Technische Eigenschaften von Wellrohren und Ringsteifigkeit

Was ist ein Wellrohr?

Wellrohre sind Infrastruktursysteme, die aus polymeren Rohstoffen im Extrusionsverfahren hergestellt werden. Dank ihrer gerippten (profilierten) Außenwandstruktur besitzen sie eine hohe Tragfähigkeit für Bodenlasten. Diese geometrische Konstruktion erhöht das Trägheitsmoment des Materials, wodurch maximale strukturelle Steifigkeit bei minimaler Wanddicke und geringem Rohstoffverbrauch erreicht wird.

Anwendungsbereiche
Aufgrund ihrer mechanischen Flexibilität und hydraulischen Vorteile werden sie hauptsächlich in drucklosen Freispiegelleitungen eingesetzt. Städtische Kanalisationsnetze, Regenwasserableitungs- und -sammelsysteme, industrielle Abwassertransportleitungen, Straßendurchlässe und Grundwasserentwässerungsprojekte (Drainage) sind die Hauptanwendungsgebiete.

Der größte Vorteil der Polymerstruktur ist ihre vollständige Beständigkeit gegen biogene Schwefelsäurekorrosion durch Schwefelwasserstoff (H2S) und gegen Bodenchemikalien.

Haltbarkeitsvorteile von Wellrohren

Im Gegensatz zu starren Rohren (z. B. aus Beton) können sie sich aufgrund ihres viskoelastischen Charakters unter dynamischen Lasten wie Erdbeben, Bodensetzungen oder schwerem Verkehr biegen, anstatt zu reißen. Dadurch wird die Last direkt auf das Bettungs- und Seitenfüllmaterial übertragen. Bei korrekter Verdichtung wird die Betriebsdauer des Systems auf 50 bis 100 Jahre prognostiziert.

Arten und Eigenschaften von Wellrohren

Kuzeyboru-Wellrohrsysteme werden aus Polyethylen hoher Dichte (HDPE) gemäß den Normen TS EN 13476-3 hergestellt. Diese Systeme sind je nach Lastprofil des Projekts in Ringsteifigkeitsklassen von SN4 bis SN16 ausgelegt und temperaturbeständig zwischen -50 °C und +60 °C.

Standard-Wellrohre: Dies ist der Basisprofiltyp, der für die städtische Abwasserentsorgung, Regenwasersammelleitungen und drucklose Freispiegel-Flüssigkeitstransportnetze in industriellen Prozessen verwendet wird.

Stahlarmierte Spiralwellrohre: Dies sind Verbundsysteme, die die chemische Beständigkeit des Polymers mit dem hohen Elastizitätsmodul von Stahl kombinieren. Sie werden durch die Integration eines U-förmigen Stahlprofils hergestellt, das auf der Innen- und Außenseite mit HDPE-Schichten ummantelt ist. Die Polymerbeschichtung isoliert den inneren Stahlkern vollständig gegen Korrosion. Sie sind für Projekte mit hohem Festigkeitsbedarf wie Wasserkraftwerke und Abwasserleitungen mit großen Nennweiten von DN 800 mm bis DN 2400 mm (in den Steifigkeiten SN4-SN16) konzipiert.

Geotextilumwickelte Drainagerohre: Diese Rohre sind mit einer Vlies-Geotextilschicht ummantelt, die zu 100 % aus Kunststofffasern durch Nadel- und Thermobonding-Verfahren hergestellt wird. Diese Filterschicht schützt das System vor Witterungseinflüssen, Stößen sowie vor Sedimenten und Ablagerungen, die das Lumen verstopfen könnten. Diese Rohre haben eine lange unterirdische Lebensdauer und sind hochbeständig gegen Chemikalien.

Perforierte Wellrohre (geschlitzt/gelocht): Hergestellt durch das Einbringen von Löchern oder Schlitzen in die Außenrippen nach spezifischen technischen Vorgaben, um den Grundwasserspiegel zu regulieren und Oberflächenwasser abzuleiten. Sie unterliegen den Standards der Klasse R2 im Rahmen der Norm DIN 4262-1.

Doppelwandige Kabelschutzrohre: Diese Spezialrohre werden nach den Normen TS EN 61386-1 hergestellt und dienen dem Schutz von unterirdischen Glasfaser-Kommunikationsnetzen, Signalanlagen und Stromleitungen. Dank ihrer elastischen Verformungseigenschaft bei plötzlichen Belastungen behalten sie ihre Form und bilden eine sichere Übertragungsleitung.

Unterschied zwischen ein- und doppelwandig

Einwandige Rohre sind flexible Elemente mit wellenförmiger Innen- und Außenfläche; sie werden meist für die Oberflächenentwässerung oder Kabelschutzleitungen bevorzugt. Bei doppelwandigen Wellrohren bleibt die Außenfläche gerippt, um die strukturelle Festigkeit zu gewährleisten, während die Innenfläche völlig glatt extrudiert wird, um den hydraulischen Fluss zu optimieren.
Diese glatte Innenschicht sorgt für einen extrem niedrigen Manning-Rauheitsbeiwert ($n \approx 0.009 - 0.010$) in der Strömungsmechanik und minimiert die Reibungsverluste in der Grenzschicht. Dadurch wird die hydraulische Transportkapazität maximiert und das Absetzen von Feststoffen, die das Lumen verengen könnten, verhindert.

Durchmesser- und Größenangaben von Wellrohren

Nach internationalen Normen wird zwischen zwei Hauptnennweiten unterschieden: der innenlaufende Durchmesser (DN/ID) und der außenlaufende Durchmesser (DN/OD). Bei Kuzeyboru können Standard-Wellrohre in einem breiten Spektrum von DN 100 mm bis DN 1000 mm und stahlarmierte Wellrohre von DN 800 mm bis DN 2400 mm hergestellt werden.
Die Standard-Produktionslängen sind aus Gründen der Logistikeffizienz in der Regel auf 6 Meter festgelegt. Für spezielle Anforderungen sind kundenspezifische Längenzuschnitte möglich.

Verbindungsmethoden für Wellrohre

1. Integrierte Steckmuffen-Verbindungssysteme
Das Muffenverbindungsverfahren basiert darauf, dass an einem Rohrende direkt während des Produktionsprozesses mithilfe spezieller, in die Corrugator-Linie integrierter Formblöcke gleichzeitig mit dem Rohrkörper eine Muffenform angeformt wird.
Die Abdichtung und Verbindung erfolgt durch das Einsetzen einer Elastomerdichtung, die in die Profilnut des Spitzendes (Steckende) eingelegt wird, in die Muffenaufnahme des anderen Rohrs. Dieses System wird in Übereinstimmung mit den Normen TS EN 13476-3 hergestellt.
Die Dichtheitsleistung der Verbindungsstellen wird nach der Norm EN 1277 geprüft. Bei Verwendung der richtigen Elastomerdichtung garantiert das System absolute Dichtheit unter einem inneren hydrostatischen Druck von 0,5 bar und einem Vakuum von -0,3 bar, ohne sich zu verformen.

2. Verbindung mit Elektroformations-Schweißband (EF)
Dies ist eine hochentwickelte technologische Verbindungsmethode, die insbesondere bei der Integration von stahlarmierte Spiralwellrohren eingesetzt wird. Bei diesem Verfahren werden die Rohre auf einem horizontalen, ebenen Untergrund unter sauberen und trockenen Umgebungsbedingungen stirnseitig ausgerichtet und der Verbindungsbereich umlaufend mit dem EF-Band verschweißt.
Der Aufschmelzvorgang des Polymers durch Anlegen von elektrischem Strom an die Terminals des EF-Bandes ist kritisch für die Homogenität der Schweißnaht. Die Anwendung wird in einem Temperaturbereich von ca. 190-200 °C für eine Dauer von 6 bis 15 Minuten durchgeführt.
Nach der Schmelzphase wird das System zur Stabilisierung der molekularen Bindungen für 15-20 Minuten unbewegt abkühlen gelassen. Im letzten Schritt des Verfahrens wird eine Füllschweißung auf den Verbindungsbereich aufgebracht, und die physikalische Stabilität der Rohre wird sorgfältig aufrechterhalten, bis die Schweißnaht vollständig abgekühlt ist und ihre mechanische Festigkeit erreicht hat.

Häufig gestellte Fragen

Welche Bedeutung hat die Grabenverfüllung für die Boden-Rohr-Interaktion?
Da Wellrohre eine flexible Struktur haben, beziehen sie einen großen Teil ihrer Tragfähigkeit aus dem umgebenden, verdichteten Füllmaterial. Die Verdichtung der Bettung und der Seitenverfüllung mit Material der richtigen Korngrößenverteilung auf eine Proctor-Dichte von über 95 % ist ein kritischer Parameter, um eine elliptische Verformung des Rohrs zu verhindern.
Welchen technischen Einfluss hat die Glätte der Innenfläche auf das Strömungsverhalten?
Die glatte Innenwand sorgt für ein Strömungsverhalten nahe einer laminaren Strömung, wodurch die Geschwindigkeitsverluste des Fluids an der Rohrwand verringert werden. Dies ermöglicht einen höheren Durchfluss im Vergleich zu Betonrohren mit gleichem Gefälle und Durchmesser.