DE19920034A1 - Armiertes Thermoplastrohr - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein durch eine profilierte Karkasse armiertes Thermoplastrohr, das aus mindestens einem thermoplastischen Kunststoff durch Extrusion gebildet wird. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Rohr 1 weist eine Außenschicht 2, eine Innenschicht 6 und eine Zwischenschicht 7 auf. Die Zwischenschicht 7 besteht mindestens aus einer Außenwendel 3 und einer Längsarmierung 4. Modifizierungen sehen vor, daß wahlweise eine auf der Innenschicht 6 befindliche Innenwendel 5 ebenfalls mit Längsarmierungen 4' versehen ist. Die Außenwendel 3 und die Innenwendel 5 bestehen aus ein oder zwei einzelnen, in gleicher oder unterschiedlicher Drehrichtung gewendelten Streifen 10; 10' eines bandförmigen Gitterformstoffes, der bevorzugt zwischen zusammenhängenden Stegen 11; 11' die Öffnungen 12; 12' unter den Auslenkungen 13; 13' gleicher oder entgegengesetzter Orientierung aufweist. Die Öffnungen 12; 12' sind bevorzugt unter einem spitzen Steigungswinkel alpha und unter einem spitzen Neigungswinkel beta in bezug zur Längsarmierung 4 in einem jeweils positiven und negativen Drehsinn orientiert. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Rohr kann überall dort verwendet werden, wo Flüssigkeit oder Gase unter hohem Druck transpsortiert werden müssen und eine hohe Druckfestigkeit des Rohres, aber auch eine hohe äußere Festigkeit bei einem optimal beschränkten Materialeinsatz sowie hoher Korrosionsbeständigkeit, Standfestigkeit und Wirtschaftlichkeit der Fertigung zu gewährleisten sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein durch eine profilierte Karkasse armiertes Thermoplastrohr, das mittels Extrusion aus mindestens einem thermoplastischen Kunststoff in einem integrierten Werkzeug hergestellt wird.

Das erfindungsgemäße Rohr kann überall dort verwendet wer­ den, wo Flüssigkeiten oder Gase unter hohem Druck transportiert werden müssen und eine hohe Druckfestigkeit des Rohres, aber auch eine hohe äußere Festigkeit bei einem optimal beschränkten Mate­ rialeinsatz sowie hoher Korrosionsbeständigkeit, Standfestigkeit und Wirtschaftlichkeit der Fertigung zu gewährleisten sind. Be­ vorzugte Einsatzgebiete betreffen Druckleitungen in der Wasser- und Abwassertechnik, bei Installationen des Wasserbaus, in der Kraftwerkstechnik sowie in der chemischen Industrie, hier bevor­ zugt zum Flüssigkeitstransport aggressiver Medien. Besondere An­ wendungen bestehen in Form hochfester Rohre für Förder- und Spülzwecke bei terrestrischen bzw. maritimen Gründungen. Das be­ trifft besonders Rohre zum Niederbringen in Erd- und Gesteins­ schichten, so in der geologischen Bohrtechnik, im Bergbau, bei der Gewinnung von Gemischen fossiler Kohlenwasserstoffe, bei Tiefbrunnen oder auch bei Meeresbohrungen in Techniken des off­ shore, wo auch abrasiv wirkende, kornförmige mineralische slur­ ries anfallen. Die Erfindung läßt auch die Ausbildung hohler stabförmiger Körper mit einem sehr hohen Längen-Durchmesser- Verhältnis zu, wie von hochfesten Gestängen, Hohlmasten, Pfählen sowie von eine besondere Festigkeit erfordernden Isolationen rohrförmiger elektrischer oder elektromagnetischer Leiter.

Als eine der wesentlichen Veröffentlichung zum Stand der Technik kann insbesondere das "Kunststoffrohr-Handbuch: Rohrlei­ tungssysteme für die Ver- und Entsorgung sowie weitere Anwen­ dungsgebiete", Vulkan-Verlag Essen, 3. Auflage, 1997 genannt wer­ den. Es sind auch starre Rohre aus thermoplastischen Kunststof­ fen, wie aus Polyolefinen bekannt, die in ihrem Einsatz für den Strömungstransport unterschiedlicher fließfähiger Medien bereits vorteilhafte mechanische und chemische Eigenschaften zeigen. Sie zeichnen sich bereits durch gute Formstabilität, Standfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und lange Lebensdauer aus. Insbesondere sind Polyolefine, wie Polyethylen und Polypropylen oder ähnliche Mischpolymere gegenüber aggressiven Chemikalien wie Säuren, Basen und den meisten organischen Lösungsmitteln hoch beständig.

Weiterentwicklungen führten zu zusammengesetzten Kunststoff­ rohren, deren einzelne Schichten konzentrisch zur gemeinsamen Rohrachse verlaufen. Die den Innenkern bildenden Schichten über­ nehmen in der Regel die Aufgabe, dem Angriff der zu fördernden Mittel zu widerstehen. Äußere Schichthüllen bestehen vor allem aus mechanisch widerstandsfähigen Materialien, die zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit gegenüber Einwirkungen äußerer Kräfte beitragen. Zwischenschichten übernehmen Bestimmungen, wie die Er­ höhung der mechanischen Verstärkung, der Haftverbindung zwischen den Schichten oder der Diffusionsfestigkeit gegenüber penetrie­ renden Medien (vgl. EP 0 030 091).

Die Kombination von Kunststoffen mit mäßig oder stark unter­ schiedlichen funktionellen Eigenschaften erlaubt z. B. die Steige­ rung der Beständigkeit von Rohren (DE 31 02 350, DE 42 40 658) oder den kostengünstigen Einsatz von zurückgewonnenem Kunststoff­ material (DE 32 02 350, DE 41 39 649). Die Herstellung dieser Rohre erfolgt bevorzugt durch Koextrusion (DE 41 32 984). Zur Verbindung einander artverwandter Kunststoffschichten werden zum Erzielen vorteilhafter Eigenschaften oft Haftvermittler einge­ setzt, die eine form- und kraftschlüssige Vereinigung mehrerer Schichten gewährleisten sollen (DE 195 36 698). So müssen Innen­ rohre und Außenmäntel, zwischen denen sich artfremde Metall­ schichten, wie elektromagnetisch abschirmende Folien befinden, zumindest miteinander verklebt werden (DE 30 23 214, DE 32 09 600). Gegebenenfalls ist es möglich, Metallfolien mit Per­ forationen zu versehen, die eine gegenseitige Durchdringung unter Verfestigung sich miteinander verbindender Kunststoffe zulassen (EP 0 567 667). Es erweist sich als besonders nachteilig, daß bei einer Verbindung von Polyolefinen einzig schichtanlösende Haft­ vermittler in Frage kommen, die halogenierte olefinische nieder­ molekulare Bestandteile aufweisen und somit aus ökologischen Gründen abzulehnen sind. Für die Verbindung einander artfremder Kunststoffschichten, wie z. B. von Polyolefinen und polyfluorier­ ten Olefinen, sind bisher keine effektiven Haftvermittler bekannt geworden. Für bevorzugte Haftverbindungen werden beispielsweise Aufschrumpftechniken (DE 40 24 997) oder sandwichartige gekammer­ te Bauweisen (DE 33 22 378, EP 0 836 042) angewendet, um eine Verbindung von verschiedenartigen Kunststoffmaterialien herzu­ stellen, die Festigkeit gegenüber äußeren Kräftewirkungen zu er­ höhen und um eine Beschädigung, Ablösung oder auch Zerstörung einzelner Schichten einzuschränken. Verstärkungen mit chemisch inerten Faserstoffen erlauben so eine verstärkte Haftung aneinan­ der grenzender Schichten (EP 0 358 178, DE 43 22 659). Hier be­ steht jedoch die Gefahr einer Delaminierung, indem ursprünglich an den Fasern anhaftende Kunststoffe unter Belastung voneinander abgleiten und sich trennen. In der DE 42 38 696 werden deshalb zwei Rohrschichten vorteilhaft ohne einen Haftvermittler mitein­ ander mäanderförmig und sich verklammernd so verzahnt, daß die obere Schicht bei Bedarf ausgetauscht werden kann. Bekannt sind auch Kunststoffrohre mit dünnen Metalleinlagen, deren gewickelte Bänder sich zwecks Verfestigung der Zwischenschicht an ihren Rän­ dern überlappen (DE 23 52 086). Eine gewünschte und befriedigende hohe Druckfestigkeit kann dadurch allerdings in keinem Fall er­ reicht werden.

Kunststoffrohre mit einer inneren Beanspruchung durch hohe Drücke können nicht ohne eine verstärkende und stabile Karkasse auskommen, die sowohl radiale Belastungen aufnehmen kann als auch den durch Innendruck verursachten axialen Zugbelastungen wider­ steht. Bei nicht starren Rohrleitungen muß noch zusätzlich die vorwiegend weitmaschig aus spiralförmig gewundenen Ringen beste­ hende Karkasse einer gewissen Flexibilität genügen, die bei eine Absenkung des Innendrucks ein Zusammenfallen der meist gewellten Rohr- oder Schlauchgebilde verhindert. So besitzen Druckschläuche flexible Einlagen aus Draht oder Geflecht, die untereinander kreuzweise angeordnet und verflochten sind (DE 33 44 544, DE 34 01 931, DE 38 40 584, DE 44 32 481). Hierbei erhöhen unter­ schiedliche Schlagrichtungen der Einlagen die Längs- und Quersta­ bilität. Es soll an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, daß es nicht Ziel der vorliegenden Erfindung ist, die bestehenden Grenzen der elastischen Verformbarkeit auszudehnen und diejenige der plastischen einzuschränken.

Es ist ebenfalls bekannt, daß sich strukturbildende gitter­ artige Formstoffe, wie Zuschnitte von Streckmetallen, hervorra­ gend für Verstärkungseinlagen in unterschiedlichen Materialien eignen, beispielsweise als Plattengitter für Batterien (DE 36 29 527). Aufgrund ihrer profilierten Auslenkungen der Schlitz- oder Gitterreihen aus einer mittleren Materialebene widersetzen sie sich allerdings in gewisser Weise den Biege- und Wickelvor­ gängen. So werden auch Streckformstoffe wie Streckmetall für die Armierungen eingesetzt. In der DE 23 54 731 dienen jedoch die de­ formierbaren Maschen einer Nachformung der Schichten beim Schrumpfen von PTFE im Verlauf des Sinterprozesses zum fertigen Rohrkörper, wobei Längsarmierungen äußerst hinderlich sind. In der Struktur stabile Streckmetalle besitzen bei Verformungen in ihrer Fläche beim gerichteten Walzen oder Rollen jedoch Vorzugs­ richtungen, indem diese parallel zu einer Haupt- oder Nebendiago­ nalen ihrer rautenförmigen oder rautenähnlichen, die strukturier­ te Zellen ausbildenden Öffnungen erfolgen. Auch können bevorzugte Kanten für eine nachträgliche Verformung dadurch gebildet werden, daß unterschiedliche Materialquerschnitte oder Breiten der Stege zwischen den Öffnungen vorliegen, die auch unter verschiedenarti­ gen Winkeln zweier Vorzugsrichtungen orientiert sind. Gleichwohl werden die Stege größerer Querschnittsabmessungen bei einer Ver­ wendung als Armierung stets in Richtung vorrangig gerichteter Kraftwirkungen angeordnet sein.

Es ist ebenfalls ein durch eine Drahtkarkasse armiertes Thermoplastrohr aus Niederdruck-Hochdichte-Polyethylen bekannt (DE 44 16 434), das sich auf die Veröffentlichungen US 3 871 410, SU 92 99 51 und SU 13 66 757 stützt. Hierbei werden Drähte zur Längsarmierung auf dem Umfang einer unbeweglichen zylindrischen Schweißelektrode angeordnet. Eine Querwendelarmatur wird spiral­ förmig darauf gewickelt und mittels eines Rollenmechanismus ver­ schweißt. Gleichzeitig wird extrudierendes Kunststoffmaterial in einen Formhohlraum der zugehörigen vereinigten Vorrichtung, die ein kompaktes Werkzeug darstellt, zugeführt. Es werden nach die­ sem Stand der Technik statt bisher einer nun mindestens zwei Ar­ mierungswendeln in Form radialer Drähte bei einer gegenseitigen zentralsymmetrischen Verschiebung auf vorgespannte Längsdrähte aufgebracht. Ziel ist die Vergrößerung der linearen Produktions­ leistung, die hier als eine zeitbezogene Meterware, nämlich als Rohrlänge pro Zeiteinheit, für die Fertigung ausgedrückt wird, weil sich die Zeit für die Verschweißung der Karkasse nicht mehr als begrenzender Faktor herausstellt. Damit kann der Durchmesser der Rohre bei Erhaltung der für die Erfüllung der Festigkeitskri­ terien notwendigen Maschenweite bei gleichzeitig verbesserten Qualitäts- und Leistungskennwerten erhöht werden. Bereits vor­ teilhaft ist die gemeinsame Herstellung der Außen-, Innen- und Zwischenschicht des Rohres in einer einzigen, integrierten Vor­ richtung mit begrenzten Abmaßen.

Diese technische Lösung weist den Nachteil auf, daß eine weitere Erhöhung der linearen Produktionsleistung, die im Bereich von 0,10 bis 0,12 m/min bei einer Zellengröße von etwa 7,5 × 8,0 mm² bei einem Drahtdurchmesser von 2,5 bis 3,0 mm liegt, nicht erreicht werden kann. Jede einzelne vorgeformte Zelle muß mit je­ weils vier anteiligen Schweißpunkten versehen werden, wobei sich die Dauer des Schweißimpulses im Bereich von nur 100 bis 120 ms bewegt. Jede Windung einer Drahtwendel muß getrennt von der be­ nachbarten aufgewickelt und mit den Längsarmierungen zu einzelnen Zellen in einer Vielzahl von Punkten verbunden werden. Aus Grün­ den der geforderten und mittels Normen definierten Festigkeit kann auch die Zellengröße nicht weiter erhöht und die auf eine Längeneinheit der Zelle bezogene Anzahl anteiliger Schweißpunkte gesenkt werden. Der Rohrdurchmesser kann über eine Nennweite von etwa 300 mm bei einer geforderten Druckfestigkeit von 5 bis 13 bar kaum hinausgehen.

Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung eines durch eine profilierte Karkasse armierten Thermoplastrohres. Es sollen ex­ treme axiale Druckbelastungen lediglich durch Längsarmierungen aufgefangen werden, die eine parallel zur Rohrachse und längs verlaufende Stab- oder Stangenform aufweisen oder zumindest aus drahtförmigen Elementen bestehen. Mit den Längsarmierungen ver­ bundene Querarmierungen sollen dazu dienen, Rohrgebilde zu ver­ fertigen, deren Festigkeit und Stabilität vor allem durch die me­ tallische Struktur der Karkasse insgesamt und in Form von Gitter­ werken bestimmt wird.

Das erfindungsgemäße Rohr soll

• - eine gefordert hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Zug- und Druckbelastungen in einer Längsrichtung, aber auch in Schräg- oder Querrichtungen zur Rohrachse bei einem gesenkten Material­ aufwand im Vergleich zum Stand der Technik aufweisen,
• - bei gleicher oder gesteigerter Festigkeit der Karkasse ledig­ lich ein notwendiges Minimum der Anzahl an Längsarmierungen be­ sitzen,
• - eine bessere Verbindung zwischen unterschiedlichen thermopla­ stischen Kunststoffen erlauben und dadurch sowohl axiale als auch radiale Krafteinwirkungen besser und unter Festlegung von Vorzugsrichtungen auffangen,
• - eine lineare Produktivität bei der Herstellung aufweisen, die in der Weise gesteigert werden kann, daß eine Mehrzahl von Zel­ len bereits vorgeformt ist und so insgesamt einer Verbindung mit der Längsarmierung unterzogen wird.

Diese Aufgabe wird durch das in den Patentansprüchen und den anliegenden Zeichnungen dargestellte armierte Thermoplastrohr ge­ löst. Es entstehen Rohre aus miteinander verschweißten Längsele­ menten (genannt "Stringer") und Querelementen ("Nervüre"), die vom thermoplastischem Kunststoff durchdringbare und maschenartig vernetzte Zellen einer Karkasse bilden.

Erfindungsgemäß wird ein streifen- oder bandartig vorgeform­ ter, profilierter Gitterformstoff als Querarmierung auf die Längsarmierung aufgebracht und mit dieser fest verbunden. Dabei ist es nicht erforderlich, die wellenförmigen oder gezahnten Randschnittkanten in Form von in sich geschlossenen Stegen zu fassen. Der Formstoff ist bevorzugt ein Streckmetall, wenn eine hohe Verfestigung der Querarmierung mit der Längsarmierung und der einzelnen Schichten miteinander angestrebt wird. Der Gitter­ formstoff wird bevorzugt in ein- oder zwei bandförmigen Wickeln, vorzugsweise unter einer gegenseitigen Versetzung um 180° auf die Längsarmierung aufgebracht, die mindestens aus drei Längselemen­ ten besteht. Durch die in sich gesteigerte Festigkeit des Wickels unter gleichzeitiger Verbindung der Randkanten kann die Anzahl und auch der Durchmesser der drahtförmigen Längsarmierungen be- trächtlich gesenkt werden. Es ist auch eine höhere Zahl von Wic­ keln als zwei möglich, wenn größere Durchmesser des Rohres als etwa 300 mm vorliegen und die Schrittweite der Querarmierung ver­ größert werden soll. Jedes Band umfaßt so eine größere Anzahl von durch den Gitterformstoff bereits vorgebildeten Zellen. Der ge­ wählten Bandbreite und den vorgegebenen Festigkeitswerten ent­ sprechend sind etwa 8 bis 15 Zellen in der Querrichtung jedes Bandes vorhanden. Der Gitterformstoff besitzt regelmäßig angeord­ nete Öffnungen, die die maschenartig begrenzten und regelmäßig strukturierten Zellen darstellen. Diese Öffnungen sind ihrerseits durch Stege begrenzt, die entweder in einer gemeinsamen Material­ ebene liegen oder bevorzugt aus dieser Ebene unter einem spitzen Winkel herausgeformt sind. Werden die einzelnen Stege, als Gruppe betrachtet, gemeinsam und in einer gleichen Richtung verlaufend unter einem Winkel orientiert, so sind sie als schräge, zahn- oder schuppenartige Auslenkungen zur Materialebene des Gitter­ formstoffes jeweils in die Außenschicht unter einem positiven spitzen Winkel und in die Innenschicht unter dem gleichen, jedoch zentralsymmetrisch dazu gespiegelten, negativen Winkel gerichtet. Gewickelte und an ihren Schnittkanten einander benachbarte Bänder können mit ihren Öffnungen und den Auslenkungen ihrer Stege in einer Richtung des Wickels, aber auch alternierend um 180° ver­ setzt, diesem entgegengerichtet sein. Bei dieser Anordnung er­ folgt eine Verformung entlang der längeren Diagonalen einer Öff­ nung. Die einzelnen Stege sind, ihrem gruppenweise gitterartigen Verlauf in zwei verschiedenen Verläufen folgend, sowohl unter ei­ nem festgelegten Neigungswinkel als auch unter einem Steigungs­ winkel der parallel zur Rohrachse gerichteten Längsarmierung gruppiert. Auch diese sind bevorzugt spitze Winkel. Nimmt davon abweichend einer dieser Winkel nahezu den Wert 0° an und der an­ dere entsprechend nahezu den Wert 90°, so ist eine Gruppe von Stegen etwa längs der Rohrachse, die andere Gruppe längs des Rohrumfangs und etwa quer zur Rohrachse ausgerichtet. Beide Grup­ pen von Stegen besitzen verschiedene Materialquerschnitte und so­ mit unterschiedliche Festigkeitseigenschaften, die sie in unter­ schiedlichen Orientierungen zur Rohrachse aufweisen.

Der Gitterformstoff kann gegebenenfalls auch aus einem Kunststoff bestehen, der ausreichend hart ist und sich auch zu­ mindest teilweise mit der thermoplastischen Außen- und der Innen schicht verbinden kann. Hier ist es vorteilhaft, ein Mattenmate­ rial aus einem gemischten Formstoff, das in Gestalt eines punkt­ förmig verbundenen Geleges aus einem Kunststoff und einem Metall auftreten kann, zu verwenden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung be­ steht das Rohr aus einer Längsarmierung, auf die ein Innenwickel mit einem zusätzlichen Außenwickel aufgebracht ist und mit diesem gemeinsam die Zwischenschicht bildet. Auch hier können Innenwic­ kel und Außenwickel aus Bändern bestehen, die sich in der Aus­ richtung ihrer Öffnungen voneinander unterscheiden. Eine bevor­ zugte Ausführungsform besteht darin, daß die beiden unterschied­ lichen Wickel gleiche Neigungswinkel und gleiche Steigungswinkel aufweisen, die jedoch jeweils von einem gleichen Punkt auf der Längsarmierung ausgehen und in einem positiven und in einem nega­ tiven Drehsinn verlaufen. Einzelne Öffnungen und einzelne Stege überdecken und überkreuzen sich dabei teilweise.

Ein besonderer erfinderischer Gedanke besteht darin, daß sich bei der Durchführung des zugehörigen Extrusionsverfahrens die schuppenartigen Auslenkungen der Stege des Gitterformstoffes mit dem Kunststoffmaterial verhaken und verzahnen. Während ein einzelner oder zwei voneinander verschiedene, die Schichten des Rohres ausformende Kunststoffe gemeinsam extrudiert und einem ge­ teilten Formraum mit der inmitten darin verlaufenden Karkasse zu­ geführt werden, durchdringen die Kunststoffe anteilig im noch teigigen, thermoplastischen Zustand die Öffnungen zwischen den Stegen. Beide Schichten verbinden sich dabei zumindest teilweise unter Durchmischung und Abbindung miteinander und erstarren zwi­ schen den Stegen als Positivform des Materialverbundes, so daß der Kunststoff als Abbild eine Negativform der Stege darstellt. Beim Vorliegen zweier einander entgegengerichteter Wickel dringt der Kunststoff auch zwischen diese beiden Schichten unter einer zusätzlich wirkenden Vernetzung und Verfestigung. Auf diese Weise entstehen mit Hilfe des profilierten Gitterformstoffes armierte rohrförmige Kunststoffschichten, die untereinander nicht nur ei­ nen Formschluß, sondern auch einen Kraftschluß gewährleisten. So können die Auslenkungen der Stege bevorzugt in die Richtungen orientiert werden, die vor allem Widerstände gegenüber einer Zug- oder Druckbelastung, aber auch gegen eine Belastung durch Verdre­ hung ausbilden. Sind im Streckformstoff Stege unterschiedlich großen Querschnitts vorgesehen, die in einer Richtung gruppiert sind, so werden gruppenweise Stege des größeren Querschnitts ge­ genüber äußeren Krafteinwirkungen ein stabileres Verhalten als diejenigen kleineren Querschnitts aufweisen und so in eine Vor­ zugsrichtung gerichtet sein können, daß der ursächlich aufgetre­ tenen Belastung besser entgegengewirkt wird. Bei einer gruppen­ weisen Ausrichtung stärkerer Stege unter dem Neigungswinkel von nahezu 0° und schwächerer Stege unter dem Steigungswinkel von na­ hezu 90° können so für das Rohr stärkere Druck- und Zugbelastun­ gen in Längsrichtung zugelassen werden. Bevorzugte Einsatzfälle der Erfindung ergeben sich z. B. als Bohrrohre, in denen der ab­ zufangende Innendruck untergeordnet sein kann. Bei einer gruppen­ weisen Ausrichtung der stärkeren Stege unter dem Neigungswinkel von nahezu 90° und entsprechend schwächerer Stege unter dem Stei­ gungswinkel von nahezu 0° kann hingegen das Rohr auch umfangrei­ chere innere Druckbelastungen aufnehmen. Damit ergeben sich bes­ sere Einsatzmöglichkeiten für Hochdruckrohre, die für die Druck­ förderung der sie durchströmenden Medien verwendet werden und da­ bei die axialen Kräfte untergeordnet sein können. Einseitig schräg gerichtete Stege nehmen bevorzugt Torsionskräfte in einer Drehrichtung auf, die durch das Zusammenwirken der axialen und radialen Kräfte entstehen, beispielsweise bei Bohrrohren. Sind die Stege gruppenweise wechselnd entgegengesetzt gerichtet, so können Torsionskräfte in beiden Drehrichtungen abgefangen werden. Wenn äußere Belastungen lediglich in einer Richtung auftreten, kann es so von Vorteil sein, mattenartige und kombinierte Form­ stoffe aus Kunststoff und Metall einzusetzen. Hier werden die me­ tallischen Stege vornehmlich in Richtung der größten Belastung orientiert sein.

Die Verbindung der Längsarmierung mit der spiralförmig ge­ wendelten Querarmierung erfolgt nicht mehr nur punktförmig an den anteiligen Eckpunkten der einzelnen Zellen, sondern es wird in­ folge der Vorwärtsbewegung der profilierten Karkasse im Herstel­ lungsprozeß in der Vorrichtung eine Verbindung einzelner Bänder in schräger Richtung zur Streifenbreite und an den Streifenrän­ dern des Gitterformstoffs erreicht. Wird ein Rollenschweißmecha­ nismus zur Verbindung von Längs- und Querarmierung eingesetzt, so ist auch eine zumindest teilweise Verbindung an den aneinander­ stoßenden Schnittkanten der Bänder zu erwarten. An diesen Schnittkanten treten auch gratartige Klüftungen unter Ausbildung von freistehenden Grannen aus durchschnittenen Stegen auf, die eine Durchdringung und Verzahnung einander benachbarter Schnitt­ kanten bewirken, auch infolge des Rollenandrucks. Dabei entstehen zusätzliche, entsprechend den Schnittstellen willkürlich verteil­ te Verbindungsstellen in der gewickelten Karkasse. Wenn ein zwei­ ter, dem Außenwickel entgegengerichteter Innenwickel vorliegt, so entstehen weitere Verbindungsstellen an denjenigen Berührungs­ stellen, die sich in beiden Schichten an den Erhebungen der Aus­ lenkungen befinden. Insgesamt erhöhen sich die Stabilität der Karkasse und damit die Qualitätswerte des Rohres sowie die Lei­ stungskennwerte des zugehörigen Verfahrens, wobei eine festig­ keitsbestimmende Zellengröße angenähert beibehalten wird. Die Au­ ßenschicht, die Zwischenschicht und die Innenschicht des Rohres besitzen insgesamt eine geringere Wandstärke, als die aus den gleichen Kunststoffen hergestellten Schichten ohne die profilier­ te Karkasse. Aufgrund der Vielzahl von Durchdringungen durch die Maschenöffnungen der Zellen und der gegenseitigen Verzahnungen ist ein Abgleiten der thermoplastischen Kunststoffe unter äußeren Belastungen stark eingeschränkt.

Das zugehörige Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemä­ ßen armierten Thermoplastrohres ist dadurch gekennzeichnet, daß in einer gemeinsamen Vorrichtung und in einem an sich bekannten Werkzeug, in einem ersten Arbeitsschritt eine Längsarmierung auf einen rohrförmigen Formkörper aufgebracht und in einem zweiten Schritt eine Querarmierung aus dem Gitterformstoff wendelartig aufgewickelt wird. Drittens erfolgt die Verbindung an den Berüh­ rungsstellen beider Armierungen zur Karkasse, vorzugsweise durch Rollenverschweißen. Dabei werden nicht nur die Längsarmierungen mit der Querarmierung verschweißt, sondern es verbinden sich auch die sich berührenden und sich verzahnenden Randstellen des Streckformstoffes. Nahezu gleichzeitig wird viertens in den Form­ hohlraum des Werkzeuges mindestens ein extrudierter thermoplasti­ scher Kunststoff eingebracht. Der Formhohlraum ist so gestaltet, daß mindestens ein Kunststoffanteil zwischen Außenschicht und Zwischenschicht oberhalb dieser, und ein zweiter Anteil davon ge­ trennt unterhalb der Zwischenschicht, die Innenschicht ausbil­ dend, dem Werkzeug zugeführt wird. Die anteiligen Ströme werden über anteilige Durchsätze und einen gemeinsamen Zuführungsdruck so gesteuert, daß sich eine angenäherte gleiche Verteilung beider Anteile im Formhohlraum und in den Öffnungen der Zwischenschicht einstellt.

Das Verfähren kann dadurch modifiziert werden, daß der zwei­ te Arbeitsschritt durch das Aufbringen einer entgegengesetzt ge­ wickelten Außenwendel, um eine oder mehrere Schrittbreiten ver­ setzt, auf eine gewickelte Innenwendel erweitert wird. In der Re­ gel wird zuerst die Innenwendel auf einer Längsarmierung herge­ stellt, auf die dann eine Außenwendel aufgebracht wird. Die Au­ ßenwendel kann eine weitere Längsarmierung aufweisen. Weitere Vorteile der Fertigung ergeben sich dadurch, daß bei übereinander liegenden Schweißpunkten in der Regel ein durch den Anpreßdruck der Rollen bedingter verbesserter Punktkontakt mit einem verrin­ gerten elektrischen Widerstand vorliegt, was zum Anwachsen des Impulsstromes und einer vervollkommneten punktförmigen Verfesti­ gung der Karkasse führt.

Es ist möglich, daß sich bei einem längeren Gebrauch der Rohre unter hohen Beanspruchungen, die beispielsweise stoßartig wechselnde mechanische Belastungen sind, auch Erscheinungen der Ablösung der Kunststoffe von der Gitterformstoffmatte auftreten. Es konnte überraschend festgestellt werden, daß in diesen Fällen durch eine nachträgliche Temperung der Kunststoffschichten, die oberhalb des Fließpunktes zumindest eines der Kunststoffe erfol­ gen soll, eine Ausheilung mechanischer Fehlstellen erreicht wer­ den kann. Auf diese Weise ist es möglich, die Lebensdauer bereits gebrauchter Rohre weiter zu verlängern.

Die Erfindung wird an Beispielen näher erläutert, die selbstverständlich nicht als Einschränkung zu betrachten sind. In den zugehörigen Figuren zeigen:

Fig. 1 das erfindungsgemäße Rohr,

Fig. 2 ein vom Stand der Technik abgeleiteter und vorgeformter bandförmiger Streifen einer Armierung, gebildet aus einer Matte aus Gitterformstoff,

Fig. 3 einen Materialstreifen einer Wendel mit angenähert qua­ dratischen Öffnungen der Zellen des Gitterwerkes nach Fig. 2,

Fig. 4 ein oder zwei benachbarte und in gleicher Richtung ge­ wendelte Streifen aus einem schuppenförmigen Streckmetall, jedoch mit Orientierung der segmentartigen Öffnungen in einer gleichen Wendelrichtung,

Fig. 5 zwei einander benachbarte gewendelte Streifen ähnlich Fig. 4, jedoch mit Orientierung der Öffnungen in zueinander ent gegengesetzter Richtung,

Fig. 6 Schnitt durch einen Materialstreifen nach Fig. 4,

Fig. 7 Schnitt durch die Rohrwand mit einem Flansch unter be­ vorzugter Orientierung des Streckmetalls in Richtung einer axial wirkenden Druckbelastung,

Fig. 8 Schnitt wie Fig. 7, mit bevorzugter Orientierung des Streckmetalls in Richtung einer axial wirkenden Zugbelastung,

Fig. 9 Ausschnitt aus einer Gitterformstoffmatte mit rautenför­ migen Maschenöffnungen.

Beispiel 1

Mit Bezug auf Fig. 1 besteht das Rohr 1 aus der Außen­ schicht 2, der Innenschicht 6 und der Zwischenschicht 7, die ih­ rerseits mindestens eine Außenwendel 3 auf mehreren Elementen ei­ ner Längsarmierung 4 aufweist, und werden die Außenwendel 3 und die Innenwendel 5 aus einzelnen Streifen 10; 10' gebildet, die zwischen zusammenhängenden und profilierten Stegen 11; 11' Öff­ nungen 12; 12' aufweisen. Bei einzelnen, miteinander verbundenen Stegen 11; 11' bestehen Auslenkungen 13; 13' mit den Kanten 14; 14', die unter einem Steigungswinkel (α) und unter einem Nei­ gungswinkel (β) zur Längsarmierung 4; 4' orientiert sind. Die In­ nenwendel 5 ist an ihrer unteren Seite mit einer Längsarmierung 4' versehen. Es werden zwei gegenläufig gewendelte Zwischen­ schichten 7; 7' gebildet. Die Längsarmierung 4' befindet sich auf der Innenschicht 6. Die beiden Winkel a und β besitzen eine glei­ che Neigung von 45°, bezogen auf einen in einer Öffnung 12 lie­ genden Punkt auf der parallel zur Rohrachse verlaufenden Längsar­ mierung 4; 4'.

Beispiel 2

Mit Bezug auf Fig. 2 besteht der Streifen 10 des Gitter­ formstoffs aus Profilstegen halbrunden Querschnitts, wobei in den Kreuzungspunkten summarisch etwa die 1,5fache Breite der Stege vorliegt. Die Öffnungen 12 weisen eine nahezu quadratische Form auf. Die Auslenkung 13, 13' betragen 90°. Die Kanten 14; 14' ver­ laufen in der Zwischenschicht 7 zur Rohrachse in konzentrischen zylindrischen Schichten. Der Streifen 10 besitzt in der Längs­ richtung die einfache Festigkeit der Stege 11'. In der Querrich­ tung besitzen die Stege 11 die Festigkeit, die etwas mehr als nur die Hälfte der etwa querschnittsgleichen Stege 11' beträgt.

Beispiel 3

Mit Bezug auf Fig. 3 besteht die Karkasse aus einem einzi­ gen gewendelten Streifen 10 des unter Beispiel 2 beschriebenen Materials. Der Steigungswinkel α besitzt bezüglich der Längsar­ mierung 4 und der Rohrachse einen Wert von -5°, der Neigungswin­ kel β beträgt dazu 85°. Die Schnittkanten des Streifens 10 berüh­ ren sich, sind jedoch nicht miteinander verzahnt. Jeweils eine in axialer Richtung verlaufende Gruppe von Zellen besitzt die ge­ meinsame Längsarmierung 4.

Beispiel 4

Mit Bezug auf Fig. 4 bestehen die gleichen Streifen 10; 10' aus einer einfachen Wendel eines Streckmetalls, wobei sowohl die Öffnungen 12 als auch die Öffnungen 12' in Richtung des Streifen­ materials gerichtet sind. In Fig. 6 wird gezeigt, daß die profi­ lierten Stege 11 aus einer mittleren Materialebene ausgeformt sind und Auslenkungen 13 aufweisen, die 35° betragen. Die Kanten 14; 14' weisen in Richtung der Wendelung. Bevorzugt werden Bela­ stungen in dem einzigen Drehsinn aufgefangen, der den Kanten 14; 14' entgegengerichtet ist. Die schräg zum Drehsinn der Wendel ge­ richteten Stege 11 sind breiter als die im Drehsinn gerichteten Stege 11'.

Beispiel 5

Die Fig. 5 zeigt eine Gestaltungsvariante einer Doppelwen­ del, in der die Orientierung der Öffnungen 12; 12' in eine zuein­ ander entgegengesetzte Richtung weist. Die Auslenkungen 13 betra­ gen 35°. Die Kanten beider Wendeln 14; 14' weisen jeweils in einem entgegengesetzte Richtung zur Wendelung. Bevorzugt werden Bela­ stungen in beiden möglichen Drehrichtungen des Rohres aufgefan­ gen, die auch jeweils den Kanten 14; 14' entgegengerichtet sind. Die Stege 11; 11' sind wie in Beispiel 4 orientiert.

Beispiel 6

Mit Bezug auf Fig. 7 sind die Kanten 14; 14' einer bevor­ zugten axialen und stauchenden Druckbelastung durch die entgegen­ gerichteten Kräfte F₁ und F₂ ausgesetzt und mit Bezug auf Fig. 8 sind sie einer Zugbelastung unterzogen. Die Kräfte F₁ und F₂ sind ebenfalls einander entgegengerichtet. Die Auslenkungen 13; 13' sind bei einem positiven und einem negativen Drehsinn im Betrag etwa gleich.

Beispiel 7

Bei gleichen Querschnitten der Stege 11; 11' und im Betrag unterschiedlichen Kräften F₁ und F₂ können in den einander entge­ gengesetzt möglichen Richtungen der Kraft F₁ größere Belastungen als in den entsprechenden Richtungen von F₂ aufgenommen werden.

Beispiel 8

In der nach folgenden Tabelle wird das erfindungsgemäße Rohr mit einem nach dem Stand der Technik verglichen:

Tabelle

Bezugszeichenliste

1

Rohr

2

Außenschicht

3

Außenwendel

4

Längsarmierung

4

' Längsarmierung

5

Innenwendel

6

Innenschicht

7

Zwischenschicht

7

' Zwischenschicht

10

Streifen

10

' Streifen

11

Steg

11

' Steg

12

Öffnung

12

' Öffnung

13

Auslenkung

13

' Auslenkung

14

Kante

14

' Kante
α Steigungswinkel
β Neigungswinkel
F₁

Kraft
F₂

Kraft

Claims (20)

1. Thermoplastrohr, armiert durch eine profilierte Karkasse, be­ stehend aus einer Außenwandschicht eines thermoplastischen Kunst­ stoffes und aus einer gleichen oder davon verschiedenen, aus thermoplastischem Kunststoff gebildeten Innenwandschicht sowie aus mindestens einer die Karkasse bildenden Zwischenschicht, wo­ bei eine umfangsseitige Längsarmierung die Form im gleichmäßigen Abstand angeordneter, parallel zur Rohrachse verlaufender stab- oder drahtförmiger Elemente aufweist, auf der eine spiralförmig gewickelte und um einzelne Schrittbreiten versetzte Querwendelar­ mierung aufgebracht und mit der Längsarmierung zellenartig zumin­ dest punktförmig fest verbunden ist sowie ein Formschluß und ein Kraftschluß zwischen den einzelnen Schichten gewährleistet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Querwendelarmierung mindestens aus einem Streifen eines bandförmigen, mattenartigen, aus einer mittleren Materialebene ausgelenkten, perforierten und spiralför­ mig gewendelten Gitterformstoffs wie aus einem Streckformstoff oder aus einem Streckmetall besteht, der mit der Längsarmierung fest verbunden ist, daß sich die Außenschicht mit mindestens ei­ ner Innenschicht über die Zwischenschicht erstreckt und mit die­ ser über maschenartige Öffnungen ebenfalls in einer festen und plastischen Verbindung steht, wobei mindestens ein thermoplasti­ scher Kunststoff die Öffnungen des Formstoffes durchdringt und die Außen- und die Innenschicht zumindest teilweise und gegensei­ tig anteilig innerhalb der Öffnungen durchsetzt und miteinander verzahnt, wobei das Rohr (1) aus der Außenschicht (2), der Innen­ schicht (6) und der Zwischenschicht (7) besteht, die ihrerseits mindestens die Außenwendel (3) und die Längsarmierung (4) auf­ weist, und die Außenwendel (3) und die Innenwendel (5) aus ein­ zelnen Streifen (10; 10') gebildet werden, die zwischen zusammen­ hängenden und profilierten Stegen (11; 11') Öffnungen (12; 12') aufweisen, sowie bei einzelnen, miteinander verbundenen Stegen (11; 11') Auslenkungen (13; 13') mit den Kanten (14; 14') beste­ hen, die unter einem Steigungswinkel (α) und unter einem Nei­ gungswinkel (β) zur Längsarmierung (4; 4') orientiert sind.

2. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (10; 10') aus einer mittleren Materialebene herausgeformt sind, die mindestens das Einfache und höchstens etwa das Doppelte der Materialdicke beträgt.

3. Rohr nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (11; 11') eine Orientierung der Öffnungen (12; 12') mit den Auslenkungen (13; 13') und den Kanten (14; 14') in einer gleichen Richtung des Verlaufs der Streifen (10; 10') aufweisen.

4. Rohr nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (12; 12') einen zueinander entgegengesetzten Verlauf der Auslenkungen (13; 13') aufweisen und die Kanten (14; 14') in entgegengesetzte Richtungen weisen.

5. Rohr nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Stege (11; 11') unterschiedlich und bis zum Zweifachen untereinander verschieden ist.

6. Rohr nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel (α) und der Neigungswinkel (β) zur Längsarmierung (4; 4') unter einem spitzen Winkel zwischen 0° und 90° verlaufen.

7. Rohr nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel (α) und der Neigungswinkel (β) etwa zu 5° und zu 85° zur Rohrachse orientiert sind, wenn die Breite des Steges (11) diejenige des Steges (11') in der radialen Querrichtung übersteigt.

8. Rohr nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel (α) und der Neigungswinkel (β) etwa 85° und 5° beträgt, wenn die Breite eines Steges (11) diejenige eines Steges (11') in Richtung der Rohrachse unterschreitet.

9. Rohr nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) die Außenschicht (2) auf der Längsarmierung (4) und dar in höchstens die Innenwendel (5) auf der Innenschicht (6) auf­ weist.

10. Rohr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Innenwendel (5) unterhalb der Außenwendel (3) befindet.

11. Rohr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen­ wendel (5) höchstens eine zweite Längsarmierung (4') aufweist, die parallel zur Längsarmierung (4) verläuft.

12. Rohr nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne miteinander verbundene Stege (12; 12') der Zwischen­ schicht (7; 7') unter einem Steigungswinkel (α) und unter einem Neigungswinkel (β) zur Längsarmierung (4) in einem ersten Dreh­ sinn gerichtet sind, diejenigen der Außenwendel (3) jedoch in ei­ nem zweiten Drehsinn orientiert sind, der in der Größe dem ersten gleicht, diesem jedoch entgegengerichtet ist.

13. Rohr nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittkanten einzelner benachbarter und um eine Schrittbreite versetzter Streifen (10; 10') nicht mit einem Saum versehen sind und miteinander eine Vielzahl von einzelnen zahnförmigen Berüh­ rungspunkten bilden.

14. Rohr nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (10; 10') des Gitterformstoffes ein punktweise verbundene Gelege aus einzelnen stab- oder drahtartigen Kunststoffelementen und/oder Metallelementen darstellen.

15. Rohr nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der metal­ lische Anteil der Stege (10; 10') in Richtung der größten Bela­ stung orientiert ist.

16. Verfahren zur Herstellung eines Thermoplastrohres nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach­ einander die folgenden Operationen ausgeführt werden:

• a) in einem Werkzeug wird eine Längsarmierung (4) auf einen rohr­ förmigen Formkörper aufgebracht,
• b) auf die Längsarmierung (4) wird eine Außenwendel (3) aus dem Gitterformstoff gewickelt,
• c) an den Berührungsstellen der Außenwendel (3) mit der Längsar­ mierung (4) wird form- und kraftschlüssig die Verbindung zur gemeinsamen Zwischenschicht (7) hergestellt,
• d) in einen räumlich konzentrisch aufgeteilten Formhohlraum des Werkzeuges wird mindestens ein extrudierter und anschließend erhärtender thermoplastischer Kunststoff jeweils oberhalb und unterhalb der Zwischenschicht (7) eingebracht.

17. Modifiziertes Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf eine Längsarmierung (4') eine Innenwendel (5) und eine Außenwendel (3) aufgebracht werden sowie an allen Berüh­ rungsstellen der Längsarmierung (4'), der Innenwendel (5) und der Außenwendel (3) gleichzeitig die Verbindung zur Zwischenschicht (7) hergestellt wird.

18. Modifiziertes Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf eine Längsarmierung (4') eine Innenwendel (5) aufgebracht wird, an den Berührungsstellen gleichzeitig eine Ver­ bindung zur Karkasse, eine Zwischenschicht (7') bildend, herge­ stellt wird, eine Längsarmierung (4) und eine Außenschicht (2) in Form einer Zwischenschicht (7) auf die Zwischenschicht (7') auf­ gebracht werden und an den Berührungsstellen gleichzeitig eine Verbindung beider Zwischenschichten (7; 7') zur gemeinsamen Zwi­ schenschicht (7) hergestellt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß anteilige Ströme des einen oder von mehreren der thermopla­ stischen Kunststoffe in den geteilten Formraum eingebracht wer­ den, in dem in der Mitte verlaufend eine Zwischenschicht (7; 7') transportiert wird und in den die anteiligen Durchsätze eingetra­ gen und durch einen gemeinsamen Zuführungsdruck gesteuert werden, wodurch jeweils etwa zur Hälfte anteilige Stoffmengen eine ge­ meinsame Berührungs- und Verfestigungszone innerhalb einer mitt­ leren Materialebene der Streifen (10; 10') und gleichzeitig in­ nerhalb der Öffnungen (12; 12') bilden.

20. Verfahren nach Anspruch 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine zumindest teilweise Regenerierung des Form- und Kraft­ schlusses von gebrauchten Rohren mittels einer späteren thermi­ schen Nachbehandlung erfolgt, wobei bevorzugt die Kanten (14; 14') in der Zwischenschicht (7) eine plastische Verbindung der Außenwendel (3) mit der Innenschicht (6) wieder herstellen.