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Die Erfindung betrifft ein Verbundrohr, bestehend aus zumindest einer inneren Schicht aus Polyvinylidenfluorid und einer äußeren Schicht aus einem Kunststoffmaterial.
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Ein derartiges Verbundrohr ist aus der
DE 699 12 943 T2 bekannt. Dieses Verbundrohr ist aus einer inneren Schicht aus beispielsweise Polyvinylidenfluorid und einer äußeren Schicht aus einem Polyvinylchlorid oder Polyvinylidenfluorid, die jeweils in einer amorphen Struktur vorliegen, gefertigt. Das Verbundrohr weist zusammen mit der metallischen Mittelschicht und mit der inneren Schicht und der äußeren Schicht verbundenden Klebeschichten insgesamt fünf Schichten auf, wobei die Innenschicht und die Außenschicht jeweils die gleiche Dicke aufweisen. Dieses Verbundrohr wird insbesondere in der Installations- und Heizungstechnik verwendet.
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Ein weiteres Verbundrohr ist aus der
DE 10 2008 038 039 A1 bekannt. Bei diesem Verbundrohr ist eine innere Schicht aus Polyvinylidenfluorid unter Zwischenfügung einer Haftvermittlerschicht mit einer weiteren Schicht verbunden. Die Einfügung der Haftvermittlerschicht hat sich für eine dauerhafte Verbindung der Schichten bewährt, stellt aber einen nicht unerheblichen arbeitsmäßigen und finanziellen Aufwand bei der Herstellung eines Verbundrohres dar.
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Aus der
DE 10 2009 043 932 A1 ist ein Wickelrohr bekannt, das aus profilierten Kunststoffstreifen besteht. Das Wickelrohr ist derart ausgebildet, dass beim Wickeln sich aneinanderlegende Randbereiche aufeinanderfolgender Windungen miteinander formschlüssig verbinden. Diese Verbindung wird durch eine Art Clipsverbindung der Windungen hergestellt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbundrohr sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Verbundrohres bereitzustellen beziehungsweise anzugeben, dass bei gutem Betriebsverhalten wirtschaftlich und produktionssicher herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die innere Schicht aus Polyvinylidenfluorid auf dem Außenumfang eine Profilierung aufweist, dass die Profilierung in Längsrichtung der inneren Schicht des endlos hergestellten Profilrohrs ausgerichtet ist und dass die innere Schicht mit der umgebenden Zwischenschicht coextrudiert ist. Die Profilierung ermöglicht die formschlüssige Verbindung der inneren Schicht mit einer weiteren Schicht, insbesondere einer Zwischenschicht ohne eine Haftvermittlerschicht, die bei herkömmlichen Verfahren unbedingt notwendig war, um die Schichten dauerhaft und zuverlässig miteinander zu verbinden. Die besonderen Eigenschaften der inneren Schicht aus Polyvinylidenfluorid sind insbesondere die hohe Festigkeit, die hohe Kriechfestigkeit unter Dauerbelastung, die guten Kälteeigenschaften und die hohe Temperaturbeständigkeit. Auch besteht eine gute Beständigkeit gegen Chlor und andere chemischen Produkte. Zudem ist Polyvinylidenfluorid resistent gegenüber UV-Strahlen. Ein mit einer solchen inneren und/oder gegebenenfalls der äußeren Schicht hergestelltes Verbundrohr kann mit (Innen)-Drücken von ca. 50 bar belastet werden und verträgt Temperaturen im Bereich von bis zu mindestens 100° Celsius. Die weitere Schicht, insbesondere die Zwischenschicht, braucht diese besonderen Eigenschaften nicht in diesem Maß aufzuweisen und kann stattdessen aus einem haltbaren und formstabilen, dabei aber preiswerten (Kunststoff)-Material hergestellt sein. Eine in Längsrichtung der inneren Schicht ausgerichtete Profilierung lässt sich bei der Herstellung der inneren Schicht aus Polyvinylidenfluorid – problemlos – beispielsweise bei einem Extrudierverfahren durch eine entsprechend ausgebildete Extrudierdüse – in diese einbringen. Besonders vorteilhaft ist es, dass die innere Schicht und die Zwischenschicht coextrudiert wird. Hierbei wird in einem Arbeitsschritt dieser Teil des Arbeitsrohrs hergestellt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die äußere Schicht von einer Deckschicht aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) umgeben, wobei die Deckschicht auf dem Innenumfang eine Profilierung aufweist. Diese so angebrachte Deckschicht macht das Verbundrohr auch nach außen besonders haltbar und widerstandsfähig. Das Verbundrohr kann beispielsweise in einer Umgebung eingesetzt werden, in der ein normales Verbundrohr nicht eingesetzt werden kann.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Profilierung in Längsrichtung der Deckschicht ausgerichtet. Eine solchermaßen ausgerichtete Profilierung lässt sich bei der Herstellung der Deckschicht aus Polyvinylidenfluorid – problemlos – beispielsweise bei einem Extrudierverfahren durch eine entsprechend ausgebildete Extrudierdüse – in diese einbringen. Dabei ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Profilierung als Hinterschneidung ausgebildet. Eine solche Hinterschneidung gewährleistet zuverlässig die feste Verbindung einer weiteren Schicht mit der inneren Schicht und der äußeren Schicht mit der Deckschicht, indem diese durch diese Ausgestaltung formschlüssig fest miteinander verhakt sind. Die Hinterschneidung kann beliebig ausgebildet sein, wobei sich aber eine in weiterer Ausgestaltung vorgesehene T-förmige Profilierung, pilzförmige, kugelkopfförmige oder sägezahnartige Profilierung besonders bewährt hat. Dabei ist die T-förmige Profilierung oder die sägezahnartige Profilierung an ihrem Außenumfang beziehungsweise Innenumfang entsprechend der äußeren Kontur der inneren Schicht beziehungsweise der Deckschicht gewölbt ausgebildet.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die einzelnen Profilierungsstränge der Profilierung dicht aneinander liegend in den Außenumfang der inneren Schicht beziehungsweise in den Innenumfang der Deckschicht eingelassen. Dieses enge Aneinanderliegen trägt entscheidend mit dazu bei, dass die innere Schicht und die Decksicht eine feste Verbindung mit der anschließenden Schicht eingeht.
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In Weiterbildung der Erfindung ist eine der Profilierung entsprechende Negativform in eine Extrudierdüse eingelassen. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders einfache und wirtschaftliche Produktion der erfindungsgemäß ausgestalteten inneren Schicht und der Deckschicht. Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn die Decksschicht mit einer anschließenden weiteren Schicht coextrudiert wird. Hierbei wird quasi in einem Arbeitsschritt dieser Teil des Verbundrohres hergestellt.
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In einer ersten Ausführung ist die mit der inneren Schicht coextrudierte Zwischenschicht unter Einfügung einer Haftvermittlerschicht von der äußeren Schicht umgeben, die wiederum von der Deckschicht umgeben sein kann. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Zwischenschicht unter Einfügung einer Haftvermittlerschicht von einer Metallschicht oder EVOH-Schicht (Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer-Schicht) und diese unter Einfügung von einer weiteren Haftvermittlerschicht von der äußeren Schicht umgeben ist. Dabei kann die äußere Schicht wiederum von einer Deckschicht umgeben sein. Dabei ist das Material der Zwischenschicht aus der Gruppe der unvernetzbaren und/oder der vernetzbaren Polyethylene ausgewählt ist. Beispielhaft ist das Material der Zwischenschicht aus der Gruppe der Polyethylene PE, HDPE, MDPE und PERT ausgewählt. HDPE ist ein elektronenstrahlvernetzbares Polyethylen, mit dem schon große Betriebserfahrungen vorliegen. MDPE ist ein unvernetzbares Polyethylen, das beispielsweise unter dem Markennamen DOWLEX 2388 oder DOWLEX 2344 bekannt ist. Diese Polyethylene haben sich für die Verwendung als Zwischenschicht besonders geeignet erwiesen. Grundsätzlich sind aber auch andere extrudierbare Kunststoffe, wie Polypropylen (PP), zur Verwendung als Zwischenschicht geeignet. In weiterer Ausgestaltung weist die Zwischenschicht eine Dicke von 0,5 mm bis 0,9 mm, insbesondere 0,7 mm auf.
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Auf die Zwischenschicht wird eine Haftvermittlerschicht aufgetragen. An diese Haftvermittlerschicht werden keine besonderen Anforderungen gestellt. Sie muss geeignet sein, die Zwischenschicht mit der Metallschicht oder der Außenschicht zu verkleben. Diese Haftvermittlerschicht weist eine Dicke von 0,02 mm bis 0,2 mm, insbesondere 0,1 mm auf.
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Die Metallschicht ist in weiterer Ausgestaltung bevorzugt aus Aluminium gefertigt. Für die Metallschicht kommen aber auch rostfreier Stahl, Stahl, Kupfer oder Messing in Frage. Wird die Metallschicht aus Aluminium gefertigt, kommt dazu insbesondere Aluminiumfolie mit einer Dicke von 0,1 mm bis 1,5 mm oder mehr in Frage. Hierbei hängt die Dicke von dem zu fertigenden Verbundrohrdurchmesser ab. Die Aluminiumfolie wird von einem Flachbandwickel abgerollt und um das zu fertigende Verbundrohr herum geformt. Bevorzugt weist die geformte Aluminiumfolie eine geringe Überlappung auf (kann aber auch genau aneinander stoßend ausgebildet sein), in deren Überlappungsbereich die so geformte Aluminiumfolie zu einem Rohr verschweißt wird. Die Verschweißung kann mit Laser, TIG, einem hochfrequenten Verfahren oder einem Ultrason-Verfahren erfolgen. Der Schweißvorgang kann in einem oder mehreren aufeinander folgenden Schweißvorgängen erfolgen.
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Auf die zu einem Rohr gefertigte Aluminiumfolie wird wiederum eine Haftvermittlerschicht aufgetragen. Auch an diese Haftvermittlerschicht werden keine besonderen Anforderungen gestellt. Sie muss geeignet sein, die Aluminiumfolie mit der in einem letzten Arbeitsschritt zu extrudierende äußeren Schicht zu verkleben. Auch diese Haftvermittlerschicht weist eine Dicke von 0,02 mm bis 0,05 mm auf.
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In weiterer Ausgestaltung ist das Material der äußeren Schicht aus der Gruppe der extrudierbaren Kunststoffe, vorzugsweise der Gruppe der unvernetzbaren und/oder der vernetzbaren Palyethylene, wie insbesondere PE, HOPE, PERT oder EVOH, ausgewählt. Zu den Materialien gelten die gleichen Ausführungen, die zu der Zwischenschicht gemacht worden sind. In weiterer Ausgestaltung weist die äußere Schicht eine Dicke von 0,5 mm bis 0,7 mm, insbesondere 0,6 mm auf. Die äußere Schicht kann – wie ausgeführt – von einer Deckschicht aus Polyvinylidenfluorid umgeben sein, die mit der erfindungsgemäßen Profilierung auf dem Innenumfang versehen ist, damit eine Verbindung ohne Haftvermittler mit der äußeren Schicht möglich ist. Die Deckschicht kann den gleichen Dickenbereich wie die innere Schicht annehmen.
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In Weiterbildung der Erfindung weist die innere Schicht aus Polyvinylidenfluorid eine Dicke von 0,01 mm bis 0,5 mm auf. Diese Dicke hat sich als ausreichend dimensioniert erwiesen.
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Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren sieht – wie schon ausgeführt worden ist – vor, dass die innere Schicht zusammen mit einer Zwischenschicht in einem Coextruder coextrudiert werden, dass in die innere Schicht auf deren Außenumfang eine Profilierung eingelassen wird und dass die Profilierung in Längsrichtung der inneren Schicht des endlos hergestellten Verbundrohrs ausgerichtet wird. Weiterhin kann die äußere Schicht zusammen mit einer Deckschicht in einem Coextruder coextrudiert werden wobei dann in die Deckschicht auf deren Innenumfang eine Profilierung eingelassen wird. Bevorzugt weist dazu eine Extrudierdüse des Coextruders eine Negativform zur Ausbildung der Profilierung auf dem Außenumfang der inneren Schicht beziehungsweise auf dem Innenumfang der Deckschicht auf. Dieses Herstellungsverfahren ist für eine zuverlässige und wirtschaftliche Herstellung eines solchen Verbundrohrs besonders geeignet. Die Zwischenschicht wird von einer Haftvermittlerschicht umgeben. Um diese Haftvermittlerschicht wird eine Metallschicht zu einem fortlaufenden Rohr geformt und verschweißt. Um die Metallschicht wird unter Einfügung einer weiteren Haftvermittlerschicht die äußere Schicht aufgebracht. Die äußere Schicht, die von einer Deckschicht umgeben sein kann, kann aber auch unter Einfügung einer Zwischenschicht unmittelbar auf die Zwischenschicht aufgebracht werden. Der gesamte Herstellungsvorgang erfolgt in einer einzigen Anlage in direkt aufeinander folgenden Arbeitsschritten. Lediglich eine abschließende Vernetzung des Verbundrohres – soweit diese nach der Wahl des Polyethylens vorgenommen wird – erfolgt in einem eigenständigen Arbeitsschritt.
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Das Verbundrohr wird für alle Arten der Sanitärinstallation verwendet. Es eignet sich aber auch besonders für Kühlanlagen (Klimageräte) zur Verbindung deren Komponenten. Darüber hinaus kann das Verbundrohr aber auch in sonstigen beliebigen, beispielsweise chemischen und petrochemischen, Anwendungen verwendet werden.
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Eine weitere Verwendungsmöglichkeit des Verbundrohrs ist die für Solarenergieanlagen zur Verbindung deren Komponenten.
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Bei beiden letztgenannten Verwendungen bestehen besondere Anforderungen an die Druck- und Temperaturbeständigkeit des Verbundrohres, die von herkömmlichen Verbundrohren nicht erfüllt werden. Zudem ist eine besonders hohe Beständigkeit gegen UV-Strahlung und auch gegen die durchgeleiteten Flüssigkeiten/Gase, wie beispielsweise Frigen R22 oder anderen Kühlgasen gegeben. Schließlich ist das erfindungsgemäße Verbundrohr besonders korrosionsbeständig.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der die ihnen den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben ist.
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Es zeigen:
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1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Verbundrohr,
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2 eine perspektivische Ansicht eines Verbundrohrs mit einer Darstellung einzelner Schichten,
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3a, 3b Detailansichten von Profilierungen.
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4 eine Schnittdarstellung verschiedener Schichten eines Verbundrohres in einer ersten Ausführungsform,
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5 eine Schnittdarstellung verschiedener Schichten eines Verbundrohres in einer weiteren Ausführungsform,
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6 eine Schnittdarstellung verschiedener Schichten eines Verbundrohres in einer weiteren Ausführungsform, die ähnlich der in 4 dargestellten Ausführungsform ist,
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7 eine Schnittdarstellung verschiedener Schichten eines Verbundrohres in einer weiteren Ausführungsform, die ähnlich der in 6 dargestellten Ausführungsform ist und
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8 eine Schnittdarstellung verschiedener Schichten eines Verbundrohres in einer weiteren Ausführungsform, die ähnlich der in 5 dargestellten Ausführungsform ist.
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Das Verbundrohr gemäß 1, das in einem nicht maßstabsgetreuen schematischen Querschnitt dargestellt ist, weist eine innere Schicht 1 aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) auf. Diese innere Schicht 1 weist an ihrem Außenumfang eine Profilierung 2 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel als Hinterschneidung mit T-förmigen Armen ausgebildet ist. Die T-förmigen Arme werden während eines Extrudiervorgangs in die äußere Oberfläche der inneren Schicht 1 eingeformt. Die Profilierung 2 ist in Längsrichtung des Verbundrohres ausgebildet und die einzelnen Profilierungsstränge sind dicht aneinander angeordnet. Die innere Schicht 1 weist eine Gesamtdicke von beispielsweise 0,01 mm bis 0,5 mm auf und die Tiefe der Profilierung beträgt angenähert 10% bis 90%, bevorzugt ca. 50%, der Gesamtdicke der inneren Schicht 1. An die innere Schicht 1 schließt eine Zwischenschicht 3 an, die während eines Coextrudiervorgangs zusammen mit der inneren Schicht 2 gefertigt wird. Durch die dichte Aneinanderreihung der einzelnen Profilierungsstränge in der inneren Schicht 1 geht die Zwischenschicht 3 eine innige unlösbare Verbindung mit der inneren Schicht 1 ohne zusätzliche Einfügung eines Haftvermittlers, der bei herkömmlichen Verbundrohren unverzichtbar ist, ein. Entsprechend kann die Zwischenschicht aus einem nahezu beliebigen Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem Kunststoffmaterial, das normalerweise nicht an Polyvinylidenfluorid anhaftet, bestehen. Beispielhaft ist das Material der Zwischenschicht 3 aus der Gruppe der Polyethylene PE, PP, PVC, PB, HDPE, MDPE und PERT ausgewählt. Es ist auch möglich, das die innere Schicht 1 aus PVDF und die Zwischenschicht 3 aus beispielsweise PE beim Ausgang aus dem Coextruderkopf ganz miteinander beziehungsweise ineinander verschmelzen und so die Verbindung von PVDF und PE noch verbessert ist.
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An diese Zwischenschicht 3 schließt sich eine Haftvermittlerschicht 4 an. Auf diese Haftvermittlerschicht 4 ist eine Metallschlicht 5 beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung aufgebracht. Die Haftvermittlerschicht 4 bewirkt ein Aneinanderkleben der Zwischenschicht 3 und der Metallschicht 5. Auf die Metallschicht 5 ist eine weitere Haftvermittlerschicht 6 aufgebracht, die schließlich von einer äußeren Schicht 7 aus einem extrudierbaren Kunststoff, insbesondere vernetzbaren Polyethylen, beispielsweise PE, HDPE, MDPE, LDPE, LLDPE oder PERT, umgeben ist.
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Die perspektivische Ansicht gemäß 2 zeigt den in der Beschreibung der 1 dargestellten Aufbau des Verbundrohrs mit den einzelnen Schichten in einer abschnittsweise geschälten Darstellung.
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Die 3a, 3b zeigen Detailansichten der Profilierung 2, wobei die Profilierung 2 gemäß 3a sägezahnartig und die Profilierung 2 gemäß der 3b gebogen T-förmig ausgebildet ist. Die Profilierungen 2 können aber beispielsweise auch pilzförmig oder kugelkopfförmig ausgebildet sein. Diese Profilierungen 2 gewährleisten, dass sich die Zwischenschicht 3 formschlüssig mit der inneren Schicht 1 verbindet. Es können auch unterschiedliche Profilierungen 2 beliebig miteinander kombiniert sein. Die vorherigen Ausführungen sind sinngemäß auf die Profilierung 2a übertragbar.
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4 zeigt eine Schnittdarstellung verschiedener Schichten eines Verbundrohres in einer ersten Ausführungsform. Diese Ausführungsform entspricht dem in 1 beschriebenen Verbundrohr mit insgesamt sechs Schichten.
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5 zeigt eine Schnittdarstellung verschiedener Schichten eines Verbundrohres in einer zweiten Ausführungsform. Auch hier weist das Verbundrohr eine innere Schicht 1 aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) auf. Diese innere Schicht 1 weist ebenfalls an ihrem außen Umfang eine Profilierung 2 auf, die auch in diesem Ausführungsbeispiel aus T-förmigen Armen gebildet ist. Mit dieser inneren Schicht ist wie zuvor auch hier eine Zwischenschicht 3 formschlüssig verbunden, die während eines Coextrudiervorgangs zusammen mit der inneren Schicht 2 gefertigt wird. Die Zwischenschicht 3 ist von einer Haftvermittlerschicht 4 umgeben, an den im Unterschied zu der vorherigen Ausführung direkt eine äußere Schicht 7 anschließt. Mögliche Materialien für die äußere Schicht 7 sind auch hier extrudierbare Kunststoffe, EVOH oder vernetzbare Polyethylene, beispielsweise PE, HDPE, MDPE, LDPE, LLDPE oder PERT.
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Die Herstellungsschritte (für das erste Ausführungsbeispiel) sind im Wesentlichen in drei Verarbeitungsschritte aufgeteilt. In einem ersten Verarbeitungsschritt wird in einem Coextrusionsvorgang die innere Schicht 1, und die Zwischenschicht 3 sowie die Haftvermittlerschicht 4 extrudiert. In einem zweiten Verarbeitungsschritt wird die Metallschicht 5 um das soweit hergestellte Verbundrohr fortlaufend herum geformt und zu einem dichten Rohr verschweißt. In einem weiteren Coextrusionsvorgang wird die Haftvermittlerschicht 6 und die äußere Schicht 7 um das in den vorherigen Verarbeitungsschritten hergestellte Verbundrohr extrudiert. Entsprechend kann auch das zweite Ausführungsbeispiel oder ein beliebiges anderes Verbundrohr beispielsweise mit beispielsweise mehr als 6 Schichten hergestellt werden.
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Die in 6 dargestellte Schnittdarstellung entspricht weitgehend der in 4 wiedergegebenen Schnittdarstellung, wobei hier zusätzlich die äußere Schicht 7 von einer Deckschicht 8 umgeben ist. Die Deckschicht 8, die aus Polyvinylidenfluorid besteht, weist an ihrem Innenumfang eine Profilierung 2a auf, die der Profilierung 2 bis auf die umgekehrte Ausrichtung und gegebenenfalls Wölbung entspricht.
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Die in 7 dargestellte Schnittdarstellung entspricht weitgehend der in 6 wiedergegebenen Schnittdarstellung, wobei hier zusätzlich die Metallschicht 5 durch eine EVOH-Schicht 9 umgeben ist. Ansonsten entspricht der Aufbau dieses Verbundrohres dem der 6.
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Die in 8 dargestellte Schnittdarstellung entspricht weitgehend der in 5 wiedergegebenen Schnittdarstellung, wobei auch hier zusätzlich die äußere Schicht 7 von einer Deckschicht 8 umgeben ist. Die Deckschicht 8, die wiederum aus Polyvinylidenfluorid besteht, weist an ihrem Innenumfang eine Profilierung 2a auf, die der Profilierung 2 bis auf die umgekehrte Ausrichtung und gegebenenfalls Wölbung entspricht.
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Das so endlos hergestellte Verbundrohr wird dann in weiteren Fertigungsschritten mit Herstellerangaben versehen oder bedruckt und auf vorgegebene Verkaufseinheiten abgelängt. In einem abschließenden Fertigungsschritt wird das Verbundrohr elektronenstrahlvernetzt sofern dies notwendig ist. PERT oder MDPE muss beispielsweise nicht vernetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- innere Schicht
- 2, 2a
- Profilierung
- 3
- Zwischenschicht
- 4
- Haftvermittlerschicht
- 5
- Metallschicht
- 6
- Haftvermittlerschicht
- 7
- äußere Schicht
- 8
- Deckschicht
- 9
- EVOH-Schicht
