DE102008036389A1 - Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Hohlkörpers, insbesondere eines Rohrs aus Polymermaterial - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Hohlkörpers, insbesondere eines Rohrs aus Polymermaterial Download PDF

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Tobias Vohler
Guido Kania
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Hohlkörpers, insbesondere eines Rohrs (10), aus Polymermaterial mit wenigstens einem unter Einwirkung von Laserstrahlung markierbaren Folienstück (16), wobei das Folienstück (16) wenigstens ein lasersensitives Material aufweist und wobei das Folienstück (16) mit der Außenwand des Rohrs (10) stoffschlüssig verbunden und durch Erwärmen von einem formstabilen Zustand wenigstens teilweise in einen schmelzflüssigen Zustand überführbar ist, wobei das Rohr (10) durch Extrudieren gebildet wird und wobei während der Extrusion des Rohrs (10) das wenigstens eine Folienstück (16) im formstabilen Zustand wenigstens teilweise auf einen Außenwandbereich (15) des extrudierten Rohrabschnitts (14) aufgebracht und anschließend wenigstens ein Teilbereich des Folienstücks (16) mit Kontakt zu dem Außenwandbereich (15) erwärmt wird, um diesen wenigstens teilweise in einen schmelzflüssigen Zustand zu überführen, und wobei anschließend das Folienstück (16) abgekühlt wird.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Hohlkörpers, insbesondere eines Rohrs aus Polymermaterial mit wenigstens einem unter Einwirkung von Laserstrahlung markierbaren Folienstück.
  • Es ist bekannt, Rohre mit wenigstens einem unter Einwirkung von Laserstrahlung markierbaren Folienstück zu versehen, wobei das Folienstück vorzugsweise wenigstens ein lasersensitives Material aufweist, da nur wenige Polymersysteme an sich und ohne weitere lasersensitive Zusätze lasermarkierbar sind. Das lasermarkierbare Folienstück wird meist beispielsweise mit einem Barcode oder einer Artikelnummer oder einer Seriennummer oder dergleichen des Rohrs, an dem das Folienstück angebracht ist, unter Einwirkung von Laserstrahlung markiert, um eine eindeutige Kennzeichnung des Rohrs zu ermöglichen. Ebenso sind auch Heißprägefolien bekannt, die in Verbindung mit beheizten Signierrädern dazu dienen, farbige Kennzeichnungsbuchstaben oder Symbole, z. B. zur Rohrkennzeichnung, auf ein polymeres Rohr zu signieren.
  • Lasersensitive Materialien, wie beispielweise lasersensitive Pigmente, welche meist in das Folienstücke dispergiert werden, sind Materialien, welche die Strahlung des jeweiligen Lasers absorbieren und eine dunkle oder helle Markierung des Kunststoffs des Folienstücks hervorrufen. Bei den Pigmenten handelt es sich beispielsweise um plättchenförmige Glimmerpigmente, die aus unbeschichtetem oder beschichtetem Glimmer bestehen, oder um Pigmente, die einen Farbumschlag im Kunststoff hervorrufen.
  • Die Herstellung eines Rohrs mit einem an diesem angebrachten lasermarkierbaren Folienstück erfolgt in bekannter Weise durch Aufextrudieren des Folienstücks bzw. der Folie auf einen bereits extrudierten Rohrabschnitt während des Extrusionsherstellung des jeweiligen Rohres, einhergehend mit einem hohen technischen Aufwand.
  • Bei der Extrusionsherstellung von Großrohren, also Rohren mit großem Innendurchmesser bzw. Außendurchmesser, welche mit einer minimalen Extrusionsgeschwindigkeit von nur wenigen cm pro Minute aus dem Werkzeug austreten, ist das Aufextrudieren eines Folienstücks bzw. eines Folienstreifens fertigungstechnisch sehr anspruchsvoll, da der Zuspritz-Extruder bei der Extrusion nahezu unbeweglich ist, so dass die Verweilzeit der heißen Schmelze des Folienstücks bzw. die Verweilzeit der Lasersignier-Schmelze in dem Extruder, der zum Aufextrudieren des Folienstücks vorgesehen ist, zu groß wird und die Rezeptur des Folienstücks bzw. des Folienstreifens thermisch stark geschädigt werden kann, einhergehend mit einer eingeschränkten Lasermarkierbarkeit des Folienstücks bzw. Folienstreifens.
  • Zugrundeliegende Aufgabe
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Rohrs aus Polymermaterial mit wenigstens einem unter Einwirkung von Laserstrahlung markierbaren Folienstück anzugeben, das gegenüber bekannten Lösungen eine einfache und praktische Herstellung von Rohren mit wenigstens einem unter Einwirkung von Laserstrahlung markierbaren Folienstück ermöglicht, und mit dem insbesondere eine thermische Schädigung des Folienstücks, welche die Lasermarkierbarkeit einschränkt, wirksam vermieden werden kann.
  • Erfindungsgemäße Lösung
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Hohlkörpers, insbesondere eines Rohrs aus Polymermaterial mit wenigstens einem unter Einwirkung von Laserstrahlung markierbaren Folienstück gelöst, wobei das Folienstück wenigstens ein lasersensitives Material aufweist, wobei wenigstens ein Teilbereich des Folienstücks mit der Außenwand des Rohrs stoffschlüssig verbunden ist, und wobei das Folienstück durch Erwärmen von einem formstabilen Zustand wenigstens teilweise in einen schmelzflüssigen Zustand überführbar ist, wobei bei dem Verfahren das Rohr durch Extrudieren gebildet wird, und wobei in einem ersten Schritt während der Extrusion des Rohrs das wenigstens eine Folienstück im formstabilen Zustand wenigstens teilweise auf einen Außenwandbereich eines bereits extrudierten Rohrabschnitts des Rohrs aufgebracht wird, wobei nach dem Aufbringen wenigstens der Teilbereich des Folienstücks einen flächigen Kontakt zu dem Außenwandbereich aufweist, und wobei in einem zweiten Schritt während der Extrusion des Rohrs das Folienstück erwärmt wird, um dieses wenigstens teil weise in einen schmelzflüssigen Zustand zu überführen, und wobei in einem dritten Schritt das Folienstück abgekühlt wird, um wenigstens den Teilbereich stoffschlüssig mit dem Außenwandbereich zu verbinden.
  • Erfindungsgemäß erfolgt gemäß dem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens im Unterschied zu bekannten Verfahren kein Aufextrudieren eines Folienstücks im nicht formstabilen schmelzflüssigen Zustand, sondern ein wenigstens teilweises Aufbringen des Folienstücks im formstabilen Zustand auf einen Außenwandbereich eines bereits extrudierten Rohrabschnitts, so dass nach dem Aufbringen wenigstens ein Teilbereich des Folienstücks einen flächigen Kontakt zu dem Außenwandbereich aufweist. Das lasersensitive Material kann beispielweise ein lasersensitives Pigment sein, welches die Strahlung des jeweiligen Lasers absorbiert und eine dunkle oder helle Markierung des Folienstücks hervorruft, wobei das lasersensitive Material bevorzugt benachbart zu einer für die Bestrahlung mit Laserlicht vorgesehenen Seite des Folienstücks oder angrenzend an diese in das Folienstück eingebettet ist, um eine wirksame Lasermarkierung zu ermöglichen.
  • Erfindungsgemäß erfolgt in einem zweiten Schritt während der Extrusion des Rohrs die Erwärmung des Folienstücks, um dieses wenigstens teilweise in einen schmelzflüssigen Zustand zu überführen, um durch eine nachfolgende Abkühlung des Folienstücks im dritten Schritt eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Außenwandbereich und wenigstens dem Teilbereich zu bilden. Vorzugsweise wird das Folienstück durch Erwärmen vollständig oder im Wesentlichen vollständig in den schmelzflüssigen Zustand überführt. Wird das Folienstück teilweise in den schmelzflüssigen Zustand überführt, dann wird die Erwärmung vorzugsweise auf eine Weise vorgenommen, dass sich im schmelzflüssigen Zustand befindliche Gebiete des Folienstücks an den Außenwandbereich angrenzen, um nach dem Abkühlen eine wirksame stoffschlüssige Verbindung, die formstabil ist, zwischen dem Außenwandbereich und wenigstens dem Teilbereich zu bilden, wobei das Folienstück hierfür erfindungsgemäß auf eine Temperatur abgekühlt wird, die unterhalb einer Schmelztemperatur des Folienstücks liegt, wobei das Folienstück bei einer Temperatur größer oder gleich der Schmelztemperatur wenigstens teilweise in einem schmelzflüssigen Zustand vorliegt.
  • Insgesamt gesehen ist durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine deutliche Reduzierung der Kosten zur Kennzeichnung eines Rohres, also der Kennzeichnung des extrudierten Rohrs mit einem Barcode, Klartext, wie Seriennummern, Identifikationsnummern etc., und ähnlichem, durch geringere Investitionskosten möglich, insbesondere deshalb, weil im Unterschied zu dem bekannten Verfahren der Extruder zum Aufbringen des Folienstücks, wie etwa ein Streifenextrusionsextruder, eingespart werden kann.
  • Weitere Vorteile gegenüber dem bekannten Verfahren umfassen eine Verbesserung der Konturenschärfe durch Ermöglichen eines dünnen, randscharfen Aufbringens der Folie bzw. des Folienstücks, das Ermöglichen der Laser-Kennzeichnung von langsam extrudierbaren Großrohren, eine Kosteneinsparung pro signiertem Rohrmeter durch ein kostengünstiges, sehr dünnes Folienstück in Form eines Signierfolienstücks anstelle der bekannten Verwendung eines vergleichsweise dicken aufextrudierten Streifens, eine hochwertige Optik, eine hohe Wertanmutung und ein optimales Kontrastverhältnis.
  • Bei einer besonderen praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im ersten Schritt im Wesentlichen das gesamte Folienstück auf den Außenwandbereich aufgebracht, wobei nach dem Aufbringen im Wesentlichen das gesamte Folienstück einen flächigen Kontakt zu dem Außenwandbereich aufweist. So wird erfindungsgemäß eine Verbindung geschaffen, bei der nicht nur ein Teilbereich sondern im Wesentlichen das gesamte Folienstück eine stoffschlüssige Verbindung zu dem Außenwandbereich bzw. der Außenwand aufweist. Vorzugsweise wird auch bei dieser praktischen Ausführungsform das Folienstück durch Erwärmen vollständig oder im Wesentlichen vollständig in den schmelzflüssigen Zustand überführt. Wird das Folienstück teilweise in den schmelzflüssigen Zustand überführt, dann wird die Erwärmung vorzugsweise auf eine Weise vorgenommen, dass sich im schmelzflüssigen Zustand befindliche Gebiete des Folienstücks an den Außenwandbereich angrenzen, um nach dem Abkühlen eine wirksame stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Außenwandbereich und dem Folienstück zu bilden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Folienstück verwendet, das aus einem Gemisch aus einem polymeren Material und dem wenigstens einen lasersensitiven Material besteht. Das polymere Material kann beispielsweise Polyolefine, vorzugsweise PET, aufweisen oder aus diesen gebildet sein und das lasersensitive Material kann aus lasersensitiven Pigmenten gebildet sein oder diese aufweisen, wobei die lasersensitiven Pigmente in das polymere Material in Form einer polyolefinen Matrix eingebettet sein können.
  • Bei dieser bevorzugten Ausführungsform kann das Folienstück beispielsweise auch einen zusätzlichen UV-Schutz von 0,1 bis 5%, vorzugsweise 0,5 bis 2% aufweisen, der das polymere Material bzw. das Trägerpolymer vor Abbau durch UV-Strahlung z. B. während einer Außenlagerung schützt, aber nicht im Bereich der Wellenlänge 100 bis 450 nm absorbiert, um die Belichtung durch den jeweils verwendeten Kennzeichnungslaser nicht zu verhindern.
  • Das polymere Material kann auch Haftvermittler für ein lasersensitives Material in Form von Farbpigmenten aufweisen, wobei auch hier das Folienstück einen zusätzlichen UV-Schutz von 0,1 bis 5%, vorzugsweise 0,5 bis 2% aufweisen kann.
  • Das polymere Material kann auch wenigstens einen Metalldesaktivator aufweisen, der einen durch Metall-Ionen katalysierten Abbau des Folienstück-Materials und/oder enthaltenen Farbpigmenten während des Aufbringens des Folienstücks, beispielsweise mit einer heißen Metallwalze, verhindert, wobei auch hier das Folienstück einen zusätzlichen UV-Schutz von 0,1 bis 5%, vorzugsweise 0,5 bis 2% aufweisen kann.
  • Bei einer besonderes bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Folienstück wenigstens teilweise mittels eines beheizten Anpressmittels auf den Außenwandbereich gedrückt, wobei bevorzugt eine beheizte Walze als Anpressmittel verwendet wird. Hierbei wird bevorzugt ein Folienstück verwendet, das mit einer Trägerschicht aus Polymermaterial lösbar verbunden ist, wobei das Polymermaterial der Trägerschicht eine Schmelztemperatur aufweist, die größer ist als eine maximale Erwärmungstemperatur auf die das Folienstück erwärmt wird, um das Folienstück wenigstens teilweise in den schmelzflüssigen Zustand zu überführen, wobei das Anpressmittel mit der Trägerschicht in Kontakt gebracht wird, um das Folienstück wenigstens teilweise auf den Außenwandbereich zu drücken, und wobei die Trägerschicht nach dem Bilden der stoffschlüssigen Verbindung von dem Folienstück getrennt wird.
  • So kann unter Verwendung einer bei den erfindungsgemäß vorgesehenen Erwärmungstemperaturen nicht schmelzenden Trägerschicht, die insbesondere in Form einer Trägerfolie aus Polyester und/oder PET ausgebildet sein kann, auf praktische Weise ein stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Folienstück bzw. wenigstens dem Teilbereich und dem Rohr hergestellt werden. Auch hier kann dann das Folienstück selbst aus einem Gemisch aus einem polymeren Material und dem wenigstens einen lasersensitiven Material bestehen. Das polymere Material kann beispielsweise Polyolefine, vorzugsweise PET, aufweisen oder aus diesen gebildet sein und das lasersensitive Material kann aus lasersensitiven Pigmenten gebildet sein oder diese aufweisen, wobei die lasersensitiven Pigmente in das polymere Material vorzugsweise in Form einer polyolefinen Matrix eingebettet sein können.
  • Bei einer weiteren besonders praktischen Ausführungsform wird ein Folienstück verwendet, das wenigstens einen RFID-Transponder aufweist, wobei der RFID-Transponder vorzugsweise in das Folienstück eingebettet ist. Alternativ kann der RFID-Transponder auch als gedruckte Schaltung auf das Folienstück aufgedruckt sein. Auf dem RFID-Transponder können in bekannter Weise weitere Daten, die insbesondere mit dem Rohr in Zusammenhang stehen bzw. sich auf dieses beziehen, abgespeichert und über Funkübertragung von einem RFID-Lesegerät ausgelesen werden.
  • Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbare Rohr kann beispielsweise ein Druckrohr, vorzugsweise aus PE und/oder PP, oder ein Gasrohr, vorzugsweise aus PE, sein. Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbare Rohr kann auch ein Kanalrohr oder ein Sickerleitungsrohr oder ein Telekommunikationsrohr sein, das insbesondere für die Aufnahme von Telekommunikationsleitungen vorgesehen sein kann.
  • Alternativ kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Herstellung eines Kantenbandes (bzw. Umleimers) vorgesehen sein, welches das wenigstens eine unter Einwirkung von Laserstrahlung markierbare Folienstück aufweist, wobei das Folienstück mit dem Kantenband stoffschlüssig verbunden ist.
  • Alternativ kann ein Folienstück, das hierfür aus einem Gemisch aus einem polymeren Material und wenigstens einem lasersensitiven Material bestehen kann, auch derart auf den Außenwandbereich aufgebracht werden, dass es in nicht formstabiler Form durch Flammspritzen des Gemischs auf die Formteiloberfläche bzw. den Außenwandbereich aufgebracht wird.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, in der 1 schematisch unter anderem einen mittels einer Extrusionsvorrichtung hergestellten Rohrabschnitt eines Rohres zeigt, zusammen mit einem auf diesem aufgebrachten erfindungsgemäßen Folienstück.
  • In 1 schematisch dargestellt ist die Situation bei der ein Rohr 10 mittels einer Extrusionsvorrichtung 12 extrudiert wird, wobei gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren während der Extrusion des Rohrs 10 auf einen bereits extrudierten Rohrabschnitt 14 ein unter Einwirkung von Laserstrahlung markierbares Folienstück 16 aufgebracht worden ist und mittels einer beheizten Walze 18 in Form einer beheizten Andruckwalze 18 auf einen Außenwandbereich 15 des Rohrabschnitts 14 gedrückt und im Wesentlichen auf diesen faltenfrei aufgebügelt wird. Das Folienstück 16 ist mit einer Trägerschicht 20 aus Polymermaterial lösbar verbunden, wobei das Polymermaterial der Trägerschicht 20 eine Schmelztemperatur aufweist, die größer ist als eine maximale Erwärmungstemperatur auf die das Folienstück 16 durch die beheizte Walze 18 erwärmt wird, um das Folienstück 16 wenigstens teilweise in den schmelzflüssigen Zustand zu überführen. Die beheizte Walze 18 weist einen Kontakt zur der Trägerschicht 20 auf, die nach dem Abkühlen des Folienstücks 16 – vorzugsweise durch Abkühlen des Rohrabschnitts 14 mittels einer nicht näher dargestellten Kühlstrecke – und der mit dem Abkühlen einhergehenden Bildung der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Außenwandbereich 15 und dem Folienstück 16 von diesem getrennt wird.
  • Erfindungsgemäß kann das Folienstück 16, das beispielsweise auch in Form eines Stücks einer lasermarkierbaren Heißprägefolie ausgebildet sein kann, ein Folienstück 16 einer lasermarkierbaren Folie sein, die in einem Folienwerk hergestellt werden kann, wobei bei dieser Folienherstellung entsprechende lasersensitive Materialien, wie lasersensitive Pigmente in eine polymere Basisfolie dispergiert werden, um die lasermarkierbare Folie herzustellen. Auch die Trägerschicht 20 kann ein Stück einer Trägerfolie sein, die in dem Folienwerk mit der lasermarkierbaren Folie verbunden wird. Die lasermarkierbare Folie kann vor der eigentlichen Extrusion des Rohrs in entsprechende Folienstücke, vorzugsweise in Form von Streifen geschnitten werden, wobei die Streifen z. B. eine Breite von typischerweise 15 mm aufweisen können.
  • Nach der erfindungsgemäßen Herstellung des Rohrs 10 kann das mit dem Rohr 10 formschlüssig verbundene Folienstück 16 mit einem Kennzeichnungslaser, vorzugsweise Excimer-Laser, belichtet werden, wobei lasersensitive Materialien, z. B. in Form von lasersensitiven Pigmenten irreversibel umschlagen und eine entsprechende dauerhafte Kennzeichnung, z. B. mit Klartext und/oder Barcode, ermöglichen.
    • 10
    Rohr
    12
    Extrusionsvorrichtung
    14
    Rohrabschnitt
    15
    Außenwandbereich
    16
    Folienstück
    18
    Walze
    20
    Trägerschicht

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Hohlkörpers, insbesondere eines Rohrs (10) aus Polymermaterial mit wenigstens einem unter Einwirkung von Laserstrahlung markierbaren Folienstück (16), wobei das Folienstück (16) wenigstens ein lasersensitives Material aufweist, wobei wenigstens ein Teilbereich des Folienstücks (16) mit der Außenwand des Rohrs (10) stoffschlüssig verbunden ist, und wobei das Folienstück (16) durch Erwärmen von einem formstabilen Zustand wenigstens teilweise in einen schmelzflüssigen Zustand überführbar ist, wobei bei dem Verfahren das Rohr (10) durch Extrudieren gebildet wird, und wobei in einem ersten Schritt während der Extrusion des Rohrs (10) das wenigstens eine Folienstück (16) im formstabilen Zustand wenigstens teilweise auf einen Außenwandbereich (15) eines bereits extrudierten Rohrabschnitts (14) des Rohrs (10) aufgebracht wird, wobei nach dem Aufbringen wenigstens der Teilbereich des Folienstücks (16) einen flächigen Kontakt zu dem Außenwandbereich (15) aufweist, und wobei in einem zweiten Schritt während der Extrusion des Rohrs (10) das Folienstück (16) erwärmt wird, um dieses wenigstens teilweise in einen schmelzflüssigen Zustand zu überführen, und wobei in einem dritten Schritt das Folienstück (16) abgekühlt wird, um wenigstens den Teilbereich stoffschlüssig mit dem Außenwandbereich (15) zu verbinden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt im Wesentlichen das gesamte Folienstück (16) auf den Außenwandbereich (15) aufgebracht wird, wobei nach dem Aufbringen im Wesentlichen das gesamte Folienstück (16) einen flächigen Kontakt zu dem Außenwandbereich (15) aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Folienstück (16) verwendet wird, das aus einem Gemisch aus einem polymeren Material und dem wenigstens einen lasersensitiven Material besteht.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Folienstück (16) mittels eines beheizten Anpressmittels (18) wenigstens teilweise auf den Außenwandbereich (15) gedrückt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine beheizte Walze (18) als Anpressmittel (18) verwendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Folienstück (16) verwendet wird, das mit einer Trägerschicht (20) aus Polymermaterial lösbar verbunden ist, wobei das Polymermaterial der Trägerschicht (20) eine Schmelztemperatur aufweist, die größer ist als eine maximale Erwärmungstemperatur auf die das Folienstück (16) erwärmt wird, um das Folienstück (16) wenigstens teilweise in den schmelzflüssigen Zustand zu überführen, wobei das Anpressmittel (18) mit der Trägerschicht (20) in Kontakt gebracht wird, um das Folienstück (16) wenigstens teilweise auf den Außenwandbereich (15) zu drücken, und wobei die Trägerschicht (20) nach dem Bilden der stoffschlüssigen Verbindung von dem Folienstück (16) getrennt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Folienstück (16) verwendet wird das wenigstens einen RFID-Transponder aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der RFID-Transponder in das Folienstück (16) eingebettet oder als gedruckte Schaltung auf das Folienstück (16) aufgedruckt ist.
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