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"Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Leckmenge in geschlossenen
Räumen" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Leckmenge in geschlossenen
Räumen, insbesondere in Niederdruckgasanlagen, Leitungsarmaturen und Gasverbrauchsgeräten,
die einem Prüfdruck und anschließend einer Druckabfallmessung unterworfen werden,
sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.
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Es ist bekannt, die Dichtheit von geschlossenen Räumen durch Ermittlung
der innerhalb einer bestimmten Zeitspanne auftretenden Leckgasmenge zu überprüfen.
Nach der Höhe der Leckgasmenge bestimmt sich dann die Gebrauchsfähigkeit der Anlage.
In dem DVGW Arbeitsblatt G 624 sind für die einzelnen Kategorien bei Gas-Innenleitungen
bzw. unter Flur verlegten Grundstücksleitungen Grenzwerte definiert.
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Desgleichen ist in verschiedenen Normen festgelegt, wie groß die Leckmenge
bei Leitungsarmaturen sein darf.
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Im wesentlichen gibt es bisher drei verschiedene Verfahren, mit denen
sich die Leckgasmenge pro Zeiteinheit ermitteln läßt.
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Bei einem ersten Verfahren handelt es sich um die sogenannte Druckabfallmethode.
Bei diesem Verfahren wird die
Leitung zunächst auf einen bestimmten
Prüfdruckwert gebracht und anschließend der Druckabfall innerhalb einer bestimmten
Zeitspanne gemessen. Hieraus läßt sich dann der Leckverlust berechnen, sofern der
Rauminhalt der mit dem Prüfdruck beaufschlagten Leitung bekannt ist. Letzteres wird
jedoch, insbesondere bei unter Putz liegenden Leitungen, selten der Fall sein, so
daß sich dieses Verfahren nur in Ausnahmefällen anwenden läßt.
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Bei einem weiteren, aus der DE-PS 22 45 577 bekannten Prüfverfahren
wird das Prüfgas mittels einer Pumpe in der Weise nachgeführt, daß der Prüfdruck
während des Prüfvorganges konstant bleibt. Die nachgefuhrte Gasmenge wird dabei
über ein Mengenmeßgerät innerhalb einer bestimmten Zeitspanne erfaßt und entspricht
somit der Leckmenge. Für die Anwendung dieses Verfahrens ist es zwar nicht mehr
notwendig, den Rauminhalt der zu überprüfenden Leitung zu kennen, jedoch ist das
erforderliche Prüfgerät relativ aufwendig und deshalb teuer.
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Nach einem dritten Prüfverfahren, das in der DE-AS 24 08 562 beschrieben
ist, wird in die zu prüfende Leitung ein konstanter Gasmengenstrom eingeführt, der
einem der im eingangs erwähnten Arbeitsblatt angegebenen Grenzwert entspricht. Wird
beim Einbringen eines dem oberen Grenzwert entsprechenden Mengenstroms immer noch
ein Absinken des Druckes beobachtet, so ist die Leckmenge größer als der eingebrachte
Luftmengenstrom, die Leitung also unbrauchbar.
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Steigt der Druck an, so ist die Leckmenge kleiner, die Leitung also
zumindest noch bedingt bzw vermindert brauchbar.
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Das Einstellen des Gasmengenstromes geschieht dabei entweder über
Drosseln oder durch einen elektromotorisch bewegten Kolben, wobei verschiedene Grenzwerte
verwirklicht werden können.
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Das für dieses Prüfverfahren verwendete Prüfgerät hat sich zwar gut
bewährt, ist aber ebenso wie das zuvor erwähnte Gerät relativ aufwendig und teuer.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art zu entwickeln, für die die Kenntnis des Volumens des
zu überprüfenden Raumes nicht erforderlich ist und zudem eine vergleichsweise einfache
Ausführung der Vorrichtung erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Prüfdruck,
mit dem der geschlossene Raum beaufschlagt wird, nach Erreichen eines vorbestimmten
Wertes durch zusätzliches Einbringen einer vorbestimmten Prüfgasmenge oder entsprechender
Flüssigkeitsmenge bzw. Verkleinerung des unter Prüfdruck stehenden Raumes erhöht
und dann die Zeitspanne gemessen wird, innerhalb der der Druck wieder auf den anfänglichen
Prüfdruck (Ausgangsdruck) abgefallen ist. Da die Prüfdruckwerte zu Beginn und am
Ende der Zeitmessung gleich sind, entspricht die zusätzliche zugeführte Prüfgasmenge
der Leckmenge, die innerhalb der Zeitspanne von der Druckerhöhung bis zum Abbau
auf den Ausgangsdruck verloren geht. Da die zusätzlich zugeführte Prüfgasmenge konstant
ist, ist die Leckmenge pro Zeiteinheit umso größer, je kürzer sich der Prüfzeitraum
ergibt.
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Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß seine Ergebnisse von
dem Volumen des zu prüfenden Raumes unabhängig sind und daß es nicht an bestimmte
Grenzwerte gebunden und somit vielseitig, beispielsweise auch für die Prüfung von
Leitungsarmaturen und Gasverbrauchsgeräten, eingesetzt werden kann. Zudem kann dieses
Verfahren mittels einer einfach aufgebauten Vorrichtung durchgeführt
werden,
worauf weiter unten noch eingegangen wird.
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In Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Druckerhöhung
gegenüber dem Ausgangsdruck vergleichsweise klein gehalten wird. Auf diese Weise
lassen sich Verfälschungen der Meßergebnisse, die auf der Druckerhöhung und der
hierdurch bedingten Änderung des Leckmengenstromes beruhen, vernachlässigbar klein
halten. Es empfiehlt sich, die Prüfgasmenge in Teilmengen derart einzubringen, daß
jeweils bei Erreichen des Ausgangsdrucks - nach vorhergehender Druckerhöhung - eine
weitere Teilmenge eingepumpt wird0 Auf diese Weise kann eine relativ große Prüfgasmenge
bei kleinen Prüfdruckerhöhungen eingebracht werden, wodurch sehr genaue Meßergebnisse
erzielt werden. Auch kann man den Prüfdruck unter den Sollwert abfallen lassen,
ehe eine weitereTeilmenge eingepumpt wird, so daß der mittlere Prüfdruck etwa dem
Sollwert entspricht.
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Für den praktischen Gebrauch hat es sich als besonders zweckmäßig
erwiesen, daß der Prüfdruck zu Beginn des Verfahrens zunächst ein wenig über den
vorbestimmten Wert heraufgefahren wird und nach Absinken auf den Ausgangsdruck die
vorbestimmte Prüfgasmenge, gegebenenfalls in Teilmengen, eingebracht wird. Die Teilmengen
sind genau definiert, so daß zwecks Zeitersparnis die Messung auch mit Teilmengen
durchgeführt werden kann, sofern diese aussagekräftig ist0 Eine für die Durchführung
des Verfahrens geeignete Vorrichtung ist nach der Erfindung gekennzeichnet durch
eine Gaspumpe zum Erzeugen des Prüfdruckes, ein Druckmeßgerät zum Messen des Druckes
in dem zu prüfenden Raum sowie einen Volumengeber, vorzugsweise zum Einbringen der
vorbestimmten
Prüfgasmenge; unter "Volumengeber" ist hier jedes
die nach der Lehre des Hauptanspruchs vorgeschlagenen Druckänderungen ermöglichende
Gerät zu verstehen. Diese Teile sind relativ einfach in ihrem Aufbau zu gestalten,
wobei von besonderem Vorteil ist, daß in vielen Fällen eine geeignete Gaspumpe mit
Druckmeßgerät bereits vorhanden ist0 Für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist dann zusätzlich nur noch der erwähnte Volumengeber erforderlich, der für das
Einbringen bzw. Verdrängen einer vorbestimmten Prüfgasmenge oder entsprechenden
Flüssigkeitsmenge geeignet ist, sowie eine Vorrichtung, die das genaue Ablesen des
Prüfdruckes ermöglicht.
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Der Volumengeber kann wie folgt gestaltet sein: a) Ein Kolben, der
über einen vorbestimmten Hub eine bestisrlte Gasmenge verdrängt. Die Abdichtung
kann z.B.
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mittels Rollmembrane erfolgen. Der Kolben kann sich im Gehäuse des
Meßgerätes oder in einem gesonderten Gehäuse befinden.
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b) Mittels Pumpe wird eine bestimmte Flüssigkeitsmenge in den unter
Prüfdruck stehenden Raum eingebracht.
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c) Uber eine Flüssigkeitsvorlage läßt man eine bestimmte Flüssigkeitsmenge
in den unter Prüfdruck stehenden Raum einfließen.
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Das Druckmeßgerät kann als einschenkeliges U-Rohr-Manometer mit Anzeigeeinrichtung
für den Prüfdruck ausgebildet sein.
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Diese Anzeigeeinrichtung kann beispielsweise aus einem in dem Maßschenkel
des U-Rohr-Manometers angeordneten Markierungsbolzen bestehen, der zweckmäßigerweise
von oben in den Schenkel hineinragt. Bei einem solchen Markierungsbolzen
läßt
sich relativ genau beobachten, wann er in die Wassersäule des U-Rohr-Manometers
eintaucht bzw. von dieser freikommt, wobei dieser Vorgang das Erreichen des Prüfdruckwertes
bedeutet. Eine besonders genaue Anzeige ergibt sich dabei dann, wenn der Markierungsbolzen
an seinem den Prüfdruckwert anzeigenden Ende spitz, vorzugsweise kegelförmig zuläuft.
Die Ausführung des Markierungsbolzens in durchsichtigem Werkstoff (Plexiglas) macht
es möglich, das Abreißen der Wassersäule von oben zu erkennen.
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Eine linsenförmige Ausbildung der oberen Stirnfläche des Bolzens sowie
eine Färbung der Flüssigkeit erhöht diesen Effekt. Auch kann ein Werkstück vorgesehen
werden, das mit der Flüssigkeit einen elektrischen Kontakt bildet. Das Lösen des
Kontaktes kann angezeigt oder zur Steuerung einer Stoppuhr benutzt werden.
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Anhand der Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele dargestellt
sind, wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Vorrichtung
zur Leckmengenermittlung mit einem mit Kolben und Rollmembran ausgerüsteten Volumengeber;
und Fig? eine zweite Ausführungsform, bei der der Volumengeber eine Verdrängung
über eine Flüssigkeitsvorlage gestattet.
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Figur 1 zeigt anhand eines schematisch gehaltenen Ausführungsbeispiel
eine Vorrichtung zur Ermittlung der Leckmenge in einem geschlossenen Raum, wie beispielsweise
einer Niederdruckgasleitung. Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem
Rohrleitungsprüfer 1 (Luftpumpe mit integriertem U-Rohr) und einem Volumengeber
2.
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Der Rohrleitungsprüfer 1 weist einen Zylinder 3 auf, in dem ein Kolben
4 über eine nach außen geführte Kolbenstange 5 hin- und herbewegt werden kann. Die
Kolbenstange 5 trägt dabei an ihrem herausragenden Ende einen Handgriff 6. Der Kolben
4 ist so ausgebildet, daß bei seiner Aufwärtsbewegung Luft seitlich an ihm vorbei
in den Druckraum 7 einströmen kann, während bei seiner Abwärtsbewegung die Luft
aus dem Druckraum 7 über ein Rückschlagventil 8 in ein einschenkeliges U-Rohr-Manometer
9 gedrückt wird.
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Dieses U-Rohr-Manometer weist ebenfalls einen Druckraum 10 auf, in
dem sich eine Flüssigkeit 11, vorzugsweise Wasser befindet, in die bzw. das ein
nach oben hin offenes Manometerrohr 12 (Meßschenkel) mit seinem unteren Ende eintaucht.
Aufgrund des im Augenblick herrschenden Überdruckes in dem Druckraum 10 ist der
Wasserstand in dem Manometerrohr 12 höher als in dem Druckraum 10 selbst. In das
Monometerrohr 12 ragt von oben ein Markierungsbolzen 13, dessen unterer Teil 14
kegelförmig zugespitzt ist.
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Insbesondere bei Ausführung des Markierungsbolzens aus Plexiglas läßt
sich dessen Eintauchen in die Wassersäule einerseits und dessen Freiwerden von der
Wassersäule andererseits äußerst exakt feststellen, da die für diese Zustände repräsentativen,
unterschiedlichen optischen Brechungsverhältnisse von oben durch den Markierungsbolzen
13 hindurch durch Augenschein wahrzunehmen sind.
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Vom oberen Bereich des Druckraums 10 des U-Rohr-Manometers 9 aus verbindet
ein Schlauch 15 diesen Druckraum 10 mit dem Druckraum 16 des Volumengebers 2. Am
der Mündung des Schlauchs 15 gegenüberliegenden Ende des Druckraums 16 ist ein Anschluß
17 für einen weiteren Schlauch 18 vorgesehen, der dann mit der zu überprüenden Leitung
od.dgl.
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verbunden werden kann.
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Der Volumengeber 2 besteht aus einem oberen Gehäuseteil 19 und einem
unteren Gehäuseteil 20, zwischen deren Verbindungsflansch 21 eine Rollmembran 22
eingespannt ist. Diese Rollmembran 22 ist an ihrer dem Druckraum 16 abgewandten
Seite mit einem Membrankolben 23 verbunden, dessen Kolbenstange 24 in eine Kolbenstangenführung
25 hineinragt. In diese Kolbenstangenführung 25 ragt von oben eine in einem Gewinde
geführte Spindel 26, deren freies Ende mit einem Handrad 27 versehen ist.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gestaltet sich ein Meßvorgang
für die Ermittlung der Leckmenge wie folgt.
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Zunächst wird die Vorrichtung mit dem von dem Volumengeber 2 abgehenden
Schlauch 18 an die zu überprüfende Gasleitung od.dgl. angeschlossen. Dann wird diese
Leitung mit Hilfe der Luftpumpe 1 so stark unter Druck gesetzt, daß die Wassersäule
in dem Manometerrohr 12 den unteren Teil 14 des Markierungsbolzens 13 eintauchen
läßt. Ist dann anschließend kein Druckabfall zu bemerken, so ist die Leitung absolut
dicht, so daß es keiner weiteren Messung bedarf.
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Sofern jedoch ein Druckabfall auftritt, wird zunächst abgewartet,
bis die Wassersäule von der Spitze des Markierungsbolzens abreißt, zu welchem Zeitpunkt
mit der Zeitmessung, z.B. mit einer Stoppuhr, begonnen und der Volumengeber 2 betätigt
wird. Letzteres wird durch Drehen der Spindel 26 um einen bestimmten Drehwinkel
bewirkt, so daß eine entsprechend vorbestimmte Luftmenge in die zu prüfende Leitung
od.dgl. gedrückt wird. Auf diese Weise erhöht sich der Druck, so daß der Markierungsbolzen
13 durch Ansteigen der Wassersäule wieder in diese eintaucht.
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Sobald die Wassersäule aufgrund des Absinkens des Druckes wieder von
der unteren Spitze des Markierungsbolzens 26 abreißt, wird die Stoppuhr angehalten,
so daß die Zeitspanne ermittelt ist, innerhalb der die durch den Volumengeber 2
in die Leitung eingebrachte Prüfgasmenge über die Leckstelle entwichen ist. Je größer
diese Zeitspanne bei gleicher eingebrachter Prüfgasmenge ist, desto geringer ist
die Leckgasmenge pro Zeiteinheit.
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Gemäß Fig. 2 besteht der Volumengeber 2 in abgewandelter Ausführung
aus einem geschlossenen Behälter 28 mit einander gegenüberliegenden Anschlüssen
für die Schläuche 15 und 18.
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In den Behälter ragt ein in seinen Abmessungen mit dem Manometerrohr
12 vergleichbares, vertikales Füllrohr 29. Im Druckraum 16 des Behälters 28 befindet
sich eine Flüssigkeit,vorzugsweise Wasser 31, und zwar bis zu einer Höhe, daß das
untere Ende des Füllrohrs 29 in die Flüssigkeit eintaucht.
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Die übrigen Teile der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung zur Leckmengenermittlung
stimmen mit denen der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung überein; auch die Wirkungsweise
ist entsprechend. Der Druckraum 16 des quasi mit einer Wasservorlage versehenen
Behälters 28 kann nämlich in einfacher Weise durch Zugabe von Flüssigkeit, vorzugsweise
Wasser in das Füllrohr 29 - die Flüssigkeitszugabe ist in Fig. 2 durch das geneigte
Gefäß 32 angedeutet -verkleinert werden, wodurch sich der Druck im Druckraum 16
in dem gewünschten Umfang erhöhen läßt, was beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.
1 durch das Verstellen der Spindel 26 erreicht wird. Der Meßvorgang als solcher
ist identisch mit dem mit einer Vorrichtung nach Fig. 1 durchzuführenden.
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Da bei den erfindungsgemäßen Vorrichtungen die Prüfdruckwerte vor
und nach der Druckerhöhung gleich sind, entspricht die zusätzlich eingebrachte Prüfgasmenge
der Leckgasmenge, die zwischen Druckerhöhung und Druckabbau bis zum Prüfdruckwert
verloren gegangen ist. Durch einfache Umrechnung läßt sich dieser Wert auf eine
übliche Einheit, beispielsweise Liter pro Stunde, bringen.
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