Dichtheitsprüfung von elektrischen Steckverbindern

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Mögliche Undichtheiten an Steckverbindern

Durch die Formentrennung des Spritzwerkzeugs, das bei der Kunststoffgehäuseherstellung Kunststoff verwendet wird, kann es zu einem Versatz kommen. Dieser beeinflusst die radiale Dichtheit der umlaufenden Dichtung. Zudem können Risse im Gehäuse auftreten. Bei der Montage können die Dichtelemente beschädigt oder falsch beziehungsweise nicht montiert sein. Auch dies führt zu Undichtheiten und in der Folge zu Funktionsstörungen.

Je nach Typ und Produktionsprozess des Steckverbinders kann es Probleme mit der Dicht-heit in Längsrichtung geben. Werden die Stifte in den Kunststoff eingepresst, reißt der Kunststoff möglicherweise auf. Auch das Umspritzen der Metallstifte mit Kunststoff ist nicht unproblematisch. Kritisch sind die Vorbehandlung der Metallkontakte, die Auswahl des Kunststoffs und die Prozessbedingungen des Spritzprozesses.

Bisweilen ist es nicht notwendig, dass der Steckverbinder im unmontierten Zustand dicht ist, sondern nur als gesteckte Einheit. Dabei soll die Dichtung des Gegensteckers die Dichtheit des Gesamtsystems sicherstellen. Diese Einheit aus Stecker und Gegenstecker kann in einer umschließenden Formhaube geprüft werden, wobei das Eindringen von Luft in den verbleibenden Luftraum gemessen wird.

Zudem ist es empfehlenswert, die Dichtheit auch bei geringen Prüfdrücken zu prüfen, damit sich fehlerhafte Dichtungen durch die Druckbeaufschlagung nicht „dichtdrücken“. Zusätzlich ist eine Dichtheitsprüfung in Anlehnung an die Anforderungen der IP-Schutzarten nachzu-weisen.

Dichtheitsprüfung mit dem Prüfmedium Druckluft

Der Einsatz des Prüfmediums Druckluft zur Druckverlustprüfung zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus. Hierzu gehören die leichte Verfügbarkeit des Prüfmediums (ggf. muss dieses noch speziell gereinigt werden), die gute Integration in den automatisierten Fertigungsprozess, welche die Dichtheitsprüfung innerhalb der Produktionstaktzeit ermöglicht sowie die objektive und quantitative Bewertung des leckagebedingten Druckverlustes. Das Verfahren ist berührungsfrei, nicht benetzend und somit fallen keine Trocknungszeiten an. Dabei wird der integrale Druckverlust gemessen, ein Lokalisieren des Lecks ist nicht möglich.

Das Differenzdruckverfahren

Ein sehr empfindliches Messverfahren ist das Differenzdruckverfahren. Hierbei wird die leckagebedingte Druckänderung im mit Druck beaufschlagten Prüfteil oder im evakuierten Prüfteil gegen ein dichtes Referenzvolumen gemessen. Hierzu wird ein empfindlicher Differenzdrucksensor mit einer Auflösung von 0,1 Pa eingesetzt. Da derart geringe Druckänderungen schon aufgrund des thermischen Rauschens, durch Mikroerschütterungen sowie durch minimale Bewegungen im Prüfteil, in der Adaption und in den pneumatischen Leitungen auftreten, wird in der Praxis die Messwerte gemittelt und der Anzeigewert auf 1 Pa gerundet, was immer noch 1/100.000stel des Luftdruckes ist. Zeitliche Druckänderungen von 1 Pa/s lassen sich nachweisen. Für Dichtheitsprüfungen an Steckverbindern sind beispiels-weise Differenzdruckprüfgeräte der Dichtheitsprüfgeräteserie Serie CETATEST 815 geeignet.

Ein kompletter Prüfprozess (Bild 2) besteht aus den zeitlich aufeinander folgenden Phasen: Füllen, Stabilisieren, Messen und Entlüften. Hierbei sind die der Messphase vorgelagerten Phasenzeiten (Füllen, Stabilisieren) idealerweise so zu wählen, dass ein stabiler Zustand für die Messung erreicht wird. Dieser ist dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Messphase der Druckverlust proportional zur Zeit ändert. Liegt der gemessene Druckverlustwert innerhalb der erlaubten Grenzwerte, so handelt es sich um ein Gutteil. Für einen prozesssicheren Prüfprozess ist ein hinreichend großer Abstand der Messwertverteilung von Gut- und Schlechtteilen notwendig.

Leckagebedingte Druckänderung und die Leckratenformel

Wurde als Prüfdruck ein positiver Überdruck gewählt, wird ein leckagebedingter Druckverlust festgestellt. Luft tritt aus dem Prüfteil in die umgebende Atmosphäre aus. Der zeitliche Druckverlust in Abhängigkeit von der Leckrate wird durch die so genannte Leckratenformel in Gleichung 1 beschrieben:

[unter Normbedingungen (DIN 1343: p_Atmosphäre = 101 325 Pa, T = 0 °C)], wobei

Q_L = Luft-Leckrate (Einheit: Norm-ml/min)

V_Prüfteil = Effektives Prüfteilvolumen inkl. Zuleitung, Adaption (Einheit: ml)

Dp/Dt = Zeitlicher Druckverlust (Einheit: Pa/s)

Näherungsweise gilt:

Die Luft-Leckrate Q_L bezieht sich auf die aus dem Prüfteil in die umgebende Atmosphäre austretende Luftmenge. Meist wird der Prüfdruck festgelegt und die für diesen Prüfdruck zulässige Leckrate angegeben. Bei Änderung des Prüfdrucks muss die Leckrate auch geändert werden. Wird der Prüfdruck von 1 bar auf 2 bar erhöht, erhöht sich die Leckrate beispielsweise von 1 ml/min auf 2 ml/min.