Druckdifferenzmessung

Die Luftdichtheit eines Gebäudes wird mit dem Differenzdruckmessverfahren (auch: Blower-Door-Test) gemessen. Die Druckverhältnisse sind - wie die Temperatur - eine Zustandsgröße. Viele übersetzte Beispielsätze mit "Druckdifferenzmessung" - Englisch-Deutsches Wörterbuch und Suchmaschine für englische Übersetzungen. Die pneumatischen Differenzdruck-Dichtheitsprüfgeräte der Baureihe FCO können undichte Bauteile durch Messung der Druckdifferenz erkennen.

Differenzdruckmessung

Werden ein luftabhängiger Kamin (z.B. Herd im Wohnzimmer) und eine Abluft- oder Lüftungsanlage (z.B. Dunstabzug in der Wohnküche, Abluftwäschetrockner, gesteuerte Wohnungslüftung) gleichzeitig in einem abgeschlossenen Luftsystem betrieben, kann gefährlicher Unterdruck auftreten. Dabei saugt der Lüfter der Abluftanlage die Abgase aus dem Kamin an.

Werden ein luftabhängiger Kamin (z.B. Herd im Wohnzimmer) und eine Abluft- oder Lüftungsanlage (z.B. Dunstabzug in der Wohnküche, Abluftwäschetrockner, gesteuerte Wohnungslüftung) gleichzeitig in einem abgeschlossenen Luftsystem betrieben, kann gefährlicher Unterdruck auftreten. Dank des integrierten, geschwindigkeitsgeregelten Ventilators wird im Haus eine Differenz von 50 pp aufbaut.

Mit einem Druckrechner (Manometer) können kleinste Druckdifferenzen erfasst werden. Der Druckunterschied zwischen Abluft und Raumluft wird an der Meßöffnung im Inneren des Abgasstroms ermittelt.

Zu der Historie

Dieser Beitrag stellt die Anwendungsgebiete und Möglichkeiten im Druck- und Differenzdruckbereich dar. Eine kurze Einführung in die Geschichte solcher Vorrichtungen. Die Funktionsweise und Abmessungen dieser Anlagen werden ebenfalls anhand von Anwendungsbeispielen verschiedener Druckmessumformer erläutert. Einen wichtigen Stellenwert nehmen die Druck- und Differenzdruckmesser in der allgemeinen Versorgungs- technik ein.

Druck- oder Differenzdruckmessung im Maschinenbau verdienen größte Beachtung. Trotzdem kann man oft sagen, dass dieser Raum in einigen Werken vernachlässigt wurde. Doch nicht nur bei solchen Systemen, sondern auch bei Systemen, die mit einem konstanten Eingangsdruck betrieben werden müssen, ist es wichtig, eine höchstmögliche Genauigkeit der Messung zu erreichen.

Auch die Druck- und Differenzdruckmessung hat eine echte technologische Wende erfahren. Abbildung 1: Das wohl berühmteste Manometer. Während es früher in einem U-Rohr aus Glas oder Plastik häufig vorkam, eine Messung mit einer farbigen Lösung durchzuführen, werden heute Apparate eingesetzt, die sich durch hohe Genauigkeit kennzeichnen. Dazu kommen die Servicefreundlichkeit und Umweltfreundlichkeit, die bei der Entwicklung dieser neuen Produkte eine wichtige Rolle einnahmen.

Abbildung 2: Bemaßte Skizze einer Kontaktring-Skala. Abb. 3: Funktionsprinzip der Druckkontrolle in einer Heizanlage. Sie sind als Überwachungsgeräte nach VDI-Richtlinie Nr. 2068 geprüft. Abbildung 3 zeigt ein Beispiel für die Druckkontrolle in Kesseln. Es geht also um den Abgasdruck, der auch für die Kontrolle einer sauberen Heizung von Bedeutung ist.

Natürlich trifft dies auch auf das U-Profil zu. Abb. 4: Funktionsprinzip der Membrandruckmessung. Die oben genannten Einrichtungen sind oft noch in älteren Typen von technischen Versorgungssystemen zu finden. So wurden diese Vorrichtungen nicht nur zur reinen Druckangabe, sondern auch als reines Überwachungsgerät verwendet. Auf der Suche nach einer Messaufgabe wurde ein Messgerät mit einer so genannten Messmembran aufgebaut (Abb. 4 und 5).

Hierbei wirken der Luftdruck oder der Wirkdruck auf eine Membran. Der Bewegungsablauf der Membran wird über ein Rohr von der Druckkammer auf die Istwertanzeige geführt. Ein weiterer Pluspunkt dieser Bauweise ist, dass die Membranbewegung von einem Differenzialtransformator in ein elektronisches Stellsignal umgewandelt werden kann.

Sie können auch mit Sollwertanzeigern ausgestattet werden und können vor allem als Überwachungsgeräte verwendet werden. Die Messmembran kann aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden, so dass die Instrumente für eine Vielzahl von Messmedien verwendet werden können. Abbildung 5 stellt ein solches System dar, das mit einer Minimum- und Maximum-Kontaktanzeige ausgestattet ist. Bei höheren Druckbereichen wird in der Praxis das Piezo-Prinzip oder das Rohrfederprinzip verwendet.

In der Rohrfederbauweise wird das Verfahren nach dem Druckabhängigkeitsprinzip angewendet. Das oben dargestellte Gerätekonzept hat sich im Lauf der Jahre bewiesen (Bild 6). Abhängig von der Systemqualität kann dieses Messgerät vor allem für Überwachungs- und Messaufgaben verwendet werden. Besonders interessant ist dieses System für Systeme, in denen nur ein Display erwünscht ist.

Trotzdem bestand der Wille, ein sehr kleines Instrument mit minimalem Materialeinsatz zu entwerfen. Mit diesem Messgerät können geringste Druck- oder Differenzdruckwerte erfasst werden (Bild 7). Dabei wird der zu erfassende Wirkdruck über zwei Anschlussmuffen mit der jeweiligen Membranseite verbunden. Mit diesem Fühler wird die gesamte Steuerelektronik von der Druckkammer abgetrennt.

Auch die Installation und Bedienung ist einfach. Durch die sehr kompakte Bauform und die kostengünstige Herstellung des Gerätes wird es als Alternativlösung zum eingangs diskutierten U-Rohr-Messprinzip betrachtet. Abb. 7: Differenzdruckwächter mit Fernsteuerung. Eines ist bei den hier vorgestellten Messgeräten noch nicht eindeutig angesprochen worden: Das Problemfeld bei der Druckmessung im Tiefdruckbereich ist der Messbereich.

Hierfür werden z.B. Messgeräte mit einer Messspanne von bis zu 0,1 Millibar benötigt. Designer namhafter Manometerhersteller haben sich dieser Aufgabenstellung angenommen und einen Druckmessumformer entwickelt, der diese Anforderung erfüllt. Abbildung 4 stellt diese Bauweise dar, Abbildung 8 das Original. Abb. 8: Druckmessumformer mit digitaler Anzeige. Dabei wird der zu erfassende Messdruck über die Anschlusshülsen (1) auf die Messmembran (2) aufgebracht.

Das über Spannlager (3) gesteuerte Diaphragma ist über eine Drehdurchführung (4) mit einer in einem magnetischen Feld (5) liegenden Kolbenspule (6) gekoppelt. Eine von einem Positionssensor (7) gesteuerte Steuerung (8) regelt den Strombedarf in der Kolbenspule. Dieser Vorgang dauert so lange an, bis die Stärke der Kolbenspule die von der Membran ausgehende Stärke ausgleicht.

Damit ist der Stromwert in der Kolbenspule ein genaues Mass für den zu erfassenden Druck. Dieses und die oben genannten Messgeräte können auch für Durchflussmessungen verwendet werden. Für diese Aufgabenstellung kann dieses und die anderen Instrumente mit einem Messumformer mit einem quadratisch wurzelextrahierten Signal ausgestattet werden. Die Besonderheit dieses Druckmessumformers ist die Nacheichungsmöglichkeit.

Das als sehr robuster Baustein konzipierte Messgerät wird als Trendsetter in der Druck- und Differenzdruckmesstechnik angesehen. In vielen Fällen haben die Systeme jedoch Designfehler. Aus diesem Grund werden am Ende zwei Auslegungsbeispiele für die Anlagenüberwachung vorgestellt (Bilder 9 und 10). Selbstverständlich gehört dazu auch die Druckkontrolle und ist in ein übergeordnetes Überwachungssystem miteinbezogen.

Hervorzuheben ist hier vor allem, dass die Kontrolle z.B. einer Lüftungs- oder Klimaanlagen mit den hier erfassten Einrichtungen völlig unbedenklich funktionieren kann. Druck- und Differenzdruckmessung wird als eine der wichtigsten Funktionen einer Lüftungs- und Klimatechnik angesehen. Werden die hier erfassten Einrichtungen korrekt verwendet, kann das Versorgungssystem völlig unbedenklich betrieben werden.