Reichelt Chemietechnik Magazin
Unter Vakuum und Druck
Sie sind oft im Hintergrund, für den Betrieb aber unverzichtbar: Schläuche sorgen in vielen Industriebranchen für den sicheren Transport von Flüssigkeiten, Gasen und sogar Feststoffen. Doch ihre Auswahl ist alles andere als trivial. Je nach Einsatzgebiet müssen sie extremen Belastungen standhalten – mechanisch, chemisch und thermisch. Ein strukturierter Auswahlprozess hilft dabei, für jede Anwendung das passende System zu finden und so Sicherheit und Effizienz zu gewährleisten. Dieser Beitrag nennt wichtige Kriterien für die Schlauchauswahl und erklärt, worauf es ankommt.
Hierfür müssen moderne Schlauchsysteme mechanisch belastbar, chemisch beständig und häufig auch hygienisch unbedenklich sein; zugleich sollen sie widrigen Umgebungsbedingungen standhalten. Über ihre Zusammensetzung und durch konstruktive Anpassungen können Kunststoffschläuche für verschiedene Versorgungssysteme ausgelegt werden und tragen entscheidend zur Prozesssicherheit bei.
Praktische Anwendungen von Schläuchen
Die Anforderungen an die Beschaffenheit von Schlauchsystemen sind oft hochkomplex, wie folgende Einsatzszenarien zeigen.
Industrie und Lebensmittelverarbeitung
In der Lebensmittelproduktion gelten höchste Anforderungen an Hygiene, Beständigkeit und Sicherheit. Lebensmittelschläuche werden in Förderprozessen, zum Abfüllen und beim Reinigen eingesetzt. Die verwendeten Materialien müssen lebensmittelecht, weichmacherfrei sowie beständig gegenüber Reinigungschemikalien und Temperaturschwankungen sein. Transparente Kunststoffe mit glatten Innen- und Außenflächen erleichtern die optische Kontrolle und beugen Bakterienwachstum vor. Gleichzeitig erfordert die enge Führung der Schläuche beim häufigen Umrüsten eine hohe Flexibilität und Abriebfestigkeit.
Industrieschläuche müssen auch extremen Bedingungen standhalten – etwa hohen oder tiefen Temperaturen, aggressiven Chemikalien, starker mechanischer Beanspruchung oder eingesetzt im Hochvakuum.
Sandstrahlen
Beim Sandstrahlen wird hochabrasives Strahlgut wie Quarzsand oder Korund durch die Schläuche gefördert. Besonders robuste Gummischläuche oder PU-Schläuche mit verstärkter Innenwandung bieten eine hohe Abriebfestigkeit. Antistatische Ausführungen verhindert zudem gefährliche Funkenbildung.
Heißdampfleitung
In der chemischen Industrie und Lebensmittelverarbeitung werden häufig dampfführende Leitungen eingesetzt. Schläuche mit hochtemperaturbeständiger Silikonummantelung halten Temperaturen von über +150 °C stand und sind resistent gegenüber vielen Reinigungsmitteln.
Dampfschläuche werden auch aus den Elastomeren EPDM und NBR gefertigt. Diese Materialien bieten selbst bei Kontakt mit Ölen, Kraftstoffen oder Laugen hervorragende Beständigkeit. Glatte Innenwände verhindern Ablagerungen und chemische Reaktionen mit dem Fördermedium.
Förderung von Chemikalien
Zum Transport chemisch aggressiver Stoffe sind fluorierte Kunststoffschläuche das Mittel der Wahl. Schläuche aus PTFE und Schläuche aus PFA sind bis +260 °C thermisch belastbar und nahezu universell chemisch beständig.
Sichere Auslegung für Druck- und Vakuumbetrieb
Ein wesentliches der vielen Kriterien bei der Auswahl und Auslegung industrieller Schlauchsysteme ist ihr Druck- und Vakuumverhalten.
Ein fundiertes Verständnis des physikalischen Verhaltens von Schlauchleitungen unter Druckeinwirkung bildet die Grundlage für die Entwicklung leistungsfähiger und sicherer Lösungen. Moderne Hochdruckschläuche vereinen hierfür verschiedene konstruktive Ansätze und Materialschichtungen, um gezielt ihren Einsatzzweck zu erfüllen.
Vakuum- und Druckverhalten von Schläuchen – Wichtige Begriffe zur Auslegung
Um Schäden wie Leckagen oder Materialversagen zu vermeiden, müssen Schläuche anwendungsgerecht ausgelegt werden. Maßgeblich sind dabei Kennwerte wie Betriebs-, Prüf- und Berstdruck sowie die Vakuumfestigkeit – Größen, die aus dem Verständnis struktureller Unterschiede zwischen Saug- und Druckschläuchen resultieren. Die jeweilige Funktion des Schlauchtyps bestimmt dessen Aufbau, der sich in beiden Fällen grundsätzlich unterscheidet.
Für die fachgerechte Auswahl und Auslegung industrieller Schlauchsysteme ist das Verständnis folgender zentraler Begriffe nach DIN EN ISO 8330 unerlässlich.
Maximaler Betriebsdruck
Oft auch als Auslegungsdruck bezeichnet. Er gibt den maximal zulässigen Druck im Inneren des Schlauches an, unter dem dieser im regulären Dauerbetrieb sicher eingesetzt werden kann. Der maximale Betriebsdruck wird nach international Vorgaben wie der DIN EN ISO 7751 festgelegt. Kurzzeitige Druckspitzen sind hier bereits berücksichtigt.
Druckspitze
Ein kurzzeitiger Druckimpuls, der den Arbeitsdruck deutlich überschreitet und daher als Reserve im maximalen Betriebsdruck mit einbezogen ist.
Berstdruck
Der Druck, bei dessen Überschreiten der Schlauch versagt oder platzt. Er liegt typischerweise etwa beim Drei- oder Vierfachen des maximalen Betriebsdrucks und wird nach DIN EN ISO 1402 ermittelt. Der Berstdruck stellt die letzte Sicherheitsreserve dar und dient der Dimensionierung unter extremen Druckstößen.
Prüfdruck
Wert zwischen Betriebs- und Berstdruck, mit dem ein Schlauch in der Industrie zerstörungsfrei geprüft wird. Er liegt in der Regel beim Doppelten des maximalen Betriebsdrucks. Während der vorgeschriebenen Haltezeit dürfen weder Undichtigkeiten noch dauerhafte Verformungen auftreten.
Unterdruck oder Vakuumfestigkeit
Unterdruck, dem der Schlauch für Anwendungen, in denen das Medium angesaugt wird, widerstehen muss, ohne einzufallen oder zu delaminieren. Relevante Prüfverfahren beschreiben die DIN EN ISO 7233 und DIN 26057.
Konstruktive Unterschiede zwischen Druck- und Saugschlauch
Druckschläuche fördern Fluide unter Überdruck und bestehen in der Regel aus weichmacherfreien Kunststoffen oder robusten Gummimischungen wie Polyvinylchlorid (PVC) oder Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR). Eine integrierte textile oder drahtverstärkte Gewebeeinlage dient als Druckträger und verhindert, dass sich der Schlauch bei hohem Innendruck radial aufweitet oder gar platzt. Unter Belastung dehnen sich Druckschläuche meist geringfügig in Längsrichtung, während sich ihr Innendurchmesser leicht reduziert.
Saug- oder Vakuumschläuche hingegen arbeiten unter Unterdruck. Ihr Einsatzspektrum reicht vom Ansaugen von Flüssigkeiten aus offenen Behältern bis zum Absaugen von Luft, Stäuben oder Pulvern. Um dem äußeren Atmosphärendruck standzuhalten, verfügen sie ebenfalls über eine Verstärkungseinlage – jedoch in Form einer spiralförmig eingelegten Kunststoff- oder Stahldrahtwendel. Diese Struktur verhindert, dass die Schlauchwand kollabiert, indem die einwirkenden Kräfte über die Windungen abgeleitet werden.
Schlauchtechnik im Detail – Materialwahl und Struktur
Die Leistungsfähigkeit industrieller Schläuche beruht im Wesentlichen aus der Kombination von Materialwahl und konstruktivem Aufbau.
Abgestimmt auf Medium und Prozessbedingungen kommen dabei sehr unterschiedliche Werkstoffe zum Einsatz:
| Material | Eigenschaften | Typische Anwendungen |
| Polyvinylchlorid (PVC) | kostengünstig, flexibel, transparente Varianten möglich, relativ chemikalienbeständig | Lebensmittelindustrie, Bewässerungs- und Lüftungstechnik |
| Polyurethan (PU) | sehr abriebfest, gute Rückstelleigenschaften | Granulat- und Pulverförderung, Absaugtechnik |
| Naturkautschuk (NR) | sehr elastisch, rutschfest, gut dämpfend, abriebfest | Sand-/Betonförderung, Bauindustrie |
| Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) | mechanisch robust, stoß- und reißfest, witterungsbeständig | Druckluftleitungen, Wasserschläuche |
| Nitrilkautschuk (NBR) | beständig gegenüber Ölen und Kraftstoffen | Hydraulik-, Kraftstoff- und Industrieanwendungen |
| Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) | beständig gegen Ozon, UV-Strahlung und Witterungseinflüssen, nicht ölbeständig | Chemieindustrie, Solarthermie, Laborbereich |
| Neopren | flammwidrig, öl- und witterungsbeständig, chemikalienresistent | Industrieanwendungen, Löscheinsatz, Chemikalienförderung |
| Silikon | besonders flexibel, physiologisch unbedenklich, lebensmittelecht | Medizintechnik, Lebensmittelindustrie, Laborbereich |
| Metallschläuche | besonders druck- und, temperaturbeständig, formstabil, weniger flexibel | Hochvakuumanwendungen, Dampfleitungen, Schutzummantelungen |
Mehrschichtiger Verbund statt einfacher Leitung
Moderne Industrieschläuche bestehen aus mehreren funktional aufeinander abgestimmten Schichten:
Seele: Die innere Schicht bildet die Kontaktfläche zum Fördermedium und muss daher medienspezifische Anforderungen erfüllen – etwa hinsichtlich Abrieb, chemischer Beständigkeit, Temperatur und elektrischer Leitfähigkeit.
Verstärkung: Als Einlage nimmt sie die Druck- oder Unterdruckbelastung auf. Typischerweise kommen Gewebe- oder Gewirkeeinlagen, Spiralen oder Drahtgeflechte in Abhängigkeit von der Druckstufe zum Einsatz.
Decke: Der sichtbare äußere Teil schützt den Schlauch vor mechanischem Abrieb, Witterungseinflüssen oder, je nach Einsatzort, chemischen Angriffen von außen.
Oft wird der Verbund durch zusätzliche Schichten ergänzt. So wirken etwa PU-Einlagen einer Feuchtigkeitsaufnahme entgegen. Möglich sind ebenso Spezialmischungen, um beispielsweise elektrostatische Aufladungen zu reduzieren oder abzuleiten.
Verstärkende Schlauchtechniken – Halt geben, Form wahren
Verstärkungselemente wahren selbst bei hoher Druckbelastung die strukturelle Integrität des Schlauchs. Dabei haben sich zwei grundlegende Konstruktionsprinzipien bewährt.
Zum einen sind dies durch Textilgewebe oder -gewirke verstärkte Druckschläuche. Verzwirnte oder verschlaufte Trägergewebe aus Polyester (PE), Polyamid (PA) oder Polypropylen (PP) sorgen für hohe Reißfestigkeit und Formstabilität. Je nach Faseraufbau lassen sich damit Berstdrücke erreichen, die den Nenndruck um ein Vielfaches übersteigen.
Zum anderen verhindern spiralförmig eingebettete Verstärkungen aus Kunststoff oder Stahl bei Unterdruckanwendungen von bis zu -1,0 bar, dass sich die Schlauchwand zusammenzieht. Hochvakuumanwendungen beanspruchen zumeist Stahlspiralen, da nur sie die erforderliche Steifigkeit gewährleisten. Sowohl bei Über- als auch bei Unterdruck verändern sich Länge und Innendurchmesser eines Schlauchs. Spiralschläuche zeigen dabei besonders deutliche Längenzunahmen und Querschnittsverengungen.
Methoden zur Druckbewertung – Zuverlässige Schlauchprüfung
Die Betriebssicherheit von industriellen Schlauchleitungen steht und fällt mit ihrer Fähigkeit, dauerhaft den festgelegten Druck- und Vakuumbedingungen standzuhalten. Schlauchleitungen, die innerhalb der EU einem Druck von mehr als 0,5 bar ausgesetzt werden, gelten gemäß der Druckgeräterichtlinie (2014/68/EU) als Druckgeräte. Aussagekräftige Prüfverfahren nach DIN EN ISO 7751 zur Druckbelastbarkeit und DIN EN ISO 7233 zur Vakuumfestigkeit liefern Kennwerte für den sicheren Einsatz.
Integrität unter Druckbeaufschlagung
Im Labor wird der Prüfling zunächst einem Prüfdruck ausgesetzt, der üblicherweise dem 1,5-fachen des zulässigen Betriebsdrucks entspricht – eine Vorbelastung, die die mechanische Integrität des Schlauchs unter spannungsfreien Bedingungen bestätigt. Dabei dürfen weder Leckagen noch bleibende Verformungen auftreten. Versagt der Schlauch irreversibel, so spiegelt dies die maximale Druckresistenz oder den Berstdruck wider. Während des Prüflaufs werden zudem Längenänderungen als auch Umfangsausdehnungen aufgezeichnet, um bei montagekritischen Anwendungen Längenzuwächse zu berücksichtigen.
Belastungsprüfung unter Vakuum
Für Vakuumanwendungen liegt der Fokus auf der Widerstandsfähigkeit gegen strukturelles Einschnüren oder Delaminieren. Zur Prüfung erfährt der Schlauch einen schrittweise gesteigerten Unterdruck, bis er sichtbar deformiert oder vollständig kollabiert. Der Wert für den Unterdruck, bei dem der Schlauch mindestens eine Minute eine maximale Längenverkürzung von 10 % nicht überschreitet, gilt nach DIN 26057 als Vakuumfestigkeit.
Da die Längenreduktion bei Verlegung und Befestigung unbedingt berücksichtigt werden muss, erfolgt die Prüfung zudem in einem 90°-Bogen unter Einhaltung des Mindestbiegeradius, um typische Belastungssituationen im Praxisbetrieb realitätsnah abzubilden.
Fazit
Die Auswahl eines geeigneten Schlauchs erfolgt anhand eines strukturierten Entscheidungsprozesses, der sowohl technische Anforderungen als auch Umweltfaktoren berücksichtigt. Maßgeblich für die Materialauswahl sind dabei das zu fördernde Medium sowie die chemischen und thermischen Belastungen. Im letzten Schritt werden die bestehenden Druckverhältnisse unter definierten Rahmenbedingungen sorgfältig geprüft. Dadurch fließen relevante Materialeigenschaften, Konstruktionsprinzipien und sicherheitsrelevante Druckkennwerte in die Auswahl des passenden Schlauchsystems ein.
Bildquellen:
Beitragsbild | © salita2010 – stock.adobe.com
PVC Schlauch mit Gewebeeinlage | © salita2010 – stock.adobe.com
