4 Herstellung von Betonrohren und -schächten

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1 4 Herstellung von Betonrohren und -schächten 4 Herstellung von Betonrohren und -schächten Beton- und Stahlbetonrohre werden hauptsächlich zum Bau von Be- und Entwässerungskanälen und -leitungen verwendet. Sie sind damit Produkte für die Instandsetzung und Entwicklung von Infrastruktur weltweit (Bild 4.). Betonrohre und Stahlbetonrohre unterscheiden sich in der Einbettung von Bewehrungsstahl. Dieser wird durch ein oder mehrere Bewehrungskörbe realisiert. Es sind verschiedene Bauformen von Rohren bekannt, wie kreisrund, eiförmig oder Sonderquerschnitte, mit oder ohne Fuß, mit Glocken- oder Falzmuffe. Das sehr häufig verwendete kreisrunde Betonrohr ist im Bild 4. mit einigen Begriffen und geometrischen Größen dargestellt. 4. Herstellungsverfahren Eine Systematisierung der Herstellungsverfahren wird in Tabelle 4. vorgenommen (s. a. [4.], [4.8]). Bild 4.: Rohrlager in einem Betonrohrwerk Spitzende Muffe d l Bild 4.: Betonrohr mit Kreisquerschnitt ohne Fuß, mit Muffe d Innendurchmesser; Nennweite DN = genormter Innendurchmesser in mm l Baulänge 79

2 4. Herstellungsverfahren Tabelle 4.: Herstellungsverfahren für Beton- und Stahlbetonrohre Herstellungsverfahren für Beton- und Stahlbetonrohre Mit Erhärtung in der Schalung in Formen mit Außenvibratoren und/oder Innenvibratoren Vibrationsverfahren auf Vibrationstischen Horizontale Verfahren Schleudern, Walzen Verwendung von selbstverdichtendem Beton Mit Sofortentschalung Rollenkopfverfahren Mit stehendem Kern Vibrationsverfahren Mit steigendem Kern Kombinierte Verfahren Die Rohrmaschine stellt das Herzstück einer Anlage zur Rohrherstellung dar, zu der weitere Komponenten wie: Betonmischanlage, Bewehrungsschweißmaschine, Transportsystem für die Rohre, Transportsystem formgebender Teile (z. B. Unterringkreislauf), Rohrprüfung und Lagerung gehören. Bild 4. zeigt schematisch eine Produktionslinie. Beim Vibrationsverfahren mit Erhärtung in der Schalung werden zumeist Stahlschalungen mit entsprechenden Ausschalmöglichkeiten sowie Stahlringen für Ober- und Untermuffe verwendet. Die Verdichtung des Betongemenges erfolgt durch Vibration, Betonmischer Rohrmaschine Erhärtung Rohrtransport Unterringentschalung Rohrprüfung Lagerung Bewehrungsschweißmaschine Bild 4.: Schema einer Produktions-linie für Stahlbetonrohre 80

3 4 Herstellung von Betonrohren und -schächten Bild 4.4: Prinzipskizze; Vibrationsverdichtung in Formen mit Schalungsrüttlern Außenvibrator Innenrüttler Kernrüttler 4 Kern 5 Außenschalung 6 Untermuffe Bild 4.5: Prinzipskizze: Verdichten auf Vibrationstischen Form Vibrationserreger Tisch die durch Außenrüttler an den meist biegeweichen Formen erregt wird. Bei größeren Wanddicken können auch Innenrüttler (Flaschenrüttler) zum Einsatz kommen (Bild 4.4). Bei der Verdichtung auf Vibrationstischen werden die entsprechenden Formen auf einem starren Tisch in Schwingung versetzt (Bild 4.5). Beim Schleudern dreht sich ein meist zweiteiliger, verschraubbarer Formenmantel mit Laufringen in horizontaler Lage auf einer Rollenbank. Für Muffe und Spitzende werden Endringe vorgesehen. Die Rotationsgeschwindigkeit ist so hoch, dass das eingebrachte Betongemenge durch die Fliehkräfte an die Formwand gedrängt wird (Bild 4.6 und Bild 4.7). Nach dem Füllvorgang kann zur Verdichtung die Drehzahl und damit die Anpresskraft erhöht werden. Die Wanddicke kann durch die eingebrachte Betongemengemasse beliebig variiert werden. Auf der Fertigungsmaschine können nacheinander unterschiedliche Nennweiten gefertigt werden. 8

4 4. Herstellungsverfahren Bild 4.6: Prinzipskizze: Schleudern Rollenbank Form Laufringe Bild 4.7: Schleuderanlage zur Herstellung von Stahlbetonrohren Das Rocla-Walzverfahren (nach Robertson/Clark) weist Parallelen zum Schleudern auf. Die auf eine Walzwelle gehängte Rohrform rotiert so schnell, dass das eingebrachte Betongemenge an der Formwand haften bleibt. Es wird soviel Betongemenge eingebracht, dass die Form nicht mehr über Laufringe, sondern direkt über den Beton aufgelagert ist. Der Beton wird dadurch sehr stark verdichtet (Bild 4.8). Das Rollenkopfverfahren ist ein vertikales Verfahren zur Herstellung von Beton- und Stahlbetonrohren mit kreisförmigem Innendurchmesser. Am Anfang des Fertigungsprozesses wird die unten liegende Muffe durch Außenrüttler oder Presswerkzeuge verdichtet. 8

5 4 Herstellung von Betonrohren und -schächten Bild 4.8: Prinzipskizze: Walzen Laufringe (aus Endringen gebildet) Form Walze Bild 4.9: Prinzipskizze: Rollenkopfverfahren Rollen Glättzylinder Formmantel 4 Unterring Bild 4.0: Prinzipskizze: Vibratonsverfahren mit stehendem Kern Spitzendformer Kern Kernvibrator 4 Mantel 5 Unterring 8

6 4. Herstellungsverfahren Das Rohr wird durch einen aufsteigenden Rollenkopf geformt. Der Rollenkopf besteht aus rotierenden Rollen, die den Beton gegen den Formmantel pressen (Bild 4.9). Ein zusätzlicher Verdichtungseffekt entsteht, wenn auf den Rollen angeordnete Platten das Betongemenge gegen den Mantel schleudern. Die Aufstiegsgeschwindigkeit kann druckabhängig gesteuert werden. Zur Vermeidung der Verdrillung des Bewehrungskorbes werden gegenläufige Rollenköpfe eingesetzt. Nach dem Sofortentschalen verbleiben die Rohre auf dem Unterring. Beim Vibrationsverfahren mit stehendem Kern wird zwischen dem in Position befindlichen Kern und dem Außenmantel Betongemenge eingebracht und durch Vibration verdichtet (Bild 4.0). Das Vibrationsverfahren mit steigendem Kern unterscheidet sich zum Verfahren mit stehendem Kern darin, dass im Rohrfertigungsprozess der Kern im Mantel aufsteigt (Bild 4.). Das Verfahren ist u. a. entwickelt worden, weil sich das Einfüllen des Betons zwischen Kern und Mantel über die gesamte Rohrlänge bei Stahlbetonrohren durch geringere Wanddicken und den Bewehrungskorb unsicher gestaltet. Unter kombinierten Verfahren ist die Verbindung einzelner Wirkprinzipien zu verstehen. Das Vibrationsverfahren mit aufsteigendem Kern wird mit weiteren Verdichtungsmechanismen kombiniert. Am oberen Ende des Kerns befinden sich dabei spezielle Köpfe, Bild 4.: Prinzipskizze: Vibrationsverfahren mit steigendem Kern Spitzendformer Kern Kernvibrator 4 Außenform 5 Unterring 84

7 4 Herstellung von Betonrohren und -schächten Bild 4.: Bewehrungskorbschweißmaschine die zusätzlich zur Kernvibration walzen, pressen und/oder schleudern. Unter anderem werden Verteilerrotoren, Rollenköpfe oder pressende Werkzeuge als Kopf benutzt. Auch eine Kombination von Rollenkopf- und Vibrationsverfahren entsteht durch eine dem Rollenkopf nachfolgende vibrationserregte Zone. 4. Bewehrungsherstellung Die Bewehrungen von Stahlbetonrohren werden als Bewehrungskörbe aus Ringbewehrung und Längsstäben vorgefertigt. Die Drahtdicke und Bewehrungsdichte werden den statischen Anforderungen angepasst. Bei kleineren Nennweiten kommt ein einlagiger Bewehrungskorb zum Einsatz. Bei größeren Nennweiten werden mehrlagige Bewehrungskörbe verwendet. Die Herstellung von Bewehrungskörben erfolgt in speziellen Bewehrungskorbschweißmaschinen (Bild 4.). Die Bewehrungsdrähte werden von Coils entnommen und die Ringbewehrung wendelförmig um die Längsstäbe gewickelt und an den Kreuzungspunkten verschweißt. Es ist die Ausbildung von Muffen- und Spitzendkonturen ebenso möglich wie die Fertigung von elliptischen Körben. Die Maschinen können vollautomatisiert werden. 4. Rohrfertiger mit stehendem Kern Bild 4. zeigt die schematische Darstellung einer Rohrmaschine mit stehendem Kern. Der elastisch gelagerte Kern (4) steht in fester Position zum elastisch aufgehängten Mantel (5). Ein Unterring (6) wird vom Mantel und/oder von einem höhenverstellbaren Kernflansch gehalten. 85

8 4. Rohrfertiger mit stehendem Kern Bild 4.: Schematische Darstellung eines Rohrfertigers mit stehendem Kern Mantelfeder Vibratorbaum Vibrator 4 Kern 5 Mantel 6 Unterring 7 Kernfeder 8 Rahmen Das kontinuierlich eingebrachte Betongemenge wird fortlaufend verdichtet. Dazu wird der Kern von mehreren Unwuchtebenen in Schwingung versetzt. Um die Vibrationserreger für verschiedene Kerndimensionen verwenden zu können, kommen Vibratorbäume () zum Einsatz, die sich in mehreren Ebenen im Kern verspannen. Nach abgeschlossener Befüllung formt ein Auflastring durch einen Dreh-Press-Vorgang das Spitzende. Die Rohre werden sofort entschalt, wobei Reihenfolge und Entschalbewegungen variieren. Die Rohre erhärten auf dem Unterring stehend. Rohrfertiger mit stehendem Kern werden vorwiegend zur Herstellung größerer Stahlbetonrohre DN 000 bis DN 600 eingesetzt. Es ist auch die Herstellung von nicht kreisrunden Querschnitten möglich. Rohrfertiger mit stehendem Kern werden außerdem für die Herstellung kleinerer Betonrohre in einfachen Fertigungsanlagen vewendet. Maschinen zur Herstellung von Schachtringen, Schachtkonen und Schachtunterteilen entsprechen auch häufig dem Prinzip eines Rohrfertigers mit stehendem Kern. Bild 4.4: Produktionsanlage für frischentschalte Großrohre 86

9 4 Herstellung von Betonrohren und -schächten F üllhöhe h = 0,5 m,5,5 F üllhöhe h =,5 m,5 F üllhöhe h =,0 m,5,5,5 z in m,5 z in m,5 z in m,5 0, â 8 0 g 0, â 8 0 g Mantel 0,5 K ern â 8 0 g Bild 4.5: Empfohlene Schwingformen der erzwungenen Schwingung für einen Rohrfertiger mit stehendem Kern [4.4] Bild 4.4 zeigt eine Produktionsanlage für größere Stahlbetonrohre mit unterflur angeordnetem Rohrfertiger mit stehendem Kern. Die Produktionsleistung der Rohrmaschinen liegt bei einem Rohr DN 000 Länge m bei ca. vier Rohren pro Stunde. Im Bild 4.5 wird eine günstige Beschleunigungsgrößenverteilung an einem Rohrfertiger mit stehendem Kern für die verschiedenen Fertigungsphasen dargestellt. An der jeweils zu verdichtenden Höhenschicht liegen am Kern Beschleunigungsamplituden von mindestens 6 g an. Der Mantel schwingt etwas geringer und es gibt Relativbewegungen zwischen Kern und Mantel. An schon verdichteten Höhenschichten nehmen die Einwirkungen langsam ab. 4.4 Rohrfertiger mit steigendem Kern Die schematische Darstellung eines Rohrfertigers mit steigendem Kern zeigt Bild 4.6. Auf einer beweglichen Traverse befindet sich ein elastisch gelagerter Kern (). In den Kern werden nur im oberen Kernbereich Erregerkräfte eingeleitet. Die Zentralvibratoren (4) werden über Wellen oder direkt am Vibrator befindliche Motoren angetrieben. Der Kern führt während der Rohrfertigung eine steigende Bewegung zum elastisch aufgehängten Mantel () aus, wodurch eine verdichtungsintensive Zone am Kernkopf dem Rohrwachstum folgt. Der Unterring (6) ist getrennt elastisch gelagert. Bild 4.7 zeigt einen Rohrfertiger mit steigendem Kern. Der Verdichtungsbereich ist mit einer Lärmschutzkapselung versehen. Rohrfertiger mit steigendem Kern sind hochproduktive Maschinen zur Herstellung von Betonrohren und insbesondere Stahlbetonrohren mit Nennweiten von DN 00 bis 87

10 4.4 Rohrfertiger mit steigendem Kern Bild 4.6: Schematische Darstellung eines Rohrfertigers mit steigendem Kern Mantelfeder Mantel Kern 4 Vibrator 5 Rahmen 6 Unterring 7 Unterringfeder 8 Kernfeder Bild 4.7: Rohrfertiger mit steigendem Kern DN 600. Formausrüstungen mit kleinerem Nenndurchmesser werden auch in Doppelt- oder Dreifachanordnung in einer Maschine verwandt. Bei Dreifachfertigung können bis zu 60 Rohre pro Stunde der Größe DN 00 Länge,5 m hergestellt werden. Steigende Kerne geringerer Nennweiten weisen eine typische Biegeform bei der erzwungenen Schwingung auf, bei der im Idealfall die Beschleunigungen am Kernkopf am größten sind und nach unten hin kontinuierlich abnehmen. Biegeknoten sind dabei zu vermeiden. Im Bild 4.8 wird eine günstige Bewegungsgrößenverteilung für die verschiedenen Fertigungsphasen dargestellt. Am Kernkopf ist eine Beschleunigung von ca. 0 g vorhanden. Die Beschleunigungen am Mantel sind geringer, haben jedoch in der verdichtungsintensiven Zone eine Mindestgröße von ca. 5 g. 88