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Grundlagen, Rohrwerkstoffe, Komponenten 2. Auflage Rohrleitungen 1 Hans-Burkhard Horlacher Ulf Helbig Hrsg. Springer Reference Technik
Grundlagen, Rohrwerkstoffe, Komponenten
2. Auflage
Rohrleitungen 1
Hans-Burkhard HorlacherUlf Helbig Hrsg.
Springer Reference Technik
Springer Reference Technik
Springer Reference Technik bietet Ingenieuren – Studierenden, Praktikern undWissenschaftlern – zielf€uhrendes Fachwissen in aktueller, kompakter und verst€andli-cher Form. W€ahrend traditionelle Handb€ucher ihre Inhalte bislang lediglich ge-b€undelt und statisch in einer Printausgabe pr€asentiert haben, bietet „Springer Refe-rence Technik“ eine um dynamische Komponenten erweiterte Online-Pr€asenz:St€andige digitale Verf€ugbarkeit, fr€uhes Erscheinen neuer Beitr€age online first undfortlaufende Erweiterung und Aktualisierung der Inhalte.
Die Werke und Beitr€age der Reihe repr€asentieren den jeweils aktuellen Stand desWissens des Faches, was z. B. f€ur die Integration von Normen und aktuellenForschungsprozessen wichtig ist, soweit diese f€ur die Praxis von Relevanz sind.Reviewprozesse sichern die Qualit€at durch die aktive Mitwirkung von namhaftenHerausgeberInnen und ausgesuchten AutorInnen.
Springer Reference Technik w€achst kontinuierlich um neue Kapitel und Fachgebiete.Eine Liste aller Reference-Werke bei Springer – auch anderer F€acher – findet sichunter http://link.springer.com/search?facet-content-type=%22ReferenceWork%22.
Hans-Burkhard Horlacher • Ulf HelbigHerausgeber
Rohrleitungen 1
mit 332 Abbildungen und 58 Tabellen
HerausgeberHans-Burkhard HorlacherDresden, Deutschland
Ulf HelbigDresden, Deutschland
ISBN 978-3-642-39781-3 ISBN 978-3-642-39782-0 (eBook)ISBN 978-3-642-39842-1 (Bundle)DOI 10.1007/978-3-642-39782-0
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Springer Vieweg# Springer Berlin Heidelberg 1967, 2016Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich gesch€utzt. Jede Verwertung, die nichtausdr€ucklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags.Das gilt insbesondere f€ur Vervielf€altigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und dieEinspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werkberechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinneder Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten w€aren und daher vonjedermann benutzt werden d€urften.Der Verlag, die Autoren und die Herausgeber gehen davon aus, dass die Angaben und Informationen indiesemWerk zum Zeitpunkt der Veröffentlichung vollst€andig und korrekt sind. Weder der Verlag noch dieAutoren oder die Herausgeber €ubernehmen, ausdr€ucklich oder implizit, Gew€ahr f€ur den Inhalt des Werkes,etwaige Fehler oder Äußerungen.
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Vorwort zur 2. Auflage
Seit Erscheinen der ersten Auflage des Standardwerks „Rohrleitungen“ von Sieg-fried Schwaigerer vor knapp 50 Jahren haben sich die Rohrleitungstechnik und derRohrleitungsbau rasant weiter entwickelt. Das wissenschaftlich-technische Fachwis-sen, die Vielfalt der modernen Rohrwerkstoffe sowie die Potenziale der Rohrlei-tungstechnologien haben gegen€uber damals deutlich zugenommen und der aktuelleStand der Technik hat ein hohes Niveau erreicht. Nat€urlich kann die fr€uhere Ausgabediesen Entwicklungsstand nicht mehr in vollem Umfang abbilden. Mit einer voll-st€andig neuen 2. Auflage entschloss sich daher der Springer-Verlag, den zahlreichenNachfragen aus der Fachwelt zu einer grundlegenden Aktualisierung der erstenAuflage aus dem Jahr 1967 und des unver€anderten Nachdrucks der ersten Auflageim Jahre 1986 nachzukommen.
Als Springer Reference, hier in klassischer gedruckter Form als Buch, aber auchneuerdings in digitaler Version, die st€andig aktualisiert werden kann, bietet dieNeuauflage des Fachbuchs eine anspruchsvolle, wissenschaftlich fundierte Fakten-und Wissenssammlung, die sich auf den kompletten Bereich der Rohrleitungstech-nologie erstreckt. Es soll aus Sicht der Herausgeber eine wertvolle Hilfe zumkonstruktiven Verst€andnis, zur Funktionsweise und zum Betrieb von Rohrleitungenaller Art darstellen. Auch wenn kein Anspruch auf Vollst€andigkeit erhoben wird,versteht sich das Buch in erster Linie als umfassendes, fach€ubergreifendes Nach-schlagewerk f€ur die Rohrleitungstechnik, in dem jedoch des Umfangs wegen teil-weise auf ausf€uhrliche und komplexe Ableitungen sowie tiefgreifendere Erl€aute-rungen verzichtet werden muss. Kompensiert wird dies durch entsprechend gezielteVerweise auf die Fachliteratur und v. a. auf Regelwerke, Richtlinien und Normen.
In Anbetracht der thematischen F€ulle entschlossen sich die Herausgeber, dieseNeuauflage in 2 B€anden aufzulegen und weitere 22 Fachautoren f€ur die einzelnenFachgebiete mit einzubeziehen. Insbesondere ihnen ist es durch ihr Fachwissen undihre anspruchsvolle Autorenarbeit zu verdanken, dass das umfangreiche Werk ent-standen ist. Band 1 behandelt neben der Historie sowie den Grundlagen der Rohr-leitungstechnik vor allem die verschiedenen Rohrwerkstoffe und wichtige Rohr-leitungskomponenten. Der 2. Band konzentriert sich vor allem auf die verschiedenenEinsatzfelder und die unterschiedlichen Verlege- bzw. Einbaubedingungen sowie dieBerechnung, Bemessung und Rehabilitation von Rohrleitungen. Die urspr€unglichenKapitel sowie die Gliederung wurden grundlegend €uberarbeitet und an die heutigen
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aktuellen Gegebenheiten bei Materialien, Berechnungs- und Ausf€uhrungsmethoden,Regelwerken und Normen angepasst und erg€anzt, ohne die immer noch g€ultigenGrundlagen und Ans€atze zu vernachl€assigen. Neue Themenblöcke wurden zus€atz-lich mit aufgenommen und vertieft. Zahlreiche Abbildungen und Diagramme sowieTabellen und Beispiele runden die theoretischen Ausf€uhrungen ab.
Die Autoren sind zuversichtlich, dass dieses Buch ein hilfreiches Werkzeug undInstrument f€ur Studierende und Lehrende des Bauingenieurwesens, der Wasserwirt-schaft, der Apparatetechnik sowie des Anlagenbaus, aber auch f€ur den praktischt€atigen Ingenieur und f€ur Entscheidungstr€ager in Unternehmen der Wasserversor-gung und Abwasserentsorgung, der Gas-, Öl- und W€armeversorgung sowie derKraftwerkstechnik sein wird. Anregungen und Hinweise aus der Fachwelt werdengern aufgenommen.
Gedankt wird allen Beteiligten, die als Autor oder Co-Autor wirkten, die Bild-und Informationsmaterial bereit stellten oder die auf Seiten des Springer-Verlagesbeim Entstehen dieses Fachbuchs involviert waren.
M€arz 2016 F€ur die Herausgeber und die AutorenDresden Prof. em. Dr.-Ing. habil. Hans-B. Horlacher †
Dr.-Ing. Ulf Helbig
vi Vorwort zur 2. Auflage
Inhaltsverzeichnis
Teil I Allgemeine Grundlagen zur Rohrleitungstechnik . . . . . . . . . . 1
1 Historische Entwicklung der Rohrleitungstechnik . . . . . . . . . . . . . 3Harald Roscher und Ulf Helbig
2 Rohrleitungssysteme – Einteilung, Begriffe, Bestandteile . . . . . . . . 23Ulf Helbig und Hans-B. Horlacher
3 Rohrleitungsplanung – Grunds€atze, Vorschriften, Regelwerke . . . 35Ulf Helbig und Hans-B. Horlacher
Teil II Gussrohrleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4 Werkstoff Gusseisen f€ur Rohrleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47J€urgen Rammelsberg
5 Herstellung von Gussrohren und Formst€ucken . . . . . . . . . . . . . . . 53J€urgen Rammelsberg
6 Gussrohre – Qualit€atsmanagement und Nachhaltigkeit . . . . . . . . . 73J€urgen Rammelsberg
7 Ausf€uhrung und Kennzeichnung von Gussrohren undFormst€ucken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79J€urgen Rammelsberg
8 Steckmuffen-Verbindungen und deren Lagesicherung beiGussrohrleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87J€urgen Rammelsberg
9 L€angskraftschl€ussige Verbindungen bei Gussrohrleitungen . . . . . 99J€urgen Rammelsberg
10 Umh€ullungen und Auskleidungen von Guss-Rohrsystemen . . . . . . 109J€urgen Rammelsberg
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11 Einsatzgebiete und technische Regelwerke vonGussrohrleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127J€urgen Rammelsberg
Teil III Stahlrohrleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
12 Materialeigenschaften von Stahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141Gerd M€uhlenbeck
13 St€ahle f€ur Rohrleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153Gerd M€uhlenbeck
14 Herstellung von Stahlrohren und Formst€ucken . . . . . . . . . . . . . . . 179Gerd M€uhlenbeck
15 Flanschverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203Gerd M€uhlenbeck
16 Umh€ullung und Auskleidung von Stahlrohren . . . . . . . . . . . . . . . . 219Ulf Helbig und Gerd M€uhlenbeck
Teil IV Steinzeugrohrleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
17 Werkstoff Steinzeug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243Ulrich Bohle und Gabriele Hahn
18 Herstellung von Rohren, Formst€ucken und Sch€achten . . . . . . . . . 251Ulrich Bohle und Gabriele Hahn
19 Qualit€atsmanagement f€ur Steinzeugrohrleitungen . . . . . . . . . . . . . 265Ulrich Bohle und Gabriele Hahn
20 Ausf€uhrung und Kennzeichnung von Rohren undFormst€ucken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271Ulrich Bohle und Gabriele Hahn
21 Rohrverbindungen, Zubehör und Sch€achte beiSteinzeugleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289Ulrich Bohle und Gabriele Hahn
22 Einsatzgebiete und technische Regelwerke beiSteinzeugrohrsystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297Ulrich Bohle und Gabriele Hahn
Teil V Zementgebundene Rohrwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
23 Werkstoff Beton f€ur Rohre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303Karsten Körkemeyer
x Inhaltsverzeichnis
24 Herstellung zementgebundener Rohre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313Karsten Körkemeyer
25 Zementgebundene Rohre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337Karsten Körkemeyer
26 Rohrverbindungen bei Beton-, Stahlbeton-, Spannbeton- undFaserzementrohren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347Karsten Körkemeyer
27 Formteile, Zubehör, Korrosionsschutz bei zementgebundenenRohren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355Karsten Körkemeyer
28 Einsatzgebiete, Altbestand (Asbest, Faserzement) und technischeRegelwerke bei zementgebundenen Rohren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367Karsten Körkemeyer
Teil VI Rohrleitungen aus duroplastischen Kunststoffen (GFK) . . . . 375
29 Glasfaserverst€arkte Kunststoffrohre (GFK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377Wilfried Sieweke
30 Qualit€atsmanagement bei GFK-Rohren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391Wilfried Sieweke
31 Rohrverbindungen, Zubehör und Sch€achte bei GFK-Rohren . . . . 407Wilfried Sieweke
32 Einsatzgebiete und Regelwerke bei GFK-Rohren . . . . . . . . . . . . . 431Wilfried Sieweke
Teil VII Rohrleitungen aus Nichteisenmetallen . . . . . . . . . . . . . . . 451
33 Rohrleitungen aus Nichteisenmetallen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453Ulf Helbig
Teil VIII Mehrschicht-, Verbund- und Mantelrohrsysteme . . . . . . . 465
34 Mehrschicht- und Verbundkonstruktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467Ulf Helbig
35 Mantelrohrsysteme in der W€armeverteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . 475Ingo Weidlich
Teil IX Wichtige Rohrleitungskomponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495
36 Erzeuger der K€alte- und W€armeversorgung . . . . . . . . . . . . . . . . . 497Ulf Helbig
Inhaltsverzeichnis xi
37 Messeinrichtungen in Rohrleitungssystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . 503Ulf Helbig
38 Rohrleitungskomponenten – Sonderbauteile . . . . . . . . . . . . . . . . . 529Ulf Helbig
39 Bauteile zur Kompensation von Temperaturdehnungen . . . . . . . . 537Ingo Weidlich
Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545
xii Inhaltsverzeichnis
Mitarbeiterverzeichnis
Ulrich Bohle Steinzeug-Keramo GmbH, Frechen, Deutschland
Gabriele Hahn Redaktionsb€uro Dr. Hahn, Bonn, Deutschland
Ulf Helbig Institut f€ur Wasserbau und Technische Hydromechanik, TechnischeUniversit€at Dresden, Dresden, Deutschland
Hans-B. Horlacher Institut f€ur Wasserbau und Technische Hydromechanik, Tech-nische Universit€at Dresden, Dresden, Deutschland
Karsten Körkemeyer FB Bauingenieurwesen, Technische Universit€at Kaiserslau-tern, Kaiserslautern, Deutschland
Gerd M€uhlenbeck Ingenieurb€uro M€uhlenbeck, Heidelberg, Deutschland
J€urgen Rammelsberg European Association for Ductile Iron Pipe Systems �(EADIPS)/Fachgemeinschaft Guss-Rohrsysteme (FGR) e.V., Griesheim,Deutschland
Harald Roscher Weimar, Deutschland
Wilfried Sieweke HOBAS Rohre GmbH, Trollenhagen, Deutschland
Ingo Weidlich Hannover, Deutschland
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Teil I
Allgemeine Grundlagen zurRohrleitungstechnik
Historische Entwicklung derRohrleitungstechnik 1Harald Roscher und Ulf Helbig
ZusammenfassungDie Entwicklung der Rohrleitungstechnik und des Rohrleitungsbaus l€asst sich ininsgesamt f€unf Perioden gliedern. Die Periode 1 reicht bis zu 5000 Jahre in dasAltertum zur€uck. Die 2. Periode bezeichnet ab Mitte des 15. Jahrhunderts bis um1800 den Beginn der neuzeitlichen Rohrleitungstechnik. Die 3. Periode umfasstdie Etablierung der modernen zentralen und einheitlichen Ver- und Entsorgungmit Beginn der industriellen Revolution von Anfang des 19. Jahrhunderts bisca. 1900. Mit Beginn des 20. Jahrhunderts begann die 4. Periode, die mit demmassiven Ausbau der st€adtischen Ver- und Entsorgungsanlagen f€ur Wasser undAbwasser sowie der Kraftwerks- und Prozess- bzw. Chemieanlagen in Europaund den USA einherging. Das ausgehende 20. Jahrhundert ist seit ca. der Mitteder 1970er-Jahre durch die bis dato andauernde 5. Periode gepr€agt. Das Kapitelunterteilt und beschreibt die historischen Entwicklungsphasen in der Rohrlei-tungstechnik und im Rohrleitungsbau. Des Weiteren werden die Erfindung undEntwicklung der modernen Rohrwerkstoffe in jeweils kompakten Abrissenerörtert und behandelt.
1 Entwicklungsperioden der Rohrleitungstechnik
Die Geschichte der technischen Versorgung und der Rohrleitungstechnik l€asst sichin 5 Perioden einteilen [1–20].
H. Roscher (*)Weimar, DeutschlandE-Mail: [email protected]
U. HelbigInstitut f€ur Wasserbau und Technische Hydromechanik, Technische Universit€at Dresden, Dresden,DeutschlandE-Mail: [email protected]
# Springer Berlin Heidelberg 2016H-B. Horlacher, U. Helbig (Hrsg.), Rohrleitungen 1, Springer Reference Technik,DOI 10.1007/978-3-642-39782-0_1
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1. Periode Beginn der Wasserversorgung und Abwasserableitung in Rohrenbereits vor 5000 JahrenBereits vor mehr als 5000 Jahren wurden in den Großst€adten des Altertums Kana-lisationsanlagen gebaut, da die Anfangsform der Kanalisation, der €uberdeckte Stra-ßengraben oder auch Senkgruben nicht mehr ausreichten und man deshalb unterir-dische Kan€ale zur Ableitung des Abwassers anlegte.
Bekannt sind die Kanalisationsanlagen in den St€adten Mesopotamiens, dengroßen St€adten Ägyptens sowie des heutigen Indiens. Zu nennen sind insbeson-dere Sumer (Irak, 3800 v. Chr.), Babylon am Euphrat, Kalach am Tigris, Ninive,Karthago, Mohenjo Daro am Indus, Ur in Chald€aa, aber auch Tringad in Nordaf-rika. Ebenso besaß Jerusalem Kanalbauwerke. Die Ableitung des Abwasserserfolgte in Teiche und der Bodensatz wurde als D€unger und das Wasser zurBew€asserung verwendet. Es handelt sich demzufolge um die erste Form der Ab-wasserreinigung.
Der Ausbau der Kanalisation des antiken Roms begann im 5. Jahrhundert v. Chr.in Form eines €uberwölbten Entw€asserungskanals, der Cloaca Maxima, an die sp€aterandere st€adtische Abwasserleitungen angeschlossen wurden. Sie entstand durch dieÜberwölbung eines ehemaligen Bachlaufs, der mit dem Anwachsen der Stadt€uberdeckt wurde. Seine Breite betrug 2–3 m, seine Höhe 3 m, am Auslauf4 m. Das Gef€alle wechselte zwischen 3 % und 0,1 %. Die Seitenkan€ale bestandenaus kreisförmigen Rohren aus Ton, Blei oder Bronze. In den ersten Jahrhundertenwurden von den Römern f€ur den Bau von Abwasserkan€alen große Natursteinquader(Tuff, Kalkstein und f€ur den Boden Lava) verwendet, sp€ater Ziegel und vor allemopus caementitium.
R€aumkolonnen von Gefangenen verrichteten die unhygienische Arbeit der In-standhaltung. Pal€aste, Stadtb€ader und 144 öffentliche Bed€urfnisanstalten hatten dasRecht des Anschlusses an diese Großkloake. F€ur den Bau und die Unterhaltung desKanalsystems wurden Geb€uhren erhoben -von diesen stammt der lateinische Aus-druck „non olet“, sinngem€aß €ubersetzt „(Geld) stinkt nicht“.
Auf dem Gebiet der Wasserversorgung sind die bekanntesten Anlagen dieWasserversorgung der St€adte des Römischen Reichs. Aqu€adukte f€uhrten Quell-wasser, Wasser von B€achen oder Fl€ussen sowie von Seen in die römischen St€adterund um das Mittelmeer. Rom besaß neun große Zuleitungen (die l€angste mit91 km). In Nimes wurde das Castellum Divisorium (Chateau d’eau Romain;1884 entdeckt) gebaut, welches das €uber den Pont du Gard herangef€uhrte Wasserin der Stadt Nimes verteilte. Römische Anlagen in Deutschland sind die Eifel-leitung f€ur Köln (Colonia), die Wasserversorgungen von Trier, Xanten und weite-ren St€adten westlich des Limes.
In Griechenland verlegte man seit dem 5. Jahrhundert v. Chr. unter dem Pflastervon öffentlichen Pl€atzen Kan€ale. Das antike Athen besaß Wasserversorgungs- undAbwasseranlagen. Interessante Anlagen sind auch in Pergamon (Westt€urkei), inOlympia, Agrigent (S€udwestk€uste Siziliens – damals griechische Kolonie), aufSamos (Ostk€uste der Äg€ais) usw. zu finden.
Von Griechen und Römern sind in der West-T€urkei zahlreiche Zeugnisse antikerWasserkunst zu finden. Leider sind viele St€adte im Laufe von 2 ½ Jahrtausenden
4 H. Roscher und U. Helbig
durch Erdbeben in Mitleidenschaft gezogen worden. Sie wurden oftmals nach diesenEreignissen von ihren Bewohnern verlassen.
In den Abwasseranlagen von Ephesus und Ostia (damalige Hafenstadt von Rom)wurden unter den Sitzen der Toilettenanlagen die Exkremente mit fließendemWasser abgef€uhrt. Vor den Sitzen befand sich eine Wasserrinne, in der die Benutzerdie H€ande waschen konnten.
2. Periode Rohrleitungstechnik im MittelalterDie rohrleitungsgebundene „Technische Versorgung“ der mittelalterlichen St€adtebeschr€ankte sich auf die Wasserversorgung einzelner St€adte mit Holzrohrleitungen,ggf. auf die Überwölbung von Bachl€aufen und damit auf Anf€ange der Kanalisation.
Seit dem 14. Jahrhundert war man in der Lage, gusseiserne Gesch€utzrohre zugießen. Voraussetzung f€ur die Fertigung von Gussrohren waren neben einem ver-h€uttungsf€ahigen Eisenerz erhebliche Mengen an Holzkohle und die Fertigkeit, hoheTemperaturen zu erzeugen. Die deutschen Mittelgebirge boten beides – Erz undeinen Waldbestand, aus dem man Holzkohle herstellen konnte.
Im 19. Jahrhundert tauschte man in einzelnen St€adten Holz- und Bleileitungengegen gusseiserne aus. Die Verwendung von Buntmetallen (Blei, Kupfer undBronze) scheiterte an den hohen Kosten, von Ausnahmen abgesehen. Vereinzelterfolgte auch die Anwendung von Steinrohrleitungen (Dresden in der Mitte des 19.Jahrhunderts: 46 von ca. 200 km).
Die €altesten bekannten Gusseisen-Einzelleitungen in Deutschland sind die 1455f€ur Schloss Dillenburg (Hessen) und 1562 in Bad Langensalza (Th€uringen) f€ur dieVersorgung des Jacobi- und Ratsbrunnens verlegten Leitungen. Weitere Einzellei-tungen sind f€ur die Schlosswasserversorgung Homburg (1684–330 m), die Wil-helmshöhe Kassel (1713–1000 m), das Schloss Br€uhl bei Köln (1722–2000 m)und das Schloss Ehrenbreitstein bei Koblenz (1766–6000 m) gebaut worden.
Die im Schlosspark von Versailles 1668 zur Versorgung der Wasserspiele ver-legten Gussrohrleitungen mit Flanschverbindungen in den Nennweiten DN 350 bis500 hatten eine Gesamtl€ange von ca. 24 km.
Eine technische Höchstleistung war die 1817 f€ur die Solewasserzuf€uhrung vonBerchtesgaden nach Reichenhall gebaute erste Hochdruckleitung mit Gussrohren inIlsank bei Berchtesgaden mit einer Förderhöhe von 358 m.
3. Periode Zentrale (einheitliche) Versorgung von St€adten in der Zeit derindustriellen RevolutionErste zentrale Wasserversorgungsnetze entstanden im Zuge der Industrialisierungin Frankreich, England und den USA bereits Anfang des 19. Jahrhunderts. DieVerlegung gusseiserner Rohre f€ur die Wasserversorgung erfolgte in Lyon bereits1800, in Paris 1802, in London 1808 und Marseille 1813 sowie in Pennsylvania(USA) 1825.
1848 wurde in Hamburg nach dem großen Brand die erste zentrale Wasserver-sorgung Deutschlands nach den Vorschl€agen Lindleys gebaut. 1856 bzw. 1859folgten Berlin bzw. Magdeburg. Zur Erzielung eines gleichm€aßigen Druckes imVersorgungsgebiet und zum Ausgleich von Verbrauchsschwankungen wurden
1 Historische Entwicklung der Rohrleitungstechnik 5
Ausgleichbeh€alter möglichst im Schwerpunkt des Versorgungsgebietes vorgesehen.Zentrale Wasserversorgungssysteme und ausgedehnte Kanalisationsnetze entstan-den in den meisten deutschen St€adten erst in der zweiten H€alfte des 19. Jahrhunderts.Wesentliche Voraussetzung f€ur die zentrale Wasserversorgung waren die Dampfma-schine, die Kolbenpumpe und die Herstellung gusseiserner Rohre.
F€ur den Bau von Kanalisationsnetzen waren die Erkenntnisse der St€adtehygienesowie die Entwicklung entsprechender Bauverfahren f€ur Abwassersammler ingroßer Tiefenlage von entscheidender Bedeutung. Die Herstellung von Beton-und Steinzeugrohren in Deutschland begann Mitte des 19. Jahrhunderts. Vorhererfolgte der Import aus England, was auch auf den Abmaßen auf Zoll-Basis zuerkennen ist.
Vorreiter f€ur den Bau von Kanalnetzen in Deutschland war Hamburg im Jahre1842. Sp€ater folgten dann Magdeburg (1856), Leipzig (1860), Rostock (1864) undErfurt (1875). In Berlin sollte es noch drei Jahrzehnte dauern, bis das Kanalnetz inder Kernstadt realisiert wurde. Am 13.8.1873 wurde der 1. Spatenstich f€ur dieumfassende Kanalisierung der damaligen Millionenstadt ausgef€uhrt. Das Abwasserder einzelnen Kanalisationsteilgebiete ist rund um Berlin auf Rieselfelder geleitetund landwirtschaftlich verwertet worden.
Die st€adtische Gasversorgung gewann erst zwischen 1860 und 1880 eine zuneh-mende Bedeutung, obwohl Gas f€ur die Straßenbeleuchtung bereits zu Beginn des 19.Jahrhunderts verwendet wurde (1813 Freiberg, 1818 Wien). 1827 wurde durchBlochmann das erste Gaswerk in Dresden errichtet und 1828 Gas in gusseisernenRohren transportiert. Weitere Gaswerke baute man in Leipzig 1837, Aachen undElberfeld 1839 und Köln 1840. 1855 gab es in Deutschland 176 Gaswerke, 1868bereits 608. 1880 kamen Gaskoch- und Heizger€ate auf den Markt. Anstelle deranf€anglichen Rohre f€ur die Gasbeleuchtung waren nunmehr größere f€ur die Heiz-und Kochzwecke erforderlich.
Die Anf€ange der Fernw€armeversorgung liegen erst am Ende des 19. Jahrhunderts.1884 erhielten in Berlin die Technische Hochschule und in Dresden der Staatsbahn-hof eine Fernw€armeanlage. Erst nach der Jahrhundertwende (1902) wurde die ersteeurop€aische Fernw€armeanlage in Betrieb genommen.
Im engen Zusammenhang mit der Entwicklung der technischen Versorgungs-systeme stehen der Materialeinsatz sowie die Entwicklung der Bauverfahren und dieEinordnung der Leitungs- und Kanalsysteme in den unterirdischen bzw. oberirdi-schen Bauraum. Gas-, Wasserversorgungs- und Abwasserleitungen wurden erdver-legt ausgef€uhrt. Fernw€armeleitungen sind in nicht begehbaren Kan€alen verlegtworden, wobei gemauerte Kan€ale und Fertigteilkonstruktionen angewendet wurden.
Die ersten Sammelkan€ale wurden in England gebaut, um der Bevölkerung dieUnbequemlichkeiten zu ersparen, die durch h€aufiges Aufgraben der Straßen verur-sacht werden.
Gussrohre wurden bereits 1827 f€ur die Gasversorgung von Berlin eingesetzt, abererst Mitte des 19. Jahrhunderts f€ur die Wasserversorgung. Versuche zur Herstellungvon Stahlrohren waren zun€achst nicht erfolgreich (1886 Patent der Gebr€uder Man-nesmann f€ur die Herstellung nahtloser Rohre). Die massenhafte Produktion vonStahlrohren begann erst am Anfang des 20. Jahrhunderts.
6 H. Roscher und U. Helbig
4. Periode Ausbau der st€adtischen Versorgung im Verlauf des 20. Jahrhundertsund Bau von Fernleitungssystemen (national und international)Die ersten Wasser-, Gas- und Fernw€armeversorgungssysteme wurden als Inselan-lagen betrieben, sp€ater in den St€adten und Ballungsgebieten zum Verbundbetriebzusammengeschlossen und schließlich Fernversorgungssysteme gebaut.
Die heutigen zu rehabilitierenden Versorgungssysteme (Wasser, Gas und Abwas-ser) wurden vor dem ersten und zwischen dem ersten und zweiten Weltkrieg gebaut.W€ahrend der Weltkriege ist eine Stagnation des Ausbaus zu verzeichnen.
Nach dem zweiten Weltkrieg bestimmten zun€achst der Wiederaufbau der St€adteund damit die Instandsetzung besch€adigter oder zerstörter Leitungssysteme dieEntwicklung der technischen Versorgung. Danach folgte eine Phase des immensenZuwachses an Leitungsl€angen durch den Bau von Wohn- und Gewerbegebieten inStadtrandlagen. Dadurch wuchs einerseits die L€ange der Wasser-, Gas- und Abwas-sernetze sowie der Fernw€armeleitungen betr€achtlich. Andererseits aber vergrößertesich die spezifische L€ange der Leitungen pro Einwohner, so dass die Aufwendungenpro Einwohner zwangsl€aufig stiegen.
Ebenso nach dem zweiten Weltkrieg erfolgte der Bau von Fernwassersystemen.F€ur die Gasversorgung sind von wesentlicher Bedeutung der Aufbau von Verbund-systemen und Gasspeichern sowie die Umstellung von Stadt- auf Erdgas. Fern-w€armesysteme wurden f€ur neu zu versorgendenWohn- und Industrieanlagen gebaut.Sie besitzen jedoch nicht den Ausbaugrad von Wasser- und Gasversorgungssystemen.
Der Anschlussgrad an Abwasseranlagen erhöhte sich permanent. Aber auch neueProbleme waren und sind zuk€unftig zu lösen, wie die zunehmende Versiegelung derStadtfl€achen und die damit verbundene Vergrößerung der Regenabfl€usse.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt der technischen Versorgung ist der Rohrma-terialeinsatz. Zu dem Einsatz von Gussrohren f€ur die Gas- und Wasserversorgungkam im 20. Jahrhundert eine Vielzahl neuer Rohrmaterialien hinzu. Nicht immerjedoch wurde geeignetes Rohrmaterial eingebaut, so z. B. in Ostdeutschland Stahl-rohre mit unzureichendem Korrosionsschutz sowie PE-Rohre in ungeeignetem Bet-tungsmaterial. In Westdeutschland waren dies Duktilgussrohre der 1. Generation mitunzureichendem Korrosionsschutz.
5. Periode Rehabilitation der st€adtischen Versorgungssysteme – Sanieren oderErneuernNach dem Ausbau der Wasserversorgungssysteme im 20. Jahrhundert m€ussen sichdie Versorgungsunternehmen im verst€arkten Maße der Instandhaltung ihrer Rohr-netze zuwenden, Rohrleitungen sanieren oder erneuern und aufgetretene funktionaleM€angel am Rohrnetz beseitigen (Abb. 1).
Im letzten Jahrzehnt des 20. Jahrhunderts kam als weiterer wichtiger Aspekt f€urdie Rohrnetzrehabilitation der seit 1990 r€uckl€aufige Wasserverbrauch im Zusam-menhang mit der demografischen und wirtschaftlichen Entwicklung in Deutschlandhinzu.
Die technische und betriebswirtschaftliche Nutzungsdauer aller Rohrmaterialien,Rohrverbindungen und Armaturen ist begrenzt und von verschiedenen Einflussfak-toren abh€angig. Durch rechtzeitige Sanierungsmaßnahmen statisch intakter Rohrlei-
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tungen kann die Nutzungsdauer verl€angert werden. Voraussetzung f€ur die Sanierungsind die Ergebnisse einer Zustandsbewertung.
Einflussfaktoren, welche bei der Rehabilitation zu beachten w€aren bzw. welchedie Nutzungsdauer von Materialien beeinflussen, sind z. B.:
– physische Ver€anderungen der Materialien aufgrund ihres Alters (Korrosion, Gra-fitierung, Zeitstandverhalten usw.),
– €außere Einfl€usse wie Verkehrsbelastungen, Boden- und Grundwasserverh€altnisse,– neue Entwicklungen von Rohrmaterialien und -auskleidungen bzw. -beschich-
tungen,– neue wissenschaftliche Erkenntnisse, z. B. Wechselwirkung der Rohrmaterialien
mit dem transportierten Wasser oder Verhalten des Rohrnetzes bei Desinfektionund Sp€ulung hinsichtlich des Biofilms in Rohrleitungen oder von Ablagerungenbei Wiederinbetriebnahme der Leitungsstrecken nach Rehabilitationsmaßnah-men,
– neue oder ver€anderte Anforderungen an die Rohrnetze,– Einsatz von geeignetem Rohrmaterial,– Verfahrensentwicklung (z. B. grabenlose Technologien, Bohrlochverfahren f€ur
Hausanschl€usse).
2 Entwicklung der Rohrwerkstoffe im 19. und 20.Jahrhundert [16, 18, 21–27]
2.1 Rohrmaterialien gestern und heute
Die heutigen technischen Versorgungs- und Entsorgungssysteme – Gas-, Wasser-,Abwassernetze – entstanden mit der industriellen Entwicklung im 19. Jahrhundert.Im 20. Jahrhundert wurden sie ausgebaut und es erfolgte eine Regionalisierung von
Abb. 1 Etappen der Entwicklung der rohrleitungsgebundenen technischen Infrastruktur
8 H. Roscher und U. Helbig
Infrastruktursystemen (Fernversorgung) der Gas- und Wasserversorgung, der Elek-troenergieversorgung, der Informationsanlagen und von Produktenleitungen unter-schiedlicher Art. In dieser Zeit wurden die klassischen Werkstoffe in ihren Eigen-schaften weiter optimiert und neue Werkstoffe kamen auf den Markt. Heute findetman eine Vielzahl an unterschiedlichen Materialien und Systemen in den Leitungs-netzen.
2.2 Von der Einzelfertigung zur industriellen Produktion vonGussrohren
Die €altesten bekannten Gusseisen-Einzelleitungen in Deutschland sind die Rohrlei-tungen:
– von Schloss Dillenburg (Hessen, 1455),– Bad Langensalza (Th€uringen, 1562),– Druckwasserleitung zur Versorgung des Schlosses Braunfels an der Lahn (1661),– Gussrohrleitung Wilhelmshöhe bei Kassel (1701 bis 1713),– Wasserleitung zur Versorgung der Parkanlagen von Schloss Br€uhl (1722),– Metternicher Wasserleitung der Stadt Koblenz (1783 bis 1786) und weitere in– Hannover Herrenhausen, Weilburg an der Lahn.
Die 1412 in Augsburg gegossenen Gussrohre, die jedoch aufgrund zu geringerQuerschnitte und damit zu hohem Druckverlust wieder ausgebaut werden mussten,sind nicht mehr vorhanden, hingegen die in Dillenburg immer noch. In Augsburgwurden die Rohre nach 2 Jahren durch Holzrohre ersetzt [4].
In Deutschland wurden Gussrohre zun€achst in der Gasversorgung (nur kleineQuerschnitte f€ur die st€adtische Beleuchtung etwa ab 1820, z. B. 1827 f€ur die Gas-beleuchtung in Berlin) und ab 1850 in der st€adtischen Wasserversorgung (größereQuerschnitte) eingesetzt. Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts wurden in der Wasser-versorgung ausschließlich Gussrohre verwendet.
Von einer industriellen Fertigung von Gussrohren kann man ab 1885 sprechen(Normung gusseiserner Rohre 1873 durch den Verein deutscher Gas- und Wasser-fachm€anner zusammen mit dem Verein deutscher Ingenieure). Damalige Tabellen€uber Rohrleitungen enthalten heute nicht mehr verwendete Nennweiten (DN 175,225, 275, 325, 375, 425, 475), die jedoch in Netzteilen heute noch in Betrieb sind.
Das Arbeitsverfahren hat sich im Laufe der Jahrhunderte vom einfachen Guss inliegenden, zweiteiligen Sandformen (sog. Gießladen) bei nur geringer Baul€ange biszur weitgehend mechanisierten Fließfertigung in stehenden, einteiligen Formenentwickelt. Bis 1885 wurden die Rohre liegend gegossen, sp€ater einzeln stehend,danach in so genannten Gießkarussellmaschinen. Etwa bis 1915 wurden geradeRohre ausschließlich in Sandguss mit Hilfe von stehenden, nahtlosen Sandformen,im Allgemeinen ohne mechanische Sandstampfung hergestellt.
Die bedeutendste Neuerung in der Herstellung von Gussrohren, das Schleuder-gussverfahren, wurde in Deutschland 1926 eingef€uhrt (Großversuchsanlage 1923).
1 Historische Entwicklung der Rohrleitungstechnik 9
In wassergek€uhlten, rotierenden und axial verfahrbaren Dauerformen (Kokillen) mitann€ahernd waagerechter Rotationsachse wurde €uber eine feststehende Gießrinne dasfl€ussige Eisen zugeteilt. Im sogenannten De Lavaud-Verfahren wird das Eisen aufdie ungesch€utzte Kokille gegossen. Es verteilt sich durch die Fliehkraft mit gleich-m€aßiger Wanddicke auf der Kokillenoberfl€ache und erstarrt dort innerhalb wenigerSekunden.
Infolge der hohen Abk€uhlgeschwindigkeit erf€ahrt das Eisen eine gerichteteErstarrung, was seinen mechanischen Eigenschaften zugute kommt. So konnte dieFestigkeit von sandgeformten Rohren von 120 N/mm2 beim Schleudergießen auf200 N/mm2 gesteigert werden. Erst um 1950 gelang durch metallurgische Maß-nahmen die Beeinflussung der Grafitform in Richtung rein kugeliger Ausbildung.Die Grafitkugeln heben die innere Kerbwirkung im Werkstoff weitgehend auf,wodurch E-Modul, Zugfestigkeit und Verformbarkeit (= Duktilit€at) stark zunehmen(Gusseisen mit Kugelgrafit – duktiles Gusseisen). Nach dem Schleudergießen folgteine thermische Nachbehandlung, bei welcher der infolge der hohen Abk€uhlge-schwindigkeit zun€achst gebildete Zementit (Fe3C) in Eisen (Ferrit) und Grafit zerlegtwird. Ferritisches Gusseisen mit Kugelgrafit besitzt eine Zugfestigkeit von mindes-tens 420 N/mm2.
Nach anf€anglichen Versuchen mit Kitt als Dichtungsmasse kam im industriellenZeitalter ab Mitte des 19. Jahrhunderts die Stemmmuffenverbindung auf. Sie war bisin die 1930er-Jahre gebr€auchlich. Flanschverbindungen (1882 genormt) gehören zuden €altesten Verbindungen und werden vorzugsweise in oberirdischen Leitungeneingesetzt. 1931 wurde die Schraubmuffe „Union“ eingef€uhrt, bei der ein Gummi-ring in einer konischen Muffe durch Einschrauben eines Schraubringes komprimiertwird. 1936 kam die Stopfbuchsenmuffen-Verbindung auf. 1957 wurde aus den USAdie Steckmuffenverbindung TYTON mit der gekammerten Dichtung eingef€uhrt.
Seit 1970 gibt es zugfeste Verbindungen, formschl€ussig mit Schweißwulst aufdem Einsteckende und einer vorgegossenen R€uckhaltekammer, reibschl€ussig mitKrallen, die in die Dichtung einvulkanisiert wurden und sich in der Oberfl€ache desEinsteckendes einkrallen (TYTON-SIT). 1988 kam die Weiterentwicklung NOVO-SIT auf, bei der die Dichtung und die Zugsicherung in zwei getrennten Kammern desMuffenprofils untergebracht sind. Zugfeste Verbindungen werden bei der Erneue-rung von Rohrleitungen nach dem Press-Zieh-Verfahren, dem Berstverfahren unddem Einzugsverfahren eingesetzt.
Der innere Korrosionsschutz mittels Zementmörtelauskleidung wurde etwa ab1970 eingesetzt, die im Bereich der Wasserleitungen seit etwa Mitte der 1970er-Jahre Standard ist. Zum Schutz gegen Rostbildung verwendete man geschmolzenenHeißasphalt, in den die erw€armten Rohre getaucht wurden. Die Tauchasphaltbe-schichtung wurde ab Anfang der 1960er-Jahre von Bitumenlacken als €außeremKorrosionsschutz abgelöst und ab 1965 mit einer metallischen Spritzverzinkungkombiniert. Weitere Entwicklungen der ausgehenden 1970er-Jahre waren die PE-und die Faserzement-Umh€ullung sowie Umh€ullungen aus faserverst€arktem Zement-mörtel. Rohre mit Faserzement-Umh€ullung können ohne Sandbett in steinigenBöden aller Art eingebaut werden. Durch Wiedereinbau des Grabenaushubs lassensich somit erhebliche Kosten einsparen.
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2.3 Entwicklung von Stahlrohren seit 1900
Bereits Anfang des 19. Jahrhunderts versuchte man, Stahlrohre aus Blechstreifen zumRohr zu biegen und die Naht zu schließen. 1817 entwickelte Osborn eine verbesserteSchweißmethode, 1825 gelang dem Schmied Cornelius Whitehouse die Erfindung desStumpfpressschweißens. Die Blechstreifen wurden auf Schweißtemperatur erhitzt,anschließend durch ein trichterförmiges Zieheisen gezogen und auf dieses Weisezum Rohr geformt. An den L€angskanten wurden die Blechstreifen fest zusammen-gedr€uckt, wodurch sie miteinander verschweißt wurden. Mitte des 19. Jahrhundertserrichtete Albert Poensgen in Maul/Eifel mit Unterst€utzung des englischen Werk-meisters Benjamin Smith und auf Anregung des Kölner Röhrenh€andlers LeonardSadee eine Röhrenstraße, die 1845 ihren Betrieb aufnahm (erste Röhrenfertigung f€urgeschweißte Stahlrohre in Deutschland). Das Röhrenwerk wurde 1860 nach D€ussel-dorf verlegt, da hier g€unstigere Bezugs- und Absatzmöglichkeiten bestanden.
Die sogenannten Kohlenstoffst€ahle f€ur die Herstellung von Stahlrohren (legiert undunlegiert) werden heute nach dem basischen Oxygenverfahren hergestellt. Im LD-Konverter werden dabei durch Sauerstoffaufblasen der Kohlenstoffgehalt und dieEisenbegleiter (Si, Mn, P) eingestellt. DesWeiteren werden gleichartige St€ahle auch imElektroofen erschmolzen (teilweise mengenabh€angig). In Kohlenstoffst€ahlen sind dieBegleitelementeMangan (Mn), Silizium (Si), Schwefel (S) und Phosphor (P) enthalten.Als legierte St€ahle bezeichnet man solche, bei denen die Festigkeitseigenschaften bzw.dasVerhalten in derW€arme und gegen chemischeEinfl€usse durchZus€atze vonMangan,Silizium,Molybd€an, Chrom, Titan, Nickel u. a. verbessert werden.
Die Erfindung, nahtlose Stahlrohre durch Schr€agwalzen herzustellen, geht auf dasPatent der Gebr. Mannesmann (1886) zur€uck. Die industrielle Verwertung desVerfahrens durch Br€user 1891 f€uhrte zu einer kapazit€atsm€aßig geringen Fertigungin den Jahren 1891 bis 1894 f€ur Durchmesser bis 236 mm. Um 1894 wurde dieProduktion wieder eingestellt und erst 1901 in einem Werk in D€usseldorf-Rath(Mannesmann) wieder aufgenommen. Entsprechend der Entwicklung der Produkti-onsanlagen wurden nahtlose Rohre in folgenden Dimensionen gefertigt: ab 1902 bis308 mm, ab 1905 bis 404 mm und ab 1923 bis 620 mm.
Rohrleitungen größerer Durchmesser konnten als geschweißte Rohre mit L€angsnahtvon verschiedenen Firmen hergestellt werden. Einige St€adte setzten ab 1905/06 auf-grund des hohen Ausstoßes und gefallener Preise bei Neuanlagen Stahlrohre ein. Um dieJahrhundertwende hatte sich bereits das Muffenrohr durchgesetzt. Flanschrohre wurdennur vereinzelt verwendet. Die Dichtung erfolgte mit Hanfstrick und Bleiring (Stemm-muffe), aber es wurden auch bereits gummidichtende Verbindungen eingesetzt.
Der Korrosionsschutz stand um die Jahrhundertwende noch am Anfang. Beson-dere Innenschutzmaßnahmen waren erforderlich:
– f€ur aggressive W€asser (weiche und sauerstoffreiche W€asser, saure W€asser,W€asser mit hohem Salzgehalt insbesondere an Chlorid und Sulfat, an Magnesiumund Alkalien gebunden, bzw.
– bei ung€unstigen Verh€altnissen von Kalk und Kohlens€aure und W€assern mit ge-störtem Kalk-Kohlens€aure-Gleichgewicht.
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Die Rohre wurden in Bitumen getaucht und anschließend in Rotation versetzt,sodass eine ca. 2 mm dicke Schutzschicht außen und innen entstand. Sp€ater wurdendie Rohre innen und außen asphaltiert und mit in heißem Asphalt getr€ankten Jute-streifen bewickelt.
Diese Auskleidungen wurden ab Mitte der 1960er-Jahre durch die Zementmörtel-auskleidung verdr€angt. Die fr€uhen Zementmörtelauskleidungen bereiteten jedochnoch Probleme in der gleichm€aßigen Verteilung des Zementmörtels. Mit Einf€uhrungdes Schleuderverfahrens konnte dieses Problem jedoch gelöst werden. Heute unter-scheidet man:
– das Rotationsschleuderverfahren und– das Anschleuderverfahren.
Der Außenschutz bestand aus einer durch Tauchen oder Anstrich aufgebrachtenGrundschicht aus bituminöser Masse und der Wickelschicht, bestehend aus Wickel-masse und der zur Aufbringung der Wickelmasse dienenden impr€agnierten Woll-filzpappe, die gleichzeitig einen mechanischen Schutz der Wickelmasse darstellt.Bei stark angreifenden Bodenarten und bei besonders schwierigen Verlegever-h€altnissen (z. B. D€uker) wurde eine doppelte Wicklung mit Rohrschutzmasse undWollfilzpappe angewendet.
Die ersten PE-Umh€ullungen wurden Ende der 1950er-Jahre im sogenanntenSinterverfahren hergestellt. Diese wurde Mitte der 1960er-Jahre durch die Schlauch-und Wickelextrusionsverfahren ersetzt. Seit Mitte der 1980er-Jahre kommen inDeutschland die hochwertigen Dreischichtsysteme zum Einsatz, bestehend ausKleber, Primer und Polyethylen. F€ur besondere Anwendungsf€alle, wie z. B. dengrabenlosen Einbau, werden folgende Umh€ullungen eingesetzt:
– PP-Umh€ullungen,– PA-Umh€ullungen (PA = Polyamid; relativ neu),– mit Kunstfasern modifizierter Zementmörtel.
Die heutigen Stahlrohre werden gefertigt nach dem:
– Hochfrequenzwiderstandspress-Schweißverfahren,– Unterpulver-Schweißverfahren,– Nahtlos-Verfahren.
Zusammenfassend kann bei Stahlrohren in die:
– 1. Generation ohne Korrosionsschutz bis etwa 1940,– 2. Generation (mit unzureichendem Korrosionsschutz) und– 3. Generation mit ausreichendem Korrosionsschutz (etwa ab 1980)
unterschieden werden.
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2.4 Asbestzementrohre
1899 gelang es dem Österreicher Ludwig Hatschek, Asbestzementplatten herzustel-len. Damit waren die Voraussetzungen f€ur die industrielle Verarbeitung von Asbestgegeben. Das Verfahren zur Herstellung von Druckrohren wurde 1913 von demItaliener Mazza entwickelt und in die Produktion €uberf€uhrt (ab 1916 in Casale/Monteferrato/ltalien eingesetzt). Zu einer umfassenden Anwendung von Asbestze-mentdruckrohren kam es aber erst ab 1925. Verschiedene L€ander bauten Produk-tionsst€atten (in Deutschland 1930).
Asbestzementrohre wurden aus einem Asbestzementgemisch hergestellt, das ind€unnen Schichten von etwa 0,1 mm unter hohem Druck auf einem Stahlkern nahtlosaufgewickelt wurde, bis die gew€unschte Wanddicke erreicht war. Sie wurden ab DN50 in Baul€angen von 4–5 m produziert und zeichneten sich durch ein geringesGewicht, gute Verarbeitbarkeit und weitgehende Korrosionsbest€andigkeit aus. Kor-rosionsgef€ahrdung bestand nur durch kalkaggressive W€asser oder Böden, was durchinnere und €außere Bitumen€uberz€uge kompensiert wurde.
Die Verlegung von Asbestzementrohren erforderte jedoch eine einwandfreieRohrbettung, da sie sehr empfindlich gegen Stoß und Schlag sind und nur einegeringe Biegezugfestigkeit besitzen.
Als Rohrverbindungen wurden Gummigleit-, Gummiroll- und Gummidichtun-gen verwendet (Kuas-, Simplex-, Gibault-, Magnaniverbindungen u. a.). Die Rohr-enden durften nicht vollst€andig zusammengeschoben werden, um die Rohrenden vorBesch€adigungen zu bewahren und eine Abwinklung – bei kleinen Nennweiten bis6�, bei großen bis 3� – zu gew€ahrleisten.
Als typische Rohrsch€aden ergeben sich aus den Materialeigenschaften und denRohrverbindungen Br€uche, Korrosion durch aggressive W€asser oder Böden, Bla-senbildung sowie Ablösen des Bitumens bei undichten Rohren.
Aufgrund der kanzerogenen Eigenschaften der kurzen Asbestfasern d€urfen Rohreaus Asbestzement seit dem 1. Januar 1995 nicht mehr hergestellt und verwendetwerden. Bestehende Asbestzementrohrleitungen können jedoch weiter betriebenund repariert werden.
2.5 Beton-, Stahlbeton-, Spannbetonrohre
Druckrohrleitungen aus Stahlbeton, urspr€unglich als Ersatzmaterial eingesetzt, wur-den bereits in den 1930er-Jahren aus Schleuderbeton hergestellt. Die Rohre erhieltenRundeiseneinlagen, hochwertige Rohre im Innern der Betonrohrwand einen durch-gehenden, wasserdicht geschweißten Stahlmantel, an den die Rohrmuffe ange-schweißt wurde. Die Dichtung erfolgte mit Hanfstrick und Blei analog zu Guss-und Stahlrohren. Bei aggressiven Böden wurde ein Asphaltbetonaußenschutz auf-gebracht.
Die Produktion von Spannbetonrohren hatte in den 1950er-Jahren mit dem Baugroßer Fernwasserleitungen einen großen Aufschwung erlebt. Bereits in den
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1920er-Jahren wurden auch Stahlmantelschleuderbetonrohre hergestellt, die innen ausStahlblech und außen aus Stahlbeton bestanden. Diese Rohre sind bis heute weitge-hend ohne Sch€aden in Betrieb. Spannbetonrohre m€ussen f€ur jeden Anwendungsfallbemessen werden und sind gegenw€artig nicht wettbewerbsf€ahig.
Die Herstellung von Betonrohren wurde in Deutschland um 1850 unmittelbarnach der Errichtung der ersten Zementfabriken aufgenommen. Ihr eigentlicher groß-technischer Einsatz in der Kanalisation der St€adte begann jedoch erst mit demAufschwung der deutschen Portland-Zement-Industrie Anfang der 1880er-Jahre.Die Rohrfertigung war damit von kostspieligen Zementimporten unabh€angig undkonkurrenzf€ahig zu Steinzeugrohren.
Der verst€arkte Einsatz von Betonrohren in der Kanalisation war nicht nur ausKostengr€unden sondern auch durch die vielf€altigen Möglichkeiten, die sich aus demBaustoff und der Fertigungstechnik ergaben, möglich. Es bestand keine Beschr€an-kung hinsichtlich der Querschnittsform (Kreis-, Maul-, Ei- und Rechteckprofile) undder Abmessungen, so dass eine bessere Anpassung an die Anforderungen der Ent-w€asserungstechnik möglich wurde. Die ersten bewehrten Rohre aus Beton (damalsZementröhren mit Eiseneinlagen oder Eisenbetonrohre genannt) wurden vor derJahrhundertwende im Jahre 1889 vorgestellt.
Der heutige Beton wird aus Zement, Gesteinskörnung, Wasser und h€aufig nochmit Betonzusatzstoffen und -zusatzmitteln hergestellt. Betonzusatzmittel sind che-mische Wirkstoffe, die bestimmte Eigenschaften des frischen oder festen Betonsbeeinflussen, hierzu gehören z. B. Betonverfl€ussiger, Fließmittel, Luftporenbildneroder Dichtungsmittel.
Eine besondere Variante stellt der sog. Polymerbeton dar. Hierbei kommenReaktionsharzformstoffe zum Einsatz, Zement und Wasser werden nicht benutzt.Der starke Verbund von Harz und der Gesteinskörnung erlaubt die Aufnahme hoherDruck- und Biegespannungen bei geringen Wanddicken und reduziertem Rohrge-wicht.
Je nach Zusammensetzung, Erh€artungsgrad und besonderen Eigenschaften kannBeton eingeteilt werden nach:
– der Rohdichte (Leichtbeton, Normalbeton, Schwerbeton),– der Konsistenz (steif, plastisch, weich, fließf€ahig, selbstverdichtend) und– der Bewehrung (unbewehrt, bewehrt, Stahlbeton, Spannbeton).
In nationalen und internationalen Vorschriften f€ur Beton ist es €ublich, Beton nachseiner Druckfestigkeit zu klassifizieren. Die Festigkeitsklasse eines Betons istzugleich einer der Ausgangswerte f€ur den statischen Nachweis einer Betonkonstruk-tion. Die Kurzbezeichnung gibt mit der ersten Zahl die charakteristische Druck-festigkeit in N/mm2 an, gemessen am Zylinder mit einem Durchmesser von 150 mmund einer L€ange von 300 mm. Die zweite Zahl gibt die Druckfestigkeit an, gemessenam W€urfel mit 150 mm Kantenl€ange (Beispiel: C 40/50).
Am Markt kommen verschiedene Betonprodukte zum Einsatz: Betonrohre mitund ohne Fuß (DN 300–1500), Stahlbetonrohre f€ur besondere statische Belastun-gen wie z. B. im Bereich von Gleisen, Containerterminals und Autobahnen
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(DN 300–4000), Eiprofile (300/450–1200/1800 mm), Sonderprofile wie z. B. Dra-chenprofile (DN 1200–3000) oder Rohre mit Trockenwetterrinne (DN 800–3600),Rahmenprofile aus Rechteckrohren, Vortriebsrohre (DN 300–3600), Schachtfertig-teile und Sonderbauwerke sowie Betonrohre mit Innenauskleidungen f€ur spezielleAnforderungen.
2.6 Steinzeugrohre
Die Serienproduktion von Steinzeugrohren begann in Deutschland im 19. Jahrhun-dert. 1862 entstand in Frechen bei Köln eine erste Thonröhrenfabrik, in der dieRöhren mit von Hand betriebenen Pressen geformt wurden. 1863 begann die Bitter-felder Thonröhrenfabrikation.
Heute erfolgt die Formgebung in vertikal angeordneten Vakuumstrangpressen.Ausgangsmaterial von Steinzeugrohren sind Ton und Schamotte. Nach dem Trock-nen der Rohre bei rund 100 �C erfolgt der Brand in Tunnelöfen bei ca. 1250 �C.Dabei entsteht der Werkstoff Steinzeug mit seinen besonderen Eigenschaften (hohechemische Best€andigkeit, nicht r€uckverformbar, hohe mechanische Festigkeit undH€arte).
Die technische Weiterentwicklung erfolgte u. a. mit der Zielsetzung, größereWanddicken und höhere Festigkeiten zu erreichen. Dadurch konnte der Anwen-dungsbereich von Steinzeugrohren erweitert werden. So kommen Steinzeugvor-triebsrohre heute vielfach zum Einsatz. Steinzeugrohre (DN 100–1400, Baul€angen1,00 bis 2,50 m) und Formst€ucke f€ur die offene und geschlossene Bauweise sindeinschließlich der Rohrverbindungen in DIN EN 295 genormt.
Anhand der Baul€angen der Einzelrohre kann das Alter des Steinzeugrohrkanalsoftmals abgesch€atzt werden. Zu Beginn des Einsatzes von Steinzeugrohren bei derErstellung von Abwasserkanalisationen wurden Baul€angen von 1,00 m eingebaut.Erst seit Mitte der 1960er-Jahre standen Steinzeugrohre mit Baul€angen von 1,50 mzur Verf€ugung. Es folgten Baul€angen von 2,00 m und 2,50 m (ab Mitte der 1970er-Jahre).
Die Dichtungen f€ur Steinzeugrohre werden werkseitig hergestellt. Unterschiedenwerden Verbindungssysteme nach Nennweite (DN) und Tragf€ahigkeitsklassen(TKL). Eine Grundregel bei der Festlegung von Verbindungsmaßen ist die Aus-tauschbarkeit bei gleichem Verbindungssystem und gleicher Tragf€ahigkeitsklasse.Generell sind zu unterscheiden:
– Steckmuffenverbindungen mit Lippendichtung (L),– Steckmuffenverbindung mit Dichtung in der Muffe und am Spitzende (K) sowie– Steckmuffendichtung mit einer Dichtung am Spitzende (S).
F€ur die geschlossene Bauweise sind Steinzeugvortriebsrohre (DN 150–DN 1400,Baul€angen 0,50 bis 2,00 m) entwickelt worden, die eine hohe L€angsdruckfestigkeit,einen schlanken Wandquerschnitt und eine glatte Außenwand besitzen. Sie eignen
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sich neben dem Neubau auch f€ur verschiedene Sanierungsverfahren, wie demMikro-Tunnelbau (Pipe-Eating) und dem Berstlining.
Ein weiteres Steinzeugprodukt sind keramische Auskleidungen wie Sohlschalen,Platten und Platten-Elemente. Diese werden zum Schutz von Kan€alen und Bauwer-ken gegen besondere Beanspruchungen wie z. B. Korrosion eingesetzt. Platten-Elemente können zur Teil- und Vollauskleidung der Sohle und des Gasraumeseingesetzt werden. Ihre Anwendung erfolgt sowohl im Neubau als auch in derSanierung.
2.7 Kunststoffwerkstoffe – PVC, PP, PE, duroplastische Harze
Der Bereich der Kunststoffrohre ist sehr vielf€altig, eine hinreichende Erl€auterungaller Typen und Eigenschaften sprengt den Rahmen dieser Kurzdarstellung. Hier solllediglich der Versuch unternommen werden, einen Eindruck von den technischenWeiterentwicklungen und der fortschreitenden Einsatzbreite zu geben.
Im Verteilnetz der Gas- und Wasserversorgung ist der Werkstoff Polyethylen(PE) mittlerweile der vorherrschende Werkstoff, im Bereich der Transportleitungenbei höheren Dr€ucken und Durchmessern kommt er ausschließlich im Wasserbereich(bis 16 bar) vor. Transportleitungen im Bereich der Gasversorgung (> 10–100 bar)werden nach wie vor in Stahl ausgef€uhrt, wenngleich es f€ur kleinere Durchmessermittlerweile auch Alternativen in Kunststoffausf€uhrungen gibt. Sie kamen in Deutsch-land allerdings bislang nur in wenigen Pilotprojekten zum Einsatz. Aber auch imAbwasserbereich der öffentlichen Entsorgung finden Kunststoffe vermehrt Anwen-dung und bilden im kleineren Durchmesserbereich zunehmend Konkurrenz zu denklassischen Rohrmaterialien wie Steinzeug und Beton. Im Hausanschlussbereichwerden heute bei der Neuverlegung €uberwiegend Kunststoffrohre aus PVC eingesetzt.
Im Folgenden werden die heute am weitesten verbreiteten Kunststoffwerkstoffeim Rohrleitungsbau vorgestellt:
– Polyvinylchlorid (PVC),– Polyethylen (PE),– Polypropylen (PP) und– Duroplastische Harze.
In die letzte Gruppe gehören neben dem glasfaserverst€arkten Kunststoff (GFK)auch die Epoxid-, Polyester- und Metacrylatharze, die im Bereich der Sanierung vonRohrleitungen, z. B. bei Injektionsverfahren, eingesetzt werden.
Polyvinylchlorid (PVC)Im Jahr 1835 gelang es dem französischen Chemiker Henri Victor Regnault erstma-lig Vinylchlorid herzustellen, das unter Einfluss von Sonnenlicht ein weißes Pulverbildete. 1935 begann in Bitterfeld die großtechnische Herstellung von Hart-PVC beiTemperaturen von 160 �C.
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Erste Produkte waren Folien und Rohre; letztere wurden 1935 in Bitterfeld undSalzgitter verlegt. PVC ist ein vorwiegend thermoplastischer Werkstoff. F€ur dieRohrherstellung wird fast ausschließlich PVC aus der Suspensionspolymerisationverwendet, das zur Erzielung der Eigenschaftsprofile mit Zuschlagstoffen (Stabili-satoren, Gleitmittel, Pigmenten usw.) versehen wird. F€ur die Herstellung von Rohrenund Formst€ucken wird dem Werkstoff kein Weichmacher hinzugef€ugt, daher sprichtman von PVC-U (Unplasticised Plastic). PVC-U besitzt eine hohe H€arte undFormstabilit€at bei gleichzeitig sehr guter chemischer Best€andigkeit. Man unterschei-det zwischen kerngesch€aumten Rohren und Vollwandrohren. Bei den kernge-sch€aumten Rohren wird der Zwischenraum mit z. B. Grafit „verf€ullt“, w€ahrend beiVollwandrohren die komplette Wandung aus einem Material besteht.
„Handels€ubliche Kanalgrundrohre“ (KG-Rohre) sind an ihrer orangebraunenFarbe zu erkennen (DN 110–500). Andere Ausf€uhrungen an PVC-Rohren werdenblau bzw. braun eingef€arbt, um bei Trennsystemen eine visuelle Zuordnung zuRegenwasser- oder Schmutzwasserrohren zu gew€ahrleisten. Angeboten werdenauch Hochlast-PVC-Rohre (�12 kN/mm2) f€ur Einbautiefen von 0,5 bis 6,0 m unterSchwerlastverkehrsfl€achen bis 60 t (DN 250–800).
PVC-Rohre wurden vereinzelt auch im Trinkwasser- und auch im Gasbereicheingesetzt. Breite Anwendung finden PVC-Rohre beispielsweise im niederl€andi-schen Gasverteilnetz, wobei diese Netze mit geringeren Dr€ucken als in Deutschland€ublich gefahren werden.
F€ur das Berstverfahren gibt es spezielle PVC-U-Kurzrohre mit größeren Wand-dicken und Steckverbindungen mit großer Einstecktiefe und zwei Lippendichtun-gen. Die Verbindung von PVC-Rohren erfolgt in der Regel mittels Muffen mitDichtungen.
Polyethylen (PE)Die „Geburtsstunde“ des Polyethylens geht auf den 27. M€arz 1933 zur€uck. ImLaboratorium der ICI in London entstand bei einer Reaktion mit Ethylen undBenzaldehyd bei 170 �C und 1400 bar ein weißer, wachsartiger Belag. Im Jahr1939 begann dann die erste großtechnische Produktion von PE. Durch weitereVerfahrensverbesserungen gelang es, die Polymerisation auch bei niedrigeren Dr€u-cken durchzuf€uhren.
Mittlerweile gibt es eine Vielzahl an unterschiedlichen Verfahrenstechniken, umPolyethylen herzustellen. Sie unterscheiden sich imWesentlichen in der Temperatur,dem Druck und den verwendeten Katalysatoren. Das jeweilige Ethylen differenziertsich in der L€ange der Makromolek€ule und der Verzweigungen, was zu unterschied-lichen Dichten f€uhrt. Heutzutage können die Eigenschaften von PE durch Zugabevon F€ull- und Verst€arkungsstoffen, von Additiven oder Herstellung von Polymer-mischungen noch gezielt beeinflusst werden. So besitzen bimodale PE-Typen, die inder Molmassenverteilung zwei Maxima aufweisen, deutlich höhere Langzeiteigen-schaften (Zeitstandfestigkeit, Widerstand gegen langsamen und schnellen Rissfort-schritt) als Standardtypen. Generell unterscheidet man im Rohrleitungsbau folgendePE-Typen:
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