DE102006056055B4

DE102006056055B4 - Dichtprofil, insbesondere Dichtrahmen, aus polymerem Werkstoff mit Strahlenschutz

Info

Publication number: DE102006056055B4
Application number: DE200610056055
Authority: DE
Inventors: Andreas Diener; Werner Degel
Original assignee: Phoenix Dichtungstechnik GmbH
Current assignee: Sealable Solutions GmbH
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2012-08-09
Anticipated expiration: 2026-11-29
Also published as: DE102006056055A1

Abstract

Dichtprofil (1, 2, 3, 5, 14, 15), insbesondere Dichtrahmen (1) mit Rahmenecken (4), aus polymerem Werkstoff mit elastischen Eigenschaften zur Abdichtung von Fugen zwischen Betonteilen für Bauwerke, insbesondere Tunnelbauwerke, sowie von Containerfugen mit erhöhter Belastung durch energiereiche Strahlen, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich der Dichtbereich (II, IV) des Dichtprofiles (1, 2, 3, 5, 14, 15), der den energiereichen Strahlen ausgesetzt ist, mit einem strahlenresistenten polymeren Werkstoff, umfassend eine Polymermatrix mit wengepassten stabilisierenden Substanz, ausgestattet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dichtprofil, insbesondere Dichtrahmen mit Rahmenecken, aus polymerem Werkstoff mit elastischen Eigenschaften zum Abdichten von Fugen zwischen Betonteilen für Bauwerke, insbesondere Tunnelbauwerke, sowie von Containerfugen mit erhöhter Belastung durch energiereiche Strahlen, wie aus der DE 34 13 789 C2 bekannt.
Energiereiche Strahlen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind:

– Elektromagnetische Strahlen
– Röntgenstrahlen
– Alphastrahlen
– Betastrahlen
– Gammastrahlen
– Elektronenstrahlen
– Neutronenstrahlen
– Lazarstrahlen

Bei der Erstellung von Bauwerken, in denen energiereiche Strahlung auftreten, wie beispielsweise bei Kernkraftwerken, Elektronenbeschleunigeranlagen und vergleichbaren Einrichtungen, ist die sichere Beständigkeit und Strahlenresistenz von Abdichtungen der Bauteile vornehmlich gegen Gammastrahlen von erheblicher Bedeutung. Bei solchen Bauwerken werden vielfach massive Betonteile miteinander verbunden und die zwischen ihnen bestehenden Fugen mit entsprechenden Profilen, insbesondere Gummiprofilen, abgedichtet. Die Abdichtung muss dabei gas- und wasserdicht sein. Sie soll auch bei langen Belastungen mit absoluter Sicherheit ihre Dichtfunktion erfüllen. Die üblicherweise bei ähnlichen Bauwerken verwendeten Gummiprofile erleiden zumeist unter der Einwirkung einer energiereichen Strahlung eine deutliche Verminderung der Strukturfestigkeit und eine erhebliche Veränderung der Shore-Härte. Vor allem kann die Elastizität nachteilig beeinflusst werden. Dies alles führt zu einer Verringerung der Dichtleistung bis hin zum Totalausfall einer Dichtung.
Von besonderer Bedeutung sind Bauwerke, die aus Segmenten bestehen, die zu einem rohrförmigen Tunnel zusammengesetzt sind, und zwar unter Bildung von Quer- und Längsfugen, wobei jedes Segment vorzugsweise mit wenigstens einer alle Segmentstoßseiten erfassenden umlaufenden Aussparung versehen ist. In jeder Aussparung befindet sich ein strangförmig verlaufendes Dichtrofil, und zwar unter Bildung eines Dichtrahmens mit Rahmenecken, wobei das Dichtprofil insbesondere mit strangförmig verlaufenden offenen und/oder geschlossenen Rillennuten, die an der Profilbasisseite angeordnet sind, sowie mit ebenfalls strangförmig verlaufenden Kanälen, die zwischen den Rillennuten und der Profilstirnseite angeordnet sind, versehen ist. Hinsichtlich des diesbezüglichen Standes der Technik wird beispielsweise auf die Patentschriften US 4 946 309 A und EP 0 995 013 B1 verwiesen.
Da die Segmente zumeist vier Stoßseiten besitzen, besteht der Dichtrahmen aus vier zusammengesetzten Dichtprofilen, wobei die Rahmenecken vorzugsweise nach dem Injection-Molding-Verfahren hergestellt werden ( EP 0 578 797 B1 , EP 1 141 594 B1 ).
Infolge des Zusammenpressens der aneinander stoßenden Segmente unter Verringerung des Abstandes der Quer- und Längsfugen entfaltet der Dichtrahmen aus polymerem Werkstoff mit elastischen Eigenschaften unter der Wechselwirkung von Kraft und Reaktionskraft seine Dichtleistung. Derartige Kompressionsdichtungen haben sich bei zahlreichen Tunnelprojekten bewährt.
Die meisten Tunnelprojekte sind Verkehrsprojekte, wo energiereiche Strahlen in der oben erwähnten Art nicht auftreten. Auch die UV-Stabilisierung der polymeren, insbesondere elastomeren Werkstoffe, zu der es einen umfassenden Stand der Mischungstechnologie gibt, spielt keine oder nur eine untergeordnete Rolle.
Bei Tunnelprojekten, insbesondere in Form unterirdischer Tunnelanlagen, wo beispielsweise zu Forschungszwecken Materie mit energiereichen Strahlen, beispielsweise mit Elekronenstrahlen, beschossen werden, ist es erforderlich, Dichtprofile bzw. Dichtrahmen mit Strahlenschutz zu versehen. Ein derartiges Tunnelprojekt ist in Verbindung mit HERA von DESY (Hamburg) bekannt geworden.
In der Patentschrift DE 34 13 789 C2 wird ein strahlenresistentes Gummiprofil für Bauwerksfugen vorgestellt. In die Mischung mit einer Kautschukkomponente auf der Basis EPDM oder SBR wird neben den üblichen Mischungsingredienzien (Weichmacher, Vulkanisationsagenzien, Füllstoffe etc.) auch Bariumsulfat eingegeben, das für den Strahlenschutz sorgt. Nach dieser Mischungskonzeption wurden Dichtrahmen für das oben erwähnte Tunnelprojekt HERA hergestellt.
Im Rahmen einer Weiterentwicklung besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Dichtprofil, insbesondere einen Dichtrahmen, bereit zu stellen, der für die unterschiedlichsten Bauwerke und Container wie auch Strahlenarten einsetzbar ist, und zwar unter dem Aspekt einer strahlenresistenten Langzeitwirkung des polymeren Werkstoffes.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass ausschließlich der Dichtbereich des Dichtprofiles bzw. Dichtrahmens, der den energiereichen Strahlenausgesetzt ist, mit einem strahlenresistenten polymeren Werkstoff, umfassend eine Polymermatrix mit wenigstens einer eingemischten und der Strahlenart angepassten stabilisierenden Substanz, ausgestattet ist.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 einen Dichtrahmen mit vier Dichtprofilen und vier Rahmenecken;
2 den Querschnitt des Dichtrahmens in Bezug auf die Schnittlinie A-A (1) unter Darstellung eines Dichtprofiles als Einheitsextrudates;
3 den Querschnitt des Dichtrahmens in Berg auf die Schnittlinie A-A (1) unter Darstellung eines Dichtprofiles als Co-Extrudat mit zwei in Profilquerrichtung verlaufenden Dichtbereichen;
4 den Querschnitt des Dichtrahmens in Bezug auf die Schnittlinie A-A (1) unter Darstellung eines Dichtprofiles als Co-Extrudat mit einem Kernbereich und Mantelbereich als Dichtbereiche.
Nach 1 besteht der Dichtrahmen 1 aus polymerem Werkstoff mit elastischen Eigenschaften aus vier Dichtprofilen 2 und 3 sowie aus vier Rahmenecken 4. Die in Profillängsrichtung Y verlaufenden Dichtprofile werden durch Extrusion hergestellt und vulkanisiert und letztlich entsprechend der Rahmendimension auf die erforderliche Länge zugeschnitten. Die Rahmenecken selbst werden mittels eines Formwerkzeuges, umfassend eine Innenform und Außenform mit Eindüskanal sowie ein Formnest, hergestellt, und zwar bei stoffschlüssigem Verbund mit den Dichtprofilen.
2 zeigt den Querschnitt eines nicht erfindungsgemäß ausgestalteten Dichtprofiles 5 mit der maximalen Breite a und der maximalen Profildicke b (unbelasteter Zustand), die sich von der Profilbasisseite 6 bis zum Profilrücken 9 erstreckt. Zwecks Verbesserung der Kompressionswirkung ist das Dichtprofil mit Rillennuten 7 und 8 sowie mit Kanälen 10, 11, 12 und 13 in zweireihiger Anordnung ausgestattet. Die Rahmenecken 4 gemäß 1 weisen dagegen keine Kanäle auf, jedoch Rillennuten, die mittels einer entsprechenden Gestalt der Innenform gebildet werden können.
Das Dichtprofil 5 gemäß 2 besteht aus einem einheitlichen polymeren Werkstoff, insbesondere in Form einer vulkanisierten Kautschukmischung. Die Kautschukkomponente ist beispielsweise Chloropren (CR), Nitrilkautschuk (NBR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), ein Ethylen-Propylen-Dien-Mischpolymerisat (EPDM) oder deren Verschnitte. Die Kautschukmischung weist einen Vernetzer oder Vernetzersystem auf. Das Vernetzersystem umfasst dabei einen Vernetzer und/oder Vulkanisationsaktivator sowie einen Beschleuniger. Weitere übliche Mischungsingredienzien, und zwar einzeln oder insbesondere kombinativ, sind Füllstoffe, Verarbeitungshilfsmittel, Weichmacher, Alterungsschutzmittel und Stabilisatoren. Diesbezüglich wird auf den allgemeinen Stand der Kautschukmischungstechnologie verwiesen.
In diese Kautschukmischung als Polymermatrix ist nun eine der Strahlenart angepasste stabilisierende Substanz eingemischt, insbesondere unter dem Gesichtspunkt einer gleichmäßigen Verteilung. Diese kann beispielsweise ein Bariumsulfat (bei Elektronenstrahlen) oder ein Boroxid (bei radioaktiven Strahlen aller Art) sein. Auch ein Gemisch dieser beiden genannten Stoffe ist möglich. Der Anteil/Gesamtanteil dieser Substanzen beträgt insbesondere 15 bis 25 phr (per hundred rubber). Auf diese Weise wird ein strahlenresistenter polymerer Werkstoff mit Langzeitwirkung gebildet. Mit diesem wirkungsvollen Zweikomponentensystem ist es möglich, dem Dichtprofil bzw. Dichtrahmen Schutz gegen alle energiereichen Strahlen zu geben.
Die Rahmenecken 4 gemäß 1 bestehen, den gesamten Profilquerschnitt erfassend, in der oben beschriebenen Weise aus einem strahlenresistenten polymeren Werkstoff, insbesondere wiederum in Form einer vulkanisierten Kautschukmischung. Gegebenenfalls reicht es aus, ausschließlich die Rahmenecken mit dem strahlenresistenten Werkstoff auszustatten.
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Dichtprofil 14 in Form eines Co-Extrudates, umfassend in Profilquerrichtung X zwei Dichtbereiche I und II mit jeweils einer gleichgroßen Profilquerschnittsfläche. Der Übergang Z zwischen diesen beiden Dichtbereichen verläuft in Profillängsrichtung Y (1) und bildet den Übergang der Werkstoffänderung.
Der Dichtbereich I, der der Feuchtigkeitsseite zugewandt ist, besteht aus keinem strahlenresistenten polymeren Werkstoff. Der Dichtbereich II jedoch, der den energiereichen Strahlen ausgesetzt ist, ist strahlenresistent mit Langzeitwirkung. Der Vorteil dieser Konzeption ist, dass man eine Vielzahl von Werkstoffmöglichkeiten hat. So kann man beispielsweise den Dichtbereich I aus dem witterungsbeständigen EPDM herstellen, während für den Dichtbereich ein polymerer Werkstoff (z. B. SBR) eingesetzt wird, in den die stabilisierende Substanz auch in größeren Mengen eingemischt werden kann. Auch Kombinationen von einem elastomeren Werkstoff, beispielsweise EPDM für den Dichtbereich I, mit einem thermoplastischen Elastomer (TPE) für den Dichtbereich II ist möglich.
Was die TPE-Gruppen betrifft, so gelangen vorzugsweise thermoplastische Elastomere auf Styrolbasis (TPE-S), unvernetzte oder teilvernetzte thermoplastische Elastomere auf Olefinbasis (TPE-O) oder vollvernetzte thermoplastische Elastomere auf Olefinbasis (TPE-V) zur Anwendung. Soweit eine Vernetzung vorliegt, was zumeist der Fall ist, ist der wesentliche Bestandteil der Mischungsingredienzien der Vernetzer bzw. das Vernetzersystem. Die übrigen Mischungsingredienzien können alle Rohstoffkomponenten umfassen, die das Eigenschaftsbild des TPE-Werkstoffes positiv beeinflussen. Dies sind zum Beispiel Füllstoffe, Alterungsschutzmittel, Stabilisatoren, Fließhilfsmittel und Prozesshilfsmittel. Diesbezüglich wird auf den allgemeinen Stand der TPE-Technologie verwiesen.
Von besonderer Bedeutung ist ein TPE-Werkstoff, der aus einem Verschnitt aus einem thermoplastischen Kunststoff (Thermoplast) und einem mindestens teilvernetzten Kautschuk, insbesondere auf Basis EPDM, besteht. Der bevorzugt eingesetzte Kunststoff ist ein Polypropylen auf der Basis eines Homopolymeren, Copolymeren oder Blockcopolymeren. Der Kautschuk weist einen Vernetzungsgrad von insbesondere größer 90% auf, wobei zum Verstrecken des Kautschuks ein Weichmacher eingesetzt wird. Ansonsten gelten auch hier die oben genannten TPE-Mischungsingredienzien. Hinsichtlich Details (z. B. Mengenanteile innerhalb der TPE-Mischung) dieses bevorzugten TPE-Werkstoffes wird auf die Druckschrift DE 103 36 424 A1 verwiesen.
4 zeigt ebenfalls ein erfindungsgemäßes Dichtprofil 15 in Form eines Co-Extrudates. Der Dichtbereich III, der den Kernbereich bildet, ist nichtstrahlenresistent ausgestattet.
Man kann hier alle Werkstoffe einsetzen, die sich durch eine hohe Kompressionswirkung, verbunden mit einer hohen Dichtleistung, auszeichnen, insbesondere CR, NBR, SBR und EPDM. Der Dichtbereich IV, der den Mantelbereich bildet, besteht dagegen aus einem strahlenresistenten Polymerwerkstoff, beispielsweise auf TPE-Basis.
Bei Verwendung von Dichtprofilen in Form von Co-Extrudaten beziehen sich die in den Patentansprüchen 7 bis 9 angegebenen Mengenanteile nur auf den Dichtbereich, der aus einem strahlenresistenten polymeren Werkstoff besteht. In Bezug auf die 3 und 4 sind dies die Dichtbereiche II bzw. IV.
Auch wenn die Dichtprofile bzw. Dichtrahmen vorrangig für Bauwerke, beispielsweise unterirdische Tunnelanlagen, eingesetzt werden, können mit diesem neuartigen Dichtkonzept auch die Dichtrahmen von Container, die radioaktive Abfallstoffe transportieren, ausgestattet werden.
Bezugszeichenliste

1: Dichtrahmen
2: Dichtprofil
3: Dichtprofil
4: Rahmenecken
5: Dichtprofil
6: Profilbasisseite
7: Rillennut
8: Rillennut
9: Profilrücken
10: Kanal
11: Kanal
12: Kanal
13: Kanal
14: Dichtprofil
15: Dichtprofil
a: maximale Profilbreite
b: maximale Profildicke
X: Profilquerrichtung
Y: Profillängsrichtung
Z: Übergang (Grenze) der Werkstoffänderung
I: Dichtbereich
II: Dichtbereich
III: Dichtbereich (Kernbereich)
IV: Dichtbereich (Mantelbereich)

Claims

Dichtprofil (1, 2, 3, 5, 14, 15), insbesondere Dichtrahmen (1) mit Rahmenecken (4), aus polymerem Werkstoff mit elastischen Eigenschaften zur Abdichtung von Fugen zwischen Betonteilen für Bauwerke, insbesondere Tunnelbauwerke, sowie von Containerfugen mit erhöhter Belastung durch energiereiche Strahlen, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich der Dichtbereich (II, IV) des Dichtprofiles (1, 2, 3, 5, 14, 15), der den energiereichen Strahlen ausgesetzt ist, mit einem strahlenresistenten polymeren Werkstoff, umfassend eine Polymermatrix mit wenigstens einer eingemischten und der Strahlenart angepassten stabilisierenden Substanz, ausgestattet ist.
Dichtprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtprofil (14) in Profilquerrichtung (X) zwei Dichtbereiche (I, II) aufweist, deren Übergang (Z) in Profillängsrichtung (Y) verläuft, wobei ausschließlich der den energiereichen Strahlen ausgesetzte Dichtbereich (II) mit dem strahlenresistenten polymeren Werkstoff ausgestattet ist.
Dichtprofil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Dichtbereiche (I, II) eine gleichgroße Profilquerschnittsfläche aufweisen.
Dichtprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtprofil (15) zwei Dichtbereiche (III, IV) aufweist, umfassend einen Kernbereich (III) und einen Mantelbereich (N), wobei ausschließlich der Mantelbereich (N) mit dem strahlenresistenten polymeren Werkstoff ausgestattet ist.
Dichtprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtprofil (14, 15) ein Co-Extrudat ist.
Dichtprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines Dichtrahmens (1), umfassend Dichtprofile (2, 3) und Rahmenecken (4), sämtliche Rahmenecken, und zwar den gesamten Profilquerschnitt erfassend, mit einem strahlenresistenten polymeren Werkstoff ausgestattet sind.
Dichtprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der in die Polymermatrix eingemischten und der Strahlenart angepassten stabilisierenden Substanz 10 bis 50 phr beträgt.
Dichtprofil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der der Strahlenart angepassten stabilisierenden Substanz 10 bis 35 phr beträgt.
Dichtprofil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der der Strahlenart angepassten stabilisierenden Substanz 15 bis 25 phr beträgt.