Elektronische Leckortung: Verfahren, Funktionsweise und technische Voraussetzungen

Dieser Artikel ist wesentlich stärker auf ELD selbst konzentriert. Er erklärt die elektrische Funktionsweise und die verschiedenen Verfahren. Er beschreibt beispielsweise den notwendigen leitfähigen Untergrund, den Strompfad und anschließend die verschiedenen Verfahren wie: Low-Voltage-Scanning, Electric Field Vector Mapping, vertikale Low-Voltage-Prüfung, High-Voltage-Prüfung. Auch Kalibrierung, Dokumentation und die Grenzen der Verfahren spielen eine Rolle.

SHB Dach

Elektronische Leckortung, häufig als Electronic Leak Detection (ELD) bezeichnet, ermöglicht die gezielte Suche nach Fehlstellen in elektrisch isolierenden Abdichtungsmembranen. Das Verfahren kann sowohl bei frei zugänglichen Abdichtungen als auch bei bestimmten überdeckten Konstruktionen eingesetzt werden und ist insbesondere dort interessant, wo eine spätere direkte Kontrolle der Abdichtung nur noch eingeschränkt oder gar nicht möglich ist.

Das grundlegende Prinzip beruht auf einem einfachen physikalischen Zusammenhang: Eine intakte Abdichtungsmembran wirkt als elektrischer Isolator. Wird sie durch ein Loch, einen Riss oder eine andere Fehlstelle beschädigt, kann ein elektrischer Strompfad entstehen. Dieser Stromfluss lässt sich messen und zur Lokalisierung der Fehlstelle nutzen.

Die in der zugrunde liegenden IIBEC-Veröffentlichung beschriebenen Verfahren lassen sich grundsätzlich in Niederspannungs- und Hochspannungsverfahren einteilen. Beide Verfahrensgruppen nutzen denselben Grundgedanken, unterscheiden sich jedoch deutlich hinsichtlich Aufbau, Durchführung und Randbedingungen.

Warum die elektrische Leitfähigkeit des Dachaufbaus entscheidend ist

Eine elektronische Leckortung funktioniert nicht unabhängig vom Aufbau der Abdichtung. Voraussetzung ist ein elektrisch leitfähiger Bereich unmittelbar unterhalb der Abdichtungsmembran.

Dieser Untergrund dient als Rückweg für den Prüfstrom. Bei vielen Konstruktionen kann beispielsweise ein Betondeck als ausreichend leitfähiger Untergrund dienen. Ist zwischen Membran und leitfähigem Untergrund dagegen eine elektrisch isolierende Schicht angeordnet, kann der notwendige Strompfad unterbrochen werden.

Typische problematische Zwischenschichten sind beispielsweise:

Dämmstoffe
isolierende Schutzplatten
weitere elektrisch nicht leitfähige Schichten

In solchen Fällen kann eine speziell vorgesehene leitfähige Schicht direkt unterhalb der Membran erforderlich sein. Die IIBEC-Veröffentlichung nennt hierfür unter anderem leitfähige Gitter oder vergleichbare leitfähige Schichten. Entscheidend ist, dass diese Schicht unmittelbar unter der Abdichtungsmembran angeordnet wird und den elektrischen Rückweg tatsächlich herstellen kann.

Damit ist die ELD-Tauglichkeit keine reine Frage des verwendeten Messgeräts. Maßgeblich ist vielmehr das Zusammenspiel von Membran, Untergrund und vollständigem Schichtenaufbau.

Das Grundprinzip der elektronischen Leckortung

Bei einer ELD-Prüfung wird zwischen der elektrisch isolierenden Abdichtungsmembran und dem darunterliegenden leitfähigen Untergrund ein elektrisches Potenzial aufgebaut.

Solange die Membran intakt ist, verhindert sie einen direkten Stromfluss zum Untergrund.

An einer Fehlstelle kann dagegen ein elektrischer Kontakt entstehen. Das Prüfgerät erkennt den dadurch entstehenden Strom beziehungsweise die entsprechende elektrische Veränderung.

Das Prinzip lässt sich vereinfacht darstellen als:

Prüfgerät → Abdichtungsoberfläche → Fehlstelle → leitfähiger Untergrund → Rückleitung zum Prüfgerät

Die konkrete Umsetzung hängt davon ab, ob ein Niederspannungs- oder Hochspannungsverfahren eingesetzt wird. Bei Niederspannungsverfahren wird Wasser als leitfähiger Weg auf der Oberfläche genutzt. Bei Hochspannungsverfahren wird dagegen eine trockene Oberfläche mit einer Elektrode abgesucht.

Niederspannungs-ELD

Bei den in der Quelle beschriebenen Niederspannungsverfahren wird ein elektrisches Potenzial von etwa 48 V oder weniger verwendet.

Die Oberfläche der Abdichtungsmembran wird dabei kontrolliert mit Wasser benetzt. Das Wasser bildet einen elektrisch leitfähigen Weg über die Oberfläche. Sobald sich unterhalb dieses Wasserfilms eine Fehlstelle befindet, kann der Strom durch die Beschädigung zum leitfähigen Untergrund fließen.

Ein empfindlicher Empfänger erkennt diesen Stromfluss und ermöglicht die Lokalisierung der Fehlstelle.

Die Quelle beschreibt drei wesentliche Varianten:

horizontale Scanplattform
Electric Field Vector Mapping
vertikale Oberflächenprüfung

Horizontale Scanplattform

Bei der Scanplattform wird die Oberfläche der Abdichtungsmembran vor dem Prüfgerät leicht mit Wasser benetzt. Die Prüfplattform besitzt leitfähige Kontakte, die über die Membran geführt werden.

Zwischen der Plattform und dem leitfähigen Untergrund wird ein elektrisches Potenzial hergestellt. Befindet sich unter der benetzten Fläche eine Fehlstelle, kann Strom von der Plattform über das Wasser und die Fehlstelle zum Untergrund fließen.

Die in der Quelle beschriebene Plattform besitzt zwei Kontaktbereiche. Der äußere Bereich erfasst den elektrischen Stromfluss innerhalb des Prüfbereichs. Der innere Bereich dient der genaueren Lokalisierung. Befindet sich die Plattform unmittelbar über einer Fehlstelle, steigt das Messsignal deutlich an und es erfolgt eine akustische Anzeige.

Typische Einschränkungen

Die Scanplattform setzt voraus, dass der Untergrund unterhalb der Membran ausreichend leitfähig ist. Beton kann diese Voraussetzung häufig erfüllen.

Elektrisch leitfähige Membranen, beispielsweise bestimmte kohlenstoffhaltige schwarze EPDM-Materialien, können dagegen problematisch sein, weil die für das Verfahren notwendige elektrische Isolation der Membran nicht ausreichend gegeben ist.

Auch Dachabläufe und andere geerdete Durchdringungen können die Messung beeinflussen. Wenn das aufgebrachte Wasser eine direkte Verbindung zu solchen Erdungspunkten herstellt, können Fehlanzeigen entstehen. Je nach Gerät können konstruktive Maßnahmen zur elektrischen Trennung solcher Bereiche vorgesehen sein.

Electric Field Vector Mapping

Beim Electric Field Vector Mapping (EFVM) wird innerhalb des zu untersuchenden Bereichs ein elektrisches Feld erzeugt.

Dazu wird zunächst eine leitfähige Leitung um den Rand des Prüfbereichs geführt. Diese Leitung wird mit einem Signalgenerator und dem Gebäudepotenzial beziehungsweise dem leitfähigen Untergrund verbunden.

Anschließend wird die Membran innerhalb des Prüfbereichs mit Wasser benetzt. Ziel ist eine möglichst zusammenhängende leitfähige Wasserfläche.

Befindet sich eine Fehlstelle innerhalb des Prüfbereichs, kann der elektrische Strom durch die Membran zum leitfähigen Untergrund fließen. Zwischen Fehlstelle und Randkabel entsteht dadurch ein elektrisches Spannungsgefälle im Wasserfilm.

Mit einem empfindlichen Voltmeter und zwei Messsonden wird dieses Spannungsgefälle erfasst. Der Bediener bewegt die Sonden schrittweise in die Richtung des stärksten Signals. Durch wiederholte Messungen lässt sich die Position der Fehlstelle bestimmen. Die Stelle mit der höchsten Signalstärke entspricht dabei der Lage des Defekts.

Anforderungen an die Wasserfläche

Für das Vector-Mapping ist eine zusammenhängende Wasserfläche von zentraler Bedeutung.

Der Wasserfilm muss eine elektrische Verbindung zwischen der Fehlstelle und dem Randkabel ermöglichen. Unterbrechungen können dazu führen, dass einzelne Bereiche nicht erfasst werden oder Fehlstellen unentdeckt bleiben.

Diese Problematik kann insbesondere bei neuen und sauberen Membranen auftreten. Wasser kann auf der Oberfläche Tropfen bilden, anstatt einen geschlossenen Film zu bilden. Dadurch wird der erforderliche elektrische Weg unterbrochen.

Einfluss von Überdeckungen

Auch zusätzliche Schichten oberhalb der Abdichtungsmembran können die Messung beeinflussen.

Dazu gehören beispielsweise:

Dämmungen
Wurzelschutzschichten
Drainagematten

Solche Schichten können den elektrischen Signalweg unterbrechen. Je nach Aufbau kann dadurch die Ortung einer Fehlstelle erschwert oder ihre angezeigte Position gegenüber der tatsächlichen Lage verschoben werden.

Bei geschützten Abdichtungssystemen muss deshalb der gesamte Schichtenaufbau in die Beurteilung der ELD-Tauglichkeit einbezogen werden.

Vertikale Niederspannungsprüfung

Horizontale Scanverfahren können nicht ohne Weiteres auf alle Bauteilgeometrien übertragen werden. Für vertikale Flächen beschreibt die Quelle deshalb ein eigenes Niederspannungsverfahren.

Dieses Verfahren kann beispielsweise bei folgenden Bereichen eingesetzt werden:

Ecken
Aufkantungen
Attika- und Parapetflächen
Anschlüssen
Nähten

Dabei wird ein angefeuchteter Sensor auf die zu prüfende Oberfläche gedrückt. Durch den Sensor gelangt Wasser an die Oberfläche und kann bei einer vorhandenen Fehlstelle in die Membran eindringen.

Der dadurch entstehende elektrische Stromfluss wird vom Empfänger registriert und akustisch beziehungsweise über eine Anzeige signalisiert.

Auch hier muss der Untergrund ausreichend leitfähig sein. Leitfähige Membranen beziehungsweise stark kohlenstoffhaltige Materialien können das Verfahren einschränken.

Hochspannungs-ELD

Die Hochspannungsprüfung arbeitet nach einem anderen Prinzip als die Niederspannungsverfahren.

Während bei der Niederspannungsprüfung Wasser als leitfähiger Weg auf der Oberfläche benötigt wird, erfolgt die Hochspannungsprüfung auf einer trockenen Oberfläche.

Eine Elektrode mit leitfähigen Metallborsten wird über die Abdichtungsmembran geführt. Die Elektrode steht gegenüber dem leitfähigen Untergrund unter einem hohen elektrischen Potenzial.

Bei einer intakten Membran verhindert deren elektrische Isolation den Stromfluss.

Befindet sich dagegen eine Fehlstelle in der Membran, kann ein elektrischer Lichtbogen von der Elektrode durch die Fehlstelle zum leitfähigen Untergrund springen. Dieser Vorgang wird vom Prüfgerät erkannt.

Technische Voraussetzungen

Die Hochspannungsprüfung kann nur bei nicht leitfähigen Membranen mit einem ausreichend leitfähigen Untergrund eingesetzt werden.

Die zu prüfende Oberfläche muss trocken sein.

Außerdem muss die Dicke der Abdichtungsmembran bekannt sein, da die erforderliche Prüfspannung daraus bestimmt wird. Die Quelle beschreibt für das dort dargestellte Verfahren Spannungen von ungefähr 40 kV und eine mögliche Prüfung von Membranen bis zu einer Dicke von etwa 26 mm unter den beschriebenen Bedingungen. Diese Angaben sind an das konkrete Verfahren und dessen Randbedingungen gebunden und dürfen nicht pauschal auf andere Geräte oder Anwendungen übertragen werden.

Der Bediener muss gegen die elektrische Spannung entsprechend isoliert und geschützt sein.

Niederspannung und Hochspannung im Vergleich

Die beiden Verfahrensgruppen unterscheiden sich vor allem durch die Art, wie der elektrische Strompfad hergestellt wird.

MerkmalNiederspannungs-ELDHochspannungs-ELDOberflächebenetzttrockenElektrischer Wegüber Wasser und FehlstelleLichtbogen durch FehlstelleUntergrundleitfähig erforderlichleitfähig erforderlichMembranelektrisch isolierendelektrisch isolierendTypische Anwendunghorizontale und vertikale Flächenhorizontale und vertikale FlächenWesentliche EinschränkungWasserfilm muss funktionierenOberfläche muss trocken sein

Die Wahl des Verfahrens hängt damit nicht allein von der gewünschten Ortungsgenauigkeit ab. Entscheidend sind insbesondere Membranmaterial, Schichtenaufbau, Untergrund, Geometrie und Umgebungsbedingungen.

Kalibrierung und Prüfempfindlichkeit

Eine ELD-Prüfung sollte mit einer definierten und nachvollziehbaren Prüfempfindlichkeit durchgeführt werden.

Die IIBEC-Veröffentlichung empfiehlt, Geräte, Prüfverfahren und Prüfparameter so zu kalibrieren, dass eine festgelegte Mindestempfindlichkeit für die Leckortung erreicht wird. Diese Kalibrierung sollte entsprechend den Herstellerangaben regelmäßig überprüft werden.

Das ist insbesondere deshalb relevant, weil ein Messergebnis nicht allein von der Elektronik des Prüfgeräts abhängt. Auch der Dachaufbau, die elektrische Leitfähigkeit des Untergrunds, die Membraneigenschaften und die konkreten Prüfbedingungen beeinflussen die Messung.

Eine zuverlässige Prüfung setzt deshalb voraus, dass das verwendete Verfahren für den jeweiligen Aufbau geeignet ist und mit den vorgesehenen Parametern betrieben wird.

Bedeutung des Bedieners

Die elektronische Leckortung ist ein messtechnisches Verfahren, bei dem die Interpretation der Messergebnisse eine wichtige Rolle spielt.

Beim Vector-Mapping beispielsweise muss der Bediener das elektrische Feld systematisch verfolgen und die Messsonden schrittweise in Richtung des stärksten Signals bewegen.

Auch bei anderen Verfahren müssen mögliche Störquellen erkannt und berücksichtigt werden.

Die Kenntnis des Dachaufbaus ist deshalb ebenso wichtig wie die Beherrschung des Prüfgeräts. Die Quelle weist ausdrücklich darauf hin, dass Erfahrung und Fachkenntnis des Bedieners für die Erzielung zuverlässiger Ergebnisse von Bedeutung sind.

Dokumentation der Prüfung

Eine fachgerecht durchgeführte ELD-Prüfung sollte vollständig dokumentiert werden.

Die IIBEC-Veröffentlichung empfiehlt unter anderem tägliche Aufzeichnungen über:

die untersuchten Flächen
Anzahl und Position der festgestellten Fehlstellen
Wetterbedingungen
Datum der Prüfung
eingesetztes Prüfpersonal

Zusätzlich sollte ein Plan des gesamten Prüfbereichs geführt werden. Die an einem jeweiligen Tag untersuchte Fläche sollte darauf eindeutig gekennzeichnet werden. Wird die Prüfung über mehrere Tage durchgeführt, muss nachvollziehbar bleiben, welche Bereiche bereits untersucht wurden.

Fehlstellen- und Reparaturprotokoll

Für festgestellte Fehlstellen sollte außerdem ein fortlaufendes Protokoll geführt werden.

Dieses kann beispielsweise enthalten:

eindeutige Fehlernummer
Position der Fehlstelle
Datum der Feststellung
Datum der Reparatur
Bemerkungen
Größe der geprüften Fläche

Damit lässt sich nachvollziehen, welche Fehlstellen festgestellt, welche Reparaturen durchgeführt und welche Flächen tatsächlich geprüft wurden.

ELD als Bestandteil der Qualitätssicherung

Elektronische Leckortung kann nicht nur zur Untersuchung bereits bestehender Schäden eingesetzt werden. Ein wesentlicher Anwendungsbereich ist die Qualitätssicherung bei der Herstellung von Abdichtungssystemen.

Wird die Membran unmittelbar nach ihrer Herstellung geprüft, können Fehlstellen erkannt werden, bevor weitere Schichten aufgebracht werden. Dies ist insbesondere bei Konstruktionen relevant, bei denen die Abdichtung später durch Begrünungen, Schutzschichten, Beläge oder andere Aufbauten nicht mehr direkt zugänglich ist.

Die ELD-Prüfung kann damit Bestandteil eines systematischen Qualitätssicherungsprozesses sein. Sie ersetzt jedoch weder die Kontrolle der handwerklichen Ausführung noch andere geeignete Untersuchungsverfahren.

ELD ist kein Ersatz für die allgemeine Bauwerksprüfung

Die elektronische Leckortung ist ein spezifisches Verfahren zur Erkennung und Lokalisierung von Fehlstellen in geeigneten Abdichtungsmembranen.

Sie ersetzt keine visuelle Kontrolle und auch keine anderen geeigneten Prüf- oder Untersuchungsmethoden. ASTM D7877, auf die sich die IIBEC-Veröffentlichung bezieht, wird ausdrücklich als Leitfaden für elektrische Leckortungsverfahren beschrieben und nicht als Ersatz für visuelle, infrarotgestützte oder andere Untersuchungen.

Für eine belastbare Bewertung eines Abdichtungssystems muss deshalb immer geprüft werden, welche Untersuchungsmethoden zum konkreten Aufbau und zum jeweiligen Prüfziel passen.

Für welche Abdichtungen ist ELD geeignet?

Die beschriebenen Verfahren können grundsätzlich bei verschiedenen elektrisch isolierenden Abdichtungsmaterialien eingesetzt werden.

Die Quelle nennt unter anderem:

Polyethylen (PE)
Polypropylen (PP)
Polyvinylchlorid (PVC)
bituminöse Abdichtungsmaterialien
weitere elektrisch isolierende Membranen

Die tatsächliche Eignung hängt jedoch vom konkreten Material und vom verwendeten Prüfverfahren ab. Besonders bei elektrisch leitfähigen oder stark kohlenstoffhaltigen Membranen können Einschränkungen bestehen.

Flutprüfung und elektronische Leckortung

Traditionell wurden bei horizontalen Abdichtungssystemen auch Flutprüfungen eingesetzt. Die IIBEC-Veröffentlichung weist jedoch darauf hin, dass solche Prüfungen häufig über 24 bis 48 Stunden durchgeführt werden und in der Praxis nicht immer eindeutige Ergebnisse liefern.

Für die routinemäßige Qualitätssicherung neuer Dachsysteme werden Flutprüfungen deshalb von der im Beitrag genannten National Roofing Contractors Association und der Canadian Roofing Contractors Association nicht empfohlen.

Die elektronische Leckortung verfolgt einen anderen Ansatz: Statt die gesamte Fläche über längere Zeit mit Wasser zu beaufschlagen, wird der elektrische Strompfad an einer vorhandenen Fehlstelle gezielt erkannt und lokalisiert.

Übergeordnete Bedeutung der ELD

Die elektronische Leckortung bietet vor allem dann einen praktischen Vorteil, wenn die Lage einer Fehlstelle möglichst genau bestimmt werden muss.

Das gilt sowohl für frei zugängliche Abdichtungen als auch für Konstruktionen, bei denen eine direkte Sichtkontrolle schwierig ist. Besonders relevant sind beispielsweise Abdichtungen unter:

Gründächern
Schutz- und Verschleißschichten
Belägen
weiteren konstruktiven Überdeckungen

Allerdings hängt die Aussagekraft der Prüfung wesentlich davon ab, ob der elektrische Strompfad innerhalb des konkreten Aufbaus tatsächlich funktioniert.

Fazit

Elektronische Leckortung ermöglicht die gezielte Lokalisierung von Fehlstellen in elektrisch isolierenden Abdichtungsmembranen. Das Verfahren nutzt die elektrische Isolation einer intakten Membran und den Strompfad, der an einer Beschädigung zum leitfähigen Untergrund entsteht.

Bei den Niederspannungsverfahren wird Wasser eingesetzt, um einen leitfähigen Weg auf der Membranoberfläche herzustellen. Dazu gehören Scanplattformen, Electric Field Vector Mapping und Verfahren zur Untersuchung vertikaler Flächen.

Die Hochspannungsprüfung arbeitet dagegen mit einer trockenen Oberfläche. Eine Elektrode wird über die Membran geführt; an einer Fehlstelle kann ein elektrischer Lichtbogen zum leitfähigen Untergrund entstehen.

Für beide Verfahrensgruppen ist der elektrische Aufbau unterhalb der Membran von entscheidender Bedeutung. Der Untergrund muss ausreichend leitfähig sein. Befinden sich isolierende Schichten unmittelbar unter der Membran, kann der erforderliche Rückweg unterbrochen werden. In solchen Fällen kann eine speziell vorgesehene leitfähige Schicht direkt unter der Membran erforderlich sein.

Ebenso muss die Membran selbst für das gewählte Verfahren geeignet sein. Elektrisch leitfähige Materialien können die klassische ELD einschränken.

Eine zuverlässige Prüfung setzt daher nicht nur ein geeignetes Messgerät voraus. Entscheidend sind der gesamte Abdichtungsaufbau, die elektrische Leitfähigkeit des Untergrunds, die Eigenschaften der Membran, die gewählte Prüfmethode, die Prüfparameter, eine ausreichende Kalibrierung und die Erfahrung des Bedieners.

Als Bestandteil der Qualitätssicherung kann ELD dazu beitragen, Fehlstellen frühzeitig zu erkennen und zu lokalisieren, bevor die Abdichtung durch weitere Schichten dauerhaft unzugänglich wird. ASTM D7877 bietet hierfür einen systematischen Rahmen zur Beschreibung und Anwendung der elektronischen Leckortungsverfahren.