Beitrag zur Validierung der Lebensdaueranalyse für Kunststoffrohre unter statistischen Gesichtspunkten bei Berücksichtigung des Einflusses innerer Spannungen

Kunststoffrohre finden seit fast sechs Jahrzehnten unter anderem in der Gas- und Trinkwasserversorgung Anwendung. In Abhängigkeit von den Verfahrensparametern bei der Extrusion weisen sie Eigenspannungen in unterschiedlicher Höhe auf, welche sich im Betriebsfall mit den Spannungen infolge Innendruck überlagern. Die in DIN EN ISO 9080 / DIN EN ISO 1167 beschriebene Lebensdaueranalyse für Kunststoffrohre erfolgt auf Grundlage einer akzelerierten Prüfung mit einer anschließenden Extrapolation des Materialverhaltens. Die Prüfergebnisse aus dem sogenannten Zeitstand-Innendruckversuch bilden die Grundlage für eine multiple lineare Regressionsanalyse mit zwei, drei oder vier Parametern unter Verwendung der Methode der kleinsten Fehlerquadrate. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden die folgenden Fragestellungen untersucht: (1) Üben die herstellungsbedingten Eigenspannungen einen Einfluss auf die Lebensdaueranalyse aus? (2) Ist eine Lebensdaueranalyse auf Basis eines linearen Regressionsmodells gerechtfertigt? Zu diesem Zweck wurden Versuche an Probekörpern aus Polyethylen und Polypropylen aus je zwei im Hinblick auf die Verfahrensparameter unterschiedlichen Produktionschargen durchgeführt. Die im Rahmen der Lebensdaueranalyse ermittelten Zeitstand-Innendruckfestigkeiten lassen für beide Werkstoffe keine signifikanten Unterschiede zwischen den Produktionschargen erkennen. Vielmehr liegen die Differenzen unabhängig vom verwendeten Regressionsmodell im Bereich der versuchsbedingten Messunsicherheit. Die Überprüfung auf Linearität der Regressionsparameter, Homoskedastizität der Residuenvarianzen, Multikollinearität der Kovariablen, Normalverteilung der Residuen und ungewöhnliche Beobachtungen belegt die näherungsweise Erfüllung der regressionstheoretischen Annahmen.