Swagelok Schlauchprogramm

Der richtige Schlauch

Ein praktischer Ratgeber zur Schlauchauswahl
Mit dem richtigen Schlauch funktioniert Ihr Prozess sicher und kosteneffektiv. Der falsche Schlauch könnte Ihren Prozess beeinträchtigen, Personal in Gefahr bringen und sich negativ auf Ihr Endergebnis auswirken – was Ihnen manchmal gar nicht bewusst ist.

Obwohl sie so wichtig ist, wird die Schlauchauswahl oft erst im Nachhinein bedacht. Die Auswahl des richtigen Schlauches beginnt mit dem Verstehen der vier Hauptteile eines Schlauchs (Bild 1):

1. Werkstoff und Konstruktion des Innenschlauchs.

2. Verstärkungsschichten.

3. Ummantelungen.

4. Endanschlüsse.


Werkstoff und Konstruktion des Innenschlauchs

Bei der Auswahl eines Schlauchs sollte mit dem Innenschlauch begonnen werden, der innersten Schicht des Schlauches, die mit dem Systemmedium in Kontakt kommt. Innenschläuche aus Metall (in der Regel Edelstahl 316L) sind eine gute Wahl für allgemeine Anforderungen. Sie sind in der Regel für Temperaturen zwischen -200 °C und 454 °C (-325...850 °F) zugelassen, womit sie sich besonders für Systemmedien bei extrem hohen Temperaturen eignen – und oft die einzige Möglichkeit für solche Medien darstellen.

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Ein Metallinnenschlauch ist auch eine gute Wahl, wenn wenig Toleranz für Permeation oder Absorption besteht. Seit dem Aufkommen von Fluorpolymeren wird bei extrem ätzenden oder säurehaltigen Medien meist auf Metall verzichtet.

Silikon wurde bisher häufig für Biopharmazieanwendungen eingesetzt. Der typische Temperaturbereich für Silikon beträgt zwischen -53 °C und 315 °C (-65 °F und 500 °F). Silikon wurde aufgrund seiner Flexibilität zum bevorzugten Werkstoff für Biopharmazieanwendungen.

Aber Silikon, das in der Regel mit gängigen Lösungsmitteln nicht kompatibel ist, hat insgesamt eine begrenzte chemische Kompatibilität. Außerdem ist es absorbierend, was zu Verunreinigungen führen kann.

Bei Silikon ist ein Entfernen des absorbierten Fluids in der Regel nicht möglich. Eine der häufigsten Sterilisierungsmethoden für Silikon, die Dampfreinigung, funktioniert zum Entfernen von absorbierten Fluiden oft nicht, und die hohen Temperaturen können zu vorzeitigem Versagen führen. Der Schlauch wird brüchig und zersetzt sich.

Statt Silikon werden Innenschläuche aus Fluorpolymer bevorzugt für Biopharmazieanwendungen eingesetzt. PTFE, PFA und FEP sind drei gängige Fluorpolymere mit einem typischen Temperaturbereich von -53 °C bis 230 °C (-65 °F bis 450 °F). Innenschläuche aus Fluorpolymer sind die chemisch inertesten Innenschläuche auf dem Markt. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie nicht altern, haftabweisend und leicht zu reinigen sind und der wiederholten Dampfreinigung standhalten können. Wie Metalle haben auch Fluorpolymere eine niedrige Absorptionsrate. Außerdem haben Fortschritte in der Verwendung von Verstärkungsschichten ermöglicht, dass Innenschläuche aus Fluorpolymer weniger steif sind und eine ähnliche Flexibilität wie Silikon erreichen konnten. Ein neues Herstellverfahren ermöglichte eine Verbindungstechnik, mit der ein Glasfasergeflecht als Lage für zusätzliche Flexibilität hinzugefügt wurde. Bei der Verbindungstechnik wird kein Klebstoff eingesetzt. Dieser klebstofffreie Prozess bedeutet, dass keine Gefahr besteht, dass der Klebstoff in die Wand des Innenschlauchs eindringt und später den Prozess verunreinigt.

Ein Nachteil von Fluorpolymeren ist deren hohe Permeabilität. Falls Ihre Anwendung keine Permeation tolerieren kann, können Sie einen weniger durchlässigen Innenschlauchwerkstoff spezifizieren, beispielsweise Metall.

Schläuche aus Thermoplastik (Nylon), die hohen Drücken standhalten können, werden oft für Hydraulikanwendungen ausgewählt. Sie sind in Größen bis zu 1 Zoll erhältlich und haben einen typischen Temperaturbereich von -40...+93 °C (-40...+ 200 °F).

Schläuche aus Gummi sind wirtschaftliche Allzweckschläuche mit einem typischen Temperaturbereich wie Thermoplastikschläuche. Sie eignen sich nur für Niederdruckanwendungen. Ein Vorteil der Gummischläuche ist, dass diese ohne permanenten Schaden zusammengequetscht werden können. Sie werden außerdem in Größen über 2 Zoll hergestellt. Die anderen beschrieben Schläuche haben in der Regel Größen zwischen 1/8 oder 1/4 Zoll bis 2 Zoll.


Gewellt oder versatzfrei

Bevor Sie sich für einen Innenschlauchwerkstoff entscheiden, müssen Sie zuerst die Konstruktion der Innenschlauchwand verstehen. Sie müssen entscheiden, ob die Innenschlauchwand glatt oder gewellt sein sollte, was ein Verbiegen wie bei einem biegbaren Trinkhalm ermöglicht. Ihre Entscheidung wird von den Anforderungen Ihrer Anwendung in Bezug auf die Biegbarkeit des Schlauchs sowie auf Druck-, Durchfluss- und Entleerbarkeitsanforderungen beeinflusst.

Bei einem versatzfreien Innenschlauch ist die Innenwand des Schlauchs glatt. Alle Innenschlauchwerkstoffe außer Metall werden mit versatzfreiem Innenschlauch angeboten (Bild 2).

Wählen Sie einen versatzfreien Innenschlauch, falls eine präzise Durchflusssteuerung erforderlich ist. Eine präzise Durchflusssteuerung ist möglich, da keine Unregelmäßigkeiten in der Wand vorhanden sind, die Unterbrechungen erzeugen. Versatzfreie Innenschläuche begünstigen außerdem die Entleerbarkeit. Der größte Nachteil ist das Knicken des Schlauches, insbesondere bei größeren Durchmessern.

Bei der gewellten Wand sind die Wände des Schlauchs so gefaltet, dass der Schlauch ohne Abknicken gebogen werden kann. Innenschläuche aus Metall und Fluorpolymer werden mit gewellter Wand angeboten. Diese Konstruktion wird also gewählt, wenn Biegbarkeit entscheidend ist. Es gibt zwei Arten von gewellten Innenschläuchen – spiralförmig und ringförmig. Die spiralförmigen Konstruktion, die primär an Innenschläuchen aus Fluorpolymer zu finden ist, ist eine Wellung, die sich als Spirale über die Länge des Schlauchs zieht (Bild 3A). Manchmal muss ein gewellter Innenschlauch ausgewählt werden, da eine gewisse Flexibilität erforderlich ist, aber ein beständiger Durchfluss und Entleerbarkeit ebenso wichtig sind. Wählen Sie in solchen Fällen eine spiralförmige Konstruktion, da sie einen besseren Durchfluss ermöglicht als eine ringförmige Wellung.

Die ringförmige Konstruktion, die typisch für Innenschläuche aus Metall ist, besteht aus einer Serie von miteinander verbundenen Ringen (Bild 3B). Ringförmige Metallinnenschläuche sind durch ihre tiefe Wellung extrem biegbar. Trotz ihrer Biegbarkeit eignen sich gewellte Metallschläuche nicht gut für Anwendungen, wo sie immer wieder in Bewegung sind, da die Bewegung zur Ermüdung und zum Bruch führen kann.


Verstärkungsschichten

In den meisten Fällen wird der Innenschlauch durch ein biegbares Geflecht aus Edelstahl verstärkt, das eine zusätzliche Schicht auf dem Innenschlauch darstellt. Die richtigen Verstärkungsschichten führen zu einer besseren Druckeinhaltung und höheren Flexibilität des Schlauches.

Alle Schläuche haben einen Mindestbiegeradus, der angibt, wie weit ein Schlauch gebogen werden kann, bevor er knickt. (Bild 4). Die Maße für den Mindestbiegeradius sind in der industriellen Schlauchliteratur standardmäßig.

Allerdings spielt bei der Flexibilität nicht nur der Biegeradius eine Rolle, was oftmals nicht verstanden wird. Die zum Biegen eines nicht druckbeaufschlagten Schlauchs erforderliche Kraft muss nämlich ebenso berücksichtigt werden. Ein Schlauch mit einem guten Biegeradius ist nicht sehr hilfreich, wenn die zum Biegen erforderliche Kraft zu groß ist!


Ummantelungen

Eine Ummantelung ist eine Außenschicht zum Schutz der darunterliegenden Schichten, aber auch des Personals und der umliegenden Geräte. Ummantelungen sind aus Werkstoffen wie Silikon und Gummi erhältlich und sind ein entscheidender Bestandteil des Schlauchs.

Die gängigste Umhüllung besteht aus Silikon. Silikonummantelungen verhindern das Ausfransen des Edelstahlgeflecht von Verstärkungsschichten, was durch Abrieb entstehen kann. Ausgefranste Geflechte schwächen den Schlauch, stellen ein Bruchrisiko dar und können die Hände des Anwenders verletzen. Silikonummantelungen können zusätzlichen Schutz vor Verbrennungen für Anwender bieten, die Schläuche anfassen oder berühren, in denen sich sehr heiße Flüssigkeiten befinden. Sie stellen außerdem eine Isolierung zur Beibehaltung der Prozesstemperatur dar.

Silikonummantelungen sind eine besonders gute Wahl für Biopharmazie-Anwendungen. Aufgrund ihrer Glätte lassen sie sich leicht abwaschen. Und durch die Ummantelung der Edelstahlverstärkung werden Bakterienansammlungen in den Vertiefungen des Geflechts verhindert.

Der Nachteil von Ummantelungen ist, dass diese zusätzliche Kosten verursachen, die Flexibilität einschränken und den Schlauch dicker machen, was sich nachteilig bei der Verlegung und Ausrichtung auswirken kann. Bei den meisten Anwendungen ist das Ziel der Ummantelungsauswahl, den kleinsten Durchmesser zu erreichen und die Flexibilität des Schlauchs nicht zu verringern.


Endanschlüsse

Endanschlüsse, die in der Regel aus Metall gefertigt sind, sind der Bereich, wo es zu dem meisten Leckagen kommt. Die Leistung des von Ihnen gekauften Schlauches hängt maßgeblich davon ab, wie der Hersteller die Endanschlüsse anbringt.

Für Metallschläuche gibt es verschiedene geschweißte Endanschlussmöglichkeiten.

Bei Fluorpolymerschläuchen müssen Sie zwischen dem Verpressen und dem Ankrimpen der Endanschlüsse entscheiden. Bei dem Verpressen wird Druck auf den Schlauch selbst ausgeübt, während beim Krimpen der Endanschluss zusammengedrückt wird. Während beide Methoden weit verbreitet sind, bietet das Krimpen den kleinen Vorteil, dass es weniger zu Schäden am Schlauch kommt, da der Druck sorgfältig und kontrolliert ausgeübt wird.

Bei vielen chemischen Anwendungen müssen Endanschlüsse aus Fluorpolymer für medienberührten Oberflächen verwendet werden. Die Industrie hat hierfür kreative Lösungen entwickelt. Eine davon heißt „flare-through“, da der Innenschlauch aufgeweitet ist, so dass er die gesamte innere Oberfläche der Metallendanschlüsse bedeckt.

Eine andere häufig verwendete Lösung heißt „Einkapselung“, da der Endanschluss aus Edelstahl vollständig in Fluorpolymer eingekapselt ist, innen und außen.


Schlussfolgerung

Berücksichtigen Sie zum Treffen der besten Schlauchauswahl die verschiedenen Möglichkeiten der wichtigsten Schlauchteile – Innenschlauchwerkstoff, Verstärkungsschichten, Ummantelungen und Endanschlüsse. Für jeden dieser Bereiche stehen Ihnen viele Optionen zur Verfügung. Die Variablen Ihrer Anwendung, einschließlich Temperatur, Druck und dem Fluss Ihres Systemmediums, wirken sich auf Ihre Entscheidung aus.


Patrick Werrlein*)

  1. Produktmanager, Swagelok Company, Solon, Ohio (USA), E-Mail: patrick.werrlein@swagelok.com.
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