MACEAS Prüfverfahren & Technologien

Helium-Dichtheitsprüfung
für industrielle Serienprozesse

Kleinste Leckagen präzise erkennen:
schnell, objektiv und vollautomatisiert.

MACEAS entwickelt kundenspezifische Helium-Dichtheitsprüfanlagen für Bauteile mit besonders hohen Anforderungen an Dichtheit, Prozesssicherheit und Produktionsleistung. Prüfverfahren, Abdichtung, Teilehandling und Auswertung werden exakt auf Bauteil, Grenzleckrate und Taktzeit abgestimmt.

Höchste Messgenauigkeit

Kurze Taktzeiten

Verlässliche Prozesse

Das Ergebnis: eine kundenspezifische Prüfanlage, die Präzision und Produktivität konsequent verbindet.

… und Prüfaufgabe bewerten lassen

Vorteile in der Serienproduktion

1

Kleinste Leckagen
sicher erkennen

Helium ermöglicht den zuverlässigen Nachweis sehr geringer Leckraten und schafft damit Sicherheit bei besonders anspruchsvollen oder sensiblen Bauteilen.

2

Objektive Prüfergebnisse erhalten

Die Prüfung liefert objektive Messwerte und ermöglicht anhand klar definierter Kriterien eindeutige Gut-/Schlecht-Entscheidungen.

3

Kurze Taktzeiten realisieren

Optimierte Prüfabläufe, angepasste Pumpentechnik und Mehrkammerkonzepte ermöglichen die Integration auch in schnelle Serienprozesse.

4

Prüfprozesse vollständig automatisieren

Von der Bauteilzuführung über die Prüfung bis zur Auswertung, Sortierung und dem NIO-Handling kann der gesamte Prozess automatisiert werden.

5

Ohne Wasser und
Trocknung prüfen

Da kein Wasser als Prüfmedium erforderlich ist, entfällt die anschließende Trocknung der Bauteile.

Typische Bauteile und Anwendungen

Bipolarplatten und Elektrolyseur­komponenten

äußere Leckagen und Cross-Leakagen zwischen Medienkanälen

Batteriezellen und Komponenten sowie Batteriekühlelemente (Kühlplatten)

sehr kleine Leckagen vor Montage oder Befüllung erkennen

Kraftstoff-, Kühl- und Drucksysteme

sicherheitskritische Dichtheit reproduzierbar in der Serie prüfen

MACEAS Prüfverfahren im Vergleich

KriteriumHelium-DichtheitsprüfungUltraschall-Dichtheitsprüfung im WasserbadElektrolyt-DichtheitsprüfungDruckabfallprüfung
Besonders geeignet fürSehr kleine Grenzleckraten und quantitative SerienprüfungErkennung und direkte Lokalisierung von LeckstellenBefüllte und verschlossene BatteriezellenMittlere bis größere Grenzleckraten und Serienprüfungen
PrüfzeitpunktKomponenten- und BaugruppenfertigungBei druckbeaufschlagbaren, für das Wasserbad geeigneten BauteilenNach der Befüllung und dem Versiegeln der ZelleKomponenten- und Baugruppenfertigung
Leckstelle lokalisierbarJa, mittels Helium-SchnüffelprüfungJaIn der Regel nicht unmittelbarNein
Wasserbad oder Trocknung erforderlichNeinJaNeinNein
Besondere StärkeHöchste Empfindlichkeit und objektiver LeckratenwertAnschauliche LeckageortungPrüfung mit dem tatsächlich austretenden ElektrolytWirtschaftlich und gut automatisierbar

Wenn die Druckabfallprüfung/Druckdifferenzprüfung an ihre Grenzen stößt

Viele Hersteller prüfen ihre Bauteile bereits mit Druckabfall oder Differenzdruck. Das Verfahren ist wirtschaftlich, automatisierbar und für zahlreiche Serienanwendungen vollkommen ausreichend.

Bei sehr kleinen zulässigen Leckraten ist die zu messende Druckänderung jedoch so gering, dass diese von Temperatur, Bauteilvolumen oder Verformungen entscheidend beeinflusst wird. Spätestens dann wird der Wechsel zur Helium-Dichtheitsprüfung notwendig.

Helium ermöglicht eine wesentlich höhere Nachweisempfindlichkeit und liefert auch bei anspruchsvollen Grenzleckraten stabile, reproduzierbare Messergebnisse.

Je kleiner die zulässige Leckrate, desto entscheidender wird das Helium-Prüfverfahren.

Anwendungsbeispiele aus unserer Praxis

Helium-Dichtheits­prüfung für Bipolarplatten

Bei Bipolarplatten müssen Wasserstoff-, Luft- und Kühlkanäle dauerhaft voneinander getrennt bleiben. Bereits kleinste äußere Leckagen oder interne Übertritte können Wirkungsgrad, Sicherheit und Lebensdauer der Brennstoffzelle beeinträchtigen.

MACEAS prüft sowohl Monopolar- und Einzelplatten als auch fertig gefügte Bipolarplatten – automatisiert, reproduzierbar und mit kurzen Taktzeiten.

Praxisbeispiel

Bipolar­platten

Die Prüfaufgabe beschränkt sich nicht auf eine einfache Dichtheitskontrolle nach außen. Entscheidend ist auch, dass die einzelnen Medienkreisläufe innerhalb der Bipolarplatte sicher voneinander getrennt bleiben.

Geprüft werden insbesondere:

  • der Kühlkanal  gegen H₂,  O₂ und außen,
  • O₂ gegen H₂,   und außen,
  • H₂ gegen außen,

Damit können sowohl äußere Leckagen als auch interne Übertritte zwischen den Medienkreisläufen erkannt werden. Die Prüfung ist für Monopolar- und Einzelplatten als auch fertig gefügte Bipolarplatten.

Die Prüfteile werden über definierte Zentrierpunkte in der Prüfkammer positioniert. Anschließend wird die Kammer geschlossen und die Helium-Dichtheitsprüfung durchgeführt. Nach Abschluss der drei Messungen öffnet sich die Kammer wieder und die geprüften Teile können entnommen beziehungsweise automatisiert weitertransportiert werden.

Pro Prüfmodul können bis zu zwei Bauteile gleichzeitig geprüft werden. Jede Prüfkammer kann mit einem eigenen Pumpenstand und Massenspektrometer ausgestattet werden.

Das zeigt gut, dass es sich nicht nur um ein Messgerät handelt, sondern um ein komplettes Anlagen- und Prüfkonzept mit:

  • bauteilspezifischer Aufnahme,
  • präziser Positionierung und Fixierung,
  • Prüfkammer inkl. bauteilspezifischer Abdichtung,
  • Vakuumtechnik,
  • Helium-Massenspektrometer,
  • Steuerung und Auswertung.

Das Anlagenkonzept ist modular aufgebaut. Für Prototypen und kleinere Stückzahlen kann zunächst ein manuell zu bestückendes Hauptmodul eingesetzt werden. Mit steigenden Produktionsmengen lässt sich das System um weitere Prüfmodule sowie automatisierte Zuführungs- und Handlingkomponenten erweitern.

Folgende Leistungsstufen können erreicht werden, sind allerdings stark abhängig von Anforderungen und Auslegung; grobe Orientierung:

  • ab etwa 150 Bauteilen pro Stunde in der kleinsten Ausbaustufe,
  • bis zu 400 Bauteile pro Stunde bei manueller Beladung,
  • bis zu etwa 700 Bauteile pro Stunde bei vollautomatisiertem Teilehandling.

Durch parallel arbeitende Prüfmodule lässt sich die Anlage von der Prototypenprüfung bis zur automatisierten Großserienfertigung skalieren.

Die Heliumprüfung kann schrittweise oder vollständig in einen automatisierten Produktionsprozess integriert werden. Als Erweiterungen nennt MACEAS unter anderem:

  • Fördertechnik für die Zu- und Abführung,
  • Automatisiertes Handling zum Einlegen und Entnehmen der Bauteile,,
  • Vision-Systeme zur Lageerkennung,
  • automatische NIO-Ablage,
  • Nacharbeitsstationen,
  • Laserkennzeichnung,

Dadurch können Prüfung, Bauteilhandling, Kennzeichnung und Gut-/Schlecht-Sortierung in einem durchgängigen Prozess verbunden werden.

Die artikelspezifischen Aufnahmen sind als Wechseleinsätze ausgeführt und können von der Bedienseite aus gewechselt werden. Die bauteilspezifischen Werkzeuge können schnell auf eine andere Variante getauscht werden und alle Anlagenkomponenten (Pumpen etc.) sind im Wartungsfall leicht zu erreichen: Große rückseitige Wartungstüren erleichtern den Zugang zu den technischen Komponenten.
Praxisbeispiel Bipolarplatten: MACEAS verbindet die Prüfung komplexer Medienkreisläufe mit parallelen Prüfprozessen, modularer Skalierbarkeit und automatisiertem Teilehandling.
Prüfung von Kühlmittel-, Wasserstoff- und Sauerstoffkanälen nach außen sowie gegeneinander. Dadurch werden äußere Leckagen und interne Cross-Leaks zuverlässig erkannt.

Prüfbar sind sowohl Einzelplatten und Monopolarplates als auch gefügte Bipolarplatten. Das modulare Anlagenkonzept lässt sich von einer manuell bestückten Prototypenlösung bis zur vollautomatisierten Serienanlage ausbauen.

Je Prüfmodul können zwei Bauteile gleichzeitig geprüft werden. Zusätzliche Module, automatisiertes Bauteilhandling, Fördertechnik und automatische NIO-Sortierung ermöglichen hohe Durchsätze und eine vollständige Integration in die Fertigung.

Helium-Prüfverfahren
im Vakuum oder Atmosphäre?

Vakuumprüfung

Für besonders geringe Grenzleckraten und höchste Nachweisempfindlichkeit.

Die Vakuumprüfung eignet sich für besonders kleine zulässige Leckraten und höchste Anforderungen an die Nachweisempfindlichkeit.

Typische Vorteile:

  • sehr hohe Messgenauigkeit,
  • kurze Prüfzeiten bei entsprechender Anlagenauslegung,
  • objektive integrale Prüfung des gesamten Bauteils,
  • ideal für sicherheits- und funktionskritische Anwendungen.

Typischer Arbeitsbereich der Prüfanlage:
10⁻³ bis 10⁻⁷ mbar · l/s

Atmosphärische Prüfung und Helium-Schnüffelprüfung

Für mittlere Leckraten, vereinfachte Anlagenkonzepte und wirtschaftliche Serienprozesse.

Bei der atmosphärischen Prüfung ist keine evakuierte Prüfkammer erforderlich. Das mit Helium beaufschlagte Bauteil wird unter Umgebungsdruck geprüft. Eine Schnüffelsonde erfasst austretendes Helium und ermöglicht neben dem Nachweis einer Undichtigkeit auch deren gezielte Lokalisierung. Die Sonde kann dabei manuell oder automatisiert entlang der relevanten Prüfbereiche geführt werden.

Das Verfahren eignet sich insbesondere für Anwendungen, bei denen keine extrem niedrigen Grenzleckraten nachgewiesen werden müssen.

 

Typische Vorteile:

  • vereinfachter Anlagenaufbau ohne Vakuumkammer,
  • Prüfung bei Atmosphärendruck,
  • Erkennung und Lokalisierung von Leckagen,
  • manuell oder automatisiert durchführbar,
  • gut in wirtschaftliche Serienprozesse integrierbar,
  • geeignet für definierte mittlere Leckratenbereiche.

Typischer Arbeitsbereich der Prüfanlage:
10⁻² bis 10⁻⁴ mbar · l/s

Welches Verfahren geeignet ist, hängt von Grenzleckrate, Prüfdruck, Geometrie und Taktzeit ab.

Von der Aufgabenstellung
zur fertigen Prüfanlage

MACEAS betrachtet nicht nur die Messung, sondern den vollständigen Serienprozess: vom Prüfwerkzeug über das Teilehandling bis zur Auswertung und Integration.

1
Prüfaufgabe und Grenzleckrate definieren
Wir betrachten Bauteilgeometrie (Adaptierung und Abdichtung ist hier sehr wichtig), zulässige Leckrate, Prüfdruck, Stückzahl, Varianten und vorhandene Fertigungsprozesse.
2
Geeignetes Verfahren und Prüfkonzept entwickeln
Auf Basis der Anforderungen bestimmen wir das geeignete Prüfverfahren und entwickeln das Prüf- und Abdichtungskonzept.
3
Taktzeit und Automatisierung auslegen
Einzel- oder Mehrkammeranlage, manuelle Beladung oder automatisiertes Teilehandling: Die Lösung wird auf Ihren Produktionsprozess abgestimmt.
Anlage realisieren und integrieren
MACEAS übernimmt Konstruktion, Fertigung, Software, Prüfwerkzeuge, Inbetriebnahme und die Integration in Ihre Fertigungsumgebung.

Welche Dichtheitsprüfung
passt zu Ihrer Anwendung?

Nicht jede Dichtheitsaufgabe benötigt Helium. Entscheidend sind Bauteil, Grenzleckrate, Prüfzeitpunkt, Taktzeit und Automatisierungsgrad.

MACEAS bewertet Ihre Anforderungen technologieoffen und entwickelt daraus das technisch und wirtschaftlich geeignete Prüfkonzept.

… und Ihre Anforderungen mit uns besprechen

Häufige Fragen

Einsatz und Eignung

Das zu prüfende Bauteil wird mit Helium beaufschlagt oder von Helium umgeben. Befindet sich eine Undichtigkeit im Bauteil, tritt das Gas durch selbst kleinste Leckstellen aus beziehungsweise in das Bauteil ein.

Ein hochempfindliches Massenspektrometer erkennt das austretende bzw. eintretende Helium und bestimmt die Leckrate. So lässt sich objektiv und integral feststellen, ob das Bauteil die vorgegebenen Dichtheitsanforderungen erfüllt.

Da Helium sehr kleine Atome besitzt, als Edelgas ungfitg ist und sich zuverlässig nachweisen lässt, eignet es sich besonders für die Prüfung kleinster Leckagen.

Eine Helium-Dichtheitsprüfung ist sinnvoll, wenn sehr kleine Leckagen sicher, reproduzierbar und quantitativ nachgewiesen werden müssen. Kleine zulässige Leckraten sind insbesondere dann relevant, wenn Komponenten über einen langen Zeitraum zuverlässig dicht bleiben und hohe Anforderungen an ihre Lebensdauer erfüllen müssen. Das gilt besonders für sicherheitskritische Bauteile, mehrkanalige Komponenten und automatisierte Serienprozesse.
Die Helium-Dichtheitsprüfung eignet sich besonders für sehr kleine Leckraten und liefert einen objektiven Messwert. Die Ultraschall-Dichtheitsprüfung im Wasserbad ermöglicht dagegen eine direkte Lokalisierung austretender Gasblasen. Welches Verfahren besser geeignet ist, hängt von Grenzleckrate, Bauteil und Prüfziel ab.
Geeignet sind unter anderem Bipolarplatten, Batteriezellen und Batterzellenkomponenten, Kühlplatten, Wasserstoffkomponenten, Kraftstoffsysteme, Druckbehälter, Gehäuse und weitere medienführende Bauteile. Voraussetzung ist, dass das Bauteil abgedichtet und mit Prüfgas beaufschlagt werden kann.
Ja. Die Helium-Dichtheitsprüfung ist ein zerstörungsfreies Verfahren. Die Bauteile können nach der Prüfung in der Regel unmittelbar weiterverarbeitet oder eingesetzt werden.

Messung und Prüfprozess

Die Helium-Dichtheitsprüfung zählt zu den empfindlichsten industriellen Prüfverfahren. Theoretisch lassen sich damit äußerst kleine Leckraten detektieren. Unter den realen Bedingungen einer automatisierten Serienprüfung sind in der Regel Nachweisgrenzen bis etwa 10⁻⁶ mbar · l/s zuverlässig realisierbar. Unter kontrollierten Laborbedingungen können – abhängig von Prüfling und Prüfaufbau – Leckraten bis etwa 10⁻⁷ mbar · l/s nachgewiesen werden. Die tatsächlich erreichbare Nachweisgrenze hängt insbesondere vom Prüfling, der Abdichtung, der Prüfkammer und der gesamten Prozessauslegung ab.

Die Vakuumprüfung eignet sich für besonders kleine Grenzleckraten und höchste Anforderungen an die Nachweisempfindlichkeit. Die Prüfung unter Atmosphäre ist bei größeren zulässigen Leckraten häufig die wirtschaftlichere Lösung und ermöglicht vereinfachte Anlagenkonzepte. Dazu gehört auch die Helium-Schnüffelprüfung, bei der austretendes Helium mit einer manuell oder automatisiert geführten Schnüffelsonde erfasst und die Leckstelle gezielt lokalisiert wird. Entscheidend für die Verfahrenswahl sind vor allem das Bauteil, die geforderte Grenzleckrate, die Taktzeit und das Prüfziel.

Die integrale Heliumprüfung zeigt zunächst, ob ein Bauteil die vorgegebene Grenzleckrate einhält. Für die genaue Lokalisierung kann anschließend eine Helium-Schnüffelprüfung oder ein ergänzendes Verfahren eingesetzt werden. Sehr kleine Leckagen lassen sich dabei nicht immer eindeutig räumlich zuordnen.
Ja. Teilehandling, Abdichtung, Evakuierung, Prüfgaszuführung, Messung, Auswertung und Gut-/Schlecht-Sortierung können vollständig automatisiert und in bestehende Fertigungslinien integriert werden.

Ja. Durch wechselbare Prüfwerkzeuge, anpassbare Aufnahmen und hinterlegte Prüfprogramme kann eine Anlage für mehrere Bauteilvarianten ausgelegt werden.

Kurze Gaswege, optimierte Evakuierungsprozesse und eine auf die Anwendung abgestimmte Pumpentechnik können die Prüfzeit deutlich verkürzen. Zusätzlich lassen sich mehrere Bauteile gleichzeitig in einer Prüfkammer prüfen. Bei dieser Mehrfachprüfung ist jedoch zunächst keine eindeutige Zuordnung eines negativen Prüfergebnisses (NIO) zu einem einzelnen Bauteil möglich. Die Prüfanlage wird daher gezielt auf Bauteil, Grenzleckrate, Produktionsleistung und die erforderliche NIO-Zuordnung abgestimmt.

Anlage und Wirtschaftlichkeit

Die Kosten richten sich nach Bauteil, Grenzleckrate, Prüfkammer, Taktzeit, Variantenanzahl, Automatisierungsgrad und zusätzlichen Funktionen. Deshalb wird jede Anlage individuell auf die konkrete Prüfaufgabe ausgelegt und kalkuliert.

Ja. Je nach Anlagenkonzept kann Helium gesammelt, aufbereitet und erneut eingesetzt werden. Besonders bei hohen Stückzahlen und/oder großen Volumen lassen sich dadurch Gasverbrauch und laufende Betriebskosten reduzieren.

Ansprechpartner Daniel Schönbohm (GF)
Daniel Schönbohm
Geschäftsführer

Ihre Prüfaufgabe bewerten lassen

Ob erste Machbarkeitsprüfung, Kleinserie oder automatisierte Prüfanlage: Wir entwickeln den passenden Einstieg für Ihre Prüfaufgabe.

Nutzen Sie unseren Prüfservice ohne Investition in eine eigene Anlage oder lassen Sie sich zu einer maßgeschneiderten Lösung für Ihre Serienproduktion beraten.

Direkt anrufen: +49 4497 9269-0
E-Mail schreiben: info@maceas.com

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