Druckluftleckage nach der Reparatur bewerten: Leckrate und Einsparung nachvollziehbar nachweisen

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Eine Druckluftleckage wurde mit einem Ultraschallgerät lokalisiert, markiert und anschließend repariert. Bei der Nachkontrolle ist das typische Ultraschallgeräusch kaum noch hörbar. Ist die Reparatur damit erfolgreich abgeschlossen?

Für die reine Instandhaltung kann eine solche Aussage zunächst ausreichen. Für Energiemanagement, Priorisierung und eine belastbare Vorher-Nachher-Dokumentation sollte jedoch genauer bewertet werden, wie groß die ursprüngliche Leckage war, welche Restleckage nach der Reparatur verbleibt und welches tatsächliche Einsparpotenzial daraus entsteht.

Die reine Leckageortung beantwortet nur die Frage, wo Druckluft verloren geht. Erst die quantitative Bewertung in l/min beziehungsweise m³/h und die Verknüpfung mit Betriebsstunden und betrieblichen Druckluftkosten zeigt, wie relevant die Leckage wirtschaftlich ist.

Geeignete Geräte zur Ortung und Quantifizierung finden Sie unter Leckageortung / Leckagemessgeräte. Weitere Messtechnik rund um die Bewertung von Druckluftsystemen ist unter Druckluftqualität zusammengefasst.

Warum reicht die reine Leckageortung nicht aus?

Ultraschall-Lecksuchgeräte sind hervorragend geeignet, um austretende Druckluft im laufenden Produktionsbetrieb zu finden. Der Gasstrom durch eine kleine Öffnung erzeugt turbulente Strömungsanteile und damit Ultraschall, der vom Messgerät erfasst werden kann.

Damit lässt sich beispielsweise erkennen, dass eine Steckverschraubung, ein Schlauch, ein Ventil oder eine Wartungseinheit undicht ist. Für die Instandhaltung ist die Position damit bekannt.

Zwei gleich auffällige Leckagen können energetisch jedoch völlig unterschiedliche Auswirkungen haben. Ein kleiner Verlust von wenigen Litern pro Minute an einer Maschine, die nur 500 Stunden pro Jahr betrieben wird, ist wirtschaftlich anders zu bewerten als eine größere Leckage in einem permanent unter Druck stehenden Hauptnetz.

Eine aussagekräftige Leckagebewertung benötigt deshalb mindestens drei Informationen: die Leckagemenge, die Zeit, während der die Leckage tatsächlich unter Druck steht, und einen belastbaren Kostensatz für die Erzeugung der Druckluft.

Erst daraus entsteht eine Priorität für die Reparatur.

Was bedeutet die Leckrate in l/min?

Moderne Ultraschall-Leckagemessgeräte können aus dem aufgenommenen Ultraschallsignal und den eingestellten beziehungsweise erfassten Messbedingungen eine Leckagemenge abschätzen. Sie wird häufig in Litern pro Minute angegeben.

Damit wird aus der qualitativen Aussage „hier ist ein Leck“ eine quantitative Aussage wie beispielsweise „geschätzte Leckagemenge 38 l/min“.

Diese Quantifizierung ist besonders für die Priorisierung und Dokumentation hilfreich. Sie sollte jedoch nicht mit einer direkten Durchflussmessung in einer geschlossenen Rohrleitung verwechselt werden. Bei der Ultraschallmethode wird die Leckagemenge aus dem akustischen Verhalten der austretenden Druckluft bestimmt.

Deshalb sind reproduzierbare Messbedingungen besonders wichtig. Ein Vorher-Nachher-Vergleich ist nur dann aussagekräftig, wenn nicht gleichzeitig Druck, Abstand oder Messgeometrie stark verändert werden.

Vorher und nachher unter vergleichbaren Bedingungen messen

Die wichtigste Regel bei einer Reparaturkontrolle lautet: Die Nachmessung sollte möglichst unter denselben Bedingungen erfolgen wie die ursprüngliche Messung.

Messbedingung	Vor der Reparatur dokumentieren	Bei der Nachmessung beachten
Betriebsdruck	Druck an der Maschine beziehungsweise im Netz	Möglichst denselben Druck wiederherstellen
Messabstand	Abstand zwischen Sensor und Leckage	Ähnliche Messposition verwenden
Sensor / Zubehör	Trichter, Richtrohr, Parabolspiegel oder Ultraschallkamera	Dasselbe Messprinzip beziehungsweise Zubehör einsetzen
Maschinenzustand	Produktion, Stillstand, Ventilstellung	Gleichen Betriebszustand herstellen
Umgebungsgeräusch	Störquellen im Umfeld berücksichtigen	Nach Möglichkeit vergleichbare Umgebung wählen
Messpunkt	Foto, Anlagenkennzeichen und Bauteil	Exakt dieselbe Stelle kontrollieren

Das verhindert einen typischen Fehler: Vor der Reparatur wird bei 7 bar gemessen, nach der Reparatur bei nur 4,5 bar. Die deutlich kleinere Ultraschallintensität würde dann teilweise durch den niedrigeren Betriebsdruck verursacht und nicht ausschließlich durch die Reparatur.

Für eine belastbare Bewertung sollten deshalb nicht nur zwei Leckraten, sondern auch die dazugehörigen Messbedingungen gespeichert werden.

Warum ist der Betriebsdruck so wichtig?

Die Leckagemenge einer Öffnung hängt stark vom Druckunterschied zwischen Druckluftsystem und Umgebung ab. Eine undichte Verschraubung verliert bei höherem Betriebsdruck mehr Luft als bei niedrigerem Druck.

Damit beeinflusst der Betriebsdruck sowohl die tatsächliche Leckage als auch das erzeugte Ultraschallsignal.

Ein einfacher Vorher-Nachher-Vergleich ohne Druckangabe kann deshalb irreführend sein.

Für wiederkehrende Leckageaudits ist es sinnvoll, einen möglichst vergleichbaren Anlagenzustand festzulegen. Beispielsweise kann vereinbart werden, Leckagen während des normalen Produktionsbetriebs bei einem typischen Netzdruck von etwa 6,5 bar zu bewerten.

Das bedeutet nicht, dass der Druck für jede Messstelle exakt identisch sein muss. Größere Abweichungen sollten jedoch dokumentiert und bei der Interpretation berücksichtigt werden.

Abstand und Umgebungsgeräusche richtig berücksichtigen

Auch die Position des Messgerätes beeinflusst die Ultraschallmessung. Mit zunehmender Entfernung nimmt die am Sensor ankommende Schallenergie ab. Deshalb können Geräte mit integrierter Laser-Entfernungsmessung den Abstand zur Leckstelle in die Quantifizierung einbeziehen.

In einer Produktionshalle kommen außerdem zahlreiche andere Ultraschallquellen vor. Pneumatische Ventile, offene Druckluftdüsen, Lager, elektrische Komponenten oder benachbarte Leckagen können das Signal überlagern.

Ein automatischer Empfindlichkeitsabgleich hilft dabei, die Messung an die aktuelle Umgebung anzupassen. Trotzdem sollte der Anwender prüfen, ob tatsächlich die markierte Leckage und nicht eine benachbarte stärkere Quelle erfasst wird.

Das ist vor allem bei dicht nebeneinanderliegenden pneumatischen Komponenten wichtig. Eine gerichtete Sonde oder eine akustische Kamera kann hier die eindeutige Zuordnung erleichtern.

Für den Vorher-Nachher-Nachweis sollte möglichst aus einer ähnlichen Position gemessen werden. Wird vor der Reparatur aus zwei Metern Entfernung und anschließend direkt aus zehn Zentimetern gemessen, sind die beiden Ergebnisse nur eingeschränkt vergleichbar.

Aus Leckrate, Betriebsstunden und Kosten eine Einsparung berechnen

Die Leckrate allein sagt noch nicht, wie teuer eine Leckage tatsächlich ist. Dafür muss berücksichtigt werden, wie lange die betreffende Leitung im Jahr unter Druck steht.

Aus einer Leckagerate lässt sich zunächst der jährliche Verlust an Druckluft bestimmen:

Jahresverlust [m³/a] = Leckrate [l/min] × 60 / 1000 × Betriebsstunden [h/a]

Bei einer Leckage von 40 l/min und 6.000 Stunden Druckbeaufschlagung pro Jahr ergibt sich beispielsweise:

40 × 60 / 1000 × 6.000 = 14.400 m³ Druckluft pro Jahr

Für die Kostenrechnung wird anschließend ein betrieblicher Druckluftkostensatz benötigt.

Am aussagekräftigsten ist ein Wert, der aus der eigenen Anlage stammt. Dazu können elektrische Energieaufnahme der Kompressorstation, erzeugte Druckluftmenge und Stromkosten miteinander verknüpft werden. Bei einer einfacheren Bewertung kann auch ein intern festgelegter Kostensatz in €/m³ verwendet werden.

Jährliche Leckagekosten = Jahresverlust [m³/a] × Druckluftkosten [€/m³]

Ein pauschaler Internetwert ist für einen belastbaren Einsparnachweis weniger geeignet, weil Verdichtertyp, Netzdruck, Aufbereitung, Teillastbetrieb und Strompreis von Anlage zu Anlage unterschiedlich sind.

Leckagen wirtschaftlich priorisieren

Bei einem größeren Druckluftaudit werden häufig nicht fünf, sondern mehrere hundert Leckagen gefunden. Die Reparatur allein nach Fundreihenfolge ist dann selten sinnvoll.

Eine Leckagerate ermöglicht eine wirtschaftliche Reihenfolge.

Eine leicht zugängliche Steckverschraubung mit hohem Verlust und wenigen Minuten Reparaturaufwand sollte beispielsweise eine hohe Priorität erhalten. Eine kleine Leckage tief innerhalb einer Maschine, deren Reparatur einen mehrstündigen Produktionsstillstand erfordern würde, kann dagegen anders bewertet werden.

Damit entsteht eine Verbindung zwischen Instandhaltungsaufwand und energetischem Nutzen.

Die Kostenangabe sollte deshalb nicht nur als theoretischer Eurobetrag verstanden werden. Sie dient vor allem dazu, Leckagen untereinander vergleichbar zu machen und Reparaturmaßnahmen sinnvoll zu planen.

Reparatur richtig kontrollieren

Nach der Reparatur sollte die Anlage zunächst wieder in den normalen Betriebszustand gebracht werden. Druck und Ventilstellungen müssen sich stabilisiert haben, bevor erneut gemessen wird.

Anschließend wird genau die zuvor dokumentierte Messstelle kontrolliert.

Ideal ist eine erneute quantitative Messung. Wurde beispielsweise vor der Reparatur eine Leckagemenge von 52 l/min ermittelt und danach nur noch 1,5 l/min, kann die Einsparung aus der Differenz bestimmt werden.

Ist nach der Reparatur überhaupt kein Ultraschallsignal mehr nachweisbar, sollte im Bericht nicht zwangsläufig „Leckrate 0,000 l/min“ stehen.

Technisch sauberer ist eine Formulierung wie:

„Unter den dokumentierten Prüfbedingungen keine Restleckage mit dem verwendeten Verfahren nachweisbar.“

Damit wird vermieden, aus der Nachweisgrenze des Messverfahrens eine physikalisch exakt leckagefreie Verbindung abzuleiten.

Außerdem sollte nicht nur die ursprüngliche Stelle geprüft werden. Bei Schlauchverbindungen oder pneumatischen Baugruppen kann eine Reparatur mechanische Kräfte verändern und dadurch unmittelbar daneben eine neue Undichtigkeit entstehen lassen.

Foto, Kennzeichnung und Messdaten dokumentieren

Die Qualität eines Leckageaudits hängt nicht nur von der Messung ab. Entscheidend ist, ob die Instandhaltung die Leckage später eindeutig wiederfindet.

Ein sinnvoller Datensatz enthält deshalb eine eindeutige Leckage-ID, Anlagen- oder Maschinenbezeichnung, genaue Position, Foto der Leckstelle, ursprüngliche Leckrate, Betriebsdruck, erforderliche Reparatur und verantwortlichen Bereich.

Nach der Reparatur wird derselbe Datensatz ergänzt. Dazu gehören Reparaturdatum, Nachmessung, verbleibende Leckrate beziehungsweise Ergebnis der Kontrollmessung und der Status „behoben“.

Dadurch kann später nachvollzogen werden, welche Einsparung tatsächlich auf eine konkrete Instandhaltungsmaßnahme zurückgeht.

Eine reine Excel-Liste mit Einträgen wie „Halle 2 – Leck repariert“ ist dafür deutlich weniger geeignet als eine bildgestützte Dokumentation mit eindeutiger Messstellenzuordnung.

Leckageberichte im Energiemanagement nutzen

In einem Energiemanagementsystem ist nicht nur interessant, dass Maßnahmen durchgeführt wurden. Es sollte möglichst auch nachvollziehbar sein, welchen Beitrag sie zur Verbesserung der energiebezogenen Leistung leisten.

Ein strukturierter Leckagereport kann hierfür sehr nützlich sein. Er kann beispielsweise Ausgangszustand, identifizierte Leckagen, Prioritäten, Reparaturstatus und die daraus abgeschätzten Einsparungen zusammenführen.

Für die Bewertung sind insbesondere wiederholbare Kennzahlen interessant. Dazu gehören die gesamte ermittelte Leckagemenge eines Audits, die davon bereits reparierte Leckagemenge und die daraus abgeleitete jährliche Energie- beziehungsweise Kosteneinsparung.

Werden solche Audits regelmäßig durchgeführt, entsteht zusätzlich eine Historie. Dadurch lässt sich erkennen, ob die Leckagerate im Druckluftsystem langfristig tatsächlich sinkt oder nach einer Reparaturkampagne wieder kontinuierlich ansteigt.

Ein entsprechender Report kann die Dokumentation im Rahmen eines Energiemanagementsystems nach ISO 50001 unterstützen. Er ersetzt jedoch nicht die übrigen Anforderungen eines Energiemanagementsystems und ist für sich allein keine Zertifizierung.

Praxisbeispiel: Vorher-Nachher-Vergleich

An einer pneumatischen Wartungseinheit wird während eines Leckageaudits eine Undichtigkeit an einer Steckverschraubung festgestellt. Das Ultraschall-Leckagemessgerät ermittelt unter den dokumentierten Betriebsbedingungen eine Leckagemenge von 42 l/min.

Die betreffende Produktionslinie steht etwa 6.000 Stunden pro Jahr unter Druck. Der intern für die Anlage ermittelte Druckluftkostensatz beträgt in diesem Beispiel 0,03 €/m³.

Nach Austausch der Verschraubung wird die Messstelle unter nahezu identischen Bedingungen erneut geprüft. Die verbleibende Leckagemenge wird mit 1,5 l/min bewertet.

Bewertungsgröße	Vor Reparatur	Nach Reparatur
Leckagerate	42 l/min	1,5 l/min
Betriebsdruck	6,5 bar	6,5 bar
Differenz	40,5 l/min
Eingesparte Druckluft pro Stunde	2,43 m³/h
Betriebsstunden	6.000 h/a
Eingesparte Druckluft pro Jahr	14.580 m³/a
Beispielhafter interner Druckluftkostensatz	0,03 €/m³
Rechnerische Kosteneinsparung	437,40 €/Jahr

Der wirtschaftliche Nutzen lässt sich damit deutlich besser darstellen als durch die alleinige Aussage „Verschraubung war undicht und wurde repariert“.

Für einen noch belastbareren energietechnischen Nachweis kann statt eines pauschalen Druckluftkostensatzes die tatsächlich gemessene spezifische Energie der Kompressorstation verwendet werden.

Dann lässt sich aus der eingesparten Druckluftmenge zusätzlich eine elektrische Energieeinsparung in kWh pro Jahr ableiten.

Welche Leckagemessgeräte eignen sich?

ILD 500 / ILD 510

Die ILD-500/510-Geräte eignen sich besonders gut für eine strukturierte Leckagekampagne, weil Ortung, Quantifizierung und Dokumentation in einem Arbeitsablauf kombiniert werden können.

Das Gerät kann die Leckagemenge in l/min sowie das daraus resultierende Einsparpotenzial in €/Jahr bestimmen. Eine integrierte Kamera ermöglicht die eindeutige fotografische Dokumentation der undichten Komponente. Zusätzlich kann die Entfernung zur Leckage automatisch per Laser erfasst werden, wodurch die Leckratenberechnung reproduzierbarer wird.

Die aufgenommenen Datensätze können anschließend im CS Leak Reporter weiterbearbeitet werden. Dort lassen sich Leckagen nach Kosten beziehungsweise Einsparpotenzial priorisieren und Reparaturzustände dokumentieren.

UltraCam für ILD 500 / ILD 510

In komplexen Maschinenbereichen mit mehreren benachbarten Ultraschallquellen kann die UltraCam die Ortung vereinfachen. Sie verwendet ein Mikrofonarray zur Visualisierung des Ultraschallfeldes und legt die berechnete Ultraschallinformation über das Kamerabild.

Damit lässt sich insbesondere bei größeren Abständen oder dicht nebeneinanderliegenden pneumatischen Komponenten schneller erkennen, welche Stelle tatsächlich die dominante Leckage verursacht.

LeakCam 600

Für umfangreiche Leckageaudits ist auch die LeakCam 600 interessant. Durch das größere Ultraschall-Mikrofonarray können mehrere Leckagen gleichzeitig visualisiert werden. Das ist vor allem bei weitläufigen Druckluftinstallationen hilfreich, weil zunächst größere Anlagenbereiche schnell untersucht und anschließend einzelne Leckagen quantifiziert werden können.

Auch hier stehen eine Abschätzung der Leckagemenge, jährliche Kosten und eine Laser-Entfernungsmessung zur Verfügung. Die Messdaten können anschließend in die entsprechende Leak-Reporter-Umgebung übernommen und dokumentiert werden.

Geeignete Geräte und Zubehör finden Sie unter Leckageortung / Leckagemessgeräte.

ICS Schneider Messtechnik unterstützt bei der Auswahl von Ultraschall-Leckagemessgeräten sowie bei der Auslegung einer nachvollziehbaren Leckageerfassung für Instandhaltung und Energiemanagement.

Fazit

Eine erfolgreiche Druckluft-Leckagekampagne endet nicht mit dem Auffinden der undichten Stelle.

Erst eine quantitative Leckrate macht sichtbar, welche Leckagen wirtschaftlich besonders relevant sind. Zusammen mit den tatsächlichen Betriebsstunden lässt sich die verlorene Druckluftmenge pro Jahr bestimmen.

Für die wirtschaftliche Bewertung sollte möglichst ein betrieblicher Druckluftkostensatz verwendet werden. Noch aussagekräftiger wird die Analyse, wenn die spezifische elektrische Energie der eigenen Kompressorstation bekannt ist.

Der Vorher-Nachher-Vergleich muss dabei unter möglichst ähnlichen Bedingungen erfolgen. Betriebsdruck, Messabstand, Sensor beziehungsweise Zubehör und Maschinenzustand sollten dokumentiert werden.

Nach der Reparatur ist die ursprüngliche Messstelle erneut zu kontrollieren. Wird keine Leckage mehr erkannt, sollte besser „unter den Prüfbedingungen nicht nachweisbar“ dokumentiert werden als eine physikalisch exakte Leckrate von null zu behaupten.

Foto, Anlagenkennzeichnung, ursprüngliche Leckrate, Reparaturstatus und Nachmessung schaffen schließlich eine nachvollziehbare Verbindung zwischen Instandhaltungsmaßnahme und Energieeinsparung.

Damit wird aus der klassischen Lecksuche ein messbarer Verbesserungsprozess für Instandhaltung und Energiemanagement.

Häufige Fragen zur Bewertung von Druckluftleckagen

Kann ein Ultraschallgerät die Leckagerate in l/min messen?

Geeignete Geräte können die Leckagemenge anhand des Ultraschallsignals und der Messbedingungen abschätzen und in l/min beziehungsweise cfm anzeigen. Für einen reproduzierbaren Vergleich sollten Druck, Abstand und Messgeometrie berücksichtigt werden.

Warum sollte der Betriebsdruck dokumentiert werden?

Die tatsächliche Leckagemenge hängt vom Druckunterschied zwischen Druckluftsystem und Umgebung ab. Ein Vergleich bei stark unterschiedlichen Drücken kann deshalb zu falschen Schlussfolgerungen führen.

Wie berechne ich die jährliche Druckluftmenge einer Leckage?

Die Leckagerate in l/min wird zunächst in m³/h umgerechnet und anschließend mit den jährlichen Stunden multipliziert, während derer die betreffende Leitung tatsächlich unter Druck steht.

Soll ich immer mit 8.760 Stunden pro Jahr rechnen?

Nein. Nur eine dauerhaft unter Druck stehende Anlage erreicht theoretisch 8.760 Stunden pro Jahr. Für Maschinen, die nachts oder am Wochenende drucklos geschaltet werden, sollten die tatsächlichen Druckbeaufschlagungszeiten verwendet werden.

Wie berechne ich die Kosten einer Druckluftleckage?

Am einfachsten wird die jährlich verlorene Druckluftmenge mit einem betrieblich ermittelten Kostensatz in €/m³ multipliziert. Für eine energetische Bewertung kann zusätzlich die spezifische elektrische Energie der Drucklufterzeugung herangezogen werden.

Kann ich vor und nach der Reparatur aus unterschiedlichen Entfernungen messen?

Für eine reine Kontrollortung ist das möglich. Für einen quantitativen Vorher-Nachher-Vergleich sollten Messabstand und Messgeometrie jedoch möglichst ähnlich sein beziehungsweise durch eine Entfernungsmessung berücksichtigt werden.

Was sollte nach einer erfolgreichen Reparatur dokumentiert werden?

Sinnvoll sind mindestens Leckage-ID, Foto, Anlagenposition, Betriebsdruck, Leckrate vor der Reparatur, Reparaturdatum und Ergebnis der Nachmessung.

Ist eine nicht mehr messbare Leckage automatisch vollständig dicht?

Nicht zwingend. Sie liegt zunächst unterhalb dessen, was unter den jeweiligen Prüfbedingungen mit dem verwendeten Messverfahren nachgewiesen werden kann. Deshalb ist die Formulierung „keine Restleckage nachweisbar“ technisch sauberer als eine pauschale Leckrate von null.

Kann ein Leckagereport für ISO 50001 verwendet werden?

Ja, ein strukturierter Leckagereport kann die Dokumentation von Energieeinsparmaßnahmen und deren Ergebnissen in einem Energiemanagementsystem unterstützen. Der Bericht allein stellt jedoch keine ISO-50001-Zertifizierung dar.