Druckluft-Leckageortung trotz Ultraschall-Störquellen

Produktionslärm im hörbaren Bereich wird von der Ultraschallkamera effektiv herausgefiltert und beeinträchtigt die Leckageortung nicht – auch in lauten Hallen lässt sich daher zuverlässig messen. In vielen Produktionsumgebungen gibt es zudem keinen oder nur geringen störenden Ultraschall; hier gelingt die Leckageortung unmittelbar. In manchen Bereichen treten jedoch stärkere Ultraschall-Störquellen auf. Für diese anspruchsvolleren Situationen gibt es bewährte Möglichkeiten, mit den Störungen besser umzugehen und Leckagen trotzdem sicher zu orten. Dieser Leitfaden zeigt, wie.

Viele Produktionsgeräusche liegen im Hörschallbereich und beeinträchtigen die Ultraschall-Leckageortung nur begrenzt. Auch in Anlagenbereichen mit mittelstarken Ultraschall-Störquellen lassen sich insbesondere mittlere und größere Druckluftleckagen im laufenden Betrieb häufig zuverlässig erkennen – vor allem aus kurzen bis mittleren Messabständen.

Wichtig ist jedoch: Nicht jede sichtbare Ultraschallquelle ist automatisch eine Leckage. In automatisierten Anlagen können auch Pneumatikentlüftungen, Ventile, Maschinenbewegungen, Reibprozesse oder Reflexionen Ultraschallsignale erzeugen. Entscheidend ist dann, ob diese Störquellen im gleichen Frequenzfenster liegen wie das gesuchte Leckagesignal. Eine Ultraschallkamera lokalisiert Schallquellen innerhalb eines definierten Frequenzbereichs und macht verdächtige Hotspots sichtbar. Die Bewertung erfolgt anschließend im Kontext der Anlage – zum Beispiel anhand druckführender Bauteile, Taktung, Blickwinkel, Frequenzspektrum, Messabstand und Stabilität der Anzeige.

Bei Druckluft bieten besonders mittlere und große Leckagen in der Regel das höchste Einsparpotenzial. Gleichzeitig stellen sie starke Ultraschallquellen dar und sollten meist zuerst repariert werden. Bei technischen Gasen und Vakuumanwendungen können dagegen auch kleinere Leckagen eine hohe Relevanz haben, etwa aus Qualitäts-, Prozess- oder Sicherheitsgründen. Sollen sehr kleine Leckagen in akustisch anspruchsvollen Bereichen gefunden werden, spielen physikalische Faktoren wie Schalldämpfung, Reflexionen und das Signal-Rausch-Verhältnis am Messort eine größere Rolle.

Um das volle Potenzial der Ultraschallkamera-Technologie auszuschöpfen, empfehlen sich eine angepasste Messstrategie, die richtige Geräteauswahl und eine sichere Interpretation der Messergebnisse. Gerne beraten wir Sie, welches Lecksuchgerät in Ihrer Produktionsumgebung am besten geeignet ist, und unterstützen Sie mit Online- oder Vor-Ort-Schulungen bei der optimalen Anwendung.

Praxisbeispiel aus einer automatisierten Anlage: Mehrere Hotspots können durch Prozessbewegungen, Pneumatik oder Reflexionen entstehen. Relevante Leckagen müssen druckführenden Bauteilen zugeordnet werden.

Je besser das Signal-Rausch-Verhältnis ist im entsprechenden Frequenzfenster, desto besser und weiter Leckagen können detektiert werden. In einer ruhigen Ultraschallumgebung lassen sich daher physikalisch deutlich kleinere Leckagen finden als in Bereichen mit starken Störquellen.

Hotspot an der druckführenden Komponente verifizieren
Ein Hotspot sollte zunächst an der Anlage plausibilisiert werden. Eine echte Leckage entsteht an einer druckführenden Stelle, beispielsweise an einer Verschraubung, Kupplung, Leitung, Armatur, Dichtung oder einem Ventil. Wird ein Hotspot dagegen auf einer Wand, einem Blech, einer Schutzscheibe oder dem Boden angezeigt, kann es sich um eine Reflexion handeln.

Physikalischer Hintergrund: Ultraschall wird an schallharten Oberflächen stark reflektiert. Die Kamera kann dann scheinbar eine Quelle an der reflektierenden Fläche anzeigen, obwohl die reale Schallquelle an anderer Stelle liegt.

Maßnahme: Den Blickwinkel ändern und erneut messen. Eine echte Leckage bleibt am Bauteil stabil sichtbar. Eine Reflexion wandert, verändert ihre Position oder verschwindet.

Messabstand verringern
Wenn das Leckagesignal gegenüber dem Hintergrund-Ultraschall zu schwach ist, sollte der Abstand zur vermuteten Quelle verringert werden, beispielsweise auf etwa 1 m oder im Nahbereich noch weiter.

Physikalischer Hintergrund: Der Schalldruck einer Quelle nimmt mit zunehmendem Abstand ab. Verringert sich der Abstand zur Leckage, steigt der am Mikrofonarray gemessene Schalldruckpegel. Gleichzeitig verlieren weiter entfernte Störquellen relativ an Bedeutung. Dadurch verbessert sich das Signal-Rausch-Verhältnis.

Maßnahme: Näher an die druckführende Komponente herangehen und den Bereich erneut scannen. Besonders bei schwachen Lckagen ist dies oft entscheidend.

Frequenzspektrum prüfen und Frequenzfenster verschieben
Die FFT-Anzeige hilft, dominante Störfrequenzen in der Messumgebung zu erkennen. Wenn starke Ultraschallanteile im aktuell gewählten Frequenzfenster liegen, kann die Anzeige unruhig werden oder ein Leckagesignal überdecken.

Physikalischer Hintergrund: Leckagen erzeugen in der Regel breitbandigen Ultraschall. Störquellen können dagegen bestimmte Frequenzbereiche dominieren. Wird das aktive Frequenzfenster so verschoben, dass starke Störanteile außerhalb des Fensters liegen, verbessert sich die Trennung zwischen Leckage und Störung.

Maßnahme: Das Frequenzfenster in einen störungsärmeren Bereich verschieben. In der Praxis ist es häufig sinnvoll, höhere Frequenzbereiche zu testen. Dabei ist zu beachten, dass höhere Ultraschallfrequenzen stärker durch die Luft gedämpft werden. Für größere Entfernungen können deshalb niedrigere oder mittlere Frequenzbereiche vorteilhaft sein.

Empfindlichkeit, Threshold und Dynamik anpassen
Bei der UltraCam LD 500/510 kann der Anwender die akustische Empfindlichkeit und den Threshold an die Umgebung anpassen. Der Threshold legt fest, ab welchem Schalldruckpegel ein akustisches Ereignis als sichtbarer Hotspot angezeigt wird. Wird der Threshold erhöht oder die Empfindlichkeit reduziert, werden schwache Hintergrundsignale ausgeblendet. Das Ultraschallbild wirkt ruhiger und ist leichter interpretierbar. Die LeakCam 600 unterstützt den Anwender zusätzlich über eine automatische Anpassung der Ultraschallbild-Dynamik. Im Auto-Modus analysiert das System die Pegelverteilung im Ultraschallbild und passt die Darstellung so an, dass ein möglichst klares Bild entsteht. Im manuellen Modus kann der Anwender den Threshold selbst an die örtlichen Bedingungen anpassen.

Physikalischer Hintergrund: Eine Reduzierung der Empfindlichkeit oder ein höherer Threshold verbessert nicht das reale Leckagesignal, sondern blendet schwächere Signale aus. Dadurch wird die Anzeige stabiler, aber sehr kleine oder weit entfernte Leckagen können unter Umständen nicht mehr sichtbar sein.

Maßnahme: Bei starken Störungen Threshold erhöhen oder Empfindlichkeit reduzieren. Wenn Mikroleckagen gesucht werden, die Umgebung beruhigen, näher an die Quelle gehen, ein sauberes Frequenzfenster wählen und die Empfindlichkeit wieder entsprechend erhöhen.

Dominante Schallquellen zuerst beseitigen
Starke Leckagen, offene Abblasungen, Ultraschallbäder, Lüfter, Gebläse oder andere dominante Quellen können schwächere Leckagen überdecken.

Physikalischer Hintergrund: Bei mehreren Ultraschallquellen im Messbereich dominiert die stärkste Quelle die Darstellung. Kleinere Leckagen können dadurch im Ultraschallbild verschwinden oder nicht sicher bewertet werden.

Maßnahme: Dominante Quellen zuerst markieren, dokumentieren, beheben oder temporär abschalten. Danach den Bereich erneut scannen. Häufig werden schwächere Leckagen erst nach dem Entfernen der stärksten Quellen sichtbar.

Prozesszustand beobachten
In automatisierten Anlagen treten viele Ultraschallquellen nur zeitweise auf. Beispiele sind pneumatische Taktungen, Ventile, Zylinder, Schraubprozesse, Pressen, Schleifen, Bohren, Fräsen oder getaktete Abblasungen.

Physikalischer Hintergrund: Eine echte Leckage erzeugt meist ein relativ stabiles, reproduzierbares Ultraschallsignal, solange Druck anliegt. Prozessbedingte Quellen treten dagegen häufig synchron zu Bewegungen, Taktungen oder Bearbeitungsschritten auf.

Maßnahme: Prüfen, ob der Hotspot dauerhaft sichtbar ist oder nur während eines bestimmten Prozessschritts auftritt. Bei Bedarf die Messung während einer Stillstandsphase oder produktionsfreien Zeit wiederholen.

Systemdruck temporär erhöhen
Wenn prozessseitig zulässig, kann der Systemdruck temporär auf den maximal zulässigen Betriebsdruck erhöht werden.

Physikalischer Hintergrund: Mit steigendem Differenzdruck steigt bei einer Leckage in der Regel der austretende Volumenstrom. Dadurch nimmt der erzeugte Ultraschallpegel zu und die Leckage wird leichter detektierbar.

Maßnahme: Druck nur innerhalb der zulässigen Betriebsgrenzen erhöhen und anschließend erneut messen. Diese Maßnahme ist besonders hilfreich bei kleinen oder grenzwertig detektierbaren Leckagen.

Messung in ruhigen Prozessphasen durchführen
Wenn trotz optimierter Einstellungen und reduziertem Messabstand keine sichere Ortung möglich ist, sollte die Messung in einer ruhigeren Phase wiederholt werden.

Physikalischer Hintergrund: Die kleinste detektierbare Leckage wird wesentlich durch das Signal-Rausch-Verhältnis begrenzt. Je geringer der Hintergrund-Ultraschall ist, desto schwächere Leckagesignale können erkannt werden.

Maßnahme: Mikroleckagen möglichst während produktionsfreier Zeiten, Stillstandsphasen oder bei abgeschalteten Störquellen suchen.

Eine zuverlässige Leckageortung entsteht nicht allein durch maximale Geräteeempfindlichkeit, sondern durch eine möglichst gute Trennung zwischen Leckagesignal und Störschall. Die wichtigsten Stellgrößen sind Messabstand, Blickwinkel, Frequenzfenster, Threshold, Empfindlichkeit, Prozesszustand und die Reduzierung dominanter Ultraschallquellen.
Ein ruhiges Ultraschallbild ist hilfreich, darf aber nicht mit einer höheren physikalischen Detektionsleistung verwechselt werden. Wird die Empfindlichkeit reduziert oder der Threshold erhöht, können kleine Leckagen ausgeblendet werden. 
Für Mikroleckagen gilt daher: möglichst nahe messen, Störquellen reduzieren, ein sauberes Frequenzfenster wählen und die Messung in einer möglichst ruhigen Umgebung durchführen.