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Prüfstandsbau zur Festigkeitsprüfung und Dichtheitsprüfung

Dipl.-Ing. (FH) René Seidel

+49-351-4081-759

Planung, Entwicklung und Aufbau

Festigkeitsprüfung und Dichtheitsprüfung in einem Prüfablauf

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.

Modul Dichtheitsprüfung

Die Basis für die Dichtheitsprüfung stellt die klassische Wasserbadprüfung dar, die um die Funktion der Hüllenprüfung erweitert wurde. In diesem Prüfschritt wird der Prüfling mit einem detektierbaren Prüfgas (z.B. Helium) befüllt. Ausströmendes Prüfgas strömt in eine Hülle über der Wasseroberfläche (vgl. Abbildung 1). Dieser Raum (Hülle) wird mit einem Gasdetektor überwacht. Wird eine Prüfgaskonzentration in der Hülle nach einer Akkumulationszeit durch den Detektor erkannt erfolgt eine Signalisierung für den Prüfer, der das Leck visuell lokalisiert.

Neben diesem Prüfverfahren sind auch reine Akkumulationstestverfahren und Schnüffelprüf-verfahren anwendbar.

Weiterführender Link: https://www.ilkdresden.de/projekt/pruefbad-haube/

Modul Festigkeitsprüfung

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.

Modul Prüfgasrückgewinnung

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.

Modul MSR

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.

Modul Ergebnisverwaltung

Jeder Prüfling wird per Barcode erfasst. Zu jedem Prüfling ist in einer Datenbank ein Prüfprogramm mit spezifischen Parametern hinterlegt. Die während der Prüfung erfassten Daten (z.B. Prüfdruck, Prüfdauer, ermittelte Leckageraten etc.) einschließlich ausgewerteter Ergebnisse (z.B. Dichtheitsprüfung IO / NIO) werden in einer Datenbank, dem Prüfling zugeordnet, gespeichert.

Kombination der Module

Die beschriebenen Module können, abhängig von deren Prüfparametern miteinander kombiniert werden. In Tabelle 1 sind verschiedene Verfahren zur Dichtheitsprüfung mit den jeweiligen spezifischen Eigenschaften dargestellt. 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.

Prüfstandsbau

Das ILK Dresden plant und errichtet Prüfstände zur Dichtheitsprüfung. Diese sind auf die Erfordernisse des Anwenders abgestimmt, um qualitativ gute und wirtschaftlich sinnvolle Prüfergebnisse zu generieren. Die Prüfstände werden konform zur Richtlinie 2014/68/EU, in Kooperation mit dem TÜV, gebaut. Durch den modularen Aufbau der Prüfstände sind mehrere Prüfaufgaben wie Dichtheitsprüfung und Festigkeitsprüfung kombinierbar. Aber auch die Anwendung einzelner Module zu separaten Prüfständen ist möglich.


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