Tribo Tube

Rohr- und Schlauchsysteme für den pneumatischen Materialtransport – etwa in Absaug-, Förder- und Entsorgungsanlagen – sind während des Betriebs kontinuierlich tribologischen und elektrostatischen Belastungen ausgesetzt. Der Begriff „Tribo Tube“ bezeichnet in diesem Zusammenhang keine bestimmte Produktbezeichnung, sondern das allgemeine technische Konzept von Leitungssystemen, deren Innenwand durch das geförderte Material sowohl mechanisch beansprucht als auch elektrostatisch aufgeladen wird. Dieser Artikel erläutert die Grundlagen des pneumatischen Materialtransports, die dabei auftretenden tribologischen und elektrostatischen Effekte sowie die Konzepte ableitfähiger und antistatischer Leitungssysteme.

Grundlagen des pneumatischen Materialtransports

Beim pneumatischen Materialtransport wird ein Schüttgut – etwa Späne, Staub, Granulat, Pulver oder Fasern – mithilfe eines Luftstroms durch ein Rohr- oder Schlauchsystem befördert. Solche Systeme kommen unter anderem in der Späneabsaugung an Werkzeugmaschinen, in der industriellen Staubabsaugung, in der Kunststoff- und Lebensmittelverarbeitung sowie in der Fördertechnik für Granulate und Pulver zum Einsatz. Man unterscheidet grundsätzlich zwischen Saugförderung (Unterdrucksystem, bei dem das Material durch einen Unterdruck in Richtung Abscheider oder Filter gesaugt wird) und Druckförderung (Überdrucksystem, bei dem das Material durch einen Luftüberdruck durch die Leitung gedrückt wird).

Die Leitungssysteme bestehen je nach Anwendung aus starren Rohren, flexiblen Schläuchen oder einer Kombination aus beidem und umfassen typischerweise Geradabschnitte, Bögen beziehungsweise Krümmer, Verzweigungen sowie Übergänge zu Abscheidern, Filtern oder Behältern. Die Auslegung eines solchen Systems muss sowohl die strömungstechnischen Anforderungen (Fördergeschwindigkeit, Druckverlust, Materialdurchsatz) als auch die tribologische Beanspruchung der Leitungswände berücksichtigen.

Tribologische Beanspruchung der Leitungsinnenwand

Während des Transportvorgangs steht das geförderte Material in ständigem Kontakt mit der Innenwand des Rohr- oder Schlauchsystems. Dieser Kontakt führt zu einer kontinuierlichen tribologischen Beanspruchung, die sich – wie im Grundlagenartikel zur Tribologie beschrieben – vor allem als abrasiver Verschleiß äußert. Harte oder scharfkantige Partikel im Fördergut, etwa metallische Späne, mineralische Stäube oder scharfkantiges Granulat, wirken auf die Innenwand wie ein Schleifmittel und tragen mit der Zeit Material ab.

Die Verschleißintensität hängt von mehreren Faktoren ab:

Materialeigenschaften des Förderguts: Härte, Kornform, Kornscharfkantigkeit und Dichte der transportierten Partikel beeinflussen maßgeblich, wie stark die Innenwand beansprucht wird.
Strömungsgeschwindigkeit: Höhere Fördergeschwindigkeiten erhöhen die Aufprallenergie der Partikel auf die Wand und verstärken damit tendenziell den Verschleiß, insbesondere in Bögen und Umlenkungen.
Geometrie der Leitung: Rohrbögen und Krümmer sind besonders stark belastet, da hier die Partikel durch die Richtungsänderung des Luftstroms verstärkt gegen die Außenwand des Bogens prallen. Solche Bereiche gelten in der Praxis häufig als Schwachstellen mit erhöhtem Verschleißrisiko.
Wandwerkstoff: Die Verschleißbeständigkeit des Leitungswerkstoffs (etwa bestimmte Kunststoffe, Elastomere, Stahl oder Verbundwerkstoffe) bestimmt, wie lange eine Leitung den abrasiven Belastungen standhält, bevor Wandschwächungen oder Durchbrüche auftreten.

Zur Verlängerung der Standzeit werden in stark beanspruchten Bereichen häufig verschleißfeste Auskleidungen, verstärkte Wandungen oder austauschbare Verschleißelemente eingesetzt.

Elektrostatische Aufladung durch Reibung des Förderguts

Neben dem mechanischen Verschleiß tritt beim pneumatischen Materialtransport ein zweiter, physikalisch eigenständiger Effekt auf: die elektrostatische Aufladung der Leitung und des Förderguts. Durch die ständige Reibung der transportierten Partikel an der Innenwand sowie durch Partikel-Partikel-Kontakte im Luftstrom kommt es zu einem triboelektrischen Ladungsaustausch. Da isolierende Rohr- und Schlauchwerkstoffe – etwa viele Standard-Kunststoffe – die entstehende Ladung nicht ableiten können, kann sich über die Zeit eine erhebliche elektrostatische Aufladung an der Leitung und am geförderten Material aufbauen.

Diese Aufladung ist insbesondere bei folgenden Materialien und Prozessen ausgeprägt:

feinkörnige oder pulverförmige Schüttgüter mit hoher spezifischer Oberfläche,
trockene Materialien bei geringer Luftfeuchtigkeit, da Feuchtigkeit die Ladungsableitung über die Umgebungsluft begünstigt,
hohe Fördergeschwindigkeiten und lange Leitungsstrecken, die zu einer verlängerten Kontaktzeit zwischen Material und Wand führen.

Eine unkontrollierte elektrostatische Aufladung kann sich in Form einer plötzlichen Entladung (Funkenentladung) entladen, sobald ein ausreichendes Potentialgefälle zu einem geerdeten oder anders geladenen Objekt besteht. Solche Entladungen können nicht nur elektronische Steuerungskomponenten stören oder beschädigen, sondern stellen unter bestimmten Bedingungen auch ein sicherheitsrelevantes Risiko dar.

Ableitfähige und antistatische Leitungssysteme

Um der unkontrollierten elektrostatischen Aufladung entgegenzuwirken, werden Rohr- und Schlauchsysteme für den Materialtransport gezielt ableitfähig oder antistatisch ausgeführt. Das grundlegende Konzept besteht darin, der entstehenden Ladung einen definierten, kontrollierten Weg zur Ableitung zu bieten, anstatt sie unkontrolliert an der isolierenden Wandoberfläche akkumulieren zu lassen.

Materialaufbau

Ableitfähige Leitungen werden üblicherweise durch den Einbau leitfähiger Komponenten in den Wandaufbau realisiert. Gängige Konzepte sind:

Leitfähige Drahteinlage (häufig aus Stahldraht), die spiralförmig in die Schlauchwand eingearbeitet ist und die Ladung entlang der gesamten Leitungslänge ableitet.
Leitfähige Additive im Kunststoff, etwa Ruß- oder Kohlenstofffasern, die dem Basiswerkstoff eine definierte elektrische Grundleitfähigkeit verleihen, ohne eine separate Drahteinlage zu erfordern.
Mehrschichtige Wandaufbauten, bei denen eine leitfähige Innen- oder Außenschicht gezielt mit den übrigen mechanischen Anforderungen (Abriebfestigkeit, Flexibilität, Chemikalienbeständigkeit) kombiniert wird.

Widerstandsklassen

Zur Einordnung der elektrischen Eigenschaften von Leitungswerkstoffen wird üblicherweise der spezifische Oberflächen- beziehungsweise Durchgangswiderstand herangezogen. In der Fachliteratur und einschlägigen Regelwerken (unter anderem der Technischen Regel für Gefahrstoffe TRGS 727) werden Materialien näherungsweise in Kategorien eingeteilt:

Kategorie	Charakteristik
Isolierend	Sehr hoher Widerstand, keine nennenswerte Ladungsableitung, Aufladung kann sich unkontrolliert aufbauen
Antistatisch	Erhöhte, aber begrenzte Leitfähigkeit, die eine langsame Ladungsableitung ermöglicht
Ableitfähig	Definierter, ausreichend niedriger Widerstand für eine zuverlässige und zügige Ladungsableitung bei ordnungsgemäßer Erdung
Leitfähig	Sehr niedriger Widerstand, schnelle Ladungsableitung, in der Regel mit metallischen oder stark leitfähigen Bestandteilen

Die genauen Grenzwerte der Widerstandsklassen sind in einschlägigen technischen Regelwerken definiert und richten sich nach der jeweiligen Anwendung sowie dem vorliegenden Gefährdungsgrad.

Erdung

Eine ableitfähige oder leitfähige Leitung kann ihre Schutzwirkung nur entfalten, wenn sie in ein durchgängiges Erdungskonzept eingebunden ist. Das bedeutet, dass die leitfähigen Bestandteile der Leitung (etwa die Drahteinlage) an definierten Punkten – üblicherweise an Kupplungen, Übergängen und Endpunkten – elektrisch leitend mit der Anlagenerdung verbunden sein müssen. Fehlt eine durchgängige Erdung, kann selbst ein grundsätzlich ableitfähiges Material seine Schutzfunktion nicht zuverlässig erfüllen, da die abgeleitete Ladung keinen Weg zur Erde findet und sich stattdessen an unterbrochenen Stellen aufstauen kann.

Bedeutung für den Explosionsschutz

Die Kombination aus brennbarem oder explosionsfähigem Fördergut – etwa organische Stäube, Kunststoffpartikel, Holzstaub oder metallische Feinstäube – und einer unkontrollierten elektrostatischen Aufladung stellt in industriellen Absaug- und Förderanlagen ein anerkanntes Sicherheitsrisiko dar. Trifft eine ausreichend energiereiche elektrostatische Entladung auf eine zündfähige Staub-Luft- oder Staub-Gas-Atmosphäre, kann dies im ungünstigen Fall eine Staubexplosion auslösen.

Aus diesem Grund ist die Verwendung ableitfähiger und ordnungsgemäß geerdeter Rohr- und Schlauchsysteme ein zentraler Bestandteil des Explosionsschutzes in Anlagen, die der europäischen ATEX-Richtlinie oder vergleichbaren nationalen Regelwerken unterliegen. Der Explosionsschutz betrachtet dabei stets das Gesamtsystem: Neben der Leitung selbst spielen die Erdung sämtlicher Anlagenkomponenten, die Klassifizierung explosionsgefährdeter Bereiche in Zonen, die Auswahl geeigneter Betriebsmittel sowie organisatorische Schutzmaßnahmen eine Rolle. Ableitfähige Leitungssysteme sind somit ein wesentliches, aber nicht alleiniges Element eines umfassenden Konzepts zur Vermeidung elektrostatisch verursachter Zündquellen beim pneumatischen Transport brennbarer Stäube und Granulate.

Quellen

Schlagwörter: