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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kunststoffrohr, insbesondere
zur Aufnahme von Einzügen wie Kabeln, Lichtwellenleitern,
Rohren, Fasern und dergleichen, oder zum Transport von Fluiden,
mit einer ein äußeres Grundrohr bildenden Außenschicht und
mit einer die innere Rohroberfläche bildenden profilierten
Innenschicht.
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Aus
der
DE 297 06 513
U1 sind derartige Rohre bekannt, die eine Innenprofilierung
aufweisen. Die in dieses Rohr eingezogenen Kabel und dergleichen
gleiten auf der Profilierung und lassen sich dadurch leichter einziehen,
bzw. einblasen. Die erreichbare Einblaslänge erhöht
sich durch die Innenprofilierung.
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Durch
die Innenprofilierung besteht jedoch die Gefahr, dass sich aufgrund
der Geometrie der Profilierung (z. B. durch Kerben und engwinklige Übergänge)
Kerbspannungen bilden, die zu Mikrorissen führen können.
Insbesondere beim Einblasen der Kabel (hoher Innendruck), oder im
späteren Einsatz (Punktbelastungen) kommt es daher häufig
zu einer Zerstörung derartiger Rohre.
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Eine
Möglichkeit, die Spannungsrissbeständigkeit von
innenprofilierten Kabelschutzrohren zu erhöhen, besteht
in der Verwendung von hochwertigen Materialien. Diese sind entsprechend
teuer in der Beschaffung, während sich der Einsatz von
kostengünstigen Recyclaten aufgrund deren ungenügender Rissbeständigkeit
ausschließt.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Rohr mit den eingangs beschriebenen Merkmalen anzugeben, das gegenüber dem
Stand der Technik eine hohe Innendruckfestigkeit und/oder Rissbeständigkeit
bei gleichzeitig niedrigeren Gesamtmaterialkosten aufweist.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zwischen der Innenschicht
und der Außenschicht wenigstens eine Funktionsschicht aus
einem kerbunempfindlichen Material angeordnet ist, wobei der FNCT-Wert
des Materials der Funktionsschicht größer 1000
h beträgt oder alternativ der ACT-Wert größer
160 h beträgt und/oder der FNCT-Wert, bzw. der ACT-Wert
des Materials der Funktionsschicht über dem des Materials
der Außenschicht liegt.
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Vorliegend
umschreibt der Begriff ”Schichten” einzelne Materialgebiete
des Rohres, die als Lagen aneinander angrenzen und untereinander
untrennbar verbunden sein können.
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Da
die Ergebnisse des sogenannten FNCT-Tests (Full Notch Creep Test)
sehr gut mit der Spannungsrissbeständigkeit eines Materials
korellieren, ist das erfindungsgemäße Rohr dadurch
charakterisiert, dass der FNCT-Wert der Funktionsschicht größer
1000 h und/oder der FNCT-Wert über dem der Außenschicht
liegt. Hinsichtlich der Durchführung des FNCT-Tests sei
auf die ISO-Norm 16770 (Erstausgabe vom 1. Februar
2004) verwiesen. Die angegebenen FNCT-Werte ermitteln sich nach
dieser ISO-Norm 16770 für eine normgerechte
Probe vom Typ B (siehe Anhang A) mit einer umlaufenden Kerbe von
1,6 mm bei einer Prüftemperatur von 80°C und einer
Prüfspannung σL von 4
MPa in 2%-iger wässriger ARKOPAL® N
100 Netzmittellösung. Der FNCT-Wert des Materials der Funktionsschicht
kann um den Faktor 2 bis 50, vorzugsweise um den Faktor 5 bis 15 über
dem FNCT-Wert des Materials der Außenschicht, also des
Grundrohres liegen. Gegebenenfalls kann als Alternative zum FNCT-Test
auch der ACT-Test (Accelarated creep test) nach der PAS 1075 durchgeführt
werden. Die Prüfbedingungen des ACT-Tests für
eine normgerechte Proben- und Kerbgeometrie für Rohre sind
in diesem Fall 90°C Prüftemperatur bei 4 MPa Prüfspannung
in dem Netzmittel NM5. Aufgrund des spannungsrissbeständigeren und
kerbunempfindlicheren Materials der Funktionsschicht ist eine Rissbildung
aufgrund von auftretenden Kerbspannungen im Bereich der profilierten
Innenschicht reduziert, bzw. werden die Risse von der Funktionsschicht
aufgehalten und das Risswachstum gestoppt. Allgemein kann als profilierte
Innenschicht zum Beispiel eine wellenförmige Struktur angesehen werden,
es kann aber auch eine Kerbe oder jegliche andere Profilstruktur,
die sich bezüglich des Lumens des Rohres abwechselnd nach
innen oder nach außen wölbt, gemeint sein. Die
Profilierung der Innenschicht kann axial auf der vollen Länge
des Lumens des Rohres ausgebildet sein, kann aber auch spiralförmig,
bogenförmig oder in ähnlicher Anordnung am inneren
Umfang des Rohres ausgebildet sein.
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Durch
die erfindungsgemäß zwischen Innenschicht und
Außenschicht angeordnete Funktionsschicht aus kerbunempfindlichem
und spannungsrissbeständigem Material kann für
die Außenschicht auf ein kostengünstigeres Material
zurückgegriffen werden. Auch die profilierte Innenschicht
kann aus kostengünstigem Material hergestellt sein. Dies senkt
vorteilhafterweise, bei gleich bleibenden, oder sogar besseren mechanischen
Eigenschaften des Rohres, die Materialkosten und senkt das Ausfallrisiko
durch eine Zerstörung des Rohrmaterials. Das zusätzlich
zur Kerbunempfindlichkeit auch hochfeste Material der Funktionsschicht
kann zudem eine sandbettfreie Verlegung ermöglichen, da
ebenfalls die Punktlastfestigkeit erhöht ist. Dies reduziert
vorteilhafterweise ebenfalls die Verlegekosten des Rohres. Als Material
für die Funktionsschicht kann z. B. ein PE100, ein PE100RC,
ein PE100VRC oder ein vernetztes Polyethylen (PE-X) eingesetzt werden.
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Die
profilierte Innenschicht und die Funktionsschicht können
einstückig aus demselben Material gebildet sein. Die Innenschicht
und die Funktionsschicht bilden dann eine gemeinsame Schicht. Vorteilhafterweise
besteht auch diese profilierte Schicht aus einem Material dessen
FNCT-Wert größer 1000 h oder alternativ dessen
ACT-Wert größer 160 h beträgt und/oder
dessen FNCT-Wert, bzw. ACT-Wert über dem des Materials
der Außenschicht liegt. In diesem Fall wird das Entstehen
von Rissen, bzw. das Risswachstum bereits in der Innenschicht selbst
verhindert.
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Der
FNCT-Wert des Materials der Funktionsschicht und/oder der profilierten
Innenschicht kann größer als 2000 h, vorzugsweise
größer 3000 h, weiter vorzugsweise größer
4000 h betragen. Alternativ kann der ACT-Wert des Materials der
Funktionsschicht und/oder der profilierten Innenschicht größer 320
h betragen.
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Die
profilierte Innenschicht kann aus einem verschleißbeständigen
Material bestehen. Durch das Einziehen von z. B. Kabeln kann es
an der Innenschicht zu Abrieb des Kabels/Rohrmaterials kommen. Um
den Abrieb zu minimieren, kann die profilierte Innenschicht aus
einem verschleißbeständigen Material mit einem
niedrigen Reibungskoeffizienten μ, wie beispielsweise PA,
POM oder PE-HD gebildet sein. Zudem kann dieses Material besondere
Gleiteigenschaften aufweisen, die den Reibungswiderstand beim Einziehvorgang
weiter reduzieren.
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Hierbei
können dem Material der Innenschicht Additive zugegeben
sein, die eine zusätzliche Schmierung bewirken. Beispielhaft
seinen als Additive Grafit, MoS2, Kreide,
PTFE-Fasern, PTFE-Partikel, Talkum oder PE-Partikel genannt. Auch
denkbar ist der Einsatz von flüssigen Schmiermitteln wie
Silikonen, Ölen oder Öl-Lösungen.
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Die
minimale Dicke der profilierten Innenschicht am Profilgrund kann
das 1 bis 5-fache des Abstandes zwischen einem Profilberg und einem Profiltal
der Innenschicht betragen. Diese Relation von Innenschichtdicke
und Abstand des Profiltals zu dem nächstliegenden Profilberg
gewährleistet eine ausreichende Materialdicke der Innenschicht,
um die auftretenden Spannungen aufnehmen und in das angrenzende
Material verteilen zu können.
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Die
Außenschicht kann ganz oder teilweise aus einem Kunststoffrecyclat
bestehen. Vorteilhafterweise ist die Außenschicht aus einem
kostengünstigen Kunststoffrecyclat gebildet, so dass die
Materialkosten des Rohres, bei gleich bleibend hoher Rissbeständigkeit,
stark verringert werden können. Neben ökonomischen
Vorteilen wird so auch eine Ressourcenschonung von Rohstoffen erreicht.
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In
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Außenschicht,
die profilierte Innenschicht und die Funktionsschicht einstückig
aus demselben Material gebildet. Es kann erforderlich sein, dass
das Rohr im Wesentlichen vollständig aus einem spannungsrissbeständigen
Material mit den eingangs beschriebenen Merkmalen besteht. Dies
gilt für Anwendungsfälle mit sehr hohen Innendrücken und/oder
Punktlasten.
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Die
Tiefe der Profiltäler der Innenschicht kann vorteilhafterweise
zwischen 1% bis 10% der Gesamtdicke des Rohrs betragen.
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An
die Außenschicht kann wenigstens eine weitere Deckschicht
anschließen.
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Vorzugsweise
weist die Deckschicht und/oder die Außenschicht eine Beimischung
wenigstens eines farbgebenden Zuschlagstoffes auf. Dieser ermöglicht
eine einheitliche Färbung des Rohres, kann aber auch zu
Streifen, Mustern oder anderen optischen Gestaltungen und/oder Kennzeichnungen
auf der Oberfläche des Rohres führen.
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Die
Deckschicht und/oder die Außenschicht kann eine Beimischung
eines die UV-Beständigkeit erhöhenden Zuschlagstoffes
aufweisen. Durch die Zumischung von sog. UV-Absorbern wird der ultraviolette
Anteil der Sonnenstrahlung absorbiert und in Wärme umgewandelt.
Diese auch Lichtschutzmittel genannten Beimischungen verlangsamen
die Alterung und die Farbänderung (z. B. Gleichung) des Kunststoffes.
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Wenigstens
eine Schicht des Rohres kann einen die mechanischen Eigenschaften
verbessernden Zuschlagstoff aufweisen. Es kann vorteilhaft sein,
die mechanischen Eigenschaften einzelner Schichten des Rohres durch
Zugabe von Zuschlagstoffen wie beispielsweise Verstärkungsfasern,
anorganischen Füllstoffen oder Nanofüllstoffen
zu verbessern und/oder gezielt anzupassen. Mit mechanischen Eigenschaften
kann die Druckfestigkeit, die Zugfestigkeit, die Härte,
die Steifigkeit, die Stauchspannung, die Stauchdehnung, der Zug-Kriechmodul,
die Schlagzähigkeit, die Durchstoßfestigkeit oder die
Biegefestigkeit gemeint sein.
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Zudem
kann wenigstens eine Schicht des Rohres einen die Diffusionssperrwirkung
gegenüber Wasser und/oder Sauerstoff und/oder Kohlenwasserstoffen
verbessernden Zuschlagstoff aufweisen. Insbesondere bei im Erdreich
verlegten Rohren oder Freilandleitungen wird der im Inneren des
Rohres geführte Einzug, z. B. ein Kabel vor eindringendem Wasser,
bzw. Feuchtigkeit geschützt.
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Das
Rohr ist vorzugsweise in einem Extrusionsverfahren, weiter vorzugsweise
in einem Co-Extrusionsverfahren hergestellt. In einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist das Rohr als Ummantelung für Kabel ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Rohr auch zum
Transport von Fluiden genutzt werden.
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Ausführungsbeispiele
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch:
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1 einen
Querschnitt eines erfindungsgemäßen Rohrs mit
einer profilierten Innenschicht;
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2 einen
Querschnitt eines erfindungsgemäßen Rohrs und
einer Deckschicht;
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3 einen
Querschnitt eines erfindungsgemäßen Rohrs mit
Varianten der profilierten inneren Rohroberfläche.
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In
den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den
gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt
eine Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen
Kunststoffrohres 5 zur Aufnahme von Einzügen wie
Kabeln, Lichtwellenleitern, Rohren, Fasern und dergleichen, mit
einer ein äußeres Grundrohr bildenden Außenschicht 1 und mit
einer die innere Rohroberfläche bildenden profilierten
Innenschicht 2. Zwischen der Innenschicht 2 und
der Außenschicht 1 ist eine Funktionsschicht 3 aus
einem kerbunempfindlichen Material angeordnet, wobei der FNCT-Wert
des Materials der Funktionsschicht 3 größer
3000 h beträgt oder alternativ der ACT-Wert größer
320 h beträgt und der FNCT-Wert, bzw. ACT-Test über
dem des Materials der Außenschicht 1 liegt. Die
profilierte Innenschicht 2 besteht aus einem Material,
dass mit reibungsmindernden Additiven, wie beispielsweise PTFE,
versehen ist. Die Außenschicht 1 besteht aus einem
Kunststoffrecyclat und ist mittels eines Co-Extrusionsverfahrens
an die Funktionsschicht 3 und die profilierte Innenschicht 2 angeformt.
Zur Verbesserung der Anbindung der einzelnen Schichten 1, 2, 3 ist
ein nicht näher dargestellter Haftvermittler aufgetragen.
Das Rohr 5 kann insbesondere als Ummantelung für
Kabel verwendet werden, alternativ aber auch zum Transport von Fluiden.
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In 2 ist
eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Kunststoffrohres 5 dargestellt. Die profilierte Innenschicht 2 und
die Funktionsschicht 3 (lediglich gestrichelt angedeutet)
sind einstückig aus demselben Material gebildet. Die profilierte
Innenschicht 2 und die Funktionsschicht 3 bilden
eine gemeinsame Schicht. Die Dicke X der Innenschicht 2 beträgt
am Profilgrund das 1 bis 5fache des Abstandes Y zwischen einem Profilberg 6 und
einem Profiltal 7 der Innenschicht 2. Die Tiefe
der Profiltäler 7 der Innenschicht 2 beträgt
zwischen 1% bis 10% der Gesamtwanddicke des Rohrs 5. An
die Außenschicht 1 schließt eine weitere
Deckschicht 4 an. Die Deckschicht 4 weist eine
Beimischung wenigstens eines farbgebenden Zuschlagstoffes und eine Beimischung
eines die UV-Beständigkeit erhöhenden Zuschlagstoffes
auf. Eine der Schichten 1, 2, 3, 4 des
Rohres 5 weist zudem einen die mechanischen Eigenschaften
verbessernden Zuschlagstoff, in diesem Fall Kurzglasfasern auf.
Die Außenschicht 4 weist zudem einen die Diffusionssperrwirkung
gegenüber Wasser verbessernden Zuschlagstoff auf.
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In
einer nicht dargestellten Variante sind die Außenschicht 1,
die profilierte Innenschicht 2 und die Funktionsschicht 3 einstückig
aus demselben Material gebildet.
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In 3 sind
einige weitere Ausführungsformen der Profilierung der Innenschicht 2 dargestellt. Die
Profilierung der Innenschicht 2 ist axial auf der vollen
Länge des Rohres 5 ausgebildet. Das Beispiel 6a und 7a zeigt
eine Profilierung, bei der die Profilberge 6a von der Oberfläche 8 der
Innenschicht 2, und die Profiltäler 7a durch,
im wesentliche runde, Ausnehmungen innerhalb der Innenschicht 2 gebildet
werden. Das Beispiel 6b und 7b zeigt eine Profilierung,
bei der das Profiltal 6b von der Oberfläche 8 der
Innenschicht 2, und die Profilberge 7b von, im Wesentlichen
runden, Erhebungen auf der Innenschicht 2 gebildet werden.
Das Beispiel 6c und 7c zeigt eine Profilierung,
bei der die Profilberge 6c von der Oberfläche 8 der
Innenschicht 2, und die Profiltäler 7c durch,
im wesentliche dreieckige, Ausnehmungen innerhalb der Innenschicht 2 gebildet
werden. Das Beispiel 6d und 7d zeigt eine Profilierung,
bei der die Profilberge 6d von der Oberfläche 8 der
Innenschicht 2, und die Profiltäler 7d durch,
im wesentliche viereckige, Ausnehmungen innerhalb der Innenschicht 2 gebildet
werden.
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- 1
- Außenschicht
- 2
- profilierte
Innenschicht
- 3
- Funktionsschicht
- 4
- Deckschicht
- 5
- Kunststoffrohr
- 6,
6a–d
- Profilberg
- 7,
7a–d
- Profiltal
- 8
- Oberfläche
der Innenschicht
- X
- Dicke
der profilierten Innenschicht
- Y
- Abstand
zwischen einem Profilberg und einem Profiltal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - ISO-Norm 16770 [0008]
- - ISO-Norm 16770 [0008]