Elemente zur Führung von Fluiden (Rohrleitungen)

Anwendungsbereiche

Die klassischen Anwendungsbereiche für Elemente zur Fürhung von Fluiden finden sich heute in einer vielzahl von Bereichen unseres täglichen Lebens.

Einige Beispiele hierfür sind z.B in:

der Haustechnik

                   Versorgungsleitungen

                   Heizungsanlagen

                   Entsorgungsleitungen

KfZ-Technik

                   Servolenkung

                   Kühlkreislauf

                   Bremsen

Maschinenbau

                   Press- und Stanzmaschinen

                   Zentralschmieranlagen

                   Hydraulikleitungen

                   Kühl- und Schmierstoffführung

Versorgungstechnik

                   Kläranlagen

                   Abwasserleitungen

                   Kanalbau

                   Gasleitungen

Fördertechnik

                   Betonwerke

                   Mühlen

                   Sandgruben

                   Bergbau

Elemente zur Führung von Fluiden (Bauformen)

Rohrleitungen

Rohrleitungen unterscheiden sich in ihrem Material und den Anwendungsgebieten einige Beispiele hierfür sind:

Nahtlos und geschweißte Stahlrohre

Der hauptsächliche Anwendungsbereich liegt vornehmlich im Rohrleitungsbau. Diese sind aus Stahl gefertigt.

Die Nahtlosen Rohre (nach DIN 2448) sind über eine sog. Stranggußmaschine gefertigt und aus diesem Grunde nahtlos. Haben somit keine gefügeschwächende Schweißnaht.

Nennweiten sind von 32 – 150 verfügbar.

Die geschweißten Rohre haben meist Durchmesser von DN 15-800 und relativ geringe Wandstärken. Diese können Fertigungsbedingt nicht über eine Stranggußmaschine gefertigt werden und erhalten nach dem Umformen eine Schweißnaht. Diese wird ebenfalls maschinell durchgeführt.

Präzisionsstahlrohre

Der hauptsächliche Anwendungsbereich dieser Rohre findet im ölhydraulischen Anlagenbau statt. Diese Rohre sind ebenfalls nahtlos gefertigt haben ein sehr enges Toleranzfeld bei Aussenduchmesser und Wandstärke und sind Wirbelstromgeprüft.

Die Fertigungsnorm DIN EN 10305-1 und nachfolgende Werkstoffe E235 • E355

Gewinderohre

Werden im Heizungsbau und im Sanitärbereich eingesetzt und besitzen zöllige Aussenabmaße. Der Vorteil dieser Rohre liegt darin das an diesen Rohren ohne weiter Vorarbeiten entsprechende Gewinde geschnitten werden können.

Es gibt mittelschwere Gewinde Rohre nach DIN 2440 und schwere Gewinderohre nach DIN 2441.

Diese unterscheiden sich lediglich in ihrer Wandstärke.

Nichtrostende Stahlrohre

Diese Rohre haben sind analog zu den Präzisionsstahlrohren gefertigt jedoch aus nichtrostenden Materialien wie z.B. 1.4571. Hauptsächlicher Anwendungsbereich ist die Lebenmittelindustrie und der dazugehörige Anlagenbau.

Druckrohre aus duktilem Gusseisen

Werden heutzutage meisten nur als sog. Niederdruckölleitungen verwendet. Aussenabmasse sind meisten zöllig.

Kupferrohre

Der eigentlich Anwendungsbereich Heizungs-, Klima und Kälteanlagen.

Dieses Rohr ist nahtlos gefertigt. Besitzt eine hohe Fertigungspräzision da viele Anlagen heutzutage nur noch verpresst oder sogar nur gesteckt werden.

Aluminium-Rundrohre

Werden sehr häufig im Fahrzeugbau eingesetzt aufgrund seines sehr geringen Gewichtes

Dies sind dann meist KfZ- Klimaanlagen o.

Hartbleirohre

Finden meist in der chemischen Industrie ihren Einsatz in denen mit sehr aggresiven Medien gearbeitet wird.

Diese Rohre können, ebenfalls wie die Aluminium Rohr nur in Nieder- bzw. Mitteldruckbereichen eingesetzt werden.

Kunststoffrohre

Der häufigste Anwendungsbereich dieser Rohre sind meisten Druckluftleitungen.

Schlauchleitungen

Schlauchleitungen ohne Einlagen

Für Niederdruckanwendungen bis Pmax. 10 bar. Anwendungsbereiche sind meist Kraftstoffleitungen, Kühl-Schmierstoffleitungen oder im Haushaltsbereich als sog. Gartenschlauch zu finden.

Diese Art von Schläuchen sind für einige Anwendungsfälle mit Stahldrahtgeflecht zu finden.

Schlauchleitungen mit Textileinlagen

Für Mitteldruckanwendungen bis Pmax. 35 bar. Der hauptsächliche Anwendungsbereich liegt Kühlmittelleitungen z. B. im KfZ oder aber in Rücklaufleitungen in hydraulischen Anlagen.

Schlauchleitungen mit Stahldrahteinlagen

Für Hoch- und Höchstdruckanwendungen bis Pmax. 3500 bar. Der klassiche Anwendungsbereich ist hydraulische Anlagen- und Maschinenbau und das führen von hochverdichten Gasen.

Diese Bauteile finden jedoch auch in moderenen Bereichen wir z.B. das Wasserstrahlschneiden ihren Einsatz

Formstücke

Werden benötigte um Rohre zu Verbinden, um eine Ecke zu führen oder einen Abzweig zu schaffen. Diese Elemente werden bei z.B. den Gewinderohren, Gußrohren, Hartbleirohren etc. angewendet. Sind z.B. aus Gußmaterial gefertigt, geschmiedet oder auch aus mehreren Einzelteilen geschweißt.

Rohrbogen

Werden dazu verwendet um ohne Rohrumformung eine Eckverbindung herzustellen.

Fittings

Sind Passstücke um einen Anschluss einer Rohrleitung an einer anderen Komponente, wie z.B. einen Tank, durchzuführen

Abzweig- und Verbindungsstücke

Werden z. B. dazu verwendet Rohre unterschiedlicher Durchmesser zu Verbinden oder zwei Leitungsstränge zusammenzuführen als sog. T-Verbindung.

Armaturen und Ventile

Untescheiden sich in Schieber, Klappen, Ventile, Absperrhähne, Kugelhähne. Diese Bauteile unterscheiden sich nur in Ihrer Arbeitsweise jedoch nicht in Ihrer Funktion. Die Funktion besteht daraus einzelne oder mehere Rohrleitungsabschnitte zu trennen oder zu Verbinden.

Rohrverbindungsarten

Rohrverschraubungen nach ISO 8434

Schneidringverschraubungen mit 24° Dichtkegel

Anwendungsbereich findet im allgemeinen Maschinen und Anlagenbau statt. Bei dieser

Variante wird mittels eines Vormontagestutzen ein Schneidring auf das Rohr formschlüssig montiert der die Überwurfmutter auf dem Rohr hält und einen Dichtkegel von 24° ausgeformt ist.

Bördelverschraubungen 37°

Hat den häufigsten Anwendungsfall im Schiffbau wird aber auch zum Teil im Maschinenbau und in der KfZ-Technik eingesetzt.

Bei diesem Verfahren wird das Rohr kaltverformt mittels zweier Klemmbacken die das Rohr halten und eins Dornes der die Negativform der Bördelung hat. Dieses Verfahren kann nur maschinell, wegen des hohen Kraftaufwandes, durchgeführt werden.

Rohrumformverfahren

Dieses Verfahren ist eine alternative zu dem Schneidringverfahren.

In diesem Fall wird wie beim Bördeln mittels Dorn und Klemmbacken das Rohr kaltverformt jedoch wird ein Dichtkegel ausgeformt.

Flanschbördelverfahren

Diese Verfahren ist das gleiche wie bei den Bördelverschraubungen. Der Unterschied liegt darin das andere Zubehörteile wie z.B. sog. SAE-Flansche, die ein zölliges Abmaß haben, verwendet werden.

Rohrflansche

Übergang von Rohr nach Flansch nach DIN 2530 - 2553 und DIN 2543-2551
Vorschweißflansche DIN 2627-2638

Das sind Flansche mit einem Ansatz, zum Anschweißen beispielsweise an ein Rohr. Sie werden durch Schmieden aus einem Stahlrohling vorgeformt und anschließend durch Drehen und Bohren fertiggestellt.

Gewindeflansche z.B. nach DIN2558

Diese Bauart hat statt einem Ansatz zum Schweißen ein Innengewinde, in welches das Rohr eingeschraubt wird.

Lötflansche z.B. nach DIN 2573
Lose Flansche für Bördelrohr z.B. nach DIN 2641

Diese Bauart wird nur lose auf das Rohr aufgeschoben. Die eigentliche Befestigung auf dem Rohr übernimmt der dann aufzuschweißende Vorschweißbördel oder Vorschweißbund. Diese Bauart wird angewendet, wenn die Stellung des Lochkreises des Gegenflansches erst bei der Endmontage definiert werden kann.

Schweißverfahren

Bildet heutzutage die Ausnahme im Anlagenbau

Rohre werden stumpf oder überlappt geschweißt

Einwandfreie Zentrierung gegeneinander notwendig

Befestigungsarten

Rohrschellen

Werden aus Kunststoffen wie PP oder PA gefertigt und werden entweder mittels einer Schweißplatte oder mit entsprechende Muttern auf sog. C-Profil-Schienen befestigt.

In diesen Schellen können entweder Rohre oder Schläuche befestigt.

Diese Schellen gibt es für Aussendurchmesser von 6-89mm

Rundstahlbügelschellen

Werden im Rohrleitungsbau von Industrieanlagen eingesetzt für Rohraussendurchmesser von 25-251 mm. Diese Schellen bestehen aus einer Kunstoffunterlage und einem Rundstahlbügel.

Konstruktionsschellen

Werden eingesetzt um Rohre zueinander zu Zentrieren und damit eine Spannungsfreien einbau zu gewährleisten.

Einsatzbereich für Rohre mit einem Aussendurchmesser von 220-800 mm.

Strömungsarten

Unterschieliche Strömungsarten

Strömungen unterscheiden sich zwischen den laminaren Strömungen

Und den turbulenten Strömungsarten

Der Unterschied zwischen der laminaren und der tubulenten Strömung wird durch die sog. Reynoldszahl festgelegt.

Der Übergang findet bei dem Wert 2320 statt.

Ursachen und folgen von turbulenten Strömungen

Ursachen	Folgen
Zu klein Dimensionierte Rohrinnendurchmesser	Starke Wärmeentwicklung im System
Zu hohe Strömungsgeschwindigkeiten	Bersten von Rohren und Schlauchleitungen
Zu hohe kinematische Viskosität des Medium	Kavitation von Pumpen
Zu hoher Innendruck im Rohr	Hoher Druckverlust im System
Sehr kleine Biegeradien und falsche Montage der Elemente	Kompletter Systemausfall

Gestalten und Entwerfen

Geltende Normen und Verordnungen

Norm bzw. Verordnung	Anwendungsbereich
ZH 1/74[1]	Betrieb und Einsatz von Schlauchleitungen
DIN EN 10204-3.1b	Prüfzeugnis für Rohr- und Schlauchleitung
AD 2000 Richtline	Geltend für verschweisste Rohre und Behälter
TRR- Technische Regeln zur Druckbehälterverordnung-Rohrleitungen	Regeln zur Montage und Betrieb von Rohrleitungen (Prüfintervalle…)

Betriebssicherheit

Bauteile müssen den geltenden Sicherheitsvorschriften entsprechen
Nur geeignete Werkstoffe für die entsprechenden Druckbereiche verwenden
Sicherheitsbauteile wie Rückschlageventile, Absperrschieber und klappen mit integrieren
Eindeutige Markierung und Kennzeichnungen der Rohrleitungen durchführen

Wirtschaftlichkeit

Möglichst kurze und gerade Leitungswege da jede Biegung und jeder Abzweig zwangsläufig zu Querschnittsveränderungen führt.

Je länger die Rohrleitungen desto höher der Druckverlust beim Verbraucher.

Günstige Strömungsgeschwindigkeiten wählen (siehe RM TB 18-5) da zu groß dimensionierte Rohrleitung nur Mehrkosten verursachen jedoch keinen Vorteil im Betrieb haben.

Bei wärme- und kälteführende Rohrleitungen Dämmungen durchführen um Energieverluste zu reduzieren und auch entsprechend die Betriebssicherheit zu erhöhen.

Instandhaltung

Übersichtliche Leitungsführung um eine möglichst einfache Fehlersuche durchführen zu können

Nach Möglichkeit einfache Montage- und Demontagemöglichkeit mit Rohr- oder Flanschverschraubungen.

Umschaltmöglichkeiten vorsehen um Montage ohne Betriebsausfall zu gewährleisten

Bemaßungsgrundlagen

Maßangaben bei Päzisionsstahlrohren nach DIN 2391-1-C, Aluminium-Rundrohre und Kupferrohre werden mit Außendurchmesser x Wandstärke angegeben

Schlauchleitungen, Druckrohre aus duktilem Gusseisen, Hartbleirohre, Kunststoffrohre werden immer mit Ihrem Innendurchmesser bzw. Ihrer Nennweite [DN] angegeben.

In Verbindung mit einer Norm gibt der Nenndurchmesser (DN = Diameter Nominal) Auskunft über die Abmessungen der Rohrleitung

Maßgeblich hierfür ist der kleinste vorhandene Innendurchmesser. (z. B. der Armatur)

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Berechnungsgrundlagen

Benötigte Formeln

Durflussgleichung für inkompressible Medien

Formelzeichen	Benennung und Maßeineheit
V=	Durchflussgeschwindigkeit in [m³/s]
v=	Strömungsgeschwindigkeit [m/s]
d=	Innendurchmesser [m]

Strömungsgeschwindigkeit in kreisförmigen Rohren

Berechnung der REYNOLDS-Zahl

Formelzeichen	Benennung und Maßeineheit
v=	Strömungsgeschwindigkeit [m/s]
d_i=	Innendurchmesser [m]
ν=	Kinematische Viskosität [m²/s]

Berechnungsaufgabe

An einer Kehrmaschine mit hydraulischem Antrieb soll ein weiterer Besen angebaut werden um ein besseres Kehrergebnis zu bekommen. Die bereits vorhandene Hydraulik soll weitergenutzt werden. Die Hydraulikpumpe hat einen Betriebsdruck von ca. 220 bar bei einem Fördervolumen von 30 l/min.

Als Betriebsmedium wird Hydrauliköl Typ HLP 46 (ISO VG 46) verwendet. (Nach RM Tab 14-10 bei 40°C)

Geplant ist diese Verbindung mit einer Schlauchleitung vom Typ 2SN10 (ID = 10mm) zu realisieren

Berechne anhand der Reynolds-Zahl ob diese Leitung für diese Anwendung geeignet ist.
Welcher Innendurchmesser wäre ideal?

Lösung

7.4 Tabellen und Formeln zur Auslegung

 Diese Rohrtabellen sind für alle genormten Rohre die auf dem Markt erhältlich sind verfügbar.