IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 13/1999, Seite 36 ff.
SANITÄRTECHNIK
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Ergebnisse des Prüfberichts
Zur werkstoffbezogenen Austauschbarkeit von Polypropylen PP-R Typ 3 Werkstoffsystemen
Im Auftrag des ZVSHK untersuchte das Süddeutsche Kunststoff-Zentrum die Schweißeignung unterschiedlicher Trinkwasser-Installationen aus dem Werkstoff Polypropylen PP-R Typ 3 (nach DIN 8077 neue Bezeichnung PP-R 80) und somit die problemlose Austauschbarkeit von Verbindern nach DVGW Arbeitsblatt W 534 und Rohren nach DVGW Arbeitsblatt W 544.
Die Ergebnisse des Prüfzeugnisses Nr. 33563/98 vom 20. Mai 1998 des SKZ in Würzburg bestätigen vorliegende Praxiserfahrungen sowie die Erkenntnisse des ZVSHK, daß durch Austauschen von DVGW registrierten Komponenten Verbinder und/oder Rohr verschiedener Hersteller die Festigkeitseigenschaften und die Schweißeignung erhalten bleibt.
Seitdem in der Trinkwasserinstallation für den Einsatzbereich Kalt- und Warmwasser neue Werkstoffe und neue Verbindungstechniken angewendet werden, bestehen zwischen Herstellern und Verarbeitern — Installateuren — teilweise unterschiedliche Auffassungen und Bewertungen hinsichtlich der werkstoffbezogenen Austauschbarkeit, die für den Verarbeiter bei Kupferrohrsystemen (Rohr-/Lötfittings und auch Preßverbindungen) sowie verzinkten Stahlrohrsystemen (Rohr-/Tempergußfittings) bislang absolut üblich war und auch entsprechend praktiziert wird.
Einige Hersteller vertreten dabei eher die von den Verarbeitern favorisierte werkstoffbezogene Austauschbarkeit, während andere Hersteller eine Herstellersystembindung propagieren. Hierbei handelt es sich meist um Hersteller, die Rohre und Verbinder herstellen bzw. vertreiben. Ihrer Auffassung nach dürfen Rohre und Verbinder, die eine Herstellerkennzeichnung (System-Registrierung) tragen, nur in der vom Hersteller dem Markt zur Verfügung gestellten Kombination ohne Einschränkung der Funktionssicherheit verarbeitet werden. Nach Bewertung durch den ZVSHK sind jedoch für diese Auffassung eher wirtschaftliche und weniger technische Gründe ausschlaggebend.
Die Fachgremien des ZVSHK haben sich nach ausführlicher Diskussion eindeutig für eine wertstoffbezogene Austauschbarkeit ausgesprochen. Das bedeutet, daß Verbinder oder Rohre verschiedener Hersteller ohne Einschränkung der Funktionssicherheit kombiniert werden sollen, sofern Sie den Anforderungen der zugehörigen Normen bzw. DVGW-Arbeitsblätter entsprechen. Diese fachliche Bewertung wurde zudem durch einen Beschluß der europäischen Installateurverbände im November 1997 bestätigt.
Vor diesem Hintergrund hat es der ZVSHK für notwendig erachtet, eine Prüfung zu veranlassen, um die Austauschbarkeit normgerechter und DVGW-registrierter Komponenten innerhalb eines Werkstoffsystems festzustellen. Mit der Prüfung wurde das Süddeutsche Kunststoff-Zentrum in Würzburg beauftragt, wobei die Untersuchungen an marktgängige Polypropylenrohre und Verbinder der Hersteller Bänninger, Aquatherm, Polymelt und Rafeld zugrunde gelegt wurden.
Probe Nr. | Anzahl | Dimension mm | Benennung | Farbe |
1 | 6 x 1 m | 32 x 5,4 | Rohre aus PP-R | hellgrün |
2 | 8 x 1 m | 32 x 5,4 | Rohre aus PP-R | grün |
3 | 6 x 1 m | 32 x 5,4 | Rohre aus PP-R | curry |
4 | 6 x 1 m | 32 x 5,4 | Rohre aus PP-R | grau |
Kennzeichnung des Versuchsmaterials
Probe Nr. 1: aquatherm fusiotherm 32 x 5,4 Art. Nr. 10012 PP-Typ 3 DIN 8077/78
DVGW TS 332 PN 20 (67 Grad Celsius) 1126/92 ÖVGW W 1.110 TW SVGW
Spec 402 LN W 203 MADE in GERMANY 30.09.97 15:51 M-10-316
Probe Nr. 1.1: a 
32 PP-R Typ 3 97 1"
Probe Nr. 1.2: a 32 PP-R Typ 3
Probe Nr. 1.3: a PP-R Typ 3
Probe Nr. 2: B M R PP-R DIN 8077/78 PN 20 32 x 5,4 19.03.96 Meterzahl Made in Germany
Probe Nr. 2.1: PP-R P3 BR 31-1" 12/97
Probe Nr. 2.2: BR PP-R 32 P 3
Probe Nr. 2.3: 32 PP-R P
Probe Nr. 3: 32 x 5,4 Polymutan PPR PN 20 10Bar/67C (50a) DVGW TS 334 SKZ
DIN 8077/78 A 1 OEVGW W 1118 UNE 53380 Made in Germany X 26.07.97 08:32
Probe Nr. 3.1: IQ 32 3 PP-R
Probe Nr. 3.2: 1 PP-R
Probe Nr. 3.3 PP-R 32 L P
Probe Nr. 4: TERSIA PP Typ 3 PN 20 32 x 5,4 DIN 1988 8077/78 ÖN B 5174 AS
94095 UNI 53380 67C/10bar 70C/8bar 19.11.97 Geprüft: DVGW TS 330 ÖVGWW
1.161 WATERMARK Spec 402 Lic 237 Made in Germany
Probe Nr. 4.1: 32 PP R
Probe Nr. 4.2: 32 PP R
Probe Nr. 4.3: 32 PP R
Die einzelnen Prüfungen wurden in allen denkbaren Kombinationen zwischen Verbindern und Rohren vorgenommen. Die Schweißverbindungen wurden von SKZ-Mitarbeitern mit Schweißausbildung nach dem DVS Merkblatt 2207 Teil 1 ausgeführt.
Die Ergebnisse der Prüfung haben für die eingesetzten Rohre und Verbinder eine Austauschbarkeit bestätigt. Zweifel an der nach dem DVGW-Arbeitsblatt W 534 geforderten dauerhaften Dichtheit unter den im Betrieb auftretenden Beanspruchungen wurden dabei ausgeräumt. Bei den mikroskopischen Untersuchungen der Schweißzonen wurden keine Auffälligkeiten festgestellt. Diese Untersuchungsergebnisse bestätigen die vom ZVSHK vertretene fachliche Auffassung, daß bei gleichem Werkstoffsystem DVGW registrierte Rohre und Verbinder untereinander kombiniert werden können.
Das Ergebnis der Prüfung bestätigt darüber hinaus den Sinn und Zweck der Normung, für vergleichbare Produkte mit identischem Verwendungszweck, einheitliche Anforderungen aufzustellen und im Wege von Prüfungen sicherzustellen. Ein Abgehen von diesem Grundsatz durch Herstellersystembindungen würde die Normung in weiten Bereichen entbehrlich machen, was weder von der Verarbeiterseite noch von anderen an den Wirtschaftskreis "Haustechnik" Beteiligten gewollt sein kann.
1. Auftrag
Der Zentralverband Sanitär Heizung Klima, Rathausallee 6 in 53757 St. Augustin beauftragte das Süddeutsche Kunststoff-Zentrum — SKZ — mit Untersuchung der Festigkeitseigenschaften bzw. Schweißeignung bei Trinkwasser-Installationen aus unterschiedlichen Polypropylen Typ 3 (PP-R) Werkstoffen. Der Prüfauftrag erfolgte schriftlich am 9.12.1997.
2. Versuchsmaterial
Das nachfolgend aufgeführte Versuchsmaterial wurde dem SKZ zugesandt und lag seit dem 11.12.1997, 15.12.1997 bzw. 12.1.1998 zur Prüfung vor.
Prüftemperatur | Lagermedium | Prüfüberdruck | Beanspruchungsdauer (PP-R) |
20°C | Wasser | 65 bar (3,2 x PN) | Mindeststandzeit 1 Stunde |
95°C | Wasser | 14 bar (0,7 x PN) | Mindeststandzeit 1000 Stunden |
110°C | Luft | 7,6 bar (0,38 x PN) | Mindeststandzeit 8760 Stunden |
3. Versuchsdurchführung
Die Untersuchung sollte die Basis für die Beurteilung der Festigkeitseigenschaften bzw. Schweißeignung von Trinkwasser-Installationen aus unterschiedlichen Polypropylen (PP-R) Typ 3 Werkstoffen sein.
Hierzu wurden bei verschiedenen Sanitärgroßhändlern bzw. bei den Herstellerfirmen das bereits genannte Versuchsmaterial von ZVSHK eingekauft und dem SKZ zur Verfügung gestellt.
Anschließend wurden von Mitarbeitern des SKZ, welche eine DVS-Schweißerausbildung haben, 16 Probekörper aus dem angelieferten Versuchsmaterial zusammengeschweißt. Die Kombination der Bauteile kann der nachfolgenden Skizze entnommen werden. Für die Ausführung der Schweißarbeiten wurde das DVS-Merkblatt 2207, Teil 11 als Arbeitsgrundlage herangezogen.
An den verschweißten Probekörpern wurde das folgende Versuchsprogramm durchgeführt:
Sofern nicht anders vermerkt, erfolgten sämtliche Prüfungen bei Normalklima 23/50-2 nach DIN 50014 (1985.07) "Klimate und ihre technische Anwendung; Normklimate" und einer Lagerung von mindestens 48 Stunden in diesem Klima.
3.1 Mikroskopie
Zur Beurteilung der Homogenität der Verbindungen wurden aus den Bereichen der Schweißzonen Dünnschnitte (0,01 mm Dicke) entnommen. Die Untersuchungen wurden mittels Durchlichtmikroskopie, bei Vergrößerungen von V = 57fach durchgeführt.
3.2 Zeitstand-Innendruckversuche
Um eine praxiskonforme Belastung der Probekörper zu gewährleisten, wurden Zeitstand-Innendruckversuche durchgeführt. Hierbei sollten die Langzeitbeständigkeit sowie die Schweißeignung der verschiedenen Systeme untereinander untersucht werden.
Als Prüfgrundlage für die Zeitstand-Innendruckversuche dient die DIN 8078 ("Rohre als Polypropylen (PP) — Allgemeine Güteanforderung, Prüfung") in der Ausgabe April 1996. Im Abschnitt 4.4, Tabelle 1 sind die folgenden Festigkeitseigenschaften beim Zeitstand-Innendruckversuch vorgegeben.
Der Prüfüberdruck für den Zeitstand-Innendruckversuch bei 110°C, über 8760 Stunden wurde gemäß dem DVGW Arbeitsblatt W 534, Abschnitt 7.2, ermittelt.
Hinweis: Eine Prüfung der Bauteile (Muffen) bei 110°C ist in Regelwerken, welche in Deutschland gültig sind, nicht vorgesehen. Um eine bessere Zeitraffung zu erzielen, wurde die Bedingung trotzdem gewählt.
3.3 Oxidationstemperatur
Prüfung der Oxidationstemperaturen mit Entnahme von Durchschnittsproben aus der Kernzone der Rohr- und Muffenwand sowie aus der Schweißzone der jeweiligen Werkstoffpaarung. Die Oxidationstemperatur wurde mittels Differenzthermoanalyse (DSC) ermittelt. Die Erwärmung erfolgte mit einer Heizrate von 10°C/min unter Sauerstoff bis zum Eintritt der Oxidation (exotherme Reaktion). Zur statischen Absicherung wurden Dreifachbestimmungen durchgeführt. Die Bewertung der Temperaturen erfolgte im Anlieferzustand und nach dem Zeitstand-Innendruckversuch bei 110°C, über 8760 Stunden.
4. Versuchsergebnisse
4.1 Mikroskopische Untersuchung des Werkstoffgefüges
Bei der Begutachtung der Schweißzonen wurde in allen Bereichen eine homogene Verbindung zwischen den Formteilen und Rohren festgestellt. Als Beispiel für das vorgefundene Gefügebild ist im nachfolgenden Bild die Schweißzone zwischen dem hellgrünen Rohr (Probe Nr. 1) und einer curry-farbenen Muffe (Probe Nr. 3.2) dargestellt.
Die Gefügestruktur im Bereich der Schweißzone ist unauffällig. Die Fügezonen sind gut verschweißt und zeigen keine Lufteinschlüsse oder Überhitzungsbereiche.
4.2 Zeitstand-Innendruckversuche
Die Probekörper Nr. 1 bis 4 wurden bei 20 °C im Wasserbad und einem Prüfüberdruck von 64 bar geprüft. Nach dem zwanzigfachen der Mindeststandzeit wurden alle Versuche mit positivem Ergebnis abgebrochen.
Eine weitere Prüfung des Verhaltens beim Zeitstand-Innendruckversuch erfolgte bei 95°C im Wasserbad und einem Prüfüberdruck von 14 bar. Auch hierbei wurden die Versuche an den Probekörpern Nr. 1 bis 4 nach dem Erreichen der doppelten Mindeststandzeit mit positivem Ergebnis abgebrochen.
Probe Nr. | Bereich | Istwert in °C vor dem Zeitstand-Innendruckversuch | Istwert in °C nach dem Zeitstand-Innendruckversuch | ||
| s |
| s | ||
Probekörper Nr. 1 (Rohr hellgrün mit verschiedenen Muffen) | |||||
1 | Rohr | 250 | 0,00 | 224 | 1,00 |
1.2 | Muffe | 250 | 0,00 | 232 | 2,08 |
2.2 | Muffe | 250 | 0,58 | 230 | 0,58 |
3.2 | Muffe | 248 | 0,00 | 231 | 1,00 |
4.2 | Muffe | 255 | 0,58 | 241 | 0,58 |
1.2 | Schweißzone | 250 | 0,58 | 232 | 0,00 |
2.2 | Schweißzone | 250 | 0,00 | 232 | 0,58 |
3.2 | Schweißzone | 249 | 0,00 | 231 | 1,15 |
4.2 | Schweißzone | 252 | 0,58 | 242 | 0,58 |
Probekörper Nr. 2 (Rohr dunkelgrün mit verschiedenen Muffen) | |||||
2 | Rohr | 233 | 4,16 | 202 | 7,00 |
1.2 | Muffe | 250 | 0,00 | 231 | 0,58 |
2.2 | Muffe | 250 | 0,58 | 223 | 2,08 |
3.2 | Muffe | 248 | 0,00 | 227 | 2,08 |
4.2 | Muffe | 255 | 0,58 | 228 | 1,00 |
1.2 | Schweißzone | 240 | 1,53 | 231 | 1,53 |
2.2 | Schweißzone | 243 | 4,04 | 225 | 2,52 |
3.2 | Schweißzone | 236 | 3,61 | 228 | 1,00 |
4.2 | Schweißzone | 238 | 1,73 | 229 | 1,00 |
Probekörper Nr. 3 (Rohr curry mit verschiedenen Muffen) | |||||
3 | Rohr | 252 | 1,15 | 229 | 3,21 |
1.2 | Muffe | 250 | 0,00 | 236 | 1,15 |
2.2 | Muffe | 250 | 0,58 | 227 | 1,00 |
3.2 | Muffe | 248 | 0,00 | 233 | 1,73 |
4.2 | Muffe | 255 | 0,58 | 237 | 2,00 |
1.2 | Schweißzone | 250 | 2,31 | 232 | 3,06 |
2.2 | Schweißzone | 251 | 0,00 | 229 | 1,15 |
3.2 | Schweißzone | 242 | 12,10 | 233 | 1,00 |
4.2 | Schweißzone | 253 | 1,0 | 236 | 2,65 |
Probekörper Nr. 3 (Rohr grau mit verschiedenen Muffen) | |||||
4 | Rohr | 253 | 1,00 | 226 | 2,08 |
1.2 | Muffe | 250 | 0,00 | 236 | 1,00 |
2.2 | Muffe | 250 | 0,58 | 228 | 0,00 |
3.2 | Muffe | 248 | 0,00 | 232 | 1,00 |
4.2 | Muffe | 255 | 0,58 | 231 | 1,00 |
1.2 | Schweißzone | 251 | 0,58 | 233 | 0,58 |
2.2 | Schweißzone | 252 | 0,00 | 229 | 2,65 |
3.2 | Schweißzone | 249 | 0,58 | 230 | 2,08 |
4.2 | Schweißzone | 254 | 0,58 | 233 | 1,00 |
Zur Untersuchung des Werkstoff — Langzeitverhaltens im Zeitstand-Innendruckversuch wurden weitere Probekörper (Nr. 1 bis 4) bei 110°C im Umluft-Wärmeschrank, bei 7,6 bar (0,38 x PN) geprüft.
Bei den Probekörpern 2 und 4 wurden die maximale Prüfzeit von 8760 Stunden ohne Brüche an den Probekörpern erreicht.
Am Probekörper Nr. 1 trat nach 6701 Stunden ein Bruch am Bauteil auf. Alle weiteren Proben am Probekörper Nr. 1 erreichten ebenfalls die Prüfzeit von 8760 Stunden. Bei Probekörper Nr. 4 traten an Probe Nr. 3.2 nach 6785 Stunden und bei Probe Nr. 4.2 nach 4475 Stunden ein Bruch in den Bauteilen auf. Alle weiteren Proben am Probekörper Nr. 1 erreichten die Prüfzeit von 8760 Stunden ohne Bruch.
Nach dem Trennen der Probekörper für die DSC-Analyse, wurden Anrisse in nahezu allen Bauteilen gefunden.
In den Schweißzonen waren keine Risse vorhanden.
Hinweis: Eine Prüfung der Bauteile (Muffen) bei 110°C ist in Regelwerken, welche in Deutschland gültig sind, nicht vorgesehen!
Die Verformung der Formteile ist unter den Versuchsbedingungen höher als sie in 50 Jahren Betriebszeit auftreten kann. Deshalb sind die Risse, die in Umfangsrichtung auftreten, kein Maß für die Qualität und Lebenserwartung der Rohrleitungssysteme. Die Beanspruchung im Bereich des Schweißwulstes ist für die Praxis untypisch.
4.3 Prüfung der Oxidationstemperatur
5. Zusammenfassung
Bei den mikroskopischen Untersuchungen der Schweißzonen wurden keine Auffälligkeiten festgestellt.
Die Anforderungen für die Zeitstand-Innendruckversuche gemäß DIN 8078, Abschnitt 4.4, Tabelle 1 wurden erfüllt. Alle Zeitstandbrüche lagen außerhalb der Schweißzonen, in den Bauteilgrundkörpern.
Die Änderung der Oxidationstemperaturen in der Schweißzone sind bei allen Werkstoffen gering. Die Abnahme der Oxidationstemperaturen nach dem Langzeit-Zeitstand-Innendruckversuch liegt bei allen Schweißverbindungen im Bereich von ca. 8°C bis 23°C.
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