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Dichtigkeitsprüfung Archives - STS Deutschland
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Dichtheit bedeutet Sicherheit: Druckmessung an Rohrleitungen

Dichtheit bedeutet Sicherheit: Druckmessung an Rohrleitungen

Unter unseren Füssen befindet sich eine weit verzweigte Infrastruktur, ohne die Wirtschaft und Gesellschaft nicht funktionieren würden. Millionen Kilometer Rohrleitungen befördern Erdgas, Biogas, Frisch- und Abwasser von Erzeugern zu Verbrauchern. Besonders bei explosionsgefärdeten Stoffen wie Gas spielt die Sicherheit eine grosse Rolle. Ressourcenverluste und Umweltverschmutzung können ebenso die Folge undichter Rohre sein. UNION Instruments hat nun einen Druckprüfkoffer entwickelt, der die Dichtheitsprüfung um ein Vielfaches vereinfacht. Auch Druckmesszellen von STS kommen dabei zum Einsatz.

Der Druckprüfkoffer PMS3000 von UNION Instruments GmbH wurde entwickelt, um alle erforderlichen Arbeitsschritte bei der Dichtheitsprüfung von Rohrleitungen durchgängig mit auf einander abgestimmten Komponenten eines einzelnen Systems umzusetzen.

Die Anwendungsgebiete sind vielfältig:

  • Gasversorgung nach DVGW G469-(A) A2, B2, B3, C3 und D2
  • Trinkwasserversorgung nach DVGW W400-2, Teil 16
  • Verfahrenstechnik, Industrie, Prozesstechnik
  • Fernwärmeleitungen
  • Erdwärmesonden
  • Kabelschutzrohre
  • Abwasserkanäle

Abbildung 1: Druckprüfkoffer PMS3000 (Quelle: UNION Instruments)

An dieser Stelle wollen wir uns auf die Dichtheitsprüfung an Trinkwasserrohrleitungen durch das sogenannte Kontraktionsverfahren (auch Kontraktionsdruckprüfung) konzentrieren. Als Prüfmedium wird Wasser verwendet.

Kontraktionsverfahren in der Trinkwasserversorgung

Die Trinkwasserversorgung läuft oft über Kunststoffleitungen. Wird ein hoher Prüfdruck angelegt, kommt es folglich zu einer Volumenvergrösserung. Diese Ausdehnung bewirkt einen Druckabfall, der die Dichtheitsprüfung erschwert. Zusätzlich muss sichergestellt sein, dass die zu prüfende Rohrleitung hinreichend luftfrei ist. Durch das spezielle Kontraktionsverfahren wird sichergestellt, dass hier eine korrekte Dichtheitsaussage erfolgen kann. Die Normen dafür sind im DVGW Arbeitsblatt W400-2, Teil 16 festgeschrieben.

Zur Durchführung des Kontraktionsverfahrens nach W400-2, Teil 16 ist neben dem Druckprüfkoffer PMS3000 der Druckablasskoffer DAK2000 nötig, damit die abzulassenden Wassermengen zentral und unabhängig vom Leistungsvolumen erfasst und an das PMS3000 übertragen werden können. Durch diese Direktverbindung können manueller Aufwand reduziert und Übertragungsfehler vermieden werden. Zum Druckaufbau ist darüber hinaus eine Pumpe nötig. Auch dafür hält UNION Instruments verschiedene, auf das PMS3000 abgestimmte Lösungen bereit.

Abbildung 2:  Kontraktionsverfahren nach W400-2, Teil 16

Quelle: UNION instruments

Das Kontraktionsverfahren (siehe Abbildung 2) ist relativ komplex und läuft in mehreren Phasen ab. Die Dichtheitsprüfung zieht sich über 3 bis 4 Stunden hin. Mit dem PMS3000 wird das Verfahren in sieben Phasen eingeteilt. In der ersten Phase, der Entspannungsphase, werden der statische Wasserdruck und die Rohrtemperatur gemessen. Anschliessend beginnt die Druckaufbauphase. Es gilt den Prüfdruck, der in etwa 4 bar höher als der Betriebsdruck ist, zu erreichen. Diese Phase läuft innerhalb von zehn Minuten ab. Die Druckanstiegsgeschwindigkeit lässt sich mit dem PMS3000 beobachten und lässt somit eine erste Bewertung der Luftfreiheit zu.

Ist der Prüfdruck erreicht, kommt es zur Druckhaltephase. Die Aufrechterhaltung des Drucks wird durch ständiges Nachpumpen erzielt. In der folgenden Ruhephase wird das Absinken des Drucks und damit die Druckreduzierung in Prozent vom Prüfdruck beobachtet: Der Druck darf dabei um nicht mehr als 20 Prozent absinken.

Darauf folgt die Druckabsenkung zur Prüfung auf Luftfreiheit. Dazu wird Wasser abgelassen, die abfliessende Menge wird gemessen und an das PMS3000 übermittelt. Die abgelassene Wassermenge sollte einen gewissen Druckabfall mit sich bringen. Ist dies nicht der Fall, befindet sich zu viel Luft im zu prüfenden Rohr.

Wurde diese Phase abgeschlossen, kommt es zur 30-minütigen Hauptprüfung. Dafür wird wieder Druck auf das Rohr gegeben. Kommt es zu einem Absinken des Drucks, wird die Hauptprüfung um 90 Minuten verlängert. Über diesen Zeitraum darf sich der Druck im Rohr um nicht mehr als 0,25 bar verringern, andernfalls ist das Rohr undicht.

Der gesamte Prüfablauf ist auf der SD-Karte des Druckprüfkoffers gespeichert und steht als PDF-Protokoll ohne weitere Auswertesoftware für den Benutzer verfügbar.

Zur Messung des Drucks ist das PMS3000 mit einem piezoresistiven Drucksensor von STS ausgerüstet. Da der Druckprüfkoffer in verschiedenen Anwendungen zum Einsatz kommt, sind die Anforderung an die Messzelle hoch. Sie muss einen weiten Druckmessbereich von wenigen mbar bis zu 1000 bar (z.B. Dichtheitsprüfung im Hydraulikbereich) abbilden können, und dabei hochpräzise arbeiten. So zählte zu den Anforderungen an STS seitens UNION Instruments eine Stabilität von 5 mbar über Umgebungstemperaturänderungen von 15 Kelvin bei Prüfdrücken von 20 bis 25 bar. Mehr zur Integration piezoresistiver Messzellen in bestehende Anwendungen lesen Sie hier.

Die Merkmale des PMS3000-Systems im Überblick:

  • robuster, wasserdichter und baustellentauglicher Druckprüfkoffer
  • integrierter Protokolldrucker
  • farbgrafikfähiges Touchdisplay
  • 32 GB SD-Speicherkarte mobil über USB auslesbar
  • diverse externe Anschlüsse
  • Prüfverfahren der DVGW-Richtlinien G469 (A) : 2010 und W400-2 : 2004 sind im Gerät hinterlegt
  • komplettes Sortiment an Anschluss-Komponenten und Prüfpumpen zum Druckaufbau verfügbar
  • integrierter piezoresistiver Transducer von STS mit einem Druckmessbereich von 100 mbar bis 1000 bar (Kennlinie: ≤ ± 0.50 / 0.25 % FS)
Gesicherte Dichtheitsprüfung mit Relativ- und Absolutdruckverfahren

Gesicherte Dichtheitsprüfung mit Relativ- und Absolutdruckverfahren

Leckagen können fatale Folgen haben: Um Produktionsprozesse effizient zu gestalten und kostspielige sowie imageschädigende Rückrufaktionen zu verhindern, müssen Teile schon früh im Herstellungsprozess geprüft werden. Die Dichtheitsprüfung spielt somit eine wichtige Rolle im Qualitätsmanagement.

Der Nachweis der Dichtheit und die Ortung von Leckagen ist in verschiedenen Branchen ein fester Bestandteil der Qualitätssicherung. Zudem lassen sich durch frühzeitiges Erkennen fehlerhafter Teile im Herstellungsprozess unnötige Kosten vermeiden. Zu den Einsatzgebieten zählen sowohl die Überprüfung einzelner Komponenten als auch von kompletten Systemen in Serienproduktion oder Laborumgebungen. Die Branchen reichen von der Automobilindustrie (Zylinderköpfe, Getriebe, Ventile etc.) über die Medizintechnik bis hin zu den Kunststoff-, Verpackungs- und Kosmetikindustrien.

Das deutsche Unternehmen ZELTWANGER Dichtheits- und Funktionsprüfsysteme GmbH zählt zu den angesehensten Herstellern leistungsstarker Dichtheitsprüfgeräte. Je nach Anwendungsfall stehen eine Reihe Dichtheitsprüfmethoden zur Wahl, darunter das Relativdruck- und Absolutdruckverfahren.

Dichtheitsprüfung mittels Relativ- oder Absolutdruckverfahren

Die Relativ- oder Absolutdruckverfahren haben die folgenden entscheidenden Vorteile:

  • kompakter Prüfaufbau mit kleinem Eigenvolumen
  • hohe Betriebssicherheit
  • grosser Messbereich
  • Möglichkeit zur Automatisierung

Bei diesen Verfahren wird der Prüfling mit einem definierten Druck beaufschlagt. Gemessen und analysiert wird die durch eine eventuelle Leckage entstehende Veränderung des Drucks über der Zeit. Beim Relativdruck ist die Differenz zum Umgebungsdruck entscheidend. Ist der Prüfdruck grösser als der Umgebungsdruck, spricht man von einer Überdruckprüfung. Als Unterdruckprüfung beziehungsweise Vakuumprüfung gilt, wenn der Druck geringer als der Umgebungsdruck ist. Beim Absolutdruckverfahren wird der Druck in Bezug auf das absolute Vakuum ermittelt.

Bei der Dichtheitsprüfung mittels des Relativ- oder Absolutdruckverfahrens setzt ZELTWANGER auch Druckmesszellen aus dem Hause STS ein. Die Anforderungen an die eingesetzte Technik sind hoch. Gefordert sind:

  • hervorragende Signalverarbeitung
  • variable Druckmessbereiche
  • variable Messverfahren (Differenz-, Relativ- und Absolutdruck)
  • hohe Zuverlässigkeit

Der Drucksensor ATM von STS erfüllt die geforderten Spezifikationen mit einem weiten Druckmessbereich von 100 mbar bis 1000 bar und einer Kennlinie von ≤ ± 0.10 %FS. Abgesehen von diesen Werten sind die Störungssicherheit und die sehr gute Signalverarbeitung entscheidende Merkmale. Die Modularität der STS Sensoren gibt Herstellern die Möglichkeit, sie unkompliziert in ihre Anwendungen zu integrieren.

Die STS Drucktransmitter kommen neben von ZELTWANGER selbst entwickelten Sensoren in den Geräten der ZED-Reihe zum Einsatz. Diese zeichnen sich durch ihre Vielseitigkeit und Genauigkeit aus. Das Gerät ZEDbase+ misst beispielsweise zuverlässig Relativ-, Differenzdruck und Massefluss. Die erfassten Prüfdrücke reichen je nach Methode von Vakuum bis 16 bar. Beim Relativdruck können kleinste Druckänderungen von 0,5 Pa bis 4 Pa registriert werden. Neben den technischen Voraussetzungen sind auch die zuverlässige Liefersituation sowie die flexible und unkomplizierte Kundenbetreuung durch STS entscheidende Argumente – übrigens eine grosse Gemeinsamkeit beider Unternehmen: Ziel ist stets, Kunden bedürfnisrechte Lösungen zur Verfügung zu stellen, die den geforderten Spezifikationen genau entsprechen.

Die richtige Ausrüstung zur Dichtheitsprüfung

Die richtige Ausrüstung zur Dichtheitsprüfung

In vielen Anwendungen sind Komponenten verbaut, die absolut dicht sein müssen, damit ein ordnungsgemässer Betrieb sichergestellt ist. Die Dichtheitsprüfung erfolgt mithilfe von Druckmessumformern.

Einige Beispiele von Anwendungen und Komponenten, bei denen Dichtheit unabdingbar ist:

  • Motoren, Bremssysteme, Klimaanlagen, Zylinder­köpfe, Ventile, Filtern, Kraftstoff­- und Einspritz­anlagen
  • Bestimmte Verpackungen, beispielsweise im medizinischen Bereich
  • Elektro-Hausgeräte
  • Kälteanlagen
  • Hydraulische Systeme

Bevor Komponenten installiert werden, die unbedingt dicht sein müssen, werden diese einer Versiegelung unterzogen. Die während der Produktion zur Dichtheitsprüfung eingesetzte Ausrüstung muss sehr zuverlässig arbeiten.

Üblicherweise wird ein Lecktest mittels einer Druckmessung durchgeführt. Auf die zu testende Komponente wird dabei Druck gegeben. Nach einer kurzen Ruhephase wird der Druck erneut gemessen. Ist es zu einem Druckabfall gekommen, ist dies ein eindeutiges Zeichen für eine undichte Komponente.

Die stabile und präzise Funktion des zur Prüfung eingesetzten Drucksensors ist entscheidend für die Feststellung von Leckagen. Besonders die Anforderungen hinsichtlich Beeinträchtigungen durch atmosphärisches Rauschen und Stabilität sind sehr hoch. Bereits minimale Druckverluste müssen zuverlässig erkannt werden.


Ablauf einer Dichtheitsprüfung mit Drucksensoren

Für einen 10-bar-Sensor sollten diese Werte beispielsweise 10 … 20 Pa oder 0,001 % .. 0,002 % des Skalenendwerts nicht überschreiten.

STS stellt bereits seit Jahren Sensoren für die Dichtheitsprüfung her, darunter die analogen Drucktransmitter der ATM-Serie mit einem 4…20 mA Ausgangssignal. Das hochpräzise Messelement erkennt bereits geringe Druckverluste im mbar-Bereich und entspricht damit den hohen Anforderungen der Anwendung.

Die mechanische Ausführung (Prozessanschluss und elektrischer Anschluss) beeinflusst das Verhalten des Sensors nicht und kann innerhalb des STS-Baukastensystems konfiguriert werden.

Die Drucksensoren der ATM-Serie sind mit verschiedenen Ausgangssignalen erhältlich. In dieser Anwendung ist es allerdings wichtig, 4…20 mA zu verwenden, da es bei diesem Ausgangssignal zu keinen Beeinträchtigungen durch atmosphärisches Rauschen kommt.

Mehr zum Thema Dichtheitsprüfung lesen Sie hier.

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