Hydrostatische Druckprüfung von Pumpen
Hydrostatische Druckprüfung von Pumpen in der automatisierten Serienfertigung
Bis zu 2.000 kg schwere Pumpen, Füllvolumina von 5 bis 120 Litern und Flanschgrößen von NW 32 bis NW 200 – dennoch soll die Druckprüfung innerhalb des Produktionstakts zuverlässig, reproduzierbar und vollständig dokumentiert ablaufen.
Für einen europäischen Pumpenhersteller hat Poppe + Potthoff mehrere Prüfsysteme für genau diese Aufgabe realisiert. Die Anlagen übernehmen die hydrostatische Druckprüfung vollständig montierter Pumpen als 100-%-End-of-Line-Prüfung und sind direkt in den Material- und Datenfluss der Produktion eingebunden.
Dabei ist der maximale Prüfdruck von 40 bar nur ein Teil der Aufgabenstellung. Technisch anspruchsvoller ist die Kombination aus großer Variantenvielfalt, hohen Bauteilgewichten, kurzen Zykluszeiten, sicherem Medienhandling, automatischer Prüfdatenerfassung sowie der Kommunikation mit dem Manufacturing Execution System (MES).
Das Ergebnis ist kein isolierter Druckprüfstand, sondern ein Prüfprozess, der Teil der Smart Factory ist.
Was wird bei der hydrostatischen Druckprüfung von Pumpen geprüft?
Drucktragende Bereiche einer Pumpe müssen den vorgesehenen Belastungen im späteren Betrieb sicher standhalten. Eine hydrostatische Druckhalte- beziehungsweise Festigkeitsprüfung überprüft, ob die fertig montierte Pumpe einen definierten Prüfdruck über die vorgegebene Zeit aufnehmen kann.
Dazu wird der Prüfling vollständig mit Wasser befüllt und sorgfältig entlüftet. Anschließend erhöht die Anlage den Druck kontrolliert entlang einer definierten Rampe bis zum vorgegebenen Prüfdruck. Während der Haltezeit werden Druck und Prozessverlauf kontinuierlich überwacht und dokumentiert.
Weicht der Druckaufbau unzulässig vom vorgegebenen Verlauf ab, bricht die Steuerung den Vorgang ab und entlastet den Prüfling kontrolliert. Auch ein unzulässiger Druckverlust während der Haltephase kann erkannt und zur Bewertung des Prüflings herangezogen werden.
Die Prüfung liefert damit einen reproduzierbaren Nachweis der Druckfestigkeit und kann größere Undichtigkeiten beziehungsweise auffällige Druckverluste erkennen. Eine separate hochauflösende Leckratenmessung ersetzt sie nicht, wenn eine solche für das jeweilige Produkt gefordert ist.
Ein Prüfsystem für unterschiedliche Pumpenbauarten
Die Prüfanlagen wurden für vollständig montierte Trockenläuferpumpen entwickelt. Zum Produktspektrum gehören Inline-, Doppel- und Blockpumpen mit deutlich unterschiedlichen Abmessungen, Anschlussgeometrien und Innenvolumina.
Die Beispielanlage deckt Prüflinge mit Füllvolumina von etwa 5 bis 120 Litern, Flanschgrößen von NW 32 bis NW 200 sowie Längen zwischen rund 400 und 1.200 mm ab. Das maximale Bauteilgewicht beträgt 2.000 kg.
Es geht also nicht darum, einen einzelnen Pumpentyp unter gleichbleibenden Bedingungen zu prüfen. Die Anlage muss unterschiedliche Produkte in derselben Fertigungsumgebung sicher aufnehmen, eindeutig identifizieren und anhand der jeweils passenden Parameter prüfen.
Prüfdruck, Druckrampe, Haltezeit und weitere Prozessparameter werden dem jeweiligen Produkt bzw. Produktionsauftrag zugeordnet. So lassen sich zahlreiche Varianten auf einer gemeinsamen Prüfplattform abbilden, ohne die Rückverfolgbarkeit des einzelnen Prüflings zu verlieren.
Hydrostatische Druckprüfung bis 40 bar in maximal fünf Minuten
Das Prüfmedium ist Wasser. Der Prüfdruck kann innerhalb des vorgesehenen Arbeitsbereichs produktabhängig vorgegeben werden und beträgt maximal 40 bar. Die Druckhaltezeit beträgt mindestens eine Minute.
Der komplette Prüfzyklus, einschließlich der erforderlichen Prozessschritte, ist auf eine Dauer von höchstens fünf Minuten ausgelegt.
Für eine solche Serienprüfung reicht es nicht aus, lediglich den Enddruck zu erreichen. Entscheidend ist ein kontrollierter und reproduzierbarer Druckverlauf. Deshalb wird der Druck entlang einer definierten Rampe aufgebaut und während der Prüfung kontinuierlich erfasst.
Druckkurve und relevante Messwerte stehen anschließend für die Bewertung und Dokumentation zur Verfügung. Bei Abweichungen kann die Steuerung reagieren, bevor der normale Prüfablauf fortgesetzt wird.
Gerade bei einer 100-%-Prüfung ist diese Reproduzierbarkeit entscheidend: Die Bewertung soll nicht vom Bediener oder von einer manuellen Interpretation des Druckverlaufs abhängen, sondern anhand vorgegebener Prüfparameter erfolgen.
Beispiel-Druckkurve einer hydrostatischen Druckprüfung
Die folgende Druckkurve zeigt beispielhaft die hydrostatische Druckhalteprüfung einer vollständig montierten Pumpe mit einem Füllvolumen von 80 Litern. Der Prüfdruck wird kontrolliert bis 38 bar aufgebaut, anschließend für mindestens 60 Sekunden gehalten und danach kontrolliert abgebaut.
- Beispiel-Füllvolumen
- 80 l
- Prüfmedium
- Wasser
- Prüfdruck
- 38 bar
- Druckhaltezeit
- ≥ 60 s
Hinweis: Die Grafik zeigt einen beispielhaften Druckverlauf innerhalb des Prüfprozesses. Die beschriebene Anlage ist für einen maximalen Prüfdruck von 38 bar und einen vollständigen Prüfzyklus von höchstens fünf Minuten ausgelegt. Druckrampe, Haltezeit und weitere Prüfparameter können produktabhängig definiert werden.
So ist die Druckprüfung in den Produktionsablauf eingebunden
Der Prüfplatz ist unmittelbar an den Material- und Informationsfluss der Fertigung gekoppelt. Der Ablauf verbindet automatisierten Transport mit einer bedienergeführten Adaption und einem anschließend automatischen Prüfprozess:
- Anlieferung des Prüflings: Ein fahrerloses Transportsystem (AGV/FTS) bringt die fertig montierte Pumpe aus der Produktion zum Prüfbereich.
- Identifikation: Über Auftrags- oder Bauteildaten wird die Pumpe eindeutig erkannt und dem vorgesehenen Prüfprogramm zugeordnet.
- Einsetzen und Adaptieren: Der Bediener übernimmt die Pumpe am Prüfplatz, positioniert sie im Prüfstand und stellt die erforderlichen Anschlüsse her.
- Befüllen und Entlüften: Die Pumpe wird mit Wasser gefüllt und prozesssicher entlüftet.
- Sicherheitsfreigabe: Die Prüfkammer wird geschlossen und verriegelt. Erst wenn alle sicherheitsrelevanten Bedingungen erfüllt sind, gibt die Steuerung den Druckaufbau frei.
- Automatische Prüfung: Der Prüfdruck wird entlang der definierten Rampe aufgebaut, gehalten und überwacht. Messwerte und Druckverlauf werden aufgezeichnet.
- Entlasten und Rückmelden: Nach der Haltephase wird der Druck kontrolliert abgebaut. Das Prüfmedium wird aus der Pumpe entfernt, gefiltert und in den Vorratstank zurückgeführt. Das Prüfergebnis wird gespeichert und an das Produktionssystem übergeben.
Anschließend kann der geprüfte Prüfling wieder in den automatisierten Materialfluss der Fertigung eingeschleust werden.
Der Prüfstand wird dadurch nicht zum logistischen Sonderprozess neben der Montagelinie. Die Druckprüfung ist ein regulärer Produktionsschritt.
MES-Anbindung verbindet Prüfstand und Produktion
Für eine moderne End-of-Line-Prüfung ist die Messtechnik nur eine Seite der Aufgabe. Ebenso wichtig ist die eindeutige Zuordnung der Daten zum tatsächlich geprüften Produkt.
Die Prüfanlage kommuniziert deshalb mit dem übergeordneten Manufacturing Execution System (MES). Über die Werkstück- beziehungsweise Auftragsidentifikation kann das System erkennen, welche Pumpe sich im Prüfstand befindet und welches Prüfprogramm ausgeführt werden soll.
Nach dem Test werden das Ergebnis und die relevanten Prozessdaten zurückgemeldet. Dazu können unter anderem Druckmesswerte, Qualitätsinformationen, Prüfstatus sowie die PASS/FAIL-Bewertung gehören. Auch Fehler, Alarme oder aktuelle Anlagenzustände lassen sich in den übergeordneten Produktionsprozess einbinden.
Die Kommunikation erfolgt über Ethernet/TCP-IP. Die zugrunde liegende Anlagenspezifikation berücksichtigt je nach IT-Umgebung unterschiedliche Kommunikationswege, darunter Webservices, XML über TCP-Socket, OPC sowie Datenbankschnittstellen.
So entsteht für jeden Prüfling ein nachvollziehbarer digitaler Datensatz. Die hydrostatische Druckprüfung wird Teil der produktbezogenen Qualitätshistorie – ein wichtiger Baustein für Traceability in der Serienfertigung.
Sichere Druckprüfung bei Prüflingen bis 2.000 kg
Große Pumpen stellen nicht nur Anforderungen an die Druckerzeugung. Handling, Zugänglichkeit und Bedienerschutz müssen ebenfalls zum Prüfprozess passen.
Bei der realisierten Anlage können Bauteile mit einer Länge von bis zu etwa 1.200 mm und einem Gewicht von bis zu 2.000 kg geprüft werden. Das Anlagenkonzept berücksichtigt deshalb sowohl die sichere Aufnahme der unterschiedlichen Pumpen als auch die ergonomische Adaption durch den Bediener.
Die eigentliche Druckprüfung findet innerhalb einer Sicherheitsumhausung statt. Solange die Prüfkammer nicht ordnungsgemäß geschlossen und verriegelt ist, wird kein Druckaufbau freigegeben.
Während der Druckhaltephase bleibt der Zugang zum Prüfling gesichert. Erst nach Abschluss des Tests und vollständiger Druckentlastung kann der Bediener wieder auf den Prüfbereich zugreifen.
Diese Verriegelungslogik verbindet die Anforderungen an einen schnellen Serienprozess mit dem notwendigen Schutz bei der Prüfung großer druckbeaufschlagter Baugruppen.
100-%-End-of-Line-Prüfung trotz hoher Variantenvielfalt
In einer variantenreichen Produktion muss Prüftechnik zwei scheinbar gegensätzliche Anforderungen erfüllen: Sie soll flexibel auf unterschiedliche Produkte reagieren und gleichzeitig jeden einzelnen Prüfzyklus unter definierten Bedingungen wiederholen.
Das Anlagenkonzept von Poppe + Potthoff ist deshalb nicht auf eine feste Pumpengeometrie oder einen einzigen Prüfparameter ausgelegt. Unterschiedliche Bauformen, Flanschgrößen, Innenvolumina und Prüfanforderungen lassen sich in einer gemeinsamen Prüflösung berücksichtigen.
Die Produktidentifikation verbindet den jeweiligen Prüfling mit seinem Prüfprogramm sowie den Produktionsdaten. Auf diese Weise lässt sich eine reproduzierbare 100-%-Prüfung auch dann realisieren, wenn auf derselben Linie zahlreiche Varianten gefertigt werden.
Das ist besonders für Hersteller interessant, deren Produktionskonzept von der Losgröße 1 bis zur klassischen Serienfertigung reicht.
Prüfmedium im Kreislauf statt als Einwegmedium
Auch das Medienhandling ist in den automatisierten Ablauf integriert.
Nach Abschluss der Druckprüfung wird das Wasser aus dem Prüfling kontrolliert entfernt. Anschließend wird es gefiltert und in den Vorratstank der Anlage zurückgeführt.
Befüllen, Entlüften, Druckaufbau, Entlastung und Rückführung des Mediums bilden damit einen abgestimmten Prozess. Das reduziert manuelle Arbeitsschritte und schafft definierte Bedingungen für den nächsten Prüfzyklus.
Gerade bei Pumpen mit stark unterschiedlichen Innenvolumina ist die Beherrschung des Medienkreislaufs ein wichtiger Teil der Zykluszeit.
Technische Daten der Beispielanlage
| Merkmal | Ausführung |
|---|---|
| Prüfverfahren | Hydrostatische Druckhalte-/Festigkeitsprüfung |
| Prüfmedium | Wasser |
| Maximaler Prüfdruck | 40 bar |
| Druckhaltezeit | ≥ 1 min |
| Kompletter Prüfzyklus | ≤ 5 min |
| Prüflinge | Inline-, Doppel- und Blockpumpen |
| Füllvolumen | ca. 5–120 l |
| Flanschgrößen | NW 32–NW 200 |
| Prüflingslänge | ca. 400–1.200 mm |
| Max. Prüflingsgewicht | 2.000 kg |
| Druckregelung | Kontrollierter Druckaufbau mit definierter Rampe |
| Bewertung | PASS/FAIL, Überwachung unzulässiger Druckabweichungen |
| Materialfluss | Integration in automatisierte Produktion mit AGV/FTS-Anlieferung |
| Datenerfassung | Automatische Aufzeichnung von Prüf- und Prozessdaten |
| Produktionsintegration | MES-Anbindung |
| Kommunikation | Ethernet/TCP-IP, OPC und kundenspezifische Schnittstellen |
| Einsatzbereich | 100-%-End-of-Line-Prüfung in der Serienfertigung |
Der Prüfdruck allein sagt wenig über die Komplexität der Anlage aus
40 bar sind für industrielle Druckprüftechnik kein außergewöhnlich hoher Druck. Genau deshalb wäre es falsch, die technische Leistung dieser Anwendung anhand des Maximaldrucks zu erklären.
Die eigentliche Herausforderung liegt woanders: Pumpen mit stark unterschiedlichen Abmessungen und Innenvolumina müssen innerhalb kurzer Zykluszeiten sicher gehandhabt, adaptiert, befüllt, entlüftet, geprüft und eindeutig dokumentiert werden. Gleichzeitig muss die Anlage mit dem Materialfluss und der Produktions-IT kommunizieren.
Erst das Zusammenspiel aus Druckerzeugung, Medienhandling, Prüflingsadaption, Sicherheitstechnik, Prozesssteuerung, Messdatenerfassung und MES-Kommunikation macht einen Druckprüfstand zu einer produktionsfähigen End-of-Line-Lösung.
Poppe + Potthoff entwickelt solche Prüfsysteme entsprechend der jeweiligen Fertigungsumgebung. Je nach Automatisierungsgrad reicht das Konzept von der manuell beladenen Prüfstation bis zur automatisierten Prüfzelle mit Roboter- oder AGV/FTS-Anbindung.
Wer eine hydrostatische Druckprüfung in eine bestehende Pumpenfertigung integrieren möchte, sollte deshalb nicht nur den Prüfdruck und die Haltezeit betrachten. Bauteilvarianten, Füllvolumen, Zykluszeit, Handling, Medienkreislauf, Sicherheitskonzept, Datenerfassung und die Schnittstellen zur Produktions-IT sind mindestens ebenso entscheidend.