DE1296899B - Doppelwandiges Kunststoffrohr mit Stegen und/oder einem poroesen Fuellstoff im Wandzwischenraum - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein doppelwandiges Kunststoffrohr mit in radialem Abstand konzentrisch angeordneten Wänden, mit zwischen den Wänden in Rohrlängsrichtung verlaufenden mit mindestens einer Wand verbundenen Stegen und mit einem porösen Füllstoff, der die Hohlräume zwischen den Wänden und zwischen den Stegen ausfüllt.
• Bei einem bekannten Kunststoffrohr dieser Art ist der Füllstoff ein wärmeisolierender oder schallisolierender Stoff, insbesondere Schaumstoff oder Glaswolle. Dieser Füllstoff liefert dem Kunststoffrohr nicht die Festigkeit, die es bei Verlegung, insbesondere im Erdboden, benötigt.
• Bei Verlegung eines Rohres im Erdboden ist folgendes zu berücksichtigen: Wird ein Rohr in einem Graben verlegt, dessen Weite wesentlich größer ist als sein Durchmesser, so wird beim Wiederauffüllen des Grabens Erde längs beider Seiten des Rohres und auf das Rohr geschüttet und festgestampft. Bei diesem Vorgang gleitet der Erdboden über die Außenwand des Rohres unter der Stampfkraft oder unter dem Gewicht des aufgefüllten Bodens seitlich nach unten. Rohre aus Beton, aus Eisen oder gebranntem Ton od. dgl. sind so starr, daß sie nur wenig unter der Last eingebeult oder eingebogen werden. Die wieder in den Graben eingeschüttete Erde verfestigt sich an den Seiten des Rohres mehr als auf der Oberseite des Rohres, was zur Folge hat, daß das Rohr eine Belastung aushalten muß, die wesentlich größer ist als das Gewicht der Erdsäule über ihm.
• Ist andererseits das Rohr relativ flexibel, kann es also einer Belastung ausweichen oder sich abflachen; so kann sein oben liegender Wandteil nach unten ausgebogen werden, und zwar in einem Maß, das , gleich oder größer ist als die Verschiebung der seitlich von ihm verfestigten Erde. Die auf dem Rohr ruhende Last ist dann geringer als das Gewicht der über ihm liegenden Erde. Die Last, die auf einem starren Rohr ruht, wenn es in die Erde verlegt ist, , ist aus diesen Gründen etwa zwei- bis dreimal so groß wie die Last, die auf einem flexiblen Rohr gleichen Durchmessers unter den gleichen Bedingungen ruht.
• Die Flexibilität des Rohres aber darf nicht zu groß , sein, um nicht andere Mängel hervorzurufen. Erreicht die Abflachung des Rohres etwa 20 % seines anfänglichen Durchmessers, so kann die Rohrwand instabil werden und sich nach innen einbeulen. In der Praxis wird daher eine 5%ige Abflachung als zulässig angesehen.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kunststoffrohr eingangs genannter Art derart auszubilden, daß es Erddrucken bei unterirdischer Verlegung widersteht, dennoch aber hinreichend flexibel ist, um sich Unebenheiten des Bodens eines Verlegungsgrabens anzupassen. Außerdem soll eine Verdrehung der beiden Wände um die Rohrachse gegeneinander unterbunden werden.
• Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Kunststoffrohr dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme von äußeren Druckkräften, insbesondere des Erddruckes bei unterirdisch verlegten Rohren, als poröser Füllstoff ein scherfestes, zementartiges Material vorgesehen ist, das durch die Stege an den Wänden verankert ist.
• Der gemäß der Erfindung vorzusehende Füllstoff gibt dem Kunststoffrohr hinreichend Festigkeit gegenüber Erddrucken, gestattet aber andererseits, daß sich das Kunststoffrohr etwas biegen kann, so daß es hinreichend flexibel bei Verlegung auf unebenem Grund ist. Die Verankerung des Füllstoffes bewirkt, daß die Wände um die Längsachse des Kunststoffrohres nicht gegeneinander verdrehbar sind. Besonders vorteilhaft ist, daß das Kunststoffrohr trotz dieser Eigenschaften relativ leicht ist und außerordentlich billig hergestellt werden kann.
• Eine besonders geringe Gesamtwandstärke beider Wände bei vorgegebenen Festigkeits- und Flexibilitätseigenschaften erhält man bei dem erfindungsgemäß vorgesehenen Füllstoff dann, wenn die innere Wand dicker ist als die äußere Wand. Durch diese Bemessung der Wanddicke wird die unterschiedliche Festigkeit des Wandwerkstoffes gegen Zug bzw. gegen Druck berücksichtigt. Diese Maßnahme ist nicht nur bei doppelwandigen Rohren zweckmäßig, deren Zwischenraum eine poröse zementöse Füllung aufweist, sondern auch bei solchen Rohren, deren Wände nur durch Stege verbunden sind oder bei denen zwischen den Wänden ein anderer starrer poröser Füllstoff, z. B. Schaumkunststoff, vorgesehen ist.
• Bevorzugt sind die Stege - wie an sich bekannt - als frei endende Radialrippen ausgebildet. In diesem Fall übernimmt der Füllstoff die Abstützung der Wände gegeneinander. Ein derart ausgebildetes Kunststoffrohr ist trotz Festigkeit und Flexibilität ganz besonders leicht und billig.
• In einer anderen Ausführungsform sind die Stege - wie an sich bekannt - mit beiden Wänden verbunden und erstrecken sich radial oder schräg zwischen den Wänden. Derart ausgebildete Kunststoffrohre sind besonders fest. Die Stege zwischen den Wänden wirken in diesem Fall als Fachwerk.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt schematisch F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kunststoffrohres vor Einbringen des porösen Füllstoffes, F i g. 2 einen Teilschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kunststoffrohr, F i g. 3 einen Teilschnitt einer anderen Ausführungsform des Rohres, F i g. 4 einen Querschnitt durch das Rohr nach F i g.1, F i g. 5 einen teilweisen Axialschnitt durch ein Rohr nach der Erfindung; F i g. 6 einen ähnlichen Teilschnitt wie F i g. 5 durch ein Rohr mit unterschiedlicher Wanddicke. Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 und 4 bewirken die paarigen Zickzackstege 16 und 18 zwischen den Wänden 12 und 14 die radiale Abstandhaltung und die diagonale Abstützung. Die Stege 16 sind im Uhrzeigersinn gegenüber der Innenwand 12 in der Ansicht nach F i g. 1 geneigt; die Stege 18 sind im entgegengesetzten Sinn, also gegen den Uhrzeigersinn, geneigt. Beide Gruppen von Stegen erstrecken sich in Längsrichtung über die volle Länge des Rohres. Alle Stege sind einstückig mit der Innenwand 12 und der Außenwand 14 verbunden. Ihre Verbindungsstellen liegen nahe aneinander, so daß sich die Zickzackform zwischen den Wänden ergibt.
• Nach erfolgter Füllung mit einem zementartigen porösen Füllstoff ergibt sich ein einfaches, leichtes und billiges Rohr, das eine sehr große Festigkeit im Verhältnis zu seinem Gewicht hat. Es kann allen in Betracht kommenden Beanspruchungen widerstehen, denen unterirdisch verlegte Rohre ausgesetzt sind. Die dargestellte Struktur kann leicht und wirtschaftlich durch Strangpressen des Kunststoffes, z. B. Polyvinylchlorid, hergestellt werden.
• Bei der Ausführungsfonn der F i g. 2 verlaufen die Stege 165 radial. Die Abstützung erfolgt in diesem Fall allein durch den Füllstoff 36, der die Räume zwischen der Innenwand und der Außenwand und den Stegen 165 vollständig ausfüllt. Der Füllstoff 36 haftet an den Oberflächen der Stege und auch an den Oberflächen der Wände. Der Füllstoff besteht aus zementösem porösem Material. Dies ist zweckmäßig wegen der Spannungsfestigkeit, die dadurch die innere Wand und die äußere Wand erhalten. Da der Füllstoff 36 mit den Oberflächen der Wände und den Stegen in Verbindung steht und eine Eigenstarrheit hat, trägt er beträchtlich zur Festigkeit des zusammengesetzten Rohres bei. Er gibt dem Rohr auch eine gewisse Widerstandsfähigkeit gegenüber Verbiegungen und henunt auch die Durchbiegung der Stege.
• Die Ausführungsform nach F i g. 3 zeigt nur als Radialrippen 166 ausgebildete Stege, die eigentliche Abstützung wird von dem Füllstoff 366 übernommen. Dieser Füllstoff 366 ersetzt also vollständig das Fachwerkgerüst zwischen der Innenwand und der Außenwand 12 bzw. 14 und dient als Abstützung gegen radiale Druckkräfte.
• Aus den in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist erkennbar, daß die Innenwand eines erfindungsgemäßen Rohres dicker ist als die Außenwand. Zu dieser Bemessung führen folgende Überlegungen: Wird ein Rohr Quetschkräften ausgesetzt, so entstehen in der Rohrwand Umfangsspannungen. Aus F i g. 4 ist ersichtlich, daß die maximale Spannung an den Punkten a, a', b, b' auftritt, die auf der Vertikalachse liegen. Ein zweites, jedoch niedrigeres Spannungsmaximum tritt bei c, c', d und d' auf, die auf der Horizontalachse liegen. Zwischen diesen Punkten haben die Innenwand und die Außenwand geringere Spannungen.
• Aus F i g. 4 ist ersichtlich, daß die Last W die Krümmung der Rohrwand nächst der Vertikalachse zu verringern und die Krümmung in der Nähe der Horizontalachse zu vergrößern sucht. Die Spannungen in der Innenwand bei b, b' und in der Außenwand bei c, c' sind also Zugspannungen, während die Spannungen in der Außenwand bei a, a' und in der Innenwand bei d, d Druckspannungen sind.
• Es ist bekannt, daß bei vielen duktilen Materialien die Druckfestigkeit wesentlich höher ist als die Zugfestigkeit. Zu diesen Materialien gehören viele thermoplastische Kunststoffe, etwa Acrylnitrilbutadienstyrol und Polyvinylchlorid. Die letztgenannten Materialien dienen bevorzugt zur Herstellung erfindungsgemäßer Rohre.
• Die maximale Spannung in der Innenwand bei b, b' ist nun größer als die maximale Spannung in .der Außenwand bei c, c'.
• Wird ein Längsabschnitt eines erfindungsgemäß ausgebildeten Rohres betrachtet, so liegt dessen neutrale Achse n in der Mitte zwischen der Innenwand und der Außenwand, wenn beide Wände die gleiche Stärke haben. Ist die Innenwand stärker, bleibt aber die gemeinsame Dicke von Innenwand und Außenwand ungeändert, so bewegt sich die neutrale Achse in Richtung zur stärkeren Wand, und zwar nahezu direkt proportional zum Verhältnis von t1 und tV F i g. 5 zeigt schematisch eine Innenwand t1 und eine Außenwand t2 gleicher Dicke.
• F i g. 6 zeigt zum Vergleich eine bevorzugte Konstruktion. Die vereinigte Dicke beider Wände ist die gleiche, jedoch hat die Innenwand t1 eine größere Stärke als die Außenwand t2. Die Vergrößerung des Materials der Innenwand verringert die Zugspannung auf die Innenwand derjenigen Ebene, auf die eine Quetschkraft ausgeübt wird, und erhöht andererseits die Zugspannung in einer rechtwinklig dazu liegenden Ebene. Wird die Innenwand 1,75fach so dick gemacht wie die Außenwand, so werden die resultierenden Spannungen in diesen beiden Ebenen etwa gleich.
• Obwohl viele duktile Materialien bezüglich Druck fester sind als bezüglich Zug, so ist doch das Verhältnis zwischen Druck und Zug nicht stets so hoch wie 1,75:1. Wird ein Material verwendet, bei dem das Verhältnis von Druckfestigkeit zu Zugfestigkeit kleiner als 1,75:1 ist und wird ein Füllstoff sehr geringer Festigkeit verwendet, so wird vorzugsweise das Verhältnis der Stärken von Innenwand und Außenwand gleich dem Verhältnis von Druck- zur Zugfestigkeit des Materials gemacht, aus dem das Rohr besteht.
• Der Füllstoff übernimmt einen gewissen Anteil der Druckfestigkeit. Dieser Anteil hängt ab von den Elastizitätsmoduln und von den Festigkeiten des Füllstoff- und Wandmaterials. Hat der Füllstoff eine beträchtliche Festigkeit und Steifheit, so kann es günstig sein, ein Verhältnis von Innen- zu Außenwandstärke anzuwenden, das größer ist als das Verhältnis von Druck- zu Zugfestigkeit des Wandmaterials.
• Bei allen Materialien, deren Druckfestigkeit höher ist als ihre Zugfestigkeit, und bei einem Füllstoff, der einen Teil der Druckspannung aufnimmt, schafft jede Verstärkung der Dicke der Innenwand in bezug zur Dicke der Außenwand ein gegen äußere Druckkräfte festeres Rohr bei gleichem Materialverbrauch.
• Diese Erwägungen treffen in besonderem Maße zwischen den Verhältnissen Innenwandstärke zu Außenwandstärke von 1,05:1 bis zu wenigstens 4,0: 1 zu.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Doppelwandiges Kunststoffrohr mit in radialem Abstand konzentrisch angeordneten Wänden, mit zwischen den Wänden in Rohrlängsrichtung verlaufenden mit mindestens einer Wand verbundenen Stegen und mit einem porösen Füllstoff, der die Hohlräume zwischen den Wänden und zwischen den Stegen ausfüllt, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß zur Aufnahme von äußeren Druckkräften, insbesondere des Erddruckes bei unterirdisch verlegten Rohren, als poröser Füllstoff ein scherfestes, zementartiges Material (36, 366) vorgesehen ist, das durch die Stege (165, 166) an den Wänden (12,14) verankert ist.
2. 2. Doppelwandiges Kunststoffrohr mit in radialem Abstand konzentrisch angeordneten Wänden, mit zwischen den Wänden in Rohrlängsrichtung verlaufenden mit mindestens einer Wand verbundenen Stegen und/oder mit einem porösen Füllstoff, der die Hohlräume zwischen den Wänden und zwischen den Stegen ausfüllt, zur Aufnahme von äußeren Druckkräften, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Wand (12) dicker ist als die äußere Wand (14).
3. 3. Kunststoffrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege - wie an sich bekannt - als frei im Füllstoff endende Radialrippen (166) ausgebildet sind.
4. 4. Kunststoffrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (16,18,165) - wie an sich bekannt - mit beiden Wänden (12, 14) verbunden sind und sich radial oder schräg zwischen den Wänden (12,14) erstrecken.