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Dicht ist nicht gleich dicht!

01. September 2020, 16:24 Uhr   |  Corinna Puhlmann-Hespen

Dicht ist nicht gleich dicht!
© Foto: AdobeStock/Nr. 1411

Das Gehäusematerial bestimmt die Grenzleckrate.

Die Schutzklasse IP67, die für viele elektronische Komponenten im Auto gilt, gibt vor, wann ein Bauteil die Anforderung an den Schutz gegen Wassereintritt erfüllt. Wobei die Dichtigkeit der Gehäuse nach IP67 durchaus auch Auslegungssache ist.

Von Mark Blaufuß, Application Engineer Alternative Drive Trains, Inficon

Mit der wachsenden Bedeutung der Elektromobilität steigen die Anforderungen an die Traktionsbatterien. Bei ihrer Fertigung spielt die Qualitätssicherung eine zentrale Rolle. Denn bei Wassereintritt droht in der Batterie ein Kurzschluss und damit Brandgefahr. Ein weiteres Bauteil, dessen Funktionssicherheit von der Wasserdichtigkeit des Gehäuses wesentlich abhängt, ist das Steuergerät der Batterie.

Die Schutzklasse IP67, die den Schutz gegen das Eindringen von Wasser in ein Bauteil regelt, legt die Verantwortung in die Hände des Herstellers. Denn es ist letztendlich an ihm, zu entscheiden, wie strikt eine Dichtheitsprüfung ausgelegt wird, damit die Komponente nach einem halbstündigen Wasserbad bei einem Differenzdruck von 0,1 bar noch voll funktionsfähig ist.

Die Schutzklasse IP67 verlangt zwar nach einem definierten Tauchprozess eine unveränderte, vollständige Funktionsfähigkeit. Was sie allerdings nicht ausdrücklich verlangt, ist, dass bei einem 30-minütigen Tauchbad mit 0,1 bar Druckdifferenz keinerlei Wasser in das Bauteil eindringt. Wenn sich also ein Hersteller entscheidet, doch das Eindringen einiger Tropfen Wasser tolerieren zu können, weil es die Funktionstüchtigkeit der Komponente nicht beeinträchtigt, kann er die Leckrate dementsprechend wählen.

Genaue Betrachtung von IP67und die Bedeutung der Grenzleckrate

Die Prüfung nach IP 67 verlangt ganz klar, dass nach einem Tauchbad von 30 Minuten in 1 Meter Tiefe das Bauteil seine völlige Funktionsfähigkeit bewahrt haben muss. Die erforderlichen Grenzleckraten sind üblicherweise nur mit modernen Prüfgasmethoden zu testen. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass das Gehäusematerial selbst einen deutlichen Einfluss auf die Dichtheitsanforderungen hat, weil sich Wassertropfen von manchen Materialien leichter ablösen – und so durch einen Leckkanal ins Gehäuse eindringen – als andere.

Anhand verschiedener Glaskapillaren mit definiertem Durchmesser und einer Länge von jeweils 10 mm lässt sich in einem Testaufbau ermitteln, bei welchem Durchmesser eines Leckkanals sich ein Tropfen gerade noch zeigt – ohne sich aber abzulösen. Der Differenzdruck beträgt dabei 0,1 bar (wie bei einem Gehäuse in 1 Meter Wassertiefe). Das Ergebnis: Während sich bei einem Glas-Leckkanal von 25 µm Durchmesser in einer halben Stunde noch drei Tropfen ablösen, formt sich bei einem Durchmesser von 20 µm zwar noch ein Tropfen, löst sich aber erst nach einem Zeitraum von mehr als 30 Minuten ab.

Was solch ein Versuchsaufbau zeigt: Wenn der Durchmesser eines Leckkanals aus Glas etwas weniger als 20 µm beträgt, ist der Wasserdruck von 0,1 bar mit den Kräften im Gleichgewicht, die das Wasser an der Oberfläche des Leckkanals haften lassen. Sprich, das Bauteil darf als völlig wasserdicht gelten. Möchte man diese Wasserdichtheit in einer Grenzleckrate ausdrücken, bewegt sich diese in der Größenordnung von 10-3 mbar∙l/s. In der Praxis spielt dabei auch die Länge eines möglichen Leckkanals eine wichtige Rolle, denn die Zahl der Tropfen verhält sich zu dessen Länge umgekehrt proportional. Durch einen Kanal mit einem Viertel der Länge dringen viermal mehr Tropfen.

Aluminium ist anspruchsvoll

Wassertropfen lösen sich von Glas relativ schlecht ab, weil das Wasser an dessen Oberfläche gut haftet. An anderen Materialien wie Stahl oder ABS haften Wassertropfen sogar noch etwas besser als an Glas. Bevor hier ein Leck dazu führt, dass Wasser unter einem Differenzdruck von 0,1 bar in ein Gehäuse eindringt, muss der Leckkanal-Durchmesser noch ein wenig größer sein. Daraus ergibt sich, dass auch die Anforderungen an die Grenzleckrate bei diesen Materialien geringfügig weniger strikt sind als bei Glas.

Deutlich anders sieht dies allerdings bei Gehäusen aus Aluminium aus! Hier haftet der Wassertropfen nur bei einem sehr kleinen Leckdurchmesser noch am Material.

Entsprechend ist ein Aluminiumgehäuse für völlige Wasserdichtheit im halbstündigen IP67-Szenario gegen eine hundertfach kleinere Grenzleckrate zu prüfen, im Bereich 10-5 mbar∙l/s.

Einige Wassertropfen oder gar keine?

Hat ein Bauteil zum Beispiel ein ABS- oder Stahlgehäuse mit Polymerdichtung, stellt schon eine Prüfung gegen eine Grenzleckrate von 2 ∙ 10-3 mbar∙l/s (ungefähr 0,1 sccm) sicher, dass nur vereinzelte Tropfen eindringen. Für völlige Wasserdichtheit wäre allerdings gegen 1 ∙ 10-3 mbar∙l/s (ungefähr 0,06 sccm) zu prüfen.

 

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1. Dicht ist nicht gleich dicht!
2. Teil 2, Testverfahren im Vergleich

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