Die vorliegende Erfindung betrifft ein aus mehreren Kunst stoff/Glasfaserlagen aufgebautes, körnigen Füllstoff enthaltendes Kunststoffrohr sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Kunststoffrohre eignen sich insbesondere für im Erdreich verlegte Abwasserleitungen. Sie können relativ grosse Erdlasten aufnehmen, ohne dass sie unzulässig verformt werden.
Eine bekannte Art von Kunststoffrohren weist eine glasfaserverstärkte Innen- und Aussenschicht auf, zwischen denen sich eine körnige Füllstoffschicht, die z. B. aus Sand bestehen kann, befindet, die mit einem Bindemittel zu einem festen Körper gebunden ist. Das Bindemittel verbindet zudem die Füllstoffschicht mit der Innen- und Aussenschicht. Durch die Verwendung von Füllstoffen wird eine erhebliche Ersparung an Kunstharz erzielt, ohne dass dadurch die Festigkeitseigenschaften wesentlich beeinträchtigt werden. Mit andern Worten heisst dies auch, dass bei der Verwendung der gleichen Kunstharzmenge bei Zusatz von Füllstoffen ein Kunststoffrohr mit erheblich besseren Festigkeitseigenschaften erzielt wird.
Kunststoffrohre dieser Art weisen verschiedene Vorteile auf. So erleichtert ihr geringes Gewicht ihre Handhabung und ermöglicht die Herstellung von grossen Rohrlängen. Die Innen- und Aussenseiten des Rohres können aus einem chemisch beständigen Kunststoff bestehen, dessen Zusammensetzung gegen die Einflüsse der Abwässer und dergleichen und des Erdreiches resistent ist. Kunststoffrohre können mit relativ grossen Überdeckungslasten belastet werden, wobei die auf die Rohre wirksamen Kräfte dank der Elastizität der Rohre zum Teil auf das umgebende Erdreich übertragen werden. Die Überdeckungslast bewirkt ein Biegemoment in der Rohrwandung, das zwischen den einzelnen Wandungsschichten eine Schubspannung hervorruft. Bei tief ins Erdreich verlegten Rohren oder bei andersweitig hoher Überdeckungslast, die z.
B. durch eine Strasse, auf der Fahrzeuge sich bewegen, bedingt ist, kann das Biegemoment in der Rohrwandung sehr hoch werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Rohr die durch die Überdeckungslast hervorgerufene Kräfte nur zum Teil an die Umgebung übertragen kann. Durch das hohe Biegemoment bilden sich zwischen den einzelnen Wandungsschichten auch entsprechend hohe Schubspannungen, die unter Umständen so gross werden können, dass sich an einzelne Stellen des Kunststoffrohres die Innen- bzw. Aussenschicht von der zwischen diesen befindenden Füllstoffschicht lösen. Dadurch kann aber die Rohrwandung so geschwächt werden, dass sich Risse bilden, was dann zum Einknicken der einzelnen Rohnvandungsschichten und dadurch zur Zerstörung des Rohres führen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Rohrwandung eines körnigen, Füllstoff enthaltenden Kunststoffrohrs so zu gestalten, dass die an den einzelnen Schichten des Rohres angreifenden Schubkräfte aufgefangen werden und dass trotzdem die vorteilhaften Eigenschaften der bekannten Kunststoffrohre mit Füllstoffen weitgehend beibehalten werden.
Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass ausser den inneren und äusseren Lagen jede Lage aus beliebiger Richtung angeordneten Glasfaserstücken, die im Kunststoff eingebettet sind, und ebenfalls im Kunststoff mindestens teilweise über den Rohrquerschnitt gleichmässig verteilt eingelagerten Füllstoffen besteht, und dass die einzelnen Lagen durch ineinanderragende und durch den Kunststoff miteinander verbundene Glasfaserstücke miteinander verankert sind, so dass das Kunststoffrohr einen weitgehend homogenen Querschnitt aufweist.
Auf diese Weise werden die Vorteile der bekannten körnigen, Füllstoff enthaltenden Kunststoffrohre erzielt, wobei jedoch die Nachteile, welche bisher durch die auf die Rohrwandung einwirkenden Biegekräfte hervorgerufen wurden, vermieden werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, das Kunststoffrohre, deren Lagen fest miteinander verbunden sind, und bei denen der körnige Füllstoff über den ganzen oder teilweisen Querschnitt gleichmässig verteilt ist, wesentlich grössere Schubkräfte und dadurch erheblich grössere Biegekräfte aufnehmen können. Die Überdeckungslast darf daher bei gleichen Rohrabmessungen bedeutend grösser sein als bei den bisherigen Rohren mit einzelnen Lagen aus körnigen Füllstoffen.
Gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann jede Lage in Radial- und/oder Axialrichtung verlaufende Rovings enthalten. Vorteilhafterweise werden die einzelnen Lagen durch die durch sie verlaufenden Rovings so verstärkt, dass die zwischen den einzelnen Lagen in beliebiger Richtung angeordneten Glasfaserstücke eine Verankerung finden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass zwischen den Glasfasern Rovings Füllstoffe eingebettet werden können und dass die Rovings zusammen mit den geschnittenen Glasfaserstücken der an sich spröden, durch Kunststoff durchtränkten Füllstoffmasse eine hohe Festigkeit verleihen. Durch die Verwendung einer Füllstoffmasse, die mit Glasfasern und Rovings durchsetzt ist, können die Kosten wesentlich gesenkt werden. Dar über hinaus wird eine höhere Biegefestigkeit der Rohrwan- dung erzielt, als dies bisher möglich war.
Zweckmässigerweise besteht die innerste Lage des Kunststoffrohres nur aus Kunststoff. Damit wird gewährleistet, dass das Rohr vor mechanischen und chemischen Einwirkungen des durch das Rohr geleiteten Mediums weitgehend geschützt ist. Von Vorteil ist zudem, dass die Rohrinnenfläche eine geringe Oberflächenrauheit aufweist, womit ein niedrigerer Strömungswiderstand erzielt wird.
Die äusserste Lage des Rohres besteht vorteilhafterweise aus einer in Kunststoff eingebetteten synthetischen Faser matte, die das Rohr vor chemischen und mechanischen Ein wirkungen schützt.
Als vorteilhaft hat sich ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemässen Kunststoffrohres erwiesen, nach welchem in mehreren Lagen Kunstharz auf eine rotierende Rohrform aufgetragen wird, in die Rovings eingebettet werden und körnige Füllstoffe sowie Glasfaserstücke auf die weiche Kunst harzschicht aufgetragen werden. Dieses Verfahren ist einfach durchzuführen und ergibt einen homogenen Aufbau der Rohrwandung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf eine in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform des Rohres beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch die Wandung des Rohres nach der Erfindung,
Fig. 2 schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung des Rohres.
Die in Fig. 1 dargestellte Rohrwandung 3 besteht im wesentlichen aus mehreren zwischen einer inneren und äusseren Begrenzungsschicht 11, 13 angeordneten Kunststofflagen 15, 17, 19. Die äussere Begrenzungsschicht 13 wird durch eine im Kunststoff 5 eingebettete Fasermatte 21 gebildet. Auf die Begrenzungsschicht 11 ist eine Kunststoffschutzschicht 23 aufgebracht, die das Rohr 1 sowohl gegen mechanische als auch gegen chemische Einwirkungen des durch das Rohr 1 zu leitenden Mediums schützt. Die zwischen der äusseren und inneren Begrenzungsschicht 13, 11 angeordneten Lagen 15, 17, 19 bestehen aus radial und/oder axial angebrachten Rovings 25, 27, zwischen denen sich in beliebigen Richtungen angeordnete Glasfaserstücke 29 befinden, die mit Kunststoff 5 und mit körnigen Füllstoffen 31 durchsetzt sind. Der körnige Füllstoff 31 besteht insbesondere aus Quarzsand.
Anhand von Fig. 2 wird nun ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemässen Rohres beschrieben.
Auf einer in Pfeilrichtung rotierenden Rohrform 33 werden die einzelnen Lagen von innen nach aussen aufgetragen. Zuerst wird die aus Kunststoff 5 und Glasfaserstücken 29 gebildete innere Begrenzungsschicht 11 aufgetragen. Zum Auftragen des harzförmigen Kunststoffes 5 dient eine Harzverteilerrinne 35, die an ihrer Unterseite Öffnungen 36 aufweist.
Die aus der Harzverteilerrinne 35 ausfliessende Menge des Kunststoffes 5 kann mit einer an der Harzverteilerrinne 35 angebrachten und deren Ausflussöffnungen 36 überdeckenden Schiebereinrichtung 37 reguliert werden.
Nach der inneren Begrenzungsschicht 11 wird eine Lage 19 aus Kunststoff 5 und Rovings 25, 27 aufgetragen, wobei zwischen den Rovings der körnige Füllstoff 31 und Glasfaserstücke 29 eingebettet werden. Die Rovings 25, 27 werden von Rollen 39 abgespult und in der auf der Rohrform 33 aufgebrachten weichen Kunststoffmasse eingebettet. Gleichzeitig wird die Kunststoffmasse mit aus Behältern 41 ausfliessendem Füllstoff 31 durchsetzt. Damit die einzelnen Lagen 15, 17, 19 miteinander verbunden werden, werden der Kunststoffmasse Glasfaserstücke 29 beigemischt, die zusammen mit dem Füllstoff 31 oder separat aufgetragen werden können. Zum wirkungsvollen Durchtränken der Glasfaserstücke 29, des Füllstoffes 31 und der Rovings 25, 27 mit Kunststoff 5 ist eine Andrückvorrichtung 43 vorgesehen. Damit wird zudem eine gute Verbindung zwischen den einzelnen Schichten und Lagen erreicht.
Es wäre auch möglich, das erfindungsgemässe Kunststoffrohr 1 durch ein Zentrifugierverfahren herzustellen, bei dem die einzelnen Lagen bzw. Schichten in einer rotierenden Rohrform 33 nacheinander von aussen nach innen aufgetragen werden. Dies hat aber den Nachteil, dass die Innenwandung des Kunststoffrohres dann nicht aus einer Schicht besteht, die unter Luftabschluss erhärtet und somit nicht so beständig gegen chemische Einflüsse ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt. Es sind vielmehr verschiedene Abweichungen möglich.
PATENTANSPRUCH 1
Aus mehreren Kunststoff/Glasfaserlagen aufgebautes, körnigen Füllstoff enthaltendes Kunststoffrohr, dadurch gekennzeichnet, dass ausser den inneren und äusseren Lagen (11, 13) jede Lage (15, 17, 19) aus in beliebiger Richtung angeordneten Glasfaserstücken (29), die im Kunststoff (5) eingebettet sind, und ebenfalls im Kunststoff mindestens teilweise über den Rohrquerschnitt gleichmässig verteilt eingelagerten Füllstoffen besteht und dass die einzelnen Lagen (11-19) durch ineinanderragende und durch den Kunststoff (5) miteinander verbundene Glasfaserstücke (29) miteinander verankert sind, so dass das Kunststoffrohr einen weitgehend homogenen Querschnitt aufweist.
UNTERANSPRÜCHE
1. Kunststoffrohr nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass jede Lage (15-19) in Abstand voneinander angeordnete und in Umfangsrichtung verlaufende Rovings (25) enthält.
2. Kunststoffrohr nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Lage (15-19) in Abstand voneinander angeordnete, in Axialrichtung verlaufende Rovings (27) enthält.
3. Kunststoffrohr nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die innerste Lage (11) nur aus Kunststoff (5) besteht.
4. Kunststoffrohr nach Patentanspruch I oder einem der Unteransprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äusserste Lage (13) aus Kunststoff und einer darin eingebetteten Fasermatte (21) besteht.
5. Kunststoffrohr nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äusserste Lage (13) aus Kunststoff und einer darin eingebetteten Fasermatte (21) besteht.
PATENTANSPRUCH II
Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffrohres nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass in mehreren Lagen Kunstharz (5) auf eine rotierende Rohrform (33) aufgetragen wird, in die Rovings (25, 27) eingebettet werden, und dass körnige Füllstoffe (31) und Glasfaserstücke (29) auf die weiche Kunstharzschicht (23) aufgetragen werden.
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The present invention relates to a plastic tube composed of several plastic / glass fiber layers, containing granular filler, and a method for its production.
Plastic pipes are particularly suitable for sewer pipes laid in the ground. They can absorb relatively large loads without being deformed in an impermissible manner.
A known type of plastic pipes has a glass fiber reinforced inner and outer layer, between which a granular filler layer, which z. B. can consist of sand, which is bound to a solid body with a binder. The binder also connects the filler layer with the inner and outer layers. By using fillers, a significant saving in synthetic resin is achieved without the strength properties being significantly impaired. In other words, this also means that when the same amount of synthetic resin is used with the addition of fillers, a plastic pipe with considerably better strength properties is achieved.
Plastic pipes of this type have several advantages. Their low weight makes them easier to handle and enables the production of large pipe lengths. The inside and outside of the pipe can consist of a chemically resistant plastic, the composition of which is resistant to the effects of sewage and the like and of the soil. Plastic pipes can be loaded with relatively large overlapping loads, with the forces acting on the pipes being partly transferred to the surrounding soil thanks to the elasticity of the pipes. The overlap load causes a bending moment in the pipe wall, which creates a shear stress between the individual wall layers. In the case of pipes laid deep in the ground or in the case of otherwise high overlap loads, e.g.
B. is caused by a road on which vehicles move, the bending moment in the pipe wall can be very high. This is particularly the case when the pipe can only partially transfer the forces caused by the overlap load to the environment. The high bending moment also creates correspondingly high shear stresses between the individual wall layers, which under certain circumstances can become so great that the inner or outer layer detaches from the filler layer located between them at individual points on the plastic pipe. As a result, however, the pipe wall can be weakened so that cracks form, which can then lead to buckling of the individual pipe wall layers and thus to the destruction of the pipe.
The present invention is based on the object of designing the pipe wall of a granular plastic pipe containing filler in such a way that the thrust forces acting on the individual layers of the pipe are absorbed and that the advantageous properties of the known plastic pipes with fillers are largely retained.
According to the invention, this is achieved in that, in addition to the inner and outer layers, each layer consists of pieces of glass fiber arranged in any direction, which are embedded in the plastic, and also in the plastic, at least partially evenly distributed over the pipe cross-section, and that the individual layers through glass fiber pieces that protrude into one another and are connected to one another by the plastic are anchored so that the plastic pipe has a largely homogeneous cross section.
In this way, the advantages of the known granular, filler-containing plastic pipes are achieved, but the disadvantages which were previously caused by the bending forces acting on the pipe wall are avoided.
The present invention is based on the knowledge that plastic pipes, the layers of which are firmly connected to one another, and in which the granular filler is evenly distributed over the entire or partial cross-section, can absorb significantly greater thrust forces and thus considerably greater bending forces. The overlap load can therefore be significantly greater with the same pipe dimensions than with previous pipes with individual layers of granular fillers.
According to an exemplary embodiment of the invention, each layer can contain rovings running in the radial and / or axial direction. The individual layers are advantageously reinforced by the rovings running through them in such a way that the glass fiber pieces arranged in any direction between the individual layers are anchored. Another advantage is that fillers can be embedded between the glass fibers and that the rovings, together with the cut pieces of glass fiber, give the per se brittle, plastic-soaked filler mass a high level of strength. By using a filler mass that is interspersed with glass fibers and rovings, the costs can be reduced significantly. In addition, a higher flexural strength of the pipe wall is achieved than was previously possible.
The innermost layer of the plastic pipe expediently consists only of plastic. This ensures that the pipe is largely protected from mechanical and chemical effects of the medium passed through the pipe. It is also advantageous that the inner surface of the pipe has a low surface roughness, which results in a lower flow resistance.
The outermost layer of the tube advantageously consists of a synthetic fiber mat embedded in plastic, which protects the tube from chemical and mechanical effects.
A method for producing the plastic pipe according to the invention has proven to be advantageous, according to which synthetic resin is applied in several layers to a rotating pipe mold, in which rovings are embedded and granular fillers and pieces of glass fiber are applied to the soft synthetic resin layer. This process is easy to carry out and results in a homogeneous structure of the pipe wall.
An embodiment of the invention will now be described with reference to an embodiment of the pipe shown in the drawing.
It shows:
1 shows a cross section through the wall of the tube according to the invention,
Fig. 2 is a schematic representation of the process for producing the tube.
The pipe wall 3 shown in FIG. 1 consists essentially of several plastic layers 15, 17, 19 arranged between an inner and outer boundary layer 11, 13. The outer boundary layer 13 is formed by a fiber mat 21 embedded in the plastic 5. A plastic protective layer 23 is applied to the boundary layer 11 and protects the pipe 1 against both mechanical and chemical effects of the medium to be conducted through the pipe 1. The layers 15, 17, 19 arranged between the outer and inner boundary layers 13, 11 consist of radially and / or axially attached rovings 25, 27, between which there are pieces of glass fiber 29 arranged in any direction, which are covered with plastic 5 and with granular fillers 31 are interspersed. The granular filler 31 consists in particular of quartz sand.
An advantageous method for producing the pipe according to the invention will now be described with reference to FIG.
The individual layers are applied from the inside to the outside on a tubular mold 33 rotating in the direction of the arrow. First, the inner boundary layer 11 formed from plastic 5 and pieces of glass fiber 29 is applied. A resin distribution channel 35, which has openings 36 on its underside, is used to apply the resinous plastic 5.
The amount of plastic 5 flowing out of the resin distribution channel 35 can be regulated with a slide device 37 attached to the resin distribution channel 35 and covering its outflow openings 36.
After the inner boundary layer 11, a layer 19 of plastic 5 and rovings 25, 27 is applied, the granular filler 31 and pieces of glass fiber 29 being embedded between the rovings. The rovings 25, 27 are unwound from rollers 39 and embedded in the soft plastic compound applied to the tubular shape 33. At the same time, the plastic mass is permeated with filler 31 flowing out of containers 41. So that the individual layers 15, 17, 19 are connected to one another, pieces of glass fiber 29 are added to the plastic compound, which can be applied together with the filler 31 or separately. A pressing device 43 is provided for effective impregnation of the glass fiber pieces 29, the filler 31 and the rovings 25, 27 with plastic 5. This also creates a good connection between the individual layers and plies.
It would also be possible to manufacture the plastic pipe 1 according to the invention by a centrifugation process in which the individual layers or layers are applied one after the other from the outside inwards in a rotating pipe mold 33. However, this has the disadvantage that the inner wall of the plastic pipe then does not consist of a layer that hardens in the absence of air and is therefore not as resistant to chemical influences.
The present invention is not limited to the illustrated embodiment. Rather, various deviations are possible.
PATENT CLAIM 1
A plastic tube made of several plastic / glass fiber layers and containing granular filler, characterized in that, in addition to the inner and outer layers (11, 13), each layer (15, 17, 19) consists of glass fiber pieces (29) arranged in any direction, which are embedded in the plastic ( 5) are embedded, and there is also fillers embedded in the plastic at least partially evenly distributed over the pipe cross-section, and that the individual layers (11-19) are anchored to one another by glass fiber pieces (29) protruding into one another and connected to one another by the plastic (5), so that the plastic pipe has a largely homogeneous cross section.
SUBCLAIMS
1. Plastic pipe according to claim I, characterized in that each layer (15-19) contains rovings (25) which are arranged at a distance from one another and extend in the circumferential direction.
2. Plastic pipe according to claim I or dependent claim 1, characterized in that each layer (15-19) contains rovings (27) arranged at a distance from one another and extending in the axial direction.
3. Plastic pipe according to claim I or dependent claim 1 or 2, characterized in that the innermost layer (11) consists only of plastic (5).
4. Plastic pipe according to claim I or one of the dependent claims 1 to 2, characterized in that the outermost layer (13) consists of plastic and a fiber mat (21) embedded therein.
5. Plastic pipe according to dependent claim 3, characterized in that the outermost layer (13) consists of plastic and a fiber mat (21) embedded therein.
PATENT CLAIM II
Process for the production of a plastic pipe according to claim 1, characterized in that synthetic resin (5) is applied in several layers to a rotating pipe mold (33), in which rovings (25, 27) are embedded, and that granular fillers (31) and pieces of glass fiber (29) are applied to the soft synthetic resin layer (23).
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