¹⁾ bei Mauerwerkskanälen oder GFK: 100 bar
Abb. 2: Vorgehen bei der Hochdruckspülung für Deblocking und Reinigung nach [27]

Abb. 3: Versuchsstand mit Einzeldüse (schematisch) [12]

Als Schaden wurde in [11] definiert:

• in homogenen Werkstoffen ein durch die Wand gehendes Loch,

• in nicht-homogenen Werkstoffen die Penetration durch die oberste Schicht.

Hervorzuheben ist allerdings, dass die Empfehlungen von maximalen Pumpendrücken beim Sewer Jetting Code die ersten sind, die auf Versuchen zur maximalen Werkstoffbelastung gründen, bei denen nicht nur Druck und Durchfluss als Belastungsparameter angewendet wurden. In einer Begleitveröffentlichung [11] wird vielmehr hydraulisch analysiert, welche Kräfte F bzw. Drücke P von den Wasserstrahlen auf die Rohrwände ausgeübt werden:

[N] (1)

[N/m²] (2)

(1)
(2)
Darin bedeuten:
r - Dichte des Wassers [kg/m³]
Q - Durchfluss [m³/s]
v - Fließgeschwindigkeit [m/s]
a - Abstrahlwinkel gegen Rohrachse [°]

Neben dem Pumpendruck sind demnach Strahlwinkel und Abstand entscheidend für die Wandbelastung. Je kleiner der Strahlwinkel, um so geringer werden die Drücke wegen der Strahldissipation auf der größeren Wirkfläche. Die größte Wirkung ergibt sich bei 90°, eine sehr viel kleinere bei den üblicherweise verwendeten Strahlwinkeln von £ 30°.

Entscheidend für die Effektivität einer Düse, d. h. für einen möglichst großen Durchfluss bei gegebenem Pumpendruck, ist ihre innere Geometrie. Hydraulisch kann man die Effektivität mit dem so genannten c_d-Wert beschreiben:

[m/s] (3)

(3)
Darin bedeuten:
g – Erdbeschleunigung [m/s²]
h – Druckhöhe [m]
 

[-] (4)

(4)
Darin bedeuten:
Q – Durchfluss in [l/min]
d – Durchmesser des Düseneinsatzes [mm]
p – Druck am Düseneingang [bar]
 

[W=Nm/s]
 

Die Kanalreinigung mit Hochdruckspülung ist nicht genormt. Zwar gibt es auf gesetzlicher Ebene und in einschlägigen nationalen Regelwerken eine Fülle von empirisch gewonnenen allgemeinen Hinweisen und experimentell untermauerten speziellen Empfehlungen zum Vorgehen bei der Hochdruckspülung und sogar zu Werkstoff abhängigen Maximaldrücken, aber bislang fehlt noch immer eine Grund legende normative Behandlung. Insbesonders fehlen:

• das analytisch oder wissenschaftlich-experimentell abgesicherte Wissen über notwendige Spülstrahl-Leistungsdichten, Vorschub- und Rückzugsgeschwindigkeiten etc., zum Lösen von Sielhaut, Schlamm, Sand, Kies oder gar fest gelagerten Materialien wie z B. verfestigte organische und/oder rollige Materialien oder Beton
   

• experimentell abgesicherte Informationen darüber, ob und mit welchen Sicherheiten die in den Kanalisationsnetzen eingesetzten Werkstoffe den praxisgerechten Belastungen aus der Hochdruckspülung standhalten, wobei nicht nur die heute handelsüblichen und genormten Werkstoffe zu betrachten sind, sondern auch die Werkstoffe für Renovation und Instandsetzung (nicht zu reden von den Werkstoffen, die seit dem Beginn des planmäßigen Baus von Kanalisationen in Deutschland vor etwa 160 Jahren eingesetzt wurden),
   

• eine Verfahrensnorm, die das betriebliche Vorgehen in allen Phasen der Hochdruckspülung nach den neuesten Erkenntnissen, und hier insbesonders unter dem im ersten und zweiten Spiegelpunkt Gesagten, regelt.

In Ermangelung allgemein gültiger Regelungen wird vor Ort empirisch gearbeitet: Druck, Durchfluss, Düsenkopf, Anzahl, Durchmesser und Form der Düseneinsätze und Abstrahlwinkel werden je nach Reinigungszweck, Ablagerungshöhe sowie Alter und Art des Rohrmaterials gewählt, ohne genau zu wissen, welche Strahlenergie damit auf die Ablagerungen und die Rohrwand aufgebracht wird. Bei den Netzbetreibern herrschen - durch die eigene Erfahrung geprägt - unterschiedliche Philosophien, wie die Ablagerungen entfernt werden können. Letztlich ist eine Vielzahl unterschiedlicher Reinigungsdüsen auf dem Markt, deren hydraulische Leistungsfähigkeiten zwar verbal beschrieben, aber bisher weder analytisch noch experimentell nachgewiesen und veröffentlicht sind.

Es besteht also die Notwendigkeit, das verstreut vorhandene Wissen zusammen zu fassen und zu erweitern [24] und der Fachwelt zur Anwendung an die Hand zu geben, sprich: die Hochdruckspülung zu normen. Die einschlägigen Fachleute erkannten einen Regelungsbedarf auf 2 Ebenen:

• Vorgehen beim Betrieb (Verfahrensnorm),

• Anforderungen an Werkstoffe (Prüfungsnorm).

Beide hängen eng zusammen, denn neben der Kenntnis der möglichen Maximalbelastungen für die unterschiedlichen Werkstoffe muss bekannt sein, welche Energien mit den Hochdruckstrahlen aufgebracht werden müssen, um die unterschiedlichen Ablagerungen wie z. B. Schlamm, Sand oder Kies zu lösen. Hier ist Grundlagenforschung vonnöten. Nur mit diesem Wissen wird es möglich sein, die Hochdruckspülung mit den geringst nötigen Einstellungen von Druck und Durchfluss sowie mit den an die Aufgabe angepassten Düsenkonfigurationen wirtschaftlich und Material schonend zu betreiben. Letztlich lassen sich damit bei den Kanalnetzbetreibern durch einen effektiven Einsatz der Hochdruckspülung unnötige Aufwendungen für Personal, Wasser und Energie sparen.
 

Erste Schritte zur Entwicklung einer Norm zur Hochdruckspülung wurden bereits im Jahr 1996 unternommen. Offensichtlich angeregt durch die Erfahrungen der Kanalnetzbetreiber und Reinigungsfirmen, dass man nicht nur schadhafte, sondern auch Kanäle aus "schlechten Zeiten" wie z. B. unmittelbar nach dem 2. Weltkrieg (und sicherlich auch Kanäle in gutem baulichen Zustand, siehe [8, 24]) auch "kaputt spülen" kann, kam eine Initiative aus der Working Group (WG) 2 (Steinzeug) des CEN/TC 165 "Abwassertechnik", eine europäische Norm für die Prüfung der Widerstandsfähigkeit von Rohrwerkstoffen gegen die Belastungen aus der Hochdruckspülung zu entwickeln.

Parallel dazu hat sich auch der Arbeits-Ausschuss (AA) V 9 – "Allgemeine Anforderungen an Rohre für Abwasserkanäle und -leitungen" – des DIN Normenausschusses Wasser (NAW) mit diesem Thema beschäftigt. Er hat die Notwendigkeit einer solchen Norm bestätigt und daraufhin 1997 einen Arbeitskreis gebildet, der eigene Erkenntnisse sammeln und einen gemeinsamen Standpunkt aus deutscher Sicht zu der geplanten europäischen Norm entwickeln sollte. Der Arbeitskreis hat seine Anforderungen – aufbauend auf den Erfahrungen der von Brune [8] und Steiner [24] beschriebenen Versuche und dem so genannten Hamburger Verfahren entwickelt.

Mittlerweile hat das CEN/TC 165 auf Vorschlag seiner WG 2 auf seiner Sitzung am 08.11.1999 beschlossen, zwei europäische Normen zur Hochdruckspülung zu erarbeiten, nämlich:

• eine so genannte Verfahrensnorm "Reinigung von Abwasserleitungen und –kanälen – Planung, Durchführung und Überwachung", die die WG 22 "Entwässerungssysteme außerhalb von Gebäuden" entwickeln soll und
   

• eine Prüfungsnorm "Europäische Norm für die Bestimmung der Widerstandsfähigkeit von Abwasserkanälen und -leitungen gegen Hochdruckspülen – Anforderungen und Testmethoden", die die WG 1 "Allgemeine Anforderungen" entwickeln soll.

Im Folgenden soll über die Arbeit an der Prüfungsnorm berichtet werden. Der AA V 9 des DIN NAW hat auf eine CEN-Umfrage zu einem ersten Entwurf der von der WG 2 erarbeiteten europäischen Norm [12], deren Prüfvorrichtung sich eng an die in England entwickelte [11] anlehnt, Anfang des Jahres 2000 der Weiterarbeit an dieser Norm unter den folgenden Bedingungen zugestimmt:

Die WG 1 wiederum hat diese Aufgabe an die so genannte Task Group 5 "Jetting" (TG 5) delegiert, in der Vertreter aller europäischen Normungsinstitutionen mitarbeiten. Sowohl Hersteller als auch Anwender sind in der TG 5 vertreten. Die Abstimmung zwischen den beiden Normungsgruppen ist durch gegenseitige Repräsentanz gegeben. Das CEN/TC 165 hat den beiden Gruppen für die Vorlage eines Normentwurfes nur Zeit bis Juni 2001 gegeben.

Die TG 5 hat von April 2000 bis April 2001 vier Mal getagt. Alle Vertreter der nationalen Normungsorganisationen haben sich für die Erarbeitung der Norm ausgesprochen und zwar in paralleler Arbeit zur WG 22. Trotz einer Gemengelage von unterschiedlichen Interessen wurde einvernehmlich ein Normentwurf erarbeitet. Seine wesentlichen Inhalte sind:

• Die Versuche werden so angelegt, dass sie im streng wissenschaftlichen Sinne reproduzierbar sind.
   

• Der Prüfstand wird im Großen und Ganzen so aussehen wie der Versuchsstand, den das WRC verwendet hat, siehe Abbildung 3, zur besseren Reproduzierbarkeit der Ergebnisse wurde er jedoch in einigen Details verändert.
    

• Die Prüfung kann nicht nur an Halb-, sondern auch an Vollrohren durchgeführt werden.
    

• Geprüft werden nur neue Rohre, ein künstliches "Altern" der Werkstoffe ist nicht erforderlich.
   

• Die Prüfungen sollen sowohl mit beweglicher Düse (Moving Test) als auch mit stationärer Düse (Stationary Test) durchgeführt werden.
   

• Für den Moving Test wird ein Düse gemäß Abbildung 4 mit einer Düsenöffnung von 2,80 mm vorgeschrieben. Der Test wird mit einem Druck von 120 bar und einem Abstrahlwinkel von 30° durchgeführt bei einem vertikalen Abstand der Düsenöffnungsmitte zur Rohrwand von 8,5 mm und einer Vorschubgeschwindigkeit von 1m/min. Es sind 50 Prüfungszyklen über eine Prüfstrecke von 1.500 mm vorgeschrieben. Die Prüfstrecke enthält eine Verbindung und einen Abzweig.
   

• Der Stationary Test wird mit einer Düse gemäß Abbildung 5 mit einer Düsenöfnung von 1,0 mm durchgeführt bei einem Abstrahlwinkel von 30° und einem vertikalen Abstand der Düsenöffnungsmitte von der Rohrwand von 5 mm. Die Prüfstücke müssen mindestens 1 m lang sein. Der Test wird je 3 Minuten lang an 10 Stellen des Prüfstücks ausgeführt, die je 50 mm voneinander entfernt liegen.
   

• Drücke für den stationären Test sind noch in der Diskussion, sie werden von den Vertretern der Werkstoffhersteller erst genannt werden, wenn diese eigene Versuchsreihen gefahren haben.
   

• Aus den Prüfparametern wie Druck, Durchfluss und Strahlwinkel wird man in Kenntnis der exakt vorgegebenen Düsengeometrie sehr genau die Belastung der Rohrwandung berechnen können, siehe Gl. (6).
   

• Die Norm ist auch anwendbar auf Bauteile für die Sanierung von Abwasserkanälen und -leitungen.
   

• Die Rohrwerkstoffe müssen die Prüfbelastungen ohne Schaden überstehen können. In einem informativen Anhang zur Prüfnorm ist für die Werkstoffe Steinzeug, Kunststoffe, Guss und Faserzement vorgeschlagen, dass die Rohre nach den Prüfungen nicht mehr Imperfektionen aufweisen dürfen als nach den Produktnormen für neue Rohre erwartet werden können. Diese Formulierungen stehen für die Werkstoffe Beton und Stahl noch aus.

Abb. 4: Düse für den Moving Test [26]

Abb. 5: Düse für den Stationary Test [26]

Die TG 5 hat ihren Normentwurf im April 2001 an das TC 165 mit der Bitte geleitet, eine TC-interne Umfrage bis Dezember 2001 einzuleiten. Das TC 165 hat dem zugestimmt, übrigens auch für die etwa gleichzeitig eingereichte Verfahrensnorm. Parallel dazu hat der NAW V 9 im Mai 2001 beschlossen, den Normentwurf als deutsche Vornorm DIN V 19517: Prüfverfahren zur Ermittlung der Hochdruckspülfestigkeit von Rohren für Abwasserkanäle und –leitungen, Stand August 2001, [26] zu veröffentlichen. Bei der Veröffentlichung haben Fachkollegen aus Österreich und der Schweiz mitgewirkt. Mit der Vornorm soll der deutschen Fachöffentlichkeit von dem Normungsvorhaben möglichst früh Kenntnis und Gelegenheit zur Stellungnahme gegeben werden.

Der NAW V 9 wird die Ergebnisse der deutschen Stellungnahmen bewerten und sie in die Auswertung der TC-internen Umfrage einspeisen, die die TG 5 im Februar 2002 vornehmen wird. Bei positiver Resonanz wird die TG 5 dem TC 165 empfehlen, das europäische Normungsverfahren fortzusetzen.

Die Entwicklung einer europäischen Norm zu Prüfverfahren zur Ermittlung der Hochdruckspülfestigkeit von Rohren für Abwasserkanäle und -leitungen ist ein notwendiges Unterfangen und mag sogar in überschaubarer Zeit zum Abschluss gebracht werden. Solange aber nicht klar ist, welche Spülstrahlenergien tatsächlich aufgebracht werden müssen, um die Ablagerungen von Schlamm, Sand und Kies zu lösen, "hängt" diese Norm so zu sagen in der Luft, weil ihr der Bezug zu den Spülungsanforderungen in der Praxis fehlt. Erst wenn diese bekannt sind, können die im Sewer Jetting Code und wohl bald auch in den einschlägigen Produktnormen veröffentlichten Werkstoff-Belastungsgrenzen in Bezug gesetzt werden zu den tatsächlich erforderlichen Belastungen bei der bedarfsgerechten Hochdruckspülung. Und erst dann sind die Grundlagen geschaffen für einen wirtschaftlichen Einsatz von Personal, Maschinen und Energie bei der Hochdruckspülung.

Für weitere Informationen
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oder

Herrn Dr.-Ing. Bert Bosseler
IKT – Institut für Unterirdische Infrastruktur
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