Bei einem Druckluftaudit wird an einer undichten Verschraubung eine Leckrate von 63 Nl/min ermittelt. Einige Wochen später wird dieselbe Stelle erneut kontrolliert und das Messgerät zeigt 86 Nl/min. Auf den ersten Blick scheint die Leckage deutlich größer geworden zu sein. Beim Blick in die Messprotokolle fällt jedoch auf: Die erste Messung erfolgte bei etwa 6 bar Netzdruck, die zweite bei rund 8 bar.
Damit sind die beiden Werte nicht unmittelbar vergleichbar. Eine reale Undichtigkeit besitzt keine vollkommen druckunabhängige Leckrate. Je größer die Druckdifferenz zwischen dem Druckluftnetz und der Umgebung ist, desto mehr Luft kann durch dieselbe Öffnung austreten. Eine höhere gemessene Leckrate kann deshalb schlicht die Folge eines höheren Betriebsdrucks sein – selbst wenn sich die Leckstelle mechanisch überhaupt nicht verändert hat.
Zusätzlich entsteht häufig Verwirrung durch die Einheit. Wird eine Leckrate in Nl/min oder Nm³/h angegeben, ist das Gasvolumen bereits auf definierte Referenzbedingungen für Temperatur und Druck bezogen. Diese Normierung beantwortet jedoch eine andere Frage als die Normierung auf einen bestimmten Netzdruck. Auch eine Leckrate von 80 Nl/min bei 8 bar und eine Leckrate von 60 Nl/min bei 6 bar beziehen sich zwar auf denselben Gas-Referenzzustand, sie wurden aber unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen der Leckstelle erzeugt.
Die wichtigste Regel lautet deshalb: Für belastbare Vorher-Nachher-Vergleiche müssen sowohl die Einheit und deren Referenzbedingungen als auch der tatsächliche Netzdruck dokumentiert werden. Sind die Netzdrücke unterschiedlich, sollte entweder bei einem gemeinsamen Betriebsdruck nachgemessen oder – sofern das Strömungsmodell und das Messverfahren dies zulassen – auf einen definierten Vergleichsdruck umgerechnet werden.
Warum steigt die Leckrate mit dem Netzdruck?
Eine Druckluftleckage ist physikalisch eine Strömungsstelle zwischen zwei unterschiedlichen Druckniveaus. Auf der einen Seite befindet sich das Druckluftnetz, auf der anderen Seite in den meisten Fällen die Umgebungsluft. Die Druckdifferenz treibt den Gasstrom durch Spalt, Bohrung, defekte Dichtung oder undichte Verbindung.
Steigt der Netzdruck, steht vor derselben Öffnung eine größere Gasmenge pro Volumeneinheit zur Verfügung und die treibende Druckdifferenz nimmt zu. Dadurch steigt der Massenstrom durch die Leckstelle. Genau deshalb verliert dieselbe mechanische Undichtigkeit bei höherem Betriebsdruck mehr Druckluft.
Der Zusammenhang ist bei Gasen komplexer als bei einer inkompressiblen Flüssigkeit, weil sich Dichte und Strömungsgeschwindigkeit mit dem Druck ändern. In vielen industriellen Druckluftnetzen strömt die Luft aus mehreren bar Überdruck direkt in die Atmosphäre. Unter solchen Bedingungen kann an einer kleinen Lecköffnung eine sogenannte kritische beziehungsweise gedrosselte Gasströmung auftreten.
Für die praktische Instandhaltung ist zunächst eine einfachere Aussage entscheidend:
Eine Leckrate gehört immer zu einem Betriebsdruck.
Eine Angabe wie „Leckage = 75 Nl/min“ ist für einen späteren Vergleich deshalb unvollständig, wenn nicht gleichzeitig dokumentiert ist, bei welchem Netzdruck diese Leckage ermittelt wurde.
Welche Referenzzustände müssen unterschieden werden?
Der Begriff „Referenzzustand“ wird bei Druckluftmessungen für mehrere unterschiedliche Dinge verwendet. Werden diese nicht sauber getrennt, entstehen schnell falsche Vergleiche.
| Referenz | Was wird vereinheitlicht? | Warum ist das wichtig? |
|---|---|---|
| Norm- beziehungsweise Standardzustand des Gasvolumens | Temperatur und Druck, auf die ein Volumenstrom wie Nl/min oder Nm³/h umgerechnet wird | Ermöglicht den Vergleich der transportierten Gasmenge unabhängig vom aktuellen Leitungsvolumen |
| Referenz-Netzdruck | Betriebsdruck, bei dem die Leckstelle bewertet werden soll | Ermöglicht den Vergleich derselben Leckstelle trotz unterschiedlicher Druckluftnetze beziehungsweise Messzeitpunkte |
| Messgeometrie | Abstand, Winkel und Position eines akustischen Messgerätes | Verhindert, dass veränderte Messbedingungen als veränderte Leckrate interpretiert werden |
| Betriebszustand | Maschinenzustand, Verbraucher, Ventilstellungen und Umgebung | Trennt echte Leckage von bestimmungsgemäßem Druckluftverbrauch |
Besonders wichtig ist die Unterscheidung zwischen den ersten beiden Punkten. Ein Normvolumenstrom sagt noch nicht, dass auch der Druck an der Leckstelle normiert wurde.
Beispielsweise können zwei Messungen beide korrekt in Nl/min angegeben sein. Wurde die erste Messung bei 6 bar und die zweite bei 8 bar durchgeführt, beschreibt der höhere zweite Wert trotzdem einen anderen Betriebszustand der Leckstelle.
Nl/min und Nm³/h richtig verstehen
Druckluft ist kompressibel. Ein Kubikmeter Luft im Druckluftnetz enthält bei mehreren bar eine wesentlich größere Luftmasse als ein Kubikmeter Luft bei Umgebungsdruck. Deshalb werden Verbrauchs- und Leckagemengen häufig auf definierte Referenzbedingungen zurückgerechnet.
Dafür werden unter anderem Einheiten wie:
- Nl/min,
- Nm³/h,
- Standard l/min beziehungsweise Standard m³/h
verwendet.
Wichtig ist, dass die zugrunde liegenden Referenzbedingungen bekannt sind. Je nach Gerät, Hersteller, Norm oder interner Werksvorgabe können unterschiedliche Bezugsbedingungen verwendet werden. Bei modernen Verbrauchszählern können Referenztemperatur und Referenzdruck teilweise parametriert werden.
Bei wiederkehrenden Messungen sollte deshalb nicht nur die Einheit dokumentiert werden, sondern auch der im Messgerät verwendete Referenzzustand. Zwei Werte in Nm³/h sind nur dann ohne weitere Umrechnung direkt vergleichbar, wenn sie sich auf dieselben Normbedingungen beziehen.
Diese Normierung korrigiert jedoch nur den Zustand des angegebenen Gasvolumens. Sie korrigiert nicht automatisch die Tatsache, dass dieselbe Leckstelle bei höherem Netzdruck physikalisch mehr Luft verliert.
Für Berechnungen den Absolutdruck verwenden
Bei Druckluftanlagen wird der Netzdruck üblicherweise als Relativdruck beziehungsweise Überdruck angezeigt. Eine Anzeige von 6 bar bedeutet also ungefähr 6 bar über dem Umgebungsdruck.
Für gasdynamische Berechnungen muss dagegen mit Absolutdruck gearbeitet werden:
pabs = pg + pamb
Bei einer überschlägigen Rechnung mit etwa 1 bar Umgebungsdruck ergeben sich beispielsweise:
- 5 bar(g) ≈ 6 bar(a),
- 6 bar(g) ≈ 7 bar(a),
- 7 bar(g) ≈ 8 bar(a),
- 8 bar(g) ≈ 9 bar(a).
Wer stattdessen direkt mit 6 und 8 bar rechnet, obwohl es sich um Manometerdrücke handelt, erhält bei einer Druckkorrektur einen systematischen Fehler. Gerade bei den üblichen Druckluftnetzen ist der Unterschied zwischen relativem und absolutem Druck groß genug, um nicht vernachlässigt zu werden.
Kritische beziehungsweise gedrosselte Strömung durch Leckstellen
Bei einer Gasströmung durch eine kleine Öffnung kann die Strömungsgeschwindigkeit bis zur lokalen Schallgeschwindigkeit ansteigen. Ab einem bestimmten Verhältnis zwischen Auslass- und Einlassdruck wird der Massenstrom dann nicht mehr direkt durch eine weitere Absenkung des nachgeschalteten Drucks erhöht. Dieser Zustand wird häufig als kritische oder gedrosselte Strömung bezeichnet.
Für Luft liegt das kritische Druckverhältnis bei einer idealisierten Düsenströmung ungefähr bei:
p2 / p1 ≈ 0,53
Strömt Druckluft aus einem üblichen Industrienetz direkt in die Atmosphäre, ist diese Bedingung bei vielen typischen Netzdrücken erfüllt. Für eine feste Leckgeometrie lässt sich der Massenstrom dann näherungsweise proportional zum absoluten Vordruck und umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der absoluten Gastemperatur beschreiben.
Vereinfacht:
ṁ ∝ pabs / √T
Bei annähernd gleicher Gastemperatur ergibt sich daraus für dieselbe Leckstelle eine näherungsweise lineare Abhängigkeit vom absoluten Netzdruck.
Diese Beziehung ist für Druckluftaudits sehr hilfreich. Sie ist jedoch ein Modell für eine unveränderte Leckgeometrie. Eine reale Dichtung, ein Kunststoffschlauch oder ein Riss kann sich mit dem Druck mechanisch verändern. Dann verändert sich gleichzeitig die wirksame Öffnungsfläche und der Zusammenhang ist nicht mehr rein proportional.
Leckrate auf einen gemeinsamen Netzdruck umrechnen
Sind die Voraussetzungen für eine näherungsweise kritische Strömung erfüllt und bleibt die Leckgeometrie unverändert, kann eine gemessene Norm-Leckrate auf einen anderen Netzdruck umgerechnet werden.
Bei vergleichbarer Temperatur gilt näherungsweise:
QN,ref ≈ QN,mess × pref,abs / pmess,abs
Wenn sich auch die Gastemperatur deutlich unterscheidet, kann in einer vereinfachten idealisierten Betrachtung zusätzlich berücksichtigt werden:
QN,ref ≈ QN,mess × (pref,abs / pmess,abs) × √(Tmess / Tref)
Die Temperaturen müssen dabei in Kelvin eingesetzt werden.
Für normale wiederkehrende Leckageaudits ist der Temperatureinfluss häufig deutlich kleiner als ein Unterschied von mehreren bar im Netzdruck. Trotzdem sollte bei sehr unterschiedlichen thermischen Betriebszuständen nicht so getan werden, als sei allein der Druck relevant.
Diese Umrechnung ist eine Vergleichsrechnung und keine universelle Kalibriergleichung für jedes Leckagemessgerät. Wenn das verwendete Gerät selbst den Betriebsdruck in seiner Leckratenberechnung berücksichtigt, sollte zunächst die Herstellerlogik verwendet und nicht zusätzlich unkontrolliert nachgerechnet werden.
Praxisbeispiel: 6 bar mit 8 bar vergleichen
Bei einem ersten Audit wird eine Undichtigkeit bei einem Netzdruck von 6 bar(g) gemessen. Die dokumentierte Leckrate beträgt:
QN,1 = 63 Nl/min
Der absolute Netzdruck beträgt überschlägig:
p1,abs ≈ 7 bar
Bei einer späteren Messung beträgt der Netzdruck 8 bar(g), entsprechend näherungsweise 9 bar absolut.
Wenn sich die Leckstelle nicht verändert hätte, wäre unter den vereinfachten Bedingungen ungefähr zu erwarten:
QN,8bar ≈ 63 × 9 / 7
QN,8bar ≈ 81 Nl/min
Ein Anstieg von 63 auf etwa 81 Nl/min wäre in diesem Beispiel also allein durch den höheren Netzdruck erklärbar.
Nehmen wir nun an, die zweite Messung zeigt tatsächlich 86 Nl/min. Direkt betrachtet wäre dies gegenüber den ursprünglichen 63 Nl/min ein Anstieg von mehr als 36 %. Wird der zweite Wert jedoch auf den ursprünglichen Vergleichsdruck von 6 bar(g) zurückgerechnet:
QN,6bar,ref ≈ 86 × 7 / 9
QN,6bar,ref ≈ 66,9 Nl/min
Damit beträgt die druckbereinigte Differenz nur noch ungefähr 6 %. Das führt zu einer wesentlich anderen Bewertung der Leckstelle.
| Zustand | Netzdruck | Absolutdruck | Leckrate am Messzustand | Auf 6 bar(g) bezogen |
|---|---|---|---|---|
| Erste Messung | 6 bar(g) | ca. 7 bar(a) | 63 Nl/min | 63 Nl/min |
| Unverändertes Leck, rechnerisch bei 8 bar | 8 bar(g) | ca. 9 bar(a) | ca. 81 Nl/min | 63 Nl/min |
| Zweite Beispielmessung | 8 bar(g) | ca. 9 bar(a) | 86 Nl/min | ca. 66,9 Nl/min |
Die Rechnung zeigt den eigentlichen Nutzen eines Referenzdruckes. Ohne Druckkorrektur würde ein großer Teil der Veränderung fälschlicherweise der Leckstelle zugeschrieben.
Wo eine Druckkorrektur an ihre Grenzen kommt
Die einfache Druckkorrektur ist nützlich, aber sie darf nicht überschätzt werden. Ein reales Leck ist nicht zwangsläufig eine starre kreisrunde Bohrung.
Bei einer defekten O-Ring-Dichtung kann der Spalt mit steigendem Druck größer werden. Ein Kunststoffschlauch kann sich verformen. Eine lose Verschraubung kann bei unterschiedlichen Drücken oder Vibrationen ihre Lage verändern. Auch Ventilsitze und pneumatische Komponenten können ein nichtlineares Leckverhalten zeigen.
Zusätzlich kann sich bei sehr niedrigen Drücken das Strömungsregime ändern. Ist die Druckdifferenz nicht mehr groß genug für kritische Strömung, ist die einfache lineare Skalierung über den absoluten Vordruck nicht mehr geeignet.
Besonders problematisch ist eine Leckage nicht gegen Atmosphäre, sondern zwischen zwei druckbeaufschlagten Räumen. Dann ist der Gegendruck nicht etwa 1 bar absolut, sondern muss ausdrücklich in die Strömungsberechnung einbezogen werden.
Für höchste Vergleichbarkeit bleibt deshalb die beste Methode:
Wiederholungsmessungen möglichst bei demselben realen Netzdruck durchführen.
Die mathematische Druckkorrektur ist vor allem dann hilfreich, wenn dies betrieblich nicht möglich ist oder historische Messungen miteinander verglichen werden sollen.
Akustische Leckagemessung und Betriebsdruck
Akustische beziehungsweise ultraschallbasierte Leckageortung erkennt die hochfrequenten Schallanteile, die beim turbulenten Austritt von Druckluft entstehen. Mit geeigneten Geräten kann daraus zusätzlich eine Leckagemenge abgeschätzt werden.
Der Betriebsdruck ist dabei in zweifacher Hinsicht relevant. Zum einen beeinflusst er die tatsächlich ausströmende Luftmenge. Zum anderen verändert er die Intensität des von der Leckstelle erzeugten Ultraschalls.
Wird mit einem Gerät gearbeitet, bei dem der Betriebsdruck als Messparameter eingegeben werden kann, muss dieser Wert dem tatsächlichen Anlagenzustand entsprechen. Ein voreingestellter Wert von beispielsweise 7 bar darf nicht einfach beibehalten werden, wenn die Maschine während der Messung tatsächlich nur mit 5,5 bar versorgt wird.
Zusätzlich sollten Abstand und Position zum Leck möglichst korrekt bestimmt werden. Moderne akustische Kameras können dafür eine Entfernungsmessung verwenden. Trotzdem bleiben Abschattungen, Reflexionen, Hintergrundgeräusche und mehrere nahe beieinanderliegende Schallquellen mögliche Einflussfaktoren.
Eine akustisch bestimmte Leckrate ist daher eine hervorragende Grundlage für Priorisierung, Reparaturplanung und Audits, sollte aber als Ergebnis des verwendeten Mess- und Berechnungsverfahrens verstanden werden – nicht als direkte gravimetrische Messung des austretenden Luftmassenstroms.
Gesamtleckage mit Durchflussmessung bestimmen
Eine zweite Methode betrachtet nicht einzelne Leckstellen, sondern den gesamten Druckluftverbrauch eines Anlagenabschnitts. Werden während einer geplanten Stillstandszeit alle bestimmungsgemäßen Verbraucher abgeschaltet, entspricht der verbleibende Durchfluss näherungsweise der Summe aus Leckagen und eventuell noch vorhandenen unbeabsichtigten Verbräuchen.
Ein fest installierter Verbrauchszähler kann dafür sehr nützlich sein. Besonders wichtig ist, dass bei einem wiederkehrenden Vergleich derselbe Anlagenabschnitt betrachtet wird und Maschinenzustand sowie Ventilstellungen dokumentiert sind.
Thermische Massenstromsensoren können den erfassten Massenstrom direkt als Normvolumenstrom ausgeben. Dadurch muss das momentane komprimierte Leitungsvolumen nicht separat auf Umgebungsbedingungen zurückgerechnet werden.
Auch hier gilt jedoch: Die tatsächliche Leckagemenge des Netzes verändert sich mit dem Netzdruck. Werden einmal 500 Nm³/h Restverbrauch bei 6 bar und ein anderes Mal 600 Nm³/h bei 8 bar gemessen, darf daraus nicht ohne Berücksichtigung des unterschiedlichen Druckniveaus unmittelbar auf eine Verschlechterung des Leitungsnetzes geschlossen werden.
Für ein Druckluftnetz mit mehreren Bereichen ist es außerdem sinnvoll, die Messung schrittweise einzugrenzen. Werden einzelne Hallen, Maschinenlinien oder Verteiler nacheinander abgesperrt, kann die Leckagemenge bestimmten Netzabschnitten zugeordnet werden.
Messbedingungen reproduzierbar halten
Eine gute Vergleichsmessung besteht nicht nur aus einem Zahlenwert. Bei wiederkehrenden Audits sollten die wesentlichen Randbedingungen mit dokumentiert werden.
| Einflussgröße | Auswirkung auf den Vergleich | Empfehlung |
|---|---|---|
| Netzdruck | Verändert die tatsächliche Leckagemenge | Dokumentieren und möglichst auf gemeinsamen Druck beziehen |
| Abstand zur Leckstelle | Beeinflusst das akustisch erfasste Signal | Entfernung messen beziehungsweise vergleichbar halten |
| Messrichtung | Abschattung und Reflexion können sich ändern | Bei Wiederholungsmessungen möglichst gleiche Position verwenden |
| Produktionszustand | Bestimmungsgemäße Entlüftungen können wie Leckagen erscheinen | Maschinenzustand dokumentieren |
| Hintergrundgeräusche | Können Ultraschallsignal überlagern | Geeigneten Frequenzbereich und Messposition wählen |
| Referenzbedingungen des Gerätes | Beeinflussen Nl/min beziehungsweise Nm³/h | Bei allen Audits identisch halten |
| Gastemperatur | Beeinflusst Gasdichte und bei genauer Druckkorrektur den Leckstrom | Bei großen Unterschieden dokumentieren |
Eine solche Dokumentation macht aus einer einzelnen Lecksuche ein belastbares Instandhaltungsinstrument. Besonders bei hunderten Leckstellen ist sonst nach einigen Monaten kaum noch nachvollziehbar, ob ein Unterschied im Messwert durch Reparatur, Netzdruck oder Messgeometrie verursacht wurde.
Leckagekosten sinnvoll vergleichen
Für die wirtschaftliche Bewertung wird die Leckrate meist in einen jährlichen Druckluftverbrauch umgerechnet.
Bei einer Leckrate in Nl/min gilt beispielsweise:
QN,m³/h = QN,l/min × 60 / 1000
Aus 100 Nl/min werden damit:
100 × 60 / 1000 = 6 Nm³/h
Die jährliche Verlustmenge ergibt sich anschließend aus:
VJahr = QN × Betriebsstunden
Die Kosten können mit einem betriebsspezifischen Preis pro Normkubikmeter bewertet werden:
KJahr = VJahr × CDruckluft
Dieser interne Druckluftpreis sollte möglichst aus den tatsächlichen Energie-, Wartungs- und Erzeugungskosten des Betriebes abgeleitet werden. Eine pauschale allgemeine Eurozahl ist für eine genaue Wirtschaftlichkeitsrechnung weniger aussagekräftig.
Bei Vergleichen verschiedener Netzdrücke kommt ein weiterer Effekt hinzu: Ein höherer Netzdruck erhöht nicht nur die Leckagemenge, sondern typischerweise auch den Energiebedarf der Drucklufterzeugung. Die wirtschaftliche Mehrbelastung eines höheren Druckniveaus kann deshalb größer sein, als eine reine Leckmengenbetrachtung mit konstantem Preis pro Nm³ vermuten lässt.
Netzdruck selbst als Einsparpotenzial betrachten
Wird bei einem Leckageaudit festgestellt, dass eine Produktionsanlage dauerhaft mit höherem Netzdruck betrieben wird als technisch erforderlich, ist dies selbst ein mögliches Einsparpotenzial.
Eine Druckabsenkung kann mehrere Effekte gleichzeitig haben:
- geringerer Leckagestrom durch vorhandene Undichtigkeiten,
- geringerer Verbrauch druckabhängiger Verbraucher,
- reduzierter Energiebedarf der Drucklufterzeugung,
- unter Umständen geringere mechanische Belastung pneumatischer Komponenten.
Eine Druckreduzierung darf selbstverständlich nur so weit erfolgen, dass am ungünstigsten Verbraucher weiterhin der notwendige Mindestdruck vorhanden ist. Druckverluste in Filtern, Trocknern, Rohrleitungen, Armaturen und Lastspitzen müssen berücksichtigt werden.
Leckageortung und Druckoptimierung sollten deshalb nicht isoliert betrachtet werden. Ein dichtes Netz mit unnötig hohem Druck ist ebenso wenig optimal wie ein niedrig eingestelltes Netz mit zahlreichen großen Leckagen.
Praxisbeispiel eines wiederkehrenden Leckageaudits
Ein Industriebetrieb führt zweimal jährlich ein Druckluft-Leckageaudit durch. Beim ersten Audit liegt der typische Netzdruck während der Messung zwischen 6,0 und 6,3 bar(g). Die gefundenen Leckstellen werden fotografiert, nummeriert und mit einer geschätzten Leckrate dokumentiert.
Sechs Monate später erfolgt die Wiederholungsmessung. Inzwischen wurde die Druckluftregelung verändert und das Netz arbeitet während der Produktion bei etwa 7,2 bar(g). Mehrere noch nicht reparierte Leckstellen zeigen jetzt höhere l/min-Werte als zuvor.
Würde nur die absolute Leckrate verglichen, könnte der Eindruck entstehen, dass sich sämtliche Undichtigkeiten vergrößert haben. Stattdessen werden die aktuellen Messwerte auf den beim ersten Audit definierten Referenzdruck umgerechnet beziehungsweise mit dem Druckmodell des verwendeten Messsystems entsprechend bewertet.
Bei einigen Lecks verschwindet der vermeintliche Unterschied dadurch fast vollständig. Andere Leckstellen zeigen auch nach der Druckbereinigung eine deutlich höhere Leckrate. Genau diese Stellen werden für eine mechanische Kontrolle priorisiert.
Der Vorteil dieses Vorgehens liegt auf der Hand: Die Instandhaltung unterscheidet zwischen einer Veränderung des Betriebszustandes und einer tatsächlichen Veränderung der Undichtigkeit.
Systematischer Prüf- und Vergleichsablauf
Für belastbare Leckagevergleiche bietet sich ein fester Ablauf an:
- Leckstelle eindeutig identifizieren: Foto, Anlagenkennzeichen und Position dokumentieren.
- Netzdruck erfassen: Druck möglichst nahe am relevanten Anlagenabschnitt bestimmen.
- Einheit prüfen: Nl/min, Nm³/h, l/min oder andere Einheit eindeutig festhalten.
- Referenzbedingungen dokumentieren: Geräteeinstellungen für Normtemperatur und Referenzdruck festhalten.
- Messgeometrie dokumentieren: Abstand und Richtung bei akustischen Messungen berücksichtigen.
- Betriebszustand erfassen: Produktionszustand, Verbraucher und Ventilstellungen festhalten.
- Leckrate bestimmen: Mess- beziehungsweise Schätzverfahren entsprechend der Geräteanleitung durchführen.
- Referenz-Netzdruck festlegen: Beispielsweise den üblichen Betriebsdruck des Netzes verwenden.
- Bei Bedarf normalisieren: Nur mit einem für die Leckstelle beziehungsweise das Messverfahren geeigneten Druckmodell.
- Vorher-Nachher-Werte vergleichen: Rohwert und druckbezogenen Vergleichswert getrennt dokumentieren.
- Wirtschaftliche Bewertung durchführen: Betriebsstunden und betriebsspezifische Druckluftkosten verwenden.
- Nach Reparatur erneut messen: Reparaturerfolg unter möglichst vergleichbaren Bedingungen verifizieren.
Damit bleiben die Originalmesswerte vollständig erhalten. Die druckbezogene Umrechnung wird als zusätzliche Auswertung dokumentiert und ersetzt nicht den tatsächlichen Messwert des jeweiligen Betriebszustandes.
Häufige Fehler bei Leckagevergleichen
Nl/min automatisch als druckunabhängige Leckrate interpretieren
Der Normvolumenstrom ist auf definierte Gasbedingungen bezogen. Die Leckstelle selbst verliert bei unterschiedlichen Netzdrücken trotzdem unterschiedliche Luftmengen.
6 bar(g) direkt durch 8 bar(g) teilen
Bei einer gasdynamischen Druckkorrektur müssen Absolutdrücke verwendet werden. Aus 6 bar(g) und 8 bar(g) werden näherungsweise 7 und 9 bar(a).
Jede Leckstelle linear mit dem Druck skalieren
Die einfache Proportionalität ist nur eine Näherung für passende Strömungsbedingungen und eine unveränderte Leckgeometrie. Flexible Dichtungen und komplexe Spalte können sich anders verhalten.
Eine Geräteinterne Druckkorrektur ein zweites Mal anwenden
Berücksichtigt das Leckagemessgerät den eingegebenen Betriebsdruck bereits in seiner Quantifizierung, darf nicht ohne Kenntnis des verwendeten Algorithmus erneut korrigiert werden.
Referenzdruck und Normzustand verwechseln
Der Referenz-Netzdruck beschreibt den Betriebszustand der Leckstelle. Der Normzustand beschreibt die Bedingungen, auf die das angegebene Gasvolumen umgerechnet wird.
Nur den Druck am Kompressor dokumentieren
Der relevante Druck ist der tatsächliche Druck im untersuchten Netzabschnitt. Zwischen Kompressorstation und Maschine können erhebliche Druckverluste auftreten.
Akustische Messbedingungen verändern
Andere Entfernung, Blickrichtung oder Abschattung können die Leckratenabschätzung beeinflussen und sollten bei Wiederholungsmessungen berücksichtigt werden.
Bestimmungsgemäßen Verbrauch als Leckage bewerten
Blasdüsen, Entlüftungen oder laufende pneumatische Verbraucher sind keine klassischen Leckagen. Für Gesamtleckagemessungen müssen planmäßige Verbraucher ausgeschaltet oder separat bilanziert werden.
Passende Messtechnik bei ICS Schneider
ICS Schneider Messtechnik bietet unterschiedliche Lösungen zur Lokalisierung, Quantifizierung und Bilanzierung von Druckluftleckagen an.
Die LeakCam 600 ermöglicht die akustische Visualisierung von Druckluft- und Gasleckagen und unterstützt die quantitative Bewertung einzelner Leckstellen. Für vergleichbare Ergebnisse sollte insbesondere der tatsächliche Betriebsdruck in die Messparameter einbezogen werden.
Für die Bilanzierung kompletter Netzabschnitte können stationäre Verbrauchszähler eingesetzt werden. Der IVA520 arbeitet nach dem thermischen Massenstromprinzip und kann den erfassten Gasstrom direkt als Normvolumenstrom ausgeben. Damit eignet sich eine solche Messstelle beispielsweise zur kontinuierlichen Verbrauchsüberwachung und – bei geeigneten Anlagenzuständen – zur Ermittlung des verbleibenden Leckagestroms.
Für größere bestehende Leitungen stehen zusätzlich Einsteck-Verbrauchssensoren zur Verfügung. Entscheidend ist dabei eine für die Rohrgeometrie und Strömung geeignete Messstelle sowie eine korrekte Parametrierung des jeweiligen Sensors.
Leckageortung und Leckagemessgeräte bei ICS Schneider
Verbrauchszähler für Gase und Druckluft
Weiterführend: Druckluftleckage nach der Reparatur bewerten
Fazit
Die Leckrate einer Druckluftundichtigkeit ist keine feste Eigenschaft, die unabhängig vom Betriebszustand immer gleich bleibt. Sie hängt wesentlich vom Druckunterschied zwischen Druckluftnetz und Umgebung ab.
Eine Leckagemessung muss deshalb immer zusammen mit dem tatsächlichen Netzdruck dokumentiert werden. Werden Messungen aus unterschiedlichen Druckzuständen verglichen, kann ein scheinbarer Anstieg der Leckrate vollständig oder teilweise durch den höheren Betriebsdruck verursacht sein.
Dabei müssen zwei verschiedene Referenzen sauber getrennt werden: Nl/min beziehungsweise Nm³/h beziehen die Gasmenge auf definierte Norm- oder Standardbedingungen. Ein Referenz-Netzdruck dient dagegen dazu, dieselbe Leckstelle unter vergleichbaren Betriebsbedingungen zu bewerten.
Bei typischen Druckluftleckagen gegen Atmosphäre kann unter geeigneten Bedingungen eine näherungsweise Druckkorrektur über den absoluten Vordruck verwendet werden. Diese Berechnung ist jedoch nur ein Modell. Verändert sich die reale Leckgeometrie mit dem Druck oder liegt keine kritische Gasströmung vor, kann das tatsächliche Verhalten davon abweichen.
Für wiederkehrende Audits ist deshalb die Kombination aus reproduzierbarer Messung, dokumentiertem Betriebsdruck, eindeutig definierten Referenzbedingungen und einer anschließenden Reparaturkontrolle die belastbarste Vorgehensweise. So werden aus einzelnen Leckraten echte Vergleichsdaten für Instandhaltung und Energiemanagement.
FAQ zum Vergleich von Druckluft-Leckraten
Warum verliert dasselbe Leck bei höherem Druck mehr Druckluft?
Der höhere Vordruck erhöht den durch die Leckstelle strömenden Gasmassenstrom. Bei vielen typischen Druckluftleckagen gegen Atmosphäre nimmt die Leckagemenge deshalb mit dem Netzdruck deutlich zu.
Kann ich Leckraten bei 6 bar und 8 bar direkt vergleichen?
Nicht ohne Berücksichtigung des unterschiedlichen Betriebsdrucks. Am besten werden beide Messungen bei demselben Druck durchgeführt oder auf einen definierten Vergleichsdruck bezogen.
Sind Nl/min bereits druckkorrigiert?
Sie sind auf einen definierten Gas-Referenzzustand bezogen. Das bedeutet jedoch nicht, dass der Einfluss des tatsächlichen Netzdrucks auf die Leckstelle entfernt wurde.
Was ist der Unterschied zwischen Normdruck und Referenz-Netzdruck?
Der Normdruck gehört zur Umrechnung des Gasvolumens auf einen standardisierten Zustand. Der Referenz-Netzdruck beschreibt dagegen den Betriebsdruck, bei dem eine Leckstelle verglichen werden soll.
Muss ich bei der Druckkorrektur Relativ- oder Absolutdruck verwenden?
Für gasdynamische Berechnungen wird Absolutdruck verwendet. Der Umgebungsdruck muss also zum angezeigten Relativdruck hinzugerechnet werden.
Kann man eine Leckrate einfach proportional zum Druck umrechnen?
Bei einer unveränderten Leckgeometrie und kritischer Gasströmung kann die Leckrate näherungsweise proportional zum absoluten Vordruck sein. Das ist jedoch keine universelle Beziehung für jede reale Undichtigkeit.
Warum kann die einfache Umrechnung bei einer Dichtung falsch sein?
Eine flexible Dichtung oder ein Spalt kann sich bei höherem Druck mechanisch öffnen oder schließen. Dann verändert sich zusätzlich die Leckgeometrie.
Was ist kritische Strömung?
Dabei erreicht das Gas im engsten Querschnitt näherungsweise Schallgeschwindigkeit. Eine weitere Absenkung des nachgeschalteten Drucks erhöht den Massenstrom dann nicht mehr in gleicher Weise.
Muss ich die Gastemperatur berücksichtigen?
Für hochgenaue Vergleiche ja. Bei ähnlichen Betriebszuständen ist der Temperatureinfluss häufig kleiner als größere Unterschiede im Netzdruck, sollte bei deutlichen Temperaturänderungen aber dokumentiert werden.
Warum muss bei einer akustischen Leckagemessung der Betriebsdruck eingegeben werden?
Der Druck beeinflusst sowohl die tatsächliche austretende Gasmenge als auch das akustische Verhalten der Leckstelle. Für eine quantitative Leckratenabschätzung muss deshalb der reale Betriebszustand berücksichtigt werden.
Kann eine akustische Kamera die Leckrate direkt messen?
Sie erfasst das akustische beziehungsweise Ultraschallsignal der Leckstelle und kann daraus mit weiteren Mess- und Modellparametern eine Leckrate abschätzen. Das ist von einer direkten Durchflussmessung in der Rohrleitung zu unterscheiden.
Wie kann ich die Gesamtleckage eines Netzabschnittes messen?
Wenn alle bestimmungsgemäßen Verbraucher eines abgegrenzten Bereiches abgeschaltet sind, kann der verbleibende Durchfluss mit einem geeigneten Verbrauchszähler als Maß für Leckagen und sonstige unbeabsichtigte Verbräuche verwendet werden.
Warum ist ein Normvolumenstrom für die Druckluftbilanz sinnvoll?
Er bezieht die Gasmenge auf definierte Referenzbedingungen und macht dadurch Durchflusswerte aus unterschiedlichen Betriebsdrücken und Temperaturen besser vergleichbar. Der Druckeinfluss auf die reale Leckstelle bleibt davon jedoch getrennt zu betrachten.
Was sollte in einem Leckageprotokoll stehen?
Mindestens Leckstellen-ID, Anlagenposition, Datum, gemessene Leckrate, Einheit, Netzdruck, Messabstand beziehungsweise Messmethode und Betriebszustand. Für quantitative Vergleiche sollten zusätzlich die verwendeten Referenzbedingungen dokumentiert werden.
Warum sollte nach einer Reparatur erneut gemessen werden?
Nur so lässt sich überprüfen, ob die Leckage tatsächlich beseitigt beziehungsweise ausreichend reduziert wurde. Gleichzeitig können benachbarte oder bisher verdeckte Leckstellen erkannt werden.
Kann ein niedrigerer Netzdruck Druckluftverluste reduzieren?
Ja. Bei vorhandenen Leckagen nimmt die ausströmende Luftmenge mit sinkendem Netzdruck ab. Eine Druckreduzierung muss jedoch mit den Mindestdruckanforderungen der Verbraucher und den Druckverlusten im Netz abgestimmt werden.
Welches Gerät eignet sich zur Lokalisierung einzelner Druckluftleckagen?
Akustische beziehungsweise Ultraschall-Leckagegeräte und akustische Kameras wie die LeakCam 600 eignen sich zur Lokalisierung und Bewertung einzelner Leckstellen.
Welches Gerät eignet sich zur Messung des gesamten Leckagestroms?
Für abgegrenzte Druckluftbereiche kann ein geeigneter Verbrauchs- beziehungsweise Massenstromsensor eingesetzt werden. Bei stillgesetzten planmäßigen Verbrauchern kann der verbleibende Durchfluss zur Bewertung des Leckagestroms verwendet werden.