Teilhubtest oder "partial stroke test“ durchgeführt mit einer TMK

Zum Risiko in den Anlagen können sich Armaturen entwickeln die für die Sicherheit sorgen sollen. Risiko insofern, wenn sie in ihrer Funktionalität gestört werden weil sie sehr lange in einer Stellung verharren. Um ihre Betriebssicherheit zu bewahren sollten sie regelmäßig einem sogenannte Teilhubtest unterzogen werden.

Grundlage für die Testreihe mit der TMK

Die Normen IEC 61508 und IEC 61511 fordern einen Nachweis über die Funktionalität von Armaturen die sehr lange in einer Stellung verharren und einen hohen Sicherheitsfaktor in der Anlage haben. (EBV) Eine regelmäßige Betätigung der Armatur ist jedoch häufig nicht möglich, da kontinuierliche Prozesse nicht ohne hohen Aufwand unterbrochen werden können.

Um aber doch diese wichtige Forderung zu erfüllen gibt es wie in vielen Bereichen der Technik unterschiedliche Methoden einen Teilhubtest durch zuführen. Alle Testmethoden müssen verhindern, dass der Betrieb nicht unterbrochen wird. Darin liegt nun die Kunst, den Betrieb nicht zu unterbrechen und dennoch ein Ergebnis im Teilhub zu erhalten, was den Zustand der Armatur und des Antriebs realistisch bewertet und Sicherheit bietet.

Die TMK ist für solche Aufgaben wie geschaffen.

Je realistischer und betriebsnah ein Test durchgeführt wird, umso deutlicher wird klar wie der Zustand im Notfall wäre. Realistisch heißt, die Armaturen so fahren wie sie im Normalzustand hätten fahren müssen. Damit die Faktoren wie, dynamisches Drehmoment, statisches Drehmoment, Zeitfaktor, auch unter den Test Bedingungen eingehalten werden. Von diesen Faktoren lässt sich der Qualitätszustand ableiten. Vermutungen ob eine sichere Stellung erreicht werden kann, reichen für eine Sicherheitsbetrachtung nicht aus. Eine Risikobetrachtung durch die Messergebnisse der TMK, ist mit Zahlen belegt und braucht keine Vermutungen.

Große Antriebe mit großem Luftvolumen sind beim Losbrechen äußerst schwer zu steuern, speziell wenn sie nur wenig betätigt werden. Ein Festsitzen kann erhebliche Folgen haben. Die Gefahr ist hier besonders groß, dass sie überschwingen und doch zufahren. Realistisches Testen beim Zu- Fahren, ist umso schwieriger.

Messverfahren mit Stellungsregler tasten sich an den Teilhubweg rann. Mit einer Rückführung und integriertem Regler erreicht man den begrenzten Weg. Eine realistische Fahrweise fehlt hier, sodass zum Beispiel eine gebrochene Armaturenwelle nicht ohne weiteres erkannt wird. Vernachlässigt werden das dynamische, statische Drehmoment die auch den Zeitfaktor mit bestimmen. Den wirklichen Qualitätszustand der Armatur und des Antriebs kann so nicht direkt gemessen werden.

Bisher gab es auch keine andere Möglichkeit den Teilhubtest durch zuführen, was sich nun durch die TMK Messtechnik geändert hat.

Teilhubtest mit der TMK unter Realbedingungen.

Nun gibt es ein Messverfahren was den Qualitätszustand der Armatur auch im Teilhubtest zeigt. Mit einer TMK (Torsionsmesskupplung) erreicht man Messwerte unter Realbedingungen mit erstaunlich guten Messergebnissen. Hierzu dient der Aufbau wie in Bild 01 skizziert ist.

Die Durchführung des Teilhubtest mit einer TMK erreicht man in zwei Messvorgängen.

1. Blockade des Antriebs
2. Blockade der Armatur

Der Teilhubtest kann manuell oder automatisch durchgeführt werden.

Bild 01

Bevor überhaupt eine Bewegung stattfindet vergleicht man die gemessene, bleibende Verdrehung. Die bleibende Verdrehung gibt bereits Aufschluss über den Zustand der Armatur. (Bild 02 A)
Wäre die bleibende Verdrehung über die Toleranzgrenze hinaus gegen Null Nm gelaufen, so hätten sich die Reibungskräfte in der Armatur abgebaut. Dies kann natürlich durch Abrieb, Abtrag, Kavitation, gebrochene Armaturenwelle usw. entstehen. Ganz sicher hätte das Auswertesystem bereits eine Meldung herausgegeben bevor der turnusmäßige Teilhubtest ansteht.

Solch eine sicherheitstechnische Betrachtung ist der Beginn des Teilhubtest. Keine von den im Einsatz befindlichen anderen Messmethoden haben diese Möglichkeit. Ist die bleibende Verdrehung nicht gegen Null gelaufen, kann aber muss nicht, eine festsitzende Armatur vorliegen. Der Teilhubtest wird es jetzt beweisen.

Nun kann der 1. Teilhubtest beginnen.

Um die Armatur zu testen werden die beiden Blockier Bolzen über der TMK in den Blockade Block gesteckt. Mit dieser Maßnahme blockiert die Blockade Kupplung bei 75 % Weg. So wird sichergestellt, dass ein überschwingen nicht erfolgt und die Armatur unter Realbedingungen gefahren werden kann.
Hat das Magnetventil geschaltet so bewegt sich der Antrieb und bei intakter Welle auch die Armatur bis zur 75 % Blockade. (C) (Bild 02 angezeigt rot 1)
Bei jedem Drehwinkel und in der Halteposition, stellt sich die bleibende Verdrehung ein.

Hier im Beispiel zeigt die bleibende Verdrehung die Reibungskräfte in der Armatur von 30 Nm an. (C)

Hätte die Armatur sich nicht bewegt, stünde ein sehr hohes Drehmoment an.
Wäre die Armaturenwelle gebrochen so stünde ein sehr niedriges Drehmoment an.
Im Vergleich zu der Basiskurve die mit den gleichen Bedingungen im Neuzustand der Armatur aufgenommen wurde, lassen sich Abweichungen sofort erkennen. So lange die Abweichungen sich innerhalb bestimmter Toleranzen, im Vergleich zum Neuzustand bewegen, ist die Funktion gegeben.

Bild 02

2.Teilhubtest

Für den Test des Antriebs fährt man die Armatur wieder Auf. Die Blockier Bolzen werden entfernt und in den unteren Blockier Block gesteckt. Nun wird der Antrieb wieder bei 75 % Weg geblockt. (G)
Gemessen wird beim Drehwinkel der Blockade das Drehmoment des Antriebs. Unter realistischen Bedingungen bewegt sich die Armatur bis zur Blockade. (siehe Bild 02 rot 2)
Das Drehmoment steigt in diesem Beispiel auf 150 Nm. Diese 150 Nm entsprechen der Kraft die der Antrieb noch zur Verfügung hat. (Drehmomentreserve) Entsprechen diese Werte auch den Herstellerangaben vom Antrieb?

Jedoch könnten gebrochene Federn, undichte Dichtungsringe, Korrosion, Schmutz, Riefen usw. den Aufbau des Drehmoments im Antrieb beeinflussen. So wäre es möglich, dass der Antrieb nicht mehr über das nötige Drehmoment verfügt was zum sicheren betreiben notwendig wäre.

Setzt man die Messwerte der bleibenden Verdrehung und die vorhandenen Drehmomentreserven des Antriebs, ins Verhältnis, so lässt sich an diesem Beispiel erkennen, dass noch genügen, oder auch nicht genügend, Drehmomentreserven vorhanden sind, um einen sicheren Schließvorgang zu vollziehen. (C – G) Je dichter die beiden Messwerte sich annähern, umso unwahrscheinlicher kann von sicherem Zustand gesprochen werden. Die bleibende Verdrehung gibt die Kraft an, die mindestens ein Drehmoment erfordert, um eine Bewegung auszuführen. Zu berücksichtigen ist, dass sich beim Schließvorgang am Ende eine Erhöhung des Drehmoments erfolgt.

Für die Bewertung des Qualitätszustandes stehen nun mehrere Messdaten zur Verfügung. Es sind die bleibenden Verdrehungen im Neu- und Testzustand, Normale Drehmomente der Basiskurve beim Zuoder Auffahren, im Vergleich zu den vorhandenen Betriebskurven, vorhandene Antriebskraft, und der Zeitfaktor ob sich am Bewegungsablauf was verändert hat.

Eine ganze Reihe von Messdaten die eine realistische Bewertung des Qualitätszustands der Armatur mit Antrieb zulassen. Solch gebündelte Messdaten bei einem Teilhubtest hat es bisher noch nicht gegeben.

Messtechnisch ist so nachgewiesen ob die zur Verfügung stehende Antriebskraft (G) größer ist, als die bestehende Haftreibung (C) in der Armatur.
Als Beispiel, die bleibende Verdrehung zeigt 30 Nm an, die Drehmomentreserve des Antriebs hat bei 75 % Ventilöffnung 150 Nm. Klar zu erkennen, hier ist Bewegungsspielraum. Wenn also der Antrieb durch Reibungsverluste oder nachlassender Federkraft, oder bei doppelwirkenden Antrieben, Undichtigkeiten dafür sorgen, dass entsprechende Drehmomente nicht mehr erreicht werden, dann hat sich der Teilhubtest gelohnt.

Faszinierend bei der TMK Messung ist die Einfachheit, mit der eine sichere Beurteilung des Qualitätszustands beim Antrieb, der Armatur gegeben ist und so ein hohes Maß an Sicherheit erreicht werden kann.

Gerade bei Auf-Zu Armaturen bietet sich das Messverfahren mit der TMK an. Weder Druck- oder Wegmessungen, noch Stellungsregler mit integriertem Regler, noch Rückführung werden benötigt um die Sicherheitsbewertung aller Armaturen klar zu bestimmen.

Trotz allem technischen Aufwand bei anderen Messverfahren bleibt die Qualitäts- und Sicherheitsbestimmung nicht so präzise, wie sie in der Einfachheit, mit der TMK erzielt wird. Die TMK ist so einfach und doch genial für diese Messaufgaben. Damit ist sie durchaus Richtungsweisend.