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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kunststoffrohr bestehend aus einem Grundrohr mit in den Körper des Grundrohrs einextrudierten oder auf diesen aufextrudierten streifenförmigen oder bandförmigen Bereichen oder einer geschlossenen Außenschicht aus einem von dem Grundrohrmaterial verschiedenen Material, dessen Dichte sich von derjenigen des Grundrohrmaterials unterscheidet.
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Aus der
DE 10 2006 020 375 A1 ist ein Kunststoffrohr zum Durchleiten von Abwässern der eingangs genannten Gattung bekannt, bei dem an der Innen- oder Außenfläche des Grundrohres angeordnete einextrudierte bandartige Schichten beabstandet voneinander angeordnet sind, die aus einem Material bestehen, welches eine geringere Dichte aufweist als das Grundrohr. Diese bandartigen Schichten bestehen insbesondere aus einem ungefüllten Polypropylen, welches durch Zugabe eines Schaumbildners eine Schaumstruktur erhält. Das Material des Grundrohrs hat somit hier eine höhere Dichte als die bandartigen Schichten. Durch diese Maßnahme soll ein Rohr mit einem besseren Schallschutz geschaffen werden, bei dem die Geräusche zum Beispiel beim Durchleiten von Abwasser verringert werden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Kunststoffrohr mit den Merkmalen der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, welches durch einen Ballaststoff so beschwert werden kann, dass es sich für eine Verlegung in einem Gewässer nach einem spezifischen Verfahren eignet, bei dem das Rohr zunächst auf der Oberfläche des Gewässers schwimmt und später versenkt wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein Kunststoffrohr der eingangs genannten Gattung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Material der streifenförmigen oder bandförmigen Bereiche oder der geschlossenen Außenschicht ein Ballaststoff ist, dessen Dichte höher ist als diejenige des Grundrohrmaterials.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, in einem kontinuierlichen Prozess ein in seiner axialen Länge nicht begrenztes Rohr aus Kunststoff herzustellen, das sich in axialer Richtung des Rohrs erstreckende einextrudierte streifenförmige oder bandförmige Bereiche aus einem Ballaststoff aufweist. Über den einextrudierten Ballaststoff kann man die Dichte pro Rohrlängeneinheit (gegenüber einem reinen Kunststoffrohr) erhöhen, um ein zunächst schwimmend transportiertes Rohr für eine Verlegung auf dem Boden eines Gewässers (Seeverlegung) zu versenken. Eine alternative Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, anstelle von einextrudierten streifenförmigen Bereichen ein Kernrohr aus Kunststoff mit einer geschlossenen Schicht aus einem Ballaststoff zu umhüllen. Ein solches Rohr kann man auch gegebenenfalls mit einer weiteren äußeren Schicht aus Kunststoff umgeben, so dass sich ein drei- oder mehrschichtiges Rohr ergibt, bei dem die Schicht aus dem Ballaststoff dann eine mittlere Schicht ist.
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Die Fertigung von Rohren des vorgenannten Typs ist insbesondere dann technologisch besonders interessant, wenn Kunststoffrohre mit vergleichsweise großen Durchmessern herzustellen sind. Diese wurden bislang überwiegend in konventioneller Wickelrohrtechnik mit dadurch bedingten endlichen Rohrlängen gefertigt. Diese endliche Rohrlänge war bislang insofern weniger problematisch, als bei Rohren mit größeren Durchmessern auch durch die Notwendigkeit, diese zum Einsatzort zu transportieren, in der Regel eine Längenbegrenzung erforderlich war. Während sich auch an sich biegesteife Kunststoffrohre mit kleineren Durchmessern bis zu etwa 200 mm auf Trommeln aufwickeln lassen, ist dies bei Rohren mit größeren Durchmessern nicht mehr möglich. Folglich ist die auf dem Landwege transportierbare maximale Länge eines Rohrstrangs etwa auf die Länge der Ladefläche eines Lastkraftwagens begrenzt.
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Wenn man hingegen andere Methoden schafft, um Rohre mit vergleichsweise großen Durchmessern wie zum Beispiel mehr als 1000 mm auch in Längen zu transportieren, die die Transportlänge eines LKW überschreitet, ist eine kontinuierliche Fertigung in unbegrenzter Länge besonders vorteilhaft. Hier bietet sich beispielsweise die Fertigung solcher Großrohre in der Nähe eines Gewässers an, so dass es möglich wird, diese Rohre kontinuierlich zu extrudieren und am Ende der Extrusionslinie den Rohrstrang direkt in das Gewässer laufen zu lassen. Da die Kunststoffrohre an der Wasseroberfläche schwimmen, können lange Rohrstränge mittels Transportschiffen geschleppt und so an den Einsatzort verbracht werden. Die Rohrextrusion kann somit über große Längen des Rohrstrangs andauern, ohne dass es notwendig ist, den Rohrstrang nach Extrusion einer für den Landtransport begrenzten Transportlänge zu durchtrennen. Die gesamte Extrusionslinie kann ohne Unterbrechung kontinuierlich arbeiten, wodurch die Rohrfertigung insgesamt rationeller wird als bei herkömmlichen Wickelverfahren.
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Ein weiteres Anliegen der vorliegenden Erfindung ist somit die kontinuierliche Extrusion langer mechanisch belastbarer Rohrstränge aus Kunststoff mit großen Durchmessern, insbesondere im Bereich von mehr als 1000 mm Durchmesser, in einem rationellen wirtschaftlichen Fertigungsverfahren.
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Der erfindungsgemäße Ballaststoff, der in streifenförmigen oder bandförmigen Bereichen in den Rohrkörper einextrudiert wird, kann beispielsweise ein mineralischer Ballaststoff sein. Dies kann beispielsweise ein Schüttgut sein in rieselfähiger Form, welches im Extruderwerkzeug während der laufenden Extrusion in den entstehenden ringförmigen Schmelzestrang aus Kunststoff eingedrückt wird, gegebenenfalls unter Anwendung von Druck.
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Der für die bandförmigen oder streifenförmigen Bereiche verwendete Ballaststoff sollte vorzugsweise eine Dichte aufweisen, die mindestens etwa 1,3 g/cm3 beträgt. Die für derartige Kunststoffrohre verwendeten Kunststoffe wie Polyolefine haben eine Dichte von weniger als 1 g/cm3 und sind somit leichter als Wasser. Bei Polyethylen liegt die Dichte je nach Typ beispielsweise im Bereich von 0,87–0,97 g/cm3, bei Polypropylen bei etwa 0,89–0,92 g/cm3. Um durch den Ballaststoff das Rohr so zu beschweren, dass es sich in Wasser versenken lässt, empfiehlt es sich, Ballaststoffe zu verwenden, deren Dichte einiges über 1 g/cm3 liegt, vorzugsweise weist daher der Ballaststoff eine Dichte auf, die mindestens etwa 1,3 g/cm3 beträgt.
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Es können beispielsweise mineralische Ballaststoffe verwendet werden, wie zum Beispiel Sand, Zement, Quarz, Gesteinsmehl, Kies, Split, Metallpartikel oder Glas, letzteres zum Beispiel in Form von Glaskugeln oder Glaspartikeln.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung kann ein Rohrstrang kontinuierlich so extrudiert werden, dass bereits der am Rohrkopf eines Extruders austretende Schmelzestrang mehrere sich in axialer Richtung des Rohres erstreckende, über den Umfang des Rohres verteilt angeordnete Hohlkammern aufweist.
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Diese streifenförmigen oder bandförmigen Bereiche erstrecken sich in der Regel, bedingt durch das Einextrudieren in den Schmelzestrang eines Grundrohrs im Wege der Axialextrusion, in dem Rohrkörper in axialer Richtung und sie können beispielsweise einen zylindrischen, rechteckigen oder polygonalen Querschnitt aufweisen. Den Querschnitt der Bereiche kann man insbesondere über die Querschnittsform der für die Zufuhr des Ballaststoffs verwendeten Kanäle in dem Werkzeug der Extrusionsvorrichtung bestimmen.
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Bevorzugt erstrecken sich die einextrudierten streifenförmigen oder bandförmigen Bereiche in dem Grundrohr etwa axial in Längsrichtung, wobei die einextrudierten streifenförmigen oder bandförmigen Bereiche sich in dem Körper des Grundrohrs so erstrecken, dass ihre radialen Außengrenzen mit Abstand von der äußeren radialen Begrenzung des Grundkörpers enden und/oder ihre radialen Innengrenzen mit Abstand von der inneren radialen Begrenzung des Grundkörpers enden. Diese jeweiligen Abstände von der äußeren bzw. inneren radialen Begrenzung des Rohrs sind vorzugsweise deshalb notwendig, um zu vermeiden, dass die streifenförmigen Bereiche zu nahe an der Außenoberfläche oder Innenoberfläche des Rohrs liegen, denn dies würde zu einer Schwächung der Rohrwand aus Kunststoff in diesen Bereichen führen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung kann beispielsweise so vorgegangen werden, dass bei der Extrusion des Grundrohrs in der Extrusionsvorrichtung in den die Rohrwand des Grundrohrs bildenden ringförmigen Schmelzestrang streifenförmige oder bandförmige Bereiche eines Ballaststoffs einextrudiert werden, wobei über mindestens abschnittsweise in einem Winkel oder quer zur Extrusionsrichtung und/oder radial bezogen auf die Achse des Grundrohrs verlaufende Kanäle der Ballaststoff der Düse der Extrusionsvorrichtung zugeführt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann der Ballaststoff beispielsweise aus einem Vorrat mittels einer eigenen Förderschnecke den Kanälen der Düse der Extrusionsvorrichtung zugeführt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren macht es somit möglich, ein Rohr bestehend aus einem Grundrohr aus Kunststoff mit einextrudierten bandförmigen oder streifenförmigen Bereichen aus einem Ballaststoff gegebenenfalls mittels nur einer Extrusionsvorrichtung simultan in einem Arbeitsgang herzustellen, so das Rohr mit den einextrudierten bandförmigen oder streifenförmigen Bereichen kontinuierlich die Extrusionsvorrichtung verlässt und in einem stromabwärts nachfolgenden Bereich gekühlt werden kann. Es können große Rohrlängen in einem kontinuierlichen Prozess in einer Extrusionslinie gefertigt werden, die dann beispielsweise als Seeauslaufleitungen in ein Gewässer hinein extrudiert werden können. Diese Leitungen müssen nicht mehr in aufwändigen Montageverfahren nachträglich ballastiert werden, sondern können gegebenenfalls direkt geflutet und versenkt werden.
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Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
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Dabei zeigen:
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1 einen Querschnitt durch ein beispielhaftes Rohr gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Anlage zur Extrusion langer Rohrstränge;
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3 eine schematisch vereinfachte Ansicht einer Extrusionsvorrichtung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Rohrs;
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4 einen Querschnitt durch ein Rohr gemäß einer alternativen Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung.
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Zunächst wird auf 1 Bezug genommen. Die Darstellung zeigt im schematisch vereinfachten Querschnitt ein erfindungsgemäßes Rohr, welches insgesamt mit dem Bezugszeichne 20 bezeichnet ist. Das Rohr 20 umfasst ein extrudiertes Grundrohr 10 aus Kunststoff, welches einschichtig sein kann wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1, oder aber auch mehrschichtig mit Innenschichten, Außenschichten und gegebenenfalls weiteren Mittelschichten, die beispielsweise aus Kunststoffen mit verschiedenen Eigenschaften bestehen können. Bei einem mehrschichtigen Rohr aus Kunststoff bilden diese mehreren Schichten das „Grundrohr“ im Sinne der Ausführungen in der vorliegenden Anmeldung.
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In 1 ist wie gesagt ein einschichtiges Grundrohr 10 aus Kunststoff gezeigt, in das über den Umfang verteilt mehrere etwa streifenförmige Bereiche 11a, 11b aus einem Ballaststoff einextrudiert sind, die sich in axialer Richtung des Grundrohrs 10 erstrecken. Diese streifenförmigen Bereiche 11a, 11b aus dem Ballaststoff werden bei der Extrusion des Grundrohrs in dieses einextrudiert. Der Ballaststoff ist ein Material, welches eine höhere Dichte aufweist als das Material des Grundrohrs 10. Beispielsweise beträgt die Dichte des Ballaststoffs mindestens etwa 1,3 g/cm3, um dadurch das Gewicht des gesamten Rohrs 20 im Vergleich zu einem reinen Kunststoffrohr zu erhöhen. Es können zahlreiche streifenförmige Bereiche 11a, 11b einextrudiert werden, die jeweils mit Abstand zueinander in ringförmiger Anordnung über den Umfang des Grundrohrs verteilt liegen und in das Grundrohr eingebettet sind. Die streifenförmigen Bereiche 11a, 11b sind dabei bevorzugt so in das Grundrohr 10 eingebettet, das sie mit Abstand von der äußeren radialen Begrenzung (äußeren Oberfläche) 12 des Grundrohrs liegen und auch mit Abstand von der inneren radialen Begrenzung (inneren Oberfläche) 14 des Grundrohrs liegen. Dadurch sind die streifenförmigen Bereiche 11a, 11b allseits in den Kunststoff des Grundrohrs 10 eingebettet und werden sowohl nach außen hin als auch nach innen hin jeweils von einer Kunststoffschicht bedeckt. Die streifenförmigen Bereiche 11a, 11b sind in ihren Dimensionen sowie in ihrer relativen Lage in dem Grundrohr bevorzugt so zu wählen, dass sie das Grundrohr nicht zu sehr schwächen und somit ein mechanisch ausreichend belastbares Rohr mit den gewünschten Eigenschaften eines Kunststoffrohrs erhalten bleibt. Die Vorgehensweise bei der Herstellung eines Rohrs 20 der in 1 dargestellten Art wird weiter nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3 näher erläutert.
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3 zeigt eine schematisch vereinfachte Ansicht einer Extrusionsvorrichtung 30 teilweise im Querschnitt, mittels derer man Rohre mit einextrudierten streifenförmigen Bereichen der zuvor beschriebenen Art herstellen kann, wobei hier nur die zur Erläuterung der Erfindung wesentlichen Teile der Extrusionsvorrichtung 30 dargestellt sind. Diese umfasst eine beispielsweise über einen Motor antreibbare Förderschnecke 31 für die Zufuhr eines Ballaststoffs zu einer Rohrkopfdüse 34, aus der die Schmelze austritt. Neben dem Ballaststoff wird der Rohrkopfdüse 34 in üblicher Weise ein Kunststoffgranulat zugeführt, das aufgeschmolzen wird. Der Ballaststoff kann beispielsweise über eine trichterförmige Ballaststoffzufuhr 32 aus einem Vorratsbehälter der Förderschnecke 31 zugeführt werden. Bei diesem Ballaststoff kann es sich zum Beispiel um trockenen Sand handeln, der eine ausreichend hohe Dichte haben sollte. Über einen oder mehrere Zuführkanäle 33 gelangt der Ballaststoff in den Schmelzekanal 35 der Rohrkopfdüse 34. Dieser Schmelzekanal 35 liegt in der Regel konzentrisch als Ringkanal in der Rohrkopfdüse wie man aus 3 erkennen kann. Im mittleren Bereich weist der Rohrkopf einen Dorn 36 auf, den der Schmelzekanal 35 ringförmig umgibt. Es gelangt somit zum einen die Kunststoffschmelze 37 in den Schmelzekanal 35, wobei sie sich in dessen ringförmigem Querschnitt verteilt. Über die Zuführkanäle 33 gelangen außerdem bandförmige oder streifenförmige Stränge des Ballaststoffs in die Schmelze. Da die Zuführkanäle 33 sich zunächst in radialer Richtung bezogen auf den Schmelzekanal 35 erstrecken und dann um etwa 90 ° in Extrusionsrichtung abgewinkelt sind, erstrecken sich die streifenförmigen Bereiche des Ballaststoffs im Schmelzekanal 35 in achsparalleler Richtung bezogen auf das extrudierte Rohr und werden in die Schmelze einextrudiert, ohne sich mit dieser zu vermischen. In der Regel geschieht die Zufuhr des Ballaststoffs über die Zuführkanäle unter Anwendung von Druck.
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2 zeigt in schematisch vereinfachter Darstellung eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Anlage zur Extrusion langer Rohrstränge, wobei sich beispielsweise an eine Halle, in der eine Extrusionsanlage steht, in einem Freigelände weitere Anlagebereiche anschließen können. Die Extrusionslinie umfasst eine spezifische Extrusionsvorrichtung, in der das Rohr mit einextrudierten streifenförmigen Bereichen, in denen sich der Ballaststoff befindet, kontinuierlich axial extrudiert wird. Es ist ein Abzug 13 vorgesehen, der den Axialtransport des extrudierten Rohrstrangs 20 bewirkt, Durch geeignete Kühlbäder wird der extrudierte Rohrstrang nach der Extrusion abgekühlt, damit die Kunststoffschmelze aushärtet und ein formstabiles Rohr entsteht. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass der ausgewählte Ballaststoff eine ausreichend hohe Dichte aufweist, die das Gewicht des Rohrstrangs so stark erhöht, dass er sich anschließend in einem Gewässer versenken lässt, was bei einem Rohrstrang aus einem üblichen Polyolefin mit einer Dichte unter 1 g/cm3 nicht der Fall wäre.
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Das Gelände 24 auf dem das Rohr 20 weiter in Richtung Gewässer 25 transportiert wird, kann zum Gewässer hin abschüssig sein, wie dies in 2 dargestellt ist. Das in axialer Richtung auf das Gewässer 25 zu geförderte Rohr 20 kann auf geeigneten Lagern 26 auf dem Untergrund gelagert sein, die ein gleitendes Fördern des Rohres ermöglichen, ohne dass die Gefahr besteht, dass dieses beschädigt wird. Dazu kann man beispielsweise Fahrzeugreifen oder ähnliche Gleitlager aus Gummi oder einem geeigneten Material mit verringerter Reibung verwenden. Im weiteren Vorschubweg gelangt dann das Rohr 20 in das Gewässer 25, wobei es sich um das Meer handeln kann, wenn die Produktion der Rohre direkt im Küstenbereich erfolgt. Dies ist insbesondere interessant für die Herstellung so genannter Seeauslaufleitungen für Abwasser oder dergleichen, die dann über das Gewässer direkt an den Verlegeort transportiert werden können. Solange sich Luft in dem Rohr 20 befindet, schwimmt dieses an der Gewässeroberfläche auch nach der Einbringung des Ballaststoffs 22. Das Rohr 20 kann im weiteren Förderweg auf der Gewässeroberfläche mittels geeigneter schwimmender Lager wie zum Beispiel durch Luftkissen 27 abgestützt werden, wodurch sich auch eine Stabilisierung des Rohrstrangs ergibt.
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Rohre 20 dieser Art auch mit großen Durchmessern von mehr als 1 m können als lange Rohrstränge von beispielsweise mehreren 100 m auf dem Seeweg schwimmend mit Schleppschiffen transportiert werden. Wenn die gewünschte Länge des Rohrstrangs erreicht ist, kann dieser durchtrennt und abtransportiert werden, so dass die Extrusionslinie kontinuierlich weiter arbeiten und das nächste Rohr in das Gewässer 25 auslaufend extrudieren kann. Ein Schleppschiff kann auch mehrere Rohre der genannten Länge parallel nebeneinander liegend hinter sich herziehen und so schwimmend transportieren. Auf diese Weise können also mit einem einzigen Transportmittel auf dem Seeweg Kilometer an Rohrleitung mit vergleichsweise geringem Energieverbrauch transportiert werden. Hier wird der Vorteil gegenüber der herkömmlichen Großrohrfertigung deutlich, bei der auf der Ladefläche eines LKWs in der Regel nur jeweils Längen von weniger als 20 m transportiert werden konnten. Dementsprechend war eine erheblich größere Anzahl von Schweißverbindungen notwendig, um diese Rohrstücke am Verlegeort miteinander zu verbinden. Das Versenken der Rohre 20 am Verlegeort kann erfolgen, indem die Rohre mit Wasser geflutet werden, denn dann führt aufgrund der Ballaststoffe in der Rohrwand das erhöhte Eigengewicht des Rohrs dazu, dass das Rohr sinkt. Ein vorzeitiges Volllaufen der Rohre mit Wasser kann verhindert werden, indem die Rohre zunächst stirnseitig durch Deckel oder dergleichen verschlossen werden. Diese Deckel werden dann beim Fluten entfernt.
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4 zeigt eine alternative Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung. Anstelle der streifenförmigen oder bandförmigen Bereiche hat hier das Rohr 20 eine geschlossene Außenschicht 16 aus einem Ballaststoff. Es wird hier beispielsweise ein Kernrohr 15 aus Kunststoff extrudiert, auf das dann die Außenschicht 16 aus dem Ballaststoff aufgebracht wird. Die Außenschicht 16 kann beispielsweise aufextrudiert oder anderweitig aufgebracht werden. Beispielsweise kann man auch eine zylindrische Schalung um das Kernrohr 15 herum anbringen und diese dann mit einem hydraulisch aushärtenden Material vergleichsweise hoher Dichte wie zum Beispiel Beton verfüllen und die Schalung anschließend entfernen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Grundrohr
- 11a
- streifenförmige Bereiche
- 11b
- streifenförmige Bereiche
- 12
- äußere radiale Begrenzung
- 13
- Abzug
- 14
- innere radiale Begrenzung
- 15
- Kernrohr
- 16
- Außenschicht aus Ballaststoff
- 20
- Rohrstrang
- 24
- Gelände
- 25
- Gewässer
- 26
- Lager
- 27
- Luftkissen
- 30
- Extrusionsvorrichtung
- 31
- Förderschnecke
- 32
- Ballaststoffzufuhr
- 33
- Zuführkanäle
- 34
- Rohrkopfdüse
- 35
- Schmelzekanal
- 36
- Dorn
- 37
- Kunststoffschmelze
- 38
- Sandstreifen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006020375 A1 [0002]
