DE3023214C2 - Verfahren zur Herstellung eines Verbundrohres - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Verbundrohres

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Peter Dr.-Ing. 3353 Bad Gandersheim Voss
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Lorowerk Kh Vahlbrauk 3353 Bad Gandersheim De GmbH
Lorowerk Kh Vahlbrauk 3353 Bad Gandersheim GmbH
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundrohres, insbesondere für Instnllationszwecke und dort insbesondere für Abflußleitungcn. das wenigstens aus einem Innenrohr aus Kunststoff, einer unter Verwendung von Kunststoff hergestellten Zwischenschicht und einem metallenen Außenrohr besteht, bei dem das Innenrohr mit der Zwischenschicht umgeben und das Außenrohr diese Zwischenschicht umgebend und in einem Abstand von dieser durch Formung eines Bandmaterials mit Längsnaht und anschließender Längsnahtschweißung aufgebracht und das längsnahtgeschweißte Außenrohr durch anschließende mechanische Verformung von außen unter Verringerung seines Durchmessers mit der Zwischenschicht verbunden wird.
In der Installationstechnik und insbesondere bei Abflußleitungen ist eine ständig zunehmende Aggressivität der in diesen Rohren transportierten Medien
ίο festzustellen, denen übliche Metallrohre nicht gewachsen ;ind. Es sind daher bereits Verbundrohre mit verschiedenem Aufbau vorgeschlagen worden. Zugleich sind die Anforderungen an die Unbrennbarkeit insbesondere bei Abflußrohren weiter gestiegen. Eine solche Unbrennbarkeit kann nach den Erfahrungen praktisch nur durch Verwendung eines metallenen Außenrohrs, auch bei etwaiger Außenbeschichtung, insbesondere eines Außenrohrs aus Stahl, gewährleistet werden. Bei den bekannten Verbundrohren mit dem eingangs geschilderten Aufbau hat sich jedoch gezeigt, daß die Haftung zwischen den jeweils verwendeten Kunstsioffschichten und den jeweils eingesetzten Rohren nicht in ausreichendem Maß gewährleistet ist, insbesondere sind Korrosions- und Ablöseerscheinungen zu beobachten, die das Rohr nach kurzer Zeit unbrauchbar machen. Dies ist einerseits darauf zurückzuführen, daß eine gleich gute Haftung zwischen dem Innenrohr aus Kunststoff und dem Außenrohr aus Metall bzw. Stahl bisher nicht erreicht werden konnte. Andererseits haben sich bei solchen Verbundrohren Gasdiffusionen, insbesondere Sauerstoff- und Wasserstoffdiffusionen, als besonders nachteilig erwiesen, da sie Blasenbildung und damit Ablöseerscheinungen zur Folge haben.
Es ist ferner ein Verfahren der eingangs angegebenen
J5 Art bekanntgeworden (DE-OS 27 46 180), bei dem in das metallene Außenrohr bei seiner Formung und vor der Längsnahtschweißung ein Kunststoffgranulat eingebracht wird, das die Zwischenschicht bilden soil. Nach dem Längsschweißen des Aoßenroiirs schließt sich
•to kontinuierlich an ein Ziehvorgang (z. B. mit Hilfe einer Vorrichtung gemäß DE-OS 23 54 !61), bei dem das Außenrohr mechanisch von außen unter Verringerung seines Durchmessers mit der Isolierschicht verbunden wird. Es hat sich gezeigt, daß mit Hilfe eines derartigen Granulats nur eine Isolierschicht erzeugt werden kann, diese aber nicht in ausreichendem Maß mit dem Innenrohr und dem Außenrohr verbunden werden kann. Insbesondere ergibt sich bei dem bekannten Verfahren noch eine unzureichende Korrosionsfestigkeit wegen der geschilderten Gasdiffusion von innen zum Metallaußenrohr. Irgendeine innige und haftende Verbindungswirkung zwischen der Zwischenschicht und dem Innenrohr einerseits und dem Außenrohr andererseits wird nicht erzielt. Das nach dem bekannten Verfahren hergestellte Verbundrohr ist daher für die eingangs geschilderten Installationszwecke und insbesondere als Abflußleitung für aggressive Medien nicht geeignet, vielmehr ist in verhältnismäßig kurzer Zeit mit einem Ablösen der verschiedenen Verbundschichten des Rohres zu rechnen, die das Rohr ebenfalls unbrauchbar machen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine besondere weitere Ausgestaltung des eingangs angegebenen Verfahrens ein solches zu schaffen, mit dem ein Verbundrohr hergestellt werden kann, das einerseits eine außerordentlich innige und sicher haftende Verbindung zwischen AuOenrohr. Zwischenschicht und Innenrohr gewährleistet und zugleich die geschilderte
nachteilige Gasdiffusion praktisch unterbindet und somit die geschilderten Nachteile mangelnder Korrosionsfestigkeit vermeidet und allen Anforderungen an den Transport auch aggressiver Medien insbesondere bei Abflußrohren gewachsen ist. Dabei soll das Verfahren möglichst einfach gestaltet und mit möglichst einfachen Voi Fabrikaten durchgeführt werden.
Dies wird nach der Erfindung vor allem dadurch erreicht, daß die Zwischenschicht dadurch gebildet und aufgebracht wiii, daß ein wickelbar bemessenes Metallband, insbesondere eine Metallfolie, auf seinen beiden Flächen mit einerseits auf den Werkstoff und/oder die Oberflächenbeschaffenheit der Außenwandung des lCunststoffinnenrohrs und andererseits auf den Werkstoff und/oder die Oberflächenbeschaffenheit der Innenwandung des Metallaußenrohrs abgestimmten Klebbeschichtungen versehen und danach auf das Kunststoffinnenrohr schraubenförmig an den Rändern überlappend aufgewickelt wird.
Hierdurch werden sowohl verfahrensmäßig als auch im Hinblick auf das geschaffene Verbundrohr ganz wesentliche Vorteile erzielt: Von dsr Verfahrensseite her ist eine wirtschaftliche Vorfertigung des beidseitig mit Klebbeschichtung versehenen Metallbands \n allen gewünschten Breiten möglich, insbesondere in großen Breiten, die auch anschließend eine Längstrennung in jeweils gewünschter Breite ermöglicht Die hier eingesetzte Wickeltechnik erlaubt es, mit einer Breite des verwendeten Metallbands einen großen Bereich unterschiedlicher Durchmesser des Innenrohrs zu J0 umwickeln. Das Verfahren nach der Erfindung erlaubt es ferner, extern gefertigte Kunststoffinnenrohre z. B. vom Coil zu verwenden und somit die Verwendung eines Extruders gegebenenfalls zu vermeiden. Natürlich können aber auch extrudierte Kunststoffinnenrohre im J5 Verfahren mit gleichem Erfolg eingesetzt werden. Für die Eigenschaften des Verbunrirohrs ergeben sich folgende ganz wesentliche Vorteile: Die auf den jeweiligen Werkstoff des anschließenden Rohrs abgestimmten Klebbeschichtungen erlauben es, jeweils optimale Haftungen zwischen der jeweiligen Klebbeschichtung des aufgewickelten Metallbands und dem jeweiligen Kunststoffinnenrohr oder Metalhcßenrohr zu erzielen. Es ergibt sich ein unlösbarer fester Verbund der jeweiligen Schichten, wobei stets die für die jeweiligen Werkstoffe günstigsten Kleber eingesetzt werden können. Das schraubenförmig überlappend aufgewickelte Metallband bildet eine praktisch vollständige Sperre gegen die geschilderte nachteilige Gasdiffusion, insbesondere gegen Sauerstoff- und Wasserstoffdiffusion, so daß die dadurch bedingten Ablöseerscheinungen praktisch ausgeschlossen werden, ebenso eine Korrosion von innen aus anderen Gründen. Durch die unlösbare innige feste Verklebung des Metallbands mit dem Kunststoffinnenrohr einerseits und mit dem Metallaußenrohr andererseits ist ein bei Verbundrohr sonst häufig zu beobachtendes Zurückziehen einzelner Schichten an den durch die Ablängung von solchen Verbundrohren entstehenden Schnittkanten praktisch ausgeschlossen. Es hat sich gezeigt, daß ein erfindungsgemäß hergestelltes Verbundrohr auch bei stärksten und aggressiven Beaufschlagungen durch das zu transportierende Medium keinerlei Korrosion- und Ablöseneigung aufweist und die so schädlichen Diffusionen, nämlich Sauerstoff- und Wasserstoffionenwande- h) rungen zum Metalhußcnrohr vollständig unterbunden werden. Somit kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Verbundrohr hergestellt werden, das insbesondere als starres Abflußrohr für Insiallationszwecke mit höchstmöglicher Beständigkeit eingesetzt werden kann. Als Klebbeschichtungen werden die jeweils für die gewählten Werkstoffe am besten geeigneten Kleberkunststoffe eingesetzt, z. B. Heißsiegelkleber, Schmelzkleber oder Epoxidkleber. Die Klebbeschichtung des Metallbands kann vor seinem Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden. Bei Verwendung bestimmter Kunststoffkleber, insbesondere sogenannter feuchter Kleber, kann auch eine Beschichtung unmittelbar vor dem Aufwickelvorgang vorgenommen werden.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn in Ausgestaltung der Erfindung als Metallband ein Aluminiumband, nämlich ein Aluminiumdünnband oder eine Aluminiumfolie, beschichtet und aufgewickelt wird. Aluminium hat sich als besonders vorteilhaft für die Haftung von Kunststoffbeschichtungen erwiesen und bietet für die Durchführung des Verfahrens und insbesondere des Aufwickelvorgangs günstige Eigenschaften, derartige Aluminiumfolien b;?ten den Vorteil einer besonders gut beherrschbaren Kunststoffverklebung.
Für besondere Anwendungszwecke ist es ferner vorteilhaft, wenn in Ausgestaltung der Erfindung als Metallband ein Stahlband oder eine Stahlfolie beschichtet und aufgeklebt wird. Ein derartiges Stahlband bietet von sich aus eine derartige Standfestigkeit, daß es möglich ist, dünnwandigere Kunststoffinnenrohre zu verwenden und somit Material einzusparen, da bei der Durchführung des Verfahrens ein dünnwandiges Kunststoffinnenrohr bewickelt mit dem beschichteten Stahlband die erforderliche Steifigkeit für die Durchführung des Verfahrens bietet. Eine weitere besondere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß als Klebbeschichtungen durch Wärmewirkung aktivierbare Kunststoffkleber, insbesondere Heißsiegelkleber und Schmelzkleber, verwendet werden, die in der eingangs geschilderten Weise jeweils auf den Werkstoff des Metallbands einerseits und die Werkstoffe des Kunststoffinnenrohrs und des Metallaußenrohrs abgestimmt sind. :nd das Verbundrohr im Anschluß an die oder während der Durchmesserverringerung des Metallaußenrohrs zur Aktivierung der Klebbeschichtungen des Metallbands erwärmt wird. Es hat sich gezeigt, daß eine besonders gute innige Verbindung aller Bestandteile des Verbundrohrs hierdurch erzielt werden kann.
Zweckmäßig ist es ferner, wenn in weiterer Ausbildung der Erfindung die äußere Oberfläche des Kunststoffinnenrohrs vordem Aufwickeln des beschichteten Metallbands zur Vergrößerung der Haftfähigkeit der zugeordneten Klebbeschichtung vorbehandelt wird, z. B. durch chemische Vorbehandlung mit Hilfe von Säuren, durch Flammen oder durch elektrostatische Behandlung, z. B. Koronavorbehandlung.
Es folgt die Beschreibung eines Ausfuhrun^sbeispids des Verfahrens nach der Erfindung und eines nach diesem Verfahren hergestellten Verbundrohrs anhand der Zeichnung. Es zeigt
Fig. 1 in schaubilrMicher Darstellung die prinzipielle Anordnung des Verfahrensablaufs,
F i g. 2 eine vergrößerte, längsgcschhiltene Ansicht eines Teils des mit dem beschichteten Metallband umwickelten Kunststoffinnenrohrs, wobei die Stärken des Metallbands und der Klebbeschichtungen zur Verdeutlichung übertr ;-ben groß dargestellt sind,
Fig. 3 eine schematischc Seitenansicht einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.
Fig. I: Auf ein Innenrohr I. /weckmäßig aus einem niederkristallinen Kunststoff ,it niedrigem /:"-Modul. wird eine Zwischenschicht aufgebracht. Diese Zwischenschicht wird dadurch gebildet und aufgebracht, daß ein beidseitig mit Kienbcschichtungen versehenes Metallband auf das Kiinststoffinnenrohr I schraubenförmig an den Rändern überlappend aufgewickelt wird. Das beidseitig klebbcschichtete Metallband ist allgemein mit 2 bezeichnet und wird r. B. von einem Coil abgezogen.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß das allgemein mit 2 bezeichnete beidseitig klebbcschichtete Metallband aus einem wickelbar bemessenen Metallband 3, einer zum Kunststoffinnenrohr I gerichteten Klebbeschichtung 4 auf einer Fläche und einer nach außen gerichteten Klebbeschichtung 5 auf der anderen Fläche bestellt. Das Metallband 3 ist als dünnes Band oder auch als Folie ausgebildet und besteht vorzugsweise aus Aluminium Metallband 3 eigne! sich insbesondere Aluminium und Aluminiumfolie, jedoch auch bei den eingangs geschilderten Verhältnissen Stahlband oder StaMfolic. Wird der geschilderte Erw ,irmiingsvoigang eingesetzt, so hat sich insbesondere bei Verwendung eines niederkristaiiinen Kunststoffes für das Kunststoffinnenrohr I mit niedrigem /:"-Modul erwiesen, dal! eine Spannungsrißkorrosion praktisch ausgeschlossen wird. Etwaige im Kunststoffinnenrohr auftretende Spannungen werden beim F.rwärmen abgebaut. Im Fall des Einsatzes des geschilderten Hrwärmiingsvorgungs werden /weckmäßig Heißsiegel^ ' er oder Schmelzkleber für die Beschichtiingcn 4 und 5 des Metallbands } eingesetzt. Im übrigen sind Epoxidharze besonders gi.-eignet. Darüber hinaus können für die Klebbeschichtungen 4 und 5 die jeweils günstigsten Werkstoffe eingesetzt werden, um einerseits die sichere Verbindung zwischen Metallband 3 und Außenrohr 7</, 9 bzw. zwischen
rviiilSiSiOf lüiiicm uitf ι
gerichtete Klebbeschichtung 4 besteht aus einem Kunststoffkleber, der hinsichtlich seiner Haftung und Verbindungsfähigkeit auf den Werkstoff und/oder die Oberflächenbeschaffenheit der Außenwandung des Kunststoffinnenrohrs 1 abgestimmt ist. Die Klebbeschichtung 5 besteht aus einem Kunststoffkleber, der hinsichtlich seiner Haftung und Verbindungsfähigkeit auf den Werkstoff und/oder die Oberflächenbeschaffenh:it der Innenwandung des noch zu beschreibenden Metaüaußenrohrs abgestimmt ist.
In unmittelbarem Anschluß an den geschilderten Aufwickelvorgang des klebbeschichteten Metallbands 2 auf das Kunststoffinnenrohr I wird, ebenfalls im kontinuierlichen Verfahren, aus einem Bandmaterial 6 ein Aiißcnrohr mit einer Längsnaht geformt und. wie schematisch bei 7 dargestellt ist. durch Längsnahtr.chweißung geschlossen, wobei zwischen dieser zunächst mit 7a bezeichneten Vorstufe des Außenrohrs und dem aufgewickelten Metallband 2 als Zwischenschicht ein Abstand eingehalten wird, der die Längsnahtschweißung ohne wärmemäßige Beeinträchtigung J der Zwischenschicht 2 ermöglicht. Hierbei kann gegebenenfalls zum Schutz des inneren Rohraufbaus aus 1 und 2 ein Wärmeabweisekeil eingesetzt werden, der auch gekühlt ausgebildet sein kann.
Wiederum im kontinuierlichen Verfahrensgang wird '· die Vorform 7a des zu bildenden Außenrohrs durch unmittelbar anschließende mechanische Verformung, nämlich durch einen Ziehvorgang, auf die Zwischenschicht aus dem klebbeschichteten Metallband 2 aufgeschrumpft. Diese Ziehstation ist schematisch bei 8 ' dargestellt.
Werden für die Klebbeschichtung 4 und 5 des Metallbands 3 durch Wärmewirkung aktivierbare Kunststoffkleber verwendet, so wird das in der Ziehstation 8 im Durchmesser verringerte Außenrohr 5 im Anschluß an diese Durchmesserverringerung zur Aktivierung der Klebbeschichtungen erwärmt, was aus Vereinfachungsgründen in F i g. 1 nicht dargestellt ist. Durch den bei der Verformung unter 8 entstehenden Schrumpfdruck und gegebenenfalls durch die anschlie- w ßende Erwärmung werden die Klebbeschichtungen 4 und 5 des Metallbands 3 einerseits mit dem Kunststoffinnenrohr 1 und andererseits mit dem Metallaußenrohr innig haftend und fest verbunden. Das endgültige Außenrohr ist bei 9 im Anschluß an die Ziehstation 5 h' dargestellt.
Als Werkstoff für das Meiailaußenrohr 7a. 9 wird zweckmäßig in der Regel Stahl eingesetzt, als iuricrirohr ΐ hcr/iüiic'lcri \:a
-1" ist ferner möglich, das klebbeschichtete Metallband 2 unmittelbar vor dem Aufwickelvorgang mit den gewünschten Klebbeschichtungen 4 und 5 auf dem Metallband 3 zu verschen, insbesondere mit sogenannten feuchten Klebbeschichtungen. flie dann unmittelbar -> in den nachfolgenden Verfahrensvorgängen zu der gewünschten innigen und festen Verbindung der Bestandteile des Verbundrohrs führen. Hier kann der Erwärm,i;igsvorgang ganz entfallen.
Fig. 3 zeigt schematisch eine Anlage, auf der das !(l Verfahren durchgeführt wird. In einem ersten Extruder IO wird das Innrnrohr 1 geformt, und es wird gegebenenfalls in einer Vorbehaitdlungsslation 11 eine Vorbehandlung der äußeren Oberfläche des Kunststoffinnenrohrs 1 zur Vergrößerung der Haftfähigkeit der ^ zugeordneten Klebbeschichtung 4 durchgeführt.
In der Wickelstation 12 wird das allgemein mit 2 bezeichnete, beidseitig klebbeschichtete Metallband als Zwischenschicht auf das Kunststoffinnenrohr 1 aufgewickelt. Der die Wickelstation 12 verlassende Verbund aus Kunststoffinnenrohr 1 und Zwischenschicht 2 wird kontinuierlich, z. B. ausgehend von einem Cot! 13 des Bandmaterials 6 aus Metall umhüllt, das zunächst, wie aus F i g. I und 2 ersichtlich, mit einem Abstand von der Zwischenschicht 2den Verbund aus 1 und 2umhüllt
In einer Schweißstation 14 wird die mit dem Bandmaterial 6 gebildete Längsnaht, in Fig. 1 bei Tb angedeutet, bei dem geschilderten Abstand vom Verbund aus 1 und 2 hergestellt. Im weiteren kontinuierlichen Arbeitsablauf wird nun das die Schweißstation 14 verlassende Außenrohr in seiner Vorform 7a einer Ziehstation 15, entsprechend der Ziehstation 8 in Fig. 1. zugeführt und dort unter Verringerung seines Durchmessers mit der Zwischenschicht 2 verbunden, es verbinden sich nämlich die Klebbeschichtungen 4 und 5 des Metallbands 3 (F i g. 2) mit dem Kunststoffinnenrohr 1 einerseits und dem Metallaußenrohr andererseits. Dies geschieht durch den beim Ziehvorgang bei 15 entstehenden Schrumpfdruck. Werden die geschilderten wärmeaktivierbaren Klebbeschichtungen 4 und 5 eingesetzt, so schließt sich an die Ziehstation 15 eine weitere Erwärmungsstation 16 an. in der die Klebbeschichtungen 4 und 5 aktiviert werden und so zu der geschilderten innigen Verbindung mit dem Kunststoffinnenrohr 1 einerseits und dem Metallaußenrohr 9 andererseits gebracht werden.
Wie durch die weitere Form- oder Extrusionsstation angedeutet ist, kann das die Ziehstation 15 und gegebenenfalls die Erwärmungsstation 16 verlassende
Verbundrohr mn u, einesteils einer /usiil/liclien äußeren Isolierschicht iimhiilli werden, wenn dies für besondere Anwendiingsfiille /ueckmaßig erscheint. Weitere Doschichtunpsstiiti(iiii.-n und -vorgiinjic können sich auch anschiieBen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundrohres, insbesondere für Installationszwecke, das wenigstens aus einem Innenrohr aus Kunststoff, einer unter Verwendung von Kunststoff hergestellten Zwischenschicht und einem metallenen Außenrohr besteht, bei dem das Innenrohr mit der Zwischenschicht umgeben und das Außenrohr diese Zwischenschicht umgebend und in einem Abstand von dieser durch Formung eines Bandmaterials mit Längsnaht und anschließender Längsnahtschweißung aufgebracht und das längsnahtgeschweißte Außenrohr durch anschließende mechanische Verformung von außen unter Verringerung seines Durchmessers mit der Zwischenschicht verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht dadurch gebildet und aufgebracht wird, daß ein wickelbar bemessenes Metallband auf seinen beiden Flächen mit einerseits auf den Werkstoff und/oder die Oberflächcnbeschaffenheit der Außenwandung des Kunststoffinnenrohrs und andererseits auf den Werkstoff und/oder die Oberflächenbeschaffenheit der Innenwandung des Metallaußenrohrs abgestimmten Klebbeschichtungen versehen und danach auf das Kunststoffinnenrohr schraubenförmig an den Rändern überlappend aufgewickelt wird. t
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallband ein Aluminiumband verwendet wir H.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallband ein Stahlband verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebbeschichtungen durch Wärmewirkung aktivierbare Kunststoffkleber verwendet werden und das Verbundrohr im Anschluß an die oder während der Durchmesserverringerung des Metallaußenrohrs zur Aktivierung der Klebbeschichtungen des Metallbands erwärmt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche des Kunststoffinnenrohrs vor dem Aufwickeln des beschichteten Metallbands zur Vergrößerung der Haftfähigkeit der zugeordneten Klebbeschichtung vorbehandelt wird.
6. Verbundrohr, insbesondere Abflußrohr für Installationszwecke, bestehend aus wenigstens einem Innenrohr aus Kunststoff, einer dieses umschließenden, unter Verwendung von Kunststoff hergestellten Zwischenschicht und einem längsnahtgeschweißten metallenen Außenrohr, gekennzeichnet durch einen Aufbau entsprechend seiner Herstellung nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 5.
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