Schnelle Fehlerortung

29.09.2006 | Redakteur: MM

Leckagen in Druckluftnetzen mit Ultraschallsensoren zuverlässig detektieren. Geräusche gehören zu unserem Leben. In den meisten Geräuschen ist auch Ultraschall enthalten. Ultraschallfrequenzen liegen...

Leckagen in Druckluftnetzen mit Ultraschallsensoren zuverlässig detektierenGeräusche gehören zu unserem Leben. In den meisten Geräuschen ist auch Ultraschall enthalten. Ultraschallfrequenzen liegen oberhalb von 20 kHz. Sie sind nicht hörbar. Ultraschall, der für diagnostische Messungen verwandt wird, ist für den Menschen ungefährlich. Rotierende Bewegungen in Lagern von Maschinen oder strömende Gase und Flüssigkeiten in Rohren erzeugen Reibung. Diese Reibung ist die Quelle von Ultraschall. Ultraschallverfahren werden deshalb gern für technische Mess- und Prüfaufgaben herangezogen.Markante Einsatzfälle sind hier der Nachweis von Lecks und Undichtheiten mit Luftschallsonden oder auch vorbeugende Verschleißdiagnosen an Kugel-, Wälz- und Gleitlagern mit Körperschallsonden. Die Ausbreitung von Ultraschallwellen erfolgt als Druckwelle in verschiedenen Formen. Sie können gut als Informationsträger ausgenutzt werden. Das Echolot verdeutlicht dies eindrucksvoll.Ultraschallschwingungen können gut mit einem Piezoelement erzeugt werden. Beim Anlegen einer Wechselspannung fängt der Piezokristall an zu schwingen und erzeugt somit Ultraschall. Die Abmessungen und die Eigenschaften des Kristalls bestimmen dessen Frequenz. Treffen umgekehrt derartige Schallwellen auf ein Piezoelement, so wird dieses ,,deformiert" und zwischen den beiden Metallelektroden entsteht eine elektrische Spannung. Dieser Effekt wird zum Empfangen und Weiterverarbeiten von Ultraschallsignalen genutzt. Beide Effekte geschickt miteinander verknüpft, stellen das Grundprinzip hoch empfindlicher Ultraschallwandler und Sonden dar.In der Medizin sind Ultraschalldiagnosen seit vielen Jahren gebräuchliche Praxis. Die Industrie setzt Ultraschallanwendungen verstärkt für Automatisierungslösungen ein.Schnelles Registrieren von LeckagenIn Verbindung mit modernen elektronischen Auswertegeräten registrieren spezielle Ultraschallsonden den Leckagestrom unterschiedlichster Medien an den Austrittstellen recht schnell. Diese wandeln gleichzeitig die Ultraschallsignale in Hörschall um. Zweckmäßigerweise nutzt man deshalb, auch um von Umgebungsgeräuschen weitgehend unabhängig zu sein, schallgedämpfte Kopfhörer zur Orientierung.Das menschliche Orientierungsvermögen ist in der Lage Schallmaxima zu erkennen und so zu ermitteln, wo etwas undicht ist. Zusätzliche Informationen geben elektronische Anzeigen, so dass bestehende Tendenzen am Prüfobjekt quantifiziert werden können.Ein schwacher Geräuschpegel im Kopfhörer deutet auf geringe Verluste am Leck hin. Stärkere Geräusche signalisieren bei gleichem Sondenabstand größere Verluste. Der Vorteil dieser Methode liegt in seiner einfachen Handhabung. Im praktischen Alltag lassen sich zum Beispiel Druckluftverluste unkompliziert schon am Ort ihrer Entstehung nachweisen. Schwachstellen sind in der Regel defekte Flanschverbindungen, undichte Schlauchkupplungen, verschlissene Absperrventile oder durch Korrosion undicht gewordene Rohrleitungen.Alle Einrichtungen der Industrie, der Landwirtschaft und nicht zuletzt der Forschung und Entwicklung sind heute kostenbewusst und umweltorientiert ausgerichtet. Unzählige Mess- und Prüfverfahren verfolgen nur ein Ziel: Aufwand und Nutzen in Balance zu halten und Verluste rechtzeitig aufzudecken.Absolute Dichtheit ist selten notwendigAn die Dichtheit von Bauteilen, Behältern und Rohrleitungssystemen werden deshalb höchste Ansprüche gestellt. Die Erkenntnis, dass in der Materie nichts absolut dicht ist, führte zwangsläufig zur Einführung genau definierter Dichtheitsgrade und Leckraten. Eine absolute Dichtheit überall durchgehend realisieren zu wollen, ist nicht notwendig. Das würde sich sofort auf die Kosten auswirken und die konstruktiven Aufwendungen enorm ansteigen lassen.Mit den bewährten Ultraschall-Leckortungsgeräten wie beispielsweise dem Sonaphone gibt es heute eine preiswerte Alternative, vorhandene Undichtheiten aufzuspüren.Je nach Dichtheitsanforderung ist bei komplexen Prüfaufgaben im Vorfeld zu entscheiden, welche Prüfmethode geeignet ist. Reicht die Ultraschallmethode aus, oder muss die Wasserdruckprobe oder im Extremfall sogar das teure Helium-Lecksuchverfahren zum Einsatz kommen. Auch eine Kombination der Verfahren hat sich bewährt. Die größeren Leckagen werden im Vorfeld mittels Ultraschallmethode ausgeschlossen, so dass das kostbare Helium auf die Feinsuche beschränkt werden kann.Die absolute technische Dichtheit liegt bei einer Leckrate von 10-10 mbarl/s. In der Praxis gehen die Anforderungen nicht immer so hoch. Wasserdicht, dampfdicht oder öldicht reichen oft schon aus. Dabei liegen die Leckraten zwischen 10-2 und 10-5 mbarl/s.Zur Information: Eine Leckrate von 1 mbarl/s liegt vor, wenn in einem abgeschlossenen Behälter von 1 l Volumen in 1 s der Unterdruck um 1 mbar abfällt, oder der Überdruck um 1 mbar ansteigt. Prüfdruck, Prüfmedium und Temperatur sind wichtige Randbedingungen und werden in der DIN EN 1330 definiert. Eine weitere gebräuchliche Maßeinheit für die Leckrate ist cm3/min.Integrierte Sonde garantiert sofortigen EinsatzDie Sonaphone-Lecksuchgeräte sind leicht zu bedienen. Eine integrierte Luftschallsonde garantiert den sofortigen Einsatz. Um die Mobilität des Gerätes während der Lecksuche zu erhöhen, kann zusätzlich eine frei bewegliche Sonde über einen Kabelanschluss gesteckt werden. In Kombination mit einer Teleskopstange (Länge 2 3 1,5 m) ermöglicht diese separate Luftschallsonde auch ein Vordringen bis in den Deckenbereich von Werkhallen (etwa 5 m Höhe, bei ausgestrecktem Arm plus Körpergröße). Da ausströmende Gase oder Druckluft bei kleineren Leckagen schon heftige, aber nicht hörbare Turbulenzen verursachen, sind bei angemessenem Hallenlärm sehr gute Leckortungserfolge möglich.Man kann nachweisen, dass die Lecksuche an nicht verdeckt liegenden Leitungen, Rohren und sonstigen Behältern auch bei starkem Produktionslärm noch möglich ist. Der Überdruck sollte dann allerdings größer als 1 bar sein. Ein gutes Hörvermögen und ein schallgedämmter Kopfhörer sind hier aber Voraussetzung, um Undichtheiten auch aus größeren Entfernungen zu registrieren.Warum sollten Druckluftnetze regelmäßig kontrolliert werden? Schalten die Kompressoren in der zentralen Verdichteranlage nicht mehr ab oder reduziert sich zum Beispiel der Betriebsdruck an den Druckluftautomaten um 1 oder 2 bar, dann sind im Druckluftnetz schon größere Undichtheiten vorhanden. Solche Verluste belasten das Betriebsergebnis und treiben schnell die Betriebskosten in die Höhe. Produktionsausfall und schlechte Qualität addieren sich und verursachen weitere Probleme im Unternehmen. Es ist nichts Außergewöhnliches, dass in manchen Druckluftnetzen Verluste in Höhe von 25 bis 60% der installierten Kapazität entstehen.Messgeräte auf Ultraschallbasis bieten darüber hinaus noch weitere interessante Einsatzfälle und Applikationen: Beste Erfahrungen gibt es in der chemischen Verfahrenstechnik, wo Prozesse unter Vakuum, hohem Druck und im Freien ablaufen. Das Aufspüren von Sauerstoff-, Stickstoff-, Ammoniak-, Kohlendioxid-, Dampf- und Edelgas-Undichtheiten ist in vielen Fällen schnell möglich.Leckortungsgerät verkürzt ArbeitsaufwandAuch im Schienen- und Nutzfahrzeugbau ist die Ultraschallsensorik häufig anzutreffen. Ohne Druckluft an Bord würden sich moderne Triebfahrzeuge, Lastkraftwagen oder Busse nicht vom Fleck bewegen. Türen, Bremsen, Achsdifferentiale und Fahrersitze werden über ein kompliziertes Druckluftsystem gesteuert. Das Finden von Undichtheiten an verdeckt liegenden Luftleitungen und Bremsarmaturen kostet viel Zeit und Ausdauer. Oft ein zermürbendes Problem für den Fahrzeugmechaniker, der Spray oder Seifenlösungen zur Lecksuche benutzt. Ein Leckortungsgerät hilft mit Sicherheit den Arbeitsaufwand zu verkürzen.Wird anstelle der Luftschallsonde eine Körperschallsonde eingesetzt, ergeben sich weitere Einsatzmöglichkeiten: Körperschallsonden nutzen wie der Name es sagt, den Körperschall als Träger innerer Zustände und Vorgänge aus. Somit wirkt die Gerätekombination als elektronisches Stethoskop. Prophylaktische Untersuchungen an rotierenden Maschinen lassen sich schnell realisieren und geben einen ersten Eindruck, ob im Bereich der Kugel-, Wälz- oder Gleitlager Geräuschveränderungen auf beginnenden Verschleiß hinweisen. Somit können auch Kreiselpumpen auf Kavitation, Armaturen auf innere Undichtheiten und Kondensatableiter/Kondensiomaten auf Durchgang oder richtige Funktion überprüft werden.Die Kombination Empfangsgerät plus Ultraschallsender ist geeignet, um zum Beispiel Undichtheiten an Profilgummidichtungen oder Magnetabdichtungen nachzuweisen. Türen, Fenster, Luken und Klappen können so mit wenig Aufwand kontrolliert werden. Ideal anzuwenden in Behältern, Gehäusen, Containern, Fahrzeugkabinen, Kofferräumen, Kühltruhen und Klimakammern. Der Ultraschallsender wird in das zu prüfende Gefäß gelegt und mit dem Empfänger umfährt man außen die jeweilige Dichtung. Das lauteste Geräusch im Kopfhörer signalisiert, wo es am Prüfobjekt undicht ist. Auch Brandschutztüren lassen sich so auf Funktion und Dichtheit kontrollieren.