Steckverbinder Sicherer Anschluss für Kühlwasserkreisläufe

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Korrosionsschäden durch aggressive Medien sind ein bekanntes Problem. Doch auch eine vermeintlich harmlose Flüssigkeit wie Kühlwasser verhält sich je nach regionaler oder lokaler Zusammensetzung aggressiv und kann zu schleichenden, aber auch zu schnell verlaufenden Korrosionsschäden an geschlossenen Kühlwasserkreisläufen führen. Mit der richtigen Materialwahl aber werden Schäden verhindert.

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Auch vermeintlich harmlose Flüssigkeiten können in geschlossenen Kühlwasserkreisläufen zu Korrosionsschäden führen - das richtige Material schafft Abhilfe.
Auch vermeintlich harmlose Flüssigkeiten können in geschlossenen Kühlwasserkreisläufen zu Korrosionsschäden führen - das richtige Material schafft Abhilfe.
(Bild: IDEAL-Werk, Lippstadt)

Kühlwasserkreisläufe stellen eigene Anforderungen an die verwendeten Anschlüsse und Leitungen. Um diesen gerecht zu werden, hat Eisele mit der Liquidline eine eigene Produktlinie für Kühlwasseranwendungen im Programm. Welche Materialien und Bauformen die richtigen sind, hängt dabei insbesondere von der Anwendung und den geförderten Medien ab. Um eine zuverlässige und langlebige Problemlösung zu konstruieren, müssen die Einsatzbedingungen genau unter die Lupe genommen werden.

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Die Bauform eines Kühlwasseranschlusses richtet sich unter anderem nach dem abzuführenden Wärmestrom, der Einbausituation und der zu erwartenden Druckbeaufschlagung. Hinsichtlich des Materials gilt es einen Kompromiss zu finden, der bei vertretbaren Kosten die chemische Beständigkeit über die geplante Nutzungsdauer sicherstellt. Hier stellt gerade ein scheinbar harmloses Medium wie Kühlwasser hohe Ansprüche, da die Korrosionsgefahr stark von den örtlichen Gegebenheiten und der Zusammensetzung des zur Verfügung stehenden Kühlwassers beeinflusst wird.

Das richtige Material auswählen

Je nach Anwendungsfall können Kühlwasseranschlüsse aus Messing, Edelstahl oder Aluminium hergestellt werden. Die Messinganschlüsse der Liquidline bestehen bei Medienkontakt aus entzinkungsbeständigem Material. Auf diese Weise ist ein hoher Korrosionsschutz in den meisten gängigen Anwendungen gegeben. Sie wurden für Einsatzfälle konzipiert, in denen die Verwendung teuren säurebeständigen Edelstahls noch nicht erforderlich ist. Denn Kühlwasser ist mit einem pH-Wert in einer Bandbreite von 5 bis 6 nur leicht sauer. In der Pharmaindustrie oder in Lackierereien beispielsweise werden stärker saure Substanzen verarbeitet, für die Edelstahlanschlüsse besser geeignet sind.

In Kreisläufen, die mit Aluminiumkühlkörpern arbeiten, sind hingegen auch Anschlüsse aus Aluminium notwendig, damit es nicht zu elek­trolytischer Korrosion am Aluminiumkühler kommt. Flüssigkeitskühler werden aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit des Materials häufig aus Aluminium hergestellt und sind auf eine Einsatzdauer von mehreren Jahren ausgelegt. Um über die gesamte Zeit eine sichere Anschlusstechnik zu garantieren, müssen miteinander verträgliche Werkstoffe eingesetzt werden. Die bewährten Konstruktionsprinzipien der Ganzmetall-Steckverschraubungen wie sie in der Serie 2500 der Liquidline verwirklicht sind, wurden für diese Anwendungen eigens auf korrosionsbeständiges Aluminium in der Serie 5500 übertragen. Dafür verarbeitet Eisele das Sondermaterial EN AW-AlSi1MgMn. Herkömmliche Aluminiumlegierungen erreichen nicht die gewünschte Wasserbeständigkeit, weshalb auch die Hersteller von Flüssigkeitskühlern verstärkt dieses Material wählen.

Sicherheit durch absolute Dichtigkeit

Kommt es – zum Beispiel aus Sicherheitsgründen – auf absolute Dichtigkeit der Kühlwasserkreisläufe an, steht hier insbesondere die verwendete Anschlusstechnik im Blickpunkt: Gute Druck- und Temperaturbeständigkeit bei hohen Durchflussraten ist unabdingbar. Auch für die Lösung dieses Problems wird man bei den Serien 2400 und 2600 der Liquidline fündig. Die Einschraubanschlüsse der Serie 2600 sind mit einer hochwertigen Dichtung aus FPM (Viton) ausgestattet und alle Dichtstellen an Schlauch, Gewinde und Gehäuse sind auf lebenslange Dichtheit ausgelegt. Die Anschlüsse der Serie 2400 sind sogar mit zwei Dichtungen ausgestattet und für höhere Drücke bis 24 bar konzipiert. Mit dieser Dichtungsausstattung kann die Liquidline auch direkt in Schaltschränken oder in Reinräumen ihren Dienst verrichten – Leckagen sind bei vorschriftsgemäßer Montage nicht zu befürchten.

Der Problemfall Entzinkung

Entzinkung ist seit langem bekannt und kann unter anderem zu Korrosionsschäden an Kühlwasseranschlüssen führen. In Ausnahmefällen wird sie an Bauteilen aus Messing beobachtet, die in ständigem Kontakt mit Wasser stehen. Die angegriffene Stelle verfärbt sich kupferrot und weist dann praktisch keine Eigenfestigkeit mehr auf. Vereinfacht dargestellt lösen sich bei der Entzinkung die Hauptlegierungsbestandteile des Messings auf: Kupfer und Zink werden zu wasserlöslichen Salzen oxidiert. Das Zink wird vom Kühlwasserstrom weggeführt, das Kupfer dagegen als schwammartige Masse wieder abgeschieden. Die Voraussetzung für diesen Vorgang ist ein stark chloridhaltiges und in der Regel weiches Wasser mit niedriger Karbonathärte.

Vermieden werden kann die Entzinkung durch sachgerechte Werkstoffwahl und die richtige Handhabung der Bauteile – zum Beispiel durch Einhaltung der vorgeschriebenen Anzugsmomente. Die durchflussoptimierten Anschlüsse der Liquidline werden daher aus einer speziellen entzinkungsbeständigen Messinglegierung hergestellt. Die Entzinkungsbeständigkeit wird nach ISO 6509 überprüft. Die Liquidline ist demnach gut beständig in allen Brauchwässern, Wasserdampf, verschiedenen Salzlösungen und vielen organischen Flüssigkeiten. Der Werkstoff ist bei Lloyd’s Register für bestimmte Bauteile im Schiffbau zugelassen. Die Anschlüsse sind nickelfrei und stellen eine preiswerte Alternative zu Edelstahllösungen dar.

Edelstahl für harte Fälle

In Ausnahmefällen sind jedoch Kühlwasseranschlüsse aus Edelstahl vorzuziehen. Überall, wo die in der Anschlusstechnik gängigen Standardmaterialien wie Kunststoff, Messing und Aluminium an ihre Grenzen stoßen, steht mit den Serien 4500 und 4600 der Inoxline eine wirtschaftliche Lösung aus Edelstahl zur Verfügung. Edelstahl bietet ausgezeichneten Korrosionsschutz auch bei aggressiven Medien sowie bei
hohen Temperaturen. Anschlusskomponenten aus Edelstahl sind daher besonders langlebig und ausfallsicher.
Problemlos können sie auch mit allen anderen Werkstoffen kombiniert werden. Hinzu kommt ihre gute Reinigungsfähigkeit. Sie sind deshalb vor allem für den Einsatz in hygiene-sensiblen Bereichen hervorragend geeignet. Edelstahl
widersteht besonders gut sauren Medien und aggressiven Reinigern.

Bei der Auswahl des richtigen Materials sind nicht nur die eingesetzten Medien, sondern auch die Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Atmosphäre zu beachten. Insbesondere bei pH-Werten unter 5 sind Anschlüsse aus Edelstahl erforderlich. Gleiches gilt, wenn im Medium selbst, in verwendeten Reinigungsmitteln oder in der Installationsumgebung Ammoniak oder sehr hohe Nitrat- und Chloridgehalte vorliegen. Speziell in Gegenden mit intensiver landwirtschaftlicher Nutzung kann Nitrat zum Problem werden.

Der Problemfall Elektrokorrosion

Durch Elektrokorrosion können sich Kühlwasseranschlüsse aus Metall binnen kurzer Zeit regelrecht zersetzen, ohne dass es auf den ersten Blick einen Grund dafür gibt. Bei der sogenannten Elektrokorrosion führen Gleichströme oder Gleichstromanteile in Wechselspannungen zu Schäden an Leitungen und Armaturen. Werden zwei identische Metallelemente durch einen externen Strom zu einem galvanischen Element verbunden, wird das als Anode fungierende Metallteil abgebaut. Die Zersetzung beginnt mit dem unedelsten Legierungsbestandteil. Der Grund für Elektrokorrosion sind oft unbemerkte Erdungs- oder Fehlerströme. Lässt sich die Ursache solcher Probleme nicht ohne weiteres beseitigen, sollte ebenfalls auf Edelstahl zurückgegriffen werden.

Durch den Wechsel zu Edelstahlanschlüssen der Eisele Inoxline konnten zum Beispiel bei einem namhaften Kunden aus der Automobilindustrie Korrosionsprobleme auf einen Schlag gelöst werden. Vorher musste der Anwender regelmäßig undichte Anschlüsse austauschen und hatte bereits ein Jahr lang versucht die Probleme durch entsprechende Brauchwasseraufbereitung zu beheben. Der Wechsel zu Edelstahlanschlüssen aus der Eisele Inoxline löste die Problematik.

Generell sollten vor der Auswahl des Materials für Kühlwasseranschlüsse immer die konkret vorliegenden Gegebenheiten am jeweiligen Installationsort geprüft werden. Dabei sind nicht nur die eingesetzten Medien, sondern auch die vorherrschenden Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Atmosphäre zu beachten. (mz)

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