57. Metallographie Tagung 2023

“Korrosion” an Mehrschichtverbundrohren - der Schadensfall
Dr. Gunther Pajonk,*

Materialprüfungsamt Nordrhein-Westfalen, 44285 Dortmund, Deutschland
gpajonk@mpanrw.de , *gmpajonk@echkorr.de

Seit der Jahrtausendwende nimmt die Bedeutung von Kunststoffrohren in der Trinkwasserinstal-lation sowie in der Heizung und Klimatechnik ständig zu. Vorher wurden in der Hausinstallation fast nur Rohre aus verzinktem oder nichtrostendem Stahl (1.4404, 1.4571, 1.4521) und Kupferrohre sowie Fittings aus Messing und Rotguss eingesetzt; die Versorgungsleitungen bestanden hauptsäch-lich aus unlegiertem Stahl und aus mit Zement ausgekleidetem Guss. Inzwischen werden dort in steigendem Umfang Kunststoffrohre verwendet. Für die Hauptleitungen sind Rohre bis DN 350 aus Polyethylen PE, Polypropylen PP-R, Polybuten-1 PB und Polyvinylchlorid PVC–U verfügbar.

Solche Kunststoffrohre lassen sich einfach durch Extrudieren in fast beliebiger Länge herstellen. Sie werden als Meterware bis zu 1000m Länge auf Rollen gewickelt oder in Form von Stangen ausgeliefert. Da Kunststoffrohre von der Rolle auf die passenden Längen zugeschnitten werden können, lässt sich die Anzahl von Fügestellen minimieren. Kunststoffrohre sind einfach zu fügen. Je nach Polymersorte werden sie verklebt, bei niedriger Temperatur (bis max. 320°C) verschweißt oder mit Pressfittings verpresst. So lassen sich sehr schnell bei zugleich geringen Kosten lange Rohrstrecken und großflächige Installationen herstellen. Daher sind Polymere ideal zur unterirdi-schen Verlegung von Wasserleitungen und Fernwärmeleitungen bis zum Hausanschluss und in den Gebäuden für Installationen von Trinkwasser-, Warmwasser- und Heizungssystemen.

In der Hausinstallation kommen inzwischen Mehrschichtverbundrohre bis 63 mm aus temperatur-beständigem (PE-RT) bzw. vernetztem Polyethylen PE-X, Polypropylen und Polybuten-1 mit Diffusionsperrschichten aus Aluminium oder dem Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer EVOH bzw. Polyvinylidenchlorid PVDC zur Anwendung. Ihre Steifigkeit macht es möglich, Verbundrohre zu komplexen Geometrien zu biegen und die einzelnen Abschnitte mit Fittings aus Metall oder Kunststoffen zu Rohrsystemen zu verpressen. Namhafte Hersteller haben Messing- und Rotguss-fittings in ihrem Sortiment, mit denen sich Mehrschichtverbundrohre auch in herkömmliche Rohrsysteme aus Metallen integrieren lassen. So können auch von weniger geschulte Personen sehr leicht ganze Häuser mit Rohrensystemen ausgerüstet werden.

In der Öffentlichkeit hält sich das Gerücht, „Installationen aus Verbundrohren seien schadensarm, da sie nicht korrodieren können“. Diese Aussage ist sehr werbewirksam, aber nicht richtig. Verbundrohre sind für eine Lebendauer von 50 Jahren ausgelegt. Die wirkliche Standzeit jeder Installation hängt von den Umwelt- und Betriebsbedingungen z.B. von den Druck-, Temperatur- und UV-Belastungen ab, denen Rohre über die Zeit ausgesetzt sind. Der Begriff der Korrosion gilt nach DIN EN ISO 8044 nur für Metalle und deren Legierungen. Der natürliche Abbau von Polymeren wird als Alterung bezeichnet.

Bei unvorgesehenen Belastungen kommt es zum vorzeitigen Versagen. Gutachter müssen immer wieder zu Schadensfällen in Trinkwasserinstallationen sowie in Klima- und Heizungsanlagen Stellung nehmen, die unter dem Einfluss eines wässrigen Angriffsmittels an Rohrleitungen aus PE, PP oder PB entstehen; Das Schadensbild ähnelt dem der Korrosion. Die Betriebsbedingungen sind vergleichbar; das Angriffsmittel ist Wasser. Es kann schädliche Stoffe enthalten oder ihm werden im Rahmen einer Wasserbehandlung Additive zugesetzt, welche die Eigenschaften des Polymers verändern und seine Funktion, die Funktion seiner Umgebung oder das technische System beeinträchtigen können. Solche Wechselwirkungen führen immer wieder zu erheblichen Schäden.

Die VDI-Richtlinie 3822 „Schadensanalyse“ berücksichtigt diesen Trend. Sie wurde überar-beitet und um die Blätter „Schäden an thermoplastischen Kunststoffprodukten“ Nr. 2.1.1 bis Nr. 2.1.10 ergänzt. VDI 3822, Blatt 2.1.7 beschäftigt sich z.B. mit „Schäden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch mediale Beanspruchung“; eine Übersicht der „instrumentellen Analy-semethoden für die Schadensanalyse an Kunststoffprodukten“ ist in VDI 3822, Blatt 2.1.10 zusammengestellt. Das o.g. technische Regelwerk ist jedoch nur eine Übersicht der Untersuch-ungsmethoden und zeigt die für Thermoplasten üblichen Schadensbilder. Eine Prozedur, wie die Schadensanalyse im Einzelfall ablaufen kann, ist dort nicht enthalten.

Die aktuelle Veröffentlichung soll dazu beitragen, diese Lücke zu schließen, und ein mögliches Verfahren für zukünftige Untersuchungen liefern. Im vorliegenden Beitrag wird ein Beispiel diskutiert, das aus der Trinkwasserinstallation eines Einfamilienhauses stammt und für Schäden an Mehrschichtverbundrohren repräsentativ ist. Das Schadensbild ist in zahlreichen Abbildungen dargestellt; die Versagensursache und der Versagensablauf werden veranschaulicht. Gleichzeitig werden der Untersuchungsablauf und die Methoden präsentiert, die zur Aufklärung des Schadens herangezogen wurden.

*Referenzen*

1. DIN EN ISO 8044: Korrosion von Metallen und Legierungen:Grundbegriffe, 75 Seiten, Beuth Verlag, Berlin 8/2020
2. VDI 3822-Blatt 1: Schadensanalyse: Grundlagen, Begriffe, Definitionen,
   Ablauf einer Schadensanalyse,VDI-Verlag, Düsseldorf, 11/2011
3. VDI 3822-Blatt 2.1.1 -2.2.20: Schadensanalyse: Schäden an thermoplastischen Kunststoffprodukten, VDI-Verlag, Düsseldorf,1/2012
4. DVGW W 542:Mehrschichtverbundrohr in der Trinkwasser-Installation – Anforderungen und Prüfungen, 47 Seiten, DVGW-Verlag, Bonn, 8/2009
5. DIN 8075: Rohre aus Polyethylen (PE), P 80, PE 100, Allgemeine Güteanforderungen, Prüfungen, 27 Seiten,Beuth Verlag, Berlin 8/2018
6. DIN 16833: Rohre aus Polyethylen erhöhter Temperaturbeständigkeit (PE-RT)-PE-RT Typ I und PE-RT Typ II, Allgemeine Güteanforderungen, Prüfung, 13 Seiten, Beuth Verlag,Berlin 9/2009
7. DIN 16836: Mehrschichtverbundrohr-Polyolefin-Aluminium-Verbundrohren, Allgemeine Anforderungen und Prüfungen, 18 Seiten, Beuth Verlag,Berlin 8/2005
8. DIN 16892: Rohre aus vernetzten Polyethylen hoher
   Dichte (PE-X), Allgemeine Güteanforderungen, Prüfung, 19 Seiten,
   Beuth Verlag, Berlin 10/2019
9. DIN 16894:Rohre aus vernetzten Polyethylen mittlerer Dichte (PE-MD X) – Allgemeine Qualitätsanforderungen, Prüfung, 13 Seiten, Beuth Verlag, Berlin 4/2011

10. DIN EN ISO 21003: Mehrschichtverbund-Rohrleitungssysteme für die Warm- und Kaltwasserinstallation innerhalb von Gebäuden, Teil 1-Teil 3;Teil 5, Allgemeines, Rohre, Formstücke, Gebrauchstauglichkeit des Systems,18 Seiten,Beuth Verlag, Berlin

    Eine vollständige Ausarbeitung steht online zur Verfügung:
    Hauptartikel: “Korrosion” an Mehrschichtverbundrohren - der Schadensfall
    https://docplayer.org/229643147-Korrosionan-mehrschichtverbundrohren-der-schadensfall-1-2.html
    Exkurs 1: Fehlerdefinition und Haftung
    https://docplayer.org/229651273-Fehlerdefinition-und-haftung-zum-beitrag-korrosion-an-mehrschichtverbundrohren-der-schadensfall.html
    Exkurs 2: Polyethylen-Qualitäten für Trinkwasseranwendungen
    https://docplayer.org/229651289-Zum-beitrag-korrosion-an-mehrschichtverbundrohren-der-schadensfall.html
    Exkurs 3: Mechanismen der Synthese und des oxidativen Abbaus von Polyolefinen
    https://docplayer.org/229651293-Mechanismen-der-synthese-und-des-oxidativen-abbaus-von-polyolefinen-zum-beitrag-korrosion-an-mehrschichtverbundrohren-der-schadensfall.html
    Exkurs 4: Verbundrohr-Typen und deren Herstellung
    https://docplayer.org/229669454-Verbundrohr-typen-und-deren-herstellung-zum-beitrag-korrosion-an-mehrschichtverbundrohren-der-schadensfall.html
    Exkurs 5: Normative Anforderungen an Mehrschichtverbundrohre
    https://docplayer.org/229662030-Normative-anforderungen-an-mehrschichtverbundrohre-zum-beitrag-korrosion-an-mehrschichtverbundrohren-der-schadensfall.html
    Exkurs 6: Methoden zur Analyse von thermoplastischen Werkstoffen
    https://docplayer.org/229686951-Methoden-zur-analyse-von-thermoplastischen-werkstoffen-zum-beitrag-korrosion-an-mehrschichtverbundrohren-der-schadensfall.html