Rohrleitungen 1

Die Entwicklung der Rohrleitungstechnik und des Rohrleitungsbaus lässt sich in insgesamt fünf Perioden gliedern. Die Periode 1 reicht bis zu 5000 Jahre in das Altertum zurück. Die 2. Periode bezeichnet ab Mitte des 15. Jahrhunderts bis um 1800 den Beginn der neuzeitlichen Rohrleitungstechnik. Die 3. Periode umfasst die Etablierung der modernen zentralen und einheitlichen Ver- und Entsorgung mit Beginn der industriellen Revolution von Anfang des 19. Jahrhunderts bis ca. 1900. Mit Beginn des 20. Jahrhunderts begann die 4. Periode, die mit dem massiven Ausbau der städtischen Ver- und Entsorgungsanlagen für Wasser und Abwasser sowie der Kraftwerks- und Industrieanlagen in Europa und den USA einherging. Das ausgehende 20. Jahrhundert ist seit den 1970er-Jahren durch die bis dato andauernde 5. Periode mit Rehabilitation und Modernisierung der bestehenden Infrastruktur geprägt. Das Kapitel unterteilt und beschreibt die historischen Entwicklungsphasen in der Rohrleitungstechnik und im Rohrleitungsbau. Des Weiteren werden die Erfindung und Entwicklung der modernen Rohrwerkstoffe in jeweils kompakten Abrissen erörtert und behandelt.

Auslegung, Bau und Betrieb von Rohrleitungen und damit letztlich ganzer Rohrleitungssysteme und -netze richten sich vor allem nach der Art und Beschaffenheit des zu transportierenden Mediums. Daneben hängen von diesem der Betriebszweck bzw. die Nutzungsart aber auch das dominierende Betriebsregime und somit die Bauform als drucklose oder druckbetriebene, teil- oder vollgefüllte bzw. kalt- oder warm- bzw. heißgehende Rohrleitung ab. Letztlich schlussfolgern daraus alle relevanten Rohrleitungsbestandteile, die für einen funktionsfähigen und sicheren Betrieb erforderlich sind. Das folgende Kapitel erläutert kompakt die Grundlagen zu den physikalischen Charakteristika von Fluiden sowie zur Struktur und zum Betrieb von Rohrleitungssystemen und -netzen. Darüber hinaus werden die wichtigsten Parameter der Rohrgeometrie, die maßgeblichen Druck- und Temperaturkenngrößen sowie typische Rohrleitungsbestandteile erläutert. Die relevanten Regelwerke werden benannt.

Bei der Planung von Rohrleitungen, Rohrleitungssystemen oder auch komplexen Anlagen sind zahlreiche Planungsgrundsätze und Randbedingungen zu berücksichtigen. Der Planungsablauf lässt sich dabei in bestimmte Ablaufschritte unterteilen, die ggf. iterativ wiederholt werden müssen. Für jede Anlage müssen die Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit, Dauerhaftigkeit und somit letztlich die Zuverlässigkeit für die vorgesehene Nutzungsdauer gewährleistet sein. Neben diesen Punkten, die v. a. die Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit umfassen, sind auch die Aspekte der Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit zu beachten. Das Kapitel gibt einen gestrafften Überblick zu den Planungsgrundsätzen von Rohrleitungen und Rohrleitungssystemen. Außerdem werden die geltenden Rechtsvorschriften, technischen Regeln, Richtlinien und Standards im Rohrleitungsbau sowie deren Rechts- und Gültigkeitscharakter erläutert. Es wird die Anwendung der Druckgeräterichtlinie besprochen.

Von allen bekannten und heute verwendeten Rohrarten haben Gussrohre die längste Bewährung vorzuweisen. Für die Fortleitung von Wasser werden sie seit mehreren hundert Jahren, für den Transport von Gas seit ca. 150 Jahren eingesetzt. Die Wasser- und Gasversorgungsnetze in Europa wurden im 19. Jahrhundert mit Rohren aus Gusseisen aufgebaut. Mitte des 20. Jahrhunderts gelang die Entwicklung und Einführung des verbesserten Werkstoffes „duktiles Gusseisen“ auf diesem Sektor. Dadurch konnten die Rohre besser die gestiegenen Belastungen des modernen Straßenverkehrs ertragen. Die Haltbarkeit hat ihre Ursache in der chemischen Zusammensetzung des Werkstoffes Gusseisen, der gegen Korrosionsangriffe der Fördermedien und der Umgebung relativ unempfindlich ist. Die Weiterentwicklung beim Gussrohr erstreckt sich sowohl auf die Gebiete der Schmelztechnik, der Metallurgie als auch auf das Gießverfahren.

Die Einführung moderner metallurgischer Verfahren sowie Anwendung und ständige Vervollkommnung vor allem des Schleudergießverfahrens haben bedeutende Qualitätsfortschritte bei der Gussrohrherstellung gebracht. Während duktile Gussrohre im Schleudergießverfahren hergestellt werden, entstehen Formstücke und Zubehörteile im Sandgussverfahren. Der Werkstoff „duktiles Gusseisen“ wird durch eine Magnesiumbehandlung, bei Rohren mit einer zusätzlichen Wärmebehandlung, gebildet. Dem Schutz vor Korrosion dient ein umfangreiches System von Umhüllungen und Auskleidungen, die auf den jeweiligen Einsatzbereich (Boden und Durchflussmedium) abgestimmt sind. In den Stofffluss der Herstellung sind Prüfungen zur Sicherstellung einer gleichbleibenden Qualität integriert.

Versorgungsnetze als Anlagen der Infrastruktur müssen nachhaltig sein. Die Einhaltung der Anforderungen an ihre Dauerhaftigkeit beeinflusst maßgeblich die Wirtschaftlichkeit der Wasserversorgung. Im Herstellerwerk unterliegen alle Abläufe und Prozessschritte einem dokumentierten Qualitätsmanagementsystem. Im weiteren Verlauf der Nutzung der Rohrsysteme sind der wirtschaftliche Einbau, die lange Nutzungsdauer, die niedrige Schadensrate, die geringe Reparaturanfälligkeit und das problemlose Werkstoffrecycling nach möglichst langer Dauer von herausragender Bedeutung für die Nachhaltigkeit des Systems. Diffusionsdichtheit, Druckbelastbarkeit, Nichtbrennbarkeit des Werkstoffes „duktiles Gusseisen“ sind die Grundvoraussetzungen für seinen Einsatz in Leitungen zur Trinkwasserversorgung und Abwasserentsorgung, für Hochdruckanwendungen wie Turbinenleitungen von Wasserkraftwerken, Feuerlöschleitungen und Beschneiungsanlagen. Das Verbindungssystem mit Steckmuffen, vor allem mit zugfesten Steckmuffen-Verbindungen, hat wesentlich zu niedrigen Baukosten und zu der Entwicklung grabenloser Einbauverfahren beigetragen.

Das typische Merkmal für erdüberdeckte Gussrohrleitungen ist die bewegliche Steckmuffen-Verbindung. Sie entlastet das Rohr unter Innendruck von axialen Spannungen. Durch die Beweglichkeit werden Biegespannungen aus Erdbewegungen (Bodensetzungen, Erdbeben) reduziert. Die Entwicklung von längskraftschlüssigen Muffenverbindungen hat zu vermehrtem Einsatz duktiler Gussrohre bei den grabenlosen Einbauverfahren geführt. Flanschverbindungen sind starr, sie werden bevorzugt bei oberirdischem Einbau verwendet. In jüngster Zeit sind die früher üblichen Wanddicken-Klassen der Rohre durch Druck-Klassen abgelöst worden, was zu geringeren Mindestwanddicken geführt hat. Bei den längskraftschlüssigen Rohr-Systemen mit ihren komplexeren Spannungszuständen in der Rohrwand ist der zulässige Mindestbetriebsdruck für das gewählte System auf dem Rohr anzugeben.

Als längsverschiebbare Gelenke vermindern Steckmuffen-Verbindungen Momente bzw. Spannungen in erdüberdeckten Rohrleitungen. Sie sind einfach und trotzdem sicher zu montieren. Ihre Dichtheit bleibt auch bei maximaler Dezentrierung oder Abwinkelung der Rohre erhalten. Selbst bei hohen Überdeckungen bleiben Steckmuffen-Verbindungen von Rohrsystemen aus duktilem Gusseisen dauerhaft dicht. Rohrsysteme mit Steckmuffen-Verbindungen sind üblicherweise nicht längskraftschlüssig ausgeführt. An Richtungs-, Querschnittsänderungen und Endverschlüssen sowie an Abzweigen resultieren aus dem Innendruck Kräfte, die in den Baugrund eingeleitet werden müssen.

Bewegliche längskraftschlüssige Verbindungen nehmen Axialkräfte aus dem Innendruck auf und lassen damit Betonwiderlager an Richtungs- oder Querschnittsänderungen sowie an Endverschlüssen oder Streckenarmaturen überflüssig werden. Die Entwicklung der grabenlosen Einbau- und Erneuerungsverfahren ist zu einem großen Teil den längskraftschlüssigen Verbindungen zu verdanken. Es gibt formschlüssige und reibschlüssige Konstruktionen. Erstere weisen auf dem Einsteckende des Rohres eine Schweißraupe auf, an der sich Halteelemente abstützen und damit die Längskräfte auf die Muffe des nächsten Rohres übertragen. Bei den reibschlüssigen Konstruktionen übernehmen gezahnte Krallenelemente diese Funktion, sie graben sich in die Oberfläche des Einsteckendes ein. Die unterschiedlichen Konstruktionen, ihre Einsatzbereiche und Leistungsmerkmale werden ebenso dargestellt wie die Bemessungsgrundlagen einschließlich eines Online-Rechentools für die praktische Anwendung.

Rohre und Formstücke aus duktilem Gusseisen sowie Armaturen aus Gusseisen mit Kugelgrafit werden grundsätzlich mit Werksumhüllungen und -auskleidungen geliefert, die ggf. auf der Baustelle ergänzt werden. Alle Korrosionsschutzmaßnahmen sind im Hinblick auf die Bodenart, Umgebungsbedingungen sowie das Durchflussmedium so zu wählen, dass die Dauerhaftigkeit der Rohrleitung sichergestellt ist. Ein komplettes Regelwerk versetzt den Planer in die Lage, für gegebene Bedingungen die geeignete Umhüllung bzw. Auskleidung auszuwählen.

Beim Aufbau der städtischen Versorgungsinfrastruktur für Trinkwasser und Gas vor ca. 150 Jahren standen fast nur Gussrohre zur Verfügung. Die vor etwa 50 Jahren eingeführten duktilen Gussrohre dienen heute hauptsächlich der Trinkwasserversorgung und der Abwasserentsorgung. Duktiles Gusseisen verfügt jedoch über Werkstoffeigenschaften, die den zusätzlichen Einsatz der Rohre zum Bau von Feuerlöschleitungen, Triebwasserleitungen für Wasserkraftwerke oder auch für Schneekanonen erlauben. Die leistungsfähigen längskraftschlüssigen Verbindungen bieten die Voraussetzung für die Anwendung duktiler Gussrohre bei den grabenlosen Einbau- und Erneuerungsverfahren.

Das Kapitel beschäftigt sich mit Stahl und dessen Materialeigenschaften, insbesondere die typischen Materialkennwerte stehen im Fokus der Betrachtungen. Stahl bildet beim Erstarren je nach Kohlenstoffgehalt Kristallite, die kubisch-raumzentriert (Ferrit) oder kubisch-flächenzentriert (Austenit) sind. Durch Zulegieren bestimmter Elemente wie Mangan oder Nickel wird erreicht, dass der Austenit auch noch bei Raumtemperatur beständig bleibt. Die Zusammenhänge für unlegierte Stähle werden in einer eigenen Abbildung gezeigt. Man kann durch Art und Menge meist mehrerer Legierungszusätze die mechanischen und chemischen Eigenschaften, insbesondere auch die Festigkeitskennwerte bei tiefen und hohen Temperaturen, sowie das Korrosionsverhalten beeinflussen. Die relevante Literatur sowie die entsprechenden Normen bzw. Regelwerke sind aufgeführt.

Das Kapitel beschäftigt sich vor allem mit Stählen, die speziell im Rohrleitungsbau zum Einsatz kommen. Für die mannigfaltigen Beanspruchungen im Rohrleitungsbau können unlegierte, niedrig legierte und hoch legierte Stähle zur Verwendung kommen, bei deren Besprechung nur auf das Grundsätzliche eingegangen werden kann. Die wesentlichsten Eigenschaften der Stähle werden aufgeführt, und auf die zu beachtenden Werkstoffprobleme bei den verschiedenen Beanspruchungen wird näher eingegangen. Auf die zugehörigen Normen und Stahl-Eisen-Werkstoffblätter wird hingewiesen, da es nicht möglich ist, für jeden Stahl alle technischen Einzelheiten zu behandeln. Die relevante Literatur sowie die entsprechenden Normen bzw. Regelwerke sind aufgeführt.

Man unterscheidet nach Art ihrer Herstellung 2 Hauptgruppen von Stahlrohren: nahtlose Stahlrohre und geschweißte Stahlrohre. Die Herstellungsverfahren dieser beiden Rohrarten sowie das Ausgangsmaterial hierfür sind grundverschieden, sodass sie gesondert behandelt werden müssen. Es ist im Laufe der Zeit, vor allem bedingt durch die verschiedenen Verwendungszwecke, eine große Anzahl von Herstellverfahren entwickelt worden. In diesem Kapitel sollen die Verfahren, denen heute eine wesentliche wirtschaftliche Bedeutung beizumessen ist, beschrieben werden, und zwar nur so weit, wie es zum allgemeinen Verständnis für den Rohrleitungsbauer notwendig erscheint. Die relevante Literatur sowie die entsprechenden Normen bzw. Regelwerke sind aufgeführt.

Neben den nichtlösbaren, längskraftschlüssigen Schweißverbindungen stellen vor allem Flanschverbindungen eine wesentliche Art der Rohrverbindung bei Stahlrohren dar. Flanschverbindungen sind lösbare, längskraftschlüssige Verbindungen. Sie sollten grundsätzlich nach DIN EN 1591 dimensioniert werden. Da die Mindestgarantiewerte für die Streckgrenze von Stahl noch aus dem Jahr 1938 stammen, sollte das Material immer mit 3.1-Zeugnis bestellt werden, um die Vorteile zur Reduktion der Herstellkosten zu nutzen. Dieses Kapitel beschäftigt sich mit allgemeinen Ausführungen zu Flanschen, mit den Nachweismethoden, den Werkstoffen sowie kritischen Anmerkungen zur DIN EN 1092-1. Die relevante Literatur sowie die entsprechenden Normen bzw. Regelwerke sind aufgeführt.

Umhüllungs- und Auskleidungssysteme dienen dem passiven Korrosionsschutz von Stahlrohrleitungen. Die Beschichtungen stellen eine dauerhafte, diffusionssichere Trennung der Stahloberfläche vom korrosiven Medium sicher. Darüber hinaus sollen eine elektrische Isolierung sowie eine entsprechende Hochspannungssicherheit gewährleistet werden, um einen aktiven Elektronen- bzw. Ionen-Austausch zu verhindern. Das folgende Kapitel handelt die Möglichkeiten gemäß dem Stand der Technik zu werkseitigen Umhüllungssystemen und zu nachträglichen Beschichtungen ab. Dabei werden die einzelnen Verfahren beschrieben und erläutert. Darüber hinaus wird auf den Effekt der Selbstheilung von Umhüllungs- und Auskleidungssystemen eingegangen. Die relevante Literatur sowie die entsprechenden Normen bzw. Regelwerke sind aufgeführt.

Das Material Steinzeug kann auf eine sehr lange Verwendung als Rohrwerkstoff in der Kanalisation zurückblicken. Ausgezeichnet sind seine chemischen, physikalischen und hydraulischen Eigenschaften und Merkmale, die während der gesamten Nutzungsdauer der Abwasserleitungen unveränderlich bleiben. Die langjährige Nutzung und die daraus gewonnenen Erfahrungen ermöglichten eine kontinuierliche Optimierung und Anpassung des Werkstoffes an die Erfordernisse moderner Abwassersysteme. Auf diese Weise konnte das Steinzeug-Rohrsortiment über Jahre hinweg zu einem vollständigen Abwasserrohrsystem mit Formstücken und Schächten erweitert werden.

Steinzeug ist ein nichtmetallischer, anorganischer Werkstoff, der aus den natürlichen Rohstoffen Ton, Schamotte und Wasser besteht. Fünf Prozessschritte gehören zur Herstellung der Steinzeugbauteile (Rohre, Formstücke, Schachtteile), wobei der Brennvorgang der bedeutendste ist. Bei einer Brenntemperatur des Tons von ca. 1250 °C findet ein Sinterungsprozess statt, bei dem eine kompakte und homogene Struktur aus Glas, Quarz und Mullit (<65 % amorphes Glas) entsteht. Während des Brennvorganges verschmilzt die mittels Tauchgang aufgebrachte Rohlehmglasur unzertrennlich mit dem Steinzeugscherben.Nach dem Brennen werden die Rohre für den offenen Einbau werksseitig mit Steckmuffen ausgerüstet. Für die anspruchsvolle Nutzung von Steinzeug-Vortriebsrohren werden bei der Herstellung besondere Maßnahmen ergriffen.

Qualität und Güte eines Bauwerkes stehen entscheidend für dessen Nutzungsdauer, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit. Das gilt selbstverständlich auch für die unterirdischen Abwassernetze. Deshalb werden alle Steinzeugbauteile nach den gültigen Regeln der Technik auf höchstem Niveau gefertigt und auf ihre Qualität geprüft; ihre Produktion erfolgt mit einer Eigen- und Fremdüberwachung, die erforderlichen Prüfungen durch anerkannte Prüfstellen. Steinzeugbauteile erfüllen zudem die Anforderungen der Nachhaltigkeit und können nach dem Cradle-to-Cradle®-Konzept zertifiziert werden.

Es ist selbstverständlich, dass die Bauteile für ein Kanalisationsnetz in den verschiedensten Dimensionierungen verfügbar sind. Das Angebot an Steinzeugrohren und -Formstücken steht für sämtliche Anforderungen an zuverlässige und sichere Kanalleitungen zur Verfügung. Für den offenen Einbau werden Rohre mit und ohne Muffe in den Nennweiten DN 100 bis DN 800 in den verschiedenen Baulängen angeboten, für den unterirdischen Einbau Steinzeug-Vortriebsrohre in den Nennweiten DN 150 bis DN 600 mit entsprechenden technischen Spezifikationen.Bögen, Abzweige, Gelenk- und Sonderformstücke aus Steinzeug erlauben die Richtungsänderung und die Zusammenführung von Abwasserströmen sowie den gelenkigen Anschluss an Schächte, Bauwerke und Straßenabläufe. Auch sie gibt es in den unterschiedlichsten Ausführungen, Winkeln, Nennweiten und Baulängen.

Steinzeugrohrsysteme bilden eine starke Einheit, wenn auch die Rohrverbindungen, die Zubehörteile und die Schächte aufeinander abgestimmt sind. Für die offene Bauweise gibt es zwei Verbindungssysteme mit Steckmuffen, für Steinzeugvortriebsrohre werden die Rohrenden nicht als Steckmuffen ausgebildet, sondern an den Enden abgeschliffen und eine Kupplung aufgezogen. Die Zubehörpalette umfasst Anschlusselemente, Manschettendichtungen, Dichtringe und Dichtelemente zum Einbau; Schächte aus Einzel-Konstruktionskomponenten komplettieren das gesamte Abwasserrohrsystem.

Mit dem sicheren und zuverlässigen Transport von Abwasser erfüllen Städte und Kommunen eine wichtige und vor allem verantwortungsvolle Aufgabe, die mit hohen Investitionskosten verbunden ist. An die dafür gebauten Rohrleitungssysteme werden entsprechend hohe Anforderungen hinsichtlich Betriebsbereitschaft und -sicherheit, Wartungs- und Instandhaltungsbedarf sowie der Nutzungsdauer gestellt. Steinzeugrohrsysteme erfüllen das Anforderungsprofil an umweltgerechte, wirtschaftliche und generationengerechte Abwassernetze – vorausgesetzt, die Rohrleitungen werden fachgerecht eingebaut. Dafür stehen im Technischen Regelwerk ausreichend Normen, Richtlinien, Arbeitsblätter etc. zur Verfügung.

Der Werkstoff Beton hat sich seit vielen Jahrzehnten weltweit für die werkmäßige effiziente Produktion von Rohren aller Abmessungen einschließlich der erforderlichen Sonderbauwerke bewährt; Rohre aus Beton werden überwiegend für den Bau von Kanälen und Leitungen zur Sammlung und Ableitung von Schmutz-, Regen- und Mischwasser, für Fernwasserleitungen für den Transport von Trink- und Brauchwasser sowie Kühlwasserleitungen eingesetzt. Sie werden sowohl als Freispiegelleitungen, d. h. drucklos, als auch als Druckleitungen betrieben. Wesentliche Gründe für die weite Verbreitung und das große Anwendungsspektrum von Rohren aus Beton sind die nahezu beliebige Formbarkeit des Werkstoffs, seine guten mechanischen und chemischen Eigenschaften sowie die ubiquitäre Verfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit der Ausgangsmaterialien. Rohre aus Beton lassen sich durch den Einbau von schlaffer oder vorgespannter Stahlbewehrung oder auch durch Zugabe von Stahlfasern zur Aufnahme von Zugspannungen entsprechend verstärken, wobei die Alkalität des Betons den Stahl vor Korrosion schützt (Stahlpassivierung). Die Hauptbestandteile des Betons sind Zement und Wasser, welche das Bindemittel bilden und die Gesteinskörnungen miteinander verkitten. Weitere Bestandteile des Betons sind Zusatzstoffe, mit denen bestimmte Betoneigenschaften verbessert werden können, sowie Zusatzmittel zur gezielten Beeinflussung von Frischbeton- und Festbetoneigenschaften.Rohre aus Faserzement bestehen i. W. aus einem Zementbrei ohne Gesteinskörnungen, dem zur Verbesserung der Zugfestigkeit entsprechende fein verteilte Fasern zugegeben werden. Damit kann auf eine Stahlbewehrung verzichtet werden.

Die Festigkeitsentwicklung des Betons ist ein zeitabhängiger Vorgang, der insbesondere von der Betonzusammensetzung, Temperatur, Art und Anteil des Zements und der Zusatzstoffe sowie der Zugabe von Zusatzmitteln abhängig ist. Gerade in der Frühphase der Hydratisierung des Zements sind Erschütterungen und Temperaturänderungen sowie insbesondere Wasserverlust zu vermeiden, um Qualitätseinschränkungen des Betons und Maßungenauigkeit auszuschließen. Diese Abhängigkeiten müssen bei der Herstellung von Rohren aus Beton berücksichtigt werden, indem angepasste Nachbehandlungsmaßnahmen ergriffen werden. Die beiden Verfahrenshauptgruppen „Verfahren mit Erhärtung in der Schalung“ und „Verfahren mit Sofortentschalung“ stellen daher völlig unterschiedliche Anforderungen an den Beton (Betonkonsistenz), die Produktionstechnik, das Handling und die Nachbehandlung mit Auswirkung auf die Fertigungsleistung. Je nach Art der Rohre – unbewehrt, mit schlaffer oder vorgespannter Stahlbewehrung, Faserbewehrung, mit oder ohne Blechmantel – sind weitere aufeinander abgestimmte Produktionsschritte erforderlich. Im Fall der Spannbetonrohre wird bei den heute gebräuchlichen Verfahren in der Regel ein schlaff bewehrtes Kernrohr bzw. Kernrohr mit Blechmantel hergestellt, das – sobald der Beton eine gewisse Festigkeit erreicht hat – vorgespannt wird.Bei der Produktion von Faserzementrohren wird ein Zement-Faser-Brei verwendet, der nach Entzug des Überschusswassers aufgrund der fein verteilten Fasern eine gewisse Zähigkeit besitzt. Diese ermöglicht das Aufwickeln und Andrücken des „Breis“ auf einem entsprechenden Formenkern und anschließendes Aushärten des Zements ggf. unter Wärmezufuhr.

Bei Rohren und Schächten aus Beton handelt es sich um in europäischen und nationalen Normen geregelte Produkte. Die wesentlichen Eigenschaften des Betons und der Ausgangsstoffe, die Produktabmessungen und zulässige Maßabweichungen sowie die Bemessung der Produkte sind Gegenstand europäischer harmonisierter Normen. Für Druckrohre gelten die DIN EN 639 bis DIN EN 642. Für planmäßig drucklos betriebene Rohre und Schächte aus Beton sind zusätzlich zu den harmonisierten Normen DIN EN 1916 und 1917 nationale Ergänzungsnormen DIN V 1201 und DIN 4034-1 entwickelt worden, um das bislang in Deutschland übliche Qualitäts- und Sicherheitsniveau weiterhin zu erhalten. Hierbei wird in der DIN V 1201 bzw. DIN 4034-1 zwischen den Typen 0, 1 und 2 unterschieden. Typ 0 betrifft ausschließlich Rohre und Bauteile aus in Deutschland kaum eingesetztem Stahlfaserbeton nach den europäischen Normen. Rohre und Bauteile aus Beton, Stahlbeton und Stahlfaserbeton vom Typ 1 und 2 erfüllen zusätzliche Anforderungen gemäß den nationalen Ergänzungsnormen. Produkte des Typs 2 sind darüber hinaus für den Einsatz unter Umgebungsbedingungen XA 2 geeignet. Wesentliches Element zur Beurteilung der Konformität bzw. Sicherung der Produktqualität aller Produkte vom Typ 2 ist die Kombination aus Eigen- und Fremdüberwachung. Im Rahmen der Fremdüberwachung werden die Eigenüberwachungsprotokolle überprüft und ergänzende Prüfungen an Produkten vorgenommen. Auch die Überprüfung der werkseigenen Prüfeinrichtungen ist Gegenstand der Fremdüberwachung.

Rohre und Bauteile für Freispiegel- und Druckleitungen werden in den weitaus meisten Fällen mittels Steckverbindungen zusammengefügt, welche lösbar sind und dem Rohrstrang eine gewisse Gelenkigkeit bieten sowie auch temperaturbedingte Längenänderungen kompensieren können. Dies wird dadurch realisiert, dass die sogenannte Fügung der Rohre und Bauteile mit hoher Präzision gefertigt wird und eine geeignete Profilierung aufweist, welche die Aufnahme einer elastomeren unterschiedlich profilierten Dichtung – entweder auf dem Spitzende nach Erhärten des Betons aufgezogen oder in der Muffe einbetoniert – erlaubt. Diese wird beim Zusammenfügen der Rohre und Bauteile verpresst, sodass sie mit einer spezifischen Kontaktspannung zwischen den abzudichtenden Flächen liegt. Die entsprechenden Normen enthalten sowohl Grenzwerte für die einzuhaltenden Verformungen der Dichtungen als auch den Härtegrad der verschiedenen Elastomere, um einerseits die Dichtwirkung stets zu gewährleisten und andererseits ungünstig hohe Verzerrungen der Dichtung und Spannungen im Dichtungsmaterial mit der Folge der Zerstörung zu vermeiden. Die Fügung muss derart ausgelegt sein, dass die von der Dichtung ausgeübten Kräfte – unter anderem abhängig vom Grad der Verpressung, der Härte des Elastomers und dem Volumen der Dichtung – schadlos aufgenommen werden können.

Für den Bau und den Betrieb von Leitungen sind unterschiedlichste Formteile erforderlich, beispielsweise zur Richtungsänderung oder Zusammenführung von Leitungen oder für den passgenauen, gelenkigen Anschluss an Bauwerke und Schächte. Diese Teile werden meistens individuell unter Berücksichtigung der jeweiligen Normen nach den planerischen Anforderungen konstruiert. Neben den Formteilen sind insbesondere in der Entwässerungstechnik Schachtbauteile von wesentlicher Bedeutung, da die aus ihnen hergestellten Schächte für den Betrieb und die Instandhaltung unverzichtbar sind. Schächte dienen darüber hinaus auch der Zusammenführung verschiedener Leitungen und müssen dabei strömungstechnisch sorgfältig geplant und hergestellt werden.Alle Rohre und Bauteile unterliegen den unterschiedlichsten chemischen Angriffen, die aus den Inhaltsstoffen des umgebenden Bodens, des Grundwassers und/oder des transportierten Mediums resultieren können. Dies betrifft in besonderer Weise Abwasserleitungen: Betonrohre und -bauteile des Typs 2 sind für starken chemischen Angriff der Expositionsklasse XA 2 ausreichend beständig. Sofern sie Angriffen entsprechend der Expositionsklasse XA 3 bzw. sehr starkem chemischem Angriff nach DIN 4030-1 ausgesetzt sind, müssen Korrosionsschutzmaßnahmen z. B. in Form von Auskleidungen vorgesehen werden.

Aufgrund der Wirtschaftlichkeit des Werkstoffs Beton der hohen Verfügbarkeit der Ausgangsstoffe, seiner Formbarkeit und der guten mechanischen und chemischen Eigenschaften werden Rohre und Bauteile aus Beton seit Jahrzehnten weltweit und für vielfältigste Anwendungen eingesetzt. Dies trifft in ähnlicher Weise auch auf die nicht mehr produzierten Asbestzementrohre und die Faserzementrohre zu. Rohre und Bauteile aus Beton können praktisch für jede Art statischer und dynamischer Einwirkungen, z. B. für höchste Verkehrslasten, große Einbautiefen oder hohe Innendrücke, durch Wahl einer entsprechenden Wanddicke und/oder mittels Einbau einer schlaffen oder vorgespannten Bewehrung ausgelegt werden. Hierzu steht ein umfangreiches bewährtes technisches Regelwerk zur Verfügung.

Es gibt kaum Werkstoffe, die so wandelbar und so vielseitig einsetzbar sind wie thermoplastische Kunststoffe. Auch in der Rohrbranche erweitern sich die Anwendungsgebiete für diese Kunststoffrohre ständig. Gründe dafür sind die hervorragenden Langzeiteigenschaften und die vergleichsweise einfache Verarbeitung, die einen wirtschaftlichen Einsatz möglich machen. Dazu kommt, dass sie wegen ihrer Recyclingfähigkeit eine perfekte Nachhaltigkeit gewährleisten. Im folgenden Kapitel werden die Eigenschaften der wichtigsten Materialien für thermoplastische Kunststoffrohrprodukte, ihre Einsatzmöglichkeiten und die Bedingungen für ihren Einsatz beschrieben.

Thermoplastische Rohrsysteme unterliegen einer Vielzahl von Standards. Neben allgemeinen Anforderungen an die Prozess- und Produktqualität gibt es auch solche an die Konformität, also die Übereinstimmung mit entsprechenden Regeln, Richtlinien und Normen. Zur Sicherstellung der System- und Prozessqualität werden Qualitätsmanagementsysteme eingesetzt. Um die Produktqualität zu sichern, gibt es ein umfangreiches Überwachungssystem, das auf normierten Prüfverfahren basiert. Ein wesentlicher Teil der Qualitätssicherung ist die harmonisierte Kennzeichnung von Rohren, die dauerhaft lesbar und auf jedem Rohrmeter angegeben sein muss. Es ist sicherzustellen, dass auch noch nach Jahren, nach Lagerung und Alterung und nach dem Einbau die Lesbarkeit der Kennzeichnung gesichert ist. Im folgenden Kapitel werden die wesentlichen Aspekte des Qualitätsmanagements bei thermoplastischen Rohren erörtert.

Rohre und Formteile müssen in Rohrsystemen für einen einwandfreien Betrieb miteinander verbunden werden. Die Rohrverbindung ist bezüglich der Eigenschaften eines Rohrsystems eine wichtige Komponente. Sie dient zum Anschließen und Koppeln von Rohrabschnitten, Rohrformstücken oder Fittings an Rohrleitungen. Die Vielfalt der Verbindungsmethoden ist dabei groß. Grundsätzlich wird zwischen kraft-, form- und stoffschlüssigen Verbindungen unterschieden. Darüber hinaus ist von Interesse, ob eine Verbindung längskraftschlüssig oder nichtlängskraftschlüssig ausgebildet werden muss, was insbesondere bei Druckleitungen von Bedeutung ist. Außerdem unterscheidet man in nach der Montage lösbare und nicht lösbare Rohrverbindungen.

Die Einsatzgebiete von thermoplastischen Kunststoffrohren sind vielfältig. Kunststoffe haben sich in den letzten Jahren wegen ihrer Eigenschaften, wie z. B. Medienbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verarbeitbarkeit, zu den dominierenden Rohrleitungswerkstoffen entwickelt. Im Verteilnetz der Gas- und Wasserversorgung ist der Werkstoff PE mittlerweile der vorherrschende Werkstoff. Aber auch im Abwasserbereich der öffentlichen Entsorgung finden thermoplastische Kunststoffe verstärkt Anwendung, sie bilden im kleineren Durchmesserbereich zunehmend eine Konkurrenz zu den klassischen Rohrmaterialien wie Steinzeug und Beton. Im Hausanschlussbereich werden heute bei der Neuverlegung überwiegend Kunststoffrohre aus PVC eingesetzt. Darüber hinaus kommen Thermoplastrohre zunehmend in der Heizungstechnik, in der Industrie oder auch als Kabelschutzrohre zum Einsatz. Das Kapitel beschäftigt sich mit den wichtigsten Einsatzfeldern thermoplastischer Kunststoffrohre.

Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) zählt zu den am vielfältigsten einsetzbaren Werkstoffen bei Rohrleitungssystemen. Aufgrund der Vorteile der Faserverbundtechnologie, der Material- und Designmöglichkeiten werden die Rohre in der Ver- und Entsorgung, der chemische Industrie, der verarbeitenden Industrie, der Erdöl- und Gasindustrie sowie in vielen weiteren Anwendungsbereichen verwendet. Beginnend seit Ende der 1950er-Jahre hat sich ein breites Normenwerk entwickelt, welches die vielfältigen Herstellungsmöglichkeiten und Materialeigenschaften widerspiegelt. Neben den Standardanwendungen werden GFK-Rohre insbesondere auch in Fällen mit außergewöhnlichen Belastungen beim Einbau und Betrieb eingesetzt. Ein besonderer Vorzug ist die hohe chemische Beständigkeit, welche in Abhängigkeit von der Werkstoffauswahl und weiteren Faktoren auch an extreme Anforderungen angepasst werden kann.

Ein zertifiziertes Qualitätsmanagementsystem deckt sämtliche Bereiche von der Ermittlung der Marktbedürfnisse, der Entwicklung der GFK-Rohre, über deren Herstellung bis zum Service ab. Ein wesentlicher Bestandteil ist die Qualitätskontrolle auf der Basis des Normenwerkes, von Güterichtlinien, herstellerinterner Regelungen (Werksnormen) und besonderer Kundenanforderungen. Seit der Einführung europäischer Normen steht einerseits ein einheitlicher Standard zur Verfügung, allerdings gewinnen auch regionale Kundenanforderungen in Form von Richtlinien und Güteanforderungen an Bedeutung, da der Markt auf bestimmte Merkmale besteht, die sich nicht in den europäischen Normen abbilden. Aufgrund der historischen Entwicklung der Prüfverfahren, der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten und der Verwendung verschiedener Basismaterialien gehören GFK-Rohre zu den Rohrerzeugnissen, die am gründlichsten geprüft werden. Zertifizierte Managementsysteme und Nachhaltigkeitsbetrachtungen werden vom Markt zunehmend als Entscheidungskriterium gewichtet.

Für GFK-Rohrsysteme gibt es eine Vielzahl verschiedener Verbindungsmöglichkeiten, die häufig in engem Zusammenhang mit dem jeweiligen Rohrtyp und Einsatzfall zu betrachten sind. Der Rohrtyp bzw. das Rohrdesign wird wiederum entsprechend den Betriebsbedingungen, Belastungen, Kundenwünschen usw. ausgewählt. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen nach der Montage wieder lösbaren oder unlösbaren Verbindungen. Die Standardverbindungen bestehen ebenfalls aus dem Werkstoff GFK und können daher gegenüber chemischen sowie korrosiven Beanspruchungen als hochwertig eingeschätzt werden. Rohrverbindungen von spezialisierten Verbindungsherstellern werden ebenso wie bei anderen Rohrwerkstoffen angewendet.

Rohrleitungssysteme aus glasfaserverstärktem Kunststoff werden in sehr vielen Bereichen eingesetzt. Die unterschiedlichen Herstellungs- und Designmöglichkeiten sowie die Werkstoffqualitäten der Basismaterialien erlauben optimale Abstimmungen auf den jeweiligen Anwendungsfall. Neben den Betriebsbedingungen und Lebensdaueranforderungen können die Rohre auch auf spezielle Installationsmethoden ausgerichtet sein. Aufgrund dieser universellen Einsatzmöglichkeiten hat sich ein umfassendes internationales Regelwerk in den Bereichen Wasser, Abwasser, Öl, Gas und in der Industrie entwickelt.

Rohre aus Kupfer und Aluminium sowie deren Legierungen werden in bestimmten Bereichen der Rohrleitungstechnik aufgrund spezifischer Eigenschaften bevorzugt eingesetzt. Vor allem bei kleineren Heizungssystemen sowie in der Trinkwasserinstallation ersetzten Kupferrohre seit den 1970er-Jahren in hohem Maße Stahlleitungen. Die Hauptanwendung von Aluminiumrohren liegt aufgrund des guten Thermoverhaltens vorrangig in der Kälte- und Wärmetechnik. Aber auch im Flugzeug-, Schiff- und Automobilbau sowie bei Feuerlöschsystemen kommen Rohrsysteme aus Aluminium vorzugsweise zum Einsatz. Das folgende Kapitel beschreibt die Werkstoffeigenschaften, die Herstellung sowie die Verwendung von Kupfer- und Aluminiumrohren. Darüber hinaus werden auch Sonderrohrleitungen aus Blei, Nickel und Titan sowie deren Besonderheiten und Einsatzgrenzen kompakt erörtert. Die jeweiligen Normen und Regelwerke werden benannt.

Als Mehrschichtrohre gelten solche, deren Wandaufbau aus mindestens zwei scharf abgegrenzten Schichten unterschiedlicher Materialien besteht, die untereinander einen kraft- und formschlüssigen Verbund bilden. In der Regel kann zwischen Trägerrohr- und vollwertigen Mehrschichtverbundrohrsystemen differenziert werden. Im Wesentlichen unterscheiden sie sich in der primären Funktion sowie in der Beteiligung der einzelnen Schichten am Lastabtrag innerhalb der Rohrwandung. Das folgende Kapitel widmet sich den wichtigsten Begriffen und Definitionen. Es erörtert Trägerrohr- und Mehrschichtverbundrohrsysteme. Des Weiteren werden Sonderformen von Mehrschichtrohren vorgestellt. Die relevanten Normen und Regelwerke sind aufgeführt.

Es existieren unterschiedliche Arten von Mantelrohren, die für die Wärmeverteilung verwendet werden. Je nach Aufgabenstellung kommen starre und flexible Rohrsysteme zum Einsatz. Typisch für diese Art Rohre ist ein mehrschichtiger Aufbau, der eine Dämmung des mediumführenden Rohres gewährleistet. Auf diese Weise werden Wärmeverluste reduziert und größere Effizienzen beim Wärmetransport erreicht. Das Rohrleitungsnetz wird durch gerade Rohre aber auch durch Formteile in Form von zum Beispiel Bögen realisiert, damit die geplante Trasse umgesetzt werden kann. Für den Hausanschluss sind Abzweige und Wanddurchdringungen erforderlich. Das folgende Kapitel widmet sich den wichtigsten Begriffen und Definitionen. Es erörtert die verschiedensten Arten von Mantelrohren. Die relevanten Normen und Regelwerke sind aufgeführt.

Armaturen sind die Verschlussorgane von Rohrleitungen. Sie haben einen erheblichen Kostenanteil am Rohrleitungssystem. Ihre Aufgabe ist es, die Stoffströme in den Rohrleitungstransportsystemen zu ermöglichen, zu beenden und zu regulieren. Die Armaturen ermöglichen Durchflüsse und deren Änderungen. Armaturen können als selbsttätig arbeitend oder mit aktiver Ansteuerung ausgeführt werden. Die Arten der Gehäuse, der Verschlusskörperbewegungen und der Antriebe sind abhängig vom Einsatzzweck. Zusätzlich sind Armaturen in Rohrleitungen als Hilfsbauteile nötig, so z. B. als Rückflussverhinderer oder zur Entlüftung. Das folgende Kapitel gibt einen Überblick über die Arten von Armaturen mit Fokus auf Industriearmaturen in drucktragenden Rohrleitungen. Nicht berücksichtigt werden Sanitärarmaturen oder Armaturen wie in Hydraulikblockschaltungen.

Zur Überwachung, Steuerung und Regelung sowie zur Bestimmung von Förder- und Wärmemengen sind Messeinrichtungen in Rohrleitungssystemen erforderlich. Im folgenden Kapitel wird auf Messstellen und auf deren Ausführungsgrundsätze eingegangen. Für die Druckmessung werden verschiedenen Manometertypen vorgestellt. Des Weiteren erfolgt die Erläuterung von Drucksensoren, Druckmittlern und modernen Analysesensoren. Für die Temperaturmessung werden diverse Arten von Thermometern beschrieben und deren Einsatzbereiche dargelegt. Darüber hinaus werden für die Bestimmung des Durchsatzes sowohl die Methoden und Messgeräte zur Verbrauchs- und Durchflussmessung als auch die zur Wärmemengenerfassung erörtert. Die relevanten Regelwerke und Normen sind aufgeführt.

Bauteile zur Kompensation dienen der planmäßigen Aufnahme von Dehnungen aus dem Betrieb einer Leitung. Es existieren unterschiedliche Ausführungen von Kompensatoren. Unterschieden werden je nach Funktionsweise der Axialkompensator, der Angularkompensator, der Lateralkompensator und der Einmalkompensator. Im nachfolgenden Beitrag werden allgemeine Aspekte zu Kompensatoren sowie die differenzierten Ausführungen aufgeführt und diskutiert. Die relevante Literatur und die maßgeblichen Normen und Regelwerke sind benannt.

Kälte- und Wärmeleitungen dienen dem Transport von thermischer Energie mit Hilfe eines Mediums, wobei Kälte- und Wärmeerzeuger wesentliche Bestandteile darstellen. Kälteerzeugeranlagen muss zur Verrichtung der Arbeit Primärenergie meist in Form von elektrischem Strom zugeführt werden. Wärmeerzeuger umfassen alle Maschinen und Anlagen, bei denen thermische Energie („Wärme“) als Primärenergie oder als Nebeneffekt (Abwärme) generiert und über Rohrleitungssysteme weitergeleitet wird. Das folgende Kapitel befasst sich in kompakter Form mit den Begriffen und den wesentlichen Anlagen bzw. Bestandteilen von Kälteerzeugungsanlagen und Wärmeerzeugern. Aufgrund der komplexen Thematik wird nur auf die wichtigsten Elemente eingegangen und darüber hinaus auf die entsprechende Fachliteratur der Thermodynamik verwiesen.

Das folgende Kapitel behandelt Rohrleitungskomponenten, die aufgrund ihrer Spezifika und Funktionen als Sonderbauteile gelten können. Hierunter fallen u. a. Drehbogen, Schalldämpfer, Entspanner, Strahlbrecher und Gleichrichter. Der Drehbogen ist ein Regelorgan, das vorrangig bei Freispiegelleitungen der Mischwasserkanalisation in der Abwasserentsorgung bei großen Rohrnennweiten (≥ DN 1200) eingesetzt wird. Schalldämpfer dienen der Kompensation von störenden Luftschallemissionen, die beim Abblasen, Ansaugen oder Entspannen von Gasen entstehen. Zur Überbrückung von Druckgefällen, v. a. bei kompressiblen Medien (Gase, Luft), bzw. zur Erzeugung wirbelfreier, symmetrischer Strömungsprofile in der Rohrleitung werden Entspanner und Strahlbrecher bzw. Strömungsgleichrichter eingesetzt. Es werden die wichtigsten Begriffe, Funktionen und konstruktiven Charakteristiken erläutert. Die relevanten Normen und Regelwerke sind angeführt.