Einsatz eines Manometers für kontrollierte Druckspitzen

Seitdem flüssigkeitsgefüllte Rohrleitungen bestehen, gibt es Druckstöße. Schon der römische Architekt Marcus Vitruvius Pollio beklagte sich im ersten Jahrhundert vor Christus über dieses Phänomen. In den Blei- und Steinrohren der römischen Wasserversorgung konnten sich so heftige Druckstöße aufbauen, dass diese sogar Steinblöcke zerbröselten. Auch bei heutigen Anlagen in Firmen sind die Auswirkungen von Druckstößen fatal: Rohrleitungen können platzen, Halterungen und weitere Anlagenteile beschädigt werden, auch Armaturen, Pumpen und Fundamente leiden darunter. Die unerfreulichen Folgen sind teure Reparaturen, Maschinenstillstände und damit Produktionsausfälle. Dabei gibt es noch schlafende Gefahren, denn Schäden an Rohrleitungen sieht man mitunter nicht sofort. Deshalb werden solche Systeme mit Druckdämpfern und Sensoren ausgestattet. Aber leider reicht das nicht aus. Denn diese Kombination eignet sich nicht dazu, extreme Druckspitzen zu erkennen und zu erfassen.

Die Ursache der Druckstöße ist, dass bei bewegten Flüssigkeiten in Rohrleitungen unter dem Einfluss der Massenträgheit der Druck stark ansteigt. Da Wasser praktisch nicht komprimierbar ist, ist der Druckanstieg hier besonders hoch. Die Wirkung ähnelt der eines festen Gegenstandes, der mit voller Wucht an eine Wand kracht. Dabei gilt: Druckstöße, ob in fluid- oder gasgefüllten Rohrsystemen, sind generell unvermeidlich, da man Ventile nicht unendlich langsam schließen lassen kann. Also bleibt nur, die fatalen Auswirkungen einzudämmen, weshalb man Druckdämpfer in die Leitungssysteme einbaut.

Druckdämpfer reichen dabei alleine nicht aus, um Schäden zu vermeiden. Die Überdruckventile in Druckdämpfern sprechen zwar an, wenn eine gewisse Druckgrenze überschritten wird, aber für Überdruckspitzen, die in Millisekunden auftreten können, sind sie zu langsam. Deshalb ist es sinnvoll, zum Beispiel ein spezielles Manometer wie das LEO 5 von Keller Druckmesstechnik zur Überprüfung des Systems zu integrieren. Dieses Manometer misst den Druckverlauf bis zu 5.000 Mal pro Sekunde und erkennt so sämtliche Druckextrema mit hoher zeitlicher Auflösung. Da die Auswertung den Druckverlauf auf Tage, Stunden, Minuten und Sekunden genau anzeigt, kann auf diese Weise bequem Ursachenforschung betrieben werden. So wurde in einem Fall festgestellt, dass aufgetretene Druckspitzen im Frischwassersystem die Folge eines Feuerwehreinsatzes waren. Das Manometer der neuesten Generation kombiniert präzise Sensorik mit schneller, hochauflösender Signalverarbeitung, Spitzenwerterfassung und einem Speicher mit Zeitstempel. All das befindet sich in einem robusten Edelstahlgehäuse mit Sicherheitsglas. Das große LCD-Display ist durch die 16 Millimeter Ziffernhöhe und Hintergrundbeleuchtung, unabhängig der Lichtverhältnisse, sehr gut ablesbar. Die kapazitiven Touch-Tasten ermöglichen die Navigation der Einstellungen und Messwerte.

In seinem speziellen Druckspitzen-Analysemodus bietet das Manometer eine Abtastfrequenz von fünf Kilohertz und eine Auflösung des Analog/Digital-Wandlers von 16 Bit. Im normalen Messbetrieb mit der exakten Überwachung von Grenzwerten werden die Drücke zweimal pro Sekunde mit einem A/D-Wandler von 20 Bit gemessen und angezeigt. Das kleinste konfigurierbare Speicherintervall beträgt eine Sekunde. Insgesamt bietet der Manometerspeicher Platz für über 50.000 Druckspitzenwerte samt Temperatur und Zeitstempel. Über die USB-Schnittstelle lässt sich das Gerät mit einem Computer verbinden und durch die kostenlos erhältliche Software namens Logger 5 konfigurieren und auslesen. Die aufgezeichneten Daten können grafisch dargestellt, ausgewertet sowie weiterverarbeitet werden. Die Geräteserie umfasst sieben Standard-Messbereiche zwischen drei und 1000 bar. Im Temperaturbereich von 0 bis 50 Grad Celsius liegt das Gesamtfehlerband des Druckes innerhalb von 0,1 % FS. Bei stabilen Temperaturverhältnissen erreicht das Manometer bei spezifischen Ausführungen eine Präzision von ±0,01 % FS, hat also Referenzqualität. Für schlecht erreichbare oder bewegliche Messorte besitzt das Manometer optional eine Bluetooth-Funkschnittstelle. Die Parametrierung und Datenübertragung erfolgt über die USB- oder Bluetooth-Schnittstelle, über die sich bei Bedarf auch eine kundenspezifische Firmware-Variante eingespielen lässt.

LEO 5 besitzt einen hohen Schutzgrad bis zu IP 66, wobei zu bemerken ist, dass in Industrieanlagen typischerweise nur IP 54 verbaut wird. Über die Schnittstelle lassen sich aktuelle Messwerte sowie aufgezeichnete Messdaten – Druck, Druckspitzen, Temperatur, Messzeit – aus dem Speicher auslesen. Mittels USB wird der integrierte Akkumulator aufgeladen, wodurch das Manometer autonom betrieben werden kann. Die Akkuladung hält bei konstantem Betrieb einer Normalmessung circa einen Monat, bei einer Peak-Messung ungefähr zwei Wochen. Wichtig in Zeiten von Industrie 4.0 und IoT ist auch der Remote-Zugriff. Für diese Anwendungen gibt es ein erweitertes Manometer mit integriertem LoRa-Funkmodul, welches einen sicheren, bidirektionalen Service bietet. Dank des modularen Aufbaus der Elektronik und der seriellen Schnittstelle ist das System leicht an Kundenwünsche anpassbar.  Alle Manometer des Herstellers lassen sich mittels Korrektur der Verstärkung und des Nullpunktes mit einer Kalibrationssoftware an jeden Standard anpassen oder nachjustieren. Das Gerät ist zum Beispiel durch spezielle Gewinde, die Wahl bestimmter Temperatur- und Druckbereiche, Anpassungen am Gehäuse oder der Firmware an die Bedürfnisse der Kunden anpassbar und erleichtert so die Integration in die jeweilige Anlage.

Gas- oder flüssigkeitsgefüllte Rohrleitungen spielen eine zentrale Rolle in der Industrie. Ob beim Fördern und Abfüllen von Fluiden, Einsatz von Druckluft und Hydraulik oder bei der Wasserversorgung, keiner ist gefeit vor dynamischen Druckschwankungen, bedingt durch abrupte Änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten im alltäglichen Betrieb. LEO 5 bringt Sicherheit und hilft sparen. Folgende Kosten fallen weg, wenn klassische Systeme die Ursachen von Druckstößen nicht ermitteln können: Kosten für zusätzliche Tests, bei Stillstand, Produktionsausfall oder Reparaturen durch Druckspitzenunfälle. Diese Kosten können, je nach Branche, schnell in den fünf- und sechsstelligen Bereich kommen. Zusätzlich bietet das Manometer die Möglichkeit der zustandsbasierten Instandhaltung. Aus dem Druckverlauf oder den erfassten Druckspitzen ist zu sehen, ob die jeweilige Maschine in absehbarer Zeit beschädigt werden könnte. aru