstanten Bedingungen wiederholt gemessen werden. Wenn der Startdruck zwischen den einzelnen Prüflingen schwankt, sinkt die Genauigkeit der Bewertung individueller Unterschiede, was die Zuverlässigkeit der Prüfergebnisse beeinträchtigen kann.

Lösung mit dem Druckregler MC300

Druckaufbau bei stabilem Startdruck

Der MC300 ist ein Druckregler, der bei Dichtheitsprüfungen nach der Druckänderungsmethode den eingestellten Startdruck mit hoher Reproduzierbarkeit aufbauen kann. Mit einer relativen Ausgangsgenauigkeit von ±0,04 % und einer Genauigkeitsgarantie von 12 Monaten erreicht er den Solldruck mit geringem Überschwingen gleichmäßig. Da sich der Druck beim Druckaufbau jedes Mal stabil halten lässt, können auch bei Ausgangsprüfungen, in denen viele Produkte nacheinander gemessen werden, Messfehler durch Streuung des Startdrucks reduziert werden.

Nadelventilprinzip zur Vermeidung von Überdruck

Im Druckregelteil des MC300 kommt ein Servoventil nach dem Nadelventilprinzip zum Einsatz. Durch die kontinuierliche Bewegung der motorgetriebenen Nadel wird der Luftdurchfluss gleichmäßig geregelt, sodass auch im Bereich des Solldrucks eine feine Regelung ohne Erzeugung übermäßigen Drucks erfolgt. Dieses Prinzip ermöglicht die Kombination aus schnellem Druckaufbau mit einer Ansprechzeit von unter 5 Sekunden und geringem Überschwingen. So lässt sich der für die Dichtheitsprüfung erforderliche „schnelle, den Sollwert nicht überschreitende Druckaufbau“ stabil realisieren.

Silizium-Resonanzsensor als Grundlage hoher Genauigkeit

Der MC300 ist mit einem von Yokogawa eigenentwickelten Silizium-Resonanzsensor ausgestattet. Er basiert auf dem Prinzip, dass sich die Resonanzfrequenz eines auf einem Siliziumwafer ausgebildeten Schwingers bei Druckeinwirkung ändert; durch das Differenzialprinzip mit zwei Schwingern werden Einflüsse externer Bedingungen wie der Umgebungstemperatur kompensiert. Hohe Empfindlichkeit und Auflösung sowie hervorragende Langzeitstabilität ermöglichen eine präzise Überwachung des Ausgangsdrucks und stützen die Zuverlässigkeit der Regelung. Die Ausgangsgenauigkeit wird innerhalb der Genauigkeitsgarantie von 12 Monaten aufrechterhalten.

Verbesserte Prüfgenauigkeit durch den kombinierten Einsatz des MT300

Bei Anwendungen, die ein noch anspruchsvolleres Prüfumfeld erfordern, lässt sich der Druck in unmittelbarer Nähe des DUT (Device Under Test, Prüfling) durch die Erweiterung des MC300 um das Präzisionsdruckmessgerät MT300 hochpräzise überwachen. Indem der MC300 den Startdruck stabil bereitstellt und das MT300 den aufgebrachten Druck aufzeichnet, lässt sich von der detaillierten Bewertung in der Entwicklungsphase bis zur Ausgangsprüfung in der Serienfertigung eine hochgenaue Prüfumgebung aufbauen.

Erwartete Vorteile durch den Einsatz des MC300

Durch den Einsatz des MC300 lassen sich bei Dichtheitsprüfungen von Automobilkomponenten folgende Vorteile erwarten.

Verbesserte Reproduzierbarkeit der Dichtheitsprüfung

Durch den stabilen Druckaufbau mit geringer Streuung des Startdrucks lassen sich die Messbedingungen für jedes Produkt einheitlich halten. Auch bei der kontinuierlichen Messung vieler Produkte auf Serienproduktionslinien können Fehler durch Streuungen der Prüfbedingungen reduziert werden, was zu zuverlässigeren Prüfergebnissen führen kann.

Reibungslosere Komponentenentwicklung

Da sich präzise und reproduzierbare Messergebnisse erzielen lassen, können Entscheidungen zur Gehäusedichtheit in jeder Phase – von der Entwicklung bis zur Serienproduktion – zügig getroffen werden. Damit lässt sich die Entwicklung von Komponenten mit hohen Dichtheitsanforderungen, etwa Wechselrichter und Batteriegehäuse, reibungsloser vorantreiben.

Stabiler Betrieb in der Serienprüfung

Durch die Kombination aus schnellem Druckaufbau mit einer Ansprechzeit von unter 5 Sekunden und geringem Überschwingen können viele Produkte unter stabilen Bedingungen gemessen werden, während die Prüftaktzeit der Ausgangsprüfungslinie eingehalten wird. Darüber hinaus werden automatisierte Prüfungen über Kommunikationsbefehle unterstützt. Dies trägt dazu bei, in Serienprüfprozessen sowohl Produktivität als auch Qualität zu gewährleisten.

Langzeitstabiler Betrieb und Wartungsfreundlichkeit

Das im MC300 eingesetzte Nadelventilprinzip verzichtet auf schnelle Öffnungs- und Schließvorgänge des Ventils, wodurch der Verschleiß der Bauteile gering bleibt und ein langfristig stabiler Betrieb zu erwarten ist. Da die Ausgangsgenauigkeit ebenfalls innerhalb der Genauigkeitsgarantie von 12 Monaten aufrechterhalten wird, trägt der MC300 zudem zur Senkung der Lebenszykluskosten beim Einsatz in Produktionslinien bei.