Dehnungsausgleich mit Geberit Mapress Axialkompensatoren

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1 1 Zu diesem Dokument Diese Technische Information enthält Informationen, die bei der Verwendung von Geberit Mapress zu beachten sind. Diese Technische Information gilt für folgende Geberit Rohrleitungssysteme: Geberit Mapress Edelstahl Geberit Mapress C-Stahl Geberit Mapress Kupfer Für Geberit Mapress Kupfer können je nach Anwendung Geberit Mapress Edelstahl oder Geberit Mapress C-Stahl verwendet werden. 2 Regelwerke Für den Dehnungsausgleich in Rohrleitungssystemen sind die folgenden Normen von Bedeutung: DIN EN 806-2: : Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen Teil 2: Planung DIN EN 806-4: : Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen Teil 4: Installation Neben diesen Normen sind auch die länderspezifischen Vorschriften zu beachten

2 3 Technische Daten Tabelle 1: Technische Daten Geberit Mapress mit Pressmuffen Art.-Nr. Geberit Mapress C-Stahl Axialkompensator Art.-Nr. Geberit Mapress Edelstahl Axialkompensator d [mm] D [cm] L [cm] L a [cm] A [cm 2 ] 1) ,6 15,1 ±0,7 3, ,6 14,7 ±0,7 3, ,1 10,6 ±1,1 5, ,9 12,0 ±1,3 8, ,6 13,9 ±1,3 11, ,9 14,9 ±1,3 19, ,0 17,6 ±1,8 28, ,1 8,8 26,2 ±2,2 45, ,9 11,7 28,6 ±2,3 84, ,4 54,2 ±2,3 130,3 156 c ax [N/mm] 2) 1) 2) Balgquerschnittsfläche innen Balgeigenwiderstand Werkstoffe: Geberit Mapress C-Stahl Axialkompensator: Stahl unlegiert Geberit Mapress Edelstahl Axialkompensator: CrNiMo-Stahl

3 4 Einsatzbereich 4.1 Bestimmungsgemässe Verwendung Geberit Mapress sind ausschliesslich zur Aufnahme axialer Dehnungen in geraden Rohrleitungsabschnitten bestimmt. Geberit Mapress sind nicht bestimmt zum Ausgleichen von axialen Versätzen oder zum Bilden von Winkeln. 4.2 Betriebsbedingungen Geberit Mapress sind ausgelegt für folgende Betriebsbedingungen: Maximale Betriebstemperatur: 120 C Maximaler Betriebsdruck: 16 bar

4 5 Dimensionierung Werden Geberit Mapress für den Dehnungsausgleich eingesetzt, muss die Anzahl der erforderlichen ermittelt werden. Die Ermittlung der Anzahl Kompensatoren besteht aus folgenden Schritten: Ermittlung der Längenänderung Δl Ermittlung der Anzahl Kompensatoren N 5.1 Ermittlung der Längenänderung Folgende Faktoren beeinflussen die Längenänderung einer Rohrleitung: Temperaturdifferenz ΔT zwischen Montage und Betrieb des Rohrleitungssystems Wärmeausdehnungskoeffizient des Rohrleitungssystems Leitungslänge Tabelle 2: Wärmeausdehnungskoeffizienten Geberit Mapress Rohrleitungssysteme Geberit Mapress Rohrleitungssystem Wärmeausdehnungskoeffizient α [mm/(m K)] Edelstahl ,0165 Edelstahl ,0160 Edelstahl ,0104 C-Stahl 0,0120 Kupfer 0,0166 Die Längenänderung wird mit folgender Formel ermittelt: Δl L ΔT α Längenänderung [mm] Leitungslänge [m] Temperaturdifferenz (Betriebstemperatur Montagetemperatur) [K] Wärmeausdehnungskoeffizient [mm/(m K)]

5 5.1.1 Beispiel zur Berechnung der Längenänderung Gegeben: Werkstoff: Edelstahl α = 0,0165 mm/(m K) L = 15 m ΔT = 50 K Gesucht: Längenänderung Δl des Rohrs [mm] Lösung: 5.2 Ermittlung der Anzahl Geberit Mapress Die Anzahl Kompensatoren N wird mit folgender Formel ermittelt: Δl L a Längenänderung [mm] Längenkompensation des Kompensators [mm] Beispiel Gegeben: Geberit Mapress Axialkompensator mit d = 54 mm L a bei d54 = 18 mm Δl = 12,4 mm Gesucht: N Lösung: N = 1 Kompensator

6 5.3 Maximale Längenkompensation Durch das Vorspannen von Geberit Mapress mit offenem Balg kann die maximale Längenkompensation ausgenutzt werden. Der Axialkompensator wird hierzu auf die erforderliche Länge gezogen oder gedrückt. Dabei ist darauf zu achten, dass der Axialkompensator nicht überdehnt oder zu sehr gestaucht wird. Geberit Mapress werden ohne Vorspannung ausgeliefert. In Trinkwasserinstallationen sind Geberit Mapress ohne Vorspannung zu montieren. 5.4 Fixpunktbelastung Fixpunkte in Rohrleitungen haben die Aufgabe, die in den Rohrleitungen auftretenden Kräfte sicher aufzunehmen und die Wärmeausdehnung den einzelnen Leitungsabschnitten zuzuordnen. Die wesentlichen Belastungen, die beim Einsatz nicht vorgespannter Kompensatoren von den Fixpunkten aufgenommen werden müssen, sind: Druckreaktionskraft F DR Balgeigenwiderstand F E Rohrreibungskräfte Σ F LR Druckreaktionskraft Die Druckreaktionskraft hat das Bestreben, den Kompensatorbalg auseinanderzuziehen. Da die Druckreaktionskraft in fast allen Fällen wesentlich grösser ist als der Balgeigenwiderstand, kann sich kein Gleichgewichtszustand zwischen Balgeigenwiderstand und Druckreaktionskraft einstellen. Dies würde ohne entsprechende Fixpunkte zu einer Überdehnung und somit zur Zerstörung des Balgs führen. Die Druckreaktionskraft errechnet sich aus dem Produkt von Balgquerschnittsfläche und Druck: F DR Druckreaktionskraft [N] p Auslegungs- bzw. Prüfdruck [bar] A B Balgquerschnittsfläche [cm 2 ] Balgeigenwiderstand Der Balgeigenwiderstand ist die Kraft, die der Balg einer Dehnung oder Stauchung entgegensetzt. Der spezifische Balgeigenwiderstand pro ±1 mm Dehnung ist in den technischen Tabellen als Federrate c x [N/ mm] angegeben. F E c ax Δ ax Druckreaktionskraft [N] Axiale Federrate [N/mm] Auftretende axiale Rohrdehnung [mm]

7 5.4.3 Rohrreibungskraft Die Rohrreibungskräfte sind abhängig vom Rohrleitungsgewicht (einschliesslich Medium und Dämmung) und vom Lagerreibungsbeiwert der Rohrlagerung. Erfahrungswerte für Lagerreibungsbeiwerte μ LR sind: Stahl/Stahl: 0,15 0,5 Stahl/PTFE: 0,1 0,25 Rollenlager: 0,03 0,1 F LR G LR Rohrreibungskraft [N] Rohrleitungsgewicht [kg] µ LR Lagerreibungsbeiwert [ ] Fixpunktarten stellen eine elastische Unterbrechung der Rohrleitung dar. Durch diese Unterbrechung wird wegen des in der Rohrleitung herrschenden Betriebsdrucks die Druckreaktionskraft frei und muss durch geeignete Fixpunkte aufgefangen werden. Die Druckreaktionskraft hat den grössten Anteil an den auf den Fixpunkt wirkenden Kräften. Abbildung 1: Elastische Unterbrechung durch Axialkompensator F H p Hauptfixpunktbelastung Auslegungs- bzw. Prüfdruck Man unterscheidet grundsätzlich zwischen Haupt- und Zwischenfixpunkten. Hauptfixpunkte befinden sich immer am Anfang und am Ende der Rohrleitung sowie an Richtungsänderungen und Abzweigungen, also dort, wo die vollen Reaktionskräfte auftreten. F H F DR F E F LR Hauptfixpunktbelastung [N] Druckreaktionskraft [N] Balgeigenwiderstand [N] Rohrreibungskraft [N]

8 Abbildung 2: Position von Haupt- und Zwischenfixpunkten F H F ZW p Hauptfixpunktbelastung Zwischenfixpunktbelastung Auslegungs- bzw. Prüfdruck Zwischenfixpunkte in der geraden Rohrleitung sind praktisch von der Druckreaktionskraft entlastet und nehmen nur axial den Balgeigenwiderstand des Geberit Mapress Axialkompensators und die Rohrreibungskräfte auf. F ZW F E F LR Zwischenfixpunktbelastung Balgeigenwiderstand [N] Rohrreibungskraft [N] Wenn aus baulichen oder räumlichen Gründen keine Fixpunkte gesetzt werden können, müssen nicht vorgespannte Kompensatoren eingesetzt werden Beispiel zur Berechnung der Hauptfixpunktbelastung Gegeben: System Geberit Mapress Edelstahl Axialkompensator mit offenem Balg, d76,1 (La = ±2,2 cm), A B = 45,6 cm 2 Anwendung: Trinkwasserinstallation Längenänderung Δl = 20 mm Leitungslänge l = 26 m Dichtheitsprüfung/Prüfdruck max. = 16 bar Gesucht: Hauptfixpunktbelastung F H Lösung: In der Berechnung kann die Rohrreibungskraft vernachlässigt werden. Hauptfixpunktbelastung: F H = F DR + F E + ΣF LR [N] F H = 7296 N N

9 F H = 9056 N = 9,06 kn Druckreaktionskraft: F DR = 10 p A B [N] F DR = bar 45,6 cm 2 F DR = 7296 N = 7,30 kn Balgeigenwiderstand: F E = c ax Δ ax [N] F E = 88 N/mm 20 mm F E = 1760 N = 1,76 N Tabelle 3: Hauptfixpunktbelastung bei maximal aufnehmbarer Rohrdehnung und maximalem Prüfdruck d [mm] Δ ax (max) 1) [mm] 2), 3) F H [kn] bei Prüfdruck 16 bar 4) 24 bar 5) ,22 1, ,22 1, ,66 2, ,92 2, ,45 4, ,95 7, ,56 9,8 76, ,17 14,8 88, ,65 27, ,02 38,4 1) 2) 3) 4) 5) Maximal aufnehmbare axiale Rohrdehnung Hauptfixpunktbelastung Ohne Berücksichtigung der Rohrreibungskraft. Diese ist in der Regel vernachlässigbar. Maximaler Betriebsdruck = 12 bar Maximaler Betriebsdruck = 16 bar

10 6 Montage 6.1 Grundlegende Montageregeln Bei der Montage von Geberit Mapress sind folgende grundlegenden Regeln zu beachten: nicht durch Verdrehen (Torsion) belasten. Den Balg vor Beschädigung und Verschmutzung schützen. 6.2 Zugänglichkeit Geberit Mapress sind wartungsfrei, jedoch sollte eine gute Zugänglichkeit gewährleistet sein. Bei der Montage in Schächten müssen Serviceöffnungen vorgesehen werden. 6.3 Dämmen von Kompensatoren Geberit Mapress können wie Rohrleitungsstrecken gedämmt werden. Hierbei ist bei Geberit Mapress mit offenem Balg eine gleitfähige Blechhülse um den Kompensator zu legen, damit sich das Dämmmaterial nicht durch die axiale Bewegung ablöst und in die Wellenvertiefungen legt. Es wird empfohlen, gedämmte Geberit Mapress auf der Dämmung zu kennzeichnen, um diese zu einem späteren Zeitpunkt noch lokalisieren zu können

11 6.4 Ausführen von Fixpunkten und Gleitpunkten Beim Erstellen von Fixpunkten und Gleitpunkten sind folgende Regeln zu beachten: Zwischen den Fixpunkten keine pendelnden Aufhängungen verwenden. Fixpunkte und Gleitpunkte vor der Druckprüfung fest montieren. Die Gleitpunkte als Führungslager ausführen. Zwischen zwei Fixpunkten nur einen Geberit Mapress Axialkompensator montieren. G F Gleitpunkt Fixpunkt d [mm] L1 [cm] L2 max [cm] L3 max [cm] 15 3, , , , , , , ,1 15, ,9 18, ,