Bewegung zulassen

SANITÄR-/HEIZUNGStechnik
Praxiswissen
Bewegung zulassen
Anforderungen an die Rohrbefestigung zwischen den Festpunkten
Die Berechnung für die Ausdehnung eines Heizungsrohrs ist Basisstoff in der Ausbildung zum SHK-Installateur. Damit ist bekannt, dass
Rohrleitungen, die unter thermischer Belastung stehen, einen gewissen Bewegungsfreiraum brauchen. Ohne ihn können erhebliche
Schäden an der Installation auftreten. Im nachfolgenden Beitrag werden die Auswirkungen von fehlenden Gleitpunkten und die
verschiedenen Arten dieser Befestigungen beschrieben.
Die Befestigung von Rohrleitungen erfolgt in der Praxis meist routiniert. Vernachlässigt werden dabei oftmals die thermischen Spannungen, die in einer Installation auftreten können: Wenn sich ein Rohr
beispielsweise in einem Heizungssystem
erwärmt, dehnt es sich in der Länge und im
Durchmesser aus. Der genaue Betrag der
Ausdehnung ergibt sich aus der Temperaturdifferenz, der Installationslänge sowie
dem Rohrmaterial und lässt sich mit folgender Formel berechnen:
Dl = l · a · Dϑ
Dl = Längenausdehnung in mm
l = Länge der Rohrstrecke/Abschnitt
in m
a = Längenausdehnungskoeffizient
in mm/(m · K)
Dϑ = Temperaturdifferenz in K
Die Längenausdehnung ist stark vom
eingesetzten Material abhängig. So zeigen sich bei Rohrleitungen aus Kunststoff
deutliche Unterschiede gegenüber Installationen aus beispielsweise Kupfer. Dazu
zwei Beispiele, die in der Praxis vorkommen könnten, um zu verdeutlichen, welche
Längenausdehnungen zu erwarten sind.
Beispiel 1
Rohrmaterial:
Kupfer [a = 0,017 mm/(m · K)]
Rohrlänge: 15 m
ϑRaum: 20 °C
ϑmax: 60 °C
Aus diesen Werten ergibt sich eine Längenausdehnung von 10,2 mm.
Beispiel 2
Rohrmaterial:
Kunststoff PE [a = 0,2 mm/(m · K)]
Rohrlänge: 15 m
ϑRaum: 20 °C
ϑmax: 60 °C
Hier ergibt sich eine Längenausdehnung von 120 mm, die deutlich über der
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Tabelle 1: Thermische Längenausdehnungskoeffizienten einzelner Werkstoffe.
Werkstoff
Längenausdehnungskoeffizient a in
mm/(m · K)
Stahl
0,012
Edelstahl
0,01
Kupfer
0,017
Kunststoff PE
0,2
Kunststoff PE-X
0,22
Kunststoff PP
0,18
von Kupfer liegt. Es kommt also neben der
Temperaturdifferenz und der Rohrlänge
auch ganz entscheidend auf das eingesetzte Rohrmaterial an. (Tabelle 1).
Zulassen der Ausdehnung
Im ersten Augenblick erscheint manche Längenausdehnung zwar vernachlässigbar, sie kann aber unter Umständen zu
einem Schaden führen, wenn sie durch ein
zu starres Befestigen der Rohrleitung nicht
zugelassen wird. Ein seitliches Ausschlagen der Installation ist beispielsweise eine
der Folgen. Übrigens tritt eine Längenveränderung ebenfalls bei Kälteleitungen
auf, allerdings hier in Form einer Längenschrumpfung.
Die Kraft der Ausdehnung wächst mit
der Dimension der Rohrleitung. Können
kurze Installationslängen in kleinen Querschnitten noch die Längenänderung mit ihrer eigenen Flexibilität auffangen, bedarf es
bei größeren Durchmessern und längeren
Strecken spezieller Befestigungslösungen.
Bei kleinen Hausinstallationen reicht beispielsweise in den meisten Fällen eine Standard-Universalschelle mit Gummieinlage.
Sind größere Längenausdehnungen oder
Spannungen zu erwarten, werden Kompensatoren oder U- bzw. Lyra-Bögen installiert.
Damit wird der Rohrleitung eine Möglichkeit der Ausdehnung gegeben. Um sicherzustellen, dass die Längenausdehnung auch
in die dafür vorgesehene Richtung erfolgt,
werden sogenannte Festpunkte eingesetzt.
Das bedeutet: Das Rohr wird an dieser Stelle so fixiert, dass es keine Bewegungsmöglichkeit mehr hat. Auf der weiteren Strecke
zum Kompensator oder U- bzw. Lyra-Bogen
kommen Gleitpunkte zum Einsatz.
Bei Rohren mit Kompensatoren erfolgt
die Bewegung während des Erwärmens in
Richtung des Kompensators und beim Abkühlen vom Kompensator weg. Dies ist eine
Bewegung in nur eine Richtung (axial).
Bei Rohren mit U-Bögen
oder Leitungswinkeln bewegt sich das Rohr in 2 Richtungen (axial und lateral).
Gleitend in die Länge
Es gibt drei Hauptlösungen im Bereich
der Gleitpunkte (Befestigungen zwischen
den Festpunkten):
●● Gleitschellen
Diese Schellen ermöglichen die Bewegung in eine Richtung (linear). Das Rohr
schiebt sich durch die Schelle hindurch, in der Regel über eine
Gummieinlage.
Beispiel einer Standard-Gleitschelle.
IKZ-PRAXIS 5/2015
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Bei größeren Rohrdimensionen aus schweren
Werkstoffen wie beispielsweise aus Stahl
bietet sich die Verwendung von Rohrschellen mit Rollkörper an. Durch sie
wird der Reib-GleitWiderstand erheblich verringert.
Ein Nachteil der Gelenkkonstruktion ist
eine leichte Veränderung in der Höhe, wie
aus der Tabelle 2 im Falle eines 6°-Winkels zu entnehmen ist. Bei einer Rohrinstallation, die durch eine Wand führt, muss
diese Bewegung unbedingt berücksichtigt
werden.
Zwei Gelenkpunkte werden bei dieser Be
festigungsvariante benötigt.
●● Rohrschelle
mit Gleitkörper
Diese Vorrichtung
lässt ebenfalls nur eine
Bewegung des Rohrs
in eine Richtung (linear) zu. Die Schelle bewegt sich allerdings
durch den Gleitkörper mit dem Rohr – anders wie bei der Gleitschelle.
Beispiel einer
Gleitschelle mit
Rollkörper.
Fazit
Anhand dieser Beispiele kann man erkennen, wie wichtig es ist, bewusst die passende Befestigungsmethode für die „beweglichen“ Befestigungspunkte zu wählen.
Alle Lösungen haben ihre Einschränkungen, wie vorstehend beschrieben. Sie
gilt es zu berücksichtigen, um ein Versagen des Systems auszuschließen.
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Autor: Diem Kemper, Produktmanager bei der
Flamco Group
Bilder: Flamco
www.flamcogroup.com
Der Einsatz von nur einem Gelenkpunkt
kann zu Schäden führen.
Beispiel einer Rohrschelle mit Gleitkörper.
Bei der Installation ist darauf zu achten,
dass die Schelle mit Gleitschlitten nicht
für seitliche Kräfte konzipiert ist. Eine solche Belastung kann die Befestigung beschädigen.
Der Gleitkörper
kann keine
Seitenkräfte aufnehmen.
●● Rohrschelle mit Gelenkpunkten
Eine Konstruktion mit Gelenkpunkten
ermöglicht die Bewegung in zwei Richtungen und wird daher insbesondere in
Kombination mit Leitungswinkeln oder UBögen empfohlen. Wichtig ist, dass zwei
Gelenke verwendet werden. Dies ist z. B.
mit zwei Kugelgelenken oder einem Kugelgelenk und einer Gelenkschelle möglich.
5/2015 IKZ-PRAXIS
Tabelle 2: Höhenbewegungen bei Schellen mit Gelenkpunkten.
Länge Gewinde
stange
A
(zwischen
Schwenkpunkten)
[cm]
Max. Ausdehnung
Höhendifferenz
B
(a = 6 °)
C
(a = 6 °)
[cm]
[cm]
5
0,53
0,03
10
1,05
0,05
15
1,58
0,08
20
2,10
0,11
25
2,63
0,14
30
3,15
0,16
35
3,68
0,19
40
4,20
0,22
45
4,73
0,25
50
5,26
0,27
55
5,78
0,30
60
6,31
0,33
65
6,83
0,36
70
7,36
0,38
75
7,88
0,41
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