DE19536698C1 - Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Verbundrohrs sowie Mehrschicht-Verbundrohr - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Verbundrohrs sowie Mehrschicht-Verbundrohr

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Verbundroh­ res oder Verbundprofiles, mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 bzw. Anspruch 9, sowie ein entsprechendes Mehrschicht-Verbundrohr.
Aus der Praxis bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Verbund­ rohres, bei dem sowohl vor als auch hinter einer Form- und Schweißstation eine Vor­ schubstation angeordnet ist. Die Vorschubgeschwindigkeiten der beiden Vorschub­ stationen sind auf den exakt gleichen Wert miteinander synchronisiert. In der Form­ station wird ein ebenes Aluminiumband durch mindestens drei 120°-Formrollen von unten her so eng wir möglich um das mit identischer Vorschubgeschwindigkeit durchlaufende, mit einer noch nicht aktivierten Klebeschicht versehene Kunststoff- Innenrohr geformt. Die Längsränder des Aluminiumbandes stoßen oben zwischen den beiden oberen Formrollen stumpf aufeinander, nur hier besteht noch ein geringer Luftspalt zum Innenrohr (ein etwa sichelförmiger Hohlraum). Auf dem übrigen Um­ fang, nämlich mindestens dreiviertel des Gesamtumfanges liegt das Aluminiumband unter der Andruckkraft insbesondere der unteren Formrollen unmittelbar am Innen­ rohr an.
Während der anschließenden Längsnahtverschweißung des Aluminiumbandes gibt das Material unter dem Seitendruck der oberen Formrollen an den Längsrändern et­ was nach, der Luftspalt zum Innenrohr verringert sich und wird auch hier praktisch zu Null. Nach dem Verschweißen der Längsränder des Aluminiumbandes zur Fertig­ stellung des Außenrohres wird am Ende der Schweißstation, also vor der zweiten Vorschubstation, die Schweißnaht geglättet. In der der zweiten Vorschubstation fol­ genden Induktionsstation erfolgt eine Erwärmung zur Aktivierung der Klebeschicht (Haftvermittler).
Bei dem zuvor erläuterten, aus der Praxis bekannten Verfahren ist der Abstand der Schweißnaht zum Innenrohr während des Längsnahtschweißens sehr gering, es bleibt nicht aus, daß das Innenrohr beeinträchtigt wird, wenn man auf eine wirklich unmittelbare bündige Anlage des Außenrohrs am Innenrohr im fertiggestellten Zu­ stand Wert legt.
Ein anderes bekanntes Verfahren (DE - C - 29 23 544) arbeitet so, daß das Außenrohr in einem Abstand vom Innenrohr um das Innenrohr geformt wird und in dieser Form der Längsnahtschweißung unterworfen wird. Hier ist natürlich ein hinreichender Ab­ stand der Schweißnaht vom Kunststoff-Innenrohr gegeben, so daß das Innenrohr während der Längsnahtschweißung nicht beschädigt wird.
Bei dem zuvor erläuterten Verfahren wird das längsnahtgeschweißte Außenrohr durch in dem kontinuierlichen Arbeitsablauf unmittelbar anschließende mechanische Verformung von außen unter Verringerung seines Durchmessers mit der Zwischen­ schicht und dem Innenrohr bündig verbunden. Durch den bei der Verformung des Außenrohrs entstehenden Schrumpfdruck und durch zusätzliche Wärmeeinwirkung erfolgt die Verschweißung des Außenrohrs mit dem Innenrohr. Diese erhebliche me­ chanische Bearbeitung des Außenrohrs nach der Längsnahtschweißung ist aufwen­ dig und kostentreibend und führt auch nicht zwingend zu einer wirklich perfekten Bündigkeit von Innenrohr und Außenrohr.
Eine weitverbreitete Praxis bei der Herstellung von Mehrschicht-Verbundrohren, das sogenannte "Bördelnahtschweißen", läßt das Aluminiumrohr schon vor Aufbringen der Längsnahtschweißung bündig am Innenrohr anliegen. Die die Längsnaht bilden­ den Kanten des das Metall-Außenrohr bildenden Aluminiumbandes sind radial nach außen gebördelt und liegen flächig aneinander an (DE - A - 20 45 973). Hier erfolgt die Wärmeübertragung von der Schweiß-Längsnaht direkt durch Materialkontakt auf das Kunststoff-Innenrohr, das häufig ganz erheblich beschädigt wird.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, die nicht vereinbar scheinenden Ziele gleichzeitig zu erreichen, nämlich eine weitgehende Vollumschließung des Me­ tall-Außenrohrs um das Innenrohr zur gewährleisten und trotzdem einen hinreichen­ den Luftspalt unter der Längs-Schweißnaht zu realisieren, so daß das Kunststoff-In­ nenrohr nicht beschädigt wird.
Die zuvor aufgezeigte Aufgabe löst das Verfahren mit den Merkmalen des Oberbe­ griffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1. Mit diesem Verfahren ist es möglich, das Kunststoff-Innenrohr auf dem ganz über­ wiegenden Teil seines Umfanges, etwa auf 95% bis 98% seines Umfanges von vorn­ herein bündig am Innenrohr anliegen zu lassen. Gleichwohl wird durch die hochpro­ filierten Kanten des Metall-Außenrohrs ein beachtliches Luftpolster zwischen Außen­ rohr und Innenrohr im Bereich der Schweiß-Längsnaht geschaffen. Durch die Längs­ nahtschweißung und das anschließende Bearbeiten der Schweißnaht verschwindet dann das verbliebene Luftpolster unter dem Nahtbereich weitgehend bzw. praktisch vollständig.
Bevorzugte Ausgestaltungen des zuvor erläuterten Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 8.
Besondere Bedeutung kommt, auch für sich, dem Verfahren nach Patenanspruch 9 zu. Dieses Verfahren löst gleichfalls die oben angegebene Aufgabe, in der Verbin­ dung beider Verfahren ergibt sich eine Optimierung bei der Problemlösung, die zuvor geschildert worden ist.
Das speziell vorbehandelte oder vordimensionierte Kunststoff-Innenrohr vergrößert sich um ein ganz geringes Maß bei Wärmeeinwirkung und kompensiert so das ver­ bleibende, geringe Übermaß des Metall-Außenrohrs im Endzustand. Ausgenutzt wird dabei die Tatsache, daß durch den eingestellten Memo-Effekt des Kunststoff-Innen­ rohrs dessen Durchmesservergrößerung nach Abkühlung erhalten bleibt, während die Durchmesservergrößerung des Metall-Außenrohrs reversibel ist. Dadurch wird im Endzustand mit diesem Verfahrensschritt eine absolut formschlüssige Verbindung zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr erreicht.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel dar­ stellenden Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht den Aufbau eines üblichen Mehr­ schicht-Verbundrohres,
Fig. 2 zeigt ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungs­ gemäßen Verbundrohrs im Schnitt während gerade beginnender Längs­ nahtschweißung,
Fig. 3 zeigt das Verbundrohr aus Fig. 2 nach erfolgter Längsnahtschweißung und mechanischer Nachbearbeitung (Kalibrierung) und
Fig. 4 zeigt das Verbundrohr aus Fig. 3 als einen Abschnitt in perspektivischer Ansicht.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Ver­ bundrohres. Ein solches Mehrschicht-Verbundrohr hat zumindest zwei Lagen aus unterschiedlichen Werkstoffen, nämlich das Metall-Außenrohr und das Kunststoff- Innenrohr. Dazwischen befindet sich häufig eine Zwischenschicht zur Bildung eines Haftvermittlers zwischen den beiden Materialien. Die Lehre der Erfindung erstreckt sich aber auch auf Verbundrohre mit mehreren Schichten, also weiteren Innen­ und/oder Außenlagen. Die Lehre der Erfindung erstreckt sich im übrigen auch auf andere Formen als die eines Rohres, also auch auf Verbundprofile, beispielsweise Konstruktionshohlprofile od. dgl.
Verbundrohre der in Rede stehenden Art dienen zur Förderung von flüssigen oder gasförmigen Medien in warmem, heißem oder kaltem Zustand. Besondere Anwen­ dung finden solche Verbundrohre in der Installationstechnik und insbesondere im Abwasserbereich. Die Kunststoff-Innenrohre gewährleisten die erforderliche Korrosi­ onsfestigkeit auch bei zunehmend aggressiver werdenden Medien, das Metall-Au­ ßenrohr gewährleistet mechanische Stabilität und den erforderlichen Brandschutz. Das am häufigsten eingesetzte Material für das Außenrohr ist Aluminium, aber auch andere Metalle, beispielsweise auch Bandstahl, kommen in Frage. Für das Kunststoff- Innenrohr werden thermoplastische, vernetzbare oder vernetzte Kunststoffe einge­ setzt, wobei es insbesondere dort auf das im Betrieb zu erwartende Medium an­ kommt. Häufig ist auch außen noch eine zusätzliche Kunststoffummantelung vorge­ sehen, auf die es aber im vorliegenden Fall nicht ankommt.
Das in Fig. 1 in seinem grundsätzlichen Aufbau dargestellte Mehrschicht-Verbund­ rohr weist zunächst ein Kunststoff-Innenrohr 1 sowie ein Metall-Außenrohr 2, insbe­ sondere bestehend aus Aluminium auf. Dazwischen befindet sich ein Haftvermittler 3. Hier ist ein fünflagiges Verbundrohr realisiert, d. h. auf dem Metall-Außenrohr 2 be­ findet sich erneut ein Haftvermittler 4, der seinerseits wieder mit einer äußeren Kunst­ stoffbeschichtung 5 zum Korrosionsschutz nach außen umgeben ist. Am Metall- Außenrohr 2, das wie gesagt aus Aluminium oder Stahl bestehen kann, ist eine Schweiß-Längsnaht 6 zu erkennen. Das Außenrohr 2 liegt im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel unter Zwischenlage der Haftvermittler-Zwischenschicht 3 rundum im wesentlichen bündig am Innenrohr 1 an.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Kunststoff-Innenrohr 1 beispielsweise einen endgültigen Außendurchmesser von 14,95 mm, bei einer Wandstärke von unge­ fähr 1 mm. Das Aluminium-Außenrohr 2 hat einen entsprechenden Innen- und Au­ ßendurchmesser bei einer Wandstärke von 0,2 bis 0,4 mm.
Aus den Fig. 2 und 4 ergibt sich nun besonders deutlich, daß das Metall-Außenrohr 2 vor dem Längsnahtschweißen an den an der Längsnaht 6 einander gegenüberste­ henden Kanten 7 nicht radial, sondern schräg bzw. bogenförmig oder stufenförmig nach außen profiliert wird, wobei sich die Kanten 7 selbst stumpf gegenstehen, so daß zwischen den Kanten 7 und der äußeren Oberfläche des Innenrohres 1 ein Luftraum 8 vorliegt. Es kann auch von vornherein ein so profiliertes Metallband zur Bildung des Metall-Außenrohrs 2 verwendet werden. Diese Profilierung wird, soweit sie nicht bei dem Längsnahtschweißen ohnehin verschwindet, nach dem Längsnahtschweißen in die Ebene des Außenrohrs 2 rückgeformt. Letztgenannten Zustand erkennt man in Fig. 3.
Bei dem in Fig. 2 und Fig. 4 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel des er­ findungsgemäßen Verfahrens erkennt man, daß das Metall-Außenrohr 2 neben der Profilierung an der Längsnaht 6 verteilt auf dem Umfang mit weiteren ähnlichen Pro­ filierungen 9, insbesondere ein bis vier weiteren Profilierungen 9 versehen ist, die ebenfalls nach dem Längsnahtschweißen in die Ebene des Außenrohres 2 rückge­ formt werden. Schon die eine angeformte Profilierung im Bereich der Längsnaht 6 erleichtert die Bandführung in der Formstation, besonders zweckmäßig sind aber die drei weiteren Profilierungen 9, die Angriffsbereiche für das Handling in der Formsta­ tion im Durchlauf ergeben.
Um eine Vorstellung von den hier betroffenen Maßen zu haben, ist zu berücksichti­ gen, daß die Profilierungen 9 bzw. die Profilierung an der Längsnaht 6 im in Fig. 2 dargestellten Zustand eine Höhe von 0,1 bis 0, 2 mm hat, also mit dem bloßen Auge kaum zu erkennen ist. Das gilt für die zuvor oben beispielhaft angegebene Dicke des Aluminiumbandes.
Besonders zweckmäßig ist es, daß das Rückformen der Profilierung an der Längsnaht 6 bzw. der Profilierungen 9 vor der Wärmeeinwirkung durchgeführt wird. Dabei ist es entsprechend häufiger Praxis zweckmäßig, daß das Rückführen mit sternförmig an­ geordneten Kalibrierrollen erfolgt.
Ein besonderer Vorteil der zuvor erläuterten mehrfachen Profilierungen am Metall- Außenrohr 2 besteht auch in der Bandstabilisierung und Bandversteifung.
Besondere Bedeutung kommt im übrigen der weiteren Lehre der Erfindung zu, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Innenrohr 1 aus einem einen Rückstelleffekt (Memoeffekt) bei Wärmeeinwirkung aufweisenden Kunststoff hergestellt ist und/oder einer Vorverstreckung unterworfen worden ist, dergestalt, daß sich das Kunststoff-Innenrohr 1 anschließend bei einer entsprechend größenmäßig und zeit­ lich bemessenen Wärmeeinwirkung um ein bestimmtes Maß radial dauerhaft ausdehnt (Memoabmessung), daß das Außenrohr 2, vorzugsweise im Durchlauf, um das Innen­ rohr 1 im wesentlichen bündig, jedoch mit einem nicht bündigen Restbereich ge­ schlossen und an der Längsnaht 6 verschweißt wird und daß nach erfolgter Längs­ nahtschweißung das Innenrohr 1 und - unvermeidbar - auch das Außenrohr 2, vor­ zugsweise im Durchlauf, einer zur Rückstellung des Innenrohrs 1 in die Memoabmes­ sung hinreichenden Wärmeeinwirkung ausgesetzt wird. Dieser Memoeffekt für das Kunststoff-Innenrohr 1 bewirkt, daß dieses sich nach Abkühlung nach erfolgter Er­ wärmung nicht in seinem Durchmesser zurückstellt, sondern den großen Durchmesser beibehält, während sich das Metall-Außenrohr 2 reversibel verhält, also auf seinen geringeren Durchmesser bei der geringeren Temperatur zurückstellt (schrumpft). Da­ durch wird eine innige und formschlüssige Verbindung zwischen dem Innenrohr 1 und dem Außenrohr 2 im Endzustand erzielt, eine Druckkraft im Bereich des Haft­ vermittlers 3 erzeugt und eine feste Verbindung der beiden Rohre 1, 2 über den Haft­ vermittler 3 realisiert.
Besondere Bedeutung kommt dem zuvor erläuterten Verfahrensschritt zu bei Reali­ sierung der zuvor erläuterten Profilierungen 9 bzw. der Profilierung im Bereich der Längsnaht 6. Hier hilft der Rückstelleffekt des Innenrohrs 1, die Profilierung 6 bzw. die Profilierungen 9 wieder zu glätten und in die Ebene des Außenrohrs 2 zurückzu­ formen. Dieser Rückstelleffekt kann in dem durchgerechneten Ausführungsbeispiel 0,1 bis 0,3 mm betragen. Beispielsweise kann sich das Kunststoff-Innenrohr 1 bei Er­ wärmung um 0, 1 mm auf einen Durchmesser von 14,95 mm aufweiten.
Auch im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Wärmeeinwirkung nach be­ vorzugter Ausführung durch Induktionsheizung.
Ein nach der Lehre des Patentanspruchs 5 hergestelltes Mehrschicht-Verbundrohr erkennt man an den Rückformspuren der Profilierungen 9 auf dem Umfang des Me­ tall-Außenrohrs 2.
Ein Mehrschicht-Verbundrohr, das gemäß Patentanspruch 9 hergestellt worden ist, erkennt man an der Konsistenz des Kunststoffs des Kunststoff-Innenrohrs 1, der näm­ lich diesem Rückstelleffekt entsprechen muß.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Verbundrohres oder Verbundprofiles,
wobei das Verbundrohr (oder das Verbundprofil) aufweist ein Kunststoff-Innenrohr (1) und ein an einer Längsnaht (6) verschweißtes Metall-Außenrohr (2),
und wobei das Außenrohr (2), rundum im wesentlichen bündig am Innenrohr (1) an­ liegt, dadurch gekennzeichnet,
daß das Metall-Außenrohr (2) vor dem Längsnahtschweißen an den an der Längs­ naht (6) einander gegenüberstehenden Kanten (7) nicht radial, sondern schräg oder bogenförmig oder stufenförmig nach außen profiliert wird,
so daß zwischen den Kanten (7) und der äußeren Oberfläche des Innenrohres (1) ein Luftraum (8) vorliegt,
oder von vornherein ein so profiliertes Metallband zur Bildung des Metall-Außen­ rohrs (2) verwendet wird, und
daß diese Profilierung, soweit sie nicht bei dem Längsnahtschweißen ohnehin ver­ schwindet, nach dem Längsnahtschweißen in die Ebene des Außenrohres (2) rückge­ formt wird.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall-Außenrohr (2) aus Aluminium besteht.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zwischenschicht zwischen dem Innenrohr (1) und dem Außenrohr (2) ein Haftvermittler (3) vorgesehen ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die nach außen profilierten Kanten (7) selbst stumpf entgegenstehen.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall-Außenrohr (2) neben der Profilierung an der Längsnaht (6) verteilt auf dem Umfang mit weiteren ähnlichen Profilierungen (9) versehen ist, die ebenfalls nach dem Längsnahtschweißen in die Ebene des Außenrohres (2) rückgeformt werden.
6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß ein bis vier weitere Profilierungen (9) vorgesehen sind.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückformen der Profilierungen vor der Wärmeeinwirkung durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückformen mit sternförmig angeordneten Kalibrierrollen erfolgt.
9. Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Verbundrohres oder Verbundprofiles,
wobei das Verbundrohr (oder das Verbundprofil) aufweist ein Kunststoff-Innenrohr (1) und ein an einer Längsnaht (6) verschweißtes Metall-Außenrohr (2),
und wobei das Außenrohr (2) rundum im wesentlichen bündig am Innenrohr (1) an­ liegt, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Innenrohr (1) aus einem einen Rückstelleffekt (Memoeffekt) bei Wärmeein­ wirkung aufweisenden Kunststoff hergestellt ist und/oder einer Vorverstreckung un­ terworfen worden ist, dergestalt, daß sich das Kunststoff-Innenrohr (1) anschließend bei einer entsprechend größenmäßig und zeitlich bemessenen Wärmeeinwirkung um ein bestimmtes Maß radial dauerhaft ausdehnt (Memoabmessung),
daß das Außenrohr (2) um das Innenrohr (1) im wesentlichen bündig, jedoch mit ei­ nem nicht bündigen Restbereich an der Längsnaht (6) geschlossen und an der Längsnaht (6) verschweißt wird und
daß nach erfolgter Längsnahtverschweißung das Innenrohr (1) und - unvermeidbar - auch das Außenrohr (2) einer zur Rückstellung des Innenrohres (1) in die Memoabmessung hinreichenden Wärmeeinwirkung ausgesetzt wird.
10. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (2) im Durchlauf um das Innenrohr (1) verschweißt wird.
11. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach erfolgter Längsnahtschweißung das Innenrohr (1) und - unver­ meidbar - auch das Außenrohr (2) im Durchlauf der Wärmeeinwirkung ausgesetzt wird.
12. Mehrschicht-Verbundrohr, das aufweist ein Kunststoff-Innenrohr (1) und ein an einer Längsnaht (6) verschweißtes Metall-Außenrohr (2), wobei das Außenrohr (2) rundum im wesentlichen bündig am Innenrohr (1) anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall-Außenrohr (2) in Längsrichtung des Mehrschicht-Verbundrohres verlaufende Profilierungs-Rückformspuren aufweist.
13. Mehrschicht-Verbundrohr, das aufweist ein Kunststoff-Innenrohr (1) und ein an einer Längsnaht (6) verschweißtes Metall-Außenrohr (2), wobei das Außenrohr (2) rundum im wesentlichen bündig am Innenrohr (1) anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoff-Innenrohr (1) aus einem bei Wärmeeinwirkung einen Rückstellef­ fekt (Memoeffekt) aufweisenden Kunststoff besteht.
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