Das Wichtigste in Kürze
- Jedes Verfahren erfasst zunächst eine bestimmte primäre Messgröße. Ob daraus ein Betriebs-, Massen- oder Normvolumenstrom wird, hängt vom Verfahren und von der Auswertung im Gerät oder in der nachgelagerten Software ab.
- Eine Volumenstromangabe ohne genannten Bezugszustand ist nicht vergleichbar. Betriebsvolumenstrom, Normvolumenstrom und Massenstrom sind drei verschiedene Größen.
- Einbaubedingungen können die Messabweichung ebenso stark beeinflussen wie die Wahl des Messprinzips. Maßgeblich sind die Ein- und Auslaufstrecken, die der jeweilige Hersteller für sein Gerät angibt.
- Der zusätzliche Druckverlust hängt von Messprinzip, Bauart und Einbau ab. Clamp-on-Ultraschallgeräte greifen nicht in den Strömungsquerschnitt ein und erzeugen deshalb keinen zusätzlichen Druckverlust; Blenden und Einbauzähler dagegen schon.
- Messstellen entstehen aus der Entscheidung, die sie stützen sollen. Eine Messung je Kompressor ist erforderlich, wenn Maschinenbeitrag, Regelverhalten oder Maschinenaufteilung bewertet werden sollen – sonst nicht.
- Kalibrierzustand, Parametrierung und Einbaubedingungen gehören zu jeder Auswertung, die später eine Investition stützt.
Ein Anbieter fragt nach dem tatsächlichen Volumenstrom. Das Energiemanagement möchte eine Kennzahl je Hallenbereich. Die Instandhaltung vermutet einen Sockelverbrauch, kann ihn aber nicht belegen. Alle drei Anliegen führen zur selben Aufgabe: eine Durchflussmessung, die zu einer Entscheidung taugt.
Der Unterschied zwischen brauchbaren und unbrauchbaren Messwerten entsteht selten am Gerät. Er entsteht bei der Frage, welche Größe gemessen wird, an welcher Stelle sie erfasst wird und auf welchen Bezugszustand sich das Ergebnis später beziehen soll.
Dieser Beitrag beschreibt das Messkonzept: welche Größe die gängigen Verfahren primär erfassen, wie daraus Betriebs-, Massen- oder Normvolumenstrom entsteht, wo Messstellen sinnvoll liegen und welche Fehler die Auswertung entwerten.
Zuerst klären: welche Größe gemessen werden soll
Drei Größen werden in der Praxis vermischt. Der Betriebsvolumenstrom beschreibt das Volumen, das unter dem tatsächlichen Betriebsdruck und der tatsächlichen Temperatur durch die Leitung strömt. Der Normvolumenstrom rechnet dieses Volumen auf einen vereinbarten Bezugszustand um. Der Massenstrom beschreibt die je Zeiteinheit transportierte Luftmasse. Er benötigt keinen Volumen-Bezugszustand; für die Ausgabe als Normvolumenstrom ist dieser dagegen erforderlich.
Für jeden Vergleich mit Herstellerangaben ist der Bezugszustand entscheidend. Die Begriffe Referenzzustand, Normzustand und Normvolumen sind in DIN 1343 festgelegt; die dort genannten Zahlenwerte sind der Norm selbst zu entnehmen. International sind daneben andere Bezugstemperaturen gebräuchlich, weshalb Zahlenwerte aus verschiedenen Quellen ohne Angabe der Bezugsbedingungen nicht vergleichbar sind.
Auf der Herstellerseite regelt ISO 1217 Abnahmeprüfungen von Verdrängerkompressoren, unter anderem für den Volumenstrom und den Leistungsbedarf. Daraus folgt jedoch nicht, dass jede Liefermengenangabe in jedem Datenblatt denselben Bezugszustand verwendet. Welche Prüfbedingung und welcher Bezugszustand einer konkreten Angabe zugrunde liegen, ist dem jeweiligen Datenblatt zu entnehmen.
Praktisch heißt das: Vor der Beschaffung festlegen, welche Größe das Gerät ausgeben soll, und welcher Bezugszustand hinterlegt wird. Diese Festlegung gehört in die Anfrage an den Anbieter und in jede spätere Auswertung. Welche Anforderungen die nachgeschaltete Druckluftaufbereitung an Volumenstrom und Luftzustand stellt, gehört zur selben Festlegung.
Messprinzipien und ihre primäre Messgröße
| Messprinzip | Primär erfasste Größe und Weg zum Ergebnis | Praktische Hinweise |
|---|---|---|
| Thermisch / kalorimetrisch | Erfasst den konvektiven Wärmeübergang am beheizten Element und leitet daraus den Massenstrom ab. Viele Geräte geben unmittelbar einen Normvolumenstrom aus, weil die Umrechnung im Gerät hinterlegt ist | Als Eintauchsonde meist mit geringem Eingriff in den Querschnitt. Ölfilm, Staub und Kondensat auf dem Sensor verändern den Wärmeübergang; wie stark, hängt vom Gerät und vom Luftzustand ab |
| Wirbelzähler (Vortex) | Erfasst die Ablösefrequenz hinter einem Staukörper und leitet daraus den Betriebsvolumenstrom ab. Für Normwerte ist eine Druck- und Temperaturkompensation nötig, die je nach Gerät integriert oder extern erfolgt | Ohne bewegte Teile. Unterhalb einer geräteabhängigen Mindestströmung liefert das Verfahren kein verwertbares Signal; die Grenze ist der Herstellerangabe zu entnehmen |
| Differenzdruck (Blende, Venturi, Staurohr) | Erfasst eine Druckdifferenz; der Volumenstrom folgt rechnerisch über eine Wurzelbeziehung. Normwerte erfordern zusätzliche Druck- und Temperaturwerte | Gut dokumentiertes Verfahren. Die Wurzelbeziehung begrenzt den nutzbaren Messbereich. Blenden erzeugen einen bleibenden Druckverlust |
| Ultraschall-Laufzeitverfahren | Erfasst die Strömungsgeschwindigkeit aus der Laufzeitdifferenz und bildet daraus den Betriebsvolumenstrom. Die Umrechnung auf Normwerte erfolgt geräteabhängig | Als Clamp-on-Variante ohne Eingriff in den Strömungsquerschnitt und damit ohne zusätzlichen Druckverlust. Das Ergebnis hängt von Rohrmaterial, Wandstärke, Innendurchmesser und akustischer Ankopplung ab |
| Turbinen- und Flügelradzähler | Erfasst die Drehzahl eines Laufrads und leitet daraus den Betriebsvolumenstrom ab | Einfaches Prinzip mit klarer Anzeige. Bewegte Teile unterliegen Verschleiß; Öl und Partikel können den Lauf und damit die Anzeige beeinflussen |
Zwei Punkte sind für die Auswertung wichtig. Erstens: Wo die Umrechnung auf Normbedingungen stattfindet – im Gerät oder in der nachgelagerten Software –, muss bekannt sein, sonst wird sie versehentlich zweimal oder gar nicht durchgeführt. Zweitens: Die Eignung eines Verfahrens für kleine Volumenströme, verschmutzte Luft oder kurze Einlaufstrecken ist geräteabhängig. Allgemeine Faustregeln ersetzen die Prüfung des konkreten Datenblatts nicht.
Messstellen aus der Entscheidung ableiten
Nicht die verfügbaren Anschlüsse bestimmen die Messstellen, sondern die Frage, die beantwortet werden soll. Die folgende Zuordnung hat sich bewährt.
| Zu beantwortende Frage | Passende Messstelle |
|---|---|
| Wie viel Luft stellt die Station insgesamt bereit? Grundlage für Auslegung und Kennzahlen | Austritt der Station hinter der Aufbereitung |
| Wie verteilt sich die Liefermenge auf die Maschinen, und wie verhalten sie sich im Verbund? | Je Kompressor – nur erforderlich, wenn Maschinenbeitrag, Regelverhalten oder Maschinenaufteilung bewertet werden sollen |
| Welcher Bereich verbraucht wie viel, und wo sitzt der Sockel? | Je Abzweig oder Hallenbereich, mit der Möglichkeit, den Bereich abzusperren |
| Hält ein einzelner Prozess seine Anforderung ein? | Am betreffenden Verbraucher – nur, wenn eine konkrete Entscheidung von diesem Wert abhängt |
Wer den Sockelverbrauch einzelnen Bereichen zuordnen will, braucht Messstellen an den Abzweigen und die Möglichkeit, diese Bereiche abzusperren. Ohne Absperrung bleibt die Zuordnung eine Vermutung. Wie sich aus mehreren Messpunkten ein Gesamtbild ergibt, beschreibt der Beitrag zum Druckluft-Audit.
Der Einbau bestimmt die Genauigkeit
Verfahren, die auf einem definierten Strömungsprofil beruhen, reagieren empfindlich auf Störungen davor und dahinter. Krümmer, Ventile, Reduzierungen, Filter und Trockner verformen das Profil über eine erhebliche Lauflänge. Wie lang die erforderlichen Ein- und Auslaufstrecken sind, gibt der Hersteller für sein Gerät an; die Werte unterscheiden sich je nach Verfahren und Bauart deutlich.
Bei Eintauchsonden kommen Eintauchtiefe und Ausrichtung hinzu. Die Sonde muss an der vorgesehenen Position im Strömungsprofil sitzen und in Strömungsrichtung ausgerichtet sein. Beides ist eine Montageaufgabe und lässt sich nachträglich nicht rechnerisch korrigieren.
Ebenfalls in die Planung gehören der Luftzustand am Einbauort und die Wartbarkeit. Vor dem Trockner ist mit Feuchtigkeit und unter Umständen mit mitgerissenem Kondensat zu rechnen; ob ein Gerät dafür geeignet ist, steht in seiner Dokumentation. Eine Umgehungsleitung mit Absperrungen erlaubt den Ausbau zur Kalibrierung, ohne die Versorgung zu unterbrechen.
Zum Druckverlust gehört eine saubere Ursachenkette. Ein zusätzlicher Druckverlust reduziert zunächst den Druck am Verbraucher. Wie sich die Leistungsaufnahme der Station verändert, hängt von Regelung, Betriebspunkt und davon ab, ob der Sollwert zur Kompensation angehoben wird. Welche Rolle Druckverluste in der Gesamtrechnung spielen, ordnet der Beitrag zu den Druckluftkosten ein.
Messbereich und Auflösung
Der erwartete kleinste und größte Volumenstrom muss innerhalb des vom Hersteller angegebenen Mess- und Genauigkeitsbereichs liegen. Ein zu groß gewähltes Gerät ist kein Sicherheitspuffer: Der niedrige Verbrauch in produktionsfreien Zeiten kann dann unterhalb des Bereichs liegen, in dem das Gerät noch die zugesicherte Genauigkeit erreicht – und gerade dieser Bereich ist für die Sockel- und Leckagebewertung der aussagekräftigste.
Auch die zeitliche Auflösung gehört zur Auswahl. Kurze Bedarfsspitzen werden nur erfasst, wenn Messtakt und Mittelungszeit sie abbilden. Welche Dynamik ein Gerät leistet, ist geräteabhängig und der Dokumentation zu entnehmen.
Umsetzung Schritt für Schritt
- Zweck festlegen: Auslegung, Verbrauchszuordnung, Sockelbewertung oder dauerhafte Überwachung. Davon hängen Messgröße, Messstellen und Auflösung ab.
- Erwartete Volumenströme abschätzen, minimal und maximal, einschließlich produktionsfreier Zeiten.
- Messgröße und Bezugszustand festlegen und schriftlich in die Anfrage aufnehmen.
- Messprinzip auswählen und gegen Luftzustand, Verschmutzungsrisiko, zulässigen Druckverlust, Messbereich und Dynamik prüfen.
- Einbauort nach Herstellervorgabe festlegen; Umgehungsleitung und Absperrungen vorsehen.
- Montage und elektrischen Anschluss durch befugtes und qualifiziertes Personal ausführen lassen; Anbindung an Steuerungen nur über freigegebene Schnittstellen.
- Parametrierung prüfen: Rohrinnendurchmesser, Bezugszustand, Einheiten, Ausgangssignal, Zeitbasis und Ort der Normumrechnung.
- Plausibilisieren: Messwerte gegen Laststunden, Energiebedarf und, sofern vorhanden, gegen eine zweite Messstelle gegenprüfen.
Aus Messwerten werden Kennzahlen
Eine Durchflussmessung wird zur Entscheidungsgrundlage, wenn aus dem Verlauf feste Kennzahlen entstehen: der Volumenstrom in einem definierten Zeitfenster ohne Nutzabnahme, der mittlere Verbrauch während der Produktion sowie Höhe, Dauer und Häufigkeit der Spitzen. Diese drei Größen beantworten verschiedene Fragen und sind nicht austauschbar.
Werden die Werte dauerhaft erfasst statt einmalig, wird zusätzlich die Veränderung sichtbar: ein steigender Sockel ohne neuen Dauerverbraucher, eine wachsende Spitze nach einer Anlagenerweiterung, ein verändertes Regelverhalten nach einem Softwareupdate. Wie sich eine dauerhafte Erfassung in eine vernetzte Anlage einfügt, zeigt der Beitrag zur Smart Factory.
Typische Fehler
- Den Bezugszustand nicht festlegen und Betriebs- mit Normvolumenstrom vermischen.
- Nicht klären, ob die Normumrechnung im Gerät oder in der Auswertesoftware erfolgt – und sie dadurch doppelt oder gar nicht anwenden.
- Bei der Umrechnung Überdruck und Absolutdruck verwechseln.
- Den Rohrinnendurchmesser aus der Nennweite ableiten statt aus der tatsächlichen Wandstärke.
- Das Gerät unmittelbar hinter Krümmer, Ventil oder Reduzierung einbauen, ohne die Herstellervorgabe zur Einlaufstrecke einzuhalten.
- Eine Eintauchsonde ohne kontrollierte Eintauchtiefe und Ausrichtung montieren.
- Ein zu groß dimensioniertes Gerät wählen, sodass der Verbrauch in produktionsfreien Zeiten außerhalb des genauen Bereichs liegt.
- Den Druckverlust des Geräts in der Auswahl übergehen und ihn später über einen höheren Sollwert ausgleichen.
- Nur während der Produktion messen, sodass der Sockel im Stillstand nicht sichtbar wird.
- Den Kalibrierzustand nicht dokumentieren und den Messwert trotzdem als Nachweis verwenden.
Häufige Fragen
Muss für eine Durchflussmessung die Leitung geöffnet werden?
Nicht in jedem Fall. Eintauchsonden benötigen eine Anbohrung mit Anschweißmuffe oder eine vorhandene Messstelle. Clamp-on-Ultraschallgeräte arbeiten von außen, brauchen dafür aber genaue Angaben zu Rohrmaterial, Wandstärke und Innendurchmesser sowie eine geeignete Ankopplungsstelle. Welche Variante passt, hängt von Leitungsmaterial, Zugänglichkeit und geforderter Genauigkeit ab.
Kann ich statt einer Durchflussmessung die Leistungsaufnahme messen?
Für eine Energieanalyse ja, für eine Mengenaussage nicht unmittelbar. Die Leistungsaufnahme beschreibt den elektrischen Bedarf der Maschine. Ein Volumenstrom lässt sich daraus nur rekonstruieren, wenn Liefermenge und Regelverhalten unter den relevanten Betriebsbedingungen bekannt und validiert sind. Das Ergebnis ist dann ein Schätzwert und als solcher zu kennzeichnen.
Wie viele Messstellen braucht eine mittelgroße Anlage?
Eine allgemeingültige Zahl gibt es nicht. Der Einstieg am Austritt der Station liefert die Gesamtmenge. Weitere Messstellen folgen dort, wo eine Zuordnung oder Entscheidung sie erfordert – etwa an Abzweigen zu Bereichen, die getrennt bewertet oder abgesperrt werden sollen. Eine Messung je Kompressor lohnt sich, sobald Maschinenaufteilung oder Regelverhalten zur Debatte stehen.
Wie oft muss ein Durchflussmessgerät kalibriert werden?
Das Intervall ergibt sich aus der Herstellerangabe, den Betriebsbedingungen und der Bedeutung des Messwerts. Verschmutzung, Kondensat und Öl können die Drift beschleunigen. Wird der Wert für Abrechnungen oder Investitionsentscheidungen genutzt, gehört der Kalibrierzustand in jede Auswertung.
Nächster Schritt
Wenn Sie eine Durchflussmessung planen oder vorhandene Messwerte einordnen möchten, sehen wir uns Ihre Betriebsdaten gern gemeinsam an – unverbindlich und ohne Vorfestlegung auf ein Gerät. Hilfreich sind Anzahl, Nennleistung und Regelungsart Ihrer Kompressoren, der aktuelle Drucksollwert, die Rohrleitungsdaten am vorgesehenen Einbauort, eine kurze Beschreibung des Schichtmodells sowie bereits vorliegende Messdaten mit Angabe des Bezugszustands. Je nach Region übernimmt SCC air compressors oder ein SCC-Servicepartner die weitere Bearbeitung. Den Einstieg finden Sie über die Beratung.