Dichtheitsprüfung von Wasser-Glykol-Kühlkreisläufen

Die Wasserkühlung ist in der Automobilindustrie seit Jahren weit verbreitet. Während eine Wasserkühlung in der Vergangenheit hauptsächlich zur Ableitung überschüssiger Wärme aus einem Verbrennungsmotor verwendet wurde, wird die Wasserkühlung heute auch in neuen Elektro- und Brennstoffzellen-Antrieben eingesetzt:

Thermisches Management von Batteriepacks in EVs
Wärmemanagement von Brennstoffzellenstapeln in FCVs
Kühlung von Hochspannungselektronik
Kühlung von Elektromotoren

Im Falle einer Leckage im Kühlkreislauf tritt Kühlflüssigkeit aus. Während bei Verbrennungsmotoren das Hauptrisiko die Überhitzung des Motors war (wie im Armaturenbrett angezeigt), birgt ausgelaufene Kühlflüssigkeit bei modernen Antriebssträngen oft das Risiko eines elektrischen Kurzschlusses und im schlimmsten Fall damit verbundener Brände.

Welche Leckgrößen sind "wasserdicht" für Kühlflüssigkeit?

Als Kühlflüssigkeit wird in der Regel ein Gemisch aus 50% Ethylenglykol und 50% Wasser verwendet. Die Betriebsdrücke des Kühlsystems variieren zwischen 2,5 und 5 bar Überdruck.

In einem experimentellen Versuchsaufbau, der einen Kühlkreislauf repräsentiert, wurde ein 50:50 Wasser-Glykol-Gemisch in einem Kreislauf gepumpt, der 5 künstliche Lecks unterschiedlicher Größe - zwischen 5 und 42 µm Durchmesser - enthält, die potenzielle Leckagekanäle darstellen. Es wurden verschiedene Betriebsdrücke erzeugt und die Menge des Wassers, das aus den künstlichen Lecks austritt, ermittelt.

Aus der obigen Tabelle ist ersichtlich, dass sich bei einer Leckgröße von 10 µm innerhalb der verwendeten 60-minütigen Testzeit bei den typischen Betriebsdrücken von Kühlkreisläufen kein Wasser-Glykol-Tropfen löst. Es ist jedoch zu beachten, dass sich bei diesen Leckgrößen immer noch ein kleiner Tropfen am Austritt des Lecks bildet (der eventuell nach der 60-minütigen Testzeit abfällt oder auch bereits vorzeitig durch Erschütterungen). Erst bei einer Leckgröße von 5 µm bildet sich kein Tropfen am Ausgang des Leckkanals aus. Bei einer Leckgröße von 15 µm tritt eine sehr geringe Anzahl von Tropfen auf, die mit zunehmender Leckgröße schnell zunimmt.

Verlust über die Betriebsstunden

Die Menge an Wasser-Glykol, die aus einem Leck tropft, birgt das Risiko eines Kurzschlusses, führt aber auch dazu, dass die Wasserkühlleistung mit der Zeit abnimmt. Eine Tropfmenge von 15 Tropfen in 60 Minuten führt zu einem Verlust von etwa 50 ml Kühlflüssigkeit über 1.000 Betriebsstunden.

Korrelation zwischen Wasser-Glykol-Verlust und Helium/Luft-Leckrate

Um den Wasser-Glykol-Verlust mit einer Gasleckrate zu korrelieren, werden die Gasleckraten für die verwendeten Glaskapillaren bestimmt:

Aus der obigen Tabelle lässt sich ableiten, dass man Helium-Leckraten im Bereich von 10^-5 mbar·l/s prüfen muss, wenn sich am Austritt des Lecks kein Tropfen bilden soll (grüner Bereich), um auch nach längerer Zeit oder bei Erschütterungen kein Abfallen zu riskieren. Wenn kein Tropfen über 60 Minuten ausreicht, kann eine Rückweiseleckrate im Bereich von 10^-4 mbar·l/s verwendet werden (gelber Bereich).

Da sowohl die Flüssigkeitsleckage als auch die Gasleckage mit zunehmender Kanallänge linear abnehmen, ist die Länge des Leckkanals für die Korrelation zwischen Flüssigkeitsleckage und Gasleckage nicht relevant. Die Korrelation zwischen Flüssigkeitsleckage und Gasleckage ist unabhängig von der Länge des Leckkanals.

Testmethoden

Komponenten von Kühlkreisläufen sind darauf ausgelegt, Wärme schnell abzuführen, und verwenden daher in der Regel Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit (wie Aluminium oder Kupfer). Diese Materialien neigen dazu, ihre Temperatur sehr schnell zu ändern, so dass eine Druckabfallprüfung unter industriellen Bedingungen aufgrund des Einflusses von Temperaturschwankungen und der erforderlichen Leckraten, die erkannt werden sollen, fehlschlägt. Die Lecksuche mit Prüfgas ist ein zuverlässiges Mittel, um diese Komponenten schnell und effizient auf die erforderlichen Leckraten zu prüfen - ganz gleich, ob Sie eine integrale Prüfung wie die Akkumulationsprüfung oder die Prüfung in einer Vakuumkammer oder eine Prüfung zur genauen Lokalisierung des Lecks mittels Schnüffel-Lecksuche benötigen.

Dichtheitsprüfung von Kühlkomponenten