Ultraviel Energie sparen

Aufspüren von Druckluft-Leckagen durch Ultraschall

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10.02.2020 Druckluft ist teuer – und doch gehen in Industrieunternehmen durchschnittlich 30 % der Energie durch Leckagen verloren. Ultraschall-Messtechnik kann dabei helfen, diese aufzuspüren und viel Geld zu sparen.

Entscheider-Facts

  • In Industriebetrieben geht viel Energie durch Leckagen im Druckluft-System verloren.
  • Eine effektive Möglichkeit, um solche Verluste aufzuspüren, bieten Ultrasschall-Messgeräte.
  • Da die Investitionskosten relativ niedrig liegen, kann sich die Anschaffung eines solchen Gerätes schnell lohnen.

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Bilder: Elektronik-Kontor Messtechnik

Die Ultraschallmesstechnik, um die es hier geht, hat dabei nichts mit den Methoden aus dem medizinischen Bereich oder bei der Materialprüfung durch Ultraschall zu tun. Bei beiden Methoden wird Ultraschall vom Messsystem erzeugt und vom biologischen Gewebe oder mechanischen Komponenten reflektiert. Die Auswertung des Schallbildes liefert dann die gewünschten Informationen.

Die Ultraschall-Messtechnik in der Leckagesuche dagegen erfasst den Ultraschall, den ein mechanisches System selbst erzeugt. Tritt ein Gas durch eine Leckstelle aus, erzeugt es eine turbulente Strömung im hohen Frequenzbereich von ca. 40 kHz. Dieser Ultraschall ist für das menschliche Ohr nicht hörbar. Mit einem in einem Messgerät eingebauten Mikrofon und der Umsetzung in den für uns Menschen hörbaren Bereich wird diese Leckage als Rauschen hörbar. Durch die Verwendung eines Industrie-Kopfhörers werden gleichzeitig störende Umgebungsgeräusche stark gedämpft, und die erfassten Leckagen lassen sich zielgerichtet anhand der ansteigenden Lautstärke orten. Der Hörbereich des menschlichen Ohres wird somit deutlich erweitert.

Wenn sich externe Geräuscheinwirkungen als störend erweisen, lässt sich der Empfangsbereich des Gerätes mit einer Fokussiersonde aus Gummi einschränken und so vor störenden Ultraschallsignalen schützen. Darüber hinaus lassen sich mit einer Frequenzjustierung, Hintergrundgeräusche erheblich reduzieren, was das Auffinden von Leckstellen weiter erleichtert.

Leckagesuche macht sich schnell bezahlt

Beispielkosten

Beispielkosten für Druckluft-Leckagen bei einer Einschaltdauer des Kompressors von 24 h an 365 Tagen im Jahr und Stromkosten von 0,12 Euro/kWh.

Die Lautstärke gibt das Messgerät außerdem als Wert in dB aus. Der abgelesene Wert lässt sich bei einem Abstand von etwa 65 cm dann zur Kalkulation der Verluste heranziehen. Die Investition in ein Ultraschallmessgerät zur Leckagesuche liegt – je nach Ausstattung – zwischen 900 und 4.000 Euro. Das heißt, es müssen pro Jahr nur ca. 10 Leckagen mit einer durchschnittlichen Leckrate gefunden und beseitigt werden, um die Investition schon im ersten Jahr zu amortisieren. Dieses Potenzial dürfte in nahezu jedem Betrieb mit Druckluftanwendungen gegeben sein. Druckluft hat einen nur geringen Gesamtwirkungsgrad. Verluste wirken sich so noch ungünstiger aus. Und Leckagen haben die unangenehme Eigenschaft, dass sie mit der Zeit schleichend zunehmen. Oft wird der Systemdruck durch immer mehr Leckagen nicht mehr erreicht. Also wird der Druck erhöht – was wiederum zu noch stärkeren Verlusten führt.

Leckagen können an allen Stellen auftreten

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Die Lautstärke wird vom Messgerät als dB-Wert ausgegeben.

Leckagen können dabei an allen Komponenten des Druckluftsystems auftreten: An Verbindungen, Abzweigen, Ablassventilen, Druckreglern und Filtern, Schläuchen und Schnellkupplungen und oft in versteckten und unzugänglichen Bereichen. Manchmal ist von Anwendern zu hören: „Bei uns sind die Undichtigkeiten auch ohne Hilfsmittel gut zu hören“. Das heißt aber nur, an diesen Stellen ist der Energieverlust besonders hoch. Wenn diese „lauten“ Lecks beseitigt sind, wird es aber immer noch viele, durch die normale Geräuschkulisse im Betrieb nicht hörbare, undichte Stellen geben.

Eine wichtige Komponente, die die Effektivität eines Druckluftsystems beeinflusst, sind die Kondensatabscheider. Die Ultraschall-Anteile (bei 25 kHz) eines im Betrieb befindlichen Kondensatabscheiders lassen sich in Frequenzen des hörbaren Bereichs umwandeln, wodurch der Anwender etwa eines Ultraprobe-Gerätes des Herstellers UE Systems mittels eines Kopfhörers und einer Messanzeige den genauen Zustand eines Kondensatabscheiders erfassen kann. Leckgase, Ventilflattern, übergroße Kondensatabscheidungen oder Leitungsblockierungen lassen sich mühelos feststellen. Die Möglichkeit des Systems, zwischen Kondensat und Dampf zu differenzieren, wird durch die Frequenzabstimmung optimiert. Störende Umwelteinflüsse werden durch spezielle Messköpfe deutlich reduziert.

Mit einem solchen System lassen sich darüber hinaus auch Fremdluft oder Drucklecks in Wärmetauschern lokalisieren. Armaturen, Ventile und Flansche lassen sich schnell und einfach auf Leckstellen überprüfen. Da Ultraschall eine hohe Frequenz und kurzwellige Signale hat, kann der Anwender die Leckstelle auch in lauten Umgebungen eingrenzen. Zur Dichtigkeitsprüfung von Kondensatoren und Wärmetauschern können die Methoden Vakuum-, Druck- und Ultratone-Inspektion angewandt werden.

Heftausgabe: Februar 2020

Über den Autor

Michael Jäger, Vertriebsingenieur, Elektronik-Kontor Messtechnik
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