Prüflabor – Komplette Bauartprüfung, Nachweis der chemischen Verträglichkeit oder Werkstoffvergleiche nach BAM-GGR 003: Beim TÜV Rheinland in Halle werden insbesondere Kunststoffverpackungen geprüft.
Von Stefan Klein
Noch dieser eine Falltest – dann hat es das Fass des in Süddeutschland angesiedelten Herstellers geschafft. Stefan Brandt, Leiter des Prüflaboratoriums für Gefahrgutverpackungen in Halle an der Saale, wird dann seinen Prüfbericht über den Ablauf der kompletten Bauartprüfung schreiben, der geht zum Hersteller und wird von diesem zusammen mit dem formalen Zulassungsantrag bei der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) eingereicht. Dem Zulassungsschein für die neue Gefahrgutverpackung, der später so wie alle UN-Verpackungszulassungen im BAM-Portal "Technische Sicherheit" downloadbar bzw. öffentlich einsehbar ist, steht dann nichts mehr im Wege.
Das Prüflabor in Halle an der Saale ist das einzige, das der TÜV Rheinland in Deutschland im Bereich Gefahrgutverpackungen unterhält. Es ist mit jährlich allein 350 bis 450 Bauartprüfungen nach den Vorgaben aus Teil 6 ADR/RID auch eine der größten unabhängigen Prüfstellen in diesem Bereich in Deutschland. Untergebracht ist die von der BAM anerkannte Einrichtung in einem schon etwas in die Jahre gekommenen Gebäude im Norden der mitteldeutschen Stadt. In dem Bau fanden bereits zu DDR-Zeiten Material- und Verpackungsprüfungen statt: über dem Eingang prangt noch heute der Schriftzug "DAMW" (Deutsches Amt für Messwesen und Warenprüfung). Brandt ist zuversichtlich, dass das gesamte Prüflabor noch in diesem Jahr einen neuen Standort in der Händel-Stadt Halle beziehen kann, was perspektivisch das Betätigungsfeld noch einmal erweitern könnte.
Geprüft werden im Erdgeschoss sowie Anbauten im Hof Einzelverpackungen (Kanister, Fässer, Säcke, Kisten), Kombinationsverpackungen, IBC (außer FIBC) und Großverpackungen bis 3 Kubikmeter. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Kunststoffverpackungen, genauer gesagt solchen aus dem Verpackungswerkstoff HDPE (hochdichtes Polyethylen). Regelmäßig kommen aber auch Stahl-Verpackungen und -IBC oder Fibertrommeln in die einzelnen Prüfstände.
Am Anfang jeder Bauartprüfung misst Brandt an einem konkreten Baumuster, ob die in den Unterlagen bzw. Zeichnungen des Verpackungsherstellers aufgeführten Maße (einschließlich Volumen) damit übereinstimmen. Dann folgen die verschiedenen Prüfungen gemäß Kapitel 6.1 (Verpackungen) bzw. Kapitel 6.5 (IBC), wobei hier nur für IBC eine bestimmte Reihenfolge festgelegt ist (siehe Info-Kasten unten).
Betrachtet man die einzelnen Prüfungen nicht nur in Bezug auf die gesetzlichen Bestimmungen, sondern auch auf die praktischen Herausforderungen, so bereitet Brandt die Stapeldruckprüfung den größten Aufwand im Prüfalltag. Sie bindet das meiste Equipment, worunter nicht nur die aufzulegenden Gewichte fallen, die Brandts Team bis 50 Kilogramm von Hand bewegt, sondern auch die fast einen Monat lange Unterbringung der Prüfmuster in Wärmekammern (im Falle von Kunststoffverpackungen). Werden die Kammern geöffnet, um etwa parallel andere Prüfmuster ein- oder auszulagern, registriert der Computer diese Unterbrechung und hält die Prüfzeit an, bis wieder die vorgeschriebene Temperatur von 40 °C erreicht ist. Außerdem werden Verpackungen für die Stapeldruckprüfung im Gegensatz zu anderen Bauart-Teilprüfungen nicht mit einem ungefährlichen Ersatzprüfmedium (zumeist Wasser) befüllt, sondern mit dem Originalfüllgut oder zumindest einer Standardflüssigkeit gemäß Abschnitt 6.1.6.1 der Vorschriften. Dies stellt besondere Herausforderungen an den Arbeitsschutz. So werden die Prüfmuster während der Stapeldruckprüfungen in Auffangwannen gestellt. Die auf Basis einer Gefährungsbeurteilung jährlich unterwiesenen Mitarbeiter tragen Schutzkleidung, wie sie in den Sicherheitsdatenblättern der Prüfmedien aufgeführt ist. "Manche Originalfüllgüter lehnen wir übrigens auch ab, weil uns das Gefahrenpotenzial etwa wegen einer besonders schweren Ätzwirkung oder einer hohen Neigung zur Selbstzersetzung des Stoffes einfach zu groß erscheint", so Brandt.
Auch die Hebe- und Fallprüfungen stellen gewisse Anforderungen. So werden besonders schwere bzw. hochvolumige Prüfmuster (bis 3.000 Liter) im Außenbereich des Prüflabors mit Hilfe eines Autokrans angehoben. Für die Kältefallprüfung von IBC, die mit neuen Prüfmustern durchgeführt werden kann, die nicht die vorherigen Teilprüfungen durchlaufen haben, steht ein 50-Tonnen-Fundament mit einer 160 mm dicken Stahlplatte zur Verfügung. Für den Fall der Fälle, also des Undichtwerdens von Prüfmustern, kann hier das Prüfmedium, nämlich mit Glykol als Frostschutzmittel versetztes Wasser, aufgefangen werden.
Chemische Verträglichkeit
Wichtiger Bestandteil der Bauartprüfung einer Verpackung oder eines IBC aus Polyethylen ist der Nachweis der chemischen Verträglichkeit mit dem später vorgesehenen Füllgut. Dieser Nachweis kann am einfachsten über die Assimilierungsliste erfolgen: dies kann der Verpackungshersteller in der Regel selbst überprüfen, eine kurze Recherche in Abschnitt 4.1.1.21 ADR/RID genügt. Ist ein Füllgut dort genannt bzw. einer Standardflüssigkeit zugeordnet, gilt der Nachweis der chemischen Verträglichkeit als erbracht – sofern die Bauart mit der entsprechenden Standardflüssigkeit bereits einmal erfolgreich geprüft wurde.
Findet sich für ein Füllgut kein Eintrag, muss auf jeden Fall neu geprüft werden. Hier besteht die einfachere Möglichkeit in einer Verträglichkeitsprüfung nach den so genannten Labormethoden A, B und C:
Die Werte von Probekörpern, die dem Füllgut ausgesetzt waren, müssen vereinfacht gesagt jeweils besser ausfallen als die der Proben in Standardflüssigkeiten.
Als Prüfkörper-Material werde der HDPE-Werkstoff Lupolen 5261Z verwendet, sagt Brandt, weil dieser sämtliche Schädigungsmechanismen optimal anzeige. Voraussetzung für die Labormethodenprüfung ist, dass die Bauart den Prüfzyklus mit Standardflüssigkeit(en) bestanden hat, hier gilt es, eine Vorlagerungsdauer von 40 °C über 21 Tage einzuhalten. Statt der aufwändigen Labormethode B kann man inzwischen den Full Notch Creep Test (FNCT) durchführen. Die 90 mm langen und 6 mm dicken, in der Mitte eingekerbten Probekörper hierfür fertigt das TÜV-Prüflabor selbst.
Das aufwändigste Prüfverfahren in Sachen chemische Verträglichkeit ist die Prüfung mit dem Originalfüllgut nach 6.1.5.2.5 (Verpackungen) bzw. 6.5.6.3.3 (IBC): hierfür muss das Gebinde über sechs Monate bei Raumtemperatur mit dem Füllgut vorgelagert werden. Im Anschluss erfolgt die komplette Bauartprüfung, wofür in der Praxis zig Prüfmuster benötigt werden. Aus Kapazitätsgründen führt das TÜV-Prüflabor keine derart langen Vorlagerungen von Kunststoffverpackungen durch – in der Regel wird dann beim Hersteller vorgelagert, wovon sich Brandt durch eine Inspektion überzeugt, und die Prüfmuster kommen in entleertem Zustand zur Bauartprüfung nach Halle. Nur für die mit Originalfüllgut durchzuführende Stapeldruckprüfung werden befüllte Verpackungen – in der Regel eingestellt in Bergungs(groß)verpackungen – angeliefert.
5 von 6 Standardflüssigkeiten
"Wir haben für Bauart- und Labormethodenprüfungen fünf von sechs Standardflüssigkeiten mit insgesamt mehreren 1.000 Litern zur Verfügung", erklärt Brandt. Dies sind neben Wasser die Netzmittellösung, das Kohlenwasserstoffgemisch White Spirit, n-Butylacetat und 55-prozentige Salpetersäure. Essigsäure wird nicht vorgehalten, weil sie weniger spannungsrissauslösend als Netzmittellösung ist. Die Standardflüssigkeiten werden im Chemiehandel besorgt und bei den Verpackungsprüfungen mehrfach verwendet, sofern kein Qualitätsverlust festzustellen ist.
Werkstoffvergleiche bei HDPE
Weil das Prüflabor des TÜV Rheinland auf Kunststoffverpackungen spezialisiert ist, gehören natürlich auch Eignungsnachweise für alternative Kunststoff-Formstoffe gemäß BAM-Gefahrgutregel (GGR) 003 zum Repertoire. Auf Basis dieser Regel kann ein Verpackungs- oder IBC-Hersteller einen neuen HDPE-Werkstoff in einem vereinfachten Verfahren zulassen, ohne das Prüfprocedere einer kompletten, neuen Bauartprüfung zu durchlaufen. Hierfür muss der neue Werkstoff – ähnlich wie bei den Labormethoden – in den Punkten relative Dichte, Kerbschlagzähigkeit, Spannungsrissempfindlichkeit und oxidativer Abbau besser abschneiden als ein Werkstoff, für den bereits Baumusterzulassungen bestehen. "Sind alle Kriterien erfüllt, kann der neue Werkstoff einer einfachen Bauartprüfung mit Wasser und ohne Vorlagerung unterzogen werden", so Brandt.
Die BAM-GGR 003 soll in den nächsten Jahren revidiert werden, zudem soll es Extra-Regelungen für Verschlüsse geben. Überhaupt ist der Bereich Verschlüsse und Armaturen noch nicht in der Weise geregelt, wie es sich Verpackungshersteller wünschen, die ihre Verschlüsse entweder selbst herstellen (der Regelfall bei IBC) oder zukaufen (eher bei kleinvolumigen Verpackungen).
Brandt, studierter Maschinenbauingenieur, hat im Rahmen seiner nun 15-jährigen Prüftätigkeit für den TÜV Rheinland Verfahren entwickelt, wie die Zubehörteile speziell in Sachen chemische Verträglichkeit separat geprüft werden können. Dieses Know-how bringt er inzwischen aktiv bei der BAM ein. "Bei nur einer kleinen Änderung an der Armatur muss eine Bauart eigentlich nicht das gesamte Prüfprogramm durchlaufen."
Leistungstests für Chemieindustrie
Neben Prüfungen im Zuge der Bauartzulassung führen Brandt und sein aus zehn Mitarbeitern bestehendes Team seit zwei bis drei Jahren zunehmend Qualitätsprüfungen an Chargen aus laufenden Verpackungsproduktionen durch, die von großen Chemieunternehmen angeliefert werden. Diese wollen mit den Ergebnissen ihre Verpackungslieferanten bewerten, ähnlich wie sie es in dem von ihnen unterhaltenen SQAS-System mit ihren Logistikern machen. Diese Leistungstests sind teils an die Bauartprüfungen angelehnt, es gibt aber auch weitergehende zerstörende Prüfungen, etwa zur Berstdurckermittlung einer Verpackung oder wie sie bei einem dynamischen Stauchdrucktest abschneidet (Kennzahl aus maximaler Stauchkraft geteilt durch Stauchweg bzw. Verformung).
Hinzu kommt als weiteres Tätigkeitsfeld die Überwachung der Serienfertigung von Verpackungsherstellern bzw. von deren Qualitätssicherungsprogrammen durch Audits und regelmäßige Begehungen gemäß der BAM-GGR 001. Der TÜV Rheinland in Halle wiederum wird als eine von derzeit 36 in Deutschland von der BAM anerkannten Prüfstellen für die Baumusterprüfung von Gefahrgutverpackungen mittels eines alle drei Jahre zu wiederholenden Audits überwacht.
Daneben verfügt das Prüflabor auch über eine Akkreditierung der Deutschen Akkreditierungsstelle (DAkkS), die dem Labor die nötige Kompetenz für Werkstoffprüfungen an Kunststoffen auf Basis der ISO-Norm 17025 bescheinigt. Zu diesen Prüfungen zählen u. a. die Ermittlung mechanischer Kennwerte in Zug-, Druck- und Biegeversuchen oder Mikrotomschnitte. Bei letzteren handelt es sich um sehr dünne Schnittpräparate, mit ihnen lässt sich auch der Schichtaufbau von Gefahrgutverpackungen und -IBC per Mikroskop und Mikrofilm untersuchen. In den letzten Jahren werden die Gebinde ja tendenziell mit immer mehr Behälterschichten im Coextrusionsblasverfahren hergestellt.
Bauartprüfungen von Verpackungen und IBC
Im Folgenden sind die wichtigsten Details aus den Prüfvorschriften für IBC und Verpackungen gemäß Teil 6 der Gefahrgutvorschriften aufgeführt, in der für IBC festgelegten Reihenfolge. Kriterien für das Bestehen der Prüfungen sind kein Füllgutverlust bzw. keine Undichtigkeit, bei IBC oft in Verbindung mit "keine dauerhaften Verformungen".
Vibrationsprüfung
Für IBC-Bauarten für flüssige Füllgüter seit 2011 verbindlich, einstündige Prüfung eines zu 98 Prozent mit Wasser befüllten Prüfmusters auf einem die vertikalen Transportbewegungen simulierenden "Rütteltisch" (Sinusschwingung mit doppelter Amplitude von 25 mm 6 5 %);
Entfällt für Verpackungen;
Heben von unten
Für IBC, die mit einer Vorrichtung (z. B. Palette) für das Anheben von unten versehen sind, einmal zu wiederholende Prüfung per Gabelstapler jeweils mit der 1,25-fachen zulässigen Bruttomasse;
Entfällt für Verpackungen;
Heben von oben
Für IBC, die mit Vorrichtungen (Kranösen oder Schlaufen) für das Anheben von oben versehen sind, Hebeprüfung über 5 Minuten mit Hilfe einer zusätzlichen Last und per Stapler mit der zweifachen zulässigen Bruttomasse;
Entfällt für Verpackungen;
Stapeldruckprüfung
Auf für Stapelung ausgelegte IBC wird nach der Befüllung mit höchstzulässiger Bruttomasse eine Last mit der 1,8-fachen Bruttomasse gleichmäßig aufgesetzt, entweder über 5 Minuten (Metall-IBC), 24 Stunden (Kombinations-IBC mit Stahlrahmen) oder 28 Tage bei 40 °C (reine Kunststoff-IBC);
Für Verpackungen mit drei Prüfmustern, immer in unterster Position in einem mindestens 3,0 Meter hohen Stapel mit diesen Verpackungen in befülltem Zustand bzw. einer dementsprechenden Last über 24 Stunden; bei Kunststoffverpackungen (Fässer, Kanister) über 28 Tage bei 40 °C;
Dichtheitsprüfung
Für IBC für flüssige oder feste, unter Druck eingefüllte/entleerte Füllgüter mittels Luft bei einem inneren Überdruck von mindestens 0,2 bar über 10 Minuten, entweder durch Luftdruckdifferentialprüfung durch Eintauchen in ein Wasserbad nachzuweisen;
Für Verpackungen mit drei unbefüllten Prüfmustern bei einem Überdruck von mindestens 0,2 bar (Verpackungsgruppen II und III) bzw. 0,3 bar (Verpackungsgruppe I) durch 5-minütiges Unterwasser-Tauchen;
Hydraulische Innendruckprüfung
Für IBC mit Wasser bei einem Überdruck von 2,5 bar (Metall-IBC für feste, unter Druck eingefüllte/entleerte Füllgüter der VG I), 2 bar (Metall-IBC für flüssige sowie feste, unter Druck eingefüllte/entleerte Füllgüter der VG II und III), 0,75 bar (starre Kunststoff-IBC und Kombinations-IBC mit Kunststoffinnenbehälter für feste, unter Druck eingefüllte/entleerte Füllgüter) bzw. einem Prüfdruck in Abhängigkeit des Dampfdrucks des zu befördernden Stoffes (starre Kunststoff-IBC und Kombinations-IBC für flüssige Stoffe, siehe 6.5.6.8.4.2 b);
Für Verpackungen für flüssige Stoffe mit drei Prüfmustern bei einem Prüfdruck in Abhängigkeit des Dampfdrucks des zu befördernden Stoffes – mindestens aber 1 bar – über 5 Minuten (Metall- und Kombinationsverpackungen mit Glas Porzellan oder Steinzeug) oder 30 Minuten (Kunststoff- und Kombinationsverpackungen mit Kunststoff) durchzuführen;
Fallprüfung
Für IBC, die zu mindestens 95 Prozent (feste Stoffe) oder 98 Prozent (flüssige Stoffe) befüllt und im Falle von Kunststoff- und Kombinations-IBC zuvor auf wenigstens –18 °C heruntergekühlt wurden, Fall mit der schwächsten Stelle des Bodens aus 1,80 Metern (VG I), 1,20 Metern (VG II) oder 0,80 Metern (VG III) Höhe auf ein unnachgiebiges Fundament; für flüssige Stoffe der VG II und III kann die Prüfung auch mit Wasser durchgeführt bei o. g. Fallhöhen durchgeführt werden; bei Stoffen mit einer höheren Dichte als 1,2 ist die Fallhöhe mit einem Faktor gem. 6.5.6.9.4 zu berechnen;
Bei Verpackungen variieren die Zahl der Prüfmuster, Fallversuche und Fallausrichtungen stark (siehe Tabelle in 6.1.5.3.1), auch hier sind Kunststoffverpackungen auf –18 °C abzukühlen; die von der Verpackungsgruppe des Füllgutes abhängigen Fallhöhen sind identisch mit denen für IBC, für flüssige Stoffe mit einer Dichte von mehr als 1,2 gelten die Fallhöhe erhöhende Faktoren – insbesondere bei flüssigen Stoffen der VG I, für welche die Verwendung von IBC ausgeschlossen ist
(aus: gela 04/17, www.gefaehrliche-ladung.de)
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