PN-Nenndruck, Nenndruckstufe, Druckrate (PN = MIP, MOP, TOP, DP)

Die Nenndruckstufe PN bezeichnet für eine Rohrleitung mit Innendruck den höchstzulässigen Druck mit der ein Fluid die Rohrleitung belasten darf. Der Nenndruck ist gemeinsam mit der Rohr-Nennweite eine kennzeichnende Kenngröße für zueinander passende Rohrleitungsbauteile.

Die Angabe erfolgt nach DIN, EN, ISO durch die Bezeichnung PN (Pressure Nominal) gefolgt von einer dimensionslosen ganzen Zahl (ohne Angabe der Einheit),

  • die den Auslegungsdruck in bar,
  • für das Medium Wasser,
  • bei Raumtemperatur (20 °C) und
  • einer Betriebsdauer von 50 Jahren angibt.

    Bei höheren und tieferen Temperaturen ist, bedingt durch die Abnahme der zulässigen Werkstoffkennwerte (Streckgrenze, siehe nachstehendes Bild), der zulässige Druck entsprechend geringer.

    Praxisbeispiel:

    Druckrohrleitung nach PN 10 bedeutet: z.B. die höchstzulässige Innendruckbelastbarkeit des Rohres beträgt 10 bar, bei einer Standzeit von 50 Jahren und Wasser mit einer Temperatur von 20° C.

    PN-Nenndruck Spannungsdiagramm

    Bild: Spannungs-/Dehnungs-Diagramm für Kunststoffe
    Quelle: Lesch Consult, Würzburg

    Mit den neuen Normbezeichnungen zur Innendruckbelastbarkeit von Druckrohren und Druckformteilen aus Kunststoff ändern sich die bisherigen Angaben. Generell war es üblich, die Nenndruckstufe eines Kunststoffrohres in PN anzugeben.

    Nach neuer Normung wird die Bezeichnung PN (Pressure Nominal = Nenndruck)
    durch die Bezeichnungen SDR (Standard Dimension Ratio, Rohrkennzahl) oder S (Rohrserie, Rohrreihe, Rohrserienzahl) ersetzt, wobei folgende Abhängigkeit gilt:

    PN-Nenndruck Formel 1

    PN-Nenndruck Formel 2

    Wert Einheit Bezeichnung
    S ohne Rohrserienzahl, Rohrreihe
    e mm Wanddicke Rohr
    dn mm Außendurchmesser Rohr
    SDR ohne Standard Dimension Ratio, Rohrkennzahl


    Tabelle: Abkürzungen


    Nach DIN EN 1333 (Flansche und ihre Verbindungen - Rohrleitungsteile - Definition und Auswahl von PN) sind bestimmte Nenndruckstufen festgelegt:

    PN 2,5 - PN 6 - PN 10 - PN 16 - PN 25 - PN 40 - PN 63 - PN 100 - PN 160 - PN 250 - PN 320 - PN 400.

    In der Praxis werden aber auch Rohrleitungen mit anderen Nenndrücken eingesetzt.
    Beispielsweise bei PVC-Formteilen und PVC-Rohren gibt es auch PN 4 bzw. PN 12,5.
    Die im industriellen Rohrleitungsbau übliche Nenndruckstufung wird gemäß ISO 2944 angegeben.

    In direktem Zusammenhang mit der Nennweite einer Rohrverbindung steht die jeweilige Wandstärke des Rohres bzw. der Verbindungsteile zwischen den Rohren. Durch die allgemein übliche Angabe der Nennweite können Bauteile verschiedener Hersteller in einem System verwendet werden, wobei der zulässige Betriebsdruck sich immer nach dem Bauteil mit dem schwächsten Nenndruck richtet.

    Nach der Nenndruckstufe richtet sich die Wanddicke der Rohre und auch die Abmessungen der Flansche innerhalb der Rohrleitung. Durch die Angaben der Kombination Nenndruckstufe PN und Nennweite DN ist die Austauschbarkeit von Rohrleitungskomponenten wie Flansche, Ventile, Schieber usw. gewährleistet.

    Die zulässige Innendruckbelastbarkeit von Rohren orientiert sich darüber hinaus deutlich an unterschiedlichen Sicherheitskoeffizienten (C oder SF), was auch zu anderen Nenndrücken führt. So wurde beispielsweise bei der Normung für Rohre aus Polyethylen DIN 8074 (PE63, PE80, PE100 mit variablen Sicherheitskoeffizienten SF = 1,25; 1,6 (Medium Wasser) und SF = 2,0 (Medium Gas) vorgenommen.

    Bei Rohren aus Polypropylen gemäß DIN 8077 / 8078 ist der Sicherheitskoeffizient z.B. bei PP-H(100) stark temperaturabhängig.

    Berechnung des zulässigen Betriebsüberdrucks:

    PN-Nenndruck Formel 3

    S (Rohrserie) = 0,5 + (dn / e) - 1
    S (Rohrserie) = 0,5 + SDR - 1 weil SDR = dn / e
    σv = σU ≤ σZul.
    σv = MRS / C
    σZul. = σv / C

    PN-Nenndruck Formel 4

    Wert Einheit Bezeichnung
    e mm Wanddicke Rohr
    dn mm Außendurchmesser Rohr
    σv N/mm² = MPa* Vergleichsspannung = Umnfangspannung
    σZul. N/mm² = MPa* Zulässige Berechnungsspannung = Vergleichsspannung/Sicherheitsfaktor
    C = SF ohne Sicherheitsfaktor SF = Gesamtbetriebskoeffizient C
    p bar* Zulässiger Betriebsüberdruck
    MOP bar* Zulässiger Betriebsüberdruck (Maximum Operating Pressure)
    PN bar* Nenndruck
    f CRσ ohne Spannungsbezogener Resistenzfaktor (für Wasser ist f CRσ = 1)
    S ohne Rohrserienzahl, Rohrreihe
    SDR ohne Standard Dimension Ratio, Rohrkennzahl

    *Umrechnung: 1 MPa = 1 N/mm² = 10 bar
    Tabelle: Abkürzungen

    Hinweis: Aufgrund der Größe der Tabelle wird Ihnen hier nur ein Ausschnitt der Daten angezeigt. Die vollständige Tabelle können Sie sich durch anklicken der "Lupe" anzeigen lassen.

    Einsatzgebiet
    Werkstoff
    Norm
    σv (Wasser 20°C, 50 Jahre)
    C = SF Sicherheitsfaktor
    σZul. (Wasser 20°C, 50 Jahre)
    SDR
    41
    33
    26
    17,6
    17
    11
    9
    7,4


    Tabelle: Innendruckbelastbarkeit von Rohrsystemen aus Polyethylen für Trinkwasser & Gas
    Quelle: DIN 8074:19999-08 (Rohre aus Polyethylen [PE] - PE 63, PE 80, PE 100, PE-HD - Maße)
     

    Auf Grundlage der Europäischen Normung halten die geänderten Abkürzungen für Druckbegriffe auch im DVGW-Regelwerk Einzug. Die bisher verwendete Abkürzung "PN" für den maximalen Betriebsdruck und gleichzeitig für die Klassifizierung von Bauteilen für den maximal zulässigen Bauteilbetriebsdruck wird in Europa grundsätzlich nicht verwendet.

    Stattdessen gibt es eine große Anzahl von anderen Abkürzungen (MIP, MOP, TOP, ...), deren Bedeutung in der Gas- bzw. Wasserversorgung teilweise sogar unterschiedlich beschrieben wird. Beispielsweise steht STP in der Gasversorgung für den Festigkeitsprüfdruck (Strength Test Pressure), in der Wasserversorgung wird die Abkürzung STP als Systemprüfdruck (System Test Pressure) beschrieben.

    Häufig wird in Deutschland immer noch die alte Abkürzung "PN" benutzt. Ziel muss es aber sein, die neuen Begrifflichkeiten in die gelebte Praxis zu übernehmen. In den Unternehmen muss mit den neuen Abkürzungen gearbeitet werden, um Missverständnisse auszuschließen.

    Kompaktes Nachschlagewerk als Arbeitshilfe für die wichtigsten Abkürzungen und deren Bedeutung in der Gas- und Wasserversorgung.


    Arbeitshilfe: Druckbegriffe in der Gasversorgung

    Abkürzung Begriff Bedeutung
    DP Auslegungsdruck Druck, auf dem die Auslegungsberechnung beruht (Desing Pressure). Meist gilt DP = MOP
    MOP Maximal zul. Betriebsdruck Maximal zul. maximaler Druck mit dem ein Sysem unter normalen Bedingungen (keine Störungen) ständig betrieben werden kann (Maximum Operating Pressure).
    OP Betriebsdruck Druck, der in einem System unter normalen Betriebsbedingungen auftritt (Operating Pressure).
    TOP Temporärer Betgriebsdruck Druck, mit dem ein System durch Regeleinrichtungen (kontrolliert) vorübergehend betrieben werden kann (Temporary Operating Pressure).
    MIP Grenzdruck im Störfall Maximaler durch Sicherheitseinrichtungen begrenzter Druck, der in einem System kurzzeitig auftreten kann. Grenzdruck im Störfall (Maximum Incidental Pressure).
    STP Festigkeitsprüfdruck Druck, der während der Festigkeitsprüfung auf ein System einwirkt (Strength Test Pressure).
    CTP Kombinierter Prüfdruck Druck, mit dem nachgewiesen wird, dass ein System der mechanischen Festigkeit und Dichtheit genügt (Combined Test Pressure).
    TP Prüfdruck Prüfdruck für Dichtheitsprüfung (Test Pressure).


    Quelle: DVGW G 491
     

    Abkürzung Begriff Bedeutung
    DP Systembetriebsdruck Höchster vom Betreiber festgelegter Betriebsdruck des Systems oder einer Druckzone unter Berücksichtigung zukünftiger Entwicklungen, jedoch ohne Berücksichtigung von Druckstößen (Design Pressure).
    MDP Höchster Systembetriebsdruck Höchster vom Betreiber festgelegter Betriebsdruck des Systems oder einer Druckzone unter Berücksichtigung zukünftiger Entwicklungen und Druckstößen (Maximum Design Pressure).
    STP Systemprüfdruck Hydrostatischer Druck, der für die Prüfung der Unversehrtheit und Dichtheit einer neu verlegten Rohrleitung angewandt wird (System Test Pressure).
    OP Betriebsdruck Innendruck, der zu einem bestimmten Zeitpunkt an einer bestimmten Stelle im Wasserversorgungssystem auftritt (Operating Pressure).
    SP Versorgungsdruck Innendruck bei Nulldurchfluss in der Anschlussleitung an der Übergabestelle zum Verbraucher (Service Pressure).
    PFA Zulässiger Bauteilbetriebsdruck Höchster hydrostatischer Druck, dem ein Rohrleitungsteil im Daurbetrieb standhält (Pression de Fonctionnement Admissible).
    PMA Höchster zulässiger Bauteilbetriebsdruck Höchster zweitweise auftretender Druck inkl. Druckstoß, dem ein Rohrleitungsbauteil standhält (Pression Maximale Admissible).
    PEA Höchster hydrostatischer Druck Höchster hydrostatischer Druck, dem ein neu installiertes Bauteil für relativ kurze Zeit standhält, um die Unversehrheit und Dichtheit der Rohrleitungen sicherzustellen (Pression´Epreuve Admissible sur chantiert).


    Quelle: DVGW W 400-1