Querschnittsformen und -abmessungen

Bild 1.3-1: 

Genormte Kanalquerschnittsformen mit geometrischen Werten bei Vollfüllung nach DIN 4263 (04.91) [DIN4263:1991]

DIN4263:1991

DIN 4263: Formen, Maße und geometrische Werte von Kanälen und Leitungen im Wasserwesen (04.1991).

DIN4045:1985

DIN 4045: Abwassertechnik; Begriffe (12.85).

DIN4263:1991

DIN 4263: Formen, Maße und geometrische Werte von Kanälen und Leitungen im Wasserwesen (04.1991).

Frühl10

Frühling, A.: Handbuch der Ingenieurwissenschaften in fünf Teilen. Teil 3: Der Wassebau, 4. Bd.: Die Entwässerung der Städte. Leipzig: Verlag von Wilhelm Engelmann 1910.

Braun93

Braunstorfinger, M.: Die Renaissance des Eiprofils. Tiefbau TIS (1993), H. 9, S. 633-634.

Sarto89

Sartor, J.: Die Wiedereinführung des Eiprofils in der Kanalisationstechnik. Dokumentation 2. Internationaler Kongress Leitungsbau Hamburg, 23.-26. Oktober 1989. S. 239-254.

Hambu79b

Vorschriften für die Ausführung von Sielanlagen in Hamburg (Sielbauvorschriften), Ausgabe 1979. Freie und Hansestadt Hamburg, Baubehörde, Amt für Ingenieurwesen III, Stadtentwässerung.

ATV95b

ATV-Handbuch: Planung der Kanalisation. 4. Auflage. Hrsg.: Abwassertechnische Vereinigung e. V. (ATV), Hennef, Verlag Ernst & Sohn, Berlin 1995.

ATVA118:1997

ATV-A 118: Richtlinien für die hydraulische Berechnung von Schmutz-, Regen- und Mischwasserkanälen (07.77).

GUV176a

Bundesverband der Unfallversicherungsträger der öffentlichen Hand - (BAGUV): Sicherheitsregeln für Arbeiten in umschlossenen Räumen von abwassertechnischen Anlagen - Betrieb (GUV 17.6). Ausgabe Januar 1989.

TBG93b

Unfallverhütungsvorschriften Bauarbeiten, Kapitel VII, Zusätzliche Bestimmungen für Bauarbeiten unter Tage (04.93). Tiefbau Berufsgenossenschaft, Hauptverband der gewerblichen Berufsgenossen­schaften e.V., Bonn.

ATVA125:1996

ATV-A 125: Rohrvortrieb (09.1996).

Seit Beginn der modernen Kanalisationstechnik kamen Kanäle mit unterschiedlichsten Querschnittsformen und -abmessungen zum Einsatz, die teilweise heute noch unverändert angewendet werden.

Die wichtigsten Querschnittsformen, nach DIN 4045 [DIN4045:1985] auch Kanalprofile genannt, sind der Kreis-, der normale Ei- und der normale Maulquerschnitt. Sie werden auch als Regelformen bezeichnet, da nur sie nach DIN 4263 [DIN4263:1991] genormt sind (Bild 1.3-1) .

Der Kreisquerschnitt wurde und wird wegen seiner konstruktiven und hydraulischen Vorteile im Nennweitenbereich 100 ≤ DN/ ID ≤ 500 bevorzugt verwendet.

Seit der Entwicklung der Stahlbeton- und Spannbetontechnik, der fortschreitenden Verbesserung der Rohrherstellungsverfahren und des Rohrleitungsbaues kommen vorgefertigte Rohre mit Kreisquerschnitt auch bis DN 4000 für Hauptsammler zur Anwendung.

DN/ID (internal diameter) ist das Kurzzeichen für Nennweite. Sie ist eine Kenngröße für Kreisquerschnitte in der Größenordnung Millimeter, jedoch ohne Angabe der Einheit mm. Sie entspricht annähernd dem lichten Durchmesser.

Der normale Eiquerschnitt wurde erstmalig 1846 in London ausgeführt und gelangte etwa 1870 nach Deutschland [Frühl10] .

Der Eiquerschnitt ist hydraulisch besonders vorteilhaft bei der Ableitung größerer, stark schwankender Abflüsse, z.B. bei Mischwasserkanälen mit kleinen Trockenwetterabflüssen Q_t/Q_v =0,22.

Er wird ebenso wie der Maulquerschnitt durch die Achsmaße Breite (b)/Höhe (h) in der Größenordnung Millimeter, jedoch ohne Angabe der Einheit mm bezeichnet.

Eiquerschnitte kamen und kommen auch in umgekehrter Lage zur Anwendung, um die Wasserspiegellinie zu senken, die statische Tragwirkung zu verbessern oder die Begehbarkeit zu erleichtern.

In den letzten Jahren erlebt diese Kanalquerschnittsform wieder eine Renaissance aufgrund ihrer statischen und betrieblichen Vorteile, aber auch durch die wesentlich reduzierte Ablagerungsgefahr, bedingt durch die vergrößerten Schleppspannungen. Damit verbunden sind verminderte Schmutzemissionen bei Regenwetter und eine verbesserte Behandlung größerer Schmutzmengen in der Kläranlage bei Trockenwetter [Braun93] [Sarto89] .

Maulquerschnitte bieten Vorteile bei großen Abflüssen und eingeschränkter Bauhöhe. Zwar ist die hydraulische Leistung bei Teilfüllung schlecht, doch wirkt sich die Form statisch besonders günstig aus, weil sie näherungsweise dem Verlauf der Stützlinie folgt.

In Sonderfällen z.B. beim Bau von Stauraumkanälen, Regenrückhaltebecken oder bei vorgegebenen Trassierungszwangspunkten fanden und finden auch Rechteckquerschnitte Anwendung. Als kleinstes lichtes Achsmaß empfiehlt DIN 4263 [DIN4263:1991] ca. 800 mm. Die Sohle erhält eine Querneigung (Abschnitt 1.7.7).

Außer diesen Regelquerschnitten gibt es noch eine Reihe weiterer Querschnittsformen und -größen (Bild 1.3-2) (Bild 1.3-3) , die in der Vergangenheit teilweise ebenfalls genormt waren und in Einzelfällen heute noch eingesetzt werden (Abschnitt 1.7.7) .

Bild 1.3-2:  Nicht genormte Kanalquerschnittsformen mit geometrischen Werten [ATV82] (Teil 1) ATV82 Lehr- und Handbuch der Abwassertechnik. Band I: Wassergütewirtschaftliche Grundlagen, Bemessung und Planung von Abwasserableitungen. 3. überarbeitete Aufl. 1982; Band II: Entwurf und Bau von Kanalisationen und Abwasserpumpwerken. St. Augustin, Hrsg.: Abwassertechnische Vereinigung e.V. (ATV), Berlin/München: Verlag von Wilhelm Ernst & Sohn, 3. überarbeitete Aufl. 1982.

Bild 1.3-3:  Nicht genormte Kanalquerschnittsformen mit geometrischen Werten [ATV82] (Teil 2) ATV82 Lehr- und Handbuch der Abwassertechnik. Band I: Wassergütewirtschaftliche Grundlagen, Bemessung und Planung von Abwasserableitungen. 3. überarbeitete Aufl. 1982; Band II: Entwurf und Bau von Kanalisationen und Abwasserpumpwerken. St. Augustin, Hrsg.: Abwassertechnische Vereinigung e.V. (ATV), Berlin/München: Verlag von Wilhelm Ernst & Sohn, 3. überarbeitete Aufl. 1982.

Tabelle 1.3-1: 

Querschnitte und Abmessungen für Kanäle nach DIN 4263 (07.47/07.77), DIN 4263 (04.91) [DIN4263:1991] und DIN 19540 (12.52/09.64) [DIN19540] und DIN 4263 (06.2011) [[DIN4263:1991]]- Teil 1: Kreisquerschnitte

DIN4263:1991

DIN 4263: Formen, Maße und geometrische Werte von Kanälen und Leitungen im Wasserwesen (04.1991).

DIN19540

DIN 19540: Abwasserkanäle; Querschnittsformen und -abmessungen (12.52).

Querschnitts− bezeichnung	Systemskizze	Nennweite DN bzw. b⁄h nach
		DIN 4263 (07.47)	DIN 19540 (12.52 bzw. 09.64)	DIN 4263 (07.77 bzw. 04.91)	DIN 4263 (06.2011)
Kreisquerschnitte		100	150	100	40
		125	200	125	50
		150	250	150	65
		200	300	200	70
		250	350	250	80
		300	400	300	100
		350	450	350	125
		400	500	400	150
		450	600	500	200
		500	700	600	250
		600	800	700	300
		700	900	800	350
		800	1000	900	400
		900	1200	1000	500
		1000	1400	1200	600
		1200	1600	1400	700
		1400	1800	1600	800
		1600	2000	1800	900
		1800	2200	2000	1000
		2000	2400	2200	1200
		2200		2400	1400
		2400		2600	1600
		2600		2800	1800
		2800		3000	2000
		3000		3200	2200
				3400	2400
				3600	2600
				3800	2800
				4000	3000
					3200
					3400
					3600
					3800
					4000

Tabelle 1.3-2: 

Querschnitte und Abmessungen für Kanäle nach DIN 4263 (07.47/07.77), DIN 4263 (04.91) [DIN4263:1991] und DIN 19540 (12.52/09.64) [DIN19540] und DIN 4263 (06.2011) [[DIN4263:1991]] - Teil 2: Eiquerschnitte

DIN4263:1991

DIN 4263: Formen, Maße und geometrische Werte von Kanälen und Leitungen im Wasserwesen (04.1991).

DIN19540

DIN 19540: Abwasserkanäle; Querschnittsformen und -abmessungen (12.52).

Querschnitts− bezeichnung		Systemskizze	Nennweite DN bzw. b⁄h nach
			DIN 4263 (07.47)	DIN 19540 (12.52 bzw. 09.64)	DIN 4263 (07.77)	DIN 4263 (06.11)
Eiquer− schnitte	1. Überhöhter Eiquerschnitt		600⁄1050
			700⁄1225
			800⁄1400
			900⁄1575
			1000⁄1750
	2. Normaler Eiquerschnitt		500⁄750	500⁄750	500⁄750	300/450
			600⁄900	600⁄900	600⁄900	400/600
			700⁄1050	700⁄1050	700⁄1050	500/750
			800⁄1200	800⁄1200	800⁄1200	600/900
			900⁄1350	900⁄1350	900⁄1350	700/1050
			1000⁄1500	1000⁄1500	1000⁄1500	800/1200
			1200⁄1800	1200⁄1800	1200⁄1800	900/1350
			1400⁄2100	1400⁄2100	1400⁄2100	1000/1500
			1600⁄2400		1600⁄2400	1200/1800
						1400/2100
	3. Breiter Eiquerschnitt		1000/1250
			1200⁄1500
			1400⁄1750
			1600⁄2000
			1800⁄2250
			2000⁄2500
			2400⁄3000
	4. Gedrückter Eiquerschnitt		1200⁄1200
			1400⁄1400
			1600⁄1600
			1800⁄1800
			2000⁄2000
			2400⁄2400
			2800⁄2800
			3200⁄3200

 

Tabelle 1.3-3: 

Querschnitte und Abmessungen für Kanäle nach DIN 4263 (07.47/07.77), DIN 4263 (04.91) [DIN4263:1991] und DIN 19540 (12.52/09.64) [DIN19540] und DIN 4263 (06.2011) [[DIN4263:1991]] - Teil 3: Maulquerschnitte

DIN4263:1991

DIN 4263: Formen, Maße und geometrische Werte von Kanälen und Leitungen im Wasserwesen (04.1991).

DIN19540

DIN 19540: Abwasserkanäle; Querschnittsformen und -abmessungen (12.52).

Querschnitts− bezeichnung		Systemskizze	Nennweite DN bzw. b⁄h nach
			DIN 4263 (07.47)	DIN 19540 (12.52 bzw. 09.64)	DIN 4263 (07.77)	DIN 4263 (06.2011)
Maul− quer− schnitte	1. Überhöhter Maulquerschnitt		1200⁄1200
			1400⁄1400
			1600⁄1600
			1800⁄1800
			2000⁄2000
			2400⁄2400
			2800⁄2800
			3200⁄3200
	2. Normaler Maulquerschnitt		1600⁄1200	1600⁄1200	1600⁄1200	1600/1200
			1800⁄1350	1800⁄1350	1800⁄1350	1800/1350
			2000⁄1500	2000⁄1500	2000⁄1500	2000/1500
			2400⁄1800	2400⁄1800	2400⁄1800	2400/1800
			2800⁄2100	2800⁄2100	2800⁄2100	2800/2100
			3200⁄2400	3200⁄2400	3200⁄2400	3200/2400
			3600⁄2700		3600⁄2700	3600/2700
			4000⁄3000		4000⁄3000	400/3000
	3. Gedrückter Maulquerschnitt		2000⁄1250
			2400⁄1500
			2800⁄1750
			3200⁄2000
			400⁄2500

 

Tabelle 1.3-4: 

Querschnitte und Abmessungen für Kanäle nach DIN 4263 (07.47/07.77), DIN 4263 (04.91) [DIN4263:1991] und DIN 19540 (12.52/09.64) [DIN19540] - Teil 4: Rinnenquerschnitte

DIN4263:1991

DIN 4263: Formen, Maße und geometrische Werte von Kanälen und Leitungen im Wasserwesen (04.1991).

DIN19540

DIN 19540: Abwasserkanäle; Querschnittsformen und -abmessungen (12.52).

Querschnitts− bezeichnung		Systemskizze	Nennweite DN bzw. b⁄h nach
			DIN 4263 (07.47)	DIN 19540 (12.52 bzw. 09.64)	DIN 4263 (07.77)
Rinnen− quer− schnitte	1. Einseitiger Auftritt		1650⁄2200
			1800⁄2400
			2100⁄2800
			2400⁄3200
	2. Beidseitiger Auftritt		2600⁄2600
			2800⁄2800
			3200⁄3200
			3600⁄3600

 

Bild 1.3-4:  Spezialquerschnitt und zugehöriger Schacht des Trennsystems der Kanalisation Bromberg um 1910 [Braub25] [Büsin12] Braub25 Braubach, A.: Wasserversorgung und Entwässerung der Städte. Lehrbuch des Tiefbaus, II. Band, Hrsg.: Esselborn, Leipzig: Verlag von Wilhelm Engelmann, 6.-8. Aufl. 1925. Büsin12 Büsing, F.W., Schumann, C.: Der Portland-Zement und seine Anwendung im Bauwesen. Berlin: Verlag der "Deutschen Bauzeitung" GmbH, 4. Aufl. 1912.

Bild 1.3-5:  Querschnitte gemauerter Kanäle der Klassen I bis VI ("Klassesiele") der Freien und Hansestadt Hamburg [Hambu79b] Hambu79b Vorschriften für die Ausführung von Sielanlagen in Hamburg (Sielbauvorschriften), Ausgabe 1979. Freie und Hansestadt Hamburg, Baubehörde, Amt für Ingenieurwesen III, Stadtentwässerung.

Einen Spezialquerschnitt für das Trennsystem der Stadt Bromberg (heute Bydgoszczy), bei dem oben das Regenwasser und unten das Schmutzwasser abgeführt wird, sowie die Situation im Bereich des speziellen Schachtes zeigt (Bild 1.3-4) .

Die gemauerten Kanäle der Stadt Hamburg sind in die Profilklassen VI bis I eingeteilt [Hambu79b] , deren Querschnittsformen und -abmessungen aus (Bild 1.3-5) bzw. (Tabelle 1.3-1) ersichtlich sind.

Wichtige Festlegungen innerhalb einer Kanalisation sind die Mindestnennweiten, wobei als Kriterien die Gewährleistung der Abführung auch gröberer und sperriger Stoffe und ggf. die Begehbarkeit in Frage kommen.

Bezüglich des erstgenannten Kriteriums waren nach Frühling [Frühl10] im Jahre 1910 z.B. folgende Mindestabmessungen üblich:

Berlin: Kreisquerschnitt 270 mm (früher 210 mm), Hannover: wie Berlin, Leipzig: Kreisquerschnitt DN 350, Stuttgart: Kreisquerschnitt DN 300, Frankfurt/Main: Kreisquerschnitt DN 300 oder Eiquerschnitt 670/1000, Karlsruhe: Eiquerschnitt 400/600, München: Kreisquerschnitt DN 300 oder Eiquerschnitt 400/600.

Heute gelten folgende Mindestnennweiten [ATV95b] :

• Grundstücksentwässerung: DN 150
  (bei Einzelhäusern auch DN 125)
• Anschlußkanäle von Straßenabläufen: DN 150
• Schmutzwasserkanäle: DN 200
• Regenwasserkanäle: DN 250
• Mischwasserkanäle: DN 250.

Aus betrieblichen Gründen empfiehlt ATV-A 118 [ATVA118:1997] unabhängig vom rechnerischen Gesamtabfluß folgende Mindestnennweiten für

Schmutzwasserkanäle: DN 250
Regen- und Mischwasserkanäle: DN 300

im allgemeinen nicht zu unterschreiten und die Mindestdurchmesser auf besonders begründete Fälle zu beschränken.

Ein wesentliches Argument bei der Festlegung der Mindestabmessungen, dem man zumindest nach [Frühl10] z.B. in Frankreich oder Wien gegenüber Deutschland bis 1910 stärker Rechnung trug, war die Forderung nach der Begehbarkeit, um "das Innere des Kanals und die dort einmündenden Hausanschlüsse untersuchen zu können."

Den in Wien verwendeten Mindestquerschnitt 800/1100 sah Frühling [Frühl10] für diesen Zweck als zu klein an. Er empfahl deshalb nur Kanäle mit mindestens 1200 mm Höhe und größer als begehbar gelten zu lassen.

Die "Sicherheitsregeln für Arbeiten in umschlossenen Räumen von abwassertechnischen Anlagen - Betrieb" [GUV176a] schreiben diesbezüglich vor:

"Leitungen mit einem Eiprofil von weniger als 100 cm Höhe und solche mit einem Kreisprofil von weniger als 90 cm lichter Weite sollen nicht betreten werden. Ausnahmen sind nur auf besondere Anordnung und unter Beachtung besonderer Sicherheitsmaßnahmen zulässig."

Arbeiten im Sinne dieser Sicherheitsregeln sind z.B.:

• Inspektionsarbeiten, wie Prüfen, regelmäßiges Besichtigen und Messen,
• Wartungsarbeiten, wie Reinigen, Schmieren, Ergänzen, Auswechseln und Nachstellen,
• Instandsetzungsarbeiten, wie Ausbessern und Austauschen,
• Änderungsarbeiten,
• Herstellungsarbeiten.

Einzelne Kommunen in der Bundesrepublik Deutschland erlauben diese Arbeiten erst in Rohrleitungen (DN 1200).

Die Definition der begehbaren Rohrleitungen im Zusammenhang mit der geschlossenen Bauweise (Abschnitt 1.6.2) kann in Anlehnung an die Sicherheitsregeln der TBG für Bauarbeiten unter Tage erfolgen, nach denen Arbeitsplätze in Tunnel, Stollen oder Durchpressungen mindestens folgende Mindestlichtmaße aufweisen müssen [TBG93b] :

Bei Längen unter 50 m:

• bei Kreisquerschnitt: 800 mm Durchmesser
• bei Rechteckquerschnitt: 800 mm Höhe, 600 mm Breite.

Bei Längen von 50 m bis unter 100 m:

• bei Kreisquerschnitt: 1000 mm Durchmesser
• bei Rechteckquerschnitt: 1000 mm Höhe, 600 mm Breite.

Bei Längen von 100 m und mehr:

• bei Kreisquerschnitt: 1200 mm Durchmesser
• bei Rechteckquerschnitt: 1200 mm Höhe, 600 mm Breite.

Bei Verfahren für den bemannt arbeitenden Rohrvortrieb fordert ATV-A 125 [ATVA125:1996] für den Regelfall einen Innendurchmesser von mindestens 1200 mm.

Der Innendurchmesser des Vortriebrohres darf in Ausnahmefällen auf 1000 mm verringert werden, wenn

• eine Vortriebsstrecke von 80 m nicht überschritten wird und
• ein vorgeschaltetes Arbeitsrohr (Innendurchmesser 1200 mm) von mindestens 2000 mm Länge vorhanden ist.

Bild 1.3-6:  Kanalquerschnittsformen und -abmessungen der Kanalisation der Stadt Dresden um 1912 [Büsin12] (oben: Eiquerschnitte unten: Haubenquerschnitte) Büsin12 Büsing, F.W., Schumann, C.: Der Portland-Zement und seine Anwendung im Bauwesen. Berlin: Verlag der "Deutschen Bauzeitung" GmbH, 4. Aufl. 1912.

Bild 1.3-7:  Kanalquerschnitte der Kanalisation von Berlin um 1890 [Hobre84] Hobre84 Hobrecht, J.: Die Canalisation von Berlin. Berlin: Verlag von Ernst und Korn, 1884.

In Kanalisationen werden die Kanäle mit abgestuften Querschnittsabmessungen ausgeführt. Beispiele aus den Städten Dresden und Berlin zeigen die Bilder (Bild 1.3-6) und (Bild 1.3-7) .

Bei der Berliner Kanalisation, welche in dieser Beziehung für deutsche Städte vielfach vorbildlich gewesen ist, nahmen 1910 die Nennweiten der aus Steinzeug hergestellten Kreisquerschnitte von DN 210 bis 480 (anfangs bis 630) um je 30 mm und die lichte Höhe der Eiquerschnitte von h = 900 mm bis 2000 mm um je 10 mm zu.

Ab 1910 herrschte dann das Bestreben vor, die Kreisquerschnitte nur noch in den Nennweiten DN 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300, 350 usw. abzustufen [Frühl10] .

Köln hatte 1910 Rohre mit Eiquerschnitten der Stufen 200/300, 280/375, 300/450, 350/525, 400/600, 500/750 und gemauerte Kanäle mit Eiquerschnitten 600/1000, 700/1200, 800/1400, 1000/1500, 1000/1600, 1200/1800 sowie Kreisquerschnitte von DN 250 bis DN 600 in Stufen von 50 mm.