Ziel der Entwicklung

Das Ziel des Vorhabens bestand in der Entwicklung einer gefahrlosen, automatisierten Technologie zur pneumatischen Druckfestigkeitsprüfung von CO2-Kälteanlagen mit simultaner bzw. unmittelbar anschließender Dichtheitsprüfung und sachgerechter Rückgewinnung des Prüfgases zum Zweck der Mehrfachverwendung.
In Umsetzung der normativen Vorgaben (Druckgeräterichtlinie DGRL, BGI 619 Merkblatt T039 und AD 2000 Merkblatt HP 30) soll die Druckfestigkeitsprüfung in ansteigenden Druckstufen bis zum 1,1-fachen des maximal zulässigen Betriebsdrucks erfolgen.
Die Dichtheitsprüfung erfolgt zum einen während der Haltezeit der Festigkeitsprüfung als eine (automatisierte) Druckabfallprüfung (Grobdichtheitsprüfung). Zum anderen kann beim auf den max. zulässigen Betriebsdruck verminderten Prüfdruck die manuelle Feindichtheitsprüfung mit elektronischen Lecksuchgeräten durch den Prüfer erfolgen.
Als Prüfgas für das aufgebaute Funktionsmuster wurde Formiergas (95 Prozent Stickstoff, 5 Prozent Wasserstoff) gewählt, da mit dem (gegenüber Helium preiswerten) Prüfgas hohe Prüfdrucke generiert werden können, der darin enthaltene Wasserstoff mit gängiger Detektionstechnologie gut nachweisbar ist und das Prüfgas nicht brennbar/ explosiv ist.
Das Ziel für die Prüfgasrückgewinnung lag bei >90 Prozent.
Um das prinzipielle Gefahrenpotenzial der Gasdruckprüfung während der Festigkeitsprüfung auf ein Mindestmaß zu reduzieren, war die Entwicklung einer automatischen (Fern)-Steuerung notwendig.
Die Steuerung soll auch die Protokollierung der Prüfung umfassen.
Die entwickelte Prüftechnologie sollte anhand eines aufzubauenden Funktionsmuster (Prüflingsvolumen 10 l, Prüfdruck bis 143 bar) validiert werden. Das Verfahren selbst sollte skalierbar auch für größere Prüflingsvolumen (bis 800 l) sein.

Vorteile und Lösungen

Mit dem entwickelten Verfahren können Festigkeitsprüfungen an CO2-Kälteanlagen bzw. Kälteanlagen, die mit sogenannten Hochdruckkältemittel betrieben werden, gefahrlos und unter Einhaltung der Anforderungen nach DGRL (Druckgeräterichtlinie) durchgeführt werden. Die Festigkeitsprüfung wird als pneumatische Prüfung durchgeführt. Das bei einer solchen Prüfung prinzipiell vorhandene Gefahrenpotenzial (im Falle eines strukturellen Bauteilversagens während der Festigkeitsprüfung) 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.
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.

Zielgruppe und Zielmarkt

In der Projektbearbeitung wurde die Kombination einer gefahrlosen Festigkeitsprüfung mit einer zweistufigen Dichtheitsprüfung durchgeführt. Im Ergebnis wurde ein Funktionsmuster erarbeitet, das über eine weitgehende Marktreife verfügt und das auf verschiedene Prüflingsgrößen skalierbar ist. Dies stellt eine gute Basis für eine Vermarktung dar. Bereits während des Projektes konnten zwei Partner gewonnen werden, die die Entwicklung finanziell unterstützten und durch deren fachliche Beratung anwenderbezogene Anforderungen in das Projekt eingeflossen sind. Nach Projektabschluss wurde das Projektergebnis bereits drei namhaften Herstellern von CO2-Anlagen präsentiert, die an der Einführung dieser Technologie interessiert sind. Setzt sich dieser Trend fort, der durch das ILK in Form von Vorträgen, Messeauftritten, Fachpublikationen und Seminaren unterstütz wird, werden die wirtschaftlichen Erfolgsaussichten als sehr positiv eingeschätzt.
Während der Projektbearbeitung wurden wertvolle Erkenntnisse im Umgang mit unter hohem Druck stehenden Gasen gesammelt. Dies betraf u. a. die einschlägigen Regularien und deren Anwendung im praktischen Aufbau des Funktionsmusters. Dieses Wissen kann bei der Bearbeitung von Forschungsthemen mit sogenannten Hochdruckkältemitteln wie CO2 sehr gut angewendet werden.
Generell werden auch alle nachfolgenden Forschungsthemen, bei denen eine komplexe Prüfstands-Steuerung benötigt wird, von den erworbenen Kenntnissen profitieren. Gleiches gilt auch allgemein für Konstruktion und Aufbau von Prüfständen.
In dem bearbeiteten Projekt wurde Formiergas als Prüfgas ausgewählt. Dieses Gas vereint eine Vielzahl von Vorteilen zur Festigkeitsprüfung und zur Dichtheitsprüfung an Kälteanlagen. Für dieses Gas sind allerdings keine preiswerten Prüflecks zur Funktionsprüfung der Leckdetektoren am Markt verfügbar. Um die Verbreitung von Formiergas als Prüfgas im Feld zu verstärken, ist die Entwicklung preiswerter Prüflecks zu forcieren. Das ILK hat bereits verschiedene Prüflecks für fluorierte und brennbare Kältemittel entwickelt und wird, auch aufbauend auf den in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnissen, ein Projekt zur Entwicklung eines Formiergas-Prüflecks beantragen.