Kuka prüft Dichtheit von Automatikgetrieben mit Inficon-Geräten

Zehn Gänge ohne Leck

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Fahrzeughersteller wollen Kraftstoffverbrauch und CO2-Ausstoß künftig mit modernen Neun- oder sogar Zehn-Gang-Automatikgetrieben deutlich senken. Hierbei spielt die Dichtheit der Getriebe eine immer größere Rolle. Die Kuka Assembly and Test Corporation setzt bei Helium-Dichtheitsprüfanlagen für Hersteller von Automatikgetrieben daher daher auf Lecksuchgeräte von Inficon.

Die Autorin: Sandra Seitz, Market Manager Automotive bei der Inficon GmbH, Köln

Bei der komplexen Funktionsweise moderner Vielganggetriebe kann eine Leckage der Getriebeflüssigkeit die Gangwechsel stark beeinflussen. Wie Steve Kurzava von Kuka betont, wurden Lecks an Getrieben früher oft erst während oder nach der Endmontage entdeckt. Heute ist es dagegen möglich, etwaige Lecks bereits direkt nach der Fertigung des Getriebegehäuses zu identifizieren. Durch Prüfstationen von Kuka mit den Helium-Dichtheitsprüfgeräten von Inficon sollen Hersteller auf diese Weise viel Zeit und Kosten sparen können. Fehlerhafte Getriebe werden so schon nach dem Guss aussortiert – und nicht erst nach dem Zusammenbau.
Die Dichtheitsprüfanlagen von Kuka bieten einen hohen Automatisierungsgrad. Die Getriebe werden per Roboter von der Bearbeitungsstation gehoben, in einer Werkzeughalterung arretiert und anschließend werden die Kanäle für die Hydraulikflüssigkeit sowie andere Hohlräume durch prüfteilspezifische Abdichtungen mit extrem engen Toleranzen versiegelt. Das Getriebe wird in einer Prüfkammer montiert und anschließend evakuiert. Schließlich versiegelt das System auch die Prüfkammer und befüllt sie mit einem einprozentigen Helium-Luft-Gemisch, das Ventilatoren in der Prüfkammer gleichmäßig um das Prüfteil verteilen.
Das Inficon Helium-Dichtheitsprüfgerät, das über die Werkzeughalterung an das versiegelte und evakuierte Innere des Getriebes angeschlossen ist, misst nun, wie viel von der Heliumatmosphäre von außerhalb des Prüfteils durch Lecks, Risse, poröse Stellen und andere Undichtigkeiten in sein Inneres eindringt. Diese integrale Dichtheitsprüfmethode, die manchmal auch als Hüllentest bezeichnet wird, erlaubt dann eine präzise, reproduzierbare Ja/Nein-Aussage – und aufgrund der ermittelten Heliumkonzentration im Innern des Getriebes auch die Angabe der Leckrate.
Moleküle durchdringen poröse Stellen
Einzigartig an diesem Helium-Verfahren ist, dass es auch kleine Leckagen zuverlässig ermittelt. So kann es an einem Aluminiumgussteil eine Stelle von wenigen Zentimetern Durchmesser geben, die so porös ist, dass sie buchstäblich eine Billion Löcher aufweist, die groß genug sind, um von Helium-Molekülen durch drungen zu werden. Solch eine Porosität würde bei herkömmlichen Verfahren wie etwa Differenzdruck- oder Wasserbadprüfung nie auffallen. „Leckstellen sehen nicht notwendigerweise wie Spalten oder kreisrunde Löcher aus“, erklärt Thomas Parker, Automotive Sales Manager von Inficon für Nordamerika, „viel öfter ähneln sie einem höhlenartigen System kleinster Risse und Falten im Metall. Wollte man Lecks in Getrieben mit einer Druckabfallprüfung per Luft ermitteln, brauchte man angesichts der kleinen Leckraten, auf die Getriebehersteller heute prüfen, mitunter mehrere Tage.“
Die Helium-Dichtheitsprüfung brauche dagegen nur Sekunden, bei einer Gesamtzeit von Prüf- und Rüstzeiten von ungefähr 30 oder 40 Sekunden. Mit einem Intervall dieser Länge ist die Dichtheitsprüfung im Grunde jedem anderen Produktionsschritt in der Dauer vergleichbar, sei es Gewindebohren oder die Installation eines Magnetventils.
Der aktuelle Branchenstandard für die zulässige Leckrate von Getrieben liegt bei ungefähr 1 sccm (rund 2×10–2 mbarl/s). Aber die Getriebetechnologie macht nach wie vor große Fortschritte. Die Getriebe werden komplexer, sie benötigen andere Getriebeflüssigkeiten, die Leistungsanforderungen steigen – und die zulässigen Leckraten werden dabei immer geringer. Testingenieure aus der Automobilbranche gehen davon aus, dass mit den modernen 9– und 10-Gang-Getrieben der nahen Zukunft bald Leckraten von nur noch 0,1 sccm (2×10–3 mbarl/s) zulässig sein könnten – eine Verringerung um den Faktor zehn.
Gegen Ende der Fertigung machen die Getriebehersteller oft einen zweiten Test, diesmal wirkt das Helium-Prüfgas allerdings von innen nach außen. Die Prüfkammer von Kuka wird dabei zur Vakuumkammer, in der das fertige und abgedichtete Getriebe getestet wird. Große Vakuumpumpen entfernen die Luft aus der Kammer, und ein LDS3000 Helium-Dichtheitsprüfgerät von Inficon ermittelt, wie viel Heliumgas aus dem Innern des fertigen Getriebes in die Kammer austritt. Für die abschließende Vakuumprüfung werden zunächst die Kammer und das Getriebeinnere evakuiert, dann wird das Prüfteil mit 100-prozentigem Heliumgas bei rund 200 mbar beaufschlagt. Bei einer Druckdifferenz von mehr als 275 mbar würden die Dichtungen innerhalb des Getriebes nachgeben, während mit einem Helium-Druck von 200 mbar eine verlässliche und realistische Prüfung der Dichtheit möglich ist. Dieser abschließende Test, bei dem die etwaige Austrittsrichtung des Prüfgases die tatsächlichen Betriebsbedingungen nachstellt, sei Herstellern wichtig. Denn haben sich unter Betriebsdruck der Hydraulikflüssigkeit Dichtungen oder Zuleitungen verformt, strömt das Gas an denselben Stellen aus, an denen auch die Hydraulikflüssigkeit austreten würde.
Bei Kuka hatte man sich schon vor rund drei Jahren entschlossen, den Hersteller der Dichtheitsprüfgeräte zu wechseln. Seitdem sind die Helium-Prüfgeräte von Inficon im Einsatz. Eine ähnliche, doppelte Helium-Testmethode – erst von außen nach innen, dann abschließend von innen nach außen – setzte Kuka auch schon vor der Umstellung ein. Wichtige Gründe, die aus Kuka-Sicht für Inficon sprachen, waren die bessere Performance und die höhere Zuverlässigkeit. Als besonders erfreulich erwies es sich, dass die Installation im Grunde eine Sache von Plug & Play war. So ließen sich die Austauschkosten auf ein Minimum reduzieren – für Kuka selbst und für die Getriebe-Hersteller, bei denen die Kuka-Dichtheitsprüfanlagen im Einsatz sind.
Schneller wieder startklar
Alle neuen Anlagen, die Kuka heute installiert, sind mit Helium-Dichtheitsprüfgeräten von Inficon ausgestattet. Aber auch alle bestehenden Kunden hatte Kuka schon bald davon überzeugt, dass die Umrüstung ihrer Prüfanlagen auf die Inficon-Geräte sinnvoll ist. Thomas Parker von Inficon: „Kuka konnte seinen Kunden mit unseren Geräten bei den Messungen eine bessere Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit demonstrieren und eine effizientere Reinigung der Geräte vom Prüfgas.“ Prüfgasverseuchung ist ein Thema, das bei Groblecks und fehlerhaften Dichtungen akut wird. Dann brauchen viele Dichtheitsprüfgeräte oft mehrere Minuten, bis die Helium-Übersättigung überwunden, das Heliumgas entfernt und die Anlage wieder einsetzbar ist. Aber gerade für Produktionsstraßen, auf denen Zeit immer Geld bedeutet, ist solch eine Verzögerung kaum hinnehmbar. Der große Vorteil von Inficon-Dichtheitsprüfgeräten bestehe laut Hersteller in solchen Szenarien darin, dass sie das Heliumgas bis zu 500% schneller abpumpen als andere Geräte.
Inficon GmbH
Tel.: +49 221 / 56788-133
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