DE3132435A1

DE3132435A1 - Aus kunststoff bestehendes rohr, insbesondere brunnenrohr, und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3132435A1
Application number: DE19813132435
Authority: DE
Inventors: Franz Dr-.Ing. 7230 Schramberg Welte
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-08-17
Filing date: 1981-08-17
Publication date: 1983-02-24

Description

Aus Kunststoff bestehendes Rohr, insbesondere
Brunnenrohr, und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft ein aus Kunststoff bestehendes Rohr, insbesondere ein Brunnenrohr, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Bei der Materialauswahl für Rohre müssen im allgemeinen in erster Linie die Anforderungen hinsichtlich der mechanischen Festigkeit mit den Anforderungen der Korrosionsfestigkeit in Einklang gebracht werden.
Außerdem spielt die Frage der Herstellung unter besonderer Berücksichtigung der Verlegung der Rohre eine wichtige Rolle.
An Brunnenrohre werden in Bezug auf diese Gesichtspunkte besondere und oftmals schwer miteinander zu vereinbarende Forderungen gestellt. So tritt vor allem bei Tiefbrunnen eine erhebliche mechanische Beanspruchung des üblicherweise aus mehreren Rohrabschnitten zusammengesetzten Brunnenrohrs auf, weil sich das Brunnenrohr über größere Längen selbst tragen muß. Außer der Festigkeit des verwendeten Materials ist hierbei auch sein Eigengewicht zu berücksichtigen. Zwar werden in diesen Brunnenrohren keine aggressiven Chemikalien gefördert, aber das bei Tiefbohrungen auftretende Wasser hat oftmals ebenfalls eine sehr stark korrodierende Wirkung.
Hinsichtlich der Herstellung von Brunnenrohren ist in erster Linie zu berücksichtigen, daß es nicht möglich ist, das gesamte Brunnenrohr oder auch nur längere Teile davon einstückig vorzufertigen und an die Bohrstelle zu transportieren. Unter Berücksichtigung der Transportfrage ist es in den meisten Fällen nur möglich, verhältnismäßig kurze Rohrabschnitte zu fertigen und zu transportieren, die dann während der Einbringung in die Brunnenbohrung zusammengesetzt werden müssen.
Diese genannten Anforderungen führen dazu, daß Brunnenrohre auch heute noch hauptsächlich aus Stahl bzw.
Stahlblech hergestellt werden. Dieses Material hat sich im wesentlichen bewährt; es hat jedoch vor allem für den Brunnenbau in größeren Tiefen Nachteile. Einer dieser Nachteile ist in dem verhältnismäßig hohen Gewicht begründet, das bei großen Rohrlängen, d. h. großen Brunnentiefen dazu führt, daß ein Rohrstrang von sehr hohem Gesamtgewicht gehandhabt werden muß.
Ein weiterer Nachteil ist die Korrosionsanfälligkeit von Stahl in Wasser. Ein Korrosionsschutz in Form eines Schutzüberzugs ist zwar technisch möglich, aber mit sehr hohen Kosten verbunden. Außerdem besteht vor allem bei.
großen Brunnentiefen die Gefahr, daß der Korrosions- schutzüberzug beim Einbau beschädigt wird.
Kunststoff-Brunnenrohre aus PVC, PE, PP und ähnlichen Kunststoffen sind zwar meist korrosionsbeständig. Nachteilig ist aber der verhältnismäßig hohe Preis und die Schwierigkeit, eine ausreichende mechanische Festigkeit, insbesondere ausreichende Knickstabilität zu erreichen, ohne daß so große Wanddicken gewählt werden müßten, die wiederum wirtschaftlich nicht tragbar sind.
Auch Rohre aus Asbestzement finden als Brunnenrohre Verwendung. Sie haben zwar eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit, jedoch ein verhältnismäßig hohes Gewicht, wenn ausreichende Wanddicken gewählt werden. Dadurch ergeben sich bei größeren Brunnentiefen Schwierigkeiten.
Die mechanische Bearbeitung von Asbestzementrohren, wie das Bohren, das Andrehen für Verbindungen oder das Schlitzen zur Herstellung von Filterrohren ist nach heutigen Erkenntnissen wegen der krebsfördernden Eigenschaft von Asbestfasern mit schweren gesundheitlichen Problemen behaftet.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein für schwierige Einsatzbereiche, wie insbesondere den Brunnenbau, geeignetes Rohr zu schaffen, das hinsichtlich mechanischer Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und einfacher Herstellung vorteilhaft ist. Diese Aufgabe wird bei einem aus Kunststoff bestehenden Rohr, insbesondere einem Brunnenrohr, dadurch gelöst, daß das Rohr aus geschäumtem Kunststoff besteht.
Es hat sich überraschend gezeigt, daß aus geschäumtem Kunststoff bestehende Rohre die genannten Nachteile nicht aufweisen. So kann die Dichte in einfacher Weise unterschiedlich so gewählt werden, daß die gewünschten mechanischen Festigkeitseigenschaften erreicht werden.
Insbesondere kann eine für das Einsatzgebiet des Brunnenbaus besonders vorteilhafte spezifische Dichte von weniger als 1 erzielt werden. Der Materialbedarf und damit das Gewicht und der Preis sind verhältnismäßig gering und ermöglichen deshalb ohne Schwierigkeiten die Wahl verhältnismäßig großer Wanddicken. Große Wanddicken wiederum führen aber zu einer hohen Knickstabilität. Das geringe Gewicht vereinfacht den Einbau erheblich. Durch das geringe spezifische Gewicht trägt der im Wasser erzielte Auftrieb wesentlich dazu bei, den Brunnenrohrstrang zu tragen, so daß die beim Einbau aufzunehmenden Kräfte verhältnismäßig gering sind.
Als besonders vorteilhafte Materialien für die Herstellung des geschäumten Kunststoffs haben sich aus Polyisocyanaten und/oder Polyolen sowie Schaumhilfsstoffen hergestelltes Polyurethan, Polyharnstoff oder Polyisocyanurat oder eine Mischung dieser Stoffe erwiesen.
Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit , Preis und Verarbeitungseigenschaften dieser Materialien sind besonders günstig.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß der geschäumte Kunststoff mindestens teilweise offenporig ist. Die Poren dieses Materials füllen sich nach und nach mit Wasser, so daß das Brunnenrohr nahezu die spezifisclle Dichte von Wasser erhält und dadurch im Wasser praktisch schwebt.
Dadurch übt das Brunnenrohr weder nach oben noch nach unten Kräfte auf die das Brunnenrohr tragende Einrichtung aus.
Bei größeren Rohrlängen kann es vorteilhaft sein, zusätzlich Verstärkungsmaterialien zur Aufnahme von Längskräften vorzusehen. Die Dicke des Schaumstoffs kann dann auf das nach statischen Druckerfordernissen notwendige Maß verringert werden.
Diese Verstärkungsmaterialien bestehen vorzugsweise aus Glas in Form von Glasfasermatten, in Rohrlängsrichtung verlaufenden Glasfasersträngen oder eingeschäumten Kurzglasfasern. Bei nur geringer Gewichtserhöhung wird eine ganz wesentliche Festigkeitserhöhung , vor allem für Zugbeanspruchungen erreicht.
In diesem Zusammenhang ist die gute Verträglichkeit von Glas gegenüber vielen Kunststoffen und seine Korrosionsfestigkeit besonders wesentlich.
Stattdessen können als Verstärkungselemente auch Matten, Gewebe, Stränge oder Seile aus Stahl verwendet werden, wenn die aufzunelimenden Zugkräfte nur beim Einbau, nicht jedoch im länger andauernden Betrieb auftreten, weil die Korrosionsanfälligkeit von Stahl, die zu einer späteren Schwächung der Verstärkungsele mente führt, dann ohne Bedeutung ist.
In besonderen Fällen können auch andere zugfeste Materialien zur Verstärkung eingesetzt werden, nimlicll allgemein Filze, Gewebe, Stränge oder Seile aus natiir- lichen oder künstlichen Fasern, wie beispielsweise Kohlenstoff-Fasern, hochfeste Kunststoff-Fasern und dergleichen.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß die Verstärkungsmaterialien derart ungleichmäßig in der Rohrwand verteilt sind, daß ein Sandwichaufbau entsteht. Dadurch lassen sich beispielsweise hochzugfeste Deckschichten und weniger belastbare Innenschichten erzielen, indem in mehreren Schäumvorgängen einzelne Schichten übereinandergelegt werden. Da bei der Herstellung nur geringe Drücke auftreten, können die verwendeten Innen- und Außenformen einfach und mit geringen Kosten hergestellt werden.
Es bereitet auch keine Schwierigkeiten, schon bei der Herstellung in Rohrlängsrichtung im Abstand zueinander angeordnete Wandverdickungen zu erzeugen, die als umlaufende Verstärlcungswülste oder Verbindungsflanschen dienen.
Unter besonderer Berücksichtigung der Verwendung als Brunnenrohre, die aus miteinander verbundenen Rohrabschnitten bestehen, ist in Ausgestaltung des Erfindungsgedanlcens vorgesehen, daß an den Stirnseiten benachbarter Rohrabschnitte überstehende Verbindungselemente miteinander verklebt oder verschweißt sind. Damit besteht die Möglichkeit, neben den bisher bekannten Rohrverbindungen eine neue Verbindungsart anzuwenden, die gegenüber den bisherigen Verbindungsarten wesentliche Vorteile hat. Die überstehenden Verbindungselemente ragen in eine zwischen den Stirnseiten benachbarter Rohrabschnitte bestehende Fuge, die mit Kunststoff ausgefüllt, vorzugsweise ausgeschäumt oder ausgegossen ist. Durch Verwendung schnell härtender Kunststoffe läßt sich damit eine einfache, die Zugkräfte gut aufnehmend# und zugleich dichte Verbindung schaffen.
Die Verbindungselemente sind vorzugsweise Kunststoffstränge, deren aus den Stirnseiten der Rohrabschnitte ragende Enden jeweils einen verdickten Kopf aufweisen, der eine besonders gute Verankerung in dem die Fuge ausfüllenden Kunststoff ermöglichen.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung von Rohren die aus miteinander verbundenen Rohrabschnitten bestehen, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseiten der jeweils miteinander zu verbindenden Rohrabschnitte auf den vorgegebenen Abstand zueinander gebracht werden, daß die zwischen den Stirnseiten bestehende Fuge durch eine in den Rohrinnenraum eingebrachte Innenschalung abgedichtet wird und daß die Fuge mit einem aushärtenden Kunststoff, insbesondere einem Zweikomponenten-Kunststoff ausgefüllt wird. Diese Verbindungsart läßt sich einfach und rasch auch unter schwierigen Arbeitsbedingungen herstellen, beispielsweise beim Einbringen von Brunnenrohren in eine Brunnenbohrung.
Der die Fuge ausfüllende Zweikomponenten-Kunststoff ist vorzugsweise ein teilweise schäumender Polyurethan-Klebstoff, der sich mit den Verstärkungsmaterialien besonders gut verbindet.
Als Innensciialung kann in besonders einraclier Weise ein elastisch aufweitbarer Körper, vorzugsweise eine Gummiblase verwendet werden, der im Rohrinneren in den Bereich der Fuge gebracht und dort aufgeweitet wird, bis er die Fuge nach innen abdichtet. Nach dem Aushärten des Kunststoffs wird der aufweitbare Körper wieder verkleinert und kann einfach herausgenommen werden.
Wenn das Verbinden der Rohrabschnitte beispielsweise im Brunnenbau im senkrecht stehenden Zustand erfolgt, wird die Fuge durch eine äußere Schalung verschlossen, die mindestens eine Eingußöffnung aufweist. Nach dem Anbringen der Innenschalung und der Außenschalung genügt es, den die Fuge ausfüllenden Kunststoff in die Eingußöffnung zu gießen und gegebenenfalls unter leichtem Aufschäumen aushärten zu lassen. Die herausragenden Enden der Verbindungsmaterialien, beispielsweise Glasfasermatten oder Glasfaserstränge, werden dabei zugleich miteinander verbunden.
Da der ausgehärtete geschäumte Kunststoff leicht zu bearbeiten ist, lassen sich durch das Bohren von Löchern, durch das Einsägen oder Einfräsen von Schlitzen in einfacher Weise Filterrohre herstellen. Die Schlitze können sowohl horizontal als auch vertikal längs der Rohrachse eingebracht werden. Löcher und Schlitze können je nach den Bedürfnissen der anstehenden Sande in verschiedenen Stärken eingebracht und in ihrer Zahl in einfacher Weise variiert werden. Dadurch besteht eine bequeme Möglichkeit der Anpassung der Filterrohre an die Korngrößenverteilung der anstehenden Sande.
Die Erfindung wird nacllfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind.
Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch miteinander verbundene Rohrabschnitte eines Brunnenrohrs bei der Herstellung der Verbindung, Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt durch die Verbind dungsstelle zweier Rohrabschnitte eines Brunnenrohrs und Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Brunnenrohr mit Sandwich-Aufbau.
Das in Fig. 1 gezeigte Brunnenrohr 1 besteht aus mehreren Rohrabschnitten 2, zwischen deren Stirnseiten 3 beim Herstellen der Verbindung zunächst eine Fuge 4 eingehalten wird. In diese Fuge 4 ragen Verbindungselemente 5, die beim dargestellten Ausfüiirungsbeispiel von den überstehenden Enden von in Rohrlängsrichtung verlaufenden Kunststoffsträngen 6 gebildet werden,die in die aus geschäumtem Kunststoff bestehenden Rohrabschnitte 2 eingelegt werden. Die überstehenden Enden 5 sind jeweils mit einem verdickten Kopf 7 versehen, wie an einem vereinfachten Ausführungsbeispiel in Fig. 2 besonders deutlich dargestellt ist.
Im Bereich der Fuge 4 wurde im Rohrinneren eine aufpumpbare Gummiblase 8 als innere Schalung eingebracht, die sich dichtend an die Rohrinnenwand anlegt. Eine äußere, ringförmige Schalung 9 verschließt die Fuge 4 weitgehend nach außen und weist nur an ihrer Oberseite eine Eingußöffnung 10 auf, in die ein die Fuge 4 ausfüllender und dort teilweise aufschäumender Kunststoff 10 in der schematisch angedeuteten Weise eingegossen wird.
Das in Fig. 3 gezeigte Brunnenrohr 1 im Sandwich-Aufbau weist eine innere Schicht 12 und eine äußere Schicht 13 aus geschäumtem, teilweise offenporigen Kunststoff auf, deren Dichte und mechanische Festigkeit größer sind als die einer ebenfalls aus geschäumtem, teilweise offenporigem Kunststoff bestehenden Innenschicht 14. An der Außenschicht 13 sind umlaufende Verstärkungsrippen 15 angeformt, die nicht nur zu einer Verstärkung des Brunnenrohrs 1, sondern auch als Abstandshalter gegenüber der Bohrungwand und als Schutz gegen mechanische Beschädigungen beim Einbringen des Brunnenrohrs 1 dienen.
Die Rohrabschnitte 2 bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 und die Schichten 12, 13 und 14 nach Fig. 3 bestehen aus Polyurethan, Polyharnstoff oder Polyisocyanurat oder einer Mischung dieser Stoffe, die in bekannter Weise aus Polyisocyanaten und/oder Polyolen sowie Schaumhilfsstoffen hergestellt sind. Für die Verstärkungseinlagen 6 kommt neben dem nur beispielsweise erwähnten Kunststoffmaterial insbesondere auch Glas in Frage, beispielsweise in Form von Glassträngen oder Matten.
Der die Fuge 4 ausfüllende Kunststoff ist ein Zweikompomenten-Klebstoff auf PU-Basis oder Epoxi-Basis.

Claims

Aus Kunststoff bestehendes Rohr, insbesondere Brunnenrohr, und Verfahren zu seiner Herstellung P a t e n t a n s p r ü c h e : Äus Kunststoff bestehendes Rohr, insbesondere Brunnenrohr, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) aus geschäumtem Kunststoff besteht.
2. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geschäumte Kunststoff aus Polyisocyanaten und/oder Polyolen sowie Schaumhilfsstoffen hergestelltes Polyurethan, Polyharnstoff oder Polyisocyanurat oder eine Mischung dieser Stoffe ist.
3. Rohr nach anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der geschäumte Kunststoff mindestens teilweise offenporig ist.
4. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geschäumte Kunststoff Verstärkungsmaterialien (6) zur Aufnahme von Längs]#äften enthält.
5. Rohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsmaterialien aus Glasfasermatten bestehen.
6. Rohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsmaterialien aus im wesentlichen in Rohrlängsrichtung verlaufenden Glasfasersträngen (6) bestehen.
7. Rohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsmaterialien aus eingeschäumten Kurzglasfasern bestehen.
8. Rohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsmaterialien aus Matten, Geweben, Strängen oder Seilen aus Stahl bestehen.
9. Rohr nach Anspruch , dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsmaterialien aus Filze, Geweben, Strängen oder Seilen aus natürlichen oder künstlichen Fasern bestehen.
10. Rohr nach einem der Ansprüche 4 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsmaterialien derart ungleichmäßig in der Rohrwand verteilt sind, daß ein Sandwich-Aufbau entsteht.
11. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Rohrlängsrichtung im Abstand zueinander angeordnete Wandverdickungen (15) umlaufende Verstärkungswulste oder Verbindungsflansche bilden.
12. Rohr nach einem der Ansprüche 1 - 11, bestehend aus miteinander verbundenen Rohrabschnitten, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnseiten (3) benachbarter Rohrabschnitte (2) überstehende Verbindungselemente (5) miteinander verklebt oder verschweißt sind.
13. Rohr nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine zwischen den Stirnseiten (3) benachbarter Rohrabschnitte (2) bestehende Fuge (4), in die die Verbindungselemente (5) ragen, mit Kunststoff ausgefüllt, vorzugsweise ausgeschäumt oder ausgegossen ist.
14. Rohr nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente Kunststoffstränge (6) sind, deren aus den Stirnseiten (3) der Rohrabschnitte (2) ragende Enden (5) jeweils einen verdickten Kopf (7) aufweisen.
15. Verfahren zur Herstellung eines Rohrs nach einem der Ansprüche 12 - 14, dadurch gekennzeiclrnet, daß die Stirnseiten der jeweils miteinander zu verbindenden Rohrabschnitte auf den vorgegebenen Abstand zueinander gebracht werden, daß die zwischen den Stirnseiten bestehende Fuge durch eine in den Rohrinnenraum eingebrachte Innenschalmlg abgedichtet wird und daß die Fuge mit einem aush.irtenden Kunststoff, insbesondere einem Zweikomponenten-Kunststoff ausgefüllt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschalung ein elastisch aufweitbarer Körper, vorzugsweise eine Gummiblase ist.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Zweikomponenten-Kunststoff ein teilweise schäumender Polyurethan-Klebstoff verwendet wird.
18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbinden der Rohrabschnitte im senkrecht stehenden Zustand erfolgt und daß die Fuge durch eine äußere Schalung verschlossen wird, die mindestens eine Eingußöffnung aufweist.