Führungslager für Rohrleitungen: Funktion, Auslegung und richtige Anordnung

Führungslager für Rohrleitungen sorgen dafür, dass sich eine Leitung in einer vorgesehenen Richtung bewegen kann, ohne seitlich unkontrolliert auszuweichen. Besonders bei thermisch beanspruchten Rohrleitungen ist diese Funktion wichtig: Die Rohrleitung soll ihre berechnete Längenänderung ausführen können und gleichzeitig sicher auf ihrem vorgesehenen Bewegungsweg bleiben.

Ein Führungslager ist deshalb weder mit einem Festlager noch mit einem frei beweglichen Gleitlager gleichzusetzen. Es übernimmt eine gezielte Führungsfunktion innerhalb des gesamten Lagerungskonzepts.

Welche Bauform geeignet ist, hängt unter anderem von Rohrdurchmesser, Gewicht, Temperaturbereich, Bewegungsweg, Querkräften, Führungsspiel und Unterkonstruktion ab. Das Führungslager sollte daher immer zusammen mit Festpunkten, Gleitlagern und der Rohrstatik betrachtet werden. Die grundlegenden Unterschiede der Lagerfunktionen werden auch im STEBA-Ratgeber zu den verschiedenen Lagerarten im Rohrleitungsbau behandelt.

Was ist ein Führungslager bei Rohrleitungen?

Ein Führungslager ist ein Rohrlager, das Bewegungen der Rohrleitung in einer vorgesehenen Richtung zulässt und Bewegungen quer dazu begrenzt. Bei einer geraden horizontalen Rohrleitung handelt es sich häufig um eine axiale Bewegung entlang der Rohrachse.

Auch die Arbeitsgemeinschaft Fernwärme beschreibt ein Führungslager als Rohrlager, das axiale Rohrbewegungen zulässt und laterales Ausweichen begrenzt.

Damit erfüllt das Führungslager zwei Aufgaben gleichzeitig:

• Die erforderliche Bewegung der Rohrleitung bleibt möglich.
• Unerwünschte seitliche Verschiebungen werden begrenzt.

Die Führung selbst kann beispielsweise durch seitliche Führungsplatten, Profile oder andere konstruktive Anschläge hergestellt werden.

Bei STEBA können unter anderem Rohrschlitten durch entsprechende Führungsplatten und Zubehör als Bestandteil eines Führungslagers ausgeführt werden. Die Produktseite beschreibt Rohrschlitten ausdrücklich für Festpunkte, Gleitlager und Führungslager.

Warum werden Führungslager benötigt?

Rohrleitungen sind während des Betriebs nicht zwangsläufig unbeweglich. Besonders Temperaturänderungen führen dazu, dass sich metallische Leitungen verlängern oder verkürzen.

Wird diese Bewegung vollständig verhindert, können zusätzliche Kräfte und Spannungen entstehen. Wird eine Rohrleitung dagegen ohne ausreichende Führung gelagert, kann sie ihren vorgesehenen Bewegungsweg verlassen.

Führungslager schaffen zwischen diesen beiden Extremen eine kontrollierte Bewegungsmöglichkeit.

Typische Aufgaben sind:

• thermische Längenausdehnungen kontrolliert führen
• seitliches Verschieben der Rohrleitung begrenzen
• den Verlauf langer Rohrstränge stabilisieren
• vorgesehene Bewegungsrichtungen sicherstellen
• Kräfte aus Querbewegungen aufnehmen
• die Funktion angrenzender Gleitlager unterstützen
• das Zusammenwirken mit Festpunkten sicherstellen

Gerade bei längeren Rohrleitungen sollte deshalb nicht nur festgelegt werden, wie weit sich eine Leitung bewegt, sondern auch, in welche Richtung diese Bewegung stattfinden soll.

Weitere Grundlagen zur thermischen Bewegung finden Sie im Beitrag Rohrschlitten für thermische Längenausdehnung.

Unterschied zwischen Führungslager, Gleitlager und Festlager

Die drei Lagerfunktionen werden in der Praxis häufig gemeinsam eingesetzt, erfüllen jedoch unterschiedliche Aufgaben.

Ein Führungslager kann gleichzeitig eine gleitende Auflage besitzen. Die Begriffe beschreiben daher nicht zwingend vollkommen unterschiedliche Bauteile, sondern vor allem die jeweilige Funktion des Lagerpunkts.

Ein Rohrschlitten kann beispielsweise auf einer Gleitfläche aufliegen und gleichzeitig durch seitliche Führungsplatten so begrenzt werden, dass nur die gewünschte Längsbewegung möglich bleibt. STEBA führt solche Kombinationen aus Rohrschlitten, Gleitplatten und Führungsplatten im eigenen Produktspektrum.

Wie funktioniert ein Führungslager?

Bei einem typischen Führungslager liegt die Rohrleitung beziehungsweise der Rohrschlitten auf einer tragenden Fläche auf.

Seitlich angeordnete Führungselemente begrenzen die Bewegung quer zur vorgesehenen Achse. Zwischen dem beweglichen Bauteil und den Führungsflächen bleibt ein konstruktiv festgelegtes Spiel.

Erwärmt sich die Rohrleitung, kann der Rohrschlitten beispielsweise in Längsrichtung gleiten. Die seitlichen Führungen sorgen gleichzeitig dafür, dass er nicht beliebig nach links oder rechts auswandert.

Die Führung darf dabei die vorgesehene Bewegung nicht unbeabsichtigt blockieren.

Zu berücksichtigen sind deshalb unter anderem:

• Breite des geführten Bauteils
• Abstand der Führungsflächen
• erforderliches Führungsspiel
• Fertigungs- und Montagetoleranzen
• thermischer Bewegungsweg
• mögliche Querkräfte
• Gleitpaarung
• Bauhöhe
• Abhebesicherung
• Verformungen der Rohrleitung und Unterkonstruktion

Eine Führung sollte also weder unnötig weit noch zu eng ausgeführt werden.

Das richtige Führungsspiel festlegen

Das Führungsspiel ist einer der wichtigsten konstruktiven Punkte eines Führungslagers.

Ist das Spiel zu groß, kann sich die Rohrleitung seitlich stärker bewegen als vorgesehen. Dadurch können zusätzliche Querbewegungen, Schiefstellungen oder ungünstige Belastungen entstehen.

Ist das Führungsspiel dagegen zu klein, können Fertigungstoleranzen, Montageabweichungen oder thermische Verformungen dazu führen, dass der Rohrschlitten zwischen den Führungen klemmt.

Aus einem vorgesehenen Führungslager kann dadurch unbeabsichtigt ein deutlich steiferer Lagerpunkt entstehen.

Bei der Festlegung des Führungsspiels sollten daher mindestens betrachtet werden:

• tatsächliche Abmessungen des Rohrschlittens
• Fertigungstoleranzen
• Montagetoleranzen
• Ausrichtung der Tragkonstruktion
• Temperaturzustände
• mögliche Verformungen
• Verschleiß
• Korrosion oder Beschichtungsaufbau
• Bewegungsrichtung

Ein universeller Wert für das Führungsspiel lässt sich deshalb nicht auf jedes Rohrleitungssystem übertragen.

Welche Kräfte wirken auf ein Führungslager?

Ein Führungslager nimmt nicht ausschließlich das Gewicht einer Rohrleitung auf.

Abhängig vom Lagerungskonzept können sowohl vertikale als auch horizontale Kräfte auftreten.

Vertikale Lasten

Zur vertikalen Belastung gehören beispielsweise:

• Eigengewicht des Rohres
• Gewicht des Mediums
• Dämmung und Ummantelung
• Armaturen
• Flansche
• weitere Anbauteile

Querkräfte

Sobald die Rohrleitung gegen eine Führung läuft, können horizontale Kräfte auf die Führungsflächen wirken.

Diese Kräfte müssen über Führung, Rohrschlitten und Anschlusskonstruktion bis in die Tragstruktur übertragen werden.

Auch mögliche Momente aus einer außermittigen Krafteinleitung sollten berücksichtigt werden.

Der STEBA-Ratgeber Rohrlager berechnen behandelt Führungslager deshalb getrennt von reinen Gleit- und Festlagern. Neben der Vertikallast werden dort insbesondere Querkräfte, Führungsspiel, Toleranzen und mögliche Momente als Auslegungsgrößen genannt.

Führungslager bei thermischer Längenausdehnung

Bei warmgehenden Rohrleitungen liegt zwischen Montage- und Betriebstemperatur häufig eine erhebliche Temperaturdifferenz.

Die freie thermische Längenänderung eines geraden Rohrabschnitts lässt sich grundsätzlich über

ΔL = α × L × ΔT

abschätzen.

Dabei bezeichnet:

• ΔL die Längenänderung
• α den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Werkstoffs
• L die betrachtete Rohrlänge
• ΔT die Temperaturänderung

Für die Konstruktion des Führungslagers reicht die reine Längenänderung jedoch noch nicht aus.

Zusätzlich müssen beispielsweise Montagezustand, Bewegungsrichtung, Toleranzen, mögliche Rückbewegungen und die Anordnung der Festpunkte berücksichtigt werden.

Wo werden Führungslager angeordnet?

Die Position von Führungslagern ergibt sich aus dem Lagerungs- und Bewegungskonzept der Rohrleitung.

Ein typisches System besteht aus einer Kombination von:

• Festpunkten
• Gleitlagern
• Führungslagern
• Rohrschlitten
• gegebenenfalls Kompensatoren oder anderen Bewegungselementen

Der Festpunkt legt fest, von welchem Bereich aus sich eine Rohrleitung bewegen soll. Die Führungslager stabilisieren anschließend den vorgesehenen Bewegungsweg.

Wo und in welchen Abständen sie benötigt werden, lässt sich nicht allein aus dem Rohrdurchmesser bestimmen.

Zu berücksichtigen sind beispielsweise:

• Länge des Rohrstrangs
• Rohrdurchmesser und Wandstärke
• Rohrwerkstoff
• Temperaturänderung
• Leitungsverlauf
• Festpunktpositionen
• Bögen und Abzweige
• Kompensatoren
• Rohrsteifigkeit
• Lagerabstände
• auftretende Querkräfte
• Tragkonstruktion

Bei komplexeren Systemen wird die Anordnung deshalb im Rahmen der Rohrstatik beziehungsweise der technischen Lagerplanung festgelegt.

Führungslager in Verbindung mit Kompensatoren

Besondere Bedeutung besitzen Führungslager in Rohrleitungen mit Kompensatoren.

Je nach Kompensatorbauart muss die Leitung so geführt werden, dass die vorgesehene Bewegung kontrolliert in das Bewegungselement eingeleitet wird. Unzureichende Führung kann dazu führen, dass ein Rohrstrang seitlich ausweicht oder der Kompensator anders belastet wird als vorgesehen.

Hersteller von Kompensatoren geben deshalb für bestimmte Systeme konkrete Vorgaben zur Anordnung und zu Abständen der Führungen vor. Solche Werte sind jedoch immer auf die jeweilige Konstruktion und das konkrete Kompensatorsystem zu beziehen und sollten nicht ungeprüft auf andere Rohrleitungen übertragen werden.

Rohrschlitten als Führungslager

Eine häufige konstruktive Lösung besteht darin, einen Rohrschlitten zwischen seitlichen Führungsplatten zu führen.

Der Rohrschlitten übernimmt dabei die vertikale Last des Rohres. Auf einer passenden Gleitfläche kann er sich längs bewegen.

Die Führungsplatten:

• begrenzen seitliches Auswandern
• bestimmen die zulässige Bewegungsrichtung
• übertragen auftretende Querkräfte
• halten den Rohrschlitten auf seinem vorgesehenen Weg

STEBA fertigt Rohrschlitten mit unterschiedlichen T-Füßen, U-, Winkel- oder Doppel-L-Profilen und bietet dazu unter anderem Auflagerplatten, Führungsplatten, Gleitplatten und Abhebesicherungen an. Verfügbar sind je nach Ausführung unter anderem S235, S355, 1.4301 und 1.4571 sowie unterschiedliche Oberflächenbehandlungen.

Dadurch können Führungslager an Rohrdurchmesser, Bauhöhe, Last, Bewegungsweg und vorhandene Tragkonstruktion angepasst werden.

Gleitfläche und Reibung berücksichtigen

Auch wenn ein Führungslager eine Bewegung zulässt, erfolgt diese nicht reibungsfrei.

Zwischen Rohrschlitten und Unterkonstruktion beziehungsweise Gleitplatte entsteht eine Reibkraft.

Für eine vereinfachte Betrachtung gilt:

FR = μ × FV

mit:

• FR = Reibkraft
• μ = Reibwert der Gleitpaarung
• FV = vertikale Lagerkraft

Der Reibwert hängt unter anderem von Materialpaarung, Oberfläche, Temperatur, Verschmutzung, Flächenpressung und Verschleiß ab.

Zu hohe Reibkräfte können die Bewegung der Rohrleitung behindern und gleichzeitig zusätzliche Kräfte in benachbarte Festpunkte und Führungen einleiten. Die Berechnung sollte deshalb nicht nur den Führungspunkt selbst, sondern das vollständige Lagerungssystem umfassen.

Wann wird eine Abhebesicherung benötigt?

Nicht jedes Führungslager wird ausschließlich durch vertikale Drucklasten beansprucht.

Je nach Leitungsverlauf und Betriebszustand können Kräfte auftreten, durch die sich ein Rohrschlitten von seiner Auflage abheben könnte.

Eine Abhebesicherung kann dann dafür sorgen, dass der Rohrschlitten innerhalb des vorgesehenen Führungsbereichs bleibt.

Ob sie erforderlich ist, hängt beispielsweise ab von:

• Rohrleitungsverlauf
• möglichen vertikalen Reaktionskräften
• dynamischen Belastungen
• Schwingungen
• Wind- oder äußeren Lasten
• Störfällen
• Ausführung der Führung

STEBA bietet Rohrschlitten unter anderem mit Abhebesicherungen sowie abgestimmten Führungs- und Gleitplatten an.

Werkstoff und Korrosionsschutz des Führungslagers

Neben der mechanischen Auslegung muss ein Führungslager für die jeweilige Umgebung geeignet sein.

Bei der Werkstoff- und Oberflächenauswahl spielen unter anderem folgende Bedingungen eine Rolle:

• Innen- oder Außenbereich
• Feuchtigkeit
• salzhaltige Atmosphäre
• chemische Belastung
• Temperatur
• mechanische Beanspruchung
• geforderte Lebensdauer
• Materialpaarungen

Für Rohrschlitten verarbeitet STEBA unter anderem S235, S355 sowie die Edelstähle 1.4301 und 1.4571. Als Oberflächen sind beispielsweise rohe, gestrahlte, grundierte, lackierte oder feuerverzinkte Ausführungen möglich.

Besondere Anforderungen an Geometrie, Werkstoff oder Anschlusskonstruktion können über Sonderanfertigungen im Rohrleitungsbau umgesetzt werden. STEBA beschreibt dort ausdrücklich individuelle Führungen, Gleitlager und Rohrunterstützungen als mögliche Sonderbauteile.

Häufige Fehler bei Führungslagern

Führung zu eng auslegen

Zu geringes Führungsspiel kann dazu führen, dass sich ein Rohrschlitten verklemmt. Thermische Bewegungen werden dann nicht mehr wie geplant ausgeführt.

Nur die Vertikallast betrachten

Führungslager können erhebliche Querkräfte aufnehmen. Die Führungsplatten und ihre Befestigung müssen diese Lasten sicher in die Unterkonstruktion übertragen.

Bewegungsweg nicht vollständig berücksichtigen

Die Rohrleitung kann sich gegenüber ihrem Montagezustand sowohl in die eine als auch in die andere Richtung bewegen. Auch unterschiedliche Betriebszustände müssen berücksichtigt werden.

Führung und Gleitfläche nicht aufeinander abstimmen

Eine gute seitliche Führung allein reicht nicht aus, wenn die Gleitfläche zu klein ist oder eine ungeeignete Materialpaarung zu hohen Reibkräften führt.

Unterkonstruktion nicht mitprüfen

Die Lastkette endet nicht am Führungslager. Schweißnähte, Schrauben, Konsolen, Stahlträger und weitere Anschlüsse müssen ebenfalls für die auftretenden Kräfte ausgelegt sein.

Führungslager isoliert planen

Festpunkte, Gleitlager und Führungslager beeinflussen sich gegenseitig. Eine Änderung an einem Lagerpunkt kann deshalb das Kraft- und Bewegungssystem der gesamten Rohrleitung verändern.

Welche Angaben werden für ein Führungslager benötigt?

Für die Auswahl oder Fertigung eines Führungslagers sollten möglichst vollständige technische Informationen vorliegen.

Hilfreich sind insbesondere:

• Rohrdurchmesser beziehungsweise Rohraußendurchmesser
• Rohrwerkstoff
• Gewicht der Rohrleitung
• Medium und Füllgewicht
• Dämmung und Ummantelung
• vertikale Lagerlast
• auftretende Querkräfte
• Betriebs- und Montagetemperatur
• erwarteter Bewegungsweg
• gewünschte Bewegungsrichtung
• benötigtes Führungsspiel
• Lagerabstände
• Lage der Festpunkte
• Anschluss an die Unterkonstruktion
• vorhandener Einbauraum
• gewünschter Werkstoff
• Korrosionsschutz
• Anforderungen an Gleitplatten
• Anforderungen an eine Abhebesicherung
• Zeichnung oder Rohrleitungsisometrie
• benötigte Stückzahl

Je vollständiger diese Angaben sind, desto genauer lässt sich beurteilen, ob eine vorhandene Standardausführung eingesetzt werden kann oder eine individuelle Konstruktion sinnvoll ist.

Grundlagen zu Lastannahmen und Bewegungswegen finden Sie ergänzend im Ratgeber Rohrlager berechnen.

Führungslager nach Zeichnung fertigen lassen

Nicht jede Rohrleitung lässt sich mit einer vorgegebenen Standardkonstruktion führen.

Abweichende Rohrdurchmesser, hohe Lasten, besondere Bauhöhen, große Bewegungswege oder begrenzte Einbauräume können eine individuelle Ausführung erforderlich machen.

Über Sonderanfertigungen im Rohrleitungsbau können beispielsweise Auflageflächen, Bauhöhen, Führungen, Materialstärken und Anschlussgeometrien projektspezifisch angepasst werden.

Für industrielle Anwendungen bietet sich außerdem die Produktgruppe Rohrschlitten an. Je nach Konstruktion und Zubehör können diese als Bestandteil von Gleit-, Führungs- oder Festpunktlösungen eingesetzt werden.

Weitere Rohrbefestigungen und Systemkomponenten finden Sie im Bereich Rohrbefestigung.

Führungslager als Teil einer sicheren Rohrleitungsplanung

Ein gutes Führungslager hält eine Rohrleitung nicht einfach nur an ihrer Position. Es gibt ihr gezielt die Bewegungsfreiheit, die für den jeweiligen Betriebszustand benötigt wird, und begrenzt gleichzeitig Bewegungen in unerwünschte Richtungen.

Für eine passende Ausführung müssen deshalb Rohrbewegung, vertikale Last, Querkräfte, Führungsspiel, Reibung, Werkstoff, Korrosionsschutz und Unterkonstruktion gemeinsam betrachtet werden.

Gerade bei thermisch beanspruchten oder hoch belasteten Rohrleitungen sollte die Führungsfunktion bereits bei der Planung des gesamten Lagerungskonzepts festgelegt werden. Im industriellen Rohrleitungsbau können Führungslager so mit Festpunkten, Gleitlagern und weiteren Rohrbefestigungen abgestimmt werden, dass die Leitung ihre vorgesehenen Bewegungen kontrolliert ausführt.

Häufige Fragen zu Führungslagern für Rohrleitungen

Was ist ein Führungslager bei einer Rohrleitung?

Ein Führungslager lässt eine vorgesehene Bewegung der Rohrleitung zu und begrenzt Bewegungen in anderen Richtungen. Bei geraden Leitungen wird häufig die axiale Bewegung zugelassen, während seitliches Ausweichen begrenzt wird.

Was ist der Unterschied zwischen einem Führungslager und einem Gleitlager?

Ein Gleitlager ermöglicht eine Verschiebung der Rohrleitung auf einer Gleitfläche. Ein Führungslager begrenzt diese Bewegung zusätzlich auf eine festgelegte Richtung. Ein Gleitlager kann durch ergänzende Führungsbauteile deshalb gleichzeitig eine Führungsfunktion übernehmen.

Was ist der Unterschied zwischen Führungslager und Festlager?

Ein Festlager verhindert die planmäßige Verschiebung der Rohrleitung an einem definierten Punkt. Ein Führungslager lässt dagegen eine festgelegte Bewegung weiterhin zu.

Warum benötigen Rohrleitungen Führungslager?

Führungslager sorgen dafür, dass thermische oder anderweitig vorgesehene Rohrbewegungen kontrolliert ablaufen und die Leitung nicht unkontrolliert seitlich ausweicht.

Wie groß muss das Spiel bei einem Führungslager sein?

Das erforderliche Führungsspiel hängt von Konstruktion, Abmessungen, Fertigungs- und Montagetoleranzen, Temperaturzuständen, Verformungen und dem jeweiligen Lagerungskonzept ab. Ein universell gültiger Wert kann deshalb nicht für jede Rohrleitung vorgegeben werden.

Welche Kräfte muss ein Führungslager aufnehmen?

Neben vertikalen Lasten aus Rohr, Medium, Dämmung und Anbauteilen können vor allem Querkräfte an den Führungsflächen auftreten. Je nach Konstruktion müssen außerdem Momente, dynamische Lasten und weitere Einwirkungen berücksichtigt werden.

Kann ein Rohrschlitten als Führungslager verwendet werden?

Ja. Ein Rohrschlitten kann durch seitliche Führungsplatten so geführt werden, dass die erforderliche Längsbewegung möglich bleibt und seitliche Verschiebungen begrenzt werden. STEBA bietet Rohrschlitten mit entsprechenden Führungs-, Gleit- und Zubehörteilen an.

Können Führungslager individuell gefertigt werden?

Ja. Wenn Standardabmessungen oder Standardkonstruktionen nicht ausreichen, können Führungselemente und Rohrschlitten hinsichtlich Bauhöhe, Materialstärke, Bewegungsweg, Anschlussgeometrie, Werkstoff und Oberfläche an die jeweilige Anwendung angepasst werden.