DE102004010340B4

DE102004010340B4 - Kunststoffrohr mit Faserverstärkung

Info

Publication number: DE102004010340B4
Application number: DE102004010340A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Dr. Miethlinger
Original assignee: Poloplast GmbH
Current assignee: Poloplast GmbH
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2024-03-04
Also published as: DE102004010340A1

Abstract

Kunststoffrohr mit einer Außenwandschicht (1), einer Innenwandschicht (2) und einer Zwischenschicht (3), welche durch Fasern verstärkt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (3) mehrlagig ausgebildet ist, wobei die Fasern in jeder Lage (4–6) der Zwischenschicht (3) im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Fasern der einzelnen Lagen (4–6) in einem Winkel zueinander ausgerichtet sind, dass die Außenwandschicht (1), die Innenwandschicht (2) und die Zwischenschicht (3) aus demselben Grundmaterial bestehen und dass dieses mittels eines Coextrudierverfahrens hergestellt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kunststoffrohr gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs.
Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf ein Kunststoffrohr mit einer Außenwandschicht und einer Innenwandschicht sowie mit einer Zwischenschicht, welche durch Fasern verstärkt ist.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, bei Kunststoffrohren in einer Zwischenschicht Glasfaserteile in das Kunststoffmaterial einzulagern. Ein derartiges Rohr ist in der EP 0 358 178 B1 beschrieben. Dabei werden die Glasfasern in einer wirren Anordnung eingebracht. Ein ähnliches Rohr beschreibt auch die EP 0 470 605 A1 . Ein mehrschichtiges Kunststoffrohr mit einer durch Glasfasern oder Ähnliches verstärkten Mittelschicht ist auch aus der DE 100 18 324 C2 vorbekannt. Auch hierbei liegen die zerkleinerten Glasfasern in einer ungeordneten Ausrichtung vor.

Die DE 195 08 193 C2 beschreibt ein rohrförmiges Bauteil mit einer äußeren und einer inneren metallischen Ummantelung. Zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr, welche alternativ auch aus Kunststoff gefertigt sein können, ist eine Verbundschicht zwischengelegt, welche separat gefertigt ist und aus einem Harz besteht, in welches eine Faserverstärkung eingelegt ist. Das Harz muss separat ausgehärtet (expandiert) werden. Die Faserverstärkung kann in Richtung der Rohrachse, senkrecht zur Rohrachse oder in Kombination als Gewebe ausgebildet sein. Die Herstellung des rohrförmigen Bauteils ist somit technisch aufwendig, zeitintensiv und teuer. Zudem ergeben sich Probleme an den Übergangsbereichen zwischen der faserverstärkten Zwischenschicht und dem äußeren und dem inneren Rohr.

Die DE 102 24 707 A1 zeigt ein mehrschichtiges Rohr mit einer metallischen Zwischenschicht, welche zur Flammenhemmung vorgesehen ist. Die äußere Schicht kann mit Fasern verstärkt sein. Auch hierbei ergeben sich Haftungsprobleme zwischen den unterschiedlichen Materialien der einzelnen Rohrkomponenten. Zusätzlich ist das Rohr aufwendig und kostenintensiv in der Herstellung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kunststoffrohr der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit hohe mechanische Festigkeiten aufweist und infolgedessen mit einer geringen Wanddicke ausgebildet sein kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Die Erfindung sieht somit vor, dass die Zwischenschicht mehrlagig ausgebildet ist, wobei die Fasern in jeder Lage der Zwischenschicht im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und wobei die Fasern der einzelnen Lagen der Mittelschicht in einem Winkel zueinander ausgerichtet sind.

Das erfindungsgemäße Kunststoffrohr zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus.

Durch die definierte Ausrichtung der einzelnen Fasern der Lagen der Zwischenschicht ist es möglich, gezielt die Festigkeitseigenschaften des Kunststoffrohres zu verbessern. Im Gegensatz zu einer wirren, ungeordneten Anordnung der Fasern bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Kunststoffrohren können somit die erfindungsgemäß eingebrachten Fasern in optimaler Weise zur Verbesserung der mechanischen Werte des Kunststoffrohres beitragen, beispielsweise zur Biegefestigkeit.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Möglichkeit, bei mehreren Lagen der Zwischenschicht die jeweiligen Fasern in einem Winkel zueinander anzuordnen, besteht die Möglichkeit einer Optimierung der Festigkeitseigenschaften des Kunststoffrohrs. In einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zwischenschicht dreilagig ausgebildet ist. Durch eine derartige dreilagige Ausgestaltung der Zwischenschicht ergibt sich die Möglichkeit, die Fasern in drei unterschiedlichen Winkelorientierungen anzuordnen. So ist es möglich, die Fasern einer der Lagen parallel zur Längsachse des Rohres auszurichten, um die Festigkeit in Längsrichtung sowie Längenänderungen bei Temperaturwechseln günstig zu beeinflussen. Die anderen beiden Lagen können dabei Fasern mit einer Orientierung aufweisen, die sich in einem Winkel zur Längsachse erstreckt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Fasern in einem Winkel von plus 40° bis plus 60° zur Längsachse des Rohres bzw. in einem Winkel von minus 40° bis minus 60° zur Längsachse des Rohres ausgerichtet sind. Die Fasern verlaufen somit gegenläufig. Hierdurch wird insbesondere die Biegesteifigkeit des Rohrquerschnitts verbessert.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht es, die einzelnen Lagen der Zwischenschicht hinsichtlich ihrer Faserorientierung beliebig zu wählen und anzuordnen. So ist es bei spielsweise möglich, die Lage, in welcher sich die Fasern parallel zur Längsachse des Rohres erstrecken, zwischen den beiden anderen Lagen anzuordnen, sie als innerste Lage anzuordnen oder sie als äußerste Lage aufzubringen. Hierdurch kann eine Anpassung der gewünschten Festigkeitseigenschaften, insbesondere auch an unterschiedliche Dimensionierungen des Kunststoffrohres, erfolgen.

Die Fasern weisen erfindungsgemäß bevorzugter Weise eine Länge von 0,5 bis 6 mm auf. Es versteht sich, dass im Rahmen der Erfindung insbesondere auch längere Fasern zum Einsatz kommen können.

Der Anteil der Fasern in jeder Lage beträgt bevorzugter Weise 30 bis 50 Volumen-% der Lage. Die Fasern können in Form von Glas-Fasern, Zellulose-Fasern, Kohlenstoff-Fasern oder Kunststoff-Fasern ausgebildet sein. Bei Kunststoff-Fasern können beispielsweise Aramid-Fasern oder Chemie-Fasern aus Kunststoff verwendet werden, z.B. aus PET, PAN-PP oder ähnlichem.

Bei dem erfindungsgemäßen Kunststoffrohr können die Außenwandschicht, die Innenwandschicht sowie die Zwischenschicht entweder aus demselben Grundmaterial oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Als bevorzugt erweist es sich, als Grundmaterial PPR (Polypropylen-Random) zu verwenden. Dabei kann das erfindungsgemäße Kunststoffrohr beispielsweise mittels eines Coextrudierverfahrens hergestellt werden.

Zur Anpassung an besondere Einsatzbedingungen ist es auch möglich, zusätzliche Additive beizugeben, insbesondere der Innenwandschicht, um das Kunststoffmaterial gegen Beeinflussungen durch Chemikalien zu schützen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt die einzige Figur eine perspektivische Teilansicht, teils im aufgeblätterten Zustand eines erfindungsgemäßen Kunststoffrohres.
Das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel zeigt ein coextrudiertes Kunststoffrohr, welches eine Außenwandschicht 1 sowie eine Innenwandschicht 2 aufweist. Zwischen diesen ist eine Zwischenschicht 3 ausgebildet, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus drei Lagen besteht. In die einzelnen Lagen der Zwischenschicht sind jeweils Fasern eingebettet, die jeweils zueinander parallel ausgerichtet sind. In einer ersten, äußeren Lage 4 der Zwischenschicht 3 sind die Fasern in einem Winkel zwischen 40° und 60° zur Längsachse 7 des Rohres angeordnet. In einer zweiten, mittleren Lage 5 der Zwischenschicht 3 verlaufen die Fasern parallel zur Längsachse 7, während sie in einer dritten Lage 6, die als innerste Lage der Zwischenschicht 3 ausgebildet ist und an die Innenwandschicht 2 angrenzt, in einem Winkel zwischen 40° und 60° zur Längsachse 7 verlaufen. Die Winkel der Fasern der ersten Lage 4 und der dritten Lage 6 sind jeweils gleich, bezogen auf die Längsachse 7, jedoch zueinander gegengerichtet.
Es versteht sich, dass das gezeigte Ausführungsbeispiel hinsichtlich der Dimensionierung der einzelnen Schichten und Lagen die Erfindung nur beispielhaft erläutert. Die Dicke der einzelnen Lagen kann an die jeweiligen Anforderungen und an die Dimensionen des Kunststoffrohres angepasst werden.

1: Außenwandschicht
2: Innenwandschicht
3: Zwischenschicht
4: Erste Lage
5: Zweite Lage
6: Dritte Lage
7: Längsachse

Claims

Kunststoffrohr mit einer Außenwandschicht (1), einer Innenwandschicht (2) und einer Zwischenschicht (3), welche durch Fasern verstärkt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (3) mehrlagig ausgebildet ist, wobei die Fasern in jeder Lage (4–6) der Zwischenschicht (3) im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Fasern der einzelnen Lagen (4–6) in einem Winkel zueinander ausgerichtet sind, dass die Außenwandschicht (1), die Innenwandschicht (2) und die Zwischenschicht (3) aus demselben Grundmaterial bestehen und dass dieses mittels eines Coextrudierverfahrens hergestellt ist.
Kunststoffrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht dreilagig ausgebildet ist.
Kunststoffrohr nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern einer Lage (4) in einem Winkel von plus 40° bis plus 60° zur Längsachse (7) des Rohres angeordnet und die Fasern einer anderen Lage (6) in einem Winkel von minus 40° bis minus 60° zur Längsachse (7) des Rohres angeordnet sind.
Kunststoffrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern einer Lage (5) parallel zur Längsachse (7) des Rohres angeordnet sind.
Kunststoffrohr nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage (5) mit den zur Längsachse (7) des Rohrs parallelen Fasern zwischen den beiden Lagen (4, 6) angeordnet ist.
Kunststoffrohr nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage (5) mit den zur Längsachse (7) des Rohres parallelen Fasern außerhalb der beiden Lagen (4, 6) angeordnet ist.
Kunststoffrohr nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage (5) mit den zur Längsachse (7) des Rohres parallelen Fasern innerhalb der beiden Lagen (4, 6) angeordnet ist.
Kunststoffrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern eine Länge von 0,5 bis 6 mm aufweisen.
Kunststoffrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Fasern in jeder Lage (4–6) 30 bis 50 % des Gesamtvolumens der Lage beträgt.
Kunststoffrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern Zellulose-Fasern umfassen.
Kunststoffrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern Kohlenstoff-Fasern umfassen.
Kunststoffrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern Aramid-Fasern umfassen.
Kunststoffrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern Chemie-Fasern umfassen.
Kunststoffrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern Glas-Fasern umfassen.
Kunststoffrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwandschicht (1), die Innenwandschicht (2) und die Zwischenschicht (3) unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen.
Kunststoffrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwandschicht (1), die Innenwandschicht (2) und die Zwischenschicht (3) aus PPR gefertigt sind.
Kunststoffrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenwandschicht (2) Additive beigegeben sind.