Claims (1)
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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.
The invention relates to a glass fiber reinforced plastic pipe, which has a helical insert, in particular made of steel or glass fiber reinforced plastic, coaxially to the pipe axis, and a method for producing such a pipe. If such a pipe is used to convey liquids at a relatively high temperature, e.g. B. hot water is used, there are often difficulties because of the different thermal expansion of steel helix and glass fiber reinforced plastic.
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.
If the steel helix is located in the central area of the pipe wall, it can prevent the free expansion of the inner wall layer to such an extent that undesirably high stresses arise between this inner layer and the freely expanding outer layer of the pipe wall, especially when there are additional compressive and / or bending stresses, as they arise with underground pipes, lead to delamination or breakage. Even the arrangement of the steel helix in the outermost layer of the pipe cannot solve this problem, since z. B. when such a pipe is buried, unavoidable bending and shear stresses between the steel helix and the glass fiber reinforced plastic can also lead to the pipe breaking.
Die vorliegende Erfindung gestattet demgegenüber die Vermeidung dieser Schwierigkeiten, indem sie ein Rohr bzw.
In contrast, the present invention allows these difficulties to be avoided by providing a pipe or
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.
provides a method for its manufacture in which stresses leading to breakage cannot occur. For this purpose, the inventive plastic pipe of the type mentioned is characterized in that the helix encloses a glass fiber reinforced inner plastic layer and is encased by a protective layer which is separated from an outer glass fiber reinforced plastic layer by a heat insulating filler.
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.
According to the method, which is also the subject of the invention, the said pipe is manufactured by winding the helix onto an inner pipe made of glass fiber reinforced plastic and covering it with a protective layer and then inserting it coaxially and at a radial distance into a glass fiber reinforced plastic jacket pipe, whereupon the annular space between the inner and the jacket pipe is filled with a hardening plastic foam.
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.
Thanks to the insulating layer provided between the helix and the jacket pipe, stresses leading to breakage can no longer occur, and the pipe obtained in this way is also ideally suited for guiding liquids at elevated temperatures when buried in the ground.
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.
The manufacturing method according to the invention is explained below by way of example with the aid of the accompanying drawing, which shows exemplary embodiments of the pipe according to the invention. The drawing shows in axial section an example of a pipe according to the invention immediately after its manufacture.
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.
The composite pipe shown consists of an inner pipe 1 made of glass fiber reinforced plastic, which is enclosed by a steel helix 2 embedded in plastic and covered with a protective layer la, furthermore of a relatively thick filling layer 3 of insulating material surrounding the inner pipe 1 and a filling layer 3 surrounding the filling layer 3 Casing tube 4 made of glass fiber reinforced plastic. The procedure for producing this composite pipe is as follows: In the centrifugal casting process, the inner pipe 1, e.g. 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.
with a diameter of 500 mm and a wall thickness of 7 mm. The inner tube could, however, also be manufactured using the winding process. After curing and shaping, the steel helix 2, z. B. with a wire diameter of 2 mm and a winding distance of about 5 mm, wound. At the same time, a fiberglass strand could also be wound. Plastic filler is then filled and gelled between the wire windings. A thin plastic laminate with high elongation at break and good temperature resistance is then applied to the inner tube prepared in this way; Before this plastic layer gels, a thin glass fiber mat is fixed on it so that the outside of the protective layer la of the now finished inner pipe is formed by pure, non-impregnated glass fibers.
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.
After the same centrifugal casting process, a plastic pipe 4, for. B. with a diameter of 600 mm and a wall thickness of 3 mm. Care is taken to ensure that the inner surface of this tube has plastic-free glass fibers; Of course, glass fibers completely embedded in the plastic can also be present. After curing and shaping, the two tubes 1, 4 are placed coaxially one inside the other, as shown in the drawing, after which the annular space remaining between them, which, as mentioned, is delimited by plastic-free glass fibers, is foamed with a hardening plastic; the plastic foam 3 connects the inner pipe 1 and jacket pipe 4 to form a composite pipe of high rigidity.
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.
It has been shown that the composite pipe described undergoes a deformation of less than 1 per when buried with cover heights of 5 to 6 m. Since the steel helix is in the middle area of the pipe wall, i.e. close to the neutral axis, the bending stresses there are low and therefore also the shear stresses that occur between the steel helix and the plastic. When warm liquids are passed through, compressive stresses can arise in the inner pipe 1, since the steel helix 2 limits the expansion of the inner plastic layer; Certain radial stresses can occur between the laminate surrounding the helix and the inner plastic layer; However, since the laminate has very thin walls and the plastic has increased flexibility when heated, these radial stresses are low and cannot lead to breakage.
Das erwähnte Laminat verhindert, dass Wasser von aussen zur Wendel gelangen kann, was zu Korrosion führen könnte.
The aforementioned laminate prevents water from reaching the coil from outside, which could lead to corrosion.
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.
Epoxy resins, bisphenol polyester resins or vinyl ester resins have proven to be useful as heat-resistant plastic for the inner tube. The filler applied between the turns of the steel helix should also be heat-resistant; in particular, it should have the lowest possible coefficient of thermal expansion and only low friction with respect to the steel helix; For this purpose, a large proportion of suitable filler, such as quartz powder or kaolin, is advantageously added to the filler.
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.
The protective laminate of the helix does not need to be heat-resistant; it is expedient to use a glass fiber reinforced plastic laminate, a glass fiber mat being advantageously provided as reinforcement; the plastic should be flexible when exposed to heat and z. B. have more than 3% elongation at break at 900 C.
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.
As described, a steel wire helix is particularly suitable as the helix. In certain cases, however, a helix made of glass fiber reinforced plastic could also be provided, provided that it is made with a relatively large glass content and with particularly heat-resistant plastic.
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.
PATENT CLAIM 1
Glass fiber reinforced plastic pipe which has a helical insert embedded in the pipe wall coaxially to the pipe axis, characterized in that the helix (2) encloses a glass fiber reinforced inner plastic layer (1) and is encased by a protective layer (1a), which is covered by an outer glass fiber reinforced one Plastic layer (4) is separated by a heat-insulating filler (3).
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.
SUBCLAIMS
1. Plastic pipe according to claim I, characterized in that the helix (2) is embedded in a filler containing friction-reducing filler and is covered with a plastic laminate (la) reinforced by an outer glass fiber layer as a protective layer.
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.
2. Plastic pipe according to dependent claim 1, characterized in that the laminate (la) consists of a plastic that is flexible when exposed to heat, the elongation at break at 90 ° C. being over 3%.
3. Kunststoffrohr nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (3) ein Kunststoffschaum ist.
3. Plastic pipe according to dependent claim 2, characterized in that the insulating layer (3) is a plastic foam.
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.
4. Plastic pipe according to dependent claim 3, characterized in that the glass fiber reinforcement of the inner plastic layer (1) is oriented mainly in the circumferential direction and that of the outer plastic layer (4) is mainly oriented in the axial direction.
5. Kunststoffrohr nach Patentanspruch I oder einem der Unteransprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendel (2) aus Stahldraht oder aus glasfaserverstärktem Kunststoff besteht.
5. Plastic pipe according to claim I or one of the dependent claims 1-4, characterized in that the helix (2) consists of steel wire or of glass fiber reinforced plastic.
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.
PATENT CLAIM II
Method for the production of the plastic pipe according to patent claim I, characterized in that after the production of a glass fiber reinforced inner pipe (1) with a wound-up helix (2) and after covering the latter with a plastic laminate (la), this inner pipe is coaxially and radially spaced into a glass fiber reinforced plastic jacket pipe ( 4) is made larger diameter, after which the annular space between the two tubes is filled with hardening plastic foam (3).
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.
SUBCLAIMS
6. The method according to claim II, characterized in that the outer surface of the protective layer (la) of the inner pipe and the inner surface of the jacket pipe (4) are each provided with exposed glass fibers which improve the adhesive bond with the plastic foam when the pipes are subsequently foamed.
7. Verfahren nach Patentanspruch II oder Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das Mantelrohr (4) durch Schleudern hergestellt wird.
7. The method according to claim II or dependent claim 6, characterized in that at least the jacket tube (4) is produced by centrifugation.
8. Verfahren nach Patentanspruch II oder Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das Innenrohr (1) durch Wickeln hergestellt wird.
8. The method according to claim II or dependent claim 6, characterized in that at least the inner tube (1) is produced by winding.