AT517431A1

AT517431A1 - Mehrschichtiges Rohr

Info

Publication number: AT517431A1
Application number: ATA50577/2015A
Authority: AT
Original assignee: Radius-Kelit Infrastructure Gesmbh
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2015-07-01
Publication date: 2017-01-15
Also published as: WO2017000010A1

Abstract

Ein mehrschichtiges Rohr, umfassend ein inneres Trägerrohr, eine äußere Polymer- Schutzabdeckung und eine Sperrschicht werden beschrieben. Um ein Reißen der Gasbarriere beim Biegen des Rohres zu verhindern, ist die Sperrschicht aus geschäumtem Polymermaterial gefertigt, mit dem die Gasdiffusion von dem Rohr und in das Rohr hinein verhindert wird.

Description

Diese Erfindung betrifft mehrschichtige Rohre und kann zum Transport unterschied-licher Medien benützt werden, darunter Medien für Wasser- und Heizungsversor-gungsanlagen.

Stand der Technik

Aus der Offenbarung in EP 0897788 B1 ist ein mehrschichtiges Rohr bekannt, das ein Innenrohr, eine das Innenrohr bedeckende Wärmeisolierschicht und eine äußere Schutzabdeckung umfasst, wobei zwischen der Wäremisolierschicht und der äuße-ren Schutzabdeckung eine Polymerfolie angeordnet ist, bei der es sich um eine Gasbarriere handelt, also um eine Sperrfolie.

Der Nachteil eines solchen Rohres liegt in einem relativ großen Biegeradius, weil die Sperrfolie bei einer Verkleinerung des Biegeradius reißen könnte.

Maßnahmen zur Überwindung der ungenügenden Flexibilität des Rohres (Verkleinerung eines Biegeradius) wurden in einem mehrschichtigen Rohr des russischen Patents Nr. RU 2339869 (analog: DE 20 2006 009 337 U1), veröffentlicht am 27. 11.2008, vorgeschlagen, wobei dieses Rohr ein inneres Trägerrohr und eine äuße-re Schutzabdeckung umfasst, zwischen denen eine die Gasdiffusion verhindernde Folie angeordnet ist, die mit einer Schicht aus weichem Polymerschaum versehen ist, die an die Folie geklebt ist. Die weiche Zwischenschicht dient als Substrat für die Folie, weshalb die Folie beim Biegen des Rohres mit geringerer Wahrscheinlichkeit reißt. Die Verfügbarkeit der weichen Schaumstoffschicht ermöglicht ein glatteres Biegen der daran festgeklebten Folie. Doch selbst wenn die weiche Schicht vorhan-den ist, kommt es an einem bestimmten Punkt aufgrund der unterschiedlichen Deh- nungskoeffizienten von Film und Substrat zum Reißen der an diese Schicht gekleb-ten Folie. Zudem sind die Sperreigenschaften der Folie von deren Dicke abhängig -je dicker die Folie, desto besser verhindert sie die Gasdiffusion. Doch die Vergröße-rung der Foliendicke bedingt eine zunehmende Starre derselben, wodurch die Bil-dung eines kontinuierlichen Folienrohres behindert wird. Außerdem setzt sich eine dicke und starre Folie, auch wenn sie die Form eines Rohres hat, von angrenzen-den Schichten ab, wodurch die Integrität des Rohres beschädigt wird und es folglich beim Biegen zu einem Folienriss kommt. Aufgrund dieser Tatsache endet an einem bestimmten Punkt die Verbesserung der Folien-Sperreigenschaften bezüglich Gas-diffusion per Verdickung der Folie. Zudem kann es infolge von Folienrissen zu einer Gasdiffusion kommen. Außerdem verursacht die Steigerung der Anzahl und der Dicke der Rohrschichten eine Erhöhung des Materialverbrauchs.

Am Stand der Technik ist die Verwendung geschäumter Schichten in mehrschichti-gen Rohren bekannt. Für gewöhnlich sind diese aus geschäumtem Polyethylen, Po-lyurethan und Polyamid gefertigt. Solche Schichten werden als Wärmeisolierung Oder zur Festigung der Rohrstruktur benützt.

Bekannt sind auch Verfahren zum Schäumen von Polymermaterialien.

Offenbarung der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der oben aufgeführten Nachteile, insbe-sondere die Verhinderung eines Risses der Gasbarriere beim Biegen des Rohres.

Das Ziel wird anhand des kennzeichnenden Merkmals von Anspruch 1 erreicht.

Das technische Ergebnis in der Nutzung dieser Erfindung liegt in der Steigerung der Flexibilität des mehrschichtigen Rohres und in der Verbesserung von dessen Sperreigenschaften gegenüber unterschiedlichen Gasen. Außerdem wird der Material-verbrauch verringert. In den meisten Ausführungsbeispielen des Rohres nehmen die Flexibilität und die Sperreigenschaften zu, während die Dampfdurchlässigkeit des Rohres erhalten bleibt.

Gemäß einem der Ausführungsbeispiele des mehrschichtigen Rohres wird das technische Ergebnis aufgrund der Tatsache erreicht, dass in dem mehrschichtigen Rohr, zusammengesetzt aus einem inneren Trägerrohr, einer äußeren Polymer-Schutzabdeckung und einer Sperrschicht zwischen dem inneren Trägerrohr und der äußeren Schutzabdeckung, die Sperrschicht aus geschäumtem Polymermaterial gefertigt ist, welches die Gasdiffusion aus dem Rohr und in das Rohr hinein verhin-dert.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des mehrschichtigen Rohres wird das technische Ergebnis aufgrund der Tatsache erreicht, dass in einem mehrschichtigen Rohr, das aus einem inneren Trägerrohr und einer äußeren Polymer-Schutzabdeckung zusammengesetzt ist, die äußere Schutzabdeckung aus koextru-dierten Schichten gefertigt ist und wenigstens eine der Schichten eine Sperrschicht ist, die aus geschäumtem Polymermaterial gefertigt ist, das die Gasdiffusion aus dem Rohr und in das Rohr hinein verhindert, und dass wenigstens eine Schicht die Sperrschicht abdeckt.

Im mehrschichtigen Rohr kann das innere Trägerrohr aus Polymermaterial Oder aus Metallwellmaterial gefertigt sein.

Es besteht die Möglichkeit, dass die Sperrschicht aus einem Material gefertigt ist, das das Eindringen von Sauerstoff durch die Rohrwand zum transportierten Medium verhindert.

Das mehrschichtige Rohr kann mit einer Wärmeisolierschicht aus geschäumtem Polymer ausgerüstet sein, die sich zwischen dem inneren Trägerrohr und der Sperrschicht befindet.

Die Wärmeisolierschicht kann aus geschäumtem Polyurethan Oder geschäumtem Polyisocyanurat Oder geschäumtem Polyethylen gefertigt sein.

Die Schäumungsgase in den Zellen der Wärmeisolierschicht können durch Kohlen-dioxid Oder Fluorchlorkohlenwasserstoffe Oder Kohlenwasserstoffe Oder n-Pentan

Oder Isopentan Oder Cyclopentan Oder Gemische dieser Gase in unterschiedlichen Anteilen gegeben sein.

Die Sperrschicht kann aus einem Material gefertigt sein, das das Verdampfen der Schäumungsgase aus den Wärmeisolierzellen und das Eindringen von Luftkompo-nenten in die Zellen der Wärmeisolierschicht verhindert.

Die Durchlässigkeit des Sperrschichtschaumes darf 0,72 mg Sauerstoff durch 1 m2 der Sperrschichtoberfläche pro Tag bei 20 °C nicht überschreiten.

In dem mehrschichtigen Rohr kann das Material der Sperrschicht aus der Gruppe der folgenden Materialien ausgewählt werden: Copolymer aus Ethylen und Vinylal-kohol, Polyketon, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylalkohol, Polyethylenterepthalat, Po-lyamid, Polychlorotrifluorethylen, Polybutylenterephthalat, Polyvinylchlorid.

Das Material der Sperrschicht kann ein Polymer-Verbundstoff sein. Das Grundmate-rial des Verbundstoffes kann Ethylen und Vinylalkohol-Copolymer Oder Polyketon Oder Polyvinylidenchlorid Oder Polyvinylalkohol Oder Polyethylenterepthalat Oder Po-lyamid Oder Polychlorotrifluorethylen Oder Polybutylenterephthalat Oder Polyvinylchlorid sein.

Die Sperrschicht kann einen Zuschlagstoff aus flüssigkristallinem Polymer im Aus-maß von 0,5-15 Gewichtsprozent enthalten.

Ein Zuschlag (Verteilung) von Partikeln aus organisch modifiziertem Ton im Aus-maß von 0,1-10 % des Gesamtgewichts des Polymer-Verbundstoffes kann verwen-det werden.

Die Sperrschicht kann aus einem Polymermaterial gefertigt sein, das mit jedem be-kannten Schäumungsmittel geschäumt worden ist, beispielsweise Kohlendioxid o-der Fluorchlorkohlenwasserstoffe Oder Kohlenwasserstoffe Oder n-Pentan Oder Isopentan Oder Cyclopentan Oder Gemische dieser Gase in unterschiedlichen Propor-tionen.

In dem Ausführungsbeispiel des mehrschichtigen Rohres kann die Sperrschicht mit wenigstens einer der angrenzenden Schichten unter Verwendung eines Klebstoffes verbunden sein.

Das innere Trägerrohr kann mit einem Verstärkungssystem aus hochfesten Fasern versehen sein, und das mehrschichtige Rohr als Ganzes kann mit einem Leiter ausgerüstet sein, der ein Indikator eines Fernsteuerungssystems ist.

Wenn sich im Rohr keine zusätzliche Wärmeisolierschicht befindet, sollte die ge-schäumte Sperrschicht wenigstens 20 mm dick sein; wenn eine zusätzliche Wärme-isolierschicht vorhanden ist, sollte die Dicke der Sperrschicht wenigstens 1 mm be-tragen.

Das Material der geschäumten Sperrschicht darf nicht mehr als 10 % offene Poren enthalten, urn eine wirksame Gasbarriere bereitzustellen.

Die äußere Schutzabdeckung kann ein gewelltes Profil aufweisen.

Definitionen Für ein klares Verständnis der nachstehenden Beschreibung der Erfindung werden die Definitionen einiger in der Patentschrift benützter Ausdrücke gegeben.

Die Verhinderung der Gasdiffusion aus dem Rohr und in das Rohr hinein bedeutet in dieser Anmeldung die Verlangsamung der Diffusion von Gasen, einschließlich Schäumungsmitteln der Sperrschicht, aus den inneren Schichten des Rohres und die Verzögerung der Diffusion atmosphärischer Gase, einschließlich Sauerstoffs, in die inneren Schichten des Rohres hinein.

Das innere Trägerrohr ist ein Rohr, durch das unterschiedliche Medien (Flüssigkei-ten, Gase, deren Gemische usw.) transportiert werden.

Das Basismaterial eines Polymer-Verbundstoffes ist das Material mit dem höchsten Anteil im Verbundstoff.

Detaillierte Offenbarung der Erfindung

Die Herstellung der Sperrschicht aus geschäumtem Polymermaterial, das Kompo-nenten enthält, welche die Gasdiffusion aus dem Rohr und in das Rohr hinein ver-hindern, ermöglicht das Weglassen einer Folie mit Sperreigenschaften. Die hohe Porosität der Sperrschicht ermöglicht die Steigerung der Flexibilität des Rohres, da beim Biegen nur einige wenige Porenschichten angrenzend an die äußere Schutz-schicht einreißen können, jedoch die Sperrschicht ihre Integrität bewahrt und einen höheren Risswiderstand und eine größere Elastizität im Vergleich mit nichtge-schäumter Folie aufweist. Dies bedeutet, dass die restlichen Poren intakt bleiben und sowohl die Sperr- wie die Wärmeisolierungseigenschaften der Sperrschicht ge-währleisten. Überdies ist die geschäumte Sperrschicht (besser als die nicht geschäumte Folie desselben Materials) imstande, sich ohne durchgehende Risse auszudehnen. Sämtliche genannten Eigenschaften der geschäumten Sperrschicht ermöglichen die Steigerung der Flexibilität des mehrschichtigen Rohres und die Verkleinerung des-sen Biegeradius.

Ferner ermöglicht die Verwendung der geschäumtem Sperrschicht die Vergröße-rung der effektiven Gesamtdicke der Gasbarriere und damit die Steigerung des Schutzes des mehrschichtigen Rohres gegen das Eindringen atmosphärischer Ga-se und gegen die Diffusion von Schäumungsmitteln durch die Rohrwand. Ange-sichts der Tatsache, dass die Sperrschicht geschäumt ist, besitzt sie Wärmeisolier-eigenschaften, aufgrund deren die Wärmeverlustraten während der Nutzung des vorgeschlagenen Rohres reduziert werden können.

Die geschäumte Sperrschicht ist aus geschäumtem Polymermaterial gefertigt, das die Gasdiffusion aus dem Rohr und in dieses hinein verhindert.

Die Kombination von Sperreigenschaften und Wärmeisolierungseigenschaften in derselben Schicht ermöglicht eine Verringerung des Materialverbrauchs des Roh-res.

Bei Verwendung eines inneren Trägerrohres aus Metall schützt die Sperrschicht das Metall gegen das Eindringen von atmosphärischem Sauerstoff durch die äußere Po-lymer-Abdeckung und verhindert damit die Korrosion der äußeren Oberfläche des Metallrohres während der Lagerung, der Verlegung der Rohrleitungen und des Be-triebs. Um die Flexibilität des Rohres zu gewährleisten, ist die Verwendung eines gewellten Trägerrohres erforderlich.

Was die Polymermaterialien betrifft, die besonders häufig zur Produktion eines inneren Trägerrohres verwendet werden, wie beispielsweise Polyethylen, Polypropylen usw., so ist bekannt, dass ihre Gasdurchlässigkeit ziemlich hoch ist.

Im Fall der Verwendung des inneren Rohres aus Polymermaterial verhindert die Sperrschicht das Eindringen atmosphärischer Gase in das innere Trägerrohr und damit die Sättigung eines transportierten Mediums (insbesondere Wasser, Dampf) mit Gasen, insbesondere mit atmosphärischem Sauerstoff. Dies ist wichtig, weil Wasser mit hohem Sauerstoffgehalt die Korrosion metallischer Rohre und anderer Metallkonstruktionen in Verbindung mit Kunststoffrohren verursachen und die Ei-genschaften der inneren Polymer-Trägerrohre selbst verändern kann.

Obwohl die aus einem geschäumten Material gefertigte Sperrschicht Wärmeisolie-rungseigenschaften besitzt, kann das mehrschichtige Rohr mit einer Wärmeisolier-schicht aus einem geschäumtem Polymer versehen sein, die sich zwischen dem Trägerrohr und der Sperrschicht befindet. Diese Schicht ermöglicht zusätzlich die Verringerung des Wärmeverlusts im mehrschichtigen Rohr.

Die Wärmeisolierschicht kann aus einem Material gefertigt sein, das im Vergleich zur Sperrschicht unterschiedliche Festigkeit, Kosten, Wärmeisolierung und andere Eigenschaften aufweist.

Die Tatsache, dass die Sperrschicht Wärmeisolierungseigenschaften aufweist, er-möglicht die Verringerung der Dicke der Wärmeisolierschicht im Vergleich zu dem Fall, dass eine nicht-geschäumte Gasbarriere verwendet wird, und damit die Steige-rung der Flexibilität dieser Schicht und der Flexibilität des mehrschichtigen Rohres als Ganzes. Darüber hinaus dämpft die geschäumte Sperrschicht die Rissbildung in der Wärmeisolierschicht, weil der Schaum der Sperrschicht zu einer elastischen Deformation an den Rändern von Rissen in der Wärmeisolierschicht imstande ist, wo-bei Einrisse mehrerer Porenschichten möglich sind, jedoch keine durchgehenden Risse gebildet werden, womit ein Beitrag zur Steigerung der Flexibilität des mehrschichtigen Rohres geleistet wird.

Die Sperrschicht kann aus einem Material gefertigt sein, das die Diffusion atmo-sphärischer Gase und von Schäumungsgasen aus der Wärmeisolierschicht und die Substitution von Schäumungsgasen durch atmosphärische Gase, einschließlich Sauerstoff, verhindert.

Dies ist wichtig, da die Substitution von Schäumungsgasen durch atmosphärische Gase, insbesondere Sauerstoff, eine Zerstörung der Wärmeisolierschicht und er-höhten Wärmeverlust verursacht und zudem das Eindringen von Sauerstoff in das innere Polymer-Trägerrohr Oder auf eine äußere Oberfläche des metallischen Trä-gerrohres ermöglicht.

Es besteht die Möglichkeit, dass das Rohr zwei Sperrschichten aufweist, die so an-geordnet sind, dass sie die inneren und äußeren Oberflächen der Wärmeisolier-schicht abdecken. Daraus folgt, dass die Wärmeisolierschicht zwischen den beiden Schichten, die eine Gasdiffusion verhindern, angeordnet ist und damit die sichere Aufbewahrung des Gasmediums in den Zellen der Wärmeisolierschicht gewährleis-tet ist, weil die Gasdiffusion durch die äußere Abdeckung und durch das innere Trä-gerrohr verhindert wird. Mit einer solchen Lösung ist die Erhaltung einer hohen Ge-samtwärmebeständigkeit des Rohres im Verlauf der kontinuierlichen Nutzung einer Rohrleitung gewährleistet, auch in Fallen langfristiger Lageraufbewahrung des Rohres, bevor dieses verlegt und in einer Rohrleitung zum Einsatz gebracht wird.

Indem sie die Diffusion von Schäumungsgasen verhindert, lässt die Sperrschicht die Substitution der Schäumungsmittel durch atmosphärische Gase nicht zu und be-wahrt die Wärmeisolierungseigenschaften der Wärmeisolierschicht. Die Bewahrung der Wärmeisolierungseigenschaften im Zuge der kontinuierlichen Arbeit ermöglicht es, die Wärmeisolierschicht so dünn zu machen, wie dies durch die Berechnung der Wärmeisolierungseigenschaften des Rohres festgestellt werden kann, ohne eine zusätzliche Dicke zur Kompensation von Änderungen der Schichteigenschaften. Demnach wirkt sich auch die Anwesenheit der zweiten Sperrschicht auf die Steige-rung der Rohrflexibilität und die Verringerung des Materialverbrauchs infolge der Minimierung der Dicke der Wärmeisolierschicht aus.

Die Durchlässigkeit der geschäumten Sperrschicht darf 0,72 mg Sauerstoff durch 1 m2 der Sperrschichtoberfläche pro Tag bei 20 °C nicht überschreiten. Es hat sich herausgestellt, dass diese Durchlässigkeit für Rohre jeder Größe wirksame Sperrei-genschaften gegen unterschiedliche Gase bereitstellt.

Als Material der geschäumtem Sperrschicht Oder Grundmaterial des Polymer-Verbundstoffes, aus dem die geschäumte Sperrschicht gefertigt werden kann, kön-nen verwendet werden: Copolymer von Ethylen und Vinylalkohol (EVOH), Polyamid (PA), Polyketon (PK), Polyethylenterephtalat (PET), Polyvinylidenchlorid (PVDC), Polyvinylalkohol (PVOH), Polychlortrifluorethylen (PCTFE), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyvinylchlorid (PVC) und andere Materialien und Verbundstoffe auf deren Basis, die geeignet sind, die Diffusion atmosphärischer Gase in das Rohr und von Schäumungsgasen aus dem Rohr zu verhindern.

Materialien wie EVOH, PA, PK, PET, PVDC, PVOH, PCTFE, PBT, PVC und Verbundstoffe auf ihrer Basis bewahren die Dampfdurchlässigkeit des mehrschichtigen Rohres. Bei Verwendung des inneren Polymer-Trägerrohres und der genannten Materialien als Grundkomponenten der Sperrschicht besteht ein zusätzlicher Vorteil des vorgeschlagenen Rohres darin, dass der Dampf, der durch die innere Rohr-wand gegangen ist, durch die äußere Abdeckung abgeführt wird.

Als Polymer-Verbundstoff können Polymere benützt werden, in denen Partikel von organisch modifiziertem Ton verteilt sind. Der Gehalt des organisch modifizierten Tons kann 0,1 % bis 10 % des Verbundstoffgewichtes ausmachen.

Es ist erwiesen, dass eine Steigerung der Sperreigenschaften der Schicht festzu-stellen ist, wenn der Gehalt des organisch modifizierten Tones mindestens 0,1 % beträgt. Bei einem höheren Gehalt organisch modifizierten Tones wird eine Zunah-me der Sperreigenschaften festgestellt (die Durchlässigkeit der Sperrschicht nimmt ab), doch wenn der Gehalt des organisch modifizierten Tones über 10 % beträgt, wird kein nennenswerter Anstieg der Sperreigenschaften mehr verzeichnet. Bei einem höheren Gehalt an organisch modifiziertem Ton wird eine ungleichmäßige Ver-teilung der Tonpartikel festgestellt, die sogar eine Verringerung der Sperreigenschaften der Schicht bewirkt.

Die Aufnahme von organisch modifiziertem Ton erhöht die Sperreigenschaften, weil die Anwesenheit flacher Tonpartikel in Polymermaterial eine erhebliche Behinde-rung des Transfers von Gasmolekülen bewirkt, die in Polymermaterial verteilt sind.

Neben den oben erwähnten Materialien können als Material der Sperrschicht Oder als Basis für einen Polymer-Verbundstoff für diese Schicht auch Materialien ver-wendet werden, die keine inhärenten Sperreigenschaften aufweisen, wie etwa Polyolefine, Gemische aus Polyolefinen und Polyamiden, Polylactide, Ethylen und Vi-nylacetat-Copolymere sowie Elastomere, wie beispielsweise Naturkautschuk, Nitril-Butadien-Kautschuk, Oder hydrierter Nitril-Butadien-Kautschuk, vorausgesetzt dass ein Zuschlag von organisch modifiziertem Ton (Montmorillonit) im Ausmaß von bis zu 10 % in diese Materialien eingeführt wird. Der optimale Gehalt des Zuschlags-stoffes wird durch die Art des Polymers festgelegt.

Urn die Sperreigenschaften zu verbessern, kann ein Polymer-Verbundstoff, aus dem die Sperrschicht gemacht ist, einen Zuschlagstoff aus flüssigkristallinen Poly-meren (LCP) im Ausmaß von 0,5-15 % haben, da eine LCP-Zumischung in diesem Ausmaß eine Verteilung und Ausrichtung derselben bewirkt, so dass die LCP-

Partikel die Bewegung der Gasmoleküle ebenso wie die Partikel organisch modifi-zierten Tons behindern.

Pentan, Isopentan, Cyclopentan, Kohlendioxid, Fluorkohlenwasserstoffe Oder Fluor-chlorkohlenwasserstoffe Oder Gemische dieser Kombinationen können als Schäu-mungsmittel für die Wärmeisolierschicht verwendet werden.

Dieselben Schäumungsmittel können dazu verwendet werden, die Wärmeisolie-rungseigenschaften der Sperrschicht zu verbessern.

In dem vorgeschlagenen mehrschichtigen Rohr kann die Sperrschicht Oder können die Sperrschichten mittels eines Klebstoffes mit mindestens einer angrenzenden Schicht verbunden sein. Gleichzeitig dienen die Sperrschicht und die mit dieser ver-bundene(n) Schicht(en) als integrale Struktur, die die Trennung der Sperrschicht un-ter der Rohrbiegung ausschließt und die Flexibilität des mehrschichtigen Rohres er-höht.

Zum Binden der Sperrschicht an die angrenzenden Schichten können identische und unterschiedliche Klebstoffe benützt werden.

Verstärkungsfasern ermöglichen die Verringerung der Wanddicke des inneren Trä-gerrohres und dadurch die Steigerung seiner Flexibilität und folglich der Flexibilität des mehrschichtigen Rohres. Eine Verringerung der Rohrwanddicke bringt eine Re-duktion des Materialverbrauchs zur Herstellung des Rohres mit sich, weshalb die Verstärkungsfasern zur Realisierung des technischen Ergebnisses der "Reduktion des Materialverbrauchs" beitragen.

Falls keine zusätzliche Wärmeisolierschicht vorhanden ist, beträgt die Dicke der ge-schäumten Sperrschicht mindestens 20 mm. Mit dieser Dicke wird ein Ausgleich zwischen Flexibilität und Sperreigenschaften der Sperrschicht erreicht.

Wenn ein Medium mit einer Temperatur von 95-115°C durch das Rohr befördert wird, kann die Sperrschicht erhitzt werden, wodurch deren Sperreigenschaften be- züglich Gasdiffusion abnehmen können. Aufgrund der Tatsache, dass die Sperr-schicht aus geschäumtem Polymer mit geringer Wärmeleitfähigkeit aufgrund hoher Porosität gefertigt ist, nimmt die Temperatur der Sperrschicht angrenzend an die äußere Schutzabdeckung jedoch unbedeutend zu, weshalb das Material der Sperrschicht seine Eigenschaften behält und die Sperrschicht ihre Funktion weiter erfüllt. Es hat sich gezeigt, dass die Sperreigenschaften bei einer Schichtdicke von wenigs-tens 20 mm vollkommen unverändert bleiben, wenn Medien bei der genannten Temperatur transportiert werden. Falls jedoch die Wärmeisolierschicht vorhanden ist, kann die Schichtdicke der geschäumten Sperrschicht bei Erhaltung der Sperreigenschaften bezüglich Gasdiffusion mindestens 1 mm betragen.

In dem vorgeschlagenen mehrschichtigen Rohr weist die äußere Schutzabdeckung ein Wellenprofil auf, wodurch sich die Flexibilität des mehrschichtigen Rohres weiter steigern und dessen Biegeradius verkleinern lässt.

Am Stand der Technik ist die Verwendung geschäumter Schichten in mehrschichtigen Rohren bekannt. Für gewöhnlich sind diese aus geschäumtem Polyethylen, Po-lyurethan, Polyamid gefertigt. Solche Schichten werden als Wärmeisolierung Oder zur Stärkung der Rohrstruktur verwendet.

Ebenfalls bekannt ist, dass einige der genannten Materialien Sperreigenschaften gegenüber unterschiedlichen Gasen, einschließlich atmosphärischen Gasen, auf-weisen.

Es gibt auch bekannte Verfahren zum Schäumen von Polymermaterialien.

Die Essenz dieser Erfindung liegt jedoch nicht in der Tatsache, dass eine Schicht aus geschäumtem Polymer in die Struktur des mehrschichtigen Rohres eingebracht wird, sondern in der Tatsache, dass im Zuge der Verwendung der Sperrschicht aus geschäumtem Polymer, dass die Gasdiffusion verhindert, im mehrschichtigen Rohr ein neuer, unerwarteter Effekt erzielt wurde.

Dieser Effekt besteht in der Steigerung der Flexibilität des mehrschichtigen Rohres bei gleichzeitiger Verbesserung der Sperreigenschaften gegenüber unterschiedli-chen Gasen. Llberdies verringert sich der Materialverbrauch des Rohres. In einigen Ausführungsbeispielen des Rohres nehmen die Flexibilität und Sperreigenschaften unter Bewahrung der Dampfdurchlässigkeit des Rohres zu.

Die guten Sperreigenschaften von Polyethylenterephtalat, Polyamid Oder Ethylen und Vinylalkohol-Copolymer (EVOH) gegenüber unterschiedlichen Gasen sind be-kannt, doch zum ersten Mai wird vorgeschlagen, solche Materialien in mehrschichtigen Rohren zu schäumen, und die Flexibilität mehrschichtiger Rohre zu erhöhen und den Materialverbrauch zu verringern.

In Figur 1-4 sind unterschiedliche Ausführungsbeispiele des mehrschichtigen Rohres dargestellt.

In Figur 1 ist schematisch ein mehrschichtiges Rohr dargestellt, das ein inneres Trägerrohr (1) und eine äußere Schutzabdeckung (2) umfasst, zwischen denen eine Sperrschicht (3) und eine Wärmeisolierschicht (4) angeordnet ist.

Das innere Trägerrohr kann aus Polymermaterial und aus gewelltem Metall gefertigt sein.

In einigen Fallen, wie beispielsweise in Figur 3 dargestellt, kann das Rohr mit zwei Sperrschichten (3.1 und 3.2), die über und unter der Wäremisolierschicht (4) angeordnet sind, ausgestattet sein. Daraus folgt, dass die Wäremisolierschicht (4) zwischen zwei Schichten (3.1 und 3.2) angeordnet ist, welche die Gasdiffusion verhin-dern, so dass aufgrund der Verhinderung der Gasdiffusion durch die äußere Abde-ckung und das innere Trägerrohr eine sichere Bewahrung des Gasmediums in den Zellen der Wärmeisolierschicht gewährleistet ist.

In Figur 4 ist ein mehrschichtiges Rohr mit einer Verstärkungsschicht (5) aus hoch-festen Fasern (6) und einem Leiter, bei dem es sich urn den Indikator (7) eines Fernbedienungssystems handelt, der das Eindringen von Feuchtigkeit in die War- meisolierschicht meldet und den Penetrationspunkt feststellt. Die Verstärkungs-schicht erhöht die Festigkeit des Rohres und ermöglicht die Reduzierung der Dicke des inneren Trägerrohres.

Der Betrieb des vorgeschlagenen mehrschichtigen Rohres wird in den nachstehen-den Beispielen aufgezeigt.

Beispiel 1:

Ein mehrschichtiges Rohr, umfassend ein inneres Trägerrohr, eine äußere Polymer-Schutzabdeckung und eine geschäumte Sperrschicht zwischen dem Trägerrohr und der äußeren Schutzabdeckung, die aus einem geschäumtem Polymer-Verbundstoff gefertigt ist, der die Gasdiffusion von dem Rohr und in das Rohr hinein verhindert, wobei Ethylen und Vinylalkohol-Copolymer als Grundkomponenten und Cyclopen-tan in einer Menge von 4 % pro Volumen als Treibmittel verwendet werden. Die ge-schäumte Sperrschicht ist mit der äußeren Abdeckung mit einer Klebstoffschicht verbunden, die per Co-Extrusion auf die Oberfläche der Sperrschicht aufgetragen wird. Das Material der geschäumtem Sperrschicht verhindert das Eindringen atmo-sphärischer Gase, insbesondere Sauerstoff, in die inneren Schichten des Rohres und das Verdampfen eines Schäumungsgases aus den Poren der Sperrschicht. Die Flexibilität des mehrschichtigen Rohres erhöht sich im Vergleich mit einem Rohr, in dem eine nicht-geschäumte Sperrschicht verwendet wird. Die geschäumte Sperrschicht ermöglicht die Verkleinerung des Biegeradius des mehrschichtigen Rohres und verhindert gleichzeitig durchgehende Risse in der Sperrschicht, da beim Biegen des mehrschichtigen Rohres in der geschäumtem Sperrschicht nur einige Poren-schichten angrenzend an die äußere Schutzabdeckung einreißen. Die restlichen Poren bleiben erhalten und bewahren die Sperr- und Wärmeisolierungseigenschaf-ten der Schicht. Aufgrund der Tatsache, dass die Sperrschicht geschäumt ist, nimmt die effektive Barrieredicke zu, und aus diesem Grund verhindert die geschäumte Schicht die Gasdiffusion in höherem Ausmaß als eine nicht-geschäumte Schicht. Im Falle der geschäumten Sperrschicht wird die Zunahme der effektiven Barrieredicke zudem mit der Bewahrung der Flexibilität der Schicht kombiniert. Das Verbinden der

Sperrschicht und der äußeren Schichten mittels eines Klebstoffes erhält die Integri-tät dieser Schichten, womit die Trennung derselben beim Biegen verhindert werden kann.

Beispiel 2:

Ein mehrschichtiges Rohr, umfassend - in aufeinanderfolgender Reihenfolge von der Rohrmitte ausgehend - ein inneres, gewelltes, metallisches Trägerrohr, eine Wärmeisolierschicht, eine geschäumte Sperrschicht aus geschäumtem Polyketon und eine äußere Schutzschicht, ausgestattet mit einem Leiter, bei dem es sich um den Indikator eines Fernbedienungssystems handelt. Die Sperrschicht verhindert das Eindringen von atmosphärischem Sauerstoff in eine Außenwand des metalli-schen Innenrohres und die Substitution von Schäumungsgasen in der Wärmeiso-lierschicht durch atmosphärische Gase. Die geschäumte Sperrschicht dient- neben der Tatsache, dass sie eine Verringerung des Biegeradius des mehrschichtigen Rohres ermöglicht - als zusätzliche Wärmeisolierschicht, wobei ein Schäumungs-mittel aufgrund der Sperreigenschaften des Materials nicht durch Sauerstoff ersetzt wird. Der Leiter, Indikator eines Fernbedienungssystems, ermöglicht die Kontrolle der Feuchtigkeit der Wärmeisolierschicht und der Integrität des inneren Trägerroh-res.

Beispiel 3:

Ein mehrschichtiges Rohr, umfassend ein inneres Polymer-Trägerrohr, eine äußere Polymer-Abdeckung und eine dazwischen angeordnete Sperrschicht und gefertigt aus einem geschäumtem Verbundstoff, dessen Grundkomponente Polyvinyli-denchlorid mit Zugabe von 5 % organisch modifiziertem Ton ist. Die Sperrschicht des genannten Materials verhindert das Eindringen atmosphärischer Gase in das innere Polymerrohr. Flache Partikel aus organisch modifizierten Ton, die in dem Sperrschichtmaterial verteilt sind, komplizieren die Bewegung von Gasmolekülen im Polymermaterial der Sperrschicht. Neben der Tatsache, dass die geschäumte Sperrschicht die Verringerung des Biegeradius des mehrschichtigen Rohres bei Er-haltung der Sperreigenschaften erlaubt, dient sie auch als zusätzliche Wärmeiso- lierschicht, wobei ein Schäumungsmittel aufgrund der Sperreigenschaften des Materials nicht durch atmosphärischen Sauerstoff ersetzt wird.

Beispiel 4:

Ein mehrschichtiges Rohr zum Transport von heißem Wasser, umfassend - in auf-einanderfolgender Reihenfolge von der Rohrmitte ausgehend - ein inneres Poly-mer-Trägerrohr mit einem Verstärkungssystem aus hochfesten Fasern, eine Wär-meisolierschicht aus geschäumtem Polyurethan, welche das innere Trägerrohr mit dem Verstärkungssystem abdeckt, eine geschäumte Sperrschicht und eine gewellt ausgeführte äußere Schutzabdeckung, wobei die Sperrschicht aus einem Verbund-stoff auf Basis von Polyvinylalkohol gefertigt und mit der äußeren Schutzabdeckung mittels eines Klebstoffes verbunden ist. Die Sperrschicht verhindert die Diffusion atmosphärischer Gase und Schäumungsgase bei Erhaltung der Dampfdurchlässig-keit des Rohres. Neben dem erwähnten Mechanismus einer Verkleinerung des Bie-geradius des mehrschichtigen Rohres und Steigerung seiner Sperreigenschaften aufgrund der Verwendung einer geschäumtem Barriere kann die Flexibilität des Rohres aufgrund der Tatsache erhöht werden, dass die Verfügbarkeit des Verstär-kungssystems ermöglicht, das innere Trägerrohr dünner und folglich flexibler herzu-stellen.

Beispiel 5:

Ein mehrschichtiges Rohr, umfassend ein inneres Trägerrohr, eine Wärmeisolier-schicht und eine äußere Polymer-Schutzabdeckung, wobei die äußere Schutzabdeckung aus koextrudierten Schichten gefertigt ist, von denen eine eine geschäumte Sperrschicht ist und aus einem Verbundstoff auf Basis von Polybutylenterephthalat mit Zuschlägen eines flüssigkristallinen Copolymers aus 6-Hydroxynapthalen-2-Säure und 4-Hydroxybenzoesäure gefertigt ist und wobei die Abdeckungsschicht aus Polyethylen gefertigt ist und die geschäumte Sperrschicht mittels Klebstoffen mit der Abdeckungsschicht und der Wärmeisolierschicht verbunden ist. Das Material der Sperrschicht bietet einen effektiven Schütz des inneren Trägerrohres gegen die Einwirkungen atmosphärischer Gase und der Wärmeisolierschicht gegen die Substi tution von Schäumungsgasen durch atmosphärische Gase. Aufgrund der Tatsache, dass die Sperrschicht mittels Klebstoffes mit angrenzenden Schichten verbunden ist, fungieren die Schichten als integrale Struktur, wodurch die Trennung der Sperrschicht beim Biegen des Rohres eliminiert wird, welche Tatsache neben der ge-schäumten Struktur der Schicht die Flexibilität des mehrschichtigen Rohres erhöht.

Claims

Patentansprüche

1. Mehrschichtiges Rohr, umfassend ein inneres Trägerrohr, eine äußere Polymer-Schutzabdeckung und eine Sperrschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht aus geschäumtem Polymermaterial gefertigt ist, das die Gasdiffu-sion aus dem Rohr und in das Rohr hinein verhindert.
2. Mehrschichtiges Rohr gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht zwischen dem inneren Trägerrohr und der äußeren Polymer-Schutzabdeckung angeordnet ist.
3. Mehrschichtiges Rohr gemäß Anspruch 1 Oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Polymer-Schutzabdeckung aus koextrudierten Schichten gefertigt ist und wenigstens eine der Schichten die Sperrschicht aus geschäumtem Polymermaterial ist, die die Gasdiffusion aus dem Rohr und in das Rohr hinein verhindert, und dass wenigstens eine Schicht die Sperrschicht bedeckt.
4. Mehrschichtiges Rohr gemäß Anspruch 1 Oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die geschäumte Sperrschicht urn das Trägerrohr gebogen und mit einer äußeren Polymer-Schutzschicht abgedeckt ist.
5. Mehrschichtiges Rohr gemäß einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Trägerrohr aus Polymermaterial Oder aus gewelltem Metall gefertigt ist.
6. Mehrschichtiges Rohr gemäß einem der Ansprüche 1-5, dadurch ge-kennzeichnet dass die Sperrschicht aus Material gefertigt ist, das das Eindringen von Sauerstoff durch die Rohrwand in das transportierte Medium verhindert, wobei die Durchlässigkeit der geschäumtem Sperrschicht 0,72 mg Sauerstoff durch 1 m2 der Sperrschichtoberfläche pro Tag bei 20 °C nicht überschreitet.
7. Mehrschichtiges Rohr gemäß einem der Ansprüche 1-6, dadurch ge-kennzeichnet, dass es mit einer Wärmeisolierschicht aus geschäumtem Polymer versehen ist, die zwischen dem inneren Trägerrohr und der Sperrschicht angeord-net ist.
8. Mehrschichtiges Rohr gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet dass die Wärmeisolierschicht aus geschäumtem Polyurethan, geschäumtem Poly-isocyanurat Oder geschäumtem Polyethylen gefertigt ist.
9. Mehrschichtiges Rohr gemäß einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass geschäumte Gase in Zellen der Sperrschicht und/oder der Wärmeisolierschicht Kohlendioxid Oder Fluorchlorkohlenwasserstoffe Oder Kohlen-wasserstoffe Oder n-Pentan Oder Isopentan Oder Cyclopentan Oder Gemische die-ser Gase in unterschiedlichen Proportionen sind.
10. Mehrschichtiges Rohr gemäß einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht aus Material gefertigt ist, das das Verdampfen von Schäumungsgasen aus den Zellen des Barriereschaums bzw. der Wärmeiso-lierschicht und das Eindringen atmosphärischer Gase in die Zellen der Sperrschicht bzw. der Wärmeisolierschicht verhindert.
11. Mehrschichtiges Rohr gemäß einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet dass das Material der Sperrschicht aus der Gruppe von Materialien mit inhärenten Sperreigenschaften ausgewählt ist, wie beispielsweise Ethylen und Vinylalkohol-Copolymer, Polyketon, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylalkohol, Polyethy- lenterepthalat, Polyamid, Polychlorotrifluorethylen, Polybutylenterephthalat, Polyvi-nylchlorid.
12. Mehrschichtiges Rohr gemäß einem der Ansprüche 1-11, dadurch ge-kennzeichnet, dass das Material der Sperrschicht ein Polymer-Verbundstoff auf Basis von Materialien mit inhärenten Sperreigenschaften ist.
13. Mehrschichtiges Rohr gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundkomponente des Sperrschicht-Verbundstoffes aus der Gruppe von Materialien mit inhärenten Sperreigenschaften ausgewählt ist, wie beispielsweise Ethylen und Vinylalkohol-Copolymer, Polyketon, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylalko-hol, Polyethylenterepthalat, Polyamid, Polychlorotrifluorethylen, Polybutylenterephthalat, Polyvinylchlorid.
14. Mehrschichtiges Rohr gemäß Anspruch 12 Oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht einen Zuschlagstoff aus flüssigkristallinem Polymer im Ausmaß von 0,5-15 Gewichtsprozent umfasst.
15. Mehrschichtiges Rohr gemäß Anspruch 12 Oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht Partikel organisch modifizierten Tones umfasst, die in der Schicht in einer Menge von 0,1 -10 Gewichtsprozent verteilt sind.
16. Mehrschichtiges Rohr gemäß einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Sperrschicht ein Polymer-Verbundstoff auf Basis von Polymeren ist, die inhärent durchlässig für Gase sind, beispielsweise für Polyolefine, Gemische von Polyolefinen mit Polyamiden, Polyactide, Copolymere von Ethylen und Vinylacetat sowie die Elastomere, die Partikel organisch modifizierten Tons enthalten, die in der Schicht in einer Menge von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent verteilt sind und damit Sperreigenschaften verleihen.
17. Mehrschichtiges Rohr gemäß einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht unter Verwendung von Klebstoffen, beispiels- weise mit Maleinsäureanhydrid gepfropften Polyolefinen, mit den angrenzenden Schichten verbunden ist.
18. Mehrschichtiges Rohr gemäß einem der Ansprüche 1-17, dadurch ge-kennzeichnet, dass das innere Trägerrohr mit einem Verstärkungssystem aus hoch-festen Fasern versehen ist.
19. Mehrschichtiges Rohr gemäß einem der Ansprüche 1-18, dadurch ge-kennzeichnet, dass dieses mit einem Leiter ausgerichtet ist, der als Indikator eines Fernbedienungssystems, insbesondere eines Leckerfassungssystems dient.
20. Mehrschichtiges Rohr gemäß einem der Ansprüche 1-6, dadurch ge-kennzeichnet, dass die Dicke der Sperrschicht mindestens 20 mm beträgt.
21. Mehrschichtiges Rohr gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Sperrschicht mindestens 1 mm beträgt.
22. Mehrschichtiges Rohr gemäß einem der Ansprüche 1-21, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der geschäumtem Sperrschicht nicht mehr als 10 % offene Poren umfasst.
23. Mehrschichtiges Rohr gemäß einem der Ansprüche 1-22, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schutzabdeckung gewellt ausgeführt ist. Linz, am 01. Juli 2016 radius-kelit infrastructure Gesellschaft m.b.FI. durch: /Dl Karl Winfried Hellmich/ (elektronisch signiert)