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Die Erfindung betrifft ein mehrschichtiges durch Extrusion aus einem Extrusionskopf hergestelltes Kunststoffwellrohr nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 oder 2.
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Insbesondere im Baugewerbe, bei der Kanalsanierung oder im Straßenbau sind seit vielen Jahren Kunststoffwellrohre im Einsatz, die in ihrer Grundstruktur ein Innenrohr mit einer im Wesentlichen glatten Innenoberfläche und eine radial gewellte Schicht, die mit der Außenseite des Innenrohrs verbunden ist, aufweisen. Zur weiteren Verstärkung eines solchen Rohres kann auf die gewellte Schicht noch ein Außenrohr mit glatter Außenstruktur aufgebracht werden.
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Derartige aus zwei oder drei Schichten gebildete Rohre bestehen im Wesentlichen aus Kunststoffpolymeren wie PP, PE, PVC oder PA, wobei vor allem PP, PE und PA zum Einsatz kommen.
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Es sind auch zylindrisch ausgebildete Rohre bekannt, die mehrschichtig ausgebildet sind, indem solche Rohre aus koaxial verbundenen zylindrisch angeordneten Lagen mit unterschiedlichen physikalischen Strukturen gebildet sind. Beispielsweise sind Rohre bekannt, die äußere thermische Isolierungen, Armierungen oder Schutzschichten aufweisen.
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Aus der
DE 297 06 045 U1 ist ein mehrschichtiges Kunststoffrohr als Wellrohr bekannt, bei dem ein glattes Innenrohr, eine gewellte Schicht als mittlere Schicht und eine glatte Schicht als Außenrohr zur Anwendung kommen. Dabei kann die gewellte mittlere Schicht aus einem Recyclat bestehen, das durch ein Treibmittel aufgeschäumt ist. Außen- oder Innenrohr können dabei aus sortenreinem Kunststoff bestehen.
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Es besteht zwar grundsätzlich der Wunsch, für ein herzustellendes Produkt, insbesondere wenn es sich um Massenware handelt, möglichst preisgünstiges recyceltes Material einzusetzen, jedoch stehen diesem Wunsch in der Regel die für die Funktionsfähigkeit und Einsetzbarkeit notwendigen physikalischen Parameter der Dauerhaftigkeit, der Festigkeit und der Verschleißanfälligkeit entgegen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein mehrschichtiges Kunststoffwellrohr anzugeben, das unter Einhaltung erwünschter oder notwendiger physikalischer und chemischer Parameter den Einsatz eines größeren Teils recycelten Kunststoffmaterials ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 oder 2 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung geht aus von einem mehrschichtigen, durch Extrusion aus einem Extrusionskopf hergestellten Kunststoffwellrohr mit einem Innenrohr mit einer im Wesentlichen glatten Innenoberfläche und einer radial gewellten Schicht, die mit der Außenseite des Innenrohrs verbunden ist.
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Gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 ist das Innenrohr mehrschichtig mit einer Grundschicht und einer inneren Deckschicht ausgebildet, wobei die Grundschicht aus einem Recyclat-Kunststoff und die innere Deckschicht aus einem höherwertigen, sortenreinen Kunststoff gebildet sind.
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Das bei dieser Erfindung verwendete mehrschichtige Innenrohr kann somit eine dünne inneren Deckschicht enthalten, die sortenrein auf übliche Weise herstellbar ist und mit einer Grundschicht verbunden ist, die aus recycelten Polymeren, die insbesondere als Mischpolymere verfügbar sind, besteht. Das Schichtstärkenverhältnis zwischen Deckschicht und Grundschicht ist abhängig vom Einsatzzweck, dem Rohrdurchmesser und der erforderlichen Gesamtgüte des Rohres.
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Die Erfindung betrifft in gleicher Weise ein mehrschichtig hergestelltes Kunststoffwellrohr, das zusätzlich ein Außenrohr aufweist, das auf die mittlere Schicht aufgebracht ist. Auch das Außenrohr kann mehrschichtig mit einer Basisschicht und einer äußeren Deckschicht ausgebildet sein, wobei die Basisschicht aus einem Recyclat-Kunststoff und die äußere Deckschicht aus einem höherwertigen, sortenreinen Kunststoff gebildet sind. Das Verhältnis der Schichtstärken von äußerer Deckschicht und Basisschicht hängt hierbei ebenfalls vom Einsatzzweck, der geforderten Güte, den zur Verfügung stehenden Materialien und dem Rohrdurchmesser ab.
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Der mehrschichtige Aufbau kann entweder für das Innenrohr oder das Außenrohr oder auch für das Innen- und das Außenrohr verwendet werden. Ferner kann der mehrschichtige Aufbau auch zusätzlich oder alternativ für die wellenförmige Schicht eingesetzt werden.
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Der für die Deckschichten verwendete Kunststoff ist vorzugsweise Polypropylen, Polyethylen, Polyvinylchlorid oder Polyamid. Grund- oder Basisschicht bestehen vorzugsweise aus Recyclat dieser Kunststoffe oder Mischpolymeren mehr oder weniger bekannter Zusammensetzung. Aufgrund großer Preisunterschiede zwischen sortenreinem Material und Recyclat besteht das Ziel darin, den Anteil von Recyclat möglichst groß zu wählen.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung ergibt sich auch dadurch, dass eine gewünschte Einfärbung der inneren Deckschicht oder der äußeren Deckschicht durch Einbringung von Farb-Masterbatches in das Extrudat der Deckschichten farbselektiv erfolgen kann. Der Vorteil ergibt sich beispielsweise dadurch, dass die äußere Deckschicht mit einer sehr hellen Pigmentierung versehen werden kann, während die Recyclat-Schicht eine mehr oder weniger graue oder dunkle Färbung aufweist. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn derartige Rohre unter starker Sonneneinstrahlung bei erhöhter Temperatur gelagert werden oder offenliegend eingesetzt werden. Hellfarbige Rohre sind weniger verformungsempfindlich als dunkelfarbige Rohre. Durch Verwendung dünner Deckschichten kann somit die erforderliche Menge an Farbstoffen in Form von Masterbatches, die einen relativ hohen Kostenfaktor bei der Rohrherstellung bedeuten, erheblich reduziert werden.
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In gleicher Weise sind dünne Deckschichten auch von Vorteil, wenn die Deckschichten mit anderen funktionsverbessernden Merkmalen versehen werden sollen, wie z.B. einer Gleitfunktion, welche beispielsweise in Form von zugegebenem Silikon die Gleitfähigkeit der Deckschicht erhöht. Da die Gleiteigenschaft eines Rohres nur an der Oberfläche der Deckschichten erforderlich ist, kann bei einer dünnen Deckschicht der Anteil von erforderlichem Gleitmaterial verringert werden.
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Zwar kann die Festigkeit von Recyclat-Kunststoffen geringer als bei sortenreinem Kunststoff sein, so dass die Gesamtfestigkeit eines erfinderisch ausgestalteten Rohres kleiner sein kann als bei einem aus sortenreinen Materialien bestehenden Wellrohr, jedoch kann dieser Nachteil entweder durch eine gegenüber einem Standardwellrohr dickere Grundschicht oder Basisschicht oder durch Hinzufügung von Verstärkungsmaterialien in der Recyclat-Schicht, beispielsweise durch Hinzufügung von Netzstrukturen kompensiert werden.
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Das Recyclat oder auch das Material der Deckschichten kann in bevorzugter Weise auch durch weitere Materialien, wie Ruß, angereichert werden, wodurch diese Schichten elektrisch leitfähig ausgebildet werden können. Solchermaßen ausgestaltete Rohre sind insbesondere als Kabelführungsrohre mit Vorteil einzusetzen, da auf diese Weise das Rohr eine elektrische Abschirmung für das Kabel bereitstellt.
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In einer Ausführung, in der das Wellrohr kein Außenrohr aufweist, kann auch die außen liegende Oberfläche der wellenförmigen Schicht entsprechend den Deckschichten ausgebildet werden, so dass die wellenförmige Schicht ebenfalls oder alternativ zweischichtig ausgführt ist.
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Ein gemäß den Merkmalen der Ansprüche ausgebildetes Kunststoffrohr wird vorzugsweise mit einem drei bis sechs Schichten konzentrisch austragenden Extrusionskopf oder mit zwei jeweils ein oder mehrere Lagen austragenden Extrusionsköpfen hergestellt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein dreischichtiges Kunststoffwellrohr gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
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2 ein vierschichtiges Rohr gemäß einer zweiten Ausführungsform
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3 ein vierschichtiges Rohr gemäß einer dritten Ausführungsform
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4 ein fünfschichtiges Rohr gemäß einer vierten Ausführungsform.
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5 ein Rohr mit einer doppelschichtigen wellenförmigen Schicht
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1 zeigt den Querschnitt eines Wellrohres nach einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Wellrohr enthält ein Innenrohr, bestehend aus einer inneren Deckschicht 2 und einer Grundschicht 1. Die innere Deckschicht 2 weist eine Innenoberfläche 3 auf, die zum Innenraum des Rohres gerichtet ist. Auf der Außenseite der Grundschicht 1 ist eine wellenförmige Schicht 4 aufgebracht, die in üblicher Weise hergestellt ist.
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Die Deckschicht 2 besteht aus sortenreinem thermoplastischem Polymermaterial, wie PP, PE, PA oder PVC, während die Grundschicht 1 aus recyceltem Polymermaterial besteht. Das Wandstärkenverhältnis zwischen Grundschicht und Deckschicht beträgt etwa 80 zu 20 Prozent, wobei die Wandstärke der Deckschicht stärker als 0,1 mm ist. Die Deckschicht 2 weist eine glatte Innenoberfläche 3 auf, die gegebenenfalls eine Gleitschichtausbildung aufweisen kann. Diese wird dadurch gebildet, dass in das Material der Deckschicht ein Gleitmaterial wie Silikon oder Fett eingearbeitet ist. Es können auch antibakterielle Silber-Ionen zur antibakteriellen Ausrüstung des Wellrohres hinzugefügt werden. Ferner kann in das Material der Deckschicht mittels Farb-Masterbatches eine Pigmentierung eingebracht werden, die der Oberfläche der Deckschicht eine gewünschte Farbigkeit verleiht. Die Deckschicht 2 kann weitere gewünschte Struktur- und physikalische Merkmale enthalten, die als solche bekannt sind, wie Längs- oder Querriffelung, Oberflächenglätte, thermische Strukturmerkmale oder ähnliches.
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Die Grundschicht besteht aus recyceltem Material, wie den zuvor genannten Kunststoffen, aber auch aus einer Mischung ähnlicher Kunststoffe. Die Festigkeit der Grundschicht kann verbessert werden, wenn in diese Verstärkungsmaterialien, Faserstoffe, Netze oder Drähte eingearbeitet werden. Durch Zuschlag von elektrisch leitfähigen Stoffen, wie Kohlenstoff oder Ruß, kann die Grundschicht oder auch die Deckschicht elektrisch leitfähig ausgebildet werden.
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2 zeigt eine 1 ähnliche Struktur, bei der auf die mittlere Schicht 4 zusätzlich eine Außenschicht aufgetragen ist, die entsprechend aus einer Deckschicht 7 höherwertigen Materials und einer aus Recyclingmaterial bestehenden Basisschicht 8 gebildet ist. Auch hierbei können Deckschicht 7 und Basisschicht 8 mit entsprechenden Merkmalen wie bei der inneren Deckschicht 2 und der Grundschicht 1 versehen werden. Das Wellrohr gemäß 2 enthält dabei ein einschichtiges Innenrohr 5, das herkömmlich ausgeführt ist.
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3 zeigt eine Umkehrung des Schichtenaufbaus eines Rohrs von 2, wobei die Innenschicht entsprechend 1 gestaltet ist, während das Außenrohr 6 einschichtig gestaltet ist.
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In der Ausführungsform der 4 sind sowohl das Außenrohr als auch das Innenrohr mehrschichtig gebildet.
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In den Ausführungsbeispielen der 2 und 4 ist die äußere Deckschicht 7 mit einer hellen Pigmentierung versehen, so dass die Empfindlichkeit des Rohres auf Verbiegung durch thermische Einflüsse stark verringert ist, obgleich der Pigmentierungsanteil aufgrund der geringen Stärke der äußeren Deckschicht relativ klein gehalten werden kann.
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In einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung kann zusätzlich oder alternativ zu einer der vorgenannten Ausführungsformen auch die wellenförmige Schicht mehrschichtig ausgeführt sein. Dabei können Kunststoffmaterialien eingesetzt werden, die unterschiedliche physikalische Eigenschaften, z B. unterschiedliche E-Module, haben. Eine bevorzugte Ausbildung besteht darin, für die äußere Schicht 10 der wellenförmigen Schicht ein sehr steifes HDPE- oder PP-Material mit einem relativ weichen Kunststoff als innere Schicht 9 zu kombinieren, wobei der relativ weiche Kunststoff geschäumter Kunststoff oder minderwertiger Kunststoff, wie Recyclat-Kunststoff, sein kann. In jedem Fall sollte die kombinierte wellenförmige Schicht über wenigstens die gleichen physikalischen Eigenschaften der Steifheit, Dauerhaftigkeit, Härte und Biegefestigkeit (soweit sie für ein Rohr der beanspruchten Art relevant sind) einer üblichen wellenförmigen Schicht verfügen, aber durch Verwendung eines hohen Anteils an Recyclat kostengünstiger herstellbar sein.
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Unter einem geschäumten Material ist ein thermoplastischer sortenreiner oder Recyclat-Polymerkunststoff zu verstehen, dem bei der Extrusion ein Gas untergemischt wird oder dem unter Hitzeeinfluss aufschäumende Bestandteile hinzugefügt sind.
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5 zeigt ein Rohr gemäß 1, dessen wellenförmige Schicht mehrschichtig aus einer äußeren (Deck-)Schicht 10 aus hochwertigem Kunststoffmaterial und einer inneren (Grund-)Schicht 9 aus minderwertigem Kunststoff oder geschäumtem Kunststoffmaterial besteht. Gegenüber einer einheitlichen Schicht ergibt sich auch der Vorteil, dass eine geringere Leckagegefahr besteht.
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Die mehrschichtige wellenförmige Schicht kann sowohl bei einem Wellrohr mit einschichtigem als auch mehrschichtigem Innenrohr verwendet werden.
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Mit der Erfindung sind weitere Materialkombinationen herstellbar, z.B. durch Verwendung unterschiedlicher E-Module für die Grund- bzw. Basisschichten und der Deckschichten zur Erhöhung der Stabilität oder auch durch Verwendung von einschichtig geschäumtem Material für die gewellte Schicht zur Gewichtseinsparung und Verbesserung der thermischen Eigenschaften des Wellrohrs. Geschäumtes Kunststoffmaterial kann auch für die Grund- oder Basisschichten verwendet werden. Wenn die innere Schicht der wellenförmigen Schicht oder die Grundschicht aus geschäumtem Kunststoffmaterial gebildet sind, kann das Schaummaterial auch einen großen Teil des Hohlraums oder den gesamten Hohlraum der wellenförmigen Schicht ausfüllen. Dadurch lässt sich die Stabilität, die thermische Isolier-Eigenschaft und die Leckageunempfindlichkeit des Rohres weiter verbessern.
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Durch den Einsatz der Erfindung lassen sich die Herstellungskosten von Wellrohren beträchtlich verringern, obgleich die chemisch-physikalischen Eigenschaften des Rohres davon im Wesentlichen unbeeinflusst bleiben. Bei gleichem Kosteneinsatz gegenüber herkömmlichen Rohren ergeben sich aber physikalische Verbesserungen, die die Wettbewerbsfähigkeit des Rohres erhöhen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Grundschicht
- 2
- innere Deckschicht
- 3
- Innenoberfläche
- 4
- wellenförmige Schicht
- 5
- Innenrohr
- 6
- Außenrohr
- 7
- äußere Deckschicht
- 8
- Basisschicht
- 9
- innere Schicht
- 10
- äußere Schicht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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