Helium-Lecksuche – Massenspektrometrische Dichtheitsprüfung
Die Helium-Lecksuche ist das empfindlichste industriell etablierte Verfahren der Dichtheitsprüfung und ermöglicht den Nachweis extrem kleiner Leckraten im Bereich von 10⁻¹² mbar·l/s. Als Prüfgas dient Helium (He), das in der Atmosphäre nur in einer Konzentration von etwa 5 ppm vorkommt und daher einen sehr geringen Untergrundpegel aufweist. Grundlage der Messung ist die Massenspektrometrie: Ein Helium-Lecksucher enthält einen Quadrupol- oder Sektorfeldmassenspektrometer, der selektiv auf die Masse 4 (Helium-4) eingestellt ist und das aus dem Prüfling austretende Helium von anderen Gasen trennt und quantitativ erfasst.
Physikalisches Messprinzip
Im Massenspektrometer werden die Gasmoleküle zunächst ionisiert, dann in einem elektrischen oder magnetischen Feld nach ihrem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis getrennt. Der He⁺-Ionenstrom wird von einem Faraday-Becher oder einem Sekundärelektronenvervielfacher (SEV) detektiert und in eine Leckrate umgerechnet. Moderne Geräte zeigen die Leckrate direkt in der Einheit mbar·l/s an und verfügen über eine automatische Kalibrierung mit einer zertifizierten Normallecke.
Schnüffelmethode (Outside-In)
Bei der Schnüffelmethode wird das Prüfobjekt von innen mit Helium befüllt oder mit reinem Helium umhüllt. Eine Schnüffelsonde wird von außen an der Bauteiloberfläche entlanggeführt und saugt kontinuierlich Luft ein. An Leckstellen gelangt Helium in die Ansaugluft und wird vom Lecksucher detektiert. Die Schnüffelmethode ist ortsauflösend – sie ermöglicht die Lokalisierung von Leckstellen – aber weniger empfindlich als das Vakuumverfahren. Typische Nachweisgrenze: 10⁻⁷ bis 10⁻⁸ mbar·l/s. Die Ansprechgeschwindigkeit der Sonde und die Scangeschwindigkeit des Prüfers beeinflussen die Empfindlichkeit maßgeblich.
Vakuummethode (Inside-Out / Integrale Messung)
Bei der Vakuummethode wird das Prüfobjekt in eine evakuierte Vakuumkammer eingebracht oder direkt an den Lecksucher angeschlossen. Von außen wird Helium aufgebracht (Sprühpistole, Heliumzelt oder Heliumflutung). Helium, das durch Leckstellen in das Innere des unter Vakuum stehenden Prüflings eindringt, wird direkt vom Massenspektrometer erfasst. Dieses integrale Verfahren liefert die Gesamt-Leckrate des Prüflings und erreicht Nachweisgrenzen von bis zu 10⁻¹² mbar·l/s. Es ist das empfindlichste technisch routinemäßig anwendbare Leckprüfverfahren.
Einsatzbereiche
Die Helium-Lecksuche wird in der Vakuumtechnik, der Halbleiterindustrie, der Medizintechnik, der Rüstungsindustrie sowie in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Typische Anwendungen sind die Prüfung von Kälteanlagen, Klimaanlagen (Kältemittelkreislauf), Hochvakuumanlagen, hermetisch verschlossenen Elektronikbaugruppen und Druckbehältern für kritische Medien. Helium ist inert, nicht entflammbar, ungiftig und diffundiert aufgrund seiner kleinen Atomgröße gut durch Leckstellen, was es zum idealen Prüfgas macht.
Einheiten und Normierung
Leckraten werden in mbar·l/s (oder äquivalent Pa·m³/s) angegeben. Eine Normallecke mit zertifizierter Leckrate dient zur Kalibrierung des Lecksuchers. Die Prüfung ist in EN 1779 sowie in weiteren anlagenspezifischen Regelwerken (z. B. AD 2000, ASME) geregelt. Für sicherheitskritische Anwendungen werden Leckratenklassen definiert, die nicht überschritten werden dürfen.