Rohrleitungen richtig befestigen – Teil 2 Mit Köpfchen an Wand und Decke

Der erste Teil dieses Beitrages zeigte auf, dass bei der Befestigung von Rohrleitungen viele Faktoren eine Rolle spielen. Ein wesent­liches Kriterium ist dabei die temperaturbedingte Längenän­derung der Rohre. Lesen Sie hier, welche Auswirkungen diese auf die Rohrverlegung hat und welche technischen Mög­lichkeiten für Rohrbefestigungen zur Verfügung stehen.
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Spiel muss sein
Stoffe dehnen sich bei Wärmezufuhr aus. Bei langen Bau­teilen ist dabei hauptsächlich die Längenände­rung zu be­rücksichtigen. Wohl bemerkt: Längenänderung. Denn es geht hier nicht immer nur um Ausdehnung. Auch das Schrumpfen bei Abkühlung ist einzu­kalkulieren. Bei Rohrleitungen ist die Längenänderung gezielt zu lenken. Wird das bei der Installation versäumt, sind nicht nur Leitungsdefekte die Folge, sondern es werden auch ernsthafte Schä­den an Bauteilen verursacht. Unerlässlich ist es also zu ermitteln, wie groß die Längenänderung einer Leitung sein kann. Hierzu müssen die Leitungslänge und der Ausdehnungskoeffi­zient des Rohrmaterials bekannt sein. Als dritter Wert spielt die zu erwartende Temperaturdifferenz eine entscheidende Rolle. Diese ist so fest­zulegen, dass nicht nur die normalen Betriebstemperaturen, sondern die maximal mögli­chen Temperaturen, die bei einem Störfall entstehen kön­nen, berücksichtigt sind. Die Spanne reicht also von einer Verlegetemperatur von rund 10 °C bis hin zu 95 °C bei wasserführenden Systemen. Bei Gasleitungen muss man sogar mit möglichen Brand­raumtemperaturen rechnen, damit die Befestigung die Leitung im Falle des Falles sicher halten kann. Mit diesen Daten kann ermittelt werden, um wel­ches Maß sich eine Rohr­leitung ausdehnt oder zusammenzieht. Die Längenänderung ∆ L wird mittels folgender Gleichung berechnet:
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∆ L = L ∙ ∆ϑ ∙ α
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Darin bedeuten:
∆ L = Längenänderung [mm]
L = Länge der Rohrleitung [m]
∆ϑ = Temperaturdifferenz [K]
α = Längenänderungs­koeffizient [mm / (K ∙ m)]
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Ausgleich durch Schenkel
Im normalen Installationsfall (z. B. Wohnhaus) halten sich die geraden Leitungsabschnitte in Grenzen. Immer wie­der sind Richtungsänderungen notwendig. Und die können sehr gut zur Aufnahme der Ausdehnung oder Schrumpfung der Leitungen genutzt werden. Durch sinnvolle Anordnung von Fest- und Gleitschellen nehmen die Richtungs­änderungen durch Ausfederung die thermisch bedingte Längenänderung auf. Wichtig ist, dass die Befestigungen nicht zu dicht an den Richtungsänderungen angebracht werden. Um die Flexibili­tät zu garantieren, muss hier ein so genannter Biegeschen­kel frei bleiben. Wie groß dieser sein muss, hängt dabei von der aufzunehmenden maximalen Längenänderung, vom Material der Rohrleitung (Flexibilität) und vom Leitungs­durchmesser ab. Die Mindestlänge des Biegeschenkels lB berechnet man so:
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lB = K ∙ √d ∙ ∆ l
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Darin bedeuten:
lB = Erforderliche Mindestlänge des Biegeschenkels [mm]
K = Werkstoffkonstante
d = Rohraußendurchmesser [mm]
∆ l = Längenänderung der Rohrleitung [mm]
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Sollen Richtungsänderungen der Rohrleitung auch als Biegeschenkel dienen, kann es sein, dass die erforderliche befestigungsfreie Länge größer ist als der maximal zulässige Befestigungsabstand (siehe Teil 1 dieses Beitrages). In diesem Fall sind Sonder­lösungen notwendig, die der Leitung entspre­chenden Bewegungsspielraum geben.
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Festpunkte clever setzen
Bei langen Leitungsabschnitten reicht die Bewegungsmög­lichkeit an den Abzweigen und Richtungs­änderungen oft nicht aus. In diesen Fällen muss die Leitung durch Fest­punkte unterteilt werden, um die Längenänderung ab­schnittsweise durch den Einbau von Dehnungsschlaufen oder Kompensatoren aufzunehmen. Gleitbefestigungen oder Gleitführungen bilden die schiebenden Halterungen zwi­schen Festpunkten. Um Schäden zu vermeiden oder Wartungsarbeiten nicht zu beeinträchtigen sind Dehnungsbögen so einzubauen, dass keine Luft- oder Wassersäcke entstehen. Mit einer Vorspan­nung kann der Dehnungsbogen optimal genutzt werden. Ein Fest­punkt wird dabei häufig nahe einem Bogen oder Abzweig angeordnet sein, damit die Län­genänderung gezielt auf die Biegeschenkel verteilt wird. Die Lebensdauer von Kompensatoren wird durch Tempe­ratur, Hubanzahl und Deh­nung bestimmt. Ebenso hat die Schellenanordnung wesentlichen Einfluss auf die Funktion. Sie sind so einzusetzen, dass ein seitliches Ausknicken der Leitung durch genaue Führung verhindert wird. Dabei müssen die Angaben des Kompensatorherstellers Beachtung finden. Einige Arten von Kompensatoren sind auf bestimmte Rohrleitungsmate­rialien beschränkt. Die durch den Rohrhersteller empfohle­nen Befestigungsabstände müssen in der Regel vermindert werden. Unmittelbar vor und nach Axialkompensatoren sind im Abstand von etwa 2 x DN Zwangsführungslager (Gleitsätze) vorgeschrieben. Der Einbauort muss für Kontroll- und Wartungsarbeiten zugänglich sein.
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Kraft in sich aufnehmen
Bei Kunststoffrohrleitungen kann – wenn der Rohrhersteller dies zulässt – auch die starre Montage angewendet wer­den. Dabei werden die Kräfte, die durch die thermisch be­dingte Längenänderung entstehen, durch die An­ordnung von Festpunkten auf den Baukörper übertragen. Eine Längenän­derung wird also durch die starre Einbindung des Leitungsabschnittes zwischen den Festpunkten verhindert. Jedes Rohrteil zwischen zwei Festpunkten muss die Dehnungs­kräfte in sich aufnehmen. Die entstehenden Kräfte auf die Schellenkonstruktion sind erheblich größer als bei der Biegeschenkelmontage. Die Festpunkte sind für ­diese Anwendungsfälle nach den Angaben der Hersteller auszurichten und zu berechnen. Bei der Montage der Festpunkte ist unbedingt auf ­eine feste (kraftschlüssige) Verbindung zum Rohr zu achten. Schall­dämmeinlagen können daher meist nicht verwendet werden. Zwischen den Festpunkten muss durch entsprechende Rohrführungen ein Ausbeulen des Rohres verhindert werden.
Schelle nicht gleich Schelle
Besonders bei Betrachtung der Längenänderung der Rohr­leitungen zeigt sich, dass man nur mit der klassischen Rohr­schelle allein heute keinen Blumentopf mehr gewinnen kann. Rohrbefestigungen müssen dem Installationsfall angepasst ausgewählt und eingebaut werden. Je nach Art und Ausfüh­rung der Decken und Wände, der bau- und sicherheitstechnischen Auflagen sowie der technischen Anforderungen, die an die Befestigung gestellt werden müssen, verwendet man
• Rohrschellen
• Gleitschellen und Gleitvorrichtungen
• Festpunktschellen
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Rohrschellen
können als einteilige Konstruktion mit gewindelosem Schnappverschluss oder mit einer unverlierbaren Kreuzschlitzschraube ausgestattet sein. Besonders bei der Mon­tage im kleineren Nennweitenbereich ist das Verschließen dieser Rohrschelle mit einer Hand möglich. Erhältlich sind diese Konstruktionen bis DN 150. Zweiteilige Rohrschellen bestehen aus dem Schellenunterteil und dem Rohrschellenbügel. Die Verbindung von Ober- und Unterteil geschieht entweder mittels zwei Schrauben oder mit einem Schnellverschluss und einer Schraube. Um eine Übertragung von Körperschall auf den Baukörper zu unterbin­den, sind die Rohrschellen mit Schalldämmeinla­gen aus unterschiedlichen Materialien ausgestattet. Farbige Kennzeichnungen der Einlagen (die leider herstellerspezi­fisch sind) deuten auf die Temperaturbeständigkeit sowie das Schalldämm- und Brandverhalten hin. ­Erhältlich sind so genannte Käl­teschellen, deren Einlagen aus PUR-Schaum verhindern sollen, dass die Rohrschelle eine Kältebrücke in der Dämmung darstellt. Eine weitere Möglichkeit stellen hier Rohrschellen dar, die die geschlossene Dämmung der Leitung umgreifen oder solche, die nachträglich mit einem speziellen Wärmedämmmantel versehen werden.
Das Rohrschellenunterteil ist mit einem Kombinationsgewindeanschluss versehen, der die Befestigung an Gewindestangen (meist M 10 und M 12 bzw. M 16) oder Rohren (über Gewindeadapter, meist 3/8 oder 1/2) ermöglicht. Der Über­gang auf andere Konstruktionsteile, wie Gleitlager ist mög­lich.
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Gleitlager
lassen sich direkt in Schienenkonstruktionen realisieren, in­dem die Gewindestange der Rohrschelle in ein genau ins Schienenprofil passendes Gleitstück eingeschraubt wird. Die Länge der Montageschiene von Halte­klaue zu Halte­klaue beschreibt dabei das Maß der axialen Dehnungs­mög­lichkeit der Rohrleitung.
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Gleitsätze
bestehen aus Gleitschlitten und Grundkörper. Der Grundkörper enthält Führungsschienen aus Kunststoff und wird direkt an Decke oder Mauer oder indirekt an Montageschienen befestigt. Auf dem Gleitschlitten ist die Rohrschelle angebracht, die sich mit dem Rohr axial bewegen kann.
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Gleitschellen
Soll eine Längsbewegung des Rohres durch die Rohr­schelle selbst ermöglicht werden, greift man auf Gleitschellen zurück. Diese Rohrschellen sind mit speziellen Einlegebän­dern versehen, die eine axiale Bewegung des Rohres in der Schelle ermöglichen. Durch diese Art der geführten Längenänderung wird eine Bewegung mit geringer Reibung ermöglicht und Geräusche durch die Längenände­rung weitgehend vermieden. Dennoch sind die Kräfte, die auf die Rohrschelle übertragen werden, größer als bei her­kömmlichen Schellen. Es empfiehlt sich daher, Gleitschellen mindestens mit Gewindestangen M 10 bei extrem kurzem Abstand zum Baukörper bzw. einer stabilen Unterkonstruktion zu befestigen. Die Einlagen von nicht als Gleitschel­len ausgewiesenen Schellenkonstruk­tionen erfüllen die hierfür erforderlichen Kriterien nicht und sind daher als Gleitschellen ungeeignet. Die ­ermöglichten Axialbewegungen ­haben zum Ziel, die Längenänderung der Rohrleitung bewusst zu den elastischen Gliedern zu lenken (Dehnungsbögen, Kompensatoren, etc.).
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Festpunkte
Um diese gezielte Bewegung zu ermöglichen, müssen auch Festpunkte in der Leitungsinstallation geschaffen werden. Da diese mit nicht unerheblichen Kräften beaufschlagt werden kön­nen, sind sie
besonders stabil auszuführen. Eine entsprechende Verbindung mit dem Baukörper wird z. B. mittels einer Rohr­stütze aus Gewinderohr (DIN EN 10255 [1]) und einer Reduktions­muffe erreicht. Der Decken- oder Wandabstand bestimmt die Dimension des Stützrohres. In der Rohrschelle darf das Rohr keine Gleitmög­lichkeit haben. Bei Gasleitungen aus Kupferrohren, bei denen der Fest­punkt die Ausdehnung der Leitung im Brandfall steuern soll, ist darauf zu achten, dass die ent­stehenden Kräfte nicht zum Auseinanderrut­schen ausgelöteter Hartlötverbindungen führen.
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Mit Schienen schnell zum Ziel
Meist werden mehrere Rohre für verschiedene Medien gleichzeitig installiert. Hier sind Sammelbefestigungen eine günstige Montage­lösung. Dabei wird eine Montageschiene an der Decke oder an der Wand angebracht, in der mittels passenden Zubehörs die Gewindestangen der verschiede­nen Rohrschellen eingebaut wer­den. So wird die Bohr­arbeit minimiert. Durch Schnellmontagesysteme, wobei vormontierte Nutstifte ohne Werkzeug direkt ins Schienen­profil eingerastet werden, lässt sich die Montagezeit weiter verringern. Außerdem entsteht ein optisch sauberes Bild, da alle Schellen in gerader Linie sitzen. Schließlich besteht die Chance, die Schellen nachträglich im Abstand zuein­ander zu verändern oder auszurichten. Die Montageschienen sind bei vielen Herstellern so konstruiert, dass sie sich auch zur Her­stellung von Rohrkonsolen eignen. Bei der Schienen­befestigung muss allerdings darauf geachtet werden, dass sich die Ausführung der Verbindung mit dem Baukörper nach der je­weils höchsten An­forderung aller dort befestigten Rohrlei­tungen orientiert.
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Richtig verankern
Die stabilste Rohrhalterung ist allerdings nutzlos, wenn das Halterungssystem nicht fest genug mit dem Baukörper ver­bunden ist. Bei der Befestigung von Rohrhalterungen ist da­her immer die Art des Dübels oder die Art des zu verwen­deten Ankers festzulegen. Die maximale Tragkraft dieser Befestigungshilfsmittel bestimmt dann auch den Montageabstand der Rohrhalterungen mit. So werden für die Befestigung von Gasleitungen teilweise brandsichere Ausführungen verlangt. Hier sind Metalldübel einzusetzen. Ferner muss das Bauelement, an dem befestigt wird, eine vorgegebene Feuerwiderstandsdauer (F 30 bzw. F 90) auf­weisen. Nicht immer ist es möglich, die Rohrleitungen direkt am Mauerwerk zu befestigen. In Industriehallen zum Beispiel, muss die Rohrleitung auch mal an einem T-Träger oder Doppel-T-Träger Halt finden. Hierfür gibt es Trägerklammern. Mit deren Hilfe können einzelne Rohrbefestigungen an dem Träger durch Anklemmen befestigt werden. Trägerklammern bieten die Möglichkeit, ganze Montageschienen an Stahlträgern zu fixieren.
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Mit dieser Technik kann das tra­ditionelle Anschweißen von Schellen nicht mehr mithalten. Vor allem nicht, wenn man bedenkt, dass die Qualität einer Rohr-Installation im entscheidenden Maße von der Ausführung der Befestigung abhängt.