DE2352086C2

DE2352086C2 - Rohrförmiger Körper mit einer in eine Matrix aus Kunststoff eingebetteten Metallarmierung

Info

Publication number: DE2352086C2
Application number: DE2352086A
Authority: DE
Inventors: Eric Grand-Lancy Anderson; Georges Onex Fourty; Jürgen Dr.-Ing. Chene-Bougeries Rexer
Original assignee: Dunlop Ltd
Current assignee: Dunlop Ltd
Priority date: 1972-10-12
Filing date: 1973-10-12
Publication date: 1986-10-09
Also published as: FR2203044A1; JPS4973715A; IT994775B; GB1407913A; CA994687A; NL7313989A; SE405889B; DE2352086A1; NO154244C; FR2203044B1; NO154244B; US4657049A; JPS5623780B2

Description

10 j eor

worin e die Dicke des Bandes, or seine Zerreißfestigkeit und τ die Scherfestigkeit an der Berührungsfläche von Metall und Kunststoff ist, und worin L_c definiert ist als die Überdeckung der Windung der radial außen benachbarten Bandschicht plus der Überdeckung der Windung der radial innen benachbarten Bandschicht.

2. Rohrförmiger Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Wicklungen gegenüber der vorhergehenden Wicklung um einen Bruchteil der Schraubenliniensteigung versetzt ist der mindestens

gleich -~ ist

3. Rohrförmiger Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Armierung durch die Wicklung aus mindestens einem Metallband (Λι-s) gebildet ist, deren Windungen zur Längsachse des Körpers (7) geneigt sind und sich gegenseitig teilweise derart überdecken, daß die Anzahl der in der Dicke der Wand des Körpers gebildeten parallelen Schichten größer als die Anzahl der gewickelten Bänder ist

4. Rohrförmiger Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband (Ri -5) aus Stahl besteht

5. Rohrförmiger Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der -Kunststoff (3) ein Epoxidharz ist

6. Rohrförmiger Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der Kunststoff (3) ein thermoplastischer Polyester ist

7. Rohrförmiger Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (3)

ein vernetzbarer Polyester ist.

8. Rohrförmiger Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der Kunststoff (3) Polyvinylchlorid ist.

Die Erfindung betrifft einen rohrförmigen Körper mit einer in eine Matrix aus Kunststoff eingebetteten Metallarmierung, die wenigstens ein Band aufweist welches um die Längsachse des rohrförmigen Körpers schraubenlinienförmig derart gewickelt ist, daß eine Mehrzahl von Bandschichten gebildet ist, die sich in der Dicke der Wand des rohrförmigen Körpers parallel erstrecken und durch die Kunststoffmatrix voneinander getrennt sind.

Es wurden bereits zahlreiche Vorschläge zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Polymer-Kunststoffen gemacht Eine ganze Reihe von verstärkten Polymeren, die für die Herstellung biegsamer und starrer Rohre verwendet werden, ist bekannt. Die Verstärkung läßt sich mittels einer oder mehrerer sich kreuzender oder sich nicht kreuzender Schraubenwindungen von Profilstählen, Metalldrähten, Glasfasern oder -geweben, organischen Fasern usw. durchführen. Beispielsweise ist aus der FR-PS 15 86 305 ein rohrförmiger Körper bekannt, bei welchem in eine Matrix aus Kunststoff ein Metallband eingebettet ist, welches um die Längsachse des rohrförmigen Körpers schraubenlinienförmig gewickelt ist. Hiermit wird nur eine geringfügige

50 Verbesserung der mechanischen Eigenschaften bzw. der Festigkeit erreicht.

Es ist auch ein rohrförmiger Verbundkörper (US-PS 31 89 054) bekannt, der eine mehrlagig gewickelte Wandung aufweist, in welcher sich Lagen aus Metallband mit Lagen aus Glasfaserband abwechseln, wobei jedes Glasfaserband aus in Harz eingebetteten, sich in einer Richtung erstreckenden Glasfasern besteht. Gemäß einer Ausführungsform besteht zwischen radial benachbarten Metallbandlagen mittige Überlappung.

Es ist schließlich ein rohrförmiger Körper der einleitend genannten Art bekannt (DE-OS 21 05 120), der auf einem Kunststoffkern einen zweischichtigen Mantel aufweist. Die innere Schicht des Mantels besteht aus wenigstens einer dicht gewickelten Lage, beispielsweise aus mit Kunststoff umhülltem Metalldraht oder Metallband, wobei bei einer zwei dicht gewickelte Lagen aus Metallband aufweisenden Ausführungsform zwischen den beiden Lagen mittige Überlappung vorhanden ist. Die innere Schicht dient dazu, bei Erwärmung das

fio Auswandern von Kunststoffmaterial des Kernes nach außen zu verhindern. Die äußere Schicht dient als Verstärkungsschicht und sie enthält bei einer Ausführungsform eine Mehrzahl von Bandschichten, die durch schraubenlinienförmig gewickeltes Metallband gebildet sind. Bei einer Ausführungsform liegen die Windungen jeder zweiten Bandschicht vollkommen übereinander.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen rohrförmigen Körper der einleitend genannten Art so auszuführen, daß optimale mechanische Eigenschaften bzw. optimale Festigkeit erhalten wird. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die Windungen benachbarter Bandschichten einander in einem Ausmaß überdecken, welches nicht kleiner ist, als es durch die nachstehende Beziehung bestimmt ist

eör

worin e die Dicke des Bandes, ar seine Zerreißfestigkeit und τ die Scherfestigkeit an der Berührungsfläche von Metall und Kunststoff ist, und worin Lc definiert ist als die Überdeckung der Windung der radial außen benachbarten Bandschichten plus der Überdeckung der Windung der radial innen benachbarten Bandschicht

Bei Verwirklichung der Erfindung werden rohrförmige Körper mit optimalen mechanischen Eigenschaften bzw. optimaler Festigkeit erhalten, die den mechanischen Eigenschaften bzw. der Festigkeit von Stahlrohren gleicher Abmessung vergleichbar sind Hierbei stellt der definierte Wert von Lc eine kritische Überdeckungs- > breite dar, und er bestimmt die minimale Überdeckungsbreite, ausgehend von welcher ein Bruch eines rohrför-

, migen Körpers sich nicht mehr durch einfaches Herausreißen oder Zerreißen der Stahlbänder, sondern durch

j einen Bruch einer gewissen Anzahl derselben vollzieht

Φ Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen unter Schutz gestellt

*' Die Zeichnung stellt sehr schematisch beispielsweise eine Ausführungsform und eine Variante des starren

i:', rohrförmigen Körpers nach der Erfindung sowie eine Möglichkeit der Durchführung seines Herstellungsverfah- is

6j rens dar. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt, zum Teil freigelegt, dieser Ausführungsform,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht einer Durchführungsmöglichkeit des Herstellungsverfahrens für diese Ausführungsform,

F i g. 3 einen Schnitt in größerem Maßstab längs der Linie III-III in F ig. 2, F i g. 4 ein Erläuterungsdiagramm und

F i g. 5 einen dem in F i g. 1 dargestellten ähnlichen Längsschnitt durch eine Variante.

Die Wand 1 des in F i g. 1 im Schnitt dargestellten Rohres 2 enthält fünf Bänder R_u R₂, R3, R* und R₅ derselben Breite aus Stahl hoher Festigkeit, die in koaxialen Schrauben gleicher Steigung aufgewickelt sind, wobei zwei benachbarte Schrauben bei diesem Beispiel jeweils um eine halbe Steigung gegeneinander versetzt sind. Es wird noch mehr im einzelnen zu erläutern sein, welches die die Mindestüberdeckungsbreite der benachbarten Windungen der parallelen Bänderschichten bestimmenden Gesetze sind. Diese Stahlbänder sind in eine Grundmasse 3 eines Polymer-Kunststoffs eingebettet, der sie voneinander trennt Die Struktur der Wand 2 des Rohrs 1 erinnert also im Längsschnitt an die einer Mauer aus mit Mörtel verbundenen Ziegelsteinen. Der Polymer-Kunststoff, der zur Herstellung dieses Rohres verwendet wird, ist vorzugsweise ein wärmehärtbares Harz von guten Haftungswerten an Stahl, wie die Epoxidharze. Diese Epoxidharze können Bisphenol-A-Diglycidyläther, Bisphenol-Glycidyläther, »Novolaque«-Harz-Glycidyläther, aliphatische Polyepoxide sein. Der Kondensationsgrad dieser Harze wird so gewählt daß die Viskosität des Produkts den Arbeitsbedingungen angepaßt ist

Die Härter können aromatische Polyamine, Polyamide, aliphatische Polyamine, Polysäuren, Polyanhydride, Mischungen dieser Produkte, das Dicyandiamid, primäre und sekundäre Amine und alle mit den Epoxidharzen verwendbaren Härter sein. Man kann saure oder basische Katalysatoren, mineralische oder organische Zusätze, Flexibilisierungsmittel zufügen, um die Haftung zwischen den Bändern und den Harzen zu verbessern und um bessere mechanische Eigenschaften für den rohrförmigen Körper zu erhalten. Man kann auch die Phenolformol-, Melaminformol-, Polyester- und andere wärmehärtbare Harze verwenden.

Thermoplastische Polymer-Produkte, wie Polyamide, Polycarbonate, nicht vernetzbare, Acryl-, Metacryl-Polyester lassen sich auch verwenden, wenn sie eine gute Haftung an Stahl ergeben.

Die in die Grundmasse 3 eingebetteten Stahlbänder können ferner aus Kohlenstoff-Stahl, gehärtetem Stahl, nichtrostendem Stahl, martensit-aushärtendem Stahl usw. bestehen.

Die Anzahl der in koaxialen Schrauben in die Wand gewickelten Stahlbänder hängt von der mechanischen Beanspruchung ab, der das Rohr unterzogen werden muß, von seinem Durchmesser, ebenso wie von der Breite, der Dicke und den mechanischen Eigenschaften der Bänder.

Das durch einfaches paralleles Aufwickeln von Bändern hergestellte Rohr weist eine Festigkeit in Längsrichtung auf, die ä 1/2 mal die Festigkeit in? Umfangsrichtung ist, was im wesentlichen der Spannungsverteilung in einem konventionellen, einem Innendruck unterworfenen Stahlrohr entspricht. Eine solche, nach zwei Richtungen erfolgende Verstärkung läßt sich mit Glasfasern nur unter Verwendung eines komplizierten Wickelsystems erzielen. Die exakte Beziehung zwischen der Umfangsfestigkeit und der Längsfestigkeit hängt von den Abmessungen der Verstärkungsbänder ab, ebenso wie von ihrer Anordnung in der Rohrwand, wie dies noch im einzelnen zu untersuchen sein wird.

Vor der Behandlung der verschiedenen, die mechanische Festigkeit des Rohrs beeinflussenden Faktoren soll unter Bezugnahme auf die in F i g. 2 und 3 gegebenen Beispiele ein mögliches Herstellungsverfahren für den rohrförmigen Körper beschrieben werden.

In F i g. 2 ist ein Dorn 4 dargestellt, der sich in Richtung des Pfeils F dreht. Drei Bänder R_it R₂ und A₃ werden nacheinander schraubenförmig aufgewickelt, das erste Band Ri direkt auf dem Dorn, das zweite R₂ auf dem ersten, jedoch eine halbe Steigung gegenüber den Windungen des Bandes Ri versetzt, schließlich das dritte A₃ auf dem zweiten R₂, seinerseits eine halbe Steigung gegenüber den Windungen des letzteren versetzt

jedes Band R₁, R₂, R₃ weist im Schnitt die Struktur des in F i g. i dargestellten Querschnitts des Bandes auf. Diese Struktur setzt sich aus einer Stahlseele a und einer sie umkleidenden Hülle b aus Kunststoff zusammen.

Um diese Struktur zu erzeugen, kann man auf verschiedene Weise vorgehen. Beispielsweise kann man vorumhüllte Bandrollen Ri bis A₃ zur Verwendung nach mehr oder weniger langer Lagerung herstellen. Die Umhüllung solcher Bänder läßt sich mittels für Polymer-Kunststoffe konventioneller Extrusions- oder Überziehverfahren erzielen.

Zu diesem Zweck müßte man auf Substanzen mit mehr oder weniger komplizierter Formel, z. B. auf der Basis von Epoxidharz und eines Härters, zurückgreifen. Die Epoxidharze können Bisphenol-A-Diglycidyläther-,

Bisphenol-Glycidyläther-, »Novolaquew-Harz-Glycidyläther-Harze sein. Der Kondensationsgrad dieser Harze wird so gewählt, daß die Viskosität des Produkts den Verarbeitungsbedingungen angepaßt ist.

Die Härter können von der Art des Dicyandiamids, Diphenylmethandiamins, m-Phenylen-diamins, Diaminodiphenylsulfons, der Polysäuren oder Polyanhydride, der aromatische Amine enthaltenden eutektischen Gemische sein. Auch Gemische dieser Produkte kommen in Betracht.

Die Zugabe verschiedener saurer oder basischer Katalysatoren kann eine schnelle Polymerisation gestatten.

Zusätze, wie Silizium, Asbestfasern, Kalziumcarbonatfasern usw., Flexibilisierungsmittel, wie z. B. aliphatische Epoxidharze, Polyamid- oder Polyamin-Härter usw. können eine Verbesserung der Viskosität des Harzes zwecks Erleichterung der Verarbeitung, der mechanischen, chemischen Eigenschaften ebenso wie des Wärme-Verhaltens erlauben.

Das folgende Beispiel gestattet, eine Umhüllung der Stahlbänder zu erhalten, die eine Lebensdauer von etwa 30 Tagen, gerechnet von dem Zeitpunkt der Vorpolymerisation an, bei 5° C haben kann.

Die Mischung besteht aus 100 g eines Epoxidharzes von der Art des Bisphenol-A-Diglycidyläthers der Viskosität von 80—100 Poises bei 25°C, enthaltend 1 Grammäquivalent Epoxid je 180—190 g Harz und 12,5 g Diamino-m-phenylen.

Das Herstellungsverfahren des eigentlichen Rohrs mitteis der vorbeschichteten Bänder besteht dann im Abwickeln der Bänder von den Rollen, ihrer Erwärmung auf etwa 160° C zum Erweichen des Harzes und im aufeinanderfolgenden Aufwickeln auf den Dorn 4, wie aus F i g. 2 ersichtlich, indem die Umlauf bewegung F des Doms von seiner Axialbewegung Fi begleitet wird, die mit seiner Winkelgeschwindigkeit ω in Richtung des Pfeils F und der Steigung der Windungen des Bandes R synchronisiert ist Wenn die Bänder konzentrisch schraubenförmig aufgewickelt sind, bildet das sie umhüllende, aufgeweichte Harz zwischen den Metallbändern eine homongene Masse, die der Wand des Rohrs die Struktur gibt, die an die einer gemörtelten Ziegelsteinmauer erinnert, wie aus F i g. 1 ersichtlich. Man erhitzt dann das Rohr auf 100 bis 170°C 30 min bis 12 h lang, um eine festgelegte Polymerisation des Harzes zu erhalten.

Man kann die Umhüllung der Stahlseele a der Bänder auch unmittelbar vor ihrem Aufrollen auf den Dorn vornehmen. Dieses Verfahren ist genauer in F i g. 2 dargestellt In dieser Abbildung sind zwei Stahlbandrollen a2 und a₃ ersichtlich. Zwischen jeder dieser Rollen und dem Dorn laufen die Stahlbänder ai und a% in zwei Beschichtungsvorrichtungen 5 und 6, die sehr schematisch unter zwei Speisevorrichtungen 5' und 6' dargestellt sind.

Wenn die der gewünschten Wandstärke entsprechende Zahl von Bändern auf den Dorn gewickelt ist, muß der die Grundmasse 3 (Fig. 1) des die Wand 2 des Rohrs 1 darstellenden, zusammengesetzten Materials bildende Kunststoff gehärtet werden.

Wenn der Polymerkunststoff wärmehärtbar ist, wird das Rohr in einem Ofen erhitzt oder bei Umgebungstemperatur gehärtet Man könnte eventuell vor dem Aufwickeln des Bandes auf den Dorn dem Polymerkunststoff einen Katalysator und einen Beschleuniger beigeben, um die für das Härten der Grundmasse erforderliche Zeit maximal abzukürzen.

Wie bereits erwähnt, spielen die Abmessungen des benutzten Stahlbands ebenso wie die Anordnung der Bänder eine entscheidende Rolle für die mechanischen Eigenschaften des erhaltenen Rohres.

Die Umfangsfestigkeit o_c des Rohrs ist näherungsweise durch folgende Beziehung gegeben (der angenäherte Charakter beruht auf der Tatsache, daß in dieser Beziehung der Aufwickelwinkel des Bandes nicht berücksichtigt wird):

A-«fm (1-V₁)+ AV₁. (1)

in der σ_m die Zerreißfestigkeit der Grundmasse, Or die Zerreißfestigkeit der Bänder, V_r der Volumenanteil der Bänderist
Die Längsfestigkeit des Rohrs ό/ ist näherungsweise durch die Beziehung gegeben:

fo_rV_r (2)

/ ist in dieser Formel ein Koeffizient, der von der Überdeckungsbreite der benachbarten Windungen der parallelen Schichten der Bänder abhängt und den Anteil der Bänder darstellt, die beim Bruch des Rohres zerbrechen.

Wenn man jetzt auf das Diagramm nach Fig. 4 Bezug nimmt das die Beanspruchung o'm der Breite des Bandes wiedergibt, wird ersichtlich, daß diese Beanspruchung die Zerreißfestigkeit des Bandes erreicht, sobald

die Überdeckungsbreite γ übersteigt Diese Breite bestimmt die minimale Überdeckungsbreite zweier benachbarter Bänder, wenn man ein Rohr mit optimalen mechanischen Eigenschaften erhalten will. Die gewählte Überdeckungsbreite ist also mindestens gleich y, und sie tritt in allen Fällen auf bis in dem Teil L-L₀ des Diagramms, in dem δτ maximal ist Geht man davon aus, daß die Struktur des Rohrs so gewählt ist, daß für jede Windung beim Wickeln zwei Windungen jeder dem Band benachbarten parallelen Schicht wie aus Fig. 1 ersichtlich, überdeckt wird, so kann für die Breite L des Bandes jeder beliebige Wert gewählt werden, der größer als L₀ ist Infolgedessen kann im Gegensatz zu dem, was aus F i g. 1 ersichtlich ist, für ein Band, dessen Breite L mehrfach größer als Lc ist die Überdeckungsbreite L₀ der benachbarten Bänder sehr viel kleiner sein als die halbe Wicklungssteigung. Zum Vergleich kann man angeben, daß bei einer Überdeckung von einer halben Steigung der Schraubenwicklung/ = 0,5 ist für eine Überdeckung von einer viertel Steigung 0,6 S /S 0,75; für eine Überdeckung von einer zehntel Steigung 0,8 </ S 0,9.

Die Breite L_c wird kritische Breite genannt, und sie bestimmt die minimale Breite, ausgehend von der ein Bruch
des Rohres sich nicht mehr durch einfaches Zerreißen der Stahlbänder, sondern durch Bruch einer gewissen
Anzahl derselben vollzieht, was die Verbsserung der erhaltenen mechanischen Eigenschaften bei einem Rohr
erklärt, das eine solche Struktur aufweist.

Die kritische Breite L₀ ist eine Funktion von δ_Γ, der Dicke e der Stahlbänder und der Scherfestigkeit r der
Berührungsfläche Metall/Polymer-Kunststoff:

Diese Beziehung bestimmt also die Abmessungen der bei der Herstellung des zusammengesetzten Rohrs
verwendeten Bänder.

Die folgende Tabelle gibt einige Abmessungsbeispiele für die Bänder wie auch der minimalen Überdeckungsbreiten, die zur Erzielung bestimmter mechanischer Eigenschaften einzuhalten sind.

Metall

a

Or

e(mm)

Polymer-

r

K

Λ, (mm)

Lo (mm)

Stahlvolu

δι

dc

K)

b

(kg/mm²)

Kunststoff

(kg/mm²)

2
(mm)

men in °/o

(kg/mm²)

U)

1
kaltgewalzter Stahl

C

90

0,1

Epoxy A·)

1,5

3,0

16

4

50

35

46

(0,65% C; 0,2-0,36% Si;

d

0,1

Epoxy A^#)

1,5

3,0

40

4

50

42

46

Ul
K)

0,4-0,55% Mn)

e

0,2

Epoxy A')

1,5

6,0

32

8

50

35

46

O
OO

a

0,1

Epoxy Β")

1,0

4,5

22

5,5

50

35

46

b

0,1

Epoxy Β·*)

1,0

4,5

55

5,5

50

42

46

2
gehärteter Stahl

C

215

0,1

Epoxy A*)

1,5

7,2

32

8

50

82

109

(l%C;0,25%Si;

d

0,1

Epoxy A·)

1,5

7,2

80

8

50

98

109

0,45% Mn)

e

0,2

Epoxy A»)

1,5

14,4

64

16

50

82

109

0,1

Epoxy B*^#)

1,0

10,8

48

12

50

82

109

0,1

Epoxy B··)

1,0

10,8

120

12

50

98

109

·) Epoxy A: Dieses Bisphenyl-A-Diglycidyläther-Harz enthält einen Zusatz und ein aromatisches Diamin als Härter **) Epoxy B: mit Dicyandiamid gehärtetes Harz

Durch Verwendung von Stahlbändern erhöhter Festigkeit, z. B. aus einem martensitaushärtenden Stahl, lassen sich die Festigkeiten der zusammengesetzten Rohre erhöhen. Man könnte ebenfalls die l.iingsvmtärkung des Rohrs vergrößern, indem man die Scherfestigkeit zwischen dem Stahl und der Grundmasse und den Volumenanteil der Stahlbänder erhöht.

Die Elastizitätsmoduln in den beiden Hauptrichtungen des Rohrs ergeben sich durch eine der Gleichung (1) ähnliche Beziehung, die für die Berechnung der Umfangsfestigkeit benutzt wurde, indem man darin die Zerreißfestigkeiten δη und or durch die entsprechenden Elastizitätsmoduln E_n, und £_rdes Polymer-Kunststoffs und des Stahlbands ersetzt und so die folgende Beziehung erhält:

Ec=E_m(\-V_r) + E_rVr (4)

h Für Rohre, die mit Stahlbändern nach dem Beispielen 2a und b der Tabelle und mit einem Volumenanteil von ₍ 50% Stahlbändern hergestellt sind, erhält man bei einem spezifischen Gewicht von 4,5 einen Modul von ι 1Ox 10³ kg/mm². Für ein vergleichbares zusammengesetztes, aber mit Glasfasern verstärktes Material ist der ^l& Elastizitätsmodul nur 2,5x10* kg/mm². J? Der Innendruck, den ein Rohr von gegebenem Durchmesser aufzunehmen vermag, hängt von der mechanics sehen Festigkeit des benutzten Verstärkungsmaterials und von seiner Wandstärke ab. Beispielsweise weist ein ί Rohr von 80 mm Durchmesser und 2 mm Wandstärke, das 50% Stahlbänder (Beispiel 2a) enthält, eine Bruchfet stigkeit mit Bodenwirkung (avec effet de fond) von 325 bars auf. Für den Bau von unterirdisch verlegten || Leitungen ist es von Interesse, einen Stahl mit möglichst hoher mechanischer Festigkeit zu verwenden, um die £ einzubettende Stahlmenge zu vermindern und bei derselben Gelegenheit das spezifische Gewicht, den Preis usw.

Dasselbe Argument gilt auch für Unterwasserleitungen. Jedoch wird in diesem Fall die Wandstärke des

>*■ verwendeten Rohrs mehr durch die Außendruckfestigkeit (Zerdrückung) als durch die Innendruckfestigkeit

f bestimmt.

Die kritische Zerdrückungsfestigkeit wird durch die Beziehung gegeben:

•JCr Λ /Λ 2\

4(1- μ"*)

in der £der Elastizitätsmodul, /-der Radius, t die Dicke des Rohrs,/* die Poisson'sche Zahl ist

Ein Rohr von 76 cm Durchmesser, das die Eigenschaften des Beispiels 2a der obigen Tabelle aufweist und , dessen Elastizitätsmodul E = 10 χ ΙΟ³ kg/mm² ist, würde eine Wandstärke von 12 mm erfordern, um in leerem

' Zustand einen Druck aufzunehmen, wie er in einer Tiefe unter der Wasseroberfläche von 100 m auftritt

\ Die Umfangsspannung o_c, die in diesem Rohr durch einen Innendruck von 70 at erzeugt wird, ist durch die

Beziehung gegeben:

d_c = =22 kg/mm²

Wenn man diesen Wert mit dem der Umfangsfestigkeit desselben Rohrs vergleicht, sieht man, daß er davon nur etwa 20% darstellt

Berücksichtigt man, daß der Elastizitätsmodul des Stahlbandes es ist, der die Zerdrückungsfestigkeit des Rohrs bestimmt, so wird es folglich ersichtlich, daß man auf Stähle von geringerer Festigkeit als des des Beispiels der obigen Tabelle für die Herstellung von für Unterwasser-Leitungen oder Unterwasser-Bohrlochleitungen bestimmten Rohren zurückgreifen kann.

Im Falle der Unterwasserverwendung bietet das erfindungsgemäße zusammengesetzte Rohr außerdem einen wichtigen Vorteil gegenüber dem klassischen Stahlrohr, da das die Grundmasse bildende Epoxidharz sehr viel korrosionsfester ist als der Stahl.

Ein zusätzlicher Vorteil der Rohre aus armiertem Polymer-Kunststoff gemäß der Erfindung ergibt sich aus der guten Wärmeisolation durch das Rohr sowohl der Kälte als auch der Wärme gegenüber. Diese Eigentümlichkeit stellt im Fall von in sehr kalten oder im Gegenteil sehr warmen Gebieten verlegten Leitungen einen wichtigen Faktor dar.

Im Hinblick auf die Fertigung durch Wickeln bietet dieses Rohr außerdem interessante Aspekte auf dem Gebiet der Fabrikation. Man kann tatsächlich die Fabrikation von längeren Rohrenden als bei konventionellen Stahlrohren in Betracht ziehen. Dieser Gesichtspunkt erlaubt infolgedessen eine Verminderung der Verlegungskosten für eine aus solchen Rohren bestehende Leitung. Außerdem kann das geringere spezifische Gewicht der für gleiche Festigkeit wie die eines klassischen Stahlrohrs erhaltenen Rohre den Transport und die Handhabung erleichtern. Alle diese zu den rein mechanischen Vorteilen des armierten Polymer-Kunststoff-Rohrs nach der Erfindung hinzutretenden Vorteile führen zu einer spürbaren Kostensenkung für die Installation und die Unter-^L haltung einer mit solchen Rohren erstellten Leitung.

Das gemäß der Variante nach F i g. 5 verwirklichte Rohr unterscheidet sich von der Ausführungsform nach F i g. 1 dadurch, daß es durch das Aufwickeln eines einzigen Bandes 8 erhalten ist Bei dieser Variante wird die Wand des Rohrs 7 durch Verwendung eines verhältnismäßig breiten Bandes von vorzugsweise größerer Breite als Lc, das schraubenförmig auf sich selbst gewickelt ist, gebildet, wobei die Überdeckungsbreite Lo dann

mindestens gleich und vorzugsweise größer als -y ist Bei dieser Variante bedeckt jede Windung des Bandes nur ^ω

t eine Windung jeder der parallelen, benachbarten Bandschichten. Infolgedessen weist jedes Band eine schwache

Neigung β gegenüber der Achse des Doms auf. Diese Neigung ist in F i g. 5 stark übertrieben dargestellt da die

Dicke der Bänder in Wirklichkeit höchstens nur einige zehntel mm beträgt

Diese Variante erlaubt ee, in der Wand des Rohrs eine Anzahl übereinanderliegender Schichten zu erhalten, die größer als die Anzahl der benutzten Bänder ist Bei dem in F i g. 5 dargestellten Beispiel ist demgemäß die Anzahl der in der Dicke der Rohrwand übereinanderliegenden Schiebten mindestens drei, während man sich nur eines einzigen Bandes bediente. Es ist natürlich möglich, bei einer anderen, nicht dargestellten Variante ein zweites Band auf das erste Band 8 aufzuwickehi und so fort, bis man die gewünschte Schichtenzahl erreicht Man hat dann die Struktur einer Ziegelsteinmauer, wie durch F i g. 1 erläutert, aber mit den am stärksten eingemauerten Ziegeln um einen Winkel ^gegenüber der Rohrachse geneigt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

15 20 25 30 35

40

45

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Rohrförmiger Körper mit einer in eine Matrix aus Kunststoff eingebetteten Metallarmierung, die wenigstens ein Band aufweist, welches um die Längsachse des rohrförmigen Körpers schraubenlinienförmig derart gewickelt ist, daß eine Mehrzahl von Bandschichien gebildet ist, die sich in der Dicke der Wand des rohrförmigen Körpers parallel erstrecken und durch die Kunststoffmatrix voneinander getrennt sind, d a durchgekennzeichnet, daß die Windungen benachbarter Bandschichten einander in einem Ausmaß überdecken, welches nicht kleiner ist, als es durch die nachstehende Beziehung bestimmt ist