PosiTest HHD, PosiTest HHD C
Wenn Schutzbeschichtungen auf Metalluntergründe oder Abdichtungsschichten auf Beton aufgetragen werden, ist es für die langfristige Leistungsfähigkeit sowohl des Beschichtungssystems als auch des darunterliegenden Untergrunds von entscheidender Bedeutung, dass die Oberfläche vollständig geschützt ist. Das Aufspüren und Ausbessern von Löchern in der Beschichtung (allgemein als „ Fehlstellen “, „pinholes“ oder „Porosität“ bezeichnet) ist ein notwendiger Schritt bei der Beschichtung und deren Überprüfung.
Seit Jahrzehnten enthalten die wichtigsten internationalen Normen für die Erkennung von „ Fehlstellen “ unterschiedliche Formeln und Empfehlungen hinsichtlich der bei der Prüfung einer Beschichtung zu verwendenden Spannung. Viele Prüfer haben sich an gängige Faustregeln wie die „100 Volt pro mil“ (~4 V/µm)-Regel gehalten. Leider fehlte diesen älteren Methoden eine klare wissenschaftliche Grundlage, und oft führten sie zu Spannungen, die zu niedrig waren, um jeden „ Fehlstellen “ zuverlässig zu erkennen.
Jüngste Forschungsarbeiten im Bereich der Hochspannungsprüfung haben zu einer neuen Formel geführt, die auf dem Paschen-Gesetz basiert. Die Norm ASTM G62-23 hat diese aktualisierte Methode als erste übernommen, gefolgt von AMPP/NACE SP0188-2024, ASTM D5162-24, ASTM D4787-24 und ISO 29601:2026.
Ein „ Fehlstellen “ ist eine Lücke, ein winziges Loch oder eine Unregelmäßigkeit in einem Beschichtungssystem, durch die das darunterliegende Substrat freiliegt oder unzureichend geschützt ist. „ Fehlstellen “ können entstehen, wenn Beschichtungen zu dünn aufgetragen werden, wenn Oberflächenverunreinigungen die Haftung beeinträchtigen oder wenn „ air “ während des Auftragens eingeschlossen wird. Selbst sehr kleine Defekte können dazu führen, dass Feuchtigkeit, Sauerstoff und lösliche Verunreinigungen zum Substrat gelangen und so die Voraussetzungen für den Beginn von Korrosion schaffen.
Unentdeckte „ Fehlstellen “ stellen ein großes Problem für jedes Beschichtungssystem dar, das in aggressiven Einsatzumgebungen verwendet wird, darunter Tauchbeschichtungen, Bereiche mit chemischer Belastung, den maritimen Einsatz und Rohrleitungen. Ein „ Fehlstellen “ in diesen Beschichtungen kann zu schneller, lokaler Korrosion und einem vorzeitigen Versagen der Beschichtung führen. Die Erkennung von „ Fehlstellen “ ist daher ein entscheidender Schritt der Qualitätskontrolle, bevor eine beschichtete Konstruktion in Betrieb genommen wird.
Fehlstellen werden in der Regel mit einem speziellen Nieder- oder Hochspannungsmessgerät lokalisiert, das speziell für die Erkennung von Unregelmäßigkeiten in einer Beschichtung entwickelt wurde. Bei diesen Geräten wird eine geladene Elektrode an die beschichtete Oberfläche angelegt. Befindet sich eine Lücke ( Fehlstellen ) in der Beschichtung, fließt elektrischer Strom durch diese Lücke in das leitfähige Substrat. Da der Detektor mit dem zu prüfenden Substrat geerdet ist, kann er diesen Strom erfassen und den Bediener darauf hinweisen, dass eine Beschichtungslücke ( Fehlstellen ) festgestellt wurde.
Niederspannungs-Nassschwammdetektoren werden für dünne Beschichtungssysteme verwendet, in der Regel bis zu 20 mil (500 µm), vorbehaltlich des jeweils geltenden Verfahrens. Ein angefeuchteter Schwamm wird über die Oberfläche geführt, wodurch die Lösung einen leitenden Pfad durch ein winziges Loch zum geerdeten Substrat bilden kann. Während die Einstellungen von Hochspannungs- Fehlstellen -Detektoren in der Regel auf der Beschichtungsdicke basieren, arbeiten Niederspannungs-Nassschwamm-Detektoren un at n vorgeschriebenen Prüfspannungen und Empfindlichkeiten, die durch die jeweilige Prüfmethode oder das jeweilige Verfahren festgelegt sind. Der Widerstandsschwellenwert – typischerweise 80 oder 90 kΩ – bestimmt maßgeblich, ob der Detektor einen Alarm auslöst.
Hochspannungs- Fehlstellen sdetektoren sind die am häufigsten empfohlenen Messgeräte für dickere Schutzbeschichtungen, wie sie beispielsweise an Rohrleitungen und anderen Infrastruktureinrichtungen angebracht werden. Da diese Geräte kein leitfähiges Medium wie Wasser verwenden, müssen sie eine ausreichende Spannung anlegen, um die isolierenden Eigenschaften (Durchschlagfestigkeit) von air zu überwinden – ein Vorgang, der als elektrischer Durchschlag bezeichnet wird. Je dicker die Beschichtungsschicht ist, desto größer ist die Strecke, die der Strom zurücklegen muss, und desto mehr Spannung ist erforderlich. Aus diesem Grund ist die Einstellung der richtigen Spannung ein entscheidender Schritt bei der Prüfung mit einem Hochspannungsdetektor.
Bei der Hochspannungs- Fehlstellen -Prüfung muss eine ausreichende Elektrodenspannung angelegt werden, um Fehler zuverlässig zu lokalisieren, ohne die Beschichtung selbst zu beschädigen. Das richtige Gleichgewicht zu finden, hängt weitgehend von der Wahl der richtigen Prüfspannung ab. Bei Verwendung einer falschen Spannung können Probleme auftreten:
Trotz der Bedeutung der Wahl der richtigen Spannung gab es in der Beschichtungsprüfungsbranche in der Vergangenheit sehr unterschiedliche Empfehlungen.
Einer der gängigsten Ansätze war die Faustregel „100 Volt pro Mil“: Man multipliziert die Schichtdicke in Mil mit 100, was in metrischen Einheiten etwa 4 V/µm ergab. Diese Formel war leicht zu merken und schnell anzuwenden. Wo keine Faustregeln zur Anwendung kamen, stützten sich die Prüfer auf Spannungstabellen, die in Industriestandards veröffentlicht waren.
Je nachdem, auf welche „ standard “ Bezug genommen wurde, variierten die spezifischen Spannungsempfehlungen jedoch stark und waren manchmal sogar innerhalb derselben „ standard “ uneinheitlich. Die nachstehende Tabelle vergleicht die in früheren Versionen mehrerer wichtiger Normen veröffentlichten Empfehlungen für „Volt/mil“.
Abgesehen von ihrer Uneinheitlichkeit basieren diese Empfehlungen eher auf der bisherigen Praxis und Erfahrungen aus der Praxis als auf einem klar definierten wissenschaftlichen Modell.
Die Empfehlungen zur Prüfspannung wurden zudem von der Befürchtung beeinflusst, dass hohe Spannungen die Beschichtung durchbrennen könnten, was dazu führte, dass Planer niedrigere Werte bevorzugten. In der Praxis weisen jedoch viele gängige schützende Polymerbeschichtungen eine Durchschlagfestigkeit von über 500 V/mil (etwa 20 V/µm) auf, und einige Materialien, wie beispielsweise schmelzgebundene Epoxide, überschreiten 1.000 V/mil (etwa 40 V/µm). Diese Durchschlagfestigkeitswerte liegen deutlich über den überarbeiteten Prüfspannungen für viele gängige, vollständig ausgehärtete Schutzbeschichtungen. Dementsprechend können die Prüfspannungen oft erheblich über die älteren Empfehlungen hinaus erhöht werden, ohne dass es zu einem Durchschlag der Beschichtung kommt. Die vom Beschichtungshersteller angegebene maximal zulässige Prüfspannung sollte dennoch bestätigt werden.
Die mangelnde Einheitlichkeit und wissenschaftliche Untermauerung älterer Empfehlungen machten deutlich, dass experimentelle Untersuchungen und eine Neubewertung der Spannungswahl erforderlich sind.
Kontrollierte Laborversuche ergaben, dass zur zuverlässigen Erkennung von „ Fehlstellen “ höhere Spannungen als die üblicherweise verwendeten erforderlich sind. In einer Studie von Walker et al. wurden beschichtete Stahlplatten mit bekannten künstlichen „ Fehlstellen “ getestet, um die Spannung zu ermitteln, die erforderlich ist, um 100 % der „ Fehlstellen “ zu erkennen.¹ Die experimentellen Daten stimmten mit dem Paschen-Gesetz überein, dem physikalischen Zusammenhang, der die Spannung beschreibt, die erforderlich ist, um einen Lichtbogen zwischen zwei Elektroden zu erzeugen.
Unter atmosphärischen Bedingungen gemäß standard ergibt sich die Spannung, die erforderlich ist, um einen elektrischen Durchschlag in air zu erzielen, wie folgt:²
Metrisches System (Mikrometer): V = 170 + 2,48d + 58√d
Britisches Maßsystem (Mils): V = 170 + 63d + 293√d
Dabei gilt:
V = erforderliche Spannung (Volt)
d = Spaltweite (Mikrometer oder Mils)
Abweichungen zwischen dieser Gleichung und den experimentellen Ergebnissen können durch reale Variablen verursacht werden, wie beispielsweise Ablagerungen auf der Elektrode oder der Beschichtung, Schwankungen in der Beschichtungsdicke, kleine Spalte zwischen Elektrode und Beschichtung sowie Veränderungen der Umgebungsbedingungen.
Die kombinierten experimentellen und theoretischen Daten zeigten, dass viele herkömmliche Empfehlungen zu niedrig waren, um alle Fehlstellen zuverlässig zu erkennen, insbesondere bei Beschichtungsdicken von weniger als 50 mil (1.250 µm). At Bei größeren Beschichtungsdicken nähert sich 100 V/mil zwar der theoretischen air Durchbruchschwelle an, liegt jedoch weiterhin unter der derzeit empfohlenen Prüfspannung, da sie keinen Spielraum für Feldbedingungen vorsieht. Angesichts dieser Erkenntnisse war eine Aktualisierung der Formeln und Empfehlungen eindeutig erforderlich.
Um den realen Bedingungen Rechnung zu tragen und die theoretische Formel besser mit den experimentellen Ergebnissen in Einklang zu bringen, wurden auf den theoretischen Mindestwert Feldgrenzen angewendet. Die Durchschlaggleichung wurde mit 1,5 multipliziert und ein Basiswert von 1.500 V addiert, was folgendes Ergebnis ergab:
Metrisch (Mikrometer): V = 1.500 + 1,5 × (170 + 2,48d + 58√d)
Imperial (Mils): V = 1.500 + 1,5 × (170 + 63d + 293√d)
Dabei gilt:
V = empfohlene Prüfspannung (Volt)
d = Schichtdicke (Mikrometer oder mil)
1,5 = Sicherheitszuschlag für Oberflächenrauheit, Verunreinigungen und den Zustand der Elektrode
+1.500 V = Basiswert zur Kompensation kleiner, unregelmäßiger Abstände zwischen Elektrode und Oberfläche unter Praxismessbedingungen
Diese Formel legt die empfohlenen Spannungen deutlich über dem in der Walker-Studie ermittelten Mindestwert fest, bleibt dabei jedoch unterhalb der Durchschlagfestigkeit vieler gängiger, vollständig ausgehärteter Schutzbeschichtungen. Die Verwendung dieser Spannungen verringert die Wahrscheinlichkeit, dass „ Fehlstellen “ übersehen werden oder das Beschichtungssystem beschädigt wird.
Die nachstehende Tabelle veranschaulicht die Unterschiede zwischen der aktualisierten Formel und verschiedenen älteren Ansätzen. Die früheren Empfehlungen dienen lediglich dem historischen Vergleich; sie sind durch die aktuellen Normen abgelöst worden und sollten in neuen Leistungsbeschreibungen nicht mehr verwendet werden. Bei bestehenden Projekten ist die vertraglich vereinbarte Ausgabe anzuwenden, es sei denn, die Vertragsparteien stimmen der Anwendung der aktualisierten Methode zu.
Am deutlichsten zeigt sich dieser Unterschied bei dünneren Beschichtungen, bei denen die bisherigen Empfehlungen deutlich hinter der Spannung zurückblieben, die tatsächlich erforderlich ist, um Fehler zuverlässig zu erkennen.
Beispiel: Anwendung der Formel
Für eine Beschichtung von 635 µm (25 mil):
V = 1.500 + 1,5 × (170 + 2,48[635] + 58√635)
V = 1.500 + 1,5 × (170 + 1.574,8 + 1.461,5)
V≈ 6.309 V
Bei einer Beschichtungsdicke von 1.000 µm (40 mil) ergibt dieselbe Formel etwa 8.226 V.
Mit anderen Worten: Die empfohlene Prüfspannung für eine Beschichtungsdicke von 635 µm beträgt etwa 6.300 V und nicht die 2.500 V, die nach der traditionellen 100-V/mil-Regel vorgeschlagen werden. Bei einer Schichtdicke von 1.000 µm beträgt die empfohlene Prüfspannung etwa 8.200 V und nicht die 4.000 V, die nach älteren linearen Regeln vorhergesagt würden.
Die aktualisierte Formel ist wissenschaftlich fundiert und experimentell validiert. Sie wurde in den jüngsten Aktualisierungen mehrerer wichtiger Industriestandards übernommen. Die aktualisierte Methode basiert auf dem Paschen-Gesetz, wird durch kontrollierte Tests gestützt und ist in den Normen ASTM G62-23, NACE SP0188-2024, ASTM D5162-24, ASTM D4787-24 und ISO 29601:2026 enthalten.
Um zuverlässige Prüfungen durchzuführen, sollten Prüfer:
Die Websites PosiTest HHD und PosiTest HHD C enthalten integrierte Spannungsrechner für diese Normen, die die Einrichtung vereinfachen und manuelle Rechenfehler reduzieren.
Bei Beton hängt eine zuverlässige Prüfung auch von der Herstellung eines leitfähigen Rückleiters ab. Betonfeuchtigkeit, eingebettete Bewehrung und leitfähige Unterlagsschichten können die elektrische Durchgängigkeit erheblich beeinträchtigen; daher sollte das betonspezifische Verfahren gemäß ASTM D4787 befolgt und die Funktionsweise an repräsentativen Stellen überprüft werden.
Die überarbeiteten Spannungseinstellungen basieren auf den physikalischen Grundlagen des elektrischen Durchschlags ( air ) und werden durch kontrollierte Tests untermauert. Bei Anwendung gemäß der geltenden Norm „ standard “ und den Vorgaben des Beschichtungsherstellers verbessern sie die Zuverlässigkeit der Erkennung und minimieren gleichzeitig das Risiko einer Beschädigung der Beschichtung.
