LQS zur Qualitätsverbesserung bei Geomembran-Projekten

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Produkteinblicke

Vielen, die im Tiefbau arbeiten, ist noch nicht bewusst, wie das Leister-Qualitätssystem (LQS) die Qualität beim Verlegen von Geomembranen bzw. Dichtungsbahnen verbessert. Lesen Sie diesen Fachartikel, um mehr darüber zu erfahren.

Autor: Eddie Weiser, Technischer Verkaufsingenieur, Leister Schweiz

Das Einmaleins des Kunststoffschweissens

Damit Sie herausfinden, wie Ihnen LQS hilft, ist es zuerst einmal wichtig, dass Sie wissen, dass das Kunststoffschweissen eine Kombination aus drei Parametern ist.

  1. Wärme/Energie
  2. Geschwindigkeit/Zeit
  3. Druck

Aber allein dieses Wissen reicht noch nicht aus. Denn jedes Material hat seine eigenen, spezifischen Schweissfenster. Diese Schweissfenster sind in Kombination von Material und Schweissmaschine individuell. Die optimalen Werte können durch Probeschweissungen vordefiniert werden. Nach den Probeschweissungen kennen Sie das Schweissfenster Ihrer zu schweissenden Materialien.

Schweissparameter via LQS aufzeichnen und dokumentieren

Mit LQS können Sie diese drei wichtigen Schweissparameter kontinuierlich dokumentieren und aufzeichnen. Dadurch ist sichergestellt, dass die beim Probeschweissen verwendeten Schweissparameter während des gesamten Projekts beibehalten werden.

In Deutschland ist LQS bereits seit 2015 im Einsatz und es ist dokumentiert, dass die Schweissqualität der entsprechenden Projekte höchsten Anforderungen genügt. Andere Branchen wie die Luftfahrt, die Automobil-Industrie oder die Pharmazie haben uns gezeigt, dass wir durch eine zuverlässige Qualitätsdokumentation viel darüber lernen, welches Vorgehen sich bewährt und was in Zukunft verbessert werden soll.

LQS als Standard beim Verlegen von Dichtungsbahnen

Durch den Einsatz der LQS-Technologie können wir die Qualität der Geo-Projekte in Zukunft kontinuierlich verbessern. Um zu verstehen, warum dies so wichtig ist, ist es notwendig, den Schweissprozess im Detail zu verstehen. Das Schweissfenster wird in der folgenden Abbildung dargestellt, um uns das Verständnis für die verschiedenen Materialien zu erleichtern.

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Wie Sie sehen, ist das Schweissfenster ziemlich gross, und es reicht nicht aus, wenn wir uns während des Schweissprozesses einfach irgendwo im Schweissfenster befinden. Wir müssen den optimalen Schweisspunkt – auch als Sweet Spot bekannt – innerhalb des Schweissfensters finden. Der Sweet Spot ist also der ideale Punkt, an dem Temperatur/Energie, Geschwindigkeit und Druck für die Schweissung optimal sind.

Warum ist der Sweet Spot so wichtig?

Ganz einfach: Wenn das Material, z. B. Geomembranen, im Sweet Spot verschweisst werden, behält es seine wichtigen physikalischen Eigenschaften wie Dehnbarkeit und Flexibilität und auch die chemische Zusammensetzung des Materials bleibt unverändert.

Schauen wir uns den Kunststoff HDPE genauer an

Alle, die Dichtungsbahnen verlegen, haben schon einmal gesehen, wie ein "jungfräuliches" Stück HDPE (das Material wurde noch nicht verschweisst) einem Schertest in einem Tensiometer unterzogen wurde. Normalerweise zeigt die HDPE-Probe Anzeichen von Einschnürung oder Dehnung, wie in der Abbildung 1 unten zu sehen ist. Dies sind Eigenschaften des Materials, die wir für eine langfristige Dichtheit sicherstellen wollen und müssen.

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Abbildung 1: Proben, die Anzeichen von Einschnürung oder Dehnung aufweisen.

Abbildung 2: Eine Probe, die einen sauberen Bruch ausserhalb der Schweissnaht aufweist, obwohl sie die Standardanforderungen erfüllt.

Abbildung 3: Auch dieses Muster hat die Standardanforderungen erfüllt. Und wir sehen, dass die Membran die Fähigkeit behalten hat, sich zu dehnen und nicht zu brechen.

Aber wenn wir geschweisste HDPE-Proben einem Schältest auf dem Tensiometer unterziehen (zwei zusammengeschweisste HDPE-Teile), dann sehen wir häufiger einen sauberen Bruch ausserhalb der Schweissnaht (siehe Abbildung 2). Technisch hat diese geschweisste Probe die Anforderungen, wie wir sie kennen, zwar erfüllt, aber wir sehen keine Einschnürungen mehr.

Wäre es nicht besser, wenn wir die Anforderungen erfüllen könnten?

Denn es sollten diese wünschenswerten Eigenschaften des Materials beibehalten werden, damit es sich dehnen kann und dadurch seine Dichtheit langfristig gewährleistet bleibt. Dies mit dem Ergebnis wie in der Abbildung 3 oben. Beide Schweissnähte – siehe Abbildungen 2 und 3 – werden innerhalb unseres Schweissfensters ausgeführt. Aber die Schweissung auf Abbildung 3 war innerhalb des Sweet Spots. Dadurch behält die Membran einige sehr wichtige Eigenschaften, wie zum Beispiel die Fähigkeit zur Dehnung. Und genau hier liegt der grosse Vorteil der Datenaufzeichnung.

Erfahrungen aus Europa haben gezeigt, dass der Einsatz der LQS-Technologie zu grossen Verbesserungen der allgemeinen Qualität beim Verschweissen von Dichtungsbahnen führt. Es gibt sogar anerkannte Studien, die zeigen, dass "zero leaks", also absolute Dichtheit, möglich ist und nicht nur ein Hirngespinst - Müller und Wöhlecke et al (2017).

Produktivität über Qualität

Eines der Hauptprobleme, die es gibt, ist das Streben nach immer höherer Produktivität, was nicht selten zulasten der Qualität geht. Denn dies führt zu Massnahmen, die für den Schweissprozess nicht vorteilhaft sind. Der Installateur sieht sich mit der Tatsache konfrontiert, dass er schneller den nächsten Auftrag bearbeiten kann, wenn er beim Verschweissen der Dichtungsbahnen schneller ist. Das erreicht er nur, wenn er die Schweisstemperatur erhöht, um dadurch auch die Schweissgeschwindigkeit zu erhöhen. Das Ergebnis sind Inkonsistenzen bei den Schweissparametern.

Ein weiteres Problem ist der Mangel an richtig ausgebildeten Schweisstechnikern. Das sind gute Gründe, warum wir ein Datenaufzeichnungssystem wie das LQS einsetzen sollten, um die Konsistenz der drei Schweissparameter zu verfolgen und zu erhalten. Dies wiederum verbessert automatisch die Qualität der Schweissung. LQS hilft uns, die Qualität zu erhalten und gleichzeitig die Effizienz zu verbessern. Wenn Sie Qualitätsprobleme von vornherein verhindern, verschwenden Sie keine Zeit für deren Behebung.

Schweissen bei Höchsttemperaturen

Ein weiteres häufiges Problem ist es, den Schweissprozess bei der maximalen Temperatur durchzuführen, die die Schweissmaschine zulässt. Dies führt zu einer Verschlechterung der chemischen und physikalischen Eigenschaften innerhalb der Kunststoffe, die geschweisst werden. Ein gutes Beispiel hierfür ist in Abbildung 2 zu sehen. Hier sehen Sie, dass die Schweissnaht die Normanforderungen noch erfüllt, aber einige wichtige Merkmale verloren gegangen sind. Meistens sehen wir das bei Schweissungen, die mit zu grosser Hitze ausgeführt wurden. Die Schweissnähte brechen dann knapp neben der Schweissnaht. Denn wenn das Material zu viel Hitze ausgesetzt wird, verliert es seine Fähigkeit zum Einschnüren oder Dehnen. Im schlimmsten Fall hören wir, dass drei bis acht Jahre später die Schweissnähte knapp ausserhalb der Schweisszone brechen und die Membran ihre primäre Rolle als Dichtung nicht mehr erfüllt.

Auf den richtigen Schweissdruck kommt es an

Die Druckeinstellung vieler Geo-Schweissmaschinen ist, vorsichtig ausgedrückt, ein Ratespiel. Aber auch hierbei handelt es sich um eine wichtige Einstellung, die für die Qualität der Schweissnaht eine viel grössere Rolle spielt, als die meisten Anwenderinnen und Anwender vermuten. Denn ungenügender Druck führt zu einer schlechten Verbindung der Materialien. Zu viel Schweissdruck hingegen bedeutet, dass das plastifizierte Material nur weggedrückt wird, was eine sogenannte Kaltverschweissung erzeugt. Diese Kaltverschweissung liegt ausserhalb des Sweet Spots unseres Schweissfensters, weshalb die Qualität der Schweissnaht nicht gewährleistet ist.

Warum haben also so viele Maschinen nicht die Möglichkeit, den tatsächlichen Schweissdruck anzuzeigen?

Kunststoff-Schweissmaschinen müssen bestimmte Normen erfüllen, aber es gibt noch keine Anforderungen an Toleranzgrenzen, Kalibrierungsstandards oder Forderungen nach geschlossenen Regelkreisen für Schweissmaschinen. Leister-Schweissmaschinen mit LQS erfüllen die oben genannten Anforderungen bereits. Stellen Sie sich vor, es gäbe keine Sicherheitsstandards für Autos. Was gäbe das für ein Chaos.

Mit einem System, das die idealen Schweissparameter im Auge behält, kommen wir dem Ziel, die richtigen Bedingungen für eine gute Schweissung zu schaffen, einen grossen Schritt näher. Solche Systeme können auch so eingerichtet werden, dass sie minimale und maximale Toleranzen für die drei wichtigen Parameter berücksichtigen. LQS zeigt darüber hinaus ständig die Spannung an. Das ist wichtig, denn Spannungsschwankungen und Kabelqualität sind ebenfalls eine Hauptursache für Probleme, wenn es darum geht, eine stabile Leistung der Schweissausrüstung zu gewährleisten.

Neue Möglichkeiten für die Dichtigkeitsprüfung

Heute ist es die Norm, nach dem Verschweissen von Dichtungsbahnen alle 150 Meter eine Dichtigkeitsprüfung durchzuführen. In einigen Ländern ist es üblich, dass ein Inspektor die Schweissdaten untersucht, um zu entscheiden, an welcher Stelle die Dichtigkeitsprüfung vorgenommen werden soll.

Durch das Verwenden von LQS und das Dokumentieren der Schweissparameter und somit auch der Qualität der Schweissnaht, sind die Voraussetzungen für eine "intelligente" Dichtigkeitsprüfung geschaffen. Damit meinen wir, dass für die Prüfung die aufgezeichneten Daten einbezogen werden, um gezielt festzulegen, an welchen Stellen eine Dichtigkeitsprüfung sinnvoll ist. Denn so wäre es für einen Inspektor oder Eigentümer viel einfacher, anhand der aufgezeichneten Daten zu bestimmen, wo potenzielle Probleme gefunden werden können. Richtig eingesetzt, könnte die LQS-Technologie eine neue Grundlage dafür sein, wie Schweissen und Dichtigkeitsprüfungen in Zukunft durchgeführt werden.

Wir sind der festen Überzeugung, dass es unser Ziel sein sollte, die Schweissqualität zu verbessern. Vielleicht kennen Sie den Ausdruck: Die Kette ist nur so gut wie ihr schwächstes Glied. Das schwächste Glied ist in unserem Fall das Schweissen. Die LQS-Technologie steht uns zur Verfügung, um unser Schweissen zu verbessern. Deshalb sollten wir sie alle nutzen.

Für die Zukunft planen wir weitere "intelligente" Schweiss- und Prüfgeräte wie "intelligente" Extruder und Tensiometer. Diese werden die relevanten Parameter für die Datenerfassung und Qualitätskontrolle aufzeichnen und dokumentieren sowie die Testergebnisse automatisch mit den Schweissdaten abgleichen. Das wird die Qualitätsdokumentation in Zukunft noch vollständiger machen.