DE2308417A1

DE2308417A1 - Grosskalibriges rohr aus thermoplastischem kunststoff, insbesondere abwasserrohr

Info

Publication number: DE2308417A1
Application number: DE19732308417
Authority: DE
Inventors: Aristovoulos George Petzetakis
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-06-21
Filing date: 1973-02-21
Publication date: 1974-01-17
Also published as: SU725548A3; IL42376A0; KR780000524B1; DD104468A5; PH10963A; AU5644073A; ATA466973A; RO88506A; HU169906B; DD105417A5; RO88505A; IT990665B; CA984315A; CS193473B2; NL7308660A; IL42376A; US3926223A; CH558904A; IT990664B; DE2308418A1

Description

Großkalibriges Rohr aus thermoplastischem Kunststoff, insbesondere Abwasserrohr

Die Erfindung bezieht sich auf ein großkalibriges Rohr aus thermoplastischem Kunststoff, bestehend aus einem schraubenwendelförmig gewickelten Kunststoffhohlprofil, dessen Windungen an den Hohlprofilseitenflächen einander berühren und mit Hilfe einer Stumpfnaht verschweißt sind, während die freien Hohlprofilwände sich zur Rohraußenwand ergänzen. - Stumpfnaht bezeichnet im Rahmen der Erfindung eine Schweißnaht, bei der die benachbarten Wandteile flächig gegeneinanderliegend verschweißt werden, und zwar unter Verzicht auf Schweißflansche, Schweißwülste oder ähnliche Hilfsmaßnahmen. Das Verschweißen geschieht

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zumeist aus der Extrusionswärme heraus, wenn auch ggf. mit zusätzlicher Beheizung der zu verschweißenden Wandteile. - Die Rohre sind vorzugsweise zur Verwendung als Abwasser- und Kanalrohre und damit zur Verlegung in der Erde (d. h. als Erdverlegungsrohre) bestimmt. \

Ein Erdverlegungsrohr hat, insbesondere in Erdsenkungsgebieten, häufig erhebliche Biegebeanspruchungen aufzunehmen, die die Stumpfnähte belasten. Bei bekannten Rohren der beschriebenen Gattung (vgl. DT-AS 2 ol6 9o4, Sp. 1 unten, Sp. 2 oben) sind die Stumpfnähte definiert durch die mehr oder weniger entarteten, aber ursprünglich nur tangentialen Berührungsstellen zwischen benachbarten Windungsteilen der Kunststoffhohlprofile. Solche Rohre sind als Erdverlegungsrohre und dort nicht einsetzbar, wo im Einsatz Biegebeanspruchungen aufzunehmen sind, weil vorzeitige Zerstörungen der Stumpfnähte an den Berührungsstellen der Windungen beobachtet werden. Zwischen den Stumpfnähten bleiben Kerben, die Kerbspannungen auslösen. Die innere Oberfläche ist gewellt, was den Strömungswiderstand störend beeinflußt. Das dürfte der Grund sein, weshalb die Praxis bei Rohren aus thermoplastischem Kunststoff, die aus einem schraubenwendelförmig gewickelten Kunststoffhohlprofil aufgebaut sind, Stumpfnähte im allgemeinen vermeidet und Überlappungsschweißnähte oder sogar Formschlufl in Verbindung mit Uberlappungsschweißnähten vorzieht (GB-PS 1 124 656). Dazu werden die Kunststoffhohlprofile mit entsprechenden Schweißflanschen und Formschlußausbildungen an Schweißflanschen versehen. Letzteres macht, je nach Werkstoff, Schwierigkeiten, da die Schweißflansche oder die Formschlußausbildungen nicht stehen, wenn das Kunststoffhohlprofil die zugeordnete Schneckenstrangpresse verläßt oder zum Zwecke der Durchführung des Schweißvorganges auf entsprechende Temperatur gebracht wird. Im Ergebnis ist festzustellen, daß die Probleme um den Aufbau von Rohren aus thermoplastischem Kunststoff, die aus

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einem schraubenwendeiförmig gewickelten Kunststoffhohlprofil bestehen, zumindest für großkalibrige Erdverlegungsrohre, keinesfalls befriedigend gelöst sind. Zwar kennt man stranggepreßte Kunststoffrohre, die den Anforderungen genügen, diese sind jedoch materialaufwendig und lassen sich bei großen Kalibern und Wanddicken nur mit geringen Fertigungsgeschwindigkeiten extrudieren. In der Praxis werden als großkalibrige Erdverlegungsrohre im allgemeinen keramische Rohre oder Betonrohre eingesetzt, und zwar in Form von verhältnismäßig kurzen Schüssen, die über besondere Kupplungsausbildungen mit Spiel und nachgiebigen Dichtungsmitteln so aneinander angeschlossen werden, daß die Kupplungen die Bewegungen auszugleichen in der Lage sind, die in Erdsenkungsgebieten auftreten. Das gilt insbesondere für Abwasserrohre, die bekanntlich fast ausschließlich aus gebranntem Ton, Beton oder dergleichen bestehen. Obwohl diese Rohre in bezug auf Herstellung, Transport und Montage aufwendig sind, fehlt heute (trotz über dreißig Jahre intensiver Entwicklung der Kunststofftechnik) ein großkalibriges Rohr aus schraubenwendelförmig gewickeltem thermoplastischem Kunststoff, welches als Erdverlegungsrohr, insbesondere als großkalibriges Abwasserrohr, eingesetzt werden könnte. Stranggepreßte Rohre sind für diesen Zweck zu teuer, zumal die Außendrücke bei großkalibrigen, stranggepreßten Rohren störende Wanddicken verlangen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rohr aus thermoplastischem Kunststoff zu schaffen, welches als Erdverlegungsrohr, insbesondere als großkalibriges Abwasserrohr, einsetzbar ist.

Die Erfindung geht aus von einem Rohr der eingangs beschriebenen Gattung (d. h. von einem Rohr aus thermoplastischem Kunststoff, bestehend aus einem schraubenwendelförmig gewickelten Kunststoffhohlprofil, dessen Windungen an den Hohlprofilseitenflächen ein-

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ander berühren und mit Hilfe einer Stumpfnaht verschweißt sind, während die freien Hohlprofilwände sich zur Rohrinnenwand bzw. zur Rohraußenwand ergänzen). Die Erfindung besteht darin, daß zum Zwecke der Verwendung als Erdverlegungsrohr (insbesondere zum Zwecke der Verwendung als großkalibriges Abwasserrohr) das Kunststoffhohlprofil einen im wesentlichen rechteckigen Außenquerschnitt und einen im wesentlichen kreisförmigen Innenquerschnitt aufweist und daß die freien Hohlprofilwände in Grenzen so elastisch verformbar und kriechfähig ausgebildet sind, daß bei Biegung des erdverlegten Rohres (z. B. in Erdsenkungsgebieten oder dergleichen) die Verformungsspannungen die Festigkeit der Stumpfnähte nicht überschreiten und mit der Zeit über Relaxationsvorgänge im thermoplastischen Kunststoff aufgebaut werden. "Im wesentlichen rechteckig" umfaßt auch quadratische und mehr oder weniger aus einem Rechteck entartete Querschnitte, z. B. parallelogrammförmige. "Im wesentlichen rund" schließt unrunde Innenquerschnitte, z. B. vieleckige und ovale, nicht aus, die sich durch einen Kreis mehr oder weniger approximieren lassen oder eben diesen Kreis approximieren. Eine solche Abwandlung des runden Innenquerschnittes kann auch die Folge von Verformungen sein, die durch Druck und Temperatur bei der Herstellung der Stumpfnähte auftreten. Die Erfindung nutzt die Tatsache, daß bei einem aus einem schraubenwendelförmig gewickelten Kunststoffhohlprofil aufgebauten Rohr die freien Hohlprofilwände eine zusätzliche Funktion erfüllen können, nämlich die einer Entlastungsfeder oder Sicherungsfeder für die schraubenwendelförmig verlaufende Schweißnaht. Dazu bedarf es, wenn das Hohlprofil in der beschriebenen Weise aufgebaut ist, bei sonst festliegenden Werkstoffparametern lediglich eine Einstellung der Dicke der freien Hohlprofilwände, - bei geeigneter Werkstoffeinstellung für das Rohr insgesamt. Für die Herstellung erfindungsgemäßer Rohre können daher alle auch sonst für die Rohrherstellung üblichen thermoplastischen Kunststoffe eingesetzt werden. Insbe-

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sondere kann mit Polyvinylchlorid, Polyäthylen und dergleichen gearbeitet werden. Die Dimensionierung des Kunststoffhohlprofils erfolgt darüber hinaus, vom Flächenträgheitsmoment her, so, daß das daraus gewickelte Rohr alle Druckbeanspruchungen aufzunehmen in der Lage ist, die der Verwendungszweck vorschreibt, gleichgültig, ob es sich um Innendruck oder um Außendruck handelt. Bei Erdverlegungsrohren, die für Abwasserzwecke eingesetzt werden, erfolgt die Dimensionierung im allgemeinen nach dem aufzunehmenden Außendruck. Dabei kommt man ohne weiteres zu brauchbaren Ergebnissen, wenn nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung die zur Stumpfnaht verschweißten Seitenwände des Kunststoffhohlprofils, aus denen ein erfindungsgemäßes Rohr aufgebaut wird, um etwa 5° % dünner sind als die im Sinne der obigen Ausführungen freien Hohlprofilwände, gemessen an den dünnsten Stellen, die sich ergeben, weil querschnittsmäßig gleichsam ein Kreis in ein Rechteck oder Quadrat einbeschrieben ist. Die absolute Dicke aller Wände richtet sich nach dem Durchmesser der Rohre und nach den aufzunehmenden Beanspruchungen, sie wird nach den üblichen Regeln der Mechanik unter Berücksichtigung der Parameter der eingesetzten Werkstoffe dimensioniert. Selbstverständlich muß man im Rahmen der Erfindung dafür sorgen, daß die Stumpfnähte einwandfrei geschweißt werden. Dazu sind die in der Praxis zum Schweißen von Kunststoffen üblichen Maßnahmen grundsätzlich einsetzbar. Stets läßt sich ohne weiteres erreichen, daß Innenwand und Außenwand des fertigen Rohres fast vollständig glatt sind. Störende Kerben zwischen den Windungen treten nicht auf. Die Tatsache, daß die Kunststoffhohlprofile bei rechteckigem bis quadratischem Außenquerschnitt im wesentlichen runden Innenquerschnitt aufweisen, hat zur Folge, daß die stumpfgestossenen Hohlprofile in der Stoßnaht gleichsam V-förmige Werkstoffansammlungen in Form von Zwickeln aufweisen, die von den im Querschnitt im wesentlichen kreisförmigen Hohlräumen begrenzt sind. Das läßt beim Schweißvorgang in den Zwickeln gespeicherte,

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ζ. B. aus dem Extruslonsvorgang stammende Wärme vorteilhaft und für die Schweißnaht qualltätsverbessernd wirksam werden. Bei Zugbeanspruchungen und Biegebeanspruchungen wirkt die Materialansammlung abbauend auf die aufzunehmenden Spannungen. Sie unterstützt auch die Relaxationsvorgänge. Man erreicht so von selbst gute Schweißnähte dort, wo bei Zug- und Biegebeanspruchungen große Spannungen aufzunehmen sind, und gleichzeitig auch Spannungsabbau nach Verformung.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der Oestaltung der Kunststoffhohlprofile. So können die Kunststoffhohlprofile einen rechteckigen Außenquerschnitt mit ausgerundeten oder auch überhöhten Ecken aufweisen. Je nachdem, wie die Herstellung der erfindungsgemäßen Rohre erfolgt und ob beim Herstellungsvorgang ein Zusammendrücken in axialer Richtung vorgenommen wird, um einwandfreie Stumpfnähte sicherzustellen, können die Kunststoffhohlprofile beim Wickel- und Schweißvorgang auch gewisse plastische Verformungen erfahren, beispielsweise kann ein zunächst runder Innenquerschnitt ellipsenförmig verformt sein und so fort. Ohne weiteres kann man das Kunststoffhohlprofil und damit das fertige Rohr aus zwei verschiedenen Werkstoffen aufbauen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein AusfUhrungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Pig. 1 die Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Rohres, teilweise im Schnitt,

Pig. 2 den Gegenstand nach Pig. I in gebogenem Zustand,

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Fig. 3 den vergrößerten Ausschnitt A aus dem Gegenstand nach Fig. 1,

Fig. 4 den vergrößerten Ausschnitt B aus dem Gegenstand nach Fig. 2,

Fig. 5 eine grafische Darstellung über die Abhängigkeit der Verformungsspannungen und der Zeit,

Fig. 6 entsprechend der Fig. 3 andere Ausführungsformen eines bis 11 erfindungsgemäßen Kunststoffrohres.

Das in den Figuren dargestellte Kunststoffrohr 1 besteht aus einem schraubenwendelförmig gewickelten Kunststoffhohlprofil 2 mit rechteckigem (einschließlich quadratischem) Außenquerschnitt 3 und im wesentlichen rundem Innenquerschnitt 4. Die Windungen 5 berühren sich an den Hohlprofilseitenflächen und sind dort mit Hilfe einer Stumpfnaht 6 miteinander verschweißt. Die freien Hohlprofilwände 7 ergänzen sich zur mehr oder weniger glatten Rohrinnenwand und zur Rohraußenwand, wobei die Rohraußenwand Jedoch, je nach dem Wickelverfahren, auch eine Profilierung aufweisen kann. Das dargestellte Kunststoffrohr 1 sei als Erdverlegungsrohr, insbesondere als großkalibriges Abwasserrohr, bestimmt. Dazu sind die freien Hohlprofilwände 7 in Grenzen elastisch verformbar. Das soll zunächst in Fig. 2 angedeutet sein. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß bei Biegung des erdverlegten Kunststoffrohres 1 in Erdsenkungsgebieten oder dergleichen oder bei Biegungen, die auf andere Ursachen zurückgehen, die in Fig. 4 angedeuteten Verformungsspannungen er die Festigkeit der Stumpfnähte 6 nicht überschreiten. Diese liegt aus weiter unten erläuterten Gründen bei erfindungsgemäßen Rohren besonders hoch. Darüber hinaus sind jedoch die freien Hohlprofilwände 7 durch Werkstoffeinstellung kriechfähig ausgelegt, so daß

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die Verformungsspannungen er mit der Zeit abgebaut werden. Das sei anhand der Fig. 5 verdeutlicht. In Fig. 5 ist als Ordinate die Verfοrmungsspannung er in einem Volumenelement des gemäß Fig. 2, 4 gebogenen Kunststoffrohres 1 dargestellt worden, und zwar in einem Volumenelement χ der äußeren freien Hohlprofilwand 7. Als Abszisse ist die Zeit t aufgetragen worden. Zusätzlich wurde eine strichpunktierte Linie eingetragen, die die Bezeichnung °~_zul trägt. Es handelt sich hier um die Festigkeit der Stumpfnähte 6 der mit Stumpfnaht aneinandergeschweißten Windungen 5· Die eingezeichnete Kurve er (t) gibt die Spannung des schon erwähnten Volumenelementes χ in Abhängigkeit von der Zeit an. Man erkennt, daß mit der Zeit die auf Biegung beruhende Verformungsspannung, die unterhalb C , liegt, abgebaut wird, und

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zwar bis sie praktisch verschwindet. Es bereitet für den Fachmann keine Schwierigkeiten, den Werkstoff und die Dicke der freien Hohlprofilwände 7 entsprechend einzustellen. - In der unteren Wand des Kunststoffrohres herrschen bei der in Fig. 2 dargestellten Biegung selbstverständlich Druckspannungen <r+. Diese können den Stumpfnähten 6 nicht gefährlich werden, werden jedoch ls im Laufe der Zeit abgebaut.

Im übrigen entnimmt man aus den Fig. 3 und 4 sowie außerdem aus den Fig. 6 bis 11, daß man im allgemeinen bei einem erfindungsgemäßen Kunststoffrohr 1 die Hohlprofilseitenwände 8 des Kunststoffhohlprofils 2 nur etwa halb so dick macht wie die freien Hohlprofilwände 7· Das reicht bei Polyvinylchlorid und anderen für die Rohrherstellung gebräuchlichen thermoplastischen Kunststoffen aus. Das Kunststoffhohlprofil 2 hat stets einen im wesentlichen runden Innenquerschnitt. Das führt zu Verhältnissen, die in festigkeitsmäßiger Hinsicht, aber auch in Theologischer Hinsicht, sehr einfach überschaubar und schweißtechnisch vorteilhaft sind. - Durch besondere Schraffur hervorgehoben sind in den Fig. J5, 4 sowie 6 bis 11 die Bereiche 9 starker Werk-

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Stoffanhäufung, die entstehen, weil die Kunststoffhohlprofile 2 rechteckigen Außenquerschnitt 3 aber etwa runden Innenquerschnitt 4 aufweisen, so daß gleichsam V-förmige Zwickel entstehen. Diese Werkstoffanhäufungen 9 behalten noch lange die Extrusionswärme, was den Schweißvorgang unterstützt, wenn er aus der Extrusionswärme heraus durchgeführt wird. Die Materialanhäufung 9 unterstützt außerdem die Aufnahme auftretender Spannungen, die außerdem durch Kriechen aus den Materialanhäufungen 9 heraus abgebaut werden. Sorgt man für einwandfreie Stumpfnähte 6, so wird im Ergebnis ein thermoplastisches Kunststoffrohr erreicht, welches als Erdverlegungsrohr, insbesondere als großkalibriges Abwasserrohr, geeignet ist, hohe Außendrücke aufzunehmen in der Lage ist, auch überfahrbar ist und nichtsdestoweniger Biegebeanspruchungen zunächst aufnimmt und dann abbaut, die in Erdsenkungsgebieten und dergleichen für Erdverlegungsrohre unvermeidbar sind. Die Pig. 9* Io und 11 deuten an, daß das Kunststoffhohlprofil 2 und damit das Rohr 1 auch aus verschiedenen Werkstoffen aufgebaut werden können, und zwar so, daß ein Außenmantel und/oder Innenmantel Io entsteht. Dieser kann für besondere chemische oder physikalische Beanspruchungen eingerichtet sein, z. B. auch schwarz gefärbt sein, um ultraviolette Strahlung abzuschirmen.

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Claims

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- Io -

Ansprüche :

( Iy Großkalibriges Rohr aus thermoplastischem Kunststoff, bestehend aus einem schraubenwendelförmig gewickelten Kunststoffhohlprofil, dessen Windungen an den Hohlprofilseitenflächen einander berühren und mit Hilfe einer Stumpfnaht verschweißt sind, während die freien Hohlprofilwände sich zur Rohrinnenwand bzw. Rohraußenwand ergänzen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Verwendung als Erdverlegungsrohr (insbesondere als Abwasserrohr) das Kunststoffhohlprofil einen rechteckigen Außenquerschnitt (3) aber einen im wesentlichen kreisförmigen Innenquerschnitt (4) aufweist und die freien Hohlprofilwände (7) so elastisch verformbar und kriechfähig ausgebildet sind, daß bei Biegung des erdverlegten Rohres (1) die Verformungsspannungen die Festigkeit der Stumpfnähte (6) nicht überschreiten und mit der Zeit abgebaut werden.
2. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Stumpfnaht (6) verschweißten Seitenwände (8) des Kunststoffhohlprofils (2) um etwa 5o % dünner sind als die freien Hohlprofilwände (7).

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