Über die Lebensdauer von Rohrdichtungen

DIE LEBENSDAUER VON ROHRDICHTUNGEN

Bis Anfang der 1960er Jahre wurden die meisten Abwasserkanalrohre hauptsächlich mit Hilfe von geteertem Garn mit einer Zementmörtel-Verkleidung aneinandergefügt. Um erfolgreich zu sein, hingen diese Verbindungen sehr stark von den Fähigkeiten und der Sorgfalt des Installateurs ab und waren nach Fertigstellung komplett starr, ohne Flexibilität für nachträgliche Erdbewegung. 

Im Laufe der 1960er Jahre begann die Wende, weg von den starren, hin zu "flexiblen" Verbindungen – entwickelt, um auftretende Zugkräfte, Winkelablenkungen, Rohrverformungen sowie querlaufende Scherbeanspruchungen besser kompensieren zu können,  ohne nachfolgende Undichtigkeiten oder ein Versagen der Verbindung. Ursprünglich wurde Naturkautschuk verwendet. Doch zum Schutz gegen mikrobiologischen Zerfall ersetzten ihn schon bald synthetische Verbundmaterialien.


Die Aufgaben einer funktionierenden Rohrdichtung

Hauptkriterien bei der Entwicklung von Rohrleitungsverbindungen sind:

  • Dichtheit gegen Infiltration und Exfiltration
  • Mühelose und sichere Montage vor Ort
  • Lange Haltbarkeit

Viele Jahre im Fokus standen nur die ersten beiden Anforderungen, aber inzwischen wird die langfristige Haltbarkeit immer wichtiger, da moderne Rohrleitungsnetze oftmals mehr als 100 Jahre betriebsstörungsfrei funktionieren müssen. 


Lebensdauer von Rohrleitungsverbindungen

Eine Rohrleitungsverbindung muss während ihrer Betriebsdauer zuverlässig wasserdicht sein.  Ein wichtiger Faktor spielt dabei die dauerhafte Aufrechterhaltung der physikalischen Eigenschaften der eingebauten Dichtung. Deshalb sollten Dichtungsmaterialien die festgelegten technischen Standards erreichen, besser noch, sie übertreffen. 

Beim Montieren einer Verbindung wird die Kautschukdichtung in einen vorgeformten Ring zwischen Stutzen und Muffe hinein gepresst. Durch diesen Pressvorgang wird Kontaktdruck aufgebaut, der von der Dichtung gegen die Verbinderoberfläche wirkt. Dieser Kontaktdruck muss den Betriebsdruck innerhalb und außerhalb der Verbindung übersteigen, um Undichtigkeit oder das Eindringen von Flüssigkeiten durch die Verbindung wirkungsvoll zu verhindern. 

Kautschuk-Whitepaper - Die Lebensdauer von Rohrdichtungen, Trelleborg

Der Kontaktdruck in einer Verbindung verringert sich mit der Zeit durch nachlassende Spannung des Kautschuks, da dieser einen Teil der beaufschlagten Druckspannung durch Neuorientierung der Polymerketten im Kautschukmaterial abgibt. Diese Neuorientierung ist nicht-elastisch und resultiert in dauerhafter Reduzierung des Kontaktdrucks. 

Abbildung 1 stellt den anfänglichen Dichtungsdruck bei der Erstmontage der Verbindung dar (t=0 Sek). Der reduzierte Dichtungsdruck nach Spannungsreduktion (t=x).

Trelleborg hat kürzlich eine Lebenszeitstudie zu für Rohrdichtungen verwendetem EPDM-Kautschuk in Auftrag gegeben. Die Spannungsrelaxation unter Druck wurde als kritischer Wert ausgewählt. Dieser wird durch physikalische und chemische Relaxation verursacht. 

Sobald die Rohrdichtung montiert ist, entsteht eine physikalische Relaxation der Kautschukdichtung, die ungefähr 30 Minuten dauert.  Danach ist die Dichtungskraft relativ stabil. Es ist dieser Wert für die Dichtungskraft, der dann als Schätzwert der effektiven Dichtungslebensdauer verwendet wird. 


Die verwendeten Standardprüfverfahren sind:

  • ISO 11346. Kautschuk, vulkanisiert oder Thermoplast. Schätzung der Lebensdauer und Maximaltemperatur bei Verwendung. 
  • ISO 3384. Kautschuk, vulkanisiert aus Thermoplast. Ermittlung der Spannungsrelaxation unter Kompression. 

Kautschuk-Whitepaper - Die Lebensdauer von Rohrdichtungen, Trelleborg

Der Schwellenwert wird als maximal zulässige Relaxation für die Anwendung gewählt. Üblicherweise werden 50 % des Anfangswertes ausgewählt (siehe ISO 11346, Abschnitt 6).

Verbundmaterialien hoher Qualität zeigen im Vergleich zu Materialien niedriger Qualität weniger Relaxation. Ein hochqualitatives Verbundmaterial wird einen hohen Polymergehalt besitzen, einen niedrigen Druckverformungsrest, geringe Spannungsrelaxation, eine gute Querverbindungsdichtung sowie ein gutes Vulkanisierungssystem. 

Abbildung 2 zeigt die Grafiken für 40- und 50-prozentige Spannungsrelaxation.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Lebenszeit von Trelleborgs für Rohrdichtungen verwendeten EPDM-Kautschuk eine Lebenszeit von mehr als 500 Jahren erreicht. 


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