Ein Reifenfüllmanometer wird bei 2,0 bar mit einer Referenz verglichen und zeigt ebenfalls nahezu exakt 2,0 bar an. Auf den ersten Blick scheint das Gerät damit einwandfrei zu funktionieren. Wird derselbe Prüfdruck jedoch zunächst von einem niedrigeren Druck aus angefahren und später nach einer höheren Belastung wieder von oben kommend eingestellt, können unterschiedliche Anzeigen auftreten. Genau dieser Unterschied wird bei einer einfachen Prüfung an nur einem Druckpunkt leicht übersehen.
Bei mechanischen und elektromechanischen Druckmessgeräten kann die Anzeige davon beeinflusst werden, aus welcher Richtung ein bestimmter Druckpunkt erreicht wird. Innere Reibung, elastische Eigenschaften des Messgliedes, Zeigermechanik, Dichtungen und weitere konstruktive Einflüsse können dazu führen, dass bei exakt demselben Referenzdruck unterschiedliche Werte angezeigt werden. Dieser Effekt wird als Hysterese bezeichnet.
Zusätzlich ist relevant, was nach vollständiger Druckentlastung geschieht. Kehrt das Reifenfüllmanometer wieder auf seinen ursprünglichen Nullpunkt zurück oder bleibt eine sichtbare Restanzeige bestehen? Eine auffällige Nullpunktrückkehr kann ein Hinweis darauf sein, dass sich die Messmechanik nach der Belastung nicht vollständig reproduzierbar zurückstellt.
Eine aussagekräftige Prüfung eines Reifenfüllmanometers sollte deshalb nicht nur einzelne Druckpunkte betrachten. Dieselben Prüfpunkte sollten kontrolliert in steigender und fallender Richtung angefahren und anschließend die Rückkehr zum Nullpunkt beurteilt werden.
Warum reicht ein einzelner Prüfpunkt nicht aus?
Ein einzelner Vergleich zwischen Prüfling und Referenz liefert zunächst nur eine Aussage über genau diesen einen Betriebszustand. Zeigt ein Reifenfüllmanometer bei einem Referenzdruck von 2,0 bar beispielsweise 2,01 bar, ist damit noch nicht bekannt, wie sich das Gerät bei anderen Drücken oder bei entgegengesetzter Belastungsrichtung verhält.
Ein Messgerät kann an einem Punkt zufällig sehr gut mit der Referenz übereinstimmen und an anderen Stellen größere Abweichungen besitzen. Ebenso kann der aufsteigende Messwert korrekt sein, während der gleiche Druckpunkt bei fallendem Druck anders angezeigt wird.
Eine vollständige Messreihe liefert deshalb wesentlich mehr Informationen über das tatsächliche Verhalten des Prüflings. Sie zeigt nicht nur die Anzeigeabweichung über den relevanten Druckbereich, sondern ermöglicht zusätzlich eine Beurteilung von Hysterese und Nullpunktrückkehr.
Was bedeutet Hysterese bei einem Reifenfüllmanometer?
Hysterese beschreibt den Unterschied zwischen zwei Anzeigen bei demselben tatsächlichen Druck, wenn dieser Druckpunkt aus unterschiedlichen Richtungen erreicht wurde.
Ein Beispiel:
| Prüfzustand | Referenzdruck | Anzeige Prüfling |
|---|---|---|
| Steigende Druckreihe | 2,00 bar |
2,01 bar |
| Fallende Druckreihe | 2,00 bar |
1,96 bar |
Die Referenz zeigt in beiden Fällen denselben Druck. Der Prüfling unterscheidet sich jedoch abhängig von der Belastungsrichtung um:
2,01 bar - 1,96 bar = 0,05 bar
Dieser Unterschied ist die beobachtete Hysterese an diesem Prüfpunkt.
Ob eine solche Abweichung für das konkrete Reifenfüllmessgerät zulässig ist, muss anhand der für das Gerät beziehungsweise die Prüfung geltenden Anforderungen bewertet werden. Der Zahlenwert allein ist noch keine automatische Gut-/Schlecht-Entscheidung.
Warum werden Druckpunkte steigend und fallend angefahren?
Bei einer steigenden Messreihe wird der Druck kontrolliert von einem niedrigen Ausgangswert zu höheren Prüfpunkten erhöht. Nach Erreichen des oberen Prüfbereiches werden dieselben Druckpunkte anschließend in umgekehrter Reihenfolge wieder angefahren.
Ein vereinfachtes Beispiel könnte lauten:
0 → 1 → 2 → 3 → 4 → 3 → 2 → 1 → 0 bar
Die tatsächlich zu verwendenden Prüfpunkte hängen vom Messbereich des Reifenfüllmessgerätes und vom anzuwendenden Prüfverfahren ab.
Durch diese Vorgehensweise stehen für mehrere Druckpunkte jeweils zwei Messwerte zur Verfügung: einer aus der steigenden und einer aus der fallenden Belastungsrichtung. Dadurch wird erkennbar, ob die Kennlinie des Prüflings von der Druckhistorie beeinflusst wird.
Warum ist die Rückkehr zum Nullpunkt wichtig?
Nach Abschluss der fallenden Druckreihe wird der Prüfling vollständig druckentlastet. Ein korrekt arbeitendes Messgerät sollte anschließend wieder einen plausiblen Nullpunkt anzeigen.
Bleibt nach der Belastung beispielsweise eine Anzeige von +0,10 bar bestehen, obwohl Referenz und Prüfkreis tatsächlich drucklos sind, sollte dieser Zustand genauer untersucht werden.
Wichtig ist zunächst, einen echten Restdruck auszuschließen. Ein geschlossenes Ventil oder eingeschlossener Druck in einem Schlauch kann dazu führen, dass der Prüfling noch korrekt einen vorhandenen Druck anzeigt. Erst wenn eindeutig atmosphärische beziehungsweise die vorgesehenen Nullbedingungen hergestellt wurden, kann die Nullpunktrückkehr sinnvoll beurteilt werden.
Ein Nullpunkt, der sich erst nach mehrmaligem Entlasten, Klopfen oder mechanischer Bewegung zurückstellt, kann ebenfalls auf ein nicht ideal reproduzierbares Verhalten des Messsystems hinweisen.
Hysterese und Wiederholbarkeit unterscheiden
Hysterese und Wiederholbarkeit werden häufig miteinander verwechselt. Beide beschreiben jedoch unterschiedliche Eigenschaften.
| Merkmal | Fragestellung | Typische Prüfung |
|---|---|---|
| Hysterese | Ändert sich die Anzeige abhängig davon, ob der Prüfpunkt von unten oder von oben erreicht wird? | Gleichen Druckpunkt steigend und fallend vergleichen |
| Wiederholbarkeit | Wird unter gleichen Bedingungen bei wiederholter Prüfung derselbe Wert erreicht? | Gleichen Prüfablauf mehrfach wiederholen |
| Nullpunktrückkehr | Kehrt das Messgerät nach der Belastung wieder auf seinen Ausgangswert zurück? | Vor und nach der Druckreihe vollständig entlasten |
| Anzeigeabweichung | Wie stark weicht der Prüfling vom Referenzwert ab? | Prüflingsanzeige mit Referenz vergleichen |
Ein Reifenfüllmanometer kann beispielsweise eine gute Wiederholbarkeit besitzen und dennoch eine deutliche Hysterese zeigen: Die steigenden Messwerte wiederholen sich sehr gut, die fallenden Messwerte ebenfalls – beide Kennlinien liegen jedoch systematisch auseinander.
Warum muss der Prüfdruck stabil sein?
Eine Hysteresebewertung ist nur sinnvoll, wenn tatsächlich derselbe Referenzdruck miteinander verglichen wird. Wird bei der steigenden Messreihe bei 2,000 bar abgelesen, während bei der fallenden Messung der Druck gerade von 2,04 auf 1,98 bar wandert, ist der Vergleich nicht aussagekräftig.
Nach jeder Druckänderung sollte deshalb zunächst ein ausreichend stabiler Zustand hergestellt werden. Wie lange die Stabilisierung benötigt, hängt unter anderem von Prüfvolumen, Schläuchen, Temperatur, Prüfling und Druckerzeugung ab.
Bei pneumatischen Prüfungen ist zudem die Temperatur relevant. Wird Luft schnell verdichtet, kann sie sich erwärmen. Während der anschließenden Abkühlung kann der Druck sinken, obwohl das System vollständig dicht ist. Ein langsam fallender Druck muss deshalb nicht automatisch eine Leckage bedeuten.
Eine fein einstellbare Prüfeinrichtung erleichtert es erheblich, den gewünschten Druckpunkt reproduzierbar anzufahren und vor der Ablesung stabil zu halten.
Referenz und Prüfling richtig vergleichen
Bei der Vergleichsprüfung muss sichergestellt sein, dass Referenz und Reifenfüllmessgerät tatsächlich demselben Druck ausgesetzt sind. Zusätzliche Absperrungen, undichte Kupplungen oder nicht vollständig geöffnete Ventile können sonst unterschiedliche Druckzustände erzeugen.
Die Ablesung sollte möglichst erst erfolgen, wenn:
- der gewünschte Referenzdruck erreicht ist,
- der Druck ausreichend stabil ist,
- keine erkennbare Leckage vorliegt,
- Referenz und Prüfling vollständig mit demselben Prüfkreis verbunden sind,
- die Anzeigen ausreichend stabil abgelesen werden können.
Bei einem analogen Reifenfüllmanometer kommen zusätzlich typische Ableseeinflüsse wie Skalenteilung und Parallaxe hinzu. Bei einer digitalen Anzeige muss gegebenenfalls berücksichtigt werden, ob das Gerät intern stark filtert oder seine Anzeige nur in größeren Schritten aktualisiert.
Wie werden sinnvolle Prüfpunkte festgelegt?
Die Prüfpunkte sollten den tatsächlich relevanten Messbereich des Reifenfüllmessgerätes abdecken. Eine Prüfung ausschließlich nahe dem Messbereichsende sagt wenig über das Verhalten im typischen Reifendruckbereich aus.
Gleichzeitig sollte ein festgelegtes Prüfverfahren konsequent eingehalten werden. Dadurch werden wiederkehrende Prüfungen miteinander vergleichbar.
Für jeden Prüfpunkt sollten mindestens dokumentiert werden:
- Referenzdruck,
- Anzeige des Prüflings bei steigender Belastung,
- Anzeige des Prüflings bei fallender Belastung,
- resultierende Anzeigeabweichung,
- gegebenenfalls die Hysterese,
- Nullpunkt vor und nach der Messreihe.
Wenn die Prüfung auf Basis einer Norm, behördlichen Vorgabe oder internen Prüfanweisung erfolgt, sind deren konkret vorgeschriebene Prüfpunkte und Bewertungsregeln maßgeblich.
Praxisbeispiel: gleiche 2 bar, unterschiedliche Anzeige
Ein Reifenfüllmanometer wird mit einer Referenzprüfeinrichtung untersucht. Nach dem Nullpunktcheck wird der Druck zunächst schrittweise erhöht.
Bei 2,000 bar Referenzdruck zeigt der Prüfling in der steigenden Messreihe:
2,02 bar
Anschließend wird der Druck weiter erhöht. Bei der späteren fallenden Messreihe werden erneut exakt 2,000 bar an der Referenz eingestellt. Diesmal zeigt das Reifenfüllmanometer:
1,97 bar
Die Anzeigen unterscheiden sich somit um:
0,05 bar
Nach vollständiger Entlastung bleibt der Zeiger außerdem zunächst geringfügig oberhalb des Nullpunktes stehen.
Ein einzelner Test bei 2 bar während der steigenden Messreihe hätte lediglich eine kleine Anzeigeabweichung gezeigt. Erst die vollständige Messreihe macht sichtbar, dass zusätzlich ein richtungsabhängiges Verhalten und eine auffällige Nullpunktrückkehr vorhanden sind.
Genau deshalb ist die Prüfung in beiden Belastungsrichtungen wesentlich aussagekräftiger als eine einfache Kontrolle an nur einem Druckpunkt.
Was kann eine auffällige Hysterese verursachen?
Eine auffällige Hysterese kann unterschiedliche Ursachen haben und bedeutet nicht automatisch, dass immer dasselbe Bauteil defekt ist.
Bei mechanischen Reifenfüllmanometern können unter anderem folgende Einflüsse relevant sein:
- Reibung innerhalb der Zeigermechanik,
- mechanische Alterung des Druckmessgliedes,
- Spiel in Übertragungselementen,
- Verformung nach vorheriger Überlastung,
- Verschmutzung beziehungsweise mechanische Beschädigung,
- ungünstiges dynamisches Verhalten bei schnellen Druckänderungen.
Bei elektronischen Reifenfüllmessgeräten können zusätzlich Sensor, digitale Filterung, Signalverarbeitung und mechanische Druckübertragung Einfluss auf das beobachtete Verhalten haben.
Bevor der Prüfling beurteilt wird, sollte außerdem sichergestellt werden, dass die Prüfeinrichtung selbst dicht und ausreichend stabil ist.
Was tun, wenn der Nullpunkt nach der Prüfung verschoben ist?
Zeigt ein Reifenfüllmanometer nach vollständiger Druckentlastung nicht mehr denselben Nullpunkt wie vor der Prüfung, sollte nicht sofort eine Justage vorgenommen werden.
Zunächst sind folgende Punkte zu prüfen:
- Ist der Prüfkreis wirklich vollständig drucklos?
- Sind Schlauch und Prüfling sicher entlüftet?
- War der Prüfling während der Messung einer ungewöhnlich hohen Belastung ausgesetzt?
- Ist der Nullpunkt nach einer angemessenen Wartezeit weiterhin verschoben?
- Ist die Abweichung bei einer Wiederholungsmessung reproduzierbar?
Erst anschließend lässt sich beurteilen, ob tatsächlich eine bleibende Nullpunktverschiebung des Prüflings vorliegt.
Eine reine Nullpunktkorrektur kann andernfalls ein tieferliegendes Problem verdecken. Wird ein mechanisch verändertes Messsystem lediglich wieder auf Null gestellt, ist damit nicht automatisch sichergestellt, dass seine Kennlinie und Hysterese weiterhin in Ordnung sind.
Systematischer Prüfablauf
- Prüfling äußerlich kontrollieren: Gehäuse, Schlauch, Kupplung und Anzeige auf erkennbare Schäden prüfen.
- Reifenfüllmessgerät an die Referenzprüfeinrichtung anschließen.
- Prüfkreis auf Dichtheit kontrollieren.
- Prüfling und Referenz vollständig druckentlasten.
- Ausgangsnullpunkt dokumentieren.
- Ersten Prüfpunkt von unten kommend kontrolliert anfahren.
- Druck stabilisieren lassen und Referenz sowie Prüfling ablesen.
- Weitere Prüfpunkte in steigender Reihenfolge anfahren.
- Nach dem oberen Prüfpunkt dieselben Druckstufen in fallender Reihenfolge wiederholen.
- Steigende und fallende Anzeigen für jeden Prüfpunkt miteinander vergleichen.
- Nach Abschluss vollständig entlasten und Nullpunkt erneut dokumentieren.
- Bei auffälligen Ergebnissen Messreihe unter gleichen Bedingungen wiederholen.
- Ergebnisse entsprechend der anzuwendenden Prüfanweisung bewerten und dokumentieren.
Häufige Fehler bei der Prüfung
- Nur einen einzigen Druckpunkt prüfen: Hysterese und Kennlinienabweichungen an anderen Punkten bleiben dadurch unentdeckt.
- Nur steigende Druckwerte aufnehmen: Ein richtungsabhängiges Messverhalten wird dadurch nicht erkannt.
- Druckpunkte zu schnell anfahren: Thermische Effekte und dynamische Druckänderungen können die Ablesung beeinflussen.
- Referenzwert während der Ablesung nicht kontrollieren: Ein wandernder Prüfdruck wird möglicherweise fälschlich dem Prüfling zugeschrieben.
- Hysterese mit Wiederholbarkeit verwechseln: Beide Eigenschaften beschreiben unterschiedliche Messfehler.
- Nullpunkt nur vor der Prüfung kontrollieren: Eine bleibende Verschiebung nach Belastung bleibt dadurch unentdeckt.
- Prüfling nach einem Nullpunktversatz sofort justieren: Zunächst sollte die Ursache untersucht und die gesamte Messfunktion erneut geprüft werden.
- Kleine Skalenteilung mit hoher Genauigkeit gleichsetzen: Auflösung beziehungsweise Ablesbarkeit allein beschreiben nicht die Messgenauigkeit.
- Prüfkreis nicht auf Dichtheit prüfen: Ein Druckverlust kann zu scheinbaren Messabweichungen führen.
- Unterschiedliche Stabilisationszeiten verwenden: Vergleichsmessungen werden dadurch unnötig schwer reproduzierbar.
PRM-25 für die mobile Prüfung von Reifenfüllmessgeräten
Für die praktische Vor-Ort-Prüfung von Reifenfüllmessgeräten wurde die PRM-25 Referenzprüfeinrichtung entwickelt. Der komplette Prüfaufbau befindet sich in einem mobilen Koffer und kann beispielsweise an Tankstellen, in Werkstätten und bei Reifenfachbetrieben eingesetzt werden.
Als Referenz ist ein Präzisions-Digitalmanometer integriert. Der Prüfdruck kann kontrolliert erzeugt und fein eingestellt werden. Dadurch lassen sich definierte Druckpunkte sowohl in steigender als auch in fallender Richtung reproduzierbar anfahren.
Zur Druckerzeugung besitzt der PRM-25 eine integrierte Präzisions-Kalibrierhandpumpe ICP 40.2 für Drücke bis 40 bar. Damit kann die Prüfung auch durchgeführt werden, wenn am Einsatzort keine externe Druckluftversorgung vorhanden ist.
Zusätzlich verfügt die Prüfeinrichtung über einen integrierten Druckluftbehälter, der als Puffer beziehungsweise Druckluftspeicher verwendet werden kann. Über Nadelventil und Volumensteller lässt sich der Prüfdruck sehr fein einstellen.
Ein weiterer praktischer Vorteil ist die Möglichkeit, zwei Reifenfüllmessgeräte gleichzeitig an die Prüfeinrichtung anzuschließen. Dadurch können beispielsweise mehrere Geräte unter denselben Druckbedingungen verglichen werden.
Passende Informationen finden Sie beim PRM-25 Referenzprüfkoffer sowie im Bereich Kalibrierkoffer / Prüfkoffer bei ICS Schneider.
Fazit
Ein Reifenfüllmanometer sollte nicht ausschließlich anhand eines einzigen Druckpunktes beurteilt werden. Eine gute Übereinstimmung mit der Referenz an einem bestimmten Punkt sagt noch nichts darüber aus, ob das Gerät über den gesamten relevanten Druckbereich reproduzierbar arbeitet.
Besonders aussagekräftig ist die Kombination aus steigender und fallender Messreihe. Werden dieselben Referenzdrücke aus beiden Richtungen angefahren, wird sichtbar, ob das Reifenfüllmessgerät eine relevante Hysterese besitzt.
Nach Abschluss der Druckreihe sollte außerdem kontrolliert werden, ob der Prüfling nach vollständiger Entlastung wieder zu seinem ursprünglichen Nullpunkt zurückkehrt. Ein bleibender Offset kann auf eine Veränderung des Messsystems hinweisen und sollte nicht vorschnell durch eine reine Nullpunktjustage verdeckt werden.
Ebenso entscheidend sind stabile Prüfbedingungen. Druckpunkt, Temperatur, Dichtheit und ausreichende Stabilisierung müssen kontrolliert werden, damit eine vermeintliche Hysterese nicht tatsächlich aus einem wandernden Prüfdruck entsteht.
Für eine aussagekräftige Prüfung gilt deshalb: Nullpunkt vor der Belastung dokumentieren, definierte Druckpunkte zunächst steigend und anschließend fallend anfahren, beide Messreihen miteinander vergleichen und nach vollständiger Entlastung erneut die Nullpunktrückkehr kontrollieren.
FAQ: Hysterese und Nullpunkt bei Reifenfüllmanometern
Was bedeutet Hysterese bei einem Reifenfüllmanometer?
Hysterese bedeutet, dass das Messgerät bei demselben tatsächlichen Druck unterschiedliche Werte anzeigt, abhängig davon, ob der Prüfpunkt bei steigendem oder bei fallendem Druck erreicht wurde.
Warum sollte ein Reifenfüllmanometer steigend und fallend geprüft werden?
Nur dadurch lässt sich erkennen, ob die Anzeige von der Belastungsrichtung abhängt. Eine reine Prüfung mit steigenden Druckpunkten kann eine vorhandene Hysterese nicht vollständig sichtbar machen.
Wie berechnet man die Hysterese an einem Prüfpunkt?
Vereinfacht wird die Differenz zwischen der Anzeige bei steigender und fallender Druckbeaufschlagung bei demselben Referenzdruck betrachtet.
Ist Hysterese dasselbe wie Wiederholbarkeit?
Nein. Hysterese vergleicht denselben Druckpunkt aus unterschiedlichen Belastungsrichtungen. Wiederholbarkeit beschreibt dagegen, wie ähnlich die Ergebnisse bei wiederholten Messungen unter gleichen Bedingungen sind.
Warum muss der Druck vor der Ablesung stabilisiert werden?
Nur bei einem ausreichend stabilen Referenzdruck lässt sich feststellen, ob eine Differenz tatsächlich vom Prüfling stammt. Thermische Effekte, Leckagen oder noch laufende Druckänderungen können sonst eine scheinbare Messabweichung erzeugen.
Warum wird der Nullpunkt vor und nach der Messreihe geprüft?
Damit lässt sich feststellen, ob das Reifenfüllmanometer nach der mechanischen Belastung wieder zu seinem ursprünglichen Ausgangszustand zurückkehrt oder eine bleibende Nullpunktverschiebung zeigt.
Was kann einen Nullpunktversatz nach der Druckprüfung verursachen?
Mögliche Ursachen sind ein tatsächlich noch vorhandener Restdruck, mechanische Reibung, Alterung, vorherige Überlastung oder eine bleibende Veränderung des Messsystems. Die Ursache sollte vor einer Justage untersucht werden.
Sollte ein Reifenfüllmanometer bei einem Nullpunktfehler sofort justiert werden?
Nein. Zunächst sollte geprüft werden, ob der Prüfkreis wirklich drucklos ist und ob sich der Fehler reproduzieren lässt. Anschließend sollte auch das Verhalten über den Messbereich erneut kontrolliert werden.
Wie viele Prüfpunkte sollte man verwenden?
Die konkrete Zahl und Lage der Prüfpunkte richtet sich nach Messbereich und anzuwendendem Prüfverfahren. Für eine Hysteresebewertung ist entscheidend, dass mehrere identische Druckpunkte sowohl in steigender als auch in fallender Richtung angefahren werden.
Welches Gerät eignet sich zur Vor-Ort-Prüfung von Reifenfüllmanometern?
Ein konkretes Beispiel ist der PRM-25 von ICS Schneider. Die mobile Referenzprüfeinrichtung kombiniert ein Präzisions-Digitalmanometer mit Druckerzeugung, Feinregelung, Pufferbehälter und Prüflingsanschlüssen in einem transportablen Prüfkoffer.
Kann der PRM-25 auch ohne externe Druckluft verwendet werden?
Ja. Die integrierte Präzisions-Kalibrierhandpumpe ermöglicht die Erzeugung des Prüfdruckes bis 40 bar, sodass eine Prüfung auch ohne vorhandene externe Druckluftversorgung möglich ist.
Können mit dem PRM-25 zwei Reifenfüllmessgeräte gleichzeitig geprüft werden?
Ja. Die Referenzprüfeinrichtung ist so ausgelegt, dass zwei Reifenfüllmessgeräte gleichzeitig an denselben Prüfkreis angeschlossen werden können.