Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von kaltgeformten Stahlwellrohren

1. Kaltbiegeumformungstechnologie

Die Kaltumformung ist ein kontinuierliches, örtlich begrenztes Kaltverarbeitungsverfahren, bei dem über mehrere Stufen eine äußere Kraft auf das Metall im Biegewinkel ausgeübt wird, um es durch Biegen zu verformen und die gewünschte Form zu erreichen.

Im Vergleich zum Warmbiegen bietet das Kaltbiegen eine höhere Produktionseffizienz, einen geringeren Energieverbrauch und eine bessere Produktqualität.

Als kostengünstige und effiziente Umformtechnik ist die Kaltbiegetechnik bei der Herstellung von Stahlwellrohren weit verbreitet.

Durch die Einstellung der Parameter der Kaltbiegeausrüstung kann man die Biegeradius, Winkel und Länge, um verschiedene Formen von gewellten Stahlrohren zu erhalten.

Kaltgeformte Wellstahlrohre haben die gleichen Leistungsmerkmale wie warmgeformte Rohre, wie z. B. Druckfestigkeit, Vibrationsfestigkeit und Verformbarkeit, jedoch zu niedrigeren Kosten und mit stabilerer Qualität, wodurch sie in der Wellstahlrohrindustrie sehr beliebt sind.

Weiterführende Lektüre: Stahl-Wellrohr: Ein Leitfaden für verschiedene Typen

2. Vorteile der Kaltumformungstechnologie

1. Effizienz: Das Kaltbiegen erfordert keine Erwärmung des Materials und ermöglicht eine schnellere Produktionsgeschwindigkeit, die sich für die Großserienfertigung eignet, mit einer bis zu 10-fachen Effizienz im Vergleich zum Stanzverfahren.
2. Niedrigere Kosten und höhere Materialausnutzung: Bei der Großserienproduktion sind die Kosten für das Kaltbiegen geringer als beim Stanzen, und die Lebensdauer der Form ist länger. Mit einem kombinierten Rollensatz können verschiedene Spezifikationen von kaltgeformtem Stahl hergestellt werden, wobei die Materialeinsparungen im Vergleich zum Stanzen von 15% bis 30% reichen.
3. Energieeinsparung und Umweltschutz: Die Kaltumformung verbraucht weniger Energie und macht den Einsatz erheblicher Energieressourcen überflüssig, was der Umwelt zugute kommt.
4. Near-net Forming: Es ermöglicht die Integration von Vorstanz-, Schneid-, Schweiß-, Gewinde- und Nietprozessen online, wodurch eine nahezu vollständige Umformung des Produkts erreicht wird. Das fertige Produkt kann ohne weitere Bearbeitung oder mit minimalen zusätzlichen Arbeiten als mechanische Teile verwendet werden.

3. Anwendungen von kaltgeformten Wellstahlrohren in verschiedenen Branchen

(1) Sponge City-Anwendungen

Im Schwammstadtbau:

• Kalt gebogene Wellstahlrohre können die primären Leitungen für Regenwassersammelsysteme sein, die das Oberflächenregenwasser von städtischen Dächern und Straßen sammeln und es zur Aufbereitung und Nutzung in südliche Wasseraufbereitungsanlagen leiten (siehe Abbildung 5).
• Sie können als Komponenten für Regenwasserversickerungssysteme dienen, wie z. B. Versickerungsbrunnen oder -gräben, die das Regenwasser in den Untergrund leiten, den Grundwasserspiegel anheben und die Wasserknappheit lindern (siehe Abbildung 6).
• Diese Rohre können für den Bau ökologischer Korridore und Grünanlagen, wie z. B. ökologische Schutzgebiete und Feuchtgebiete, verwendet werden, die sowohl ökologische Wiederherstellung als auch landschaftliche Schönheit bieten.
• Sie können als integrale Bestandteile der Infrastruktur von Schwammstädten dienen, wie z. B. Schwammplätze oder Schwammstraßen, die die Durchlässigkeit der Stadt verbessern und das Risiko von Überschwemmungen in Städten verringern.

Im Vergleich zu Guss- und Betonrohren zeichnen sich kalt gebogene Wellstahlrohre durch geringere Materialkosten, hohe Festigkeit, Leichtbauweise, hervorragende Korrosionsbeständigkeit, einfache Installation und längere Lebensdauer aus.

Für kürzere Rohre oder Szenarien, in denen kein Biegen erforderlich ist, sind ganze Wellstahlrohre aufgrund ihrer höheren Festigkeit und besseren Dichtungseigenschaften besser geeignet.

Für Rohrleitungssysteme, die gebogen werden müssen, sind segmentierte Wellstahlrohre jedoch praktischer, da sie zu Rohren unterschiedlicher Länge und Winkel kombiniert werden können und somit mehr Flexibilität bieten.

Für besondere Situationen, wie z. B. die Herstellung von Rohren auf der Baustelle, sind spiralgewellte Stahlrohre am besten geeignet, da sie vor Ort in verschiedenen Längen und Winkeln hergestellt werden können und somit die größte Anpassungsfähigkeit bieten.

(2) Anwendung in unterirdischen Versorgungstunneln

Bei unterirdischen Versorgungstunneln (Abbildung 7) werden kaltgeformte Wellstahlrohre für Entwässerungssysteme als Entwässerungsgräben und -leitungen verwendet.

Sie dienen auch als Lüftungskanäle in Belüftungssystemen und sorgen für die Luftzirkulation und den Abtransport schädlicher Gase.

Diese Rohre werden in Brandschutzsystemen von unterirdischen Versorgungstunneln verwendet und sind Bestandteil von Kabelschutzsystemen, die in verschiedenen Formen und Größen als Kabelschutzkanäle hergestellt werden.

Gewellte Stahlrohre eignen sich im Allgemeinen besser für Rohre mit kleinem Durchmesser und für die Übertragung über kurze Entfernungen als Haupttunnel aus Stahlbeton.

Sie bieten hervorragende Flexibilität und Dichtheit und passen sich Bodenveränderungen und Rohrleitungsbögen an. Außerdem sind die Herstellungs- und Installationskosten von Stahlwellrohren relativ niedrig, was die Projektkosten senkt.

Außerdem sind sie leicht zu transportieren, schnell zu installieren und haben eine hohe Konstruktionsgenauigkeit.

Bei Durchlassprojekten können kaltgeformte Wellstahlrohre für Entwässerung, Belüftung, Stützsysteme (zur Herstellung von Bögen und Seitenwänden in verschiedenen Formen und Größen) und Schutzsysteme (zum Schutz der Durchlassbauwerke vor Wasser- und Sedimenterosion, wie in Abbildung 8 zu sehen) verwendet werden.

Wellstahlrohre, die in Durchlässen verwendet werden, haben eine ausgezeichnete Vibrationsfestigkeit und Wasserdichtigkeit.

Im Vergleich zu Betondurchlässen haben Wellstahlrohre eine längere Lebensdauer (über 100 Jahre), kürzere Bauzyklen, sind weniger schwierig zu bauen, kosten weniger, haben eine hohe Verformungsfestigkeit und niedrige Wartungskosten nach der Fertigstellung.

Die axiale Riffelung trägt dazu bei, Spannungen und Dehnungen in axialer und radialer Richtung zu verteilen, wodurch sich Spannungskonzentrationen besser verteilen.

Besonders in kalten Regionen mit Permafrost, weichen Böden, expansiven Böden und Löss sind die wirtschaftlichen Vorteile erheblich. Wellstahldurchlässe verhindern die Verschiebung von Heizungsrohren.

Die Entrostung dieser Heizungsrohre sichert also die Lebensdauer der Wellrohrdurchlässe. Zu den Entrostungsmethoden gehören die technische Entrostung, die mechanische Entrostung und die chemische Entrostung.

Die Erfahrung zeigt, dass die Verwendung von Wellstahldurchlässen anstelle von Stahlbeton beim Bau von Durchlässen unübertroffene Vorteile in Bezug auf Bauzyklen, Kosten, Umweltschutz und mehr bietet.

Die Verwendung von Metallwellendurchlässen verbessert den Straßenkomfort und die Sicherheit erheblich, verhindert das Phänomen des "springenden Autos" in Straßendurchlässen und beugt Frostschäden in kalten Regionen vor.

(3) Anwendung in der wassersparenden Landwirtschaft

Die wassersparende Landwirtschaft ist ein wichtiger Bestandteil der landwirtschaftlichen Produktion, der die Entwicklung, Nutzung und Verwaltung von Wasserressourcen umfasst.

Kaltgeformte Wellstahlrohre werden in großem Umfang für den Wasserschutz in der Landwirtschaft eingesetzt, unter anderem:

1) Bewässerungskanäle: Wellstahlrohre sind Hauptbestandteile von Bewässerungskanälen, die das Wasser aus Stauseen und Flüssen in die landwirtschaftlichen Nutzflächen leiten, um die Pflanzen zu versorgen.

2) Entwässerungssysteme: Diese Rohre dienen als Hauptleitungen in Entwässerungssystemen für landwirtschaftliche Flächen (Abbildung 9) und leiten überschüssiges Wasser in Flüsse und Stauseen ab, um Staunässe auf landwirtschaftlichen Flächen zu verhindern.

3) Reservoirs und Speicherteiche: Wellstahlrohre werden für den Bau von Reservoirs und Speicherteichen verwendet, um eine gleichmäßige Wasserversorgung zu gewährleisten (Abbildung 10). Ihre hohe Festigkeit und ihr geringes Gewicht verleihen ihnen eine lange Lebensdauer und niedrige Wartungskosten.

4) Wassersparende Bewässerung: Stahlwellrohre werden bei der Tropf- und Sprinklerbewässerung eingesetzt, wodurch die Wassernutzung erhöht und Ressourcen geschont werden.

5) Projekte zum Schutz von Boden und Wasser: Diese Rohre spielen eine Rolle bei Projekten wie der Sicherung von Dämmen und Böschungen, der Verhinderung von Bodenerosion und dem Schutz der landwirtschaftlichen Umwelt.

6) Aquakultur: Wellstahlrohre können in Aquakulturanlagen wie Fisch- und Garnelenteichen eingesetzt werden, um eine gleichmäßige Wasserversorgung zu gewährleisten und die Zuchtbedingungen zu verbessern.

7) Instandhaltung der landwirtschaftlichen Wasseranlagen: Diese Rohre sind für die Instandhaltung der landwirtschaftlichen Wasserversorgungsanlagen, wie z. B. das Ausbaggern von Flüssen und die Entschlammung von Kanälen, unerlässlich und gewährleisten den normalen Betrieb der landwirtschaftlichen Wasserversorgungsanlagen.

8) Überwachung und Management von Wasserressourcen: Wellstahlrohre können für den Bau von Systemen zur Überwachung und Bewirtschaftung von Wasserressourcen verwendet werden, z. B. für Wasserstandsbeobachtungsstationen und Stationen zur Überwachung der Wasserqualität, die genaue Daten über die Wasserressourcen liefern, die als Grundlage für politische Entscheidungen im Bereich der wasserschonenden Landwirtschaft dienen.

Bei Anwendungen in der Wasserwirtschaft und in der Landwirtschaft hängt die Wahl des kaltgeformten Stahlwellrohrs in erster Linie von den folgenden Faktoren ab:

1. Einsatzbedingungen und das zu transportierende Medium: Für den Transport von klarem Wasser oder Flüssigkeiten mit wenig Schwebstoffen werden in der Regel segmentierte Stahlwellrohre oder Stahlwellrohre in voller Länge gewählt. Für den Transport von Flüssigkeiten mit einer größeren Menge an Schwebstoffen sollten spiralförmige Stahlwellrohre gewählt werden, um Verstopfungen zu vermeiden.
2. Bedingungen für die Verlegung von Rohrleitungen: Wenn der Raum für die Rohrleitung begrenzt ist und viele Kurven erforderlich sind, sollten kleinere segmentierte Stahlwellrohre mit besserer Manövrierfähigkeit gewählt werden. Wenn der Platz groß ist und die Leitung relativ gerade verläuft, können größere und wirtschaftlichere Stahlwellrohre verwendet werden.
3. Wirtschaftliche Erwägungen: Im Allgemeinen lautet die Kostenhierarchie: segmentierte Stahlwellrohre < Stahlwellrohre in voller Länge < spiralförmige Stahlwellrohre. Bei Projekten mit hohen wirtschaftlichen Zwängen sollten daher zuerst segmentierte oder durchgehende Stahlwellrohre in Betracht gezogen werden.
4. Technische Anforderungen: Der technische Aufwand und die Kosten sind bei segmentierten und durchgehenden Stahlwellrohren geringer als bei spiralförmigen Stahlwellrohren. Daher sind segmentierte und durchgehende Stahlwellrohre vom technischen Standpunkt aus gesehen praktikabler.

(4) Anwendungen in Tunneln von Kohlebergwerken

Im Bereich der Kohlebergwerkstunnel liegen die Vorteile von Stahlwellrohren in ihrer Festigkeit, Flexibilität und Korrosionsbeständigkeit. Die Umgebung in Kohlebergwerkstunneln ist rau und beengt und erfordert hochwertige Rohrleitungsmaterialien.

Kaltgeformte Stahlwellrohre erfüllen diese Anforderungen perfekt. Ihre Festigkeit kann 3 bis 5 Mal höher sein als die von normalen Stahlrohren, so dass sie hohen Drücken und schweren Lasten standhalten können, wie sie häufig in Bergwerkstunneln auftreten.

Darüber hinaus verfügen kaltgeformte Stahlwellrohre über eine hervorragende Vibrationsfestigkeit und Korrosionsschutz, so dass sie für Gebiete mit komplexen geologischen Bedingungen und häufigen Naturkatastrophen geeignet sind und den sicheren Betrieb von Kohlebergwerkstunneln gewährleisten.

Darüber hinaus sind die Installations- und Wartungskosten für diese Rohre geringer, was die Betriebskosten für Bergwerkstunnel effektiv senkt.

Daher verfügen kaltgeformte Stahlwellrohre über ein enormes Marktpotenzial für Anwendungen in Kohlebergwerkstunneln.

Für den Einsatz in Bergwerkstunneln hängt die Auswahl von Stahlwellrohren von folgenden Faktoren ab:

In Bergwerkstunneln werden in der Regel Druckluft und Wasser transportiert, wobei nur wenige feste Schwebeteilchen vorhanden sind. Außerdem sind die Räume in den Tunneln der Kohlebergwerke eng und weisen viele Rohrleitungsbögen auf.

So sind segmentierte Stahlwellrohre aufgrund ihrer geringeren Größe und besseren Manövrierfähigkeit besser für die Verlegung in engen Räumen mit vielen Bögen geeignet.

Stahlwellrohre in voller Länge und spiralförmige Stahlwellrohre sind in diesen Situationen weniger geeignet.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass für Tunnels in Kohlebergwerken segmentierte Stahlwellrohre die bevorzugte Wahl sind.

(5) Anwendungen im Brücken- und Tunnelbau

Bei Brücken- und Tunnelprojekten weisen kaltgeformte Stahlwellrohre eine hohe Festigkeit und Haltbarkeit auf.

Bei Brückenprojekten werden kaltgeformte Stahlwellrohre üblicherweise für tragende Strukturen von Brückenpfeilern und -widerlagern verwendet, wie in den Abbildungen 11 und 12 dargestellt.

In Anbetracht der großen Spannweite und der schweren Lasten von Autobahnbrücken besteht ein hoher Bedarf an der Festigkeit von Rohrleitungskonstruktionen. Die Festigkeit von kaltgeformten Stahlwellrohren kann das 3-5-fache der Festigkeit gewöhnlicher Stahlrohre betragen und erfüllt somit die Anforderungen an Brückenbauwerke.

Darüber hinaus besitzen Wellrohre aus Stahl eine inhärente Duktilität, die es ihnen ermöglicht, dynamische Lasteinwirkungen zu absorbieren und so die strukturelle Sicherheit zu erhöhen.

Bei Tunnelprojekten werden kaltgeformte Stahlwellrohre häufig für Stützkonstruktionen wie Gewölbekonstruktionen und Ankerbolzen verwendet. In Tunneln herrschen raue Bedingungen, die hohe Anforderungen an die Festigkeit und Haltbarkeit der verwendeten Materialien stellen.

Kaltgeformte Stahlwellrohre besitzen nicht nur eine hohe Festigkeit, sondern bieten durch Oberflächenbehandlungen auch eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, die eine langfristige strukturelle Sicherheit gewährleistet.

Außerdem sind sie aufgrund ihres geringen Gewichts leicht zu transportieren und zu installieren, insbesondere in engen Räumen wie Tunneln.

(6) Anwendungen im Straßenbau

Angesichts der weltweiten Beschleunigung des Autobahnbaus werden für Zehntausende von Autobahnkilometern große Mengen an bautechnisch sicheren Materialien benötigt. Diese Nachfrage hat den Weg für den Einsatz von kaltgeformten Stahlwellrohren geebnet.

Die Auswahl von kaltgeformten Stahlwellrohren für den Einsatz im Straßenbau basiert hauptsächlich auf den folgenden Überlegungen:

• Für größere Belastungen empfiehlt es sich, Stahlwellrohre in voller Länge oder Spiralwellrohre zu wählen. Diese Typen haben dickere Wände und bieten einen besseren Widerstand gegen axialen und radialen Druck.
• Für geringere Anforderungen an die Tragfähigkeit können segmentierte Stahlwellrohre genügen, die zudem kostengünstiger sind.
• Bei größeren Durchmessern stoßen durchgängige und spiralförmige Stahlwellrohre aus fertigungstechnischen Gründen an gewisse Grenzen. In solchen Fällen sind segmentierte Stahlwellrohre die einzige Wahl. Fällt der Durchmesser in einen bestimmten Bereich, kann jedes Stahlsorte Wellrohr kann die Anforderungen erfüllen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Auswahl von Stahlwellrohren für den Einsatz im Straßenbau eine umfassende Beurteilung auf der Grundlage der Besonderheiten des Projekts erfordert.

Im Allgemeinen sind für kleinere Durchmesser und geringere Tragfähigkeitsanforderungen segmentierte Stahlwellrohre ideal. Bei größeren Durchmessern oder höheren Tragfähigkeitsanforderungen sind durchgehende oder spiralförmige Stahlwellrohre besser geeignet.

4. Bestehende Herausforderungen

Obwohl die Kaltverformungstechnologie in der Stahlwellrohrindustrie weit verbreitet ist, steht sie immer noch vor bestimmten Herausforderungen und Schwierigkeiten.

1. Die Produktgeometrie ist schwer zu kontrollieren. Kaltumformung ist ein kontinuierliches Verfahren, und die während des Prozesses auftretenden Verformungen lassen sich nur schwer genau steuern und vorhersagen. Dies erschwert eine strenge Kontrolle der geometrischen Abmessungen und der Form des Produkts und schränkt die Anwendung in Bereichen ein, die hohe Präzision und enge Toleranzen erfordern.
2. Die Produktionseffizienz kann noch gesteigert werden. Mit den derzeitigen Kaltumformungsanlagen und -techniken ist eine effiziente, vollautomatische Großserienproduktion noch nicht möglich. Sowohl die Produktionseffizienz als auch das technologische Niveau können noch verbessert werden.