Technik

Gummibauteile für Förderung und Aufbereitung von Kies und Sand

Bei der Nassgewinnung und Aufbereitung von Kies und Sand sind abrasive Suspensionen zu fördern. Die dafür eingesetzten Rohrleitungen unterliegen einem starken Verschleiß. Um die Standzeiten der Anlagen zu sichern, werden eine Vielzahl unterschiedlicher Werkstoffe zum Schutz gegen die allgegenwärtige Abrasion eingesetzt. Einer davon ist Gummi, der an vielen Stellen im Kieswerk gute Standzeiten erzielen kann.

Die gute Verschleißbeständigkeit von Gummi bei der Beanspruchung von Kies- und Sandsuspensionen ist zunächst überraschend. Gummi ist augenscheinlich ein ziemlich weicher Werkstoff und unterscheidet sich so grundlegend von den sonst als Verschleißschutz verwendeten harten Sonderwerkstoffen. Verständlich wird das gute Abschneiden bei der detaillierteren Betrachtung der Materialeigenschaften und der Vorgänge beim Transport von Suspensionen durch Gummileitungen.

Trifft ein scharfkantiges Korn auf die Oberfläche, verformt sich der Gummi an der Aufprallstelle elastisch und der Aufprallimpuls wird im Gummikörper verteilt.

Die Aufprallenergie wird in Wärme umgeformt. Die scharfe Kante hakt an der Auftreffstelle ein, das Korn wird von der Strömung weiterbewegt und rollt auf der Gummioberfläche ab. Anders sind die Verhältnisse beim Aufprall eines Korns auf eine harte Oberfläche. Aufprallimpuls und -energie können nicht durch plastisch-elastische Verformung kompensiert werden, sondern werden in den Werkstoff eingeleitet und führen zur Auflockerung seines Gefüges an den Korngrenzen. Aus dem gelockerten Gefüge brechen dann einzelne Kristalle heraus, es bildet sich die typische genarbte Verschleißoberfläche. Gefördert wird der Verschleiß noch durch das materialabtragende Rutschen der scharfkantigen Körner auf der Oberfläche.

Die Gummioberfläche bleibt glatt, aus ihr können keine Kristalle ausbrechen, Gummi hat eine nahezu amorphe mikrokristalline Struktur. Die produktseitigen Oberflächen von Gummi weisen nach längerem Angriff durch schleißende Suspensionen eine glatte, samtartige Oberfläche auf. Die Rohrrauigkeit von Leitungen aus harten Werkstoffen nimmt im Lauf der Betriebszeit zu, die von Gummileitungen nicht.

Das Gummirohrsystem

Beim Nassabbau von Kies werden schon sehr lange Gummischläuche zur flexiblen Verbindung von schwimmenden Rohrleitungsabschnitten eingesetzt. Dabei wurde festgestellt, dass die Standzeiten der Verbindungsschläuche häufig deutlich länger waren als die der mit ihnen verbundenen Rohrleitungen. Und das, obwohl die Schläuche im rauen Kieswerksbetrieb durch das Knicken, Falten und Stauchen zusätzlich zum Verschleißangriff durch die Suspension beansprucht wurden.

Es lag also nahe, die offensichtlich guten Eigenschaften von Gummi auch an anderen Stellen in Gewinnung und Aufbereitung von Kies und Sand einzusetzen. Ein weiträumiger Einsatz von Schläuchen scheiterte aber an ihren Eigenschaften. Gummischläuche lassen sich  nicht in engen Bögen  verlegen, sie sind ebenso für den Aufbau von geraden Förderstrecken ungeeignet, es sei denn, sie werden auf aufwendigen Stützkonstruktionen verlegt, deren hohe Kosten die Wirtschaftlichkeit aus der langen Lebensdauer der Teile zunichte machen.

Die immuG Rohr + Schlauch GmbH hat in den 1990er Jahren auf der Basis der beschriebenen Erkenntnisse begonnen, ein Rohrleitungssystem aus dem Werkstoff Gummi zu entwickeln. Ein wesentliches Element davon ist das Gummirohr, das sich grundsätzlich von einem Schlauch durch seine mechanischen Eigenschaften unterscheidet.

Ein Gummirohr ist nicht flexibel, es kann nicht gebogen werden, eine in seinen konstruktiven Aufbau einbezogene Versteifungseinlage gewährleistet dieses Verhalten. Es eignet  sich deshalb für den Aufbau von Rohrleitungen für Suspensionen an Land und auf dem Wasser. Für den Aufbau von Verrohrungen werden neben geraden Leitungsstücken auch Bögen, Abzweig- und T-Stücke, Reduzierungen und andere Sonderbauteile benötigt. Die immuG Rohr + Schlauch GmbH hat die Produktionsverfahren für diese entwickelt und verfeinert und liefert seit vielen Jahren ihre Produkte an die Kies- und Sandindustrie.

Förderung von Kies und Sand

Die zentrale Station für die hydraulische Förderung von Kies und Sand ist der Saugbagger. Vor und nach den Förderpumpen sind an den Pumpen Rohrbögen angeordnet. Anstelle der früher dort verwendeten Stahl- oder Gußsegmentbögen werden jetzt vielfach Gummibögen verwendet, deren Haltbarkeit die der Metallbauteile deutlich übersteigt. (Abb. 1) Saugseitig eingesetzte Bögen erhalten Vakuumversteifungen, die ihrer Oberfläche ein welliges Aussehen geben. Druckbögen sind außen glatt. (Abb. 2) Die Besonderheit des Herstellungsverfahrens für Gummibögen lässt es zu, Biegewinkel und -radius in weiten Bereichen nahezu stufenlos einzustellen. Da außerdem Schenkelverlängerungen in die Bögen integriert werden können, ist es möglich, praktisch für jeden Anwendungsfall einen  passenden Bogen herzustellen. Diese Flexibilität ist dann besonders nützlich, wenn, wie es häufig der Fall ist, Umbauten am Saugbagger den Einsatz von Bögen mit Standardradien und -biegewinkeln nicht zulassen.

Abb. 1: Druckbogen an einem Saugbagger.
Abb. 1: Druckbogen an einem Saugbagger.
Abb. 2: Saugbogen an einer Pumpe, der hier druckseitig verwendet wird
Abb. 2: Saugbogen an einer Pumpe, der hier druckseitig verwendet wird

Auch bei Gummibögen gilt, dass der Verschleiß mit zunehmendem Biegeradius abnimmt. Bei Saug- und Druckbögen sollte der Biegeradius deshalb so groß wie möglich gewählt werden.

Für die Förderung von Kiessuspensionen vom Saugbagger an Land bieten sich Gummirohre als Förderorgane an. Schwimmende Leitungen werden vorteilhaft mit Kunststoffschwimmkörpern ausgerüstet, die so bemessen sind, dass die Leitung im Betrieb halb getaucht ist. (Abb. 3) Damit sinkt die Windempfindlichkeit der Leitung im Vergleich zu einer auf Pontons verlegten Schwimmleitung drastisch.

Abb. 3: Montagefertiges Gummirohr mit Schwimmkörpern für den Bau einer Förderleitung auf dem Wasser.
Abb. 3: Montagefertiges Gummirohr mit Schwimmkörpern für den Bau einer Förderleitung auf dem Wasser.

Beachtet werden muss, dass Gummirohre selbst nicht flexibel sind. Damit die Beweglichkeit der Rohrleitung gewährleistet ist, die für das Versetzen des Saugbaggers erforderlich ist, müssen in Gummirohrleitungen genauso wie in Stahlleitungen Schläuche eingebaut werden. Die Schwimmkörper können auch mit Ausnehmungen für die Aufnahme der Kabel zwischen Land und Bagger ausgerüstet werden. Bewährt hat es sich aber auch, die Kabel mit speziellen Schwimmern als von der Rohrleitung unabhängige Trasse über das Wasser zu führen.

Besonders unproblematisch gestaltet sich die Installation von Gummirohrleitungen an Land. Sie werden einfach auf eine grob vorbereitete Trasse aus Sand und Kies aufgelegt und miteinander verschraubt.

Längere Standzeit

Gummirohrleitungen haben eine deutlich längere Standzeit als Stahlleitungen, ihre Lebensdauer übersteigt auch die von Rohren mit Hartstahlkern oder aus hochfestem Stahl. In den vergangenen Jahren wurden mehrfach Vergleiche zwischen den Leistungen von Förderleitungen aus unterschiedlichen Materialien mit denen aus Gummi angestellt. Gummi erwies sich immer als der überlegene Werkstoff, die Förderleistung von Gummirohren betrug ein mehrfaches der Vergleichsrohre.

Konkrete Zahlen wurden kürzlich in einem Kieswerk gemessen, das ein stark schleißendes Material fördert. Regelmäßig durchgeführte Verschleißfortschrittsmessungen lassen die Prognose einer Förderleistung von mehr als vier Mio. Tonnen zu. Leitung­en aus anderen Werkstoffen erreichen diese Standzeit bei weitem nicht. Während der Laufzeit muss die Leitung lediglich zweimal um jeweils 120° gedreht werden. Damit diese guten Standzeiten erreicht werden können, müssen die Leitungen sorgfältig so montiert werden, dass keine Absätze zwischen den einzelnen Rohren auftreten. Die Montage der Leitung in einer Achse wird durch die Ausrüstung der Rohrenden mit Zentrierflanschen deutlich erleichtert.

Schalldämmung

Ein interessanter Nebennutzen ergibt sich beim Betrieb von Gummirohrleitungen durch deren hervorragendes Schalldämmvermögen. Vergleichsmessungen an einer Förderleitung, die streckenweise mit Stahl- und Gummirohren ausgerüstet war, haben in einem Meter Abstand von der Stahlleitung Schalldruckpegel von 85 bis 90 dba ergeben. Die parallel dazu an dem Gummiabschnitt durchgeführte Messung ergab einen Schalldruckpegel in der Nähe von 0, also Umgebungsgeräusch. Dieses Verhalten der Gummirohre hat in einem siedlungsnahen Kieswerk den Ausschlag für ihren Einsatz gegeben. (Abb. 4)

Abb. 4: „Leise“ Steigleitung zum Schöpfrad aus Gummirohren.
Abb. 4: „Leise“ Steigleitung zum Schöpfrad aus Gummirohren.

Ein weiterer Nebenaspekt bei der Förderung von Suspensionen durch Gummirohrleitungen ist mit der im Betrieb der Leitung glatt bleibenden Innenoberfläche der Rohre verbunden. Die im Vergleich zu Stahlrohren um mehrere Größenordnungen kleinere Rohrrauhigkeit führt zu deutlich niedrigeren Druckverlusten während der Förderung. Rechnerisch ergibt sich ein um bis zu 30 Prozent niedrigerer Druckverlust, der entweder zu niedrigerem Energieaufwand für das Verpumpen führt oder dafür ausgenutzt werden kann, mit gleichem Energieaufwand längere Förderstrecken zu betreiben. Praktische Erfahrungen beim Betrieb von Rohrleitungen haben gezeigt, dass dies nicht nur eine theoretische Erkenntnis ist, sondern dass Einsparungen tatsächlich realisiert werden. In der Praxis hat sich herausgestellt, dass in bestehenden Kieswerken die mögliche Verlängerung des Pumpweges eher genutzt wird, als die verringerte spezifische Pumpleistung zur Senkung der Energiekosten.

Gummi in der Aufbereitung

In Aufbereitungsanlagen werden Gummibauteile an vielen Stellen eingesetzt. Neben Bögen und Rohren werden hier auch in großem Umfang T-Stücke verwendet. (Abb. 5) Diese können mit den unterschiedlichsten Abzweigwinkeln und Abzweiglängen hergestellt werden. Auch symmetrische Verzweigungen stehen zur Verfügung, so dass alle Varianten der Zusammenführung und Teilung von Produktströmen mit Gummibauteilen ausgerüstet werden können. Gerade an diesen Stellen tritt durch hohe Fallhöhen und starke Turbulenzen starker Verschleiß auf, der Metallbauteile rasch zerstört. T-Stücke aus Gummi haben deutlich höhere Standzeiten.

Abb. 5: T-Stück in einer Aufbereitung.
Abb. 5: T-Stück in einer Aufbereitung.

Durch Verstärkung der Gummischicht in besonders beanspruchten Bereichen wird die Haltbarkeit der Teile zusätzlich gesteigert. Bei der Ausrüstung von Klassieranlagen oder allgemein in Aufbereitungsanlagen werden auch häufig Bauteile des Gummirohrsystems mit Schläuchen kombiniert (Abb. 6).

Abb. 6: Kombination aus Schlauch, Bogen und Gummirohr zur Optimierung des Förderwegs.
Abb. 6: Kombination aus Schlauch, Bogen und Gummirohr zur Optimierung des Förderwegs.

So gelingt es mit verringertem Aufwand, räumlich schwierige Situationen mit haltbaren Förderorganen auszurüsten. Schläuche sind mit Gummirohrbauteilen kompatibel, da sie das gleiche Flansch- und Dichtungssystem verwenden.

Das speziell entwickelte Flansch- und Dichtungssystem mit seinen integrierten O-Ringen stellt sicher, dass die Flanschverbindungen auf Dauer dicht und druckfest sind. Zusätzliche Dichtungen sind nicht erforderlich und dürfen auch bei der Verschraubung von Schläuchen und Rohren mit Stahlanschlussflanschen nicht eingesetzt werden. Die Haltbarkeit der Gummibauteile ist so hoch, dass durch ihren Einsatz Problempunkte dauerhaft beseitigt werden. Es gibt Fälle, in denen Anlagenbetreiber „vergessen“ haben, dass in ihren Leitungen Gummirohrteile eingebaut sind, schlicht deshalb, weil keine Probleme an dieser Stelle zu lösen waren. (Abb. 7)

Abb. 7: „Vergessenes“ Gummirohr in einer Aufbereitungsanlage.
Abb. 7: „Vergessenes“ Gummirohr in einer Aufbereitungsanlage.

Ein besonderer Aspekt bei der Verwendung von Gummirohren in Aufbereitungsanlagen ist, dass sie die Produkte nicht verunreinigen. Das spielt dort eine Rolle, wo Sande für die Glasindustrie aufbereitet werden oder an anderen Stellen, an denen Schwermetallverunreinigungen im Endprodukt nicht toleriert werden. Gegenüber Quarzsand weisen die Gummibauteile eine extreme Verschleißfestigkeit auf, die auf der einen Seite sicher stellt, dass vieljährige Standzeiten gegeben sind und auf der anderen Seite, dass das Produkt im Lauf der Aufbereitung nicht mit Eisenpartikeln verunreinigt wird. (Abb. 8)

Abb. 8: Gummibögen in einer Quarzsandaufbereitung.
Abb. 8: Gummibögen in einer Quarzsandaufbereitung.

Nicht alle Probleme beim Bau von Suspensionsleitungen aus Gummirohrbauteilen und -schläuchen lassen sich mit vorkonfektionierten Produkten lösen. Damit auch in solchen Fällen nicht auf die Vorteile aus dem Einsatz von Gummi verzichtet werden muss, werden Spezial-schläuche verwendet, die vor Ort auf das benötigte Maß abgelängt werden und mit Außenklemmflanschen versehen in Anlagen eingebaut werden.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass mit dem Einsatz von Gummibauteilen als Rohre, Bögen, T-Stücke, Schläuche und Reduzierungen Verschleißprobleme bei der Förderung und Aufbereitung von Kies und Sand wirtschaftlich beherrscht werden können.

 
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