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Definition von Druck- und Zeitparametern - ASTM D3078 Bubble Leak Test
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Wie viel Vakuum sollte angewendet werden, um echte Leckagen zu erkennen, ohne die Verpackung zu beschädigen?
Bei Dichtheitsprüfungen flexibler Verpackungen stellt sich häufig die Frage: Wie viel Vakuum ist ausreichend, um eine Leckage zu erkennen, ohne die Verpackung zu verformen oder falsche Ergebnisse zu erzeugen? In diesem Video erklären wir, wie die richtigen Prüfparameter gemäß ASTM D3078 festgelegt werden, der Standardprüfmethode zur Erkennung von Grobleckagen in flexiblen Verpackungen durch Blasenemission.
Sie erfahren:
Wie die richtigen Prüfparameter für den Vakuumtest festgelegt werden
Was ASTM D3078 vorgibt und was der Anwender selbst festlegen muss
Wie sich die Zuverlässigkeit der Ergebnisse unter realen Laborbedingungen verbessern lässt
Außerdem teilen wir eine praktische Empfehlung, die nicht ausdrücklich in ASTM D3078 enthalten ist, die jedoch die Konsistenz Ihrer Leckageprüfergebnisse erheblich verbessern kann.
Was ASTM D3078 tatsächlich vorgibt
ASTM D3078 beschreibt den Blasenlecktest für flexible Verpackungen. Die Verpackung wird in Wasser eingetaucht, es wird Vakuum angelegt, und der Bediener beobachtet, ob Blasen auftreten. Eine kontinuierliche oder lokal begrenzte Blasenbildung weist auf eine Leckage hin. Wenn keine Blasen auftreten und keine Flüssigkeit in die Verpackung eindringt, besteht die Probe die Prüfung.
Die Norm definiert jedoch weder einen universellen Vakuumwert noch eine feste Haltezeit, die für alle Verpackungen gilt. Das liegt daran, dass sich das Verhalten der Verpackung je nach Material, Abmessungen, Siegelgestaltung und mechanischer Festigkeit unterscheidet. Deshalb muss jedes Labor seine eigenen Betriebsparameter festlegen.
Die Norm empfiehlt, das Vakuum schrittweise mit etwa 1 inch Hg pro Sekunde anzulegen, um eine übermäßige Belastung der Verpackung zu vermeiden. Sobald das gewählte Vakuumniveau erreicht ist, sollte es für mindestens 30 Sekunden gehalten werden, während die Probe beobachtet wird. Was ASTM D3078 jedoch nicht angibt, ist, welches Vakuumniveau verwendet werden soll. Genau hier wird eine praktische Methodik entscheidend.
So bestimmen Sie das richtige Vakuumniveau
ASTM D3078 gibt an, dass der Anwender das höchstmögliche Vakuumniveau anwenden soll, das Leckagen sichtbar macht, ohne die Verpackung zu verformen oder zu beschädigen. Um dieses Niveau zu bestimmen, müssen drei begrenzende Faktoren berücksichtigt werden:
Fragilität der Verpackung
Ausdehnung der Verpackung unter reduziertem Druck
Siededruck der Immersionsflüssigkeit
Auf Grundlage praktischer Erfahrung empfiehlt DVACI, zusätzlich einen vierten Faktor zu berücksichtigen: Höhenlage und Schwankungen des Atmosphärendrucks, insbesondere wenn die Verpackung Transport- oder Luftfrachtbedingungen ausgesetzt ist.
1. Fragilität der Verpackung
Bevor das Vakuumniveau gewählt wird, ist es entscheidend, den Versagensdruck der Verpackung zu bestimmen – also den Punkt, an dem sie sich unter Vakuum zu verformen beginnt, delaminiert oder versagt.
DVACI empfiehlt, etwa 70 % des Versagensniveaus der Verpackung als Arbeitsvakuum zu verwenden. Dies liefert eine ausreichend große Druckdifferenz zur Erkennung von Leckagen und schützt gleichzeitig die Integrität der Verpackung.
Beispiele:
Wenn die Verpackung bei –70 kPa versagt, liegt ein praktisches Prüflevel bei etwa –50 kPa
Wenn sie bei –50 kPa versagt, sollte das Prüflevel bei ungefähr –35 kPa liegen
Diese Methode ist einfach reproduzierbar, leicht zu validieren und im Laboralltag sehr nützlich. Einige Verpackungsformate, wie Easy-Open-Designs oder Bereiche mit absichtlich schwächerer Siegelung, sind in bestimmten Zonen bewusst weniger belastbar. In solchen Fällen muss das gewählte Vakuum sicher unterhalb der gemessenen Versagensgrenze bleiben.
2. Ausdehnung der Verpackung unter Vakuum
Einige flexible Verpackungen können sich unter Vakuum stark ausdehnen, ohne tatsächlich zu reißen. Selbst wenn keine sichtbare Beschädigung auftritt, verändert diese Ausdehnung die inneren Bedingungen der Verpackung: Das Volumen nimmt zu, der Innendruck sinkt und die Empfindlichkeit des Tests kann abnehmen.
Dieses Verhalten kann zu Prüfbedingungen führen, die die tatsächliche Leistungsfähigkeit der Verpackung nicht realistisch abbilden. Obwohl sich die Verformung mathematisch abschätzen lässt, sind solche Berechnungen in der routinemäßigen Qualitätskontrolle oft schwer konsistent anzuwenden.
Um diesen Prozess zu vereinfachen, hat DVACI ein KI-basiertes Tool entwickelt, das Laboren hilft, empfohlene Vakuumniveaus je nach Verpackungstyp und Prüfbedingungen zu bestimmen. Nach Eingabe der relevanten Verpackungsdaten erhalten Anwender eine praktische Orientierung zur Parameterauswahl. Dieses Tool steht Laboren zur Verfügung, die mit DVACI-Geräten arbeiten.
3. Siededruck und Entgasung der Immersionsflüssigkeit
Der dritte Faktor hängt von der Prüfflüssigkeit ab, die während der Immersion verwendet wird. Druck und Siedeverhalten stehen in direktem Zusammenhang. So wie Wasser in größeren Höhen bei niedrigeren Temperaturen siedet, gilt dasselbe Prinzip in einer Vakuumkammer, wenn der Druck sinkt.
Wenn eine Verpackung eine Leckage aufweist, dehnt sich das eingeschlossene Gas aus und bildet Blasen. Ist das Vakuumniveau jedoch zu hoch, kann auch die Prüfflüssigkeit selbst beginnen, Blasen zu bilden, was zu Fehlinterpretationen führt.
Bei 25 °C siedet Wasser bei etwa 3,17 kPa absolut, ein Druckniveau, das bei routinemäßigen ASTM-D3078-Prüfungen nur selten erreicht wird. Die Entgasung beginnt jedoch bereits deutlich vor dem eigentlichen Sieden. In der Praxis kann gelöste Luft schon bei etwa 15 kPa absolut aus der Flüssigkeit austreten, abhängig von Wassertemperatur und Gehalt an gelösten Gasen.
Sobald dies geschieht, stammen die beobachteten Blasen möglicherweise nicht mehr aus der Verpackungsleckage, sondern aus der Flüssigkeit selbst. Das verringert die Zuverlässigkeit der Prüfung und erschwert die visuelle Auswertung.
Aus diesem Grund empfiehlt DVACI, in Ihrem spezifischen System visuell den Druckpunkt zu bestimmen, bei dem die Entgasung der Flüssigkeit beginnt. Dieser Punkt definiert die sichere obere Vakuumgrenze für die Prüfung.
DVACI-Empfehlung für Hochvakuumprüfungen
Wenn hohe Vakuumniveaus erforderlich sind, empfiehlt DVACI, die Immersionsflüssigkeit gemäß ASTM D4991 vorab zu entgasen. Eine praktische Methode besteht darin, einen Vakuumzyklus ohne Proben durchzuführen, den Zieldruck für mindestens 10 Minuten zu halten und die Kammer anschließend wieder zu belüften.
Dieser einfache Schritt entfernt einen Großteil der gelösten Gase aus der Flüssigkeit und hilft, Fehlblasen bei Hochvakuum-Leckageprüfungen zu reduzieren.
Alternative Immersionsflüssigkeiten nach ASTM E515
Obwohl Wasser die am häufigsten verwendete Immersionsflüssigkeit für Blasenemissionstests ist, lohnt sich ein Blick in ASTM E515, wo weitere je nach Anwendung geeignete Flüssigkeiten beschrieben werden. In manchen Fällen können Flüssigkeiten wie Ethylenglykol oder Mineralöl unter bestimmten Prüfbedingungen oder für bestimmte Produkttypen spezifische Vorteile bieten.
Höhensimulation und Bedingungen beim Lufttransport
Eine häufige Frage von Verpackungsherstellern ist, ob ihre Verpackungen während des Lufttransports undicht werden können. Verkehrsflugzeuge arbeiten in der Regel mit einem Kabinendruck, der etwa 75 kPa absolut entspricht. Das entspricht einer Druckdifferenz von rund –25 kPa im Vergleich zu Bedingungen auf Meereshöhe.
Diese Werte stimmen mit den Prüfbedingungen überein, die in ASTM D6653 beschrieben werden, der Norm für Höhensimulation bei Verpackungen.
Wenn eine Verpackung beispielsweise ein Versagensniveau von etwa –30 kPa aufweist, empfiehlt DVACI zwei ergänzende Prüfungen:
Einen ersten Test bei –20 kPa, im normalen Betriebsbereich der Leckageerkennung gemäß ASTM D3078
Einen zweiten Test bei –25 kPa, um die Verpackungsleistung unter typischen Kabinendruckbedingungen im Flugzeug zu bewerten
Mit dem DVACI Model P-Steuermodul können bis zu vier verschiedene Vakuumniveaus in einem einzigen Prüfzyklus programmiert werden. Dadurch lässt sich das Verhalten der Verpackung unter verschiedenen Druckbedingungen innerhalb eines einzigen Testablaufs kontrolliert bewerten.
Validieren Sie die Einstellung mit einer Kontrollprobe
Zum Schluss noch eine der wertvollsten praktischen Empfehlungen von DVACI: Verwenden Sie immer eine Kontrollprobe.
Obwohl ASTM D3078 dies nicht ausdrücklich fordert, ist die Verwendung einer Verpackung mit einer bekannten und bestätigten Leckage eine der besten Methoden, um sicherzustellen, dass die Prüfeinstellung korrekt ist und echte Defekte erkannt werden. Außerdem hilft sie dabei, tatsächliche Leckagen von Fehlanzeigen zu unterscheiden, die durch Entgasung der Flüssigkeit, Handhabungsprobleme oder eine falsche Wahl des Vakuumniveaus verursacht werden.
Eine Kontrollprobe verbessert die Methodenvalidierung, stärkt das Vertrauen in die Ergebnisse und unterstützt eine zuverlässigere Leckageprüfung in der routinemäßigen Qualitätssicherung.
Benötigen Sie Unterstützung bei der Festlegung Ihrer Leckageprüfparameter?
Wenn Sie möchten, dass DVACI Ihre Verpackungsproben bewertet, füllen Sie bitte das Kontaktformular auf dvaci.com aus. Unser Team kann Ihnen ein kostenloses Demonstrationsvideo mit spezifischen Empfehlungen auf Grundlage Ihres Verpackungstyps, Ihres Vakuumbereichs und Ihrer Prüfziele zur Verfügung stellen.
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