Anwenderberichte
Bei der Permeationsprüfung wird gemessen, wie Gasmoleküle durch Materialien wandern.
© KI-generiert
Vom Mars-Rover bis zur Tiefsee-Pipeline: Das Unternehmen Mecadi ist Experte für Permeation und Polymere – und testet Barrierekunststoffe für nahezu alle Industriebereiche. Dabei verlässt man sich seit einem Vierteljahrhundert auf Vakuumpumpen von VACUUBRAND.
Eine Vakuumpumpe, die seit Jahrzehnten ununterbrochen läuft – für viele klingt das unglaubwürdig. Bei Mecadi ist es Realität. „Die Vakuum-Membranpumpe MD 4C ist seit 25 Jahren durchgängig für die manometrische Permeationsprüfung im Einsatz", berichtet Pascal Posse, Anlagenbau- und Konstruktionsleiter bei Mecadi. Die Servicebilanz in dieser Zeit: ein- bis zweimal ein Membran- oder Ventilwechsel – jeweils unkompliziert und schnell erledigt.
Und das ist kein Einzelfall. Mehrere Pumpen von VACUUBRAND laufen seit 15 bis 20 Jahren praktisch rund um die Uhr im Dauereinsatz. Eine Ausfallrate, die gegen Null tendiert – und eine Erfolgsgeschichte, die auf langjährigem Vertrauen basiert.
Pascal Posse, Anlagenbau- und Konstruktionsleiter bei Mecadi
© Pascal Posse
Pascal Posse, der bei Mecadi für Anlagenbau und Konstruktion zuständig ist, hat ursprünglich im Hochdruckbereich gearbeitet. „Ich bin in der Wasserstoffwelt groß geworden. Das Thema Vakuum war für mich zuerst Neuland", berichtet der studierte Maschinenbauingenieur.
Inzwischen hat er sich tief eingearbeitet: Heute verantwortet er das Engineering – und erzählt von den Erfahrungen, die seine Kollegen in 25 Jahren mit VACUUBRAND gemacht haben.
Bei den Vakuumpumpen von VACUUBRAND ist für uns die Ausfallsicherheit immens wichtig. Manchmal müssen wir Proben über mehrere Wochen hinweg unter Vakuum halten. Wenn es dabei plötzlich zu einem Druckanstieg kommt, wäre die ganze Arbeit umsonst. Außerdem ist die Chemieresistenz für einige unserer Prüfbereiche ein entscheidender Faktor, in denen wir auch mit hochkorrosiven Gasen arbeiten.
Maßgeschneiderte Permeationsprüfung
Mecadi ist spezialisiert auf die Prüfung von Barrierewerkstoffen – hauptsächlich Kunststoffen. Diese werden in zahlreichen Industriebereichen benötigt, von der Automobilbranche über Medizintechnik bis hin zu Raumfahrt und Offshore-Anwendungen. Das Unternehmen bietet sowohl Prüfdienstleistungen als auch maßgeschneiderte Permeations-Prüfstände an. Zu den Kunden zählen beispielsweise Kunststoff- und Chemiehersteller, Rohrleitungsbauer oder Institute.
„Was Mecadi von vielen anderen Prüflaboren unterscheidet, ist die außergewöhnliche Anpassungsfähigkeit“, erklärt Pascal Posse. In anderen Bereichen wie der Lebensmittelindustrie reicht es mitunter aus, z.B. bei Folienwerkstoffen zu testen, ob sie Sauerstoff durchlassen. „Wir hingegen testen zahlreiche Gase und Flüssigkeiten – in einem umfassenden Druck- und Temperaturbereich. Es gibt weltweit nur sehr wenige Unternehmen, die so ein breites Spektrum abdecken und sich dabei genau auf ihre Kunden einstellen können", so Posse. Bei Mecadi kommt als Verfahren zur Permeationsprüfung beispielsweise die Manometrie zum Einsatz.
Wie funktioniert das Prüfverfahren?
Bei der manometrischen Permeationsprüfung („Druckanstiegsmessung") wird die Gasdurchlässigkeit von Kunststoffen wie Folien, Platten, Laminaten oder beschichteten Materialien bestimmt.
Aufbau:
- Obere Kammer (Feed-Seite): Hier wird das Prüfgas (z. B. Wasserstoff) mit dem gewünschten Druck aufgegeben – bei Mecadi bis zu 1.000 bar.
- Untere Kammer (Permeat-Seite): Diese wird evakuiert. Für die meisten Anwendungen reicht ein Vakuum von etwa 5-10 mbar. Wenn z.B. noch Wasser in der Probe gelöst ist, wird auf 1 mbar evakuiert, um einen sauberen Nullwert zu erhalten.
Messung:
- Das Prüfgas permeiert durch das Material und führt zu einem Druckanstieg in der evakuierten Kammer. Aus der Druckanstiegsrate wird die Permeationsrate berechnet.
- Je nach Prüfdruck und Material kann ein Test wenige Stunden oder mehrere Wochen dauern.
Schematische Darstellung des Messaufbaus zur Permeations-Bestimmung mittels Manometrie.
© Mecadi
Wasserstofftechnik als wachsendes Anwendungsfeld
Ein besonders aktuelles Thema ist die Wasserstofftechnik. „Dieses Gas kann relativ gut durch die verschiedenen Werkstoffarten permeieren", erklärt Posse. „Deswegen helfen wir, die dichtesten Kunststoffe zu finden, welche dann z.B. in Fahrzeugtanks zum Einsatz kommen." Dabei zahlt sich aus, dass Mecadi bis zu einer Belastung von 1.000 bar testen kann. Das ist bei Wasserstoffanwendungen wichtig, um unter realen Bedingungen zu prüfen.
Die richtige Vakuumpumpe für jede Anwendung
Zwei Permeations-Prüfstände werden von einer chemiebeständigen Vakuum-Membranpumpe MZ 2C NT (Mitte) versorgt.
© Mecadi
Bei Mecadi sind überwiegend Vakuumpumpen von VACUUBRAND im Einsatz. „Für alle Permeationsverfahren brauchen wir bereits vorab Vakuum, um die Proben zu reinigen, weil in den Poren auch Gas vorhanden ist", erklärt Posse. Für die eigentlichen Prüfverfahren verwendet Mecadi unterschiedliche Pumpentypen je nach Anforderung, z. B. abhängig von Baugröße, Chemiebeständigkeit oder Vakuumbereich. Meist ist ein Vakuum von etwa 5-10 mbar ausreichend. Nur in Ausnahmefällen – z.B. wenn noch Wasser in der Probe gelöst ist – wird auf 1 mbar evakuiert, um einen sauberen Nullwert zu erhalten.
Im Prüfstandslabor von Mecadi laufen typischerweise vier bis acht Anlagen gleichzeitig im Testbetrieb. Dabei teilen sich meist zwei bis drei Permeations-Prüfstände eine gemeinsame Vakuumpumpe – möglich wird dies durch die relativ kleinen Volumina. Ein weiterer Vorteil: Die Pumpen müssen das Vakuum lediglich halten, nicht kontinuierlich neu aufbauen – ein Betrieb im Teillastbereich, der die Lebensdauer zusätzlich verlängert.
Welche Vakuumpumpen werden für die Permeationsprüfung verwendet?
- MD 4 NT: Leistungsstarke Membranpumpe für unkritische Gase (1 mbar)
- MD 1: Kompakte Membranpumpe für unkritische Gase (1 mbar)
- MD 4C NT: Chemiebeständige Membranpumpe für aggressive Gase, wahlweise mit Glaskolben zur Lösemittelrückgewinnung (Vakuum bis 1.5 mbar)
- MZ 2C NT: Chemiebeständige Membranpumpe für aggressive Gase (Vakuum bis ca. 7 mbar)
Manometrische Permeationsprüfung bei tiefkalten Temperaturen mit Vakuum-Membranpumpe MD 1.
© Mecadi
Ausfallsicherheit
Die Dauer eines Permeationstests hängt stark vom Prüfdruck ab: Bei 1.000 bar zeigen sich Ergebnisse im Vakuum relativ schnell, bei 1 bar kann ein Test auch eine Woche oder länger dauern. „Wenn es während der vorbereitenden Entgasung plötzlich zu einem Druckanstieg kommt, wäre die ganze Arbeit umsonst. Die Ausfallsicherheit der Vakuumpumpen ist deshalb ein sehr wichtiges Kriterium", erklärt Posse.
Chemiebeständige Vakuum-Membranpumpe MD 4C mit Glaskolben – seit 25 Jahren im Einsatz für die Manometrische Permeationsprüfung.
© Mecadi
Chemiebeständigkeit
Ein weiterer entscheidender Faktor ist die chemische Robustheit. „Wir arbeiten auch mit hochkorrosiven Spurengasen wie Schwefeldioxid und Ammoniak. Dafür sind Vakuumpumpen wie die chemiebeständige MD 4C unverzichtbar."
Anders sieht es bei Kunden aus, die Messanlagen von Mecadi kaufen. Hier reicht meist die nicht-chemiebeständige Ausführung, die MD 4 NT. „Aus Sicherheitsgründen arbeiten viele Kunden hauptsächlich mit unkritischen Inertgasen wie Helium, Stickstoff oder Sauerstoff. In diesen Fällen ist die Vakuumpumpen MD 4 NT völlig ausreichend."
Ausblick: Eigenen Anlagenbau für Kunden ausweiten
Die langjährigen positiven Erfahrungen führen dazu, dass Mecadi die Vakuumpumpen von VACUUBRAND immer wieder in komplette Messanlagen für Kunden integriert. „Jeder Permeations-Prüfstand wird standardmäßig mit einer MD 4 NT ausgeliefert. Wir wollen, dass unsere Anlagen beim Kunden zuverlässig laufen – deswegen verwenden wir nur Komponenten, von denen wir wissen, dass sie funktionieren", so Pascal Posse.
Diesen Anlagenbau will Mecadi künftig noch weiter ausbauen. Intern ist das Unternehmen bereits optimal ausgestattet. „Wenn eine Vakuumpumpe Jahrzehnte hält, braucht man nicht oft Ersatz – für uns natürlich ideal", schmunzelt Posse. Eine Aussage, die Qualität und Zuverlässigkeit am besten bestätigt.
