Fang die Kräfte auf!

Bei Temperaturerhöhungen dehnen sich Rohrleitungen aus. Wenn man sie daran hindert, können Schäden entstehen. Sinnvoll platzierte Festpunkte und Gleitelemente lenken temperaturbedingte Ausdehnungen jedoch in sichere Bahnen.

Rohre dehnen sich mit steigender Temperatur aus. Für technische Anwendungen wird ein linearer Ansatz für die Berechnung gewählt, bei dem sich die Längenänderung aus dem Produkt der ursprünglichen Länge mit der Temperaturdifferenz und dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten a ergibt. Bei Stahl beträgt a etwa 0,012 mm/(m · K). Ein Stahlrohr mit 10 m Länge dehnt sich bei 50 K Temperaturanstieg somit um 6 mm aus.
Für Edelstahl liegen die Werte für Ausdehnungskoeffizienten etwas höher. Je nach Legierung betragen diese bis zu 0,018 mm/(m · K). Bei Kunststoffrohren ergeben sich rund 10-mal so hohe Werte. Für PP (Polypropylen) oder PE (Poly­ethylen) liegt a zwischen 0,15 und 0,2 mm/(m · K).

Rohre kleiner Durchmesser meist unproblematisch
Die Effekte der thermischen Ausdehnung sind in der Praxis des Rohrleitungsbaus stets zu berücksichtigen. Sind die Rohrdurchmesser gering, so werden Längenänderungen durch Biegungen und Richtungswechsel der Rohrleitungen aufgenommen. Rohrleitung und Befestigungselemente verformen sich also. Hierzu formuliert Volker Weber, Produktmanager MEFA Befestigungs- und Montagesysteme GmbH, eine einfache Faustformel: „Bei kleineren Rohr­sys­temen, etwa im Ein- oder Zweifamilienhaus mit geraden Leitungen unter 10 m, genügt in der Regel der normale Leitungsverlauf mit seinen vielen Richtungsänderungen, um thermische Längenänderungen zu kompensieren. In Zweifelsfällen stellen gleitende Rohrhalterungen wie Gleitrohrschellen sicher, dass sich die Rohre etwas bewegen können. Bei Richtungsänderungen ist zusätzlich zu beachten, dass ein ausreichend großer Biegeschenkel vorgesehen wird.“
Anders sieht das mit größeren Rohrdurchmessern und Längen aus. Eine einfache Steigleitung aus Stahl für die Zentralheizung in einem Mehrfamilienhaus kann große Kräfte entfalten, wenn ihre Ausdehnung behindert wird. Die Lösung besteht in diesem Fall aus einem sinnvollen Zusammenspiel von Festpunkten und Gleitelementen, das die Ausdehnungen in vorbestimmte und unschädliche Bahnen lenkt.

Zwei Methoden zum Ausgleich thermischer Ausdehnungen
Grundsätzlich erfolgt die Kompensation von Längenänderungen über zwei Methoden. Die erste sind Dehnungsbögen in der U- und der L-Variante. Bei der U-Form bilden vier 90°-Bögen und zwei Biegeschenkel eine Ausbuchtung der Rohrleitung. Die Längenänderung wird durch Verformung der Bögen und der Biegeschenkel des U-Bogens kompensiert. Nachteil ist der Platzbedarf.
Die L-Variante ist sinnvoll, wenn die Rohrleitung im 90°-Winkel verlaufen soll. Sind die Rohrenden dann mit einem Festlager fixiert, so erfolgt die Kompensation durch Verformung. Der Rohrbogen wandert bei Erwärmung nach außen, wobei zu prüfen wäre, ob die Ausdehnung eventuell zu Kollisionen mit der Wand oder mit anderen Rohren führt. Es ist also entsprechend Platz vorzusehen.
Die zweite Methode zum Ausgleich von thermischen Ausdehnungen sind Kompensatoren. Weit verbreitet ist hier der Axialkompensator, der sich in axialer Richtung strecken oder stauchen lässt. Standardanwendungen sind längere Rohrleitungen, die auf einer geraden Rohrstrecke jeweils an deren Enden mit Festpunkten fixiert sind. Es gibt Kompensatoren aus Materialien wie Gummi, Gewebe oder Metall. Bei Kompensatoren ist zu berücksichtigen, dass bei der Deformation Kräfte entstehen, die durch die Festpunkte aufzufangen sind. Diese sind natürlich wesentlich geringer als die Kräfte, die ein fest eingespanntes Rohr bei Erwärmung auf die Festpunkte ausüben würde. Außerdem sind in der Nähe von Kompensatoren Führungslager einzuplanen, um ein Aus­knicken der Rohrleitung beim Kompensator zu verhindern.
Nur durch den Einsatz von Festpunkten können Gleit­elemente definierte Bewegungen aufnehmen. So verhindern sie unkontrollierte Verformungen, die zum Rohrleitungsbruch oder zur Zerstörung der Verankerungen im Bauwerk führen können.

Gleitelemente und ihre Anwendungsbereiche
Bei den Gleitelementen gibt es eine große Vielfalt. Das einfachste Prinzip beruht auf Langlöchern in Befestigungselementen. Die Rohrabhängung erfolgt über eine Gewindestange, die sich frei im Langloch bewegen kann. Zwei gekonterte Muttern halten das Rohr auf der gewünschten Höhe. Solche Bauteile bietet der Befes­tigungs- und Montagspezialist MEFA unter den Namen Hängebügel, Deckenhänger und Schiebestück an. Diese Lösungen sind für kleine Verschiebewege, geringe Kräfte und nur für Rohrabhängungen geeignet.
Der zweite Typ basiert auf Gleitplatten, Gleitschlitten oder Gleitlagern, die auf einem ebenen Untergrund gelagert sind. Die seitliche Bewegung der Gleitelemente wird durch verschiedene Arten von Niederhaltern verhindert. Ein Gleitstreifen, z. B. aus Polyamid, sorgt für geringe Haftreibwerte. Diese Konstruktionen sind für hohe mechanische Belastungen das Mittel der Wahl. Sie sind so wie auch die folgende Variante für stehende, hängende oder vertikal verlegte Rohre, also Steig­leitungen, geeignet.
Am häufigsten verwendet ist bei MEFA die Gleiterfamilie „GL“. Hier läuft ein Schlitten auf zwei Kufen aus Polyamid, die von beiden Seiten umfasst werden, sodass kein seitliches Ausweichen möglich ist. Sicherheitsnasen, die nach der Montage umzubiegen sind, verhindern später ein Ausgleiten. Die Gleiter lassen sich auf einem festen Untergrund verdübeln oder mit Schnellmontagetechniken auf einer Montageschiene befestigen.

Gleiter mit Rollenlagern
Der letzte und konstruktiv aufwendigste Gleitertyp sind die Rollenlager. Diese können hohe Kräfte übertragen. Die Rollenlager von MEFA funktionieren bei stehender und hängender Montage, aber auch bei seitlicher Wandmontage. Durch die seitliche Kugellagerung wird das Verkanten verhindert. Damit werden sie zur einzigen konstruktiven Lösung für horizontal an der Wand entlang verlegte Rohrleitungen.
Neben den hier dargestellten Varianten gibt es weitere Nischenprodukte für zum Teil sehr spezielle Fälle.

Bilder: MEFA

www.mefa.de

Kriterien für das Platzieren von Festpunkten

• Bei Steigleitungen, z.B. im Wohnungsbau, sind Festpunkte unten vorzusehen, damit die Krafteinleitung möglichst in der Nähe der Fundamente erfolgt.
• Festpunkte in der Nähe von Maschinen können die Übertragung von Vibrationen auf das Rohrleitungsnetz erheblich verringern.
• Bei größeren Ausdehnungen können Festpunkte, die in der Mitte der Rohrleitung angeordnet werden, zu einer Halbierung der Rohrausdehnung führen.
• Auf einer geraden Strecke dürfen ohne zwischengeschalteten Dehnungsbogen oder Kompensator keine zwei Festpunkte gesetzt werden.