Abriebverhalten

Abriebverhalten

Abriebverhalten, Abriebfestigkeit, Abrasion, Wandrauheit

Die Abriebfestigkeit bezeichnet die Widerstandsfähigkeit von festen Oberflächen gegenüber einer mechanischer Beanspruchung, insbesondere Reibung. Sie wird von den Oberflächeneigenschaften der beteiligten Stoffe, hauptsächlich der Rauheit (Oberflächengüte) und Härte, bestimmt.

Beispielsweise bei Abwasserrohrleitungen führen mitgeführte Sandfrachten und Streusplitt zu einem mechanischen Abrieb an der Rohrinnenwand und damit zum Verschleiß der Rohrinnenflächen durch fortschreitenden Materialabtrag. Bei industriellen Anwendungen herrschen meist noch extremere Belastungen.

Thermoplastische (wie z.B. PE100, PP, PVC) und duroplastische Werkstoffe (wie z.B. GFK) zeichnen sich gegenüber Beton, Steinzeug und GFK durch eine sehr hohe Abriebfestigkeit aus, was eine deutliche Verlängerung der Lebensdauer zur Folge hat. Darüber hinaus wirkt sich die hohe Abriebfestigkeit bei Kunststoffen positiv aus:

  • auf die hydraulische Leistungsfähigkeit (Fließverhalten) sowie
  • die Wartungsfreundlichkeit (Vermeidung von Inkrustrationen bzw. Ablagerungen an der Rohrwandung sowie Vermeidung durch zunehmende Wandrauheit bis zur Undichtigkeit oder Rohrzerstörung).

    Rohrsysteme für Abwasserkanäle und Leitungen müssen nach DIN EN 476 Teil 2 und DIN EN 14457 dem Abrieb durch Feststoffe im häuslichen Abwasser und Oberflächenwasser widerstehen. Durch den Einsatz von abriebfesten Kunststoffrohrsystemen können somit vorzeitige Nutzungsausfälle bei medienfördernden Rohrleitungen aufgrund einer unzureichenden Abriebfestigkeit vermieden werden.

    DIN EN 476 Teil 2 Allgemeine Anforderungen an Bauteile für Abwasserleitungen und -kanäle:
    „Innenwände von Rohren und Formstücken müssen frei von sichtbaren Fehlern sein, die ihre hydraulische Leistungsfähigkeit nachteilig beeinflussen können."
    DIN EN 14457 Allgemeine Anforderungen an Bauteile, die bei grabenlosem Einbau von Abwasserleitungen und -kanälen verwendet werden
    DIN EN 295-3 bzw.
    DIN 19565-1
    Steinzeugrohrsysteme für Abwasserleitungen und –kanäle.
    Teil 3: Prüfverfahren


    Tabelle: Normenübersicht zur Abriebfestigkeit von Rohrwerkstoffen


    Wandrauheit

    Die Innenwände von Rohrsystemen müssen frei von sichtbaren Fehlern sein, die ihre hydraulische Leistungsfähigkeit nachteilig beeinflussen können. Darüber hinaus haben beispielsweise segmentfreie Bögen und Formstücke (aus biegeweichen Kunststoffen) im Vergleich zu biegesteifen Werkstoffen (Segmentbögen die zu Verwirbelungen führen können) deutliche Vorteile, da sich diese positiv auf die hydraulische Leistung sowie auf den Energieverbrauch auswirken. Produktnormen müssen Angaben über zulässige Fehler oder die Prüfung der hydraulischen Leistungsfähigkeit beinhalten. Die Abriebfestigkeit als Maß für den mechanischen Verschleiß von Rohren wird im Darmstädter Kipprinnenversuch festgestellt.


    Verfahren zur Bestimmung der Abriebfestigkeit von Rohren

    Beschreibung des Prüfverfahrens
    In den Produktnormen können Abriebfestigkeitsprüfungen vorgeschrieben werden. Hierfür kommt in der Regel der Darmstädter Kipprinnenversuch nach DIN EN 295-3 bzw. DIN 19565-1 (beide identisch) zur Anwendung. Dabei wird der mechanische Verschleiß (Abrasion) an einer entsprechenden Rohrhalbschale (bevorzugt DN/ID 200 bis 400) von etwa 1000 mm
    Rohrlänge festgestellt.

    Diese wird in den Versuchsstand eingebaut und anschließend über eine Exzenterwelle um jeweils 22,5° gegen die Horizontale hin und her gekippt (siehe Bild 1). In der Halbschale befindet sich ein definiertes Gemisch aus Wasser und verschiedenen Feststoffen, durch das beim Kippen der mechanische Angriff realisiert wird. Der Versuch wird mit mindestens 100.000 (nach DIN EN 295-3) bzw. 200 000 (nach DIN 19565-1) und mehr Lastspielen gefahren.

    Der mittlere Abrieb wird nach Erreichen der jeweiligen Lastspielzahlen mittels mechanischer Messuhren, die über eine Messbrücke geführt werden, an vorher festgelegten Stellen in der Sohllinie auf einer Länge von 700 mm als Mittelwert aus mehreren Messungen (in der Regel 15) bestimmt.

    Bild 1: Kipprinnenversuch nach DIN 19565 Teil 1 (Darmstädter Verfahren) bzw. DIN EN 295 Teil 3
    Quelle: Friatec AG, Mannheim


    Vergleich Abriebverhalten unterschiedlicher Rohrwerkstoffe
    Kipprinnenversuch nach DIN 19565 Teil 1 (Darmstädter Verfahren) bzw. DIN EN 295-3

    Grafik 1: Abriebverhalten von Rohren aus verschiedenen Werkstoffen (Darmstädter Verfahren)
    Quelle: Beton, GFK, Steinzeug und PE-HD aus Fachmagazin 3R international (2/3-97)
    Quelle: PVC und PP aus Prüfbericht ÖKI Österreichischen Kunststoffinstitut. Gutachten Nr. 43.029
     

     

    Grafik 2: Abriebverhalten von Rohren aus verschiedenen Werkstoffen (Darmstädter Verfahren)
    Quelle: REHAU AG, Erlangen
     

     

    Grafik 3: Abriebverhalten von Rohren aus verschiedenen Werkstoffen (Darmstädter Verfahren) – Maximalwerte nach 100.000 Lastspielen
    Quelle: Lesch Consult, Würzburg - Herstellerangaben

    Die Abriebfestigkeit von Kunststoffrohrsystemen (PE, PP) ist beim Transport von Sand oder ähnlichen Feststoffen um ein Vielfaches (8 - 10fach) höher als bei Beton und Steinzeugrohrsystemen (siehe Grafik 3).


    Beeinflussungsfaktoren für Abrieb (Abrasion)

    Bild 2: Beeinflussungsfaktoren für Abrieb (Abrasion) beim Transport von Wasser-Feststoffgemischen, wie er bei Abwasserkanälen üblich ist.
    Quelle: Lesch Consult, Würzburg