Innendraht von Verbundschläuchen: Vakuumkollaps und Korrosion

Der Innendraht des Verbundschlauchs ist die Stahlspirale, die im Inneren des Schlauchquerschnitts verläuft, und er erfüllt gleich zwei Aufgaben. Er hält den Schlauchquerschnitt trotz Unterdruck und Quetschung rund und bietet der Baugruppe einen leitfähigen Pfad durch die Wand. Wenn dieser Draht geschwächt ist, tritt zunächst kein Leck im Schlauch auf. Er wird flachgedrückt, und ein flachgedrückter Schlauch ist unbrauchbar.

Zwei Versagenswege sind von Bedeutung. Eine für das Vakuum unterdimensionierte Spirale führt zu einem stufenweisen Zusammenbruch der Bohrung, von einer ovalen Verformung bis hin zu einer Knickbildung. Eine Helix, die korrodiert, verliert an Steifigkeit, bevor sie ihre Form verliert, sodass der Zusammenbruch später und mit weniger Vorwarnung eintritt. Dieser Artikel behandelt beides: die vom Standard zugelassenen Drahtmaterialien, die Vakuumwerte hinter der Nennleistung sowie die Prüfungen, mit denen eine geschwächte Helix erkannt wird, bevor eine Saugleitung platt wird.

Abbildung 1. Ein aufgesägtes Schlauchende, bei dem die innere Stahlspirale freiliegt und die darüber liegenden Wandschichten zu sehen sind.

Welche Funktion hat der Innendraht eines Verbundschlauchs?

Vier Punkte, von denen jeder einen Fehlerfall erläutert.

• Es widersteht äußerem Druck. Im Vakuum drückt die Atmosphäre die Wand nach innen, und die Helix ist die einzige Struktur, die steif genug ist, um dies zu verhindern.
• Er ist quetschfest. Ein Schlauch, der von einem Lkw überrollt oder an einem Gestell zertreten wird, behält seinen Innendurchmesser bei, da sich die Spirale wieder zurückfedert.
• Hiermit wird das Biegeverhalten festgelegt. Die Steigung der Helix bestimmt, wie stark sich der Schlauch biegen lässt, bevor sich die Wand auf sich selbst faltet.
• Er führt Strom. Da er an beiden Anschlüssen verbunden ist, ist der Draht Teil des statischen Strompfads durch die Baugruppe.

Die Spirale ist kein Auskleidungselement. Sie sitzt in der Bohrung, und das Produkt fließt um sie herum; daher ist die Wahl des Drahtmaterials sowohl eine chemische als auch eine konstruktive Entscheidung. Ein Verbundschlauch-Innendraht, der ausschließlich aufgrund seiner Festigkeit ausgewählt wurde, ist der häufigste Spezifikationsfehler, den wir im Säurebereich beobachten.

Wie ist der Draht in der Norm spezifiziert?

Die Norm EN 13765 sieht drei Materialvarianten für den inneren und äußeren Draht vor, von denen jede für einen anderen Einsatzzweck geeignet ist.

• Edelstahldraht nach EN 10088-3, in den Güteklassen 1.4306, 1.4401, 1.4404 oder 1.4436. Dies ist die Standardausführung für den Einsatz in der chemischen Industrie und im Schiffsbau.
• Draht aus Kohlenstoffstahl, entweder verzinkt oder mit einer Polymerschicht mit einer Wandstärke von mindestens 0,5 mm ummantelt, der gegenüber dem zu transportierenden Produkt beständig ist.
• Aluminiumdraht gemäß ISO 209, der dort zum Einsatz kommt, wo Gewicht oder Kosten eine Rolle spielen und das Produkt dies zulässt.

Die Norm verweist den Käufer bei der Auswahl des Drahtes zudem auf den Anhang zur chemischen Beständigkeit. Außerdem schreibt sie vor, dass der Hersteller zu Rate gezogen werden muss, wenn für Produkte mit geringer Leitfähigkeit ein polymerbeschichteter Innendraht vorgeschlagen wird. Dieser Hinweis besteht, da ein beschichteter Draht die Spirale vom Produkt isoliert, was sowohl das Korrosionsrisiko als auch den Leitungsweg verändert.

Eine Ummantelung ist keine Zierde. Die Mindestwandstärke von 0,5 mm macht den Unterschied zwischen einem Draht, der einem schwach sauren Produkt standhält, und einem, der bereits nach einer Saison unter seiner eigenen Beschichtung zu rosten beginnt.

Welchen Unterdruck hält ein Verbundschlauch aus?

Die Norm gibt für jeden Typ einen Vakuumwert an, wobei es sich bei diesem Wert um eine Druckdifferenz und nicht um einen Absolutdruck handelt.

Typ	Vakuumleistung	Betriebsdruck	Service
Typ 1	0,5 bar	4 bar	Dampfrückgewinnung und Dampfleitungen
Typ 2	0,9 bar	10 bar	Förderung von flüssigen Chemikalien und Erdölprodukten
Typ 3	0,9 bar	14 bar	Flüssigkeitsförderung bei höherem Druck
Typ 4	0,9 bar	14 bar	Flüssigkeitsförderung bei hohen Temperaturen bis +150 °C

Tabelle 1. Vakuumwerte für Verbundschläuche nach Typ, entnommen aus der Druck- und Temperaturtabelle der Norm EN 13765. Ein Wert von 0,9 bar entspricht nahezu dem vollständigen Vakuum, wobei im Inneren des Schlauchquerschnitts noch etwa 0,1 bar absoluter Druck verbleibt.

Der der Einstufung zugrunde liegende Test besteht aus einer 30-minütigen Halteprüfung bei dem angegebenen Unterdruck ohne Beschädigungen, die gemäß EN ISO 7233, Methode B, durchgeführt wird. Es handelt sich um eine Typprüfung an einem neuen Schlauch, die also eher die Konstruktion als den Schlauch in Ihrem Regal bestätigt.

Daraus ergeben sich drei praktische Hinweise: Ein Dampfschlauch vom Typ 1 ist für einen Druck von einem halben Bar ausgelegt, nicht für Vollvakuum, und ist daher die falsche Wahl für eine Saugleitung. Die Vakuumangabe für Verbundschläuche bezieht sich auf eine Druckdifferenz und nicht auf einen absoluten Druck; 0,9 bar bedeuten also, dass im Inneren des Schlauchs noch etwa 0,1 bar verbleiben. Ein Schlauch, der einmal geknickt wurde, hält sein Nennvakuum nicht mehr, da die Knickstelle die Helix verformt hat. Und eine Saugleitung, die am Ende eines Entleerungsvorgangs trockenläuft, erzeugt ein tieferes Vakuum als es beim Fördervorgang jemals der Fall ist – genau dann gibt eine bereits geschwächte Helix nach.

Warum bricht ein Bohrloch stufenweise ein?

Ein Defekt am Vakuumschlauch aus Verbundmaterial entwickelt sich schrittweise, und die einzelnen Stadien lassen sich bei der Inspektion unterschiedlich erkennen.

1. Der Querschnitt nimmt eine ovale Form an. Der äußere Druck übersteigt die lokale Belastbarkeit der Spirale, und der runde Querschnitt verwandelt sich in eine Ellipse. Ein Schlauch ist in diesem Stadium noch durchströmbar, allerdings mit reduzierter Durchflussmenge.
2. Die Wand knickt an der flachen Stelle ein. Die Folie und der Stoff falten sich entlang der Längsachse der Ellipse, und die Falte stellt eine bleibende Verformung in einer thermoplastischen Wand dar.
3. Die Biegung im Schlauch verengt sich. Die Steigung der Spirale verengt sich auf einer Seite, der Durchfluss kommt zum Stillstand, und der Schlauch lässt sich nicht mehr von Hand geradeziehen.

Abbildung 2. Ein abgeflachtes Oval auf halber Länge ist das, was ein Vakuum hinterlässt, das die Spirale nicht aufrechterhalten kann, und die Bohrung kehrt nicht in ihren ursprünglichen Zustand zurück. Die Vakuumwerte für jeden Typ sind in Tabelle 1 aufgeführt, und die Prüfung, mit der sich dies frühzeitig feststellen lässt, wurde oben beschrieben.

Ein Innendraht eines Verbundschlauchs, der an Querschnitt verloren hat, verhält sich auf dieselbe Weise, nur eine Stufe früher, da die Steifigkeit vor der Form nachgibt. Die in Anhang D der Norm festgelegte Prüfung der Rückstellfähigkeit nach Quetschung verlangt eine Rückstellung auf innerhalb von 3 Prozent nach einer definierten Quetschung, was zwar etwas über die Elastizität aussagt, aber nichts über eine Knickstelle. Ein geknickter Schlauch fällt nicht unter diese Prüfung, da die Knickstelle die Elastizitätsgrenze sowohl des Drahtes als auch der Folie überschritten hat.

Die Temperatur beschleunigt den Prozess. Eine thermoplastische Wand wird bei Erwärmung weicher, sodass ein Schlauch bei +120 °C weniger Vakuum hält als derselbe Schlauch bei +20 °C, obwohl die Typenzulassung den gesamten Bereich abdeckt. Eine heiße Saugleitung stellt den schwierigsten Fall in der Anlage dar.

Wie entsteht Korrosion an den inneren Drähten?

Korrosion beginnt selten in der Mitte eines Schlauchs. Sie beginnt dort, wo der Draht freiliegt.

• An einem abgeschnittenen Ende, an dem die Spirale sichtbar ist und die Beschichtung vor dem Anschluss endet.
• Unter einer gecrimpten Hülse, wo die Ummantelung zusammengedrückt wird und möglicherweise durch die Kante der Hülse eingeschnitten wird.
• An der Außenseite, wo durch eine beschädigte Ummantelung Wasser und Chlorid in die äußere Spirale eindringen können, die häufig aus dem gleichen Drahtmaterial besteht wie die innere.
• An einer Flanschfläche, an der eine Verbindung aus unterschiedlichen Metallen in Gegenwart eines Elektrolyten eine kleine galvanische Zelle bildet.

Verzinkter Kohlenstoffstahl liefert die deutlichsten Anzeichen, da das Zink zuerst abgetragen wird und eine weiße Ablagerung hinterlässt, bevor der Stahl rostet. Edelstahl liefert weniger deutliche Anzeichen, und der Korrosionsbefall äußert sich in der Regel eher in Lochfraß unter einer Ablagerung als in einer allgemeinen Ausdünnung.

Entscheidend ist hier die mechanische Auswirkung. Ein Draht, der 20 Prozent seines Querschnitts verliert, verliert weit mehr als 20 Prozent seiner Biegesteifigkeit, sodass die Vakuumreserve schneller schwindet, als es der optische Zustand vermuten lässt. Deshalb kann ein Schlauch eine Druckprüfung bestehen und beim nächsten Saugvorgang zusammenfallen.

Was versteht man unter Delaminierung bei Verbundschläuchen?

Unter der Delaminierung eines Verbundschlauchs versteht man die Trennung der Wandlagen voneinander; dabei verläuft die Delaminierung in der Regel entlang der Helix und nicht quer zur Wand.

Bei den meisten Konstruktionen handelt es sich bei der Verbindung zwischen den Lagen um eine thermische Verbindung. Ein Lösungsmittel, das die Folie aufquellen lässt, kann diese Verbindung aufbrechen, und ein korrodierender Draht, der reichlich Rost bildet, kann die Lagen von innen auseinanderdrücken. Bei beiden Mechanismen verbleibt Material in den Zwischenräumen, das dann entlang der Helix zur nächsten Öffnung wandert.

Drei Anzeichen deuten darauf hin, und jedes davon lässt sich bei einer Rundganginspektion erkennen. Eine Blase oder eine weiche Stelle an der Ummantelung, eine Ausbeulung in der Nähe einer Verschraubung und ein Vakuumwert, der nicht stabil bleibt, obwohl der Schlauch äußerlich unbeschädigt ist. Das vierte Anzeichen ist Material im Ringraum an einer Klemmhülse – derselbe Defekt, der auch vom anderen Ende aus zu erkennen ist.

Abbildung 3. Die Abdeckung wurde geöffnet, um die über ihre gesamte Länge verrostete Spirale und den braun verfärbten Stoff zu zeigen: Der Korrosionsbefall begann an einer Stelle, die von außen nicht zu erkennen war. Was bei einer Begehung festgestellt werden kann, ist in diesem Abschnitt aufgeführt, und die Drahtgüten sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Anzeichen für eine Delaminierung bei Verbundschläuchen treten bereits vor dem Auftreten eines Lecks auf, weshalb beide Phänomene oft verwechselt werden. Eine Delaminierung ist nicht dasselbe wie ein „Leak-before-Burst“-Ereignis. Ein Leck beginnt an einer Beschädigungsstelle in der Schicht und breitet sich nach außen aus. Eine Delaminierung beginnt an einer Haftungsstelle und breitet sich entlang der Wand aus. Die Erklärung zum „Leak-before-Burst“-Prinzip befasst sich mit dem ersten; dieser Abschnitt befasst sich mit dem zweiten.

Welche Symptome deuten auf welche Ursache hin?

Symptom	Begründeter Verdacht	Überprüfen	Aktion
Ovale Bohrung, reduzierter Durchfluss	Die Helix ist unterdefiniert oder durch Hitze aufgeweicht	Vakuumhaltetest bei Nennwert	Ersetzen und die Temperatur überprüfen
Eine Knickstelle, die sich nicht glätten lässt	Biegung unterhalb des Nennradius	Vergleichen Sie die Route mit dem Standardradius	Umleiten, dann ersetzen
Weißer Belag an einem abgeschnittenen Ende	Abgetragene Zinkbeschichtung auf verzinktem Draht	Überprüfen Sie die Spirale an beiden Enden	Ersetzen, wenn der Stahl freiliegt
Rost unter einer aufgebrochenen Abdeckung	Korrosion des Innenkabels durch eindringendes Wasser	Heben Sie die Kante der Abdeckung an und überprüfen Sie den Draht.	Die Abdeckungstrasse austauschen und reparieren
Weiche Stelle auf dem Einband	Produkt im Zwischenraum, Delaminierung	Druckprüfung und Vakuumhaltprüfung	Den Schlauch weglegen
Das Vakuum hält nicht, keine sichtbaren Schäden	Korrosion der internen Leitungen oder Verbindungsfehler	Vakuumabfalltest, Bohrungsleuchte	Zurückziehen, einen Abschnitt zur Überprüfung herausschneiden

Tabelle 2. Symptome, Ursachen und Überprüfung eines defekten Innendrahts in einem Verbundschlauch. Der Vakuumhaltetest ist die mit Abstand nützlichste Prüfmethode, da er die Funktion des Drahts direkt misst.

Es ist auch hilfreich, die Tabelle umgekehrt zu lesen. Wenn ein Schlauch einen Vakuumhaltetest besteht und im Betrieb dennoch zusammenfällt, ist das Vakuum im Betrieb stärker als bei der Prüfung. Für diesen Einsatzzweck ist eine andere Spezifikation erforderlich, nicht ein neuer Schlauch.

Mit welchen Untersuchungen lässt sich die Erkrankung frühzeitig erkennen?

Eine Vakuumprüfung an einem Verbundschlauch ist eine direkte Messung, die auf einem Prüfstand mit einer Blindplatte und einem Manometer nur wenige Minuten dauert. Der Innendraht des Verbundschlauchs ist das Teil, das bei der Prüfung tatsächlich gemessen wird, denn entweder hält die Folie oder sie hält nicht.

• Bringen Sie den Schlauch auf den Nennunterdruck, schließen Sie das Ventil und beobachten Sie das Manometer zehn Minuten lang. Ein langsamer Anstieg deutet darauf hin, dass sich der Draht bewegt oder die Wand undicht ist.
• Überprüfen Sie die Bohrung an beiden Enden mit einer Lampe. Ein abgeflachter Abschnitt in der Nähe einer Biegung ist ohne Hilfsmittel erkennbar.
• Überprüfen Sie die Spirale an jedem Schnittende auf Beschichtungsablösungen, weiße Ablagerungen oder Rost.
• Drücken Sie den Bezug über die gesamte Länge ab, um weiche Stellen und Blasen zu erkennen.
• Überprüfen Sie den Durchgang zwischen den beiden Anschlüssen, um sicherzustellen, dass der Leitungsweg intakt ist.
• Messen Sie die Steigung der Spirale in der Nähe jeder Verschraubung an einem neuen Schlauch, da sich eine gedehnte Spirale durch eine vergrößerte Steigung bemerkbar macht.

Unser Vermerk zur Fehleranalyse beschreibt, wie man einen ausrangierten Schlauch aufschneidet, damit der Zustand des Drahtes korrekt festgestellt werden kann, anstatt ihn von außen zu erraten.

Welche Aufgaben stellen ein Risiko für die Helix dar?

Fünf Einsatzarten sind für den Großteil der Schlauchbrüche verantwortlich, die wir beobachten.

• Entleerung durch Ansaugen aus einem Tankschiff oder einem Tanklastwagen, wobei die Pumpe am Ende des Umfüllvorgangs gegen eine nahezu geschlossene Leitung saugt.
• Dampfrückgewinnung, bei der ein Schlauch vom Typ 1 bei 0,5 bar für einen Einsatz verwendet wird, bei dem gelegentlich ein tieferer Ansaugvorgang erforderlich ist.
• Heißes Produkt über +100 °C, bei dem die Wand weich wird und die gleiche Spirale weniger Halt bietet.
• Einsatz in säure- und chloridhaltigen Umgebungen, bei denen die Drahtgüte eine größere Rolle spielt als die Beschichtung.
• Dampfreinigung oder Reinigung mit Laugen, bei der die Chemikalie auf die Außenseite des Schlauchs einwirkt und nicht auf die Innenseite.

A Größenüberprüfung löst das erste Problem, da bei größerem Innendurchmesser für denselben Durchfluss ein geringeres Vakuum erforderlich ist. Der zweite Fall ist in der Regel auf einen Spezifikationsfehler zurückzuführen, und die Lösung besteht darin, einen Schlauch vom Typ 2 oder Typ 3 anstelle eines neuen Schlauchs vom Typ 1 zu verwenden.

Wie legt man die Drahtspezifikation fest?

Sechs Felder entscheiden darüber, ob die Helix den Einsatz übersteht.

Feld	Was ist anzugeben?	Folgen bei Unterlassung
Drahtmaterial	Edelstahl oder Kohlenstoffstahl mit Ummantelung	Unerwartete Korrosion in sauren oder chloridhaltigen Medien
Manteldicke	Mindestens 0,5 mm bei beschichtetem Kohlenstoffstahl	Die Beschichtung versagt bereits beim ersten Abrieb
Vakuumleistung	Der Betrag der Abgabe, nicht nur die Art	Zusammenfallen am Ende eines Saughubs
Helixsteigung	An den Kurvenradius der Strecke angepasst	Knick an einer Stelle, an der der Schlauch den Radius nicht aushalten kann
Passendes Spiel	Rollen, die der Steigung der Helix entsprechen	Der Draht ist unter Belastung aus der Verschraubung herausgerissen
Kontinuität	An beiden Enden verbunden, Wert erfasst	Statischer Pfad unterbrochen, ohne dass es jemand bemerkt hat

Tabelle 3. Spezifikationsfelder für einen Innendraht eines Verbundschlauchs. Die Passgenauigkeit der Armatur ist der Aspekt, den Käufer am häufigsten dem Lieferanten überlassen, und sie entscheidet darüber, ob der Draht fest sitzt.

Das Detail der Verschraubung verdient einen eigenen Satz. Die Norm schreibt vor, dass der Teil der Verschraubung, der in den Schlauch hineinragt, Windungen oder Vorsprünge aufweisen muss, die der Steigung der inneren Helix entsprechen. Eine Verschraubung ohne diese Merkmale stützt sich ausschließlich auf Reibung, und ein Schlauch unter Vakuumbelastung wird sich auf der Verschraubung verschieben, bevor er an einer anderen Stelle versagt.

Häufig gestellte Fragen

Aus welchem Material besteht der Innendraht eines Verbundschlauchs?

Der Innendraht des Verbundschlauchs besteht bei den meisten chemischen und maritimen Anwendungen aus Edelstahl, in der Regel aus einer der vier in der Norm EN 13765 aufgeführten Güteklassen. Je nach Produkt sind auch verzinkter oder ummantelter Kohlenstoffstahl sowie Aluminium zulässig.

Kann ein Verbundschlauch ein Vollvakuum aushalten?

Die Typen 2, 3 und 4 sind für 0,9 bar ausgelegt, was nahezu einem Vollvakuum entspricht. Typ 1 ist für 0,5 bar ausgelegt und daher kein Saugschlauch. Bei Überlastung gibt die Spirale nach, und der Innendurchmesser kehrt nicht in seine ursprüngliche Form zurück.

Warum ist mein Schlauch platt geworden, obwohl der Nenn-Druck korrekt war?

Druck und Unterdruck sind getrennte Nennwerte. Ein für den Druckbetrieb ausgelegter Schlauch kann einen Unterdruck-Nennwert aufweisen, der niedriger ist als der Unterdruck, den die Pumpe am Ende eines Hubs erzeugt.

Ist die Korrosion des Innenkabels von außen sichtbar?

Oftmals nicht. Bei Edelstahldraht kann es unter einer Ablagerung zu Lochfraß kommen, ohne dass äußere Anzeichen erkennbar sind, und das erste Anzeichen ist ein Vakuum, das nicht mehr hält. Verzinkter Draht gibt mehr Vorwarnung, da sich eine weiße Ablagerung bildet, bevor der Stahl rostet.

Wird die Delaminierung durch den Draht verursacht?

Manchmal. Rost unter einer Ummantelung dehnt sich aus und drückt die Lagen auseinander, und ein korrodierender Draht lässt zudem Material entlang der Spirale wandern. Eine weitere häufige Ursache ist der Angriff von Lösungsmitteln auf die Verbindung.

Wie kann man das Kabel prüfen, ohne den Schlauch zu durchtrennen?

Prüfen Sie die Durchgängigkeit zwischen den beiden Anschlüssen und führen Sie einen Vakuumhaltetest durch. Der Innendraht des Verbundschlauchs ist an beiden Enden verbunden, sodass ein Unterbruch im Leitungsweg oder ein Manometer, das den Unterdruck nicht hält, sofort erkennbar ist.

Kann ein eingeknickter Schlauch repariert werden?

Nein. Eine geknickte Spirale lässt sich nicht wieder in ihre Nennform zurückbiegen, und eine Reparatur durch Durchtrennen und Wiederverbinden führt in der Regel dazu, dass der Schlauch unter seine Nennbiegegeometrie verkürzt wird. Ein Austausch ist die einzig sinnvolle Lösung.

Wie oft sollte das Kabel überprüft werden?

Bei jeder Begehung zur Überprüfung auf äußere Anzeichen sowie bei jeder planmäßigen Druckprüfung mit Vakuumhalteprüfung. Unsere Typenübersicht legt fest, welcher Unterdruckwert für welchen Typ gilt.

Über HENGHUA

Die Baugruppen von HENGHUA bestehen aus PTFE-, UHMWPE-, XLPE- und Polypropylen-Auskleidungen, einer Verstärkung aus Gewebe sowie einer Spirale aus Edelstahl oder beschichtetem Kohlenstoffstahl im Innenraum und über der Ummantelung. Die Enden sind gekräuselt oder geflanscht, mit festen oder schwimmenden Flanschen, und die Spiralwinden der Anschlüsse sind auf die Steigung der Spirale des Schlauchs abgestimmt, auf dem sie montiert sind.

Die Konstruktion wird in unserem Anleitung zum Aufbau mehrschichtiger Strukturen, und die fertige Produktreihe gehört zur Kategorie der Verbundschläuche. Sollte eine Saugleitung kollabiert sein oder kein Unterdruck gehalten werden können, teilen Sie uns bitte die Betriebsdaten, das Produkt und die Pumpendaten mit. Wir werden die Spezifikationen im Hinblick auf die jeweilige Anwendung prüfen, anstatt einfach nur ein Ersatzteil anzubieten.