Hydraulik-Rohrleitungen: Richtig dimensionieren – Risse im gebogenen Rohr vermeiden

Hydraulik-Rohrleitungen haben, aufgrund der genormten Abmessungen und den in Vielzahl vorhandenen, sicheren Rohranschlusstechniken, in der hydraulischen Leitungstechnik einen sehr hohen Stellenwert. Nicht nur der platzsparende Einbau, d.h. beim Hydraulik-Rohr können sehr viel kleinere Biegeradien als beim Hydraulik-Schlauch realisiert werden, hat Vorteile - Hydraulik-Rohrleitungen unterliegen im Vergleich zu den Hydraulik-Schlauchleitungen, egal ob aus Elastomer oder Thermoplast, keiner natürlichen Alterung. Eine anforderungsgerecht gebogene Hydraulik-Rohrleitung hat zusätzlich auch strömungstechnische Vorteile gegenüber einer Hydraulik-Schlauchleitung.

Voraussetzung für einen sicheren Betrieb und Funktion von Hydraulik-Rohrleitungen ist die richtige Auslegung. Der Konstrukteur und der Hersteller von Hydraulik-Rohrleitungen müssen daher gewisse Parameter im Vorfeld hinterfragen und auch entsprechend berücksichtigen. Hierbei spielen unter anderem der Volumenstrom, das verwendete Medium und der max. zu erwartender Betriebsdruck eine sehr große Rolle. Wenn wir uns den maximalen Betriebsdruck eines Hydraulik-Rohres in einem Herstellerkatalog etwas genauer ansehen, so fällt auf, dass in der Regel zwei maximal zulässige Betriebsdrücke angegeben werden. Der Belastungsfall I – für die statische Belastung, vorwiegend ruhend bis 120° – hat höhere Druckwertangaben als der Belastungsfall III – für die schwellende Belastung bis 120°. 

Für hydraulische Anwendungen wird in der Regel der Belastungsfall III herangezogen. Zu beachten ist, dass es sich bei dem angegebenen Druckwert um den maximal zulässigen Betriebsdruck für das GERADE ROHR handelt. Diese Druckwerte werden anhand von Normen, z. B. nach der DIN2413 oder auch der DIN EN 13480, berechnet. Durch das Biegen einer Hydraulik-Rohrleitung, egal ob mit der Hand oder auf einer CNC-gesteuerten Dornbiegemaschine, verändern sich die Rohrwandstärken in der Biegung. An der Außenseite nimmt die Rohrwandstärke ab. Dadurch vermindert sich in der Konsequenz auch die Druckfestigkeit des Hydraulik-Rohres nach dem Biegeprozess. Dies wird in der Praxis oftmals nicht beachtet und es führt zum Ausfall der Hydraulik-Rohrleitung. 

Für den Praktiker gibt es für die Bestimmung der notwendigen Rohrwandstärke nach dem Biegen ein sogenanntes Alternativverfahren, bei dem pragmatisch, schnell und exakt die richtige Rohrwandstärke für das „noch“ gerade Rohr, ohne komplizierte Berechnungen, ermittelt werden kann. Dieses Alternativverfahren wird in der DIN EN 13480 ausführlich beschrieben.

Voraussetzung ist aber, dass zunächst der notwendige Hydraulik-Rohrinnendurchmesser in Bezugnahme auf Volumenstrom in l/min, Betriebsdruck und den maximal empfohlenen Strömungsgeschwindigkeiten in m/s für die Druck-, Rücklauf- und auch Saugleitung ermittelt wird.

Auch hier geben einschlägige Literaturen Hinweise und Berechnungsformeln an. Als Beispiel für die maximal empfohlenen Strömungsgeschwindigkeiten werden für eine Druckleitung max. 6 m/s, für eine Rücklaufleitung max. 3 m/s und für die Saugleitung max.1 m/s angegeben.

Wenn man den notwendigen Innendurchmesser für eine Druckleitung mit den Werten Betriebsdruck 220bar, Volumenstrom 40l/min berechnet, würde sich ein notwendiger Innendurchmesser von 12mm ergeben. 

Nun muss der Anwender wissen, welcher Biegeradius angestrebt werden soll. Bei vielen Hydraulik-Rohrtypen sind Biegeradien von 1,5 – 3x Durchmesser des Hydraulik-Rohres möglich und auch gängig. Bei dem Regelbiegeradius von 2x Durchmesser (2xD) multipliziert man der notwendigen Rohrwandstärke für das gerade Hydraulik-Rohr den Faktor 1,2. Somit kann es vorkommen, dass anstatt einem Hydraulik-Rohr mit der Dimension 15x1,5mm (Innendurchmesser 12mm) ein Hydraulik-Rohr mit der Dimension 16x2mm (Innendurchmesser 12mm) benötigt wird, um die gewünschte Druckstabilität nach dem Biegen zu gewährleisten. Zu erwähnen ist, dass ein Hydraulik-Rohr mit einer errechneten Wandstärke von 1,8mm kein Standard ist. Der Innendurchmesser sollte durch die Erhöhung der Rohrwandstärke nicht negativ beeinflusst werden. Dies hätte zur Folge, dass die Strömungsgeschwindigkeit merklich ansteigt und sich dadurch auch das Temperaturniveau von Medium und Hydraulik-Rohr erhöht. 

Zum Thema Temperatur noch ein kleiner Hinweis: Das Biegen von Hydraulik-Rohren hat nicht nur den Vorteil platzsparend und strömungstechnisch optimal zu konstruieren und zu bauen. Es hilft auch die Längenausdehnungskräfte, die durch Temperaturerhöhung unweigerlich entstehen, zu kompensieren bzw. aufzuheben. Eine Hydraulik-Rohrleitung aus Stahl, mit einer Anfangslänge 1000mm, kann seine Länge bei einer Temperaturänderung von 60°C um ca. 0,70mm ändern. Bei Edelstahl sprechen wir hier, bei gleicher Temperaturänderung von 60°C bereits von einer Längenänderung von ca. 1,0mm.

Die Werkstoffauswahl stellt den Hersteller von Hydraulik-Rohrleitungen unter Umständen auch noch vor weitere technische Herausforderungen. Es kann durchaus sein, dass ein Hydraulik-Rohr mit einer höheren Materialeigenschaft bzw. Werkstoffgüte ausgewählt wird, um die notwendige hohe Druckbelastbarkeit sicherzustellen. Das kann aber unter Umständen dazu führen, dass dieses Hydraulik-Rohr dann nicht mehr in dem gewünschten Biegeradius gebogen werden kann. 

Apropos Biegen: Bei jedem Biegeprozess wird das Rohr unrund. Wieviel hängt von der verwendeten Biegetechnik ab. Allerdings sollten maximal 7-10% Unrundheit in der Biegung vorherrschen. Dies ist mit der anforderungsgerechten Biegetechnik realisierbar und technisch vollkommen in Ordnung. Die Strömungs- und Druckverluste, die in der Biegung entstehen, sind in der Regel vernachlässigbar klein. 

Mittlerweile stellen namhafte Hersteller von Hydraulik-Rohren verschiedene Engineering-Tools zur Verfügung.  Mit wenigen Klicks führen diese zur passenden Rohr‑ und Oberflächenlösung. Hier sind aber zwingend die technischen Anforderungen, wie bereits teilweise angesprochen, anzugeben. Weiterhin bieten die Produzenten von Hydraulik-Rohren umfassende technische Beratungen an, wenn es z. B. um Sonderlösungen und/oder Simulationen geht.