Elemente zur Führung von Fluiden

1. Roloff / Matek Maschinenelemente Kapitel 18 Rohrleitungen Elemente zur Führung von Fluiden

2. Elemente zur Führung von Fluiden Historische Rohrleitungen Bereits vor mehr als 7000 Jahren wurde in China Wasser über weite Strecken durch Bambusrohre geleitet

3. Elemente zur Führung von Fluiden Historische Rohrleitungen Die Römer bauten vor rund 2000 Jahren Aqädukte um ihre Städte und Siedlungen mit Wasser zu versorgen.

4. Elemente zur Führung von Fluiden Historische Rohrleitungen Druckleitung nach dem Prinzip der „kommunizierenden Röhren“.

5. Elemente zur Führung von Fluiden Relevanz heutiger Rohrleitungen „Heute finden sich Rohrleitungen auf allen Kontinenten, aber auch unter Wasser in Meeren und Seen. Sie sind mittlerweile das klassische Transportmittel für flüssige und gasförmige Massengüter, wobei sie gleichzeitig Transportbehälter, Transportmittel und Transportweg sind.“ www.wire.de

6. Elemente zur Führung von Fluiden Übersicht • Einsatz und Funktion • Bauformen • Gestaltungsgrundlagen • Berechnungsgrundlagen • Berechnung Druckverlust • Berechnung der Wanddicke gegen Innendruck

7. Elemente zur Führung von Fluiden Einsatz und Funktion Rohrleitungen werden hauptsächlich eingesetzt • zum Transport von Fluiden aber auch zum • Verteilen • Mischen • Kühlen • Steuern …und als Konstruktionselement!

8. Elemente zur Führung von Fluiden Einsatz und Funktion Definition Fluid Ein Stoff mit flüssigkeitsähnlichen Eigenschaften wird als Fluid (lat.fluidus „fließend“) bezeichnet. Alle Gase und Flüssigkeiten sind Fluide, die in Rohrleitungen eingesetzt werden können. Feine Feststoffe mit guten Fließ- eigenschaften können zur Anwendung kommen, ggf. mit Unterstützung durch ein Trägerfluid, gelten selbst aber nicht als Fluid.

9. Elemente zur Führung von Fluiden Einsatz und Funktion Pneumatikleitungen für einzelne Ventile an einer Drillmaschine zum Eindüsen des Saatguts

10. Elemente zur Führung von Fluiden Einsatz und Funktion GFK-Abwasserleitung DN 1000 für Kläranlage in Göttingen

11. Elemente zur Führung von Fluiden Einsatz und Funktion Nabucco Gas-Pipeline Projekt, Leitungslänge ca. 3600 Km

12. Elemente zur Führung von Fluiden Einsatz und Funktion Privatbrauerei Stauder in Essen, Premium-Pils in Bierleitungen

13. Elemente zur Führung von Fluiden Einsatz und Funktion Kawasaki 350 S 2 (Bj. 1972). Dreizylinder-2-Takter mit Auspuffrohr 2 x rechts und 1x links

14. Elemente zur Führung von Fluiden Bauformen, Formstücke Formstücke, auch Formteile oder Fittings (engl. to fit: anpassen, „passend machen“) sind Verbindungsstücke einer Rohrleitung, die folgende Funktionen erfüllen: • Gerade Verbindung von Rohrstücken, beispielsweise Muffen und Kupplungen • Richtungswechsel mittels Rohrbögen • Durchmesserwechsel (Reduzierungen bzw. Aufweitungen) • Abzweig, beispielsweise T-Stücke (3-armig) und Kreuzungen (4-armig) • Einbauteil-Verbindungen, z. B. Flansche oder Verschraubungen

15. Elemente zur Führung von Fluiden Bauformen, Formstücke T-Stück (DIN EN 10253-2) • - Verteilung oder Zusammenführung der Ströme • - Nennweitensprung möglich T-Stück mit eingeschweißtem Stutzen

16. Elemente zur Führung von Fluiden Bauformen, Formstücke Rohrbogen (DIN 10253-2) • räumliche Umlenkung der Ströme um 90° gegen die Rohrachse (bei 90°-Bögen) • gängige Winkel: 180°, 60°, 45°, 30° • größeres Verhältnis „r / D“ nach DIN 2606

17. Elemente zur Führung von Fluiden Bauformen, Formstücke Reduzierstück (DIN EN 10253-2) • Reduzierung oder Aufweitung der Nennweite • konzentrische und exzentrische Bauform

18. Elemente zur Führung von Fluiden Bauformen, Formstücke Kappe (als Klöpperboden) DIN EN 10253-2 • Verschlussklappe für Rohrleitungsabschluß

19. Elemente zur Führung von Fluiden Bauformen, Formstücke Vorschweißflansch (DIN EN 1092-1) • DN 10 bis DN 2000

20. Elemente zur Führung von Fluiden Bauformen, Formstücke Rohrmuffe DIN EN 10241 • Whitworth-Rohrgewinde nach DIN 2999 Rohrmuffen-Sortiment

21. Elemente zur Führung von Fluiden Bauformen, Formstücke Hosenstück Krümmer T-Stück E-Bogen T-Stück Grad T-Stück Kreuzstück Übergangsstück Sonderformen

22. Elemente zur Führung von Fluiden Bauformen, Armaturen • Armaturen dienen zum Schalten und Stellen (Steuern und Regeln) von Fluiden. • Vier Bauarten: Schieber, Ventil, Hahn und Klappe. • Bedienung per Hand oder mittels elektrischem, pneumatischem oder hydraulischem Antrieb. Funktionen von Armaturen • Rückflußverhinderung, Absperrung, Drosselung, Druckminderung, Regelung • Sicherheit, bspw. Druckbegrenzung gegen unzulässig hohen Druck

23. Elemente zur Führung von Fluiden Bauformen, Armaturen Schieber • Öffnen oder Schließen des gesamten Durchflussquerschnitts • nicht zum exakten Regeln der durchströmenden Flüssigkeitsmenge geeignet Bild: Rundschieber

24. Elemente zur Führung von Fluiden Bauformen, Armaturen Ventil • Gute Regelfähigkeit • Hoher Preis Regelventil Thermostatventil Blitzventil

25. Elemente zur Führung von Fluiden Bauformen, Armaturen Kugelhahn • zum Absperren einer Rohrleitung • 90°-Hebeldrehung zwischen vollständig „geöffnet“ und „geschlossen“,Zwischenhebelstellung ist nicht vorgesehen • Schnelle Absperrung führt zu Druckstößen Kugelhahn

26. Elemente zur Führung von Fluiden Bauformen, Armaturen Klappe • Gute Drosseleigenschaft • Relativ großer Strömungswiderstand Absperrklappe

27. Elemente zur Führung von Fluiden Bauformen, Armaturen Richtlinien zur Auswahl der Armaturen

28. Elemente zur Führung von Fluiden Gestaltungsgrundlagen, Normung

29. Elemente zur Führung von Fluiden Gestaltungsgrundlagen, Druckgeräte Die Richtlinie 97/23/EG legt die Anforderungen für das Inverkehrbringen von Druckgeräten innerhalb des Europäischen Wirtschaftsraumes (EWR) fest. Sie ist in Deutschland in nationales Recht umgesetzt worden als Geräte- und Produktsicherheitsgesetz (Druckgeräteverordnung).

30. Elemente zur Führung von Fluiden Gestaltungsgrundlagen, Druckgeräte Voraussetzung für das Inverkehrbringen ist, dass der Hersteller die Druckgeräte • mit der CE-Kennzeichnung versieht • dem Druckgerät eine EG-Konformitätserklärung und • eine Betriebsanleitung in deutscher Sprache beifügt.

31. Elemente zur Führung von Fluiden Gestaltungsgrundlagen, Druckgeräte Als Druckgeräte im Sinne dieser Richtlinie gelten • Behälter (unbefeuerte Druckbehälter) • Dampfkessel • Rohrleitungen • druckhaltende Ausrüstungsteile mit einem inneren Überdruck von mehr als 0,5 bar.

32. Elemente zur Führung von Fluiden Gestaltungsgrundlagen, Druckgeräte Zur Erfüllung der Mindestanforderungen kann der Hersteller eine harmonisierte Norm (z. B. Normenreihe EN 13480 für industrielle Rohrleitungen) anwenden und kann dann davon ausgehen (Vermutungswirkung), dass er die grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen erfüllt. Er kann aber auch andere Spezifikationen (z. B. AD 2000 Merkblätter, CODAP 2000, BS 5500, ASME) anwenden, wenn er nachweist, dass er damit ebenfalls die grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen erfüllt. Dies wird durch eine Benannte Stelle geprüft.

33. Elemente zur Führung von Fluiden Gestaltungsgrundlagen, AD 2000-Regelwerk Die technische Spezifikation "AD 2000-Regelwerk„ konkretisiert alle wesentlichen Sicherheitsanforderungen, die nach der europäischen Druckgeräterichtlinie (97/23/EG) erfüllt werden müssen. Die AD 2000-Merkblätter werden von den in der "Arbeitsgemeinschaft Druckbehälter" (AD) zusammenarbeitenden Verbänden erstellt. Sie werden laufend dem Fortschritt der Technik angepasst.

34. Elemente zur Führung von Fluiden Gestaltungsgrundlagen, AD 2000-Regelwerk Über 100 Merkblätter

35. Elemente zur Führung von Fluiden Gestaltungsgrundlagen, AD 2000-Regelwerk

36. Elemente zur Führung von Fluiden Gestaltungsgrundlagen, AD 2000-Regelwerk Auszug aus B1 Anl. 1

37. Elemente zur Führung von Fluiden Gestaltungsgrundlagen, Rohrleitungsklassen Rohrleitungs-Klassen nach DIN EN 13480-1 Die Einstufung in Rohrleitungs-Klassen erfolgt in Abhängigkeit von Fluidgruppe, Nennweite und max. zul. Druck. Fluide werden in • gefährliche Medien (Gruppe 1) und • weniger gefährliche / ungefährliche Medien (Gruppe 2) eingeteilt.

38. Elemente zur Führung von Fluiden Gestaltungsgrundlagen, Rohrleitungsklassen

39. Elemente zur Führung von Fluiden Gestaltungsgrundlagen, Rohrleitungsklassen

40. Elemente zur Führung von Fluiden Gestaltungsgrundlagen, Rohrleitungsklassen Einstufung in die Rohrleitungs-Klassen I bis III Eine höhere Rohrleitungs-Klasse (III hat die höchsten Anforderungen) hat Auswirkungen auf • das Konformitätsbewertungsverfahren* • die Herstellerzulassung • Prüfart und –umfang *) Ggf. Gefahrenanalyse, Risikobewertung mit Dokumentation, QMS, techn. Dokumentation (z. B. Aufbauanleitung, Wartungspläne, Bedienungsanleitung), Baumusterprüfung, CE-Kennzeichnung mit EG-Konformitätserklärung.

41. Elemente zur Führung von Fluiden Gestaltungsgrundlagen, Rohrklassen Grundlage für Rohrklassen sind die in DIN EN 1333 festgelegten Nenndruckstufen (PN) [RM TB 18-3] und die in DIN ISO 6708 gestuften Nennweiten (DN) [RM TB 18-4]. PN und DN bilden zusammen eine Rohrklasse, die das „Baukastenprinzip“ für Rohre, Armaturen usw. ermöglicht, und somit die Konstruktion vereinfacht. Die Nennweite DN bezeichnet den ungefähren Innen- Durchmesser.

42. Elemente zur Führung von Fluiden Gestaltungsgrundlagen, Rohrleitungsverbindungen Verbindung von Rohrleitungselementen unlösbar • Schweißen • Löten • Kleben lösbar • Flansche • Rohrverschraubung • Muffen • Kupplungen

43. Elemente zur Führung von Fluiden Gestaltungsgrundlagen, Rohrleitungswerkstoffe Rohrleitungswerkstoffe Nahtlose, geschweißte Stahlrohre • einfache, feste und dichte Verbindungen durch Schweißen möglich • kalt und warm biegbar • Einsatz für Brauchwasser, Heißwasser, Dampf

44. Elemente zur Führung von Fluiden Gestaltungsgrundlagen, Rohrleitungswerkstoffe Rohrleitungswerkstoffe Präzisionsstahlrohre • hohe Maßgenauigkeit • gut kalt verformbar (biegen und bördeln) • einfache und sichere Montage durch Rohrverschraubung • Hydraulikleitungen im Maschinenbau, Bremsleitungen

45. Elemente zur Führung von Fluiden Gestaltungsgrundlagen, Rohrleitungswerkstoffe Rohrleitungswerkstoffe Gewinderohre aus Stahl • feste und dichte Verbindung durch Fittings (lösbar) • auf Whitworth-Rohrgewinde (Kegel 1:16) abgestimmt • Heizungsleitungen, Gas- und Luftleitungen

46. Elemente zur Führung von Fluiden Gestaltungsgrundlagen, Rohrleitungswerkstoffe Rohrleitungswerkstoffe Nicht rostende Stahlrohre • gute Korrosionsbeständigkeit, Einsatz bei tiefen Temperaturen • Lebensmittelindustrie • Druckrohre aus duktilem Gusseisen • hohe Festigkeit, relativ korrosionbeständig • Gas- und Wasserleitungen

47. Elemente zur Führung von Fluiden Gestaltungsgrundlagen, Rohrleitungswerkstoffe Rohrleitungswerkstoffe Bleirohre • beständig gegen Säuren und Salzlösungen • gut lötbar • leicht umformbar • Chemische Industie, nicht für Trinkwasserleitungen

48. Elemente zur Führung von Fluiden Gestaltungsgrundlagen, Rohrleitungswerkstoffe Rohrleitungswerkstoffe Kupferrohre • hohe Korrosionsbeständigkeit • gut weich- und hartlötbar • Trinkwasser, Warmwasser, Heizungsrohre, Kältemittelleitungen

49. Elemente zur Führung von Fluiden Gestaltungsgrundlagen, Rohrleitungswerkstoffe Rohrleitungswerkstoffe Aluminiumrohre • leicht • gute Festigkeit und Zähigkeit bei tiefen Temperaturen • gut schweiß- und umformbar • beständig gegen schwach saure und basische Fluide • Fahrzeugbau, Apparatebau, Lebensmittelindustrie

50. Elemente zur Führung von Fluiden Gestaltungsgrundlagen, Rohrleitungswerkstoffe Rohrleitungswerkstoffe Kunststoffrohre • leicht • korrosionssicher • witterungsfest • Chemie, Abwasserrohre, Fußbodenheizungen