Auf dem deutschen Markt wurden die sogenannten harzreichen Schichten von Schlauch-Linern seit der Einführung der DIN EN ISO 11296-4 im Jahr 2011 sehr speziell behandelt. Mit dem Interpretationsspielraum entwickelte sich ein Wettbewerb um den höchsten E-Modul, der zum Synonym für eine hohe Qualität wurde. Im Ergebnis entstanden auch Kennwerte, deren technische Grundlage zweifelhaft ist. An dieser Praxis wird weiter festgehalten, obwohl mit der Aktualisierung der Produktnorm inzwischen die Grundlage fehlt. Die Einführung des AoC-Dokuments für Schlauch-Liner ist ein weiterer Grund, den deutschen Sonderweg zu verlassen.
Veranlassung
Im August 2021 wurde das sogenannte AoC-Dokument für Schlauch-Liner veröffentlicht, die Vornorm ISO/ TS 23818-2 [1]. Es regelt die Produktanforderungen an Liner für den Freispiegelbereich nach EN ISO 11296-4 [2] und für den Druckbereich nach EN ISO 11297-4 [4]. AoC steht für Assessment of Conformity, also Bewertung der Konformität.
Das Kapitel 6.1.2 der Vornorm ISO/TS 23818-2 leistet einen weiteren Beitrag zur Beendigung des deutschen Sonderwegs bei der Beschreibung der mechanischen Eigenschaften von Schlauch-Linern. In Abgrenzung zur international üblichen Praxis wird in Deutschland immer noch der E-Modul von Linern auf die Verbunddicke bezogen. Das DWA-Regelwerk gibt im aktuellen Merkblatt M 144-3 [5] auch nach der Neufassung der DIN EN ISO 11296-4 die E-Modul-Gruppen bezogen auf die Verbunddicke an. Das ist ein geometrischer Bezug, der in der aktuell gültigen Produktnorm nicht mehr existiert. Die Vorgängerversion der Norm, aus der diese Definition stammt, ist seit über drei Jahren zurückgezogen [3]. Die aktuelle Version kennt nur die von der Verbunddicke deutlich abweichende Kompositdicke.
Im Unterschied zu der inzwischen veränderten, international üblichen Definition mit ursprünglich anderem Ziel wurde der rechnerische Abzug von sogenannten harzreichen Schichten auf dem deutschen Markt seit der Einführung der DIN EN ISO 11296-4 im Jahr 2011 sehr speziell gehandhabt. Dieser deutsche Ansatz war und ist gestützt durch die Festlegungen in den allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen / Allgemeine Bauartgenehmigung (abZ/ AB) für Schlauch-Liner bei dem Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt). Auch hier werden die Kennwerte immer noch auf die Verbunddicke der inzwischen abgelösten Norm bezogen.
Die ISO/TS 23818-2 schreibt eindeutig vor, dass die mechanischen Kennwerte von Schlauch-Linern auf die Kompositdicke zu beziehen sind. Außerdem erfolgt die Gruppierung der Liner im Rahmen der Konformitätsprüfung anhand von Durchmessern und Ringsteifigkeiten. Die Klassifizierung der Schlauch-Liner anhand von Ringsteifigkeiten bedeutet eine weitere Angleichung an die international übliche Praxis für Rohre im Allgemeinen. Typischerweise werden Rohre – und hier sind Schlauch-Liner als Bauprodukte grundsätzlich einzuordnen – durch genau diese beiden Kennwerte, Durchmesser und Ringsteifigkeit, klassifiziert.
Dieser Fachbericht beschreibt die Konsequenzen aus der Einführung des AoC-Dokuments für Liner-Hersteller, von denen zumindest die deutschen Unternehmen alle international ausgerichtet sind. Bestimmte Erläuterungen zu sich verändernden Kennwerten werden am Beispiel von Produkten der SAERTEX multiCom (SmC) gegeben.
Funktion und Bedeutung der ISO/TS 23818
AoC-Dokumente stehen im Mittelpunkt, wenn es um die Frage geht, ob Bauprodukte den Anforderungen der jeweiligen Produktnorm entsprechen. In europäischen Produktnormen lassen sich die AoC-Dokumente in zwei Gruppen gliedern. Es gibt harmonisierte Produktnormen, in denen das AoC-Dokument als sogenannter ZA-Anhang Teil der Norm ist. Harmonisierte Produktnormen werden im Auftrag der europäischen Kommission erarbeitet. Sie sind in der Regel bauordnungsrechtlich eingeführt, und der ZA-Anhang ist damit verbindlich. Bei vorhandener Konformität der Bauprodukte erfolgt eine CE-Kennzeichnung. Für Rohre gibt es aktuell nur eine harmonisierte Produktnorm, die DIN EN 295-1 [6], die die Anforderungen an Steinzeugrohre beschreibt.
Die zweite Gruppe bildet die Vielzahl von nicht harmonisierten Produktnormen, beispielsweise auch die für Schlauch-Liner. In diesen Normen gibt es keinen ZA-Anhang. Es gibt für die Bewertung der Konformität ergänzende Regelwerke als eigenständige Dokumente, die oft den Charakter einer TS (Technical Specification) haben, auf Deutsch etwas irreführend Vornorm genannt. Die Überführung der TS in eine Norm (Technical Standard) erfolgt regelmäßig nicht. Eine CE-Kennzeichnung auf der Grundlage dieser AoC-Dokumente ist nicht möglich.
TS stehen eine Stufe unterhalb der internationalen EN oder ISO-Normen. Unabhängig davon markieren sie selbstverständlich den Stand der Technik. Sie werden von Herstellern, Zertifizierungsstellen und Anwendern für die Bewertung der Bauprodukte verwendet, sobald sie veröffentlicht sind.
Die ISO/TS 23818-2 gibt unter Punkt 1 „Anwendungsbereich“, an, dass sie die Konformitätsbewertung von Schlauch-Linern nach den relevanten Teilen 4 der Normfamilien EN ISO 11296, 11297 und 11298 regelt. Sie ist vorgesehen für die Aufnahme in die Qualitätspläne der Hersteller als Teil des Qualitätsmanagements und als Grundlage von Zertifizierungsverfahren. Das bedeutet, dass zukünftig die Typprüfung, die werkseigene Produktionskontrolle und die Fremdüberwachung von Schlauch-Linern in Übereinstimmung mit der ISO/TS 23818 erfolgen werden.
Auf der Grundlage der TS sind Liner zuerst anhand ihrer Durchmesser und Ringsteifigkeiten zu klassifizieren. Bei der Gruppierung der Liner taucht der E-Modul als Kennwert nicht auf. Sämtliche mechanische Eigenschaften werden selbstverständlich auf die Definitionen der aktuellen Norm bezogen. Der E-Modul wird zukünftig nicht mehr im Mittelpunkt der mechanischen Bewertung stehen. Die Ringsteifigkeit von Linern wird zunehmend an Bedeutung gewinnen. Damit folgt die Entwicklung der Richtung, die durch Rohre im Allgemeinen und GFK-Rohre im Speziellen vorgegeben ist. Die Hersteller von GFK-Rohren geben für ihre Produkte keinen E-Modul an. Die technische Bewertung erfolgt über die Ringsteifigkeit, weil das die Größe ist, die in die Berechnungen eingeht.
Die Hersteller von Schlauch-Linern werden mit Blick auf ihr internationales Geschäft zur Vermeidung von Verwirrungen technische Datenblätter mit einheitlichen Kennwerten erstellen. Damit ist der Abschied von den E-Moduln bezogen auf die Verbunddicke vorgegeben.
Es bedarf mit der Einführung der ISO/TS 23818-2 keiner anderen Methodik beim Prüfen, sondern nur eines anderen Rechenwegs bei der Ermittlung der Kennwerte. Das sei der Vollständigkeit halber noch einmal betont.
Zusammenhänge zwischen E-Moduln mit verschiedenen geometrischen Bezügen und Ringsteifigkeit
Die wichtigsten mechanischen bzw. geometrischen Kennwerte von Schlauch-Linern, E-Modul, Wanddicke und Ringsteifigkeit, sind bekanntermaßen untrennbar miteinander verbunden. Es bestehen unterschiedliche Kombinationsmöglichkeiten, um die Mechanik des Produkts zu beschreiben. Für die Standsicherheit des Liners ist am Ende seine Ringsteifigkeit verantwortlich, berechnet aus E-Modul und Wanddicke. Wobei die Wanddicke in Form des Flächenträgheitsmoments eingeht. In den Werkstoffprüfungen an Schlauch-Linern wird ohnehin immer die Steifigkeit ermittelt, also der Widerstand gegen Verformungen. Aus der Steifigkeit wird dann der E-Modul rechnerisch mithilfe der Wanddicke abgeleitet.
Mit Blick auf die aktuellen Produktnormen für Schlauch-Liner, das begleitende DWA-Regelwerk und die abZ/AB gibt es für einen bestimmten Schlauch-Liner allein vier verschiedene E-Moduln als Kurzzeitwerte, die wiederum mit einem Abminderungsfaktor nochmals in Langzeitwerte umzurechnen sind. Damit nehmen Schlauch-Liner innerhalb der Produktfamilie der Rohre eine Sonderrolle ein. Üblicher- und sinnvollerweise gibt es für einen Werkstoff nur einen E-Modul.
Bild 1: Vorbereitung auf den Einbau des Schlauch-Liners: Einzug der Gleitfolie
Bild 2: Einzug des SAERTEX-LINER MULTI Typ S+
Bild 3: 3-Punkt-Biegeprüfung am SAERTEX-LINER MULTI Typ S+
Tabelle 1: Kennwerte für den SAERTEX-LINER MULTI und INDUSTRY Typ S+ als Anforderungen in den 3-Punkt-Biegeprüfungen
| Klasse |
E-Modul (Verbundwanddicke) |
E-Modul (Kompositdicke) |
| 3er | 14.500 MPa | 9.100 MPa |
| 4er - 5er | 16.800 MPa (IST) | 12.600 MPa |
| 6er - 15er | 16.800 MPa (IST) | 14.200 MPa |
Im Folgenden werden zur Verdeutlichung beispielhaft die vier Zahlenwerte für die SAERTEX-LINER MULTI und INDUSTRY Typ S+ (siehe Bild 1 und Bild 2) angegeben. Die Werte sind typisch für glasfaserverstärkte Schlauch-Liner im Hochleistungsbereich.
- E-Modul aus der Prüfung am Kreisring, bezogen auf die Verbunddicke, siehe abZ/AB: 20.500 MPa. Mit diesem Kennwert wird in der Statik gerechnet.
- E-Modul aus der Prüfung am Kreisring, bezogen auf die Kompositdicke, bisher nur interne Kennwerte, siehe Darstellung im folgenden Punkt.
- E-Modul aus der 3-Punkt-Prüfung am gekrümmten Liner-Abschnitt, bezogen auf die Verbunddicke, siehe abZ/AB: 16.800 MPa. Mit diesem Kennwert wird die Qualität der Liner auf der Baustelle geprüft.
- E-Modul aus der 3-Punkt-Prüfung am gekrümmten Liner-Abschnitt, bezogen auf die Kompositdicke, bisher nur interne Kennwerte, siehe Darstellung im folgenden Punkt.
In den letzten Jahren hat sich in Deutschland unter den Herstellern von Schlauch-Linern ein Wettbewerb um den höchsten E-Modul entwickelt. Ein hoher E-Modul wurde zum Synonym für eine hohe Qualität von Schlauch-Linern. Ausdruck dessen sind die regelmäßig erscheinenden ergänzenden Fassungen des DWA-Merkblatts M 144-3 mit immer wieder höheren E-Moduln, wie sie in der Tabelle 2 für die sogenannten Materialkenngruppen angegeben sind. In den letzten knapp zehn Jahren mit bereits fünf Ergänzungen hat sich der Höchstwert für den E-Modul fast verdoppelt.
Neben der technischen Entwicklung ist die Steigerung der E-Moduln auch ein Ausdruck der Gestaltungsmöglichkeiten auf der Grundlage der Fassung der DIN EN 11296-4 von 2011. Durch möglichst große geometrische Abzüge in Form der sogenannten harzreichen Schichten lassen sich sehr hohe E-Moduln berechnen. Für eine gegebene Steifigkeit eines bestimmten Liners ist der E-Modul umso höher, je mehr Schichtdicke von der gesamten Wanddicke per Deklaration als harzreiche Schicht abgezogen wird. Die höchsten Kennwerte für den Langzeit-E-Modul von Schlauch-Linern in der aktuellen Fassung des DWA-Merkblatts liegen im Bereich der Maximalwerte von GFK-Rohren mit idealer Umfangsverstärkung, wie sie an anderer Stelle im DWA-Regelwerk beschrieben sind. Das wirkt wenig glaubhaft, weil GFK-Rohre nicht nur eine längere technische Entwicklung hinter sich haben, sondern auch in optimierten industriellen Prozessen hergestellt werden und nicht wie Schlauch-Liner auf der Baustelle entstehen. Teilweise werden für Schlauch-Liner in Werkstoffprüfungen durch geometrische Abzüge Kennwerte ermittelt, die oberhalb der technischen Grenze von GFK liegen. Diese Grenze liegt bei maximalem Fasergehalt und idealer Orientierung bei einem E-Modul von etwa 35.000 MPa.
Der Wettbewerb um diesen einen Kennwert ist im Kern absurd, weil der E-Modul nur ein Baustein auf dem Weg zur erforderlichen Ringsteifigkeit ist. Streng genommen ist der E-Modul sogar viel weniger wirkungsvoll als die Wanddicke. In die Berechnung der Ringsteifigkeit geht die Wanddicke in der dritten Potenz ein. Eine Erhöhung des E-Moduls um 20 % steigert die Ringsteifigkeit um genau diese Zahl. Die Erhöhung der Wanddicke um 20 % geht mit der Erhöhung der Ringsteifigkeit auf 173 % einher. Neue Kennwerte für Schlauch-Liner der SmC Die zukünftige Anpassung der Kennwerte auf den geometrischen Bezug aus der aktuellen Fassung der DIN EN ISO 11296-4, d. h. auf die Kompositdicke, bedeutet für den E-Modul eine deutliche Reduzierung, da die Kompositdicke in der Regel größer als die Verbunddicke ist. Die Kompositdicke eines Liners ist die Gesamtdicke abzüglich thermoplastischer Innen- oder Außenfolien,
Neue Kennwerte für Schlauch-Liner der SmC
Die zukünftige Anpassung der Kennwerte auf den geometrischen Bezug aus der aktuellen Fassung der DIN EN ISO 11296-4, d. h. auf die Kompositdicke, bedeutet für den E-Modul eine deutliche Reduzierung, da die Kompositdicke in der Regel größer als die Verbunddicke ist. Die Kompositdicke eines Liners ist die Gesamtdicke abzüglich thermoplastischer Innen- oder Außenfolien, sofern vorhanden. Die Dicke der Folien ist in den technischen Datenblättern anzugeben.
Damit entfällt die gängige Praxis der Vermessung der Liner, die entweder in der sehr aufwändigen und wenig objektiven Vermessung der harzreichen Schichten oder im ebenfalls wenig geeigneten pauschalen Abzug nach Herstellerangabe bestand. Üblicherweise wurde neben den Folien ein fester Wert von der Gesamtwanddicke als sogenannte harzreiche Schicht abgezogen, um die Verbunddicke als geometrischen Bezug für den E-Modul zu definieren.
Durch den veränderten geometrischen Bezug ändert sich bei geringeren Wanddicken der E-Modul prozentual mehr als bei größeren Wanddicken. Das ist durch den bereits beschriebenen großen Hebel der Wanddicke begründet, die in der dritten Potenz in das Trägheitsmoment eingeht. Für eine gegebene Steifigkeit bedeutet die Änderung der Wanddicke von 4,0 mm (Verbunddicke bei einem pauschalen Abzug von 0,5 mm harzreichen Schichten) auf 4,5 mm (Kompositdicke) eine Reduzierung des E-Moduls auf 70 %. Bei einer Änderung von 10,0 mm auf 10,5 mm sinkt der E-Modul nur auf 86 %.
Die SmC hat sich daher entschieden, für die neuen Kennwerte der E-Moduln Wanddickengruppen zu bilden. Abweichend von der bisherigen Praxis mit einem E-Modul pro Liner-Typ gibt es nun in den Gruppen verschiedene E-Moduln. Die Abhängigkeit des E-Moduls von der Wanddicke ist für bestimmte Herstellverfahren und Liner-Designs bekannt. Das Thema war aber in der Vergangenheit zumeist kein Gegenstand. Auf der Grundlage der E-Moduln werden für die Schlauch-Liner die Ringsteifigkeiten in Abhängigkeit von Kompositdicke und Außendurchmesser bestimmt.
Die Kennwerte für den SAERTEX-LINER MULTI und INDUSTRY Typ S+ als Anforderungen in den 3-Punkt-Biegeprüfungen (Bild 3) sind beispielhaft in Tabelle 1 angegeben. Gezeigt werden auch die veränderten geometrischen Bezüge und zukünftigen Bezeichnungen der Liner in Bezug auf ihre Wanddicke.
Im Zuge der Neubewertung und Umstellung wurden für der Liner mit 3,5 mm Kompositdicke durch ein umfangreiches Prüfprogramm unter Berücksichtigung der statistischen Streuung neue Kennwerte bestimmt, die ebenfalls in Tabelle 1 dargestellt sind.
Die Zahlenwerte in der Tabelle wurden durch Umrechnung aus den Kennwerten der abZ abgeleitet. Sie werden zukünftig Gegenstand der Werkstoffprüfungen auf der Grundlage des gültigen Regelwerks sein. Die veränderten Kennwerte sind nur das Ergebnis einer neuen Auswertung der bewährten Messverfahren. Es gab keine Änderungen an der Konstruktion der Liner oder den Rohstoffen. Die bestehende Zulassung ist weiterhin vollumfänglich gültig. Die SmC wird ihre Kennwerte schrittweise umstellen und für eine bestimmte Dauer parallel die Kennwerte nach der alten und neuen Fassung der Produktnorm verwenden. Selbstverständlich hat diese Umstellung auch keinen Einfluss auf die erforderlichen Wanddicken, die sich aus den Standsicherheitsnachweisen ergeben, d. h. auf die eigentliche Auswahl des geeigneten Liners. Innerhalb der erforderlichen Ringsteifigkeit verschieben sich nur mathematisch die Gewichte vom E-Modul in Richtung Wanddicke. Die Umrechnung der Biegesteifigkeit auf die Ringsteifigkeit als Grundlage der Statik wird mit einem festen Faktor erfolgen. Dieser ist ebenfalls aus den Kennwerten der abZ/AB abgeleitet.
Literatur
[1] ISO/TS 23818-2 „Konformitätsbewertung von Kunststoffrohrleitungssystemen zur Sanierung von bestehenden Rohrleitungen – Teil 2: Harz-Faser Verbundwerkstoff (RCF)“ (2021-08)
[2] DIN EN ISO 11296-4 „Kunststoff-Rohrleitungssysteme für die Renovierung von erdverlegten drucklosen Entwässerungsnetzen (Freispiegelleitungen) – Teil 4: Vor Ort härtendes Schlauch-Lining“ (2018-09)
[3] DIN EN ISO 11296-4 „Kunststoff-Rohrleitungssysteme für die Renovierung von erdverlegten drucklosen Entwässerungsnetzen (Freispiegelleitungen) – Teil 4: Vor Ort härtendes Schlauch-Lining“ (2011-07)
[4] DIN EN ISO 11297-4 „Kunststoff-Rohrleitungssysteme für die Renovierung von erdverlegten Abwasserdruckleitungen – Teil 4: Vor Ort härtendes Schlauch-Lining“ (2018-09)
[5] DWA M 144-3 „Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen (ZTV) für die Sanierung von Entwässerungssystemen außerhalb von Gebäuden – Teil 3: Renovierung mit Schlauchliningverfahren (vor Ort härtendes Schlauchlining) für Abwasserkanäle“ (2018-12)
[6] DIN EN 295-1 „Steinzeugrohrsysteme für Abwasserleitungen und -kanäle – Teil 1: Anforderungen an Rohre, Formstücke und Verbindungen“ (2013)
Autoren
Dr. Nils Füchtjohann
Global Director Products bei SAERTEX multiCom, Saerbeck
Tel: +49 2574 902 502
Danke an die 3R für die Zurverfügungstellung des Beitrags.