Verbesserung der Produktsicherheit und Qualität in der Fertigung von kältetechnischen Anlagen, Komponenten und Bauteilen

An die Dichtheit kältetechnischer Erzeugnisse werden hohe Anforderungen gestellt. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen die Komponenten hochwertig geprüft werden. Werden diese Komponenten bei hohen Drucklagen z.B. in R744-Anlagen eingesetzt, sind diese zusätzlich auf Festigkeit zu testen. Diese Prüfungen sind grundsätzlich verschieden. Die Dichtheitsprüfung ist eine zerstörungsfreie Prüfung im Gegensatz zur zerstörenden Festigkeitsprüfung.

Im ILK Dresden wurden zu beiden Prüfverfahren Forschungsarbeiten mit dem Ziel der Verfahrenskombination erfolgreich erarbeitet. Im Ergebnis wurden automatisch arbeitende Prüfstände errichtet. In Abhängigkeit zur jeweiligen Prüfaufgabe werden die Prüfstände aus den Modulen Dichtheitsprüfung, Festigkeitsprüfung, Prüfgasrückgewinnung, MSR und Ergebnisverwaltung aufgebaut.

Die kombinierten Prüfstände ermöglichen z.B. bei CO₂-Kälteanlagen die Festigkeits- und anschließende Dichtheitsprüfung unter Einhaltung aller erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen. Für den Kunden ergeben sich daraus eine erhöhte Prozesssicherheit sowie Einsparungen bei den Prüfgaskosten (durch Prüfgasrückgewinnung) und bei der Durchlaufzeit

Mit dem entwickelten Verfahren können Festigkeitsprüfungen z.B. an CO2-Kälteanlagen bzw. Kälteanlagen, die mit sogenannten Hochdruckkältemittel betrieben werden, gefahrlos und unter Einhaltung der Anforderungen nach Druckgeräterichtlinie durchgeführt werden. Die Festigkeitsprüfung wird als pneumatische Prüfung durchgeführt. Das bei einer solchen Prüfung prinzipiell vorhandene Gefahrenpotenzial wird durch den automatisierten, ferngesteuerten Ablauf drastisch reduziert, da sich durch die Automatisierung nunmehr keine Personen während der Festigkeitsprüfung in der Gefahrenzone (Prüflingsnähe) aufhalten müssen.

Des Weiteren erlaubt der automatisierte Ablauf eine Objektivierung der Festigkeits- und (Grob)-Dichtheits-Prüfung. Die realen Daten (Drücke, Zeiten, Leckageraten) werden protokolliert. Die Durchführung einer parallelen Prüfung mehrerer Prüflinge ist möglich.

Durch die Kombination der Festigkeits- und Dichtheitsprüfung wird Prüfgas und Zeit eingespart.

Die Prüfgasrückgewinnung (erzielt wurden Rückgewinnungsquoten > 93 Prozent) führt zu erheblichen Einsparungen an Prüfgas gegenüber dem reinen Überströmen aus Prüfgasflaschen und reduziert den zeitlichen Aufwand bezüglich des Handlings von hunderten von Prüfgasflaschen auf wenige (Nachfüll)-Flaschen.

Zur Festigkeitsprüfung wird der Prüfling in einem gesicherten Bereich (Berstschutz) an die Prüfgasversorgung durch den Prüfer angeschlossen. Anschließend wird das Prüfgas z.B. Stickstoff vollautomatisch, unter Einhaltung von Haltezeiten, in den Prüfling eingelassen. Nach Erreichen des Festigkeitsprüfdrucks wird ebenfalls eine Haltezeit abgewartet, bis das Prüfgas aus dem Prüfling abgelassen wird. Parallel zur Haltezeit bei Festigkeitsprüfdruck kann eine Druckabfallprüfung als Grobprüfung integriert werden. Unter Verwendung eines detektierbaren Prüfgases z.B. Helium kann während des Ablassens des Prüfgases ein Zwischenschritt zur manuellen Lecksuche durch den Prüfer eingeführt werden. In diesem Fall wird das Prüfgas nur auf einen Teildruck abgelassen. Dieser manuelle Prüfschritt bedarf eines besonderen Sicherheitskonzeptes, in dem die Zugangskontrolle den Zutritt zum Prüfling ermöglicht. Anschließend wird das Prüfgas vollständig abgelassen. Das notwendige Prüfgas wird in einem Druckspeicher vorgehalten. Prüfparameter können erfasst und archiviert werden. Diese Prüfung ist sowohl im Wasserbad als auch in gesicherten Räumen möglich.

Aus wirtschaftlichen Gründen und zur Ressourcenschonung ist bei größeren Prüfgasbedarf, je nach Prüflingsanzahl und –volumen, eine Prüfgasrückgewinnung zu empfehlen. In diesem Modul wird das Prüfgas aus dem Prüfling über ein ggf. mehrstufiges Verdichtersystem komprimiert und in druckfesten Speicherflaschen gelagert. Dabei liegt der Speichdruck über dem Festigkeitsprüfdruck. Der Prüfling wird durch Überströmen des Prüfgases aus dem Speicher befüllt. Aufgrund der hohen Drucklagen wurde ein entsprechendes Sicherheitskonzept erarbeitet.

Der Aufbau des MSR-Moduls gestaltet sich komplex, da verschiedene Prüfschritte einschließlich Prüfgasrückgewinnung integriert werden müssen. Im MSR-Baustein sind folgende Teilfunktionen programmiert:

• Prüflingsmanagement: Das Management umfasst das Erkennen / Zuordnung von Prüflingen per Barcode. Hinterlegte Daten zum Prüfling in einer Datenbank bestimmen die Prüfparameter (Druck, Leckagerate etc.).
• Prüfablauf: Der Prüfablauf erfolgt weitgehend automatisiert und umfass die Auswertung der Sensorik (Druck, Leckagerate etc.) und die Steuerung der Aktoren (Ventile, Pumpen, Verdichter). Für jeden Prüflingstyp sind separate Prüfprogramme hinterlegt.
• Visualisierung: In der Bedienoberfläche des Touch-Screens kann der Prüfer bestimmte Parameter ändern. Auf diesem Screen werden der aktuelle Prüfschritt und durchzuführende Aktionen durch den Prüfer (z.B. An- bzw. Abkoppeln des Prüflings) angezeigt. Getätigte Aktionen werden auf dem Screen manuell bestätigt.
• Zugangskontrolle: Während der Festigkeitsprüfung darf das Prüfareal aus Sicherheitsgründen nicht betreten werden. Die Zugangskontrolle wird durch die MSR gesteuert.
• Ergebnisbewertung: Prüfergebnisse (z.B. Prüfdruck, Prüfdauer, ermittelte Leckageraten etc.) werden dem Prüfer angezeigt.
• Prüfgasbedarf: Das MSR-Modul erkennt ob im Speicher Prüfgas fehlt und füllt automatisch nach. Ist die Nachfüllflasche verbraucht erfolgt eine Meldung auf der Bedienoberfläche.
• Fernüberwachung: Das MSR-Modul kann mit einer Fernüberwachung ausgestattet werden.

Die beschriebenen Module können, abhängig von deren Prüfparametern miteinander kombiniert werden. Es sind verschiedene Verfahren zur Dichtheitsprüfung mit den jeweiligen spezifischen Eigenschaften realisierbar. Diese können mit den Modulen Festigkeitsprüfung, MSR und Ergebnisverwaltung kombiniert werden. Die Prüfgasverfahren sind zusätzlich mit dem Modul Prüfgasrückgewinnung kombinierbar. Allen Prüfverfahren kann eine Grobprüfung (z.B. Druckabfallprüfung, Ultraschallprüfung) vorgeschaltet werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit Prüfungen mit mehreren Prüflingen parallel durchzuführen.