Ultraschall - Leckortung

Einsparung von Betriebskosten

Anzeige
Steigende und überhöhte Betriebskosten sind derzeit ein Thema in der Industrie und in Forschungseinrichtungen. Die Ursachen liegen dabei zum Teil in einfachen Dingen begründet. Gerade in einer Zeit explodierender Energiekosten ist Einsparung von Energie eine wichtige Ertragsgröße in allen Unternehmen. Nicht selten beeinflussen Undichtheiten und defekte Armaturen in den Versorgungssystemen die Kostenbilanz negativ. Nachfolgend soll an Beispielen gezeigt werden, wie der Verbrauch von Energie durch regelmäßige Kontrollen, unterstützt von moderner Gerätetechnik, verbessert werden kann.
Dipl.-Phys. Hans-Joachim Münch, Dipl.-Ing. (FH) Wilfried Streuber
In der Natur gibt es eine Vielzahl von akustischen Phänomenen. So finden beispielsweise Delphine und Wale metergenau ihre Ziele im riesigen Ozean.
Fledermäuse nutzen im Dunkeln eigene nichthörbare Signale als sicheres Orientierungssystem. Sie alle benutzen Ultraschall. Dieser ist in vielen Bereichen unseres täglichen Lebens anzutreffen.
Die klinische Sonografie gilt heute als medizinische Standardmethode. Die zerstörungsfreie Materialprüfung mit Ultraschall ist nicht mehr wegzudenken. Abstandssensoren an Fahrzeugen und Durchflussmengenmessungen an Rohrleitungen lassen sich bequem und ungefährlich mit Ultraschall durchführen. Hört man normale Schallwellen, sind gleichzeitig oft auch nichthörbare Ultraschallsignale vorhanden, die man messtechnisch nachweisen kann. So sind beispielsweise auch rotierende Wellen in Maschinen Quellen von Ultraschall. Flüssigkeiten oder Dampf erzeugen beim Durchströmen von Rohren und Schlauchleitungen hörbare und nichthörbare Schallwellen. Zunehmend gelangen Ultraschallverfahren in der Industrie für diagnostische Leck- und Fehlerortungen zum Einsatz.Ähnlich genau wie beim natürlichen Orientierungssinn einer Fledermaus nutzt man hier mit modernsten Prüfgeräten den Ultraschall zur Ortung von Leckagen und Undichtheiten aus.
Was ist Ultraschall
Als Ultraschall werden hochfrequente Schwingungen oberhalb der Hörgrenze von
20 kHz bis 1 GHz bezeichnet. Die Ausbreitung von Schallwellen erfolgt als Druckwelle in verschiedenen Formen und kann gut als Informationsträger ausgenutzt werden. Das Echolot verdeutlicht dies eindrucksvoll.
Die meisten Menschen hören zwischen 20 Hz und 18 kHz relativ gut, wobei im fortgeschrittenem Alter die unteren und besonders die höheren Tonfrequenzen nicht mehr wahrgenommen werden. Hunde reagieren noch auf Töne bis circa 23 kHz. Mit der berühmten „Galtonpfeife”, bekannt als Hundepfeife, geschieht das Rufen dann völlig „lautlos”.
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 dabei dessen Frequenz. Treffen umgekehrt derartige Schallwellen auf das Piezoelement, so wird dieses „deformiert” und zwischen den beiden Metallelektroden entsteht eine elektrische Spannung. Dieser sogenannte Piezo-Effekt wird zum Empfangen und Weiterverarbeiten von Ultraschallsignalen genutzt. Beide Effekte geschickt miteinander verknüpft, stellen das Grundprinzip hochempfindlicher Ultraschallwandler und -sensoren dar.
Nachweis von Undichtheiten
In Verbindung mit modernen elektronischen Auswerteeinheiten registrieren spezielle Ultraschallsonden den Leckagestrom unterschiedlichster Medien an den Austrittstellen recht schnell. An der Leckstelle entsteht eine verstärkte Reibung, die ähnlich einer Pfeife Quelle von Ultraschall ist. Ultraschallsensoren hören diese „Pfeife”. Elektronische Messtechnik wandelt die Ultraschallsignale in für uns hörbaren Schall um. Über gute, den Umgebungslärm unterdrückende Kopfhörer können wir diese Schallinformationen akustisch bewerten. Das menschliche Orientierungsvermögen kann herausfinden, wo sich die Undichtheit befindet.
Zusätzliche Informationen geben elektronische Anzeigen, die digital untersetzte Zahlenwerte darstellen und so Tendenzen am Prüfobjekt verdeutlichen. Ein schwacher Geräuschpegel im Kopfhörer deutet auf geringe Verluste am Leck hin. Stärkere Geräusche signalisieren bei gleichem Sondenabstand größere Verluste.
Damit können zum Beispiel Druckluftverluste in größeren Netzen gut eingegrenzt werden. Defekte Flanschverbindungen, undichte Schlauchkupplungen, verschlissene Ventile oder korrodierte Rohrleitungen sind mit dieser speziellen Prüftechnik umgehend auffindbar.
Dicht oder undicht?
Moderne Einrichtungen der Industrie, der Landwirtschaft und nicht zuletzt der Forschung und Entwicklung sind heute außerordentlich kostenbewusst und umweltorientiert ausgerichtet. Unzählige Mess- und Prüfverfahren verfolgen nur das Ziel, Aufwand und Nutzen in Balance zu halten sowie Energie- und Materialverluste rechtzeitig aufzudecken. An die Dichtheit von Bauteilen, Behältern und Rohrleitungssystemen werden deshalb höchste Ansprüche gestellt.
Einfach, aber wirkungsvoll lassen sich beginnende Undichtheiten mit Ultraschall - Leckortungsgeräten vom Typ „Sonaphon” auf die Spur kommen. Die Praxis zeigt, dass damit die meisten Lecks an Druckluftsystemen erkannt werden können. Darüber hinaus kann die Methode auch in Kombination mit anderen Prüfverfahren (z. B. Helium - Lecksuche) als Vorprüfung genutzt werden. Größere, im Vorfeld bereits beseitigte Leckagen helfen, teures Helium einzusparen.
Es gibt aber in der Praxis nicht nur diese Höchstanforderungen, die bei einer Leckrate von 10-10 mbar Liter/s liegen, was technische Dichtheit bedeutet. Oftmals reichen die Anforderungen wasserdicht, dampfdicht oder öldicht vollkommen aus. Hier liegen die Leckraten zwischen 10-2 und 10-5 mbar Liter/s. Zur Erläuterung: Eine Leckrate von 1 mbar Liter/s liegt vor, wenn in einem abgeschlossenen Behälter von 1 Liter Volumen in 1 Sekunde der Unterdruck um 1 mbar abfällt, beziehungsweise 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. Für viele Einsatzfälle reichen allerdings die Empfindlichkeit und Einsatzbreite der Ultraschall-Prüfgeräte aus, zumal diese zusätzliche Anwendungsmöglichkeiten über Körperschalldiagnosen bieten.
Praktische Einsatzgebiete
Das Ultraschall-Verfahren gestattet unter Nutzung verschiedener Sonden, die alle an die Sonaphone-Prüfgeräte angeschlossen werden können, nachfolgende Einsatzmöglichkeiten:
1. Einsatz von Luftultraschallsonden:
-Die Lecksuche an nicht verdeckt liegenden Leitungen, Rohren und Behältern sowie an allen industriellen Armaturen und Verbindungselementen, die unter Druck stehen.
-Vorzugsweise eignen sich dabei Druckluftnetze, Anwendungen an Hochdruckdampfeinrichtungen sowie an allen Schutzgasleitungen. Auch bietet sich die Kontrolle für alle Edelgase, Schweißgase sowie für Stickstoff- und Sauerstoffsysteme an. Gute Ergebnisse erzielt man, wenn der Überdruck größer als 1 bar ist.
-Die Fehlersuche an Vakuumanlagen, hier vor allem die unterschiedlichsten Abdichtsysteme sowie alle Befüllöffnungen und Schließtüren. Aber auch Haarrisse, schlechte Schweißnähte, verschlissene Flanschverbindungen können zum Teil lokalisiert werden.
-Finden von Undichtheiten an Druckluftbremseinrichtungen und Bremsarmaturen von Straßen- und Schienenfahrzeugen, insbesondere auch an den Druckluftfedersitzen in Fahrerkabinen.
-Feststellen von Koronaentladungen und Spannungsüberschlägen an Mittel- und Hochspannungsanlagen als Prophylaxe und zur Vermeidung von Lichtbögen.
2. Einsatz von Körperschallsonden:
-Bewertung von Rohrleitungssystemen auf inneren Verschleißzustand anhand des Strömungsverhaltens und Strömungsgeräusches der durchfließenden Medien wie Flüssigkeiten und Dämpfe.
-Überprüfung von Armaturen in Dampf-, Druckluft- und Wassernetzen auf innere Undichtheiten.
-Mit einer aufgesetzten Sonde können Ventile und Hähne schnell untersucht werden, ob diese verlustfrei arbeiten und sicher schließen.
-Eingrenzung von Leckagen in Ringwasserleitungssystemen, indem zwischen zwei geschlossenen Kugelventilen herausgefunden wird, ob in diesem Strang noch Wasser wegfließt. Bereits am Handrad oder am Gestänge lässt sich feststellen, ob es in 1,20 m Tiefe noch Fließgeräusche gibt und so eine Undichtheit vorherrscht.
-Überprüfung sämtlicher Kondensatableiter auf Durchgang und richtige Funktion. Dadurch sind erhebliche Energiekosteneinsparungen möglich, weil aufbereitetes Wasser nicht unkontrolliert wegfließt.
-Untersuchung von Verschleißerscheinungen und damit Prophylaxe an Gleit-, Wälz- und Kugellagern, vorzugsweise an elektromechanischen Antrieben, Motor-Pumpe-Kombinationen, verschmutzte Ventilatorschaufeln und Transportbandeinrichtungen.
-Nachweis einsetzender Kavitation an schnell drehenden Kreiselpumpen ist ein Zeichen dafür, dass die Pumpen verschlissen sind und mit schlechtem Wirkungsgrad arbeiten.
3. Einsatz der Körperschallsonde – wasserdicht:
-Kontrolle des Einspritzverhaltens der Einspritzdüsen an schweren Dieselmotoren. Die Sonde ermöglicht, aufgesetzt am Düsenstock, an der Kraftstoffleitung oder am Motorengehäuse, den Nachweis, ob das Rundlaufverhalten des Dieselmotors optimal ist.
-Lagerdiagnosen an Wasserpumpen und Lichtmaschinen von Verbrennungsmotoren geben Aufschluss über das Laufverhalten und können somit kontrolliert werden.
-Ferner sind Körperschalluntersuchungen an rotierenden Wellen, Schnecken und Achsen im Öl- oder Wasserbad möglich.
4. Einsatz an drucklosen Systemen mit dem Ultraschallsender Sonaphone T:
-Hier erfolgt die Dichtheitsüberprüfung an Dichtungen von Behältern, Gehäusen, Containern, Fahrzeugkabinen, Kofferräumen, Kühltruhen und Klimakammern mittels Ultraschallsender und Sonaphone - Empfänger. Der zigarrettenschachtelgroße Sender wird in das zu prüfende Gefäß gelegt. Mit dem Empfangsgerät umfährt man außen die jeweilige Dichtung. Das lauteste Geräusch im Kopfhörer signalisiert nun, wo es Undichtheiten am Prüfobjekt gibt.
-Dichtheitskontrolle an Brandschutztüren sowie an herkömmlichen Türen und Fenstern, nur dass in diesem Fall der Ultraschallsender hinter der Tür liegt und mit dem Empfänger auf der anderen Seite das stärkste Signal die undichte Stelle markiert.
Warum sollten Druckluftnetze regelmäßiger kontrolliert werden? Die Druckluft ist ein sauberes, bei vielen Leckagen aber recht teures Medium. Vorhandene Lecks weiten sich mitunter schnell aus.
Undichtheiten am Kompressor, in der Druckluftverteilung und beim Endverbraucher führen oft zu Störungen im Produktionsablauf und lassen die Betriebskosten ansteigen. Es ist dabei nichts außergewöhnliches, dass in manchen Druckluftnetzen Verluste in Höhe von 25 - 30 Prozent der installierten Kapazität entstehen. Nicht selten sind beim Endabnehmer Druckabfälle von 2 bar zu beobachten. Welche Maschine, welcher Automat kann da noch wirtschaftlich arbeiten?
Über den Zeitraum eines Jahres gesehen, kostet eine Leckage von 1 mm Durchmesser rund 300 DM.
Mögliche Maßnahmen zur Kosteneinsparung
Energiekostenreduzierung durch regelmäßiges Begehen, verbunden mit Ultraschall - Lecksuchaktionen.
Überprüfung sämtlicher Rohrleitungen, Ventile, Filter, Kupplungen und Schläuche auf sichtbare Veränderungen.
Regelmäßige Betriebsdrucküberwachung im Netz, um eine Überverdichtung der Druckluft zu vermeiden.
Kontrolle der übrigen Versorgungsnetze wie O2 , N2 , CO2 , NH3, Schweiß- und Schutzgase unter anderem, denn Verluste treten auch hier auf.
Auch wenn hin und wieder an Wochenenden oder zu Stillstandszeiten Kontrollgänge stattfinden und die großen Leckagen erkannt und beseitigt werden, so bleibt es nicht aus, dass die Summe der Verluste von den vielen kleineren Undichtheiten herrühren. Ein Ultraschall - Leckortungsgerät hilft hier mit Sicherheit, die Energiekosten im Griff zu haben. Die undichten Stellen werden schnell erkannt und das mitunter auch bei überdurchschnittlichem Produktionslärm. Oft kann der Kontrollierende mit wenigen Handgriffen die Ursache selbst sofort abstellen. Die Maschinenausfallzeiten reduzieren sich und das Unternehmen bekommt einen stabilen Produktionsverlauf.
Weitere Informationen A QE 500
Anzeige

Newsletter

Jetzt unseren Newsletter abonnieren

Videos Control 2019

Die besten Videos von der Messe

Quality Engineering

Titelbild QUALITY ENGINEERING P3
Ausgabe
P3.2019
LESEN
ABO

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Whitepaper zum Thema QS

Anzeige
Anzeige

Industrie.de Infoservice

Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de