CH594158A5

CH594158A5 - Large diameter reinforced synthetic pipes of resin - with glass fibre or steel spirals embedded in bonded granular layer

Info

Publication number: CH594158A5
Application number: CH1471275A
Authority: CH
Original assignee: Hobas Eng Ag
Priority date: 1975-11-13
Filing date: 1975-11-13
Publication date: 1977-12-30

Description

Die Erfindung betrifft ein glasfaserverstärktes Kunststoffrohr, das koaxial zur Rohrachse eine in die Rohrwand eingebettete wendelförmige Einlage, insbesondere aus Stahl oder glasfaserarmiertem Kunststoff, aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rohres. Wird ein solches Rohr zur Durchleitung von Flüssigkeiten mit relativ hoher Temperatur, z. B. Warmwasser, verwendet, so ergeben sich, wegen unterschiedlicher Wärmeausdehnung von Stahlwendel und glasfaserverstärktem Kunststoff, oft Schwierigkeiten.

Wenn die Stahlwendel im Mittelbereich der Rohrwand liegt, kann sie die freie Ausdehnung der inneren Wandschicht so weit verhindern, dass zwischen dieser Innenschicht und der sich frei ausdehnenden Aussenschicht der Rohrwand unerwünscht grosse Spannungen entstehen, die insbesondere bei zusätzlich auftretenden Druck- und/oder Biegespannungen, wie sie bei erdverlegten Rohren entstehen, zu Schichtentrennung oder Bruch führen. Auch die Anordnung der Stahlwendel in der äussersten Schicht des Rohres kann dieses Problem nicht lösen, da z. B. bei Erdverlegung eines solchen Rohres unvermeidbare Biege- und Scherspannungen zwischen der Stahlwendel und dem glasfaserverstärkten Kunststoff ebenfalls zum Bruch des Rohres führen können.

Die vorliegende Erfindung gestattet demgegenüber die Vermeidung dieser Schwierigkeiten, indem sie ein Rohr bzw.

ein Verfahren zu dessen Herstellung vorsieht, bei welchem zu Bruch führende Spannungen nicht auftreten können. Zu diesem Zweck ist das erfindungsgemässe Kunststoffrohr der genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass die Wendel eine glasfaserverstärkte innere Kunststoffschicht umschliesst und von einer Schutzschicht umhüllt ist, die von einer äusseren glasfaserverstärkten Kunststoffschicht durch einen wärmeisolierenden Füllstoff getrennt ist.

Nach dem ebenfalls Erfindungsgegenstand bildenden Verfahren wird das genannte Rohr dadurch hergestellt, dass auf ein Innenrohr aus glasfaserverstärktem Kunststoff die Wendel aufgewickelt und mit einer Schutzschicht überdeckt und anschliessend koaxial und mit radialem Abstand in ein glasfaserverstärktes Kunststoff-Mantelrohr eingeführt wird, worauf der Ringraum zwischen Innen- und Mantelrohr mit einem erhärtenden Kunststoffschaum gefüllt wird.

Dank der zwischen Wendel und Mantelrohr vorgesehenen Isolierschicht können zu Bruch führende Spannungen nicht mehr auftreten, und das so erhaltene Rohr eignet sich vorzüglich auch bei Erdverlegungen zur Führung von Flüssigkeiten erhöhter Temperatur.

Anhand der beiliegenden Zeichnung, die Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Rohres zeigt, ist im folgenden das erfindungsgemässe Herstellungsverfahren beispielsweise erläutert. Die Zeichnung zeigt im Axialschnitt ein Beispiel eines erfindungsgemässen Rohres unmittelbar nach seiner Herstellung.

Das gezeichnete Verbundrohr besteht aus einem Innenrohr 1 aus glasfaserverstärktem Kunststoff, das von einer in Kunststoff eingebetteten und mit einer Schutzschicht la überdeckten Stahlwendel 2 umschlossen ist, ferner aus einer relativ dicken, das Innenrohr 1 umgebenden Füllschicht 3 aus Isoliermaterial und aus einem die Füllschicht 3 umschliessenden Mantelrohr 4 aus glasfaserverstärktem Kunststoff. Zur Herstellung dieses Verbundrohres wird beispielsweise wie folgt vorgegangen: Im Schleudergussverfahren wird unter Verwendung wärmebeständigen Kunststoffs das Innenrohr 1, z. B.

mit einem Durchmesser von 500 mm und einer Wandstärke von 7 mm, hergestellt. Das Innenrohr könnte aber auch nach dem Wickelverfahren hergestellt sein. Nach dem Aushärten und Ausformen wird auf dieses Innenrohr die Stahlwendel 2, z. B. mit einem Drahtdurchmesser von 2 mm und einem Windungsabstand von etwa 5 mm, gewickelt. Gleichzeitig könnte auch ein Glasfaserstrang mitgewickelt werden. Anschliessend wird zwischen die Drahtwindungen Kunststoff-Spachtelmasse gespachtelt und geliert. Auf das so vorbereitete Innenrohr wird anschliessend ein dünnes Kunststofflaminat mit hoher Bruchdehnung und guter Temperaturbeständigkeit aufgebracht; vor dem Gelieren dieser Kunststoffschicht wird auf dieser eine dünne Glasfasermatte fixiert, so dass die Aussenseite der Schutzschicht la des nun fertig behandelten Innenrohres durch reine, nicht imprägnierte Glasfasern gebildet ist.

Nach dem gleichen Schleudergussverfahren wird ferner ein Kunststoffrohr 4, z. B. mit einem Durchmesser von 600 mm und einer Wandstärke von 3 mm, hergestellt. Dabei wird darauf geachtet, dass die Innenfläche dieses Rohres kunststofffreie Glasfasern aufweist; selbstverständlich können dabei auch vollständig in den Kunststoff eingebettete Glasfasern vorhanden sein. Nach dem Aushärten und Ausformen werden die beiden Rohre 1, 4, wie in der Zeichnung gezeigt, koaxial ineinandergestellt, wonach der zwischen ihnen verbliebene Ringraum, der, wie erwähnt, durch kunststofffreie Glasfasern begrenzt wird, mit einem aushärtenden Kunststoff ausgeschäumt wird; der Kunststoffschaum 3 verbindet Innenrohr 1 und Mantelrohr 4 zu einem Verbundrohr hoher Steifigkeit.

Es hat sich gezeigt, dass das beschriebene Verbundrohr bei Erdverlegung mit Überdeckungshöhen von 5 bis 6 m eine Deformation von weniger als 1 pro erleidet. Da die Stahlwendel im Rohrwandmittelbereich, also in der Nähe der neutralen Achse liegt, sind die Biegespannungen dort gering und deshalb auch die zwischen Stahlwendel und Kunststoff auftretenden Scherspannungen. Bei Durchleitung warmer Flüssigkeiten können im Innenrohr 1 Druckspannungen entstehen, da die Stahlwendel 2 die Ausdehnung der inneren Kunststoffschicht begrenzt; zwischen dem die Wendel umschliessenden Laminat und der inneren Kunststoffschicht können dabei gewisse Radialspannungen auftreten; da aber das Laminat sehr dünnwandig ist und der Kunststoff bei Wärme erhöhte Flexibilität aufweist, sind diese Radialspannungen gering und können nicht zum Bruch führen.

Das erwähnte Laminat verhindert, dass Wasser von aussen zur Wendel gelangen kann, was zu Korrosion führen könnte.

Als wärmebeständiger Kunststoff für das Innenrohr haben sich Epoxidharze, Bisphenolpolyesterharze oder Vinylesterharze als zweckmässig erwiesen. Auch die zwischen die Windungen der Stahlwendel eingebrachte Spachtelmasse sollte wärmebeständig sein; insbesondere soll sie einen möglichst geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten und nur geringe Reibung gegenüber der Stahlwendel besitzen; zu diesem Zweck ist der Spachtelmasse vorteilhaft ein grosser Anteil an geeignetem Füllmittel, wie Quarzmehl oder Kaolin, beigemischt.

Das Schutzlaminat der Wendel braucht nicht wärmebeständig zu sein; es wird zweckmässig ein glasfaserverstärktes Kunststofflaminat verwendet, wobei als Verstärkung vorteilhaft eine Glasfasermatte vorgesehen ist; der Kunststoff soll bei Wärmeeinwirkung flexibel sein und z. B. mehr als 3 % Bruchdehnung bei 900 C aufweisen.

Wie beschrieben, eignet sich als Wendel insbesondere eine Stahldrahtwendel. In gewissen Fällen könnte aber auch eine aus glasfaserarmiertem Kunststoff hergestellte Wendel vorgesehen sein, sofern sie mit relativ grossem Glasgehalt und mit besonders wärmebeständigem Kunststoff hergestellt ist.

PATENTANSPRUCH 1
Glasfaserverstärktes Kunststoffrohr, das koaxial zur Rohraxe eine in die Rohrwand eingebettete, wendelförmige Einlage aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendel (2) eine glasfaserverstärkte innere Kunststoffschicht (1) umschliesst und von einer Schutzschicht (1 a) umhüllt ist, die von

**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.

Claims

**WARNUNG** Anfang CLMS Feld konnte Ende DESC uberlappen **.

Die Erfindung betrifft ein glasfaserverstärktes Kunststoffrohr, das koaxial zur Rohrachse eine in die Rohrwand eingebettete wendelförmige Einlage, insbesondere aus Stahl oder glasfaserarmiertem Kunststoff, aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rohres. Wird ein solches Rohr zur Durchleitung von Flüssigkeiten mit relativ hoher Temperatur, z. B. Warmwasser, verwendet, so ergeben sich, wegen unterschiedlicher Wärmeausdehnung von Stahlwendel und glasfaserverstärktem Kunststoff, oft Schwierigkeiten.

Wenn die Stahlwendel im Mittelbereich der Rohrwand liegt, kann sie die freie Ausdehnung der inneren Wandschicht so weit verhindern, dass zwischen dieser Innenschicht und der sich frei ausdehnenden Aussenschicht der Rohrwand unerwünscht grosse Spannungen entstehen, die insbesondere bei zusätzlich auftretenden Druck- und/oder Biegespannungen, wie sie bei erdverlegten Rohren entstehen, zu Schichtentrennung oder Bruch führen. Auch die Anordnung der Stahlwendel in der äussersten Schicht des Rohres kann dieses Problem nicht lösen, da z. B. bei Erdverlegung eines solchen Rohres unvermeidbare Biege- und Scherspannungen zwischen der Stahlwendel und dem glasfaserverstärkten Kunststoff ebenfalls zum Bruch des Rohres führen können.

Die vorliegende Erfindung gestattet demgegenüber die Vermeidung dieser Schwierigkeiten, indem sie ein Rohr bzw.

ein Verfahren zu dessen Herstellung vorsieht, bei welchem zu Bruch führende Spannungen nicht auftreten können. Zu diesem Zweck ist das erfindungsgemässe Kunststoffrohr der genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass die Wendel eine glasfaserverstärkte innere Kunststoffschicht umschliesst und von einer Schutzschicht umhüllt ist, die von einer äusseren glasfaserverstärkten Kunststoffschicht durch einen wärmeisolierenden Füllstoff getrennt ist.

Nach dem ebenfalls Erfindungsgegenstand bildenden Verfahren wird das genannte Rohr dadurch hergestellt, dass auf ein Innenrohr aus glasfaserverstärktem Kunststoff die Wendel aufgewickelt und mit einer Schutzschicht überdeckt und anschliessend koaxial und mit radialem Abstand in ein glasfaserverstärktes Kunststoff-Mantelrohr eingeführt wird, worauf der Ringraum zwischen Innen- und Mantelrohr mit einem erhärtenden Kunststoffschaum gefüllt wird.

Dank der zwischen Wendel und Mantelrohr vorgesehenen Isolierschicht können zu Bruch führende Spannungen nicht mehr auftreten, und das so erhaltene Rohr eignet sich vorzüglich auch bei Erdverlegungen zur Führung von Flüssigkeiten erhöhter Temperatur.

Anhand der beiliegenden Zeichnung, die Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Rohres zeigt, ist im folgenden das erfindungsgemässe Herstellungsverfahren beispielsweise erläutert. Die Zeichnung zeigt im Axialschnitt ein Beispiel eines erfindungsgemässen Rohres unmittelbar nach seiner Herstellung.

Das gezeichnete Verbundrohr besteht aus einem Innenrohr 1 aus glasfaserverstärktem Kunststoff, das von einer in Kunststoff eingebetteten und mit einer Schutzschicht la überdeckten Stahlwendel 2 umschlossen ist, ferner aus einer relativ dicken, das Innenrohr 1 umgebenden Füllschicht 3 aus Isoliermaterial und aus einem die Füllschicht 3 umschliessenden Mantelrohr 4 aus glasfaserverstärktem Kunststoff. Zur Herstellung dieses Verbundrohres wird beispielsweise wie folgt vorgegangen: Im Schleudergussverfahren wird unter Verwendung wärmebeständigen Kunststoffs das Innenrohr 1, z. B.

mit einem Durchmesser von 500 mm und einer Wandstärke von 7 mm, hergestellt. Das Innenrohr könnte aber auch nach dem Wickelverfahren hergestellt sein. Nach dem Aushärten und Ausformen wird auf dieses Innenrohr die Stahlwendel 2, z. B. mit einem Drahtdurchmesser von 2 mm und einem Windungsabstand von etwa 5 mm, gewickelt. Gleichzeitig könnte auch ein Glasfaserstrang mitgewickelt werden. Anschliessend wird zwischen die Drahtwindungen Kunststoff-Spachtelmasse gespachtelt und geliert. Auf das so vorbereitete Innenrohr wird anschliessend ein dünnes Kunststofflaminat mit hoher Bruchdehnung und guter Temperaturbeständigkeit aufgebracht; vor dem Gelieren dieser Kunststoffschicht wird auf dieser eine dünne Glasfasermatte fixiert, so dass die Aussenseite der Schutzschicht la des nun fertig behandelten Innenrohres durch reine, nicht imprägnierte Glasfasern gebildet ist.

Nach dem gleichen Schleudergussverfahren wird ferner ein Kunststoffrohr 4, z. B. mit einem Durchmesser von 600 mm und einer Wandstärke von 3 mm, hergestellt. Dabei wird darauf geachtet, dass die Innenfläche dieses Rohres kunststofffreie Glasfasern aufweist; selbstverständlich können dabei auch vollständig in den Kunststoff eingebettete Glasfasern vorhanden sein. Nach dem Aushärten und Ausformen werden die beiden Rohre 1, 4, wie in der Zeichnung gezeigt, koaxial ineinandergestellt, wonach der zwischen ihnen verbliebene Ringraum, der, wie erwähnt, durch kunststofffreie Glasfasern begrenzt wird, mit einem aushärtenden Kunststoff ausgeschäumt wird; der Kunststoffschaum 3 verbindet Innenrohr 1 und Mantelrohr 4 zu einem Verbundrohr hoher Steifigkeit.

Es hat sich gezeigt, dass das beschriebene Verbundrohr bei Erdverlegung mit Überdeckungshöhen von 5 bis 6 m eine Deformation von weniger als 1 pro erleidet. Da die Stahlwendel im Rohrwandmittelbereich, also in der Nähe der neutralen Achse liegt, sind die Biegespannungen dort gering und deshalb auch die zwischen Stahlwendel und Kunststoff auftretenden Scherspannungen. Bei Durchleitung warmer Flüssigkeiten können im Innenrohr 1 Druckspannungen entstehen, da die Stahlwendel 2 die Ausdehnung der inneren Kunststoffschicht begrenzt; zwischen dem die Wendel umschliessenden Laminat und der inneren Kunststoffschicht können dabei gewisse Radialspannungen auftreten; da aber das Laminat sehr dünnwandig ist und der Kunststoff bei Wärme erhöhte Flexibilität aufweist, sind diese Radialspannungen gering und können nicht zum Bruch führen.

Das erwähnte Laminat verhindert, dass Wasser von aussen zur Wendel gelangen kann, was zu Korrosion führen könnte.

Als wärmebeständiger Kunststoff für das Innenrohr haben sich Epoxidharze, Bisphenolpolyesterharze oder Vinylesterharze als zweckmässig erwiesen. Auch die zwischen die Windungen der Stahlwendel eingebrachte Spachtelmasse sollte wärmebeständig sein; insbesondere soll sie einen möglichst geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten und nur geringe Reibung gegenüber der Stahlwendel besitzen; zu diesem Zweck ist der Spachtelmasse vorteilhaft ein grosser Anteil an geeignetem Füllmittel, wie Quarzmehl oder Kaolin, beigemischt.

Das Schutzlaminat der Wendel braucht nicht wärmebeständig zu sein; es wird zweckmässig ein glasfaserverstärktes Kunststofflaminat verwendet, wobei als Verstärkung vorteilhaft eine Glasfasermatte vorgesehen ist; der Kunststoff soll bei Wärmeeinwirkung flexibel sein und z. B. mehr als 3 % Bruchdehnung bei 900 C aufweisen.

Wie beschrieben, eignet sich als Wendel insbesondere eine Stahldrahtwendel. In gewissen Fällen könnte aber auch eine aus glasfaserarmiertem Kunststoff hergestellte Wendel vorgesehen sein, sofern sie mit relativ grossem Glasgehalt und mit besonders wärmebeständigem Kunststoff hergestellt ist.

PATENTANSPRUCH 1 Glasfaserverstärktes Kunststoffrohr, das koaxial zur Rohraxe eine in die Rohrwand eingebettete, wendelförmige Einlage aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendel (2) eine glasfaserverstärkte innere Kunststoffschicht (1) umschliesst und von einer Schutzschicht (1 a) umhüllt ist, die von einer äusseren glasfaserverstärkten Kunststoffschicht (4) durch einen wärmeisolierenden Füllstoff (3) getrennt ist.

UNTERANSPRÜCHE 1. Kunststoffrohr nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendel (2) in eine reibungsvermindernden Füllstoff enthaltende Spachtelmasse eingebettet und mit einem durch eine aussenliegende Glasfaserschicht verstärkten Kunst stofflamimat (la) als Schutzschicht überdeckt ist.

2. Kunststoffrohr nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Laminat (la) aus einem bei Wärme flexiblen Kunststoff besteht, dessen Bruchdehnung bei 90 C über 3% liegt.

3. Kunststoffrohr nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (3) ein Kunststoffschaum ist.

4. Kunststoffrohr nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfaserverstärkung der inneren Kunststoffschicht (1) zur Hauptsache in Umfangsrichtung und jene der äusseren Kunststoffschicht (4) zur Hauptsache in Axialrichtung orientiert ist.

5. Kunststoffrohr nach Patentanspruch I oder einem der Unteransprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendel (2) aus Stahldraht oder aus glasfaserverstärktem Kunststoff besteht.

PATENTANSPRUCH II Verfahren zur Herstellung des Kunststoffrohres nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass nach Herstellung eines glasfaserverstärkten Innenrohres (1) mit aufgewikkelter Wendel (2) und nach Überdecken der letzteren mit einem Kunststofflaminat (la) dieses Innenrohr koaxial und mit radialem Abstand in ein glasfaserverstärktes Kunststoffmantelrohr (4) grösseren Durchmessers gestellt wird, wonach der ringförmige Zwischenraum zwischen den beiden Rohren mit erhärtendem Kunststoffschaum (3) gefüllt wird.

UNTERANSPRÜCHE 6. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenfläche der Schutzschicht (la) des Innenrohres und die Innenfläche des Mantelrohres (4) je mit freiliegenden Glasfasern versehen werden, die beim anschliessenden Ausschäumen der ineinandergestellten Rohre deren Haftverbindung mit dem Kunststoffschaum verbessern.

7. Verfahren nach Patentanspruch II oder Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das Mantelrohr (4) durch Schleudern hergestellt wird.

8. Verfahren nach Patentanspruch II oder Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das Innenrohr (1) durch Wickeln hergestellt wird.