Schlauchliner: Wanddicke-Messregeln auf dem Prüfstand

OSTSTEINBEK, 30.06.2016 –  Zukünftig sollten Reinharzschichten in die Ermittlung der Wanddicke von GFK-Schlauchlinern einfließen. Das schlägt das Prüflabor Siebert + Knipschild auf der Grundlage von aktuellen wissenschaftlichen Untersuchungen vor.

Wanddickenmessung mit dem Messschieber
Wanddickenmessung mit dem Messschieber: Hier ist ein gutes Augenmaß gefragt. Die Reinharzschicht muss nach den aktuellen Regeln vor der mechanischen Prüfung rechnerisch von der Gesamtwanddicke abgezogen werden.

Reinharzschichten, wie sie im Herstellungsprozess auf der Baustelle häufig sind, wurden gemäß der geltenden Regelwerke bisher bei Prüfungen ignoriert und rechnerisch von der tatsächlichen Wanddicke abgezogen, da man eine geringe Wirkung auf die Steifigkeit vermutete. Die Folge: Sehr hohe E-Module, die auch „schon mal zu Anrufen von irritierten Auftraggebern führten“, wie Andreas Haacker, Geschäftsführer von Siebert + Knipschild, berichtet. Dabei können Reinharzschichten bei glasfaserverstärkten Linern – in Abhängigkeit von der Wanddicke – die mechanischen Kennwerte (E-Modul, Biegefestigkeit) erheblich beeinflussen, wie eine Bachelorarbeit des Maschinenbau-Studenten Simon zum Felde jetzt belegt. Reinharzschichten sollten in die Kennwertermittlung mit einfließen, lautet die Schlussfolgerung.

Eindeutige Aussage nach 600 Prüfungen


Nach rund 600 Prüfungen mit Proben unterschiedlicher Wanddicke, die zum Felde bei Siebert + Knipschild durchführte, stellte er fest: „Je größer der Anteil an der Reinharzschicht an der Wanddicke ist, desto größer ist auch die dadurch verbesserte Steifigkeit des gesamten tragenden Laminats. Der Zusammenhang zwischen dem Reinharzschicht-Anteil und dem E-Modul ist eindeutig linear“.
Das Arbeitsblatt DWA-A 143.3 regelt bisher für alle Prüflaboratorien einen einheitlichen Umgang mit Reinharzschichten. Liegt diese unter einem Anteil von 20 Prozent, dürfen sie nicht berücksichtigt werden – bei der Wertermittlung in der 3-Punkt-Biegung messen die Prüfer nur die gemessene Wanddicke der Tragstruktur. Bei Proben mit Reinharzschichten über 20 Prozent muss die Prüfung laut DWA verworfen werden und in Absprache mit dem Auftraggeber eine Zweitbeprobung erfolgen.
Simon zum Felde
Simon zum Felde (23) befasste sich in seiner Bachelor-Arbeit mit der Wanddickenbestimmung bei Glasfaserlinern.

Methode und Ergebnisse


Für den Test untersuchte der Hamburger, der Maschinenbau an der Hochschule für Angewandte der Wissenschaften (HAW) studiert, 25 Proben von fünf unterschiedlichen Glasfaser-Liningsystemen. Die vorhandenen Schichten wurden abgeschliffen und durch neue Reinharzschichten des gleichen Harztyps wieder aufgebracht, um reproduzierbar den Einfluss der Reinharzschichten herzustellen. Zum Felde verglich die E-Modul-Werte verschiedener Schichtdicken mit dem E-Modul der Probe ohne Reinharzschicht – und fand den eindeutigen Beleg für die Vermutung.
Das Diagramm zeigt den Einfluss von verschiedenen Reinharzschichtdicken auf die verwendeten Liner. Hierfür wurden die rechnerisch ermittelten Faktoren (Einzelwerte – nicht Mittelwerte) in Abhängigkeit von der äußeren Harzschichtdicke dargestellt. Im Rahmen der Untersuchungen wurde festgestellt, dass der Einfluss von Reinharzschichten erhebliche Auswirkungen auf den ermittelten E-Modul der Strukturschicht hat.

Ablösung der Harzschicht?


Die oft geäußerte Annahme, dass sich die Schichten unter Spannung ablösen und damit nicht tragfähig sind, wurde durch die Arbeit ebenfalls widerlegt. „Der Haftabzugsversuch zeigt, wie die hergestellte Verbindung ist. Laut Norm wurde der Wert für alle Schlauchliner erreicht. Bei den Prüfungen ist die Probe am Laminat gebrochen – nicht aber an der Reinharzschicht.“ Bestätigt hat der Student dies zudem über den theoretischen Ansatz über die Finite-Elemente-Methode (FEM).
Grafik E-Modul
Eindeutiges Ergebnis: Abhängig von der Reinharzschichtdicke steigt der E-Modul bei Labor-Linerproben.

Messverfahren im Visier


Ein weiteres Ergebnis der Arbeit betraf die praktische Messung der Wanddicke. Im Rahmen eines Ringversuchs im Labor wurde festgestellt, dass das Messen der Wanddicke jenseits der Reinharzschicht bei den verschiedenen Prüfern zu unterschiedlichen Ergebnissen führte. „Die Faserstruktur stellt sich unterhalb der Reinharzschicht in der Regel uneben dar. Je nach dem, wo der Messschieber angesetzt wird, wird eine um bis zu 12,5 Prozent höhere Wanddicke gemessen“, lautet zum Feldes Ergebnis. Erst nach einem Querschnitt der Probe, die unter dem Mikroskop die Unebenheiten zeigt, ließ sich ein Mittelwert der Wanddicke ermitteln. Die Empfehlung lautet daher, bei Unterschreitung der Wanddicke im Vergleich zur Herstellervorgabe nicht nur einen Längsschnitt, sondern einen Querschnitt der Probe vorzunehmen und die Wanddicke anhand der mikroskopischen Bewertung zu ermitteln.

Thema Wanddicke im Fokus der Prüflaboratorien


Dass bei Glasfaserlinern überhaupt Reinharzschichten entstehen, ist produktionsbedingt und oft nicht zu vermeiden. „Systembedingt sehen Hersteller eine Unterkonfektionierung vor, um Faltenbildung zu vermeiden. Dass dadurch Reinharzschichten auf den Lineraußenseiten entstehen können, ist eine Folge davon“, erklärt Haacker. Immer komplexer werdende Wandaufbauten der Produkte stellen zudem die Wanddickenmessung vor Herausforderungen. „Prüflaboratorien sind auf die Genauigkeit und Eindeutigkeit von Messergebnissen angewiesen. Künftig sollten tragfähige Schichten wie Reinharzschichten mit in das Messverfahren einbezogen werden. Damit ist eine höhere Genauigkeit und Eindeutigkeit der Prüfergebnisse möglich”. bi
Schichtdicke unterm Mikroskop
Dass die Wanddicke der Tragstruktur nicht immer eindeutig zu bestimmen ist, zeigt das Bild aus dem Mikroskop. Die Schichtdicke variiert je nach Messpunkt. | Fotos und Diagramm: Siebert + Knipschild


Einen ausführlichen Bericht lesen Sie in unserer aktuellen Ausgabe (3/16) der bi-UmweltBau.