Schwachstelle Rohrbogen in pneumatischen Förderanlagen

Masterflex AG, Gelsenkirchen, Juni 2009

Die Förderung von verschleißintensiven Schüttgütern ist in vielen Branchen ein Thema. Verschiedenste Materialien zählen zu diesen Arten von Schüttgütern, so etwa Feststoffe in der Chemieindustrie oder Baustoffe wie Zement, Kalk und Quarzsand. Bei der Glasverarbeitung lassen sich Glasstaub, Silikate, Dolomit oder Soda hinzuzählen, aber auch in der Lebensmittelindustrie zählen manche stark abrasive Gewürze, Getreidearten, Kakaobohnenschalen oder Mischfutter mit dazu und sind daher ebenso problematisch. Häufiger Verschleiß der Förderstrecke ist die Folge, besonders stark betroffen sind die Bögen.

Rohrbögen werden besonders beansprucht

Bei der pneumatischen Förderung von Schüttgütern werden die Materialien mittels Gasströmung durch die Leitungen geschickt. In den meisten Fällen werden hierbei Stahlrohre eingesetzt. Das Schüttgut wird dabei entweder vorwärts geblasen oder gesaugt, der Saugbetrieb funktioniert allerdings nur auf relativ kurzen Strecken, weshalb der Druckbetrieb überall dort bevorzugt wird, wo lange Förderleitungen benötigt werden. Hier können Längen von bis zu 3 Kilometern und entsprechend hohe Betriebsdrücke erreicht werden. Um ausreichend Stabilität zu gewährleisten, sind die Rohrleitungsstücke und -bögen daher mit Flanschen fest verschraubt. Unterschieden werden zwei Förderarten, die hauptsächlich die Fördergeschwindigkeit beeinflussen: Bei der sogenannten Pfropfen- oder Dichtstromförderung wird viel Schüttgut mit verhältnismäßig wenig Luft bewegt. Die Förderung erfolgt langsam und stoßweise. Wesentlich schneller werden die Partikel hingegen bei der sogenannten Flug- oder Dünnstromförderung transportiert. Weniger Schüttgut wird mit einem hohen Luftanteil gefördert, zum Teil mit einer Geschwindigkeit von bis zu 90 km/h. Das führt häufig zu einem starken Verschleißproblem; denn während des Transports trifft das Schüttgut zahllose Male gegen die Rohrwandlung. Defekte in Form von Leckage bis zur völligen Zerstörung sind die Folge. Im Besonderen betroffen sind dabei die Rohrbögen, denn hier trifft das geförderte Material mit voller Geschwindigkeit auf die Wandlung, während es um die Kurve gelenkt wird. Der Rohrbogen steht der eigentlichen Flugbahn der Partikel sozusagen im Wege und ist dadurch deutlich höheren Belastungen ausgesetzt als der Rest der geraden Förderleitung. Der Bogen verschleißt daher auch deutlich schneller, bis hin zu Löchern in der Rohrwandlung. Manchmal werden solche Defekte behelfsmäßig durch Zuschweißen behoben, allerdings ist dies nur eine kurzfristige Notlösung. Je nach Anwendungsgebiet müssen Rohrbögen oft nach nur wenigen Wochen oder Monaten ersetzt werden. Vielmehr als die Kosten des eigentlichen Ersatzteiles fällt dabei der notwendige Stillstand der Anlage ins Gewicht.

Jeder Anlagenstillstand erzeugt Kosten – ein Beispiel

Da der Verschleiß innen im Rohrbogen auftritt, wird er in der Regel erst sehr spät erkannt, nämlich dann, wenn das betroffene Teil plötzlich ausfällt. Es entstehen hohe Folgekosten durch Montagezeiten, Anlagenstillstand, Produktionsverzug etc. Ein Beispiel: In einer Eisengießerei für den Automobilbau werden an ca. 23 Stunden pro Tag rund 25.000 Motorblöcke gefertigt. Der Betrieb beschäftigt ca. 1.200 Mitarbeiter, Standort ist Deutschland. An den sogenannten hochautomatisierten „Putzlinien“ werden die fertig gegossenen Motorblockrohlinge durch Roboter gesäubert und entgratet, um anschließend weiterverarbeitet zu werden. Pneumatische Förderanlagen, wie sie oben beschrieben wurden, versorgen diese Putzlinien mit Strahlmitteln, während sie parallel die Gießsande entsorgen. Fällt in diesen Förderanlagen ein Rohrbogen aus, kommt die gesamte Putzlinie zum sofortigen Stillstand. Auch vor- und nachgeschaltete Produktionsanlagen wie die Kernmacherei oder Metallbearbeitung werden dadurch betroffen. Zwar existieren definierte Pufferzeiten, diese werden aus Gründen einer wirtschaftlicher Produktionslogistik aber möglichst gering gehalten. Jedes kritische Bauteil, so auch jeder Rohrbogen, hat dementsprechend einen direkten Einfluss auf die Verfügbarkeit der gesamten Produktionslinie. Der genannte Betrieb verfügt insgesamt über 5 parallele autarke Putzlinien. Ein in der Regel nicht vorhersehbarer Ausfall einer Förderanlage durch Rohrbogenverschleiß bedeutet einen Stillstand von ca. 3 bis 4 Stunden der Anlage. Diese Zeit benötigt man zum Auswechseln des betroffenen Teils innerhalb der Rohrleitung. Dadurch entstehen hohe Kosten zum einen in Form eines direkten Ausfallschadens, in diesem Beispiel von ca. 830 Motorblöcken, die in dieser Zeitspanne hätten gefertigt werden können. In diesem Stadium der Wertschöpfung bedeutet dies ein Verlust von über 17.000,-  €. Nach Auslaufen der Pufferkapazitäten kommt es zum anderen gegebenenfalls zu einem Produktionsstillstand für etwa 50 - 100 Mitarbeiter von 1 - 2 Stunden. Die dadurch verursachten Kosten können bis zu 5.000,-  € betragen. Zudem fallen bei später Erkennung der Leckage Reinigungskosten zur Säuberung der Anlage an. Dieses Beispiel beschreibt lediglich einen einzigen unplanmäßigen Anlagenstillstand, der ohne weitere Zwischenfälle behoben wird. Zusätzliche Verzögerungen der Wiederaufnahme des Betriebes sind durchaus denkbar, etwa durch Nicht-Verfügbarkeit eines Staplers oder einer Hubbühne. Es wird deutlich, dass nicht nur bei planbaren Instandhaltungsarbeiten sondern insbesondere durch geringere Anlagenverfügbarkeit erhebliche Kosten entstehen, die in keinem Verhältnis zu den direkten Ersatzkosten der Anlagenkomponenten, hier der Rohrbögen, stehen. Die Masterflex AG hat dieses Problem erkannt und gelöst.
Das Problem an der Wurzel gepackt

Rohrbögen der Master-PROTECT-Serie verfügen nicht nur über eine innere PU-Auskleidung, sie haben zudem eine besondere, patentierte Innengeometrie.

Die Auskleidung liegt wie ein Schutz an der eigentlichen Wandlung und beugt einem frühen Verschleiß somit vor. Das herausragende Merkmal ist allerdings die dickere Auskleidung genau an der Stelle des eigentlichen Bogens, an der die mechanischen Belastungen am größten sind. Die schräge Fläche aus PU lenkt das Schüttgut verhältnismäßig sanft um die Kurve, auftreffende Partikel prallen an ihr ab und schädigen dadurch nicht die Außenwand. Bei einem gewöhnlichen Rohrbogen werden die Teilchen durch die Wucht des Aufpralls abrupt abgebremst, das ist hier nicht der Fall, was mehrere Vorteile hat:

Die Verstopfungsgefahr nimmt ab, denn diese ist nicht am wahrscheinlichsten an der engsten Stelle des Rohrbogens wahrscheinlich, sondern an der langsamsten. Damit einhergehend wird ein besseres Strömungsverhalten bei geringeren Druckverlusten erzielt. Ebenso werden Fördergutverschleppungen und Anbackungen minimiert, es gibt keine Absätze, Versprünge oder Kanten, an denen sich Ablagerungen ansiedeln können. Die innovative Entwicklung bietet geringes Gewicht bei kompakter Bauweise und arbeitet zudem weitaus geräuschärmer als ihre gewöhnlichen Pendants.

Mittlerweile haben sich Master-PROTECT Rohrbögen in unterschiedlichen Anwendungsbereichen bewährt, überall dort, wo verschleißintensive Schüttgüter in einem Temperaturspektrum bis max. 90°C gefördert werden müssen. Darunter befinden sich unter anderem Materialien wie Quarzsand, Glasstaub und Eisenoxide. So hat beispielsweise ein in der Eisenerzförderung eingesetzter Master-PROTECT Rohrbogen bis zum heutigen Tag die Lademenge einer LKW-Kolonne von umgerechnet ca. 12 Kilometer Länge gefördert, während gewöhnliche Bögen eine Lebenszeit von wenigen Wochen nicht überschritten. Ein weiterer Kunde berichtet von einem unterbrechungsfreien Dauereinsatz der Bögen seit 3 Jahren zur Förderung von Elektrofilterasche. Das entspricht einer Gesamtleistung von etwa 185.000 t pro Bogen. Alternativprodukte mussten hier oft schon nach wenigen Monaten ausgetauscht werden.
Fazit

Der häufige Ausfall von pneumatischen Förderanlagen durch starken Verschleiß von Rohrbögen wurde im Dialog mit den Anwendern als Problem erkannt und gelöst. Der Einsatz von zugeschnittenen, langlebigen Produktlösungen kann unnötige Folgekosten vermeiden und hat damit einen positiven Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit der gesamten Anlage.

Der Master-Protect Rohrbogen

Technische Daten Master-PROTECT Rohrbogen (PU ausgekleideter Rohrbogen)
Werkstoff
Bogen: DIN 2448 St 37 (grundiert)
Flansch: RSt 37 - 2 (grundiert)
Auskleidung: Polyurethan

Einsatzbereiche

• Pneumatische Förderanlagen

Eigenschaften

• extrem abriebfest
• deutlich geringere Druckverluste als in Umlenk- bzw. Pralltöpfen
• geringere Verstopfungsgefahr durch gleichmäßige Konzentrationsverteilung und 
• konstantere Geschwindigkeit des Förderguts
• um ein Vielfaches verschleißfester als Stahlbögen
• geringere Betriebskosten längere Wartungsintervalle
• keine Fördergut- Verschleppung
• Druckstufe PN 6 und PN 10/16