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Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Polymermaterials zur Herstellung einer Schicht eines mehrschichtigen Rohres oder einer Schicht eines mehrschichtigen Rohrformteils, weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Rohres oder eines mehrschichtigen Formteils und das nach dem Verfahren hergestellte mehrschichtige Rohr oder mehrschichtige Rohrformteil.
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Die Versorgung von Wohnungen und Gebäuden mit Wärmeenergie zu Heizzwecken, die mit Hilfe von so genannten Fernwärmenetzen ausgeführt wird, ist eine günstige und effiziente Technik, Wärme von dem Ort der Erzeugung zu den einzelnen Verbrauchern zu leiten.
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Hierzu werden so genannte Fernwärmerohre eingesetzt, die in der Lage sind, das in den Rohren strömende erhitzte Fluid über sehr lange Wegstrecken zu den Verbrauchern zu leiten, ohne dass es zu erheblichen Wärmeenergieverlusten kommt.
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Zu diesem Zweck sind die Rohre wärmegedämmt.
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Für das eigentliche medienführende Rohr sind aus dem Stand der Technik solche aus vernetztem Polyethylen (PE-X) oder aus Stahl bekannt.
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Eine sehr gängige Technik, solche Fernwärmerohre herzustellen ist die, ein Mediumrohr beispielsweise aus PE-X mit einer oder mehreren Schaumlagen aus einem expandierten Polymermaterial wie beispielsweise PE-X oder Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP), welche die Dämmung bilden, herzustellen.
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Ein solches konfektioniertes Paket aus Mediumrohr und Schaumlagen wird anschließend in ein vorgefertigtes flexibles Wellrohr eingezogen. Zur Verbindung dieser Fernwärmerohre untereinander sind Rohrformteile erforderlich, ebenso um beispielsweise Abzweige und Seitenanschlüsse herzustellen.
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Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Fernwärmerohre sind aufwendig herzustellen, wegen der vielen durchzuführenden Verfahrensschritte fehleranfällig und schwierig miteinander verbindbar, da bei vernetztem Polyethylen nur eine eingeschränkte Schweißbarkeit vorliegt bzw. bei Stahl ein erheblicher Aufwand zur Herstellung einer Schweißverbindung zu betreiben ist.
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Hier setzt die Erfindung ein, die es sich zur Aufgabe gemacht hat, ein geeignetes Polymermaterial, welches die hohen Anforderungen, die an Fernwärmerohre gestellt werden, erfüllt, auszuwählen und für die Herstellung eines Rohrs bzw. eines Rohrformteils für eine Rohranordnung eines Fernwärmenetzes vorzusehen. Darüber hinaus soll das Polymermaterial in einfacher Weise schweißbar sein, um so Verbindungen herstellen zu können.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst und die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile dadurch überwunden, dass ein Polymermaterial verwendet wird, welches ein unvernetztes Polyolefin ist und bei einer Innendruckprüfung gemäß ISO 1167-1 und ISO 1167-2 eine Innendruckfestigkeit aufweist, die auf oder über einer Referenzkurve im Temperaturbereich von 10 bis 110 °C liegt, die f olgender Definition entspricht: lg t = –219 – (62600,752 × lg sigma) / T + 90635,353 / T + 126,387 × lg sigma wobei t für die Zeit in Stunden (h), T für die Temperatur in Kelvin (K) und sigma für die hydrostatische Spannung in Megapascal (MPa) steht, um daraus mindestens eine Schicht eines mehrschichtigen Rohres oder mindestens eine Schicht eines mehrschichtigen Rohrformteils für eine Rohranordnung eines Fernwärmenetzes herzustellen.
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Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Polymermaterials gemäß vorstehend beschriebener Definition gelingt es, ein mehrschichtiges Rohr oder ein mehrschichtiges Rohrformteil mit jeweils mindestens einer Schicht aus besagtem Polymermaterial für eine Rohranordnung eines Fernwärmenetzes bereitzustellen.
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Ein derartiges Rohr oder ein derartiges Rohrformteil lässt sich in einfacher Art und Weise herstellen, verursacht geringe Herstellkosten, ist dauerhaft, widersteht über lange Zeiträume den herrschenden Drücken und Temperaturen des in ihnen geförderten Mediums und ist durch Schweißtechniken in einfacher Art und Weise untereinander verbindbar.
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Insbesondere widersteht ein solches Rohr oder Rohrformteil den Bedingungen, unter denen ein Fernwärmenetz betrieben wird. Dazu gehören die dauerhafte Einwirkung des Fluids unter Temperatur und Druck auf die Wandung aus Polymermaterial, weiterhin Druckspitzen und -schwankungen sowie Temperaturspitzen und -schwankungen. Ebenso ist das Ausdehnungsverhalten des Materials zu berücksichtigen, was entscheidend von Temperatur und Druck mit beeinflußt wird. Schließlich ist ein dauerhafter Werkstoff gefragt, da ein Fernwärmenetz eine lange Lebensdauer aufweisen soll.
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All dies wird durch die Verwendung des vorstehend beschriebenen Polymermaterials sichergestellt.
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Es hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als günstig herausgestellt, wenn das Polymermaterial ein Polyethylen ist.
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Ein Polyethylen ist ein sehr einfach verarbeitbares Polymermaterial, das sowohl in Extrusions- wie auch im Spritzgussverfahren verarbeitbar ist, um damit Rohre oder Rohrformteile herzustellen.
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Ein Polyethylen ist inert, langlebig und wird von den zu leitenden Fluiden bei einer Anwendung in einem Fernwärmenetz nicht angegriffen, darüber hinaus ist es günstig verfügbar.
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Es hat sich im Rahmen der Erfindung als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn die innerste, d.h. die dem Lumen des Rohres oder Rohrformteiles zugewandte Schicht aus dem Polymermaterial, wie vorstehend beschrieben, gebildet ist.
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Diese innerste Schicht des Rohres oder Rohrformteils kommt mit dem zu leitenden Medium in Berührung.
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Im Rahmen der Erfindung hat es sich weiterhin als günstig erwiesen, wenn an – auf der vom Lumen abgewandten Seite – oder in der Schicht aus Polymermaterial wenigstens eine Sperrschicht angeordnet ist.
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Eine solche Sperrschicht verhindert oder reduziert im ganz hohen Maße den Durchtritt von Stoffen aus der Umgebung in das Lumen des Rohres bzw. aus dem Lumen des Rohres in die Umgebung.
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Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn als Sperrschicht eine Sperrschicht verwendet wird, die den Durchtritt von Wasserdampf verhindert bzw. begrenzt und / oder den Durchtritt von Sauerstoff.
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Im Rahmen der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass mehrere Sperrschichten in einer Kombination vorgesehen sind.
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Im Rahmen der Erfindung hat sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, wenn an der Schicht aus Polymermaterial oder an der Sperrschicht eine Wärmedämmschicht angeordnet ist. Eine solche Wärmedämmschicht kann beispielsweise aus einem Polymerschaummaterial bestehen, wobei das Polymer ein Polypropylenschaum, ein Polyurethanschaum ein Schaum aus vernetztem oder unvernetztem Polyethylen oder ähnliches mehr ist.
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Das Polymermaterial ist mit einem Gas physikalisch oder chemisch aufgeschäumt. Der derart erzeugte Polymerschaum kann offenzellig oder geschlossenzellig sein. Bevorzugt ist ein geschlossenzelliger Polymerschaum, da dieser Vorteile hinsichtlich seiner Wärmedämmeigenschaften und einer möglichen Wasseraufnahme aufweist.
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Ebenso kann die Wärmedämmschicht mehrlagig ausgeführt sein. Es sind auch mehrschichtige Aufbauten, die auch alternative Dämmschichtmaterialien, wie z.B. Aerogel, enthalten, herstellbar.
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Als Material der Wärmedämmschicht wird bevorzugt ein solches gewählt, das gegenüber der Temperatur des zu leitenden Mediums kein Versagen, keinen Abbau oder ähnlichen Änderungen zeigt. Die Dicke der Wärmedämmschicht wird so gewählt, dass der gewünschte Wärmedämmeffekt eintritt.
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In einer bevorzugten Weiterentwicklung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass an der vom Lumen des Rohres oder Rohrformteils abgewandten Seite der Wärmedämmschicht eine Diffusionssperrschicht angeordnet ist.
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Eine dort an der Wärmedämmschicht angeordnete Diffusionssperrschicht ist geeignet, die Wärmedämmschicht vor dem Eindringen von Stoffen aus der Umwelt zu bewahren. Weiterhin kann die Diffusionssperrschicht auch verhindern, dass Stoffe aus der Wärmedämmschicht in die Umwelt gelangen.
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Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass die Diffusionssperrschicht so ausgelegt ist, dass Gase aus dem Polymerschaum, welcher die Wärmedämmschicht bildet, nicht nach außen in die Umwelt diffundieren, sondern in der Wärmedämmschicht verbleiben und dadurch die Wirksamkeit der Wärmedämmschicht aufrechterhalten.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann weiterhin vorteilhaft vorgesehen sein, dass eine Schutzschicht angeordnet ist, die die äußerste Schicht des Rohres oder Rohrformteils bildet.
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Durch das Vorsehen einer Schutzschicht, die die äußerste Schicht des Rohres oder Rohrformteils bildet, kann ein sehr widerstandsfähiges Rohr oder Rohrformteil hergestellt werden, das eine hohe Widerstandskraft gegen Beschädigungen beim Lagern, Transportieren und Einbauen der Rohre oder Rohrformteile gewährleistet.
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Im Rahmen einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann die Schutzschicht gewellt oder glatt ausgeführt sein, weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Schutzschicht aus einem Polyethylen (PE) oder einem Polyethylen mit erhöhter Spannungsrissbeständigkeit oder einem vernetzten Polyethylen (PE-X) oder aus ähnlichen widerstandsfähigen Materialien hergestellt ist.
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Es kann sich bei der vorliegenden Erfindung als günstig erweisen, wenn wenigstens eine Haftvermittlerschicht zwischen zweien den vorstehend genannten Schichten angeordnet ist. Eine Haftvermittlerschicht bewirkt einen besonders festen Verbund zwischen zwei aneinander grenzende Schichten, so dass ein Haftverbund entsteht. Es ist in der Erfindung auch umfasst, dass zwischen allen aneinander angrenzenden Schichten Haftvermittlerschichten ausgebildet sind.
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Die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Rohres oder mehrschichtigen Rohrformteils anzugeben, erfährt ihre Lösung in Anspruch 7.
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Erfindungsgemäß wird dazu ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Rohres oder mehrschichtigen Formteils für eine Rohranordnung eines Fernwärmenetzes vorgeschlagen, wobei mindestens eine Schicht des mehrschichtigen Rohres oder des mehrschichtigen Formteils aus einem Polymermaterial, welches ein unvernetztes Polyolefin ist und bei einer Innendruckprüfung gemäß ISO 1167-1 und ISO 1167-2 eine Innendruckfestigkeit aufweist, die auf oder über einer Referenzkurve im Temperaturbereich von 10 bis 110 °C liegt, die folgender Definition entspricht: lg t = –219 – (62600,752 × lg sigma) / T + 90635,353 / T + 126,387 × lg sigma wobei t für die Zeit in Stunden (h), T für die Temperatur in Kelvin (K) und sigma für die hydrostatische Spannung in Megapascal (MPa) steht, geformt wird.
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Ein solches Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Rohres oder mehrschichtigen Rohrformteils kann als Extrusionsverfahren oder als Spritzgussverfahren oder als Blasverfahren oder als Inline-Konfektionsverfahren oder als aus den Vorstehenden kombiniertes Verfahren ausgewählt sein.
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Mithilfe des Verfahrens lässt sich in günstiger Weise ein mehrschichtiges Rohr oder ein mehrschichtiges Rohrformteil gemäß vorstehender Beschreibung herstellen.
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Im Rahmen der Erfindung hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn das Verfahren so ausgeführt wird, dass an oder in der Schicht aus Polymermaterial wenigstens eine Sperrschicht angeordnet wird.
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Das Anordnen einer Sperrschicht an oder in der Schicht aus Polymermaterial kann in einfacher Weise in einem Extrusionsprozess bzw. Coextrusionsprozess oder in einem Spritzgussprozess realisiert werden.
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Weiterhin hat sich als günstig herausgestellt, wenn im Rahmen des Verfahrens eine Wärmedämmschicht angeordnet und an der vom Lumen des Rohres oder Rohrformteils abgewandten Seite der Wärmedämmschicht eine Diffusionssperrschicht angeordnet wird.
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Durch ein entsprechendes Verfahren, bei dem neben der Herstellung der mindestens einen Schicht des mehrschichtigen Rohres oder des mehrschichtigen Formteils aus dem Polymermaterial gemäß vorstehender Beschreibung auch noch eine Wärmedämmschicht und eine an der vom Lumen des Rohres oder Rohrformteils abgewandten Seite der Wärmedämmschicht eine Diffusionssperrschicht angeordnet wird, ist besonders vorteilhaft und günstig.
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Auf diese Weise ist ein Rohr oder Rohrformteil mit dem geschilderten komplexen Aufbau seiner Wandung in einem einfachen Herstellverfahren, beispielsweise einem Coextrusionsverfahren oder Mehrkomponentenspritzgussverfahren ohne großem Aufwand, in hoher Reproduzierbarkeit und mit einem überragendem Qualitätsniveau zugänglich.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe, ein mehrschichtiges Rohr oder mehrschichtiges Rohrformteil zur Verfügung zu stellen, durch Anspruch 10 gelöst.
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Die Aufgabe findet Ihre Lösung darin, dass durch das vorstehend beschriebene Verfahren ein mehrschichtiges Rohr oder mehrschichtiges Rohrformteil in einfacher Art und Weise zugänglich ist.
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Als mehrschichtiges Rohrformteil wird im vorstehenden Erfindungszusammenhang beispielsweise ein Rohrbogen, ein Rohrabzweig, ein T-Stück, eine Muffe oder eine Elektroschweißmuffe verstanden, ohne dass diese Aufzählung abschließend ist.
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Eine Elektroschweißmuffe ist in besonderer Weise geeignet, Rohre miteinander oder Rohre und Rohrformteile oder Rohrformteile untereinander zu verbinden. Es versteht sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass eine Elektroschweißmuffe so ausbildbar ist, dass diese ein Rohr, zwei Rohre, drei Rohre oder vier Rohre aufnehmen und miteinander oder mit einem oder mehreren Rohrformteilen verbinden kann.
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Eine Rohrleitung, bestehend aus Rohren oder Rohrformteilen gemäß vorliegender Erfindung ist besonders vorteilhaft, wenn die Verbindung zwischen den Rohren oder Rohrformteilen mittels Stumpfschweißung hergestellt wird.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Fig. und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Die Erfindung wird durch die beigefügten Figuren wie folgt erläutert.
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Hierzu zeigt:
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1 einen Längsschnitt durch ein Rohr entlang der Achse;
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2 einen Längsschnitt durch einen Rohrbogen entlang der Achse;
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3 einen Längsschnitt durch ein T-Stück entlang der Achse;
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4 einen Längsschnitt durch eine Elektroschweißmuffe entlang der Achse.
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In 1 ist ein Rohr 1 in einer Längsschnittansicht entlang der Achse gezeigt.
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Das mehrschichtige Rohr 1 weist ein Lumen 7 auf, das von einer Schicht 2 begrenzt ist, die aus Polymermaterial besteht.
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Mit der Schicht 2 aus Polymermaterial fest verbunden ist eine daran angrenzende Sperrschicht 3.
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Auf der vom Lumen 7 des Rohres 1 abgewandten Seite der Sperrschicht 3 ist eine Wärmedämmschicht 4 angeordnet. Die Wärmedämmschicht 4 besteht bevorzugt aus einem geschäumten Polymermaterial.
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Die Wärmedämmschicht 4 weist an ihrer vom Lumen 7 des Rohrs 1 abgewandten Seite eine Diffusionssperrschicht 5 auf.
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Als äußerste Schicht des Rohres 1 ist eine Schutzschicht 6 anliegend an der Diffusionssperrschicht 5 angeordnet.
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Alle genannten Schichten sind fest miteinander verbunden.
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In 2 ist ein Längsschnitt durch einen Rohrbogen 1‘ entlang seiner Achse gezeigt.
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Der Rohrbogen 1‘ ist ein Rohrformteil, der eine Verbindung von hier nicht gezeigten Rohren 1, 1 mit einem bestimmten Winkel, im vorliegenden Fall etwa 90°, ermöglicht.
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Das Lumen 7 des Rohrbogens 1‘ wird von einer mehrschichtigen Wandung begrenzt, wobei der Aufbau analog ist, wie vorstehend unter 1 geschildert. Alle Bezugszeichen entsprechen dabei einander.
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3 zeigt ein T-Stück 1‘‘ in einer Längsschnittansicht entlang der Achse. Mit einem T-Stück 1‘‘ ist es möglich, Rohre 1, 1 oder Rohrformteile 1‘, 1‘‘, 1‘‘‘ miteinander zu verbinden.
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Das Lumen 7 des T-Stücks 1‘‘ wird von einer mehrschichtigen Wandung begrenzt, deren Aufbau bereits grundsätzlich aus der Beschreibung zu 1 bekannt ist. Die Bezugszeichen entsprechen dabei einander.
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In 4 ist eine Elektroschweißmuffe 1‘‘‘ wiedergegeben, die in einer Längsschnittansicht entlang der Achse dargestellt ist.
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Eine Elektroschweißmuffe 1‘‘‘ ist geeignet, Rohre 1, 1 oder Rohrformteile 1‘, 1‘‘, 1‘‘‘ zu verbinden, wobei der Schweißvorgang durch Anlegen einer elektrischen Spannung eingeleitet wird, wodurch im Inneren der Elektroschweißmuffe 1‘‘‘ durch einen Heizdraht 8 Polymermaterial aufschmolzen wird, das die Schweißverbindung herstellt.
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Das Lumen 7 der Elektroschweißmuffe 1‘‘‘ wird hierbei von einer mehrschichtigen Wandung begrenzt, deren Aufbau in der Beschreibung zur 1 bereits erläutert wurde. Die Bezugszeichen entsprechen dabei einander.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rohr
- 1‘
- Rohrbogen
- 1‘‘
- T-Stück
- 1‘‘‘
- Elektroschweißmuffe
- 2
- Schicht aus Polymermaterial
- 3
- Sperrschicht
- 4
- Wärmedämmschicht
- 5
- Diffusionssperrschicht
- 6
- Schutzschicht
- 7
- Lumen des Rohres oder Rohrformteils
- 8
- Heizdrähte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ISO 1167-1 [0010]
- ISO 1167-2 [0010]
- ISO 1167-1 [0036]
- ISO 1167-2 [0036]
