Kriechverhalten Zeitstandinnendruckversuch

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Kriechverhalten Zeitstandinnendruckversuch

Allgemeines

Der Zeitstandinnendruckversuch wird für die Untersuchung von Kunststoffbauteilen unter Innendruck, wie Rohre, Fittings, Schläuche u. a., für langzeitige Beanspruchungen verwendet und ist damit eigentlich der Bauteilprüfung zuordenbar. Das Einsatzgebiet der PVC-, PE-, PP-, PB- als auch von vernetzten PE (PE-X)- oder GFK-Werkstoffen (siehe Kurzzeichen Kunststoffe) mit Druckbeanspruchung sind dabei insbesondere die Chemie- und Sanitärindustrie als auch die Trinkwasserversorgung. Die wesentliche messtechnische Voraussetzung besteht in der Erzeugung eines regelbaren Innendrucks des gefüllten Rohrabschnitts bei gleichzeitiger klimatischer Beanspruchung durch Temperatur und Medien [1].

Zeitstandprüfstand für Innendruckversuche

Ein Beispiel für einen Zeitstandversuch mittels Innendruckbelastung für Rohrsegmente ist in Bild 1 dargestellt.

Bild 1:

Schematische Darstellung der Erfassung der zeitabhängigen Dehnung von Kunststoffen im Zeitstandinnendruckversuch mittels Zeitstandprüfstand

Der Innendruck kann auf die Rohrabschnitte mittels Druckluft aufgebracht werden, wobei der jeweilige Druck durch Manometer und Druckventile kontrolliert und geregelt wird. Die unter Druck stehenden Ausgleichgefäße dienen zur Kompensation von Druckverlusten infolge Leckagen oder dem Bruch der Rohrsegmente. Die mit einem praxisrelevanten Medium gefüllten Zwischenbehälter befinden sich in einem Temperierbehälter, der als Wärmeträger Wasser oder Silikonöl enthält. Entstehende Druckverluste während der Beanspruchung werden über Leckdetektoren angezeigt. Derartige Prüfständen können auch zur Untersuchung des Berstverhaltens von Rohr- oder Behälterabschnitten verwendet werden, wobei aufgrund der Kompressibilität der Druckluft eine Schutzeinrichtung vorhanden sein muss [2].

Bestimmung der Innendruckfestigkeit

Prüf- und Auswertegrundlagen für Zeitstandinnendruckversuche sind hauptsächlich durch die Normen [3–11] definiert, wobei die Aufnahme von temperaturabhängigen Zeitstandinnendruck-Diagrammen im Allgemeinen mit einem hohen zeitlichen und technischen Aufwand verbunden ist. Die Zeitstandinnendruckfestigkeit wird bei definierten Zeiten durch die Innendruckfestigkeit als Vergleichsspannungswert nach der modifizierten Kesselformel bestimmt, die sich nach Gl. (1) berechnet.

$\sigma _{v}={\frac {p_{i}(d_{a}-s_{min})}{2s_{min}}}$

(1)

mit:

da

=

mittlerer Rohrdurchmesser

smin

=

minimale Rohrwanddicke

σv

=

Vergleichsspannung

pi

=

Rohrinnendruck

Das Zeitstandinnendruck-Schaubild

Da bei diesen Rohren eine Mindestgebrauchsdauer von 50 bis teilweise schon 100 Jahren zu garantieren ist, müssen unter den konkreten Gebrauchsbedingungen (Mindest-Vergleichsspannung bzw. Innendruck, Temperatur und Medium) zumeist über die Belastungsdauer hinausgehende Extrapolationen z. B. nach der DIN EN ISO 9080 [5] vorgenommen werden. Ein Beispiel für ein Zeitstandinnendruck-Schaubild in Abhängigkeit von der Temperatur ist für Polypropylen (Kurzzeichen: PP) in Bild 2 dargestellt, wo zu erkennen ist, dass mit ansteigender Prüftemperatur die Standzeit deutlich reduziert wird.

Bild 2:

Zeitstandinnendruck-Schaubild von PP für unterschiedliche Prüftemperaturen

Literaturhinweise

[1]	Höninger, H.: Statisches Langzeitverhalten. In: Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 634–660 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe AMK-Büchersammlung unter A 18)
[2]	DIN EN 921 (1995-01): Kunststoff-Rohrleitungssysteme – Rohre aus Thermoplasten – Bestimmung des Zeitstand-Innendruckverhaltens bei konstanter Temperatur (zurückgezogen)
[3]	DIN 16887 (1990-07): Prüfung von Rohren aus thermoplastischen Kunststoffen – Bestimmung des Zeitstand-Innendruckverhaltens
[4]	DIN EN ISO 9967 (2016-07): Thermoplastische Rohre – Bestimmung des Verformungsverhaltens
[5]	DIN EN ISO 9080 (2013-02): Kunststoff-Rohrleitungs- und Schutzrohrsysteme – Bestimmung des Zeitstand-Innendruckverhaltens von thermoplastischen Rohrwerkstoffen durch Extrapolation
[6]	DIN EN 12106 (1997-11): Kunststoff-Rohrleitungssysteme – Rohre aus Polyethylen (PE) – Bestimmung der Widerstandsfähigkeit gegen Innendruck nach Abquetschen
[7]	DIN 53759 (1975-02): Prüfung von Kunststoff-Fertigteilen – Zeitstand-Innendruckversuch an Hohlkörpern (zurückgezogen)
[8]	DIN EN ISO 1167-1 (2006-05): Rohre, Formstücke und Bauteilkombinationen aus thermoplastischen Kunststoffen für den Transport von Flüssigkeiten – Bestimmung der Widerstandsfähigkeit gegen inneren Überdruck – Teil 1: Allgemeines Prüfverfahren
[9]	DIN EN ISO 1167-2 (2006-05): Rohre, Formstücke und Bauteilkombinationen aus thermoplastischen Kunststoffen für den Transport von Flüssigkeiten – Bestimmung der Widerstandsfähigkeit gegen inneren Überdruck – Teil 2: Vorbereitung der Rohr-Probekörper
[10]	DIN EN ISO 1167-3 (2008-02): Rohre, Formstücke und Bauteilkombinationen aus thermoplastischen Kunststoffen für den Transport von Flüssigkeiten – Bestimmung der Widerstandsfähigkeit gegen inneren Überdruck – Teil 3: Vorbereitung der Rohrleitungsteile
[11]	DIN EN ISO 1167-4 (2008-02): Rohre, Formstücke und Bauteilkombinationen aus thermoplastischen Kunststoffen für den Transport von Flüssigkeiten – Bestimmung der Widerstandsfähigkeit gegen inneren Überdruck – Teil 4: Vorbereitung der Bauteilkombinationen