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Bezeichnung: Rohr für Fußbodenheizung Die Erfindung betrifft ein Kunststoffrohr,
das insbesondere für eine Fußbodenheizung verwendet werden kann und das aus einem
Basisrohr z. B. aus einem vernetzten Polyäthylen oder Polypropylen und einem Uberzug
aus einem weiteren Polymeren zur Herabsetzung der Sauerstoffpermeabilität besteht.
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Fußbodenheizungen unter Verwendung gewärmten Wassers als Heizmedium
werden heute beinahe ausschließlich durch Kunststoffrohre gebildet, die in dem betreffenden
Raum flächendeckend ausgelegt und eingegossen werden. Die außerdem zu einer Fußbodenheizung
notwendigen Teile wie Ventile, Armaturen, Zuleitungen und dergleichen bestehen nach
wie vor aus Metall, insbesondere aus Kupfer, Messing und Stahl.
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Es hat sich gezeigt, daß an Fußbodenheizungen sehr häufig und nach
relativ kurzer Zeit Korrosionsschäden eintreten, die bei Heizungsanlagen in dieser
Form nicht auftreten, die gänzlich aus Metall gefertigt sind, also z. B. herkömmliche
Radiatorenheizungen mit Wasser als Heizmedium. Es wird vermutet, daß durch die bei
Fußbodenheizungen verwendeten Kunststoffrohre Sauerstoff in das Heizmedium
diffundiert
und das mit Sauerstoff angereicherte Wasser die genanr)tc starke Korrosion nach
sich zieht.
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Es ist schon versucht worden, der Diffusion des Sauerstoffs durch
die Kunststoffrohre hindurch in das Wasser dadurch }inhalt Yu gebieten, die die
Rohre mit einer Diffusions-Sperre in om eines Uberzuges versehen werden. Insbesondere
sind zwei Vorschläge bekal)ntgeworden. Gemäß dem einen Vorschlag wird das Kunststoffrohr
mit einer beinahe hauchdünnen Aluminiumfolie umschlungen und die verbleibende Nahtstelle
lückenlos verschweißt. Obwohl dadurch eine vollständige Diffusionssperre gebildet
wird, haben sich derartige ummantelte Rohre nicht bewährt, da sie auf dem Wege von
der Herstellung zum Verwendungsort mit Kanten und Werkzeugen in Berührung gelangen,
die eine Beschädigung der Diffusionssperre zur Folge haben. Der ursprünglich vorhandene
Schutz gegen Diffusion wird dadurch teilweise wieder aufgehoben. Ein weiterer Nachteil
dieser Art von Rohrcn besteht in der reflektierenden Wirkung von Aluminium, das
den Wärmeübergang von dem Heizmedium auf den Fußboden zumindest während einer Aufheizphase
behindert.
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Gemäß einem zweiten Vorschlag wird über ein vorhandenes Rohr ein Uberzug
aus einem die Diffusion von Sauerstoff unterbindenden Kunststoff gczogen, der von
einem weiteren reinen Schutzmantel ebenfalls aus Kunststoff umgeben ist. Die Diffusionssperre
ist nämlich so dünn und verletzlich, daß es einer weiteren Schutzschicht bedarf.
Das Basisrohr liegt relativ locker in den beiden Umhüllungen, so daß eine Sicherung
gegen ein Verschieben in Längsrichtung erforderlich ist. Diese wird dadurch bewirkt,
daß in regelmäßigen Abständen die beiden Ueberzüge mit dem Basisrohr verschweißt
sind; in den dazwischenliegenden Abschnitten ist zumindest zwischen dem Basisrohr
und der eigentlichen Diffusionssperre unter anderem Luft eingeschlossen.
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Auch ein derartiges Rohr ist in mehrfacher Hinsicht nachteilig. Zum
einen kann der zwischen den Schweißbefestigungen miteingeschlossene Sauerstoff noch
immer durch das Basisrohr in das Heizmedium diffundieren, da sich dieser Luftsauerstoff
innerhalb der Diffusionssperre befindet.
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Zum anderen wirken die zwangsläufig mit in den Fußboden eingegossenen
Luftpolster hemmend bei der Wärmeübertragung von dem Heizmedium auf den Fußboden,
so daß eine erhebliche Ansprechverzögerung der Fußbodenheizung die Folge ist.
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Schließlich ist trotz der Schutzschicht die Beschädigungsgefahr relativ
hoch, da sich der Uberzug wegen seiner lockeren Auflage leicht an Vorsprüngen und
Spitzen verfängt und dann bei Befreiungsversuchen oder fortgesetzter Bewegung zerrissen
wird.
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Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, ein ummanteltes Rohr der eingangs
genannten Art zu schaffen, das gegenüber ungeschützten Basisrohren kein verschlechtertes
thermisches Verhalten zeigt, das keiner übermäßigen Beschädigungsgefahr ausgesetzt
ist und das,dennoch weitgehend undurchlässig für Sauerstoff ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß der Uberzug
weitgehend die Diffusion von Sauerstoff hemmt und elastisch ausgebildet ist und
eng an dem Basisrohr anliegt, oder auf diesem fest haftet.
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Gemäß der Erfindung wird ein Kompromiß vorgeschlagen zwischen Handhabbarkeit
und diffusionshemmenden Eigenschaften.
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Im Gegensatz zu den bisherigen Sperren wird beispielsweise eine Diffusionshemmung
von 99 % erreicht, bezogen auf eine 100 Fm dicke Kunststoffolie, dafür bleibt as
ummantelte Rohr, das ein Verbundmaterial ist, jedoch in derselben Weise handhabbar
wie die bisherigen, nicht ummantelten Rohre, so daß sich für die Verarbeitung so
gut wie kein Unterschied ergibt. Da der Uberzug gemäß der Erfindung eng an dem Basisrohr
anliegt oder fest an ihm haftet, tritt weder eine Herabsetzung des Wärmeübergangs
von dem
Heizmedium auf den Fußboden ein, noch kann sich der Uberzug
an scharfen Kanten oder Spitzen verfangen oder verhaken.
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Die leicht elastischen Eigenschaften des Uberzuges gestatten, letzteren
mit einer Vorspannung an dem Basisrohr anliegen zu lassen, oder ihn festhaftend
auf der Oberfläche des Basisrohres auszubilden, so daß auch in Bögen und Biegungen
so gut wie keine Aufwellungen vorkommen. Die Dicke des Uberzuges beträgt vorzugsweise
mindestens ca. 250 ßm, im Interesse einer guten Robustheit ist sie jedoch doppelt
so groß.
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Es wurde schon angedeutet, daß die Angaben in Prozent für die diffusionshemmende
Wirkung von Kunststoffen und Kunststoffolien auf eine Schichtdicke von 100 Am bezogen
wird, so daß die tatsächliche Hemmungswirkung gegen ein Hindurchdiffundieren von
Sauerstoff deutlich höher als 99 Prozent liegt, wenn der bevorzugte Dickenbereich
eingehalten wird. Als Material für den Uberzug kommt PVA, PETP, PBTP, PVDC, PA,
SAN oder einer Mischung dieser Polymeren in Frage.
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Besonders gute Ergebnisse konnten mit einem Uberzug erzielt werden,
der aus einer Mischung von PVDC mit PU besteht. Durch den Zusatz von PU wird die
Mischung weicher und elastischer. Das gewichtsbezogene Mischungsverhältnis dieser
beiden Komponenten soll etwa in einem Bereich von 1:1 bis 20:1 liegen. Mit einem
Mischungsverhältnis von ca. 9:1 lassen sich nach den bisherigen Versuchen neben
einer fast vollständigen Sperre gegenüber der unerwünschten Sauerstoffdiffusion
Eigenschaften erzielen, die in dieser Verbindung für den hier vorliegenden Zweck
optimal sind und dem so ummantelten Rohr eine sehr hohe Qualität verleihen.
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Im Dauerversuch hat sich gezeigt, daß die Sperre für die Sauerstoffdiffusion
gegenüber dem nicht-ummantelten Rohr
den Durchgang um Größenordnungen
verringert. Während das nicht-ummantelte Rohr einen Sauerstoffdurchlaß von 0,431
3 cm pro 24 h zeigt, reduziert sich der Sauerstoffdurchlaß bei dem gleichen Rohr,
das jedoch mit einem knapp 0,25 mm dicken Uberzug aus einer Mischung von PVDC mit
PU im Ver-3 hältnis von 9:1 versehen ist, auf 0,00158 cm pro 24 h.
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Mit diesem Ergebnis ist das in dieser Weise erfindungsgemäß ummantelte
Rohr allen anderen Lösungen bei weitem überlegen, weil eine Unterbrechung des Uberzuges
aufgrund unbeabsichtigter Verletzungen desselben wegen der Robustheit des Uberzugsmaterials
so gut wie ausgeschlossen ist. Die vorstehend angegebenen Werte für den Sauerstoffdurchlaß
sind somit auch für die Praxis maßgebend, was von anderen Lösungen wegen der Verletzlichkeit
der Materialien oder Teile, mit denen das Basisrohr umgeben wird, nicht sagen kann.
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Die weiteren, bereits oben angesprochenen Eigenschaften dieser Mischung
aus PVDC und PU beziehen sich vor allem auf eine hervorragende Flexibilität und
Elastizität des Uberzugsmaterials, so daß dessen Verarbeitbarkeit, wenn das Rohr
in engen Bögen verlegt wird, sehr erleichtert wird, weil der Uberzug Formänderungen
des Basisrohres leicht folgen kann, ohne daß sich an dem Verbund zwischen dem Uberzug
und dem Basisrohr etwas ändert. Das gilt insbesondere für solche Verbundrohre, die
durch Co-Extrusion erzeugt worden sind und bei denen eine besonders gute Haftung
zwischen Basisrohr und Uberzug vorhanden ist.
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Darüber hinaus läßt sich bei diesem Rohr keine Anfälligkeit gegen
Versprödung feststellen, und bereits bei der Herstellung der Mischung ergibt sich
noch zusätzlich der Vorteil geringerer Aggressivität gegenüber den Misch- und Extrudereinrichtungen.
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Besonders gut hat sich eine Kunststoffmischung aus PVDC und PU-ESTANE
5821 von der Firma B. F. Goodrich bewährt.
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Nach dem Mischen der granulat- bzw. pulverförmigen, han-
delsüblichen
Materialien wird die Mischung auf ca. 150 -1600C erwärmt und verflüssigt, um anschließend
direkt einem üblichen Extruder zugeführt zu werden. Damit läßt sich die Mischung
homogen extrudieren. Die Bedingungen entsprechen weitgehend der Extrusion von Saran,
jedoch sind auch Versuchsreihen mit Schnecken, die für PVC geeignet sind, ohne Unterschied
im Verarbeitungsergebnis benutzt worden.
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Nachstehend werden weitere Angaben gemacht, die jedoch nicht notwendigerweise
die bevorzugte Mischung aus PVDC und PU voraussetzen.
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Das Aufbringen des Uberzuges auf das Basisrohr erfolgt am einfachsten
mit Hilfe eines Extruders, der mit einer Ringdüse versehen ist, wobei die innere
Wandung der Ringdüse ein Führungsrohr für das schon fertige Basisrohr bildet.
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Das in üblicher Weise verflüssigte Grundmaterial wird mit einem Druck
von 8 - 11 bar aus der Ringdüse gedrückt; aufgrund der natürlichen Schrumpfbewegung
u.a. infolge der Abkühlung legt sich der Uberzug mit leichter Vorspannung an das
Basisrohr wenige Millimeter nach der Ringdüse an.
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Uber die Durchlaufgeschwindigkeit des Basisrohres wird die Dicke des
Uberzuges bestimmt. Abweichend davon kann der Extrudiervorgang auch so eingerichtet
sein, daß das aus dem Extruder austretende Uberzugsmaterial direkt auf das Basisrohr
gerichtet ist, wobei die Dicke des Uberzuges durch eine Kalibrierdüse des bereits
ummantelten Rohres bestimmt wird.
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Das Kunststoffrohr gemäß der Erfindung kann auch in einem Arbeitsgang
durch Co-Extrusion von Basisrohr und Uberzug mittels üblicher Co-Extrusionstechnik
mit den dafür erhältlichen Anlagen hergestellt werden. Dadurch wird eine überraschend
gute Haftung des Uberzuges auf dem Basisrohr erreicht, die sich besonders vorteilhaft
bei der Verlegung von gekrümmten Passagen bespielsweise in Verbindung mit einer
Fußbodenheizung auswirkt.
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Unabhängig von der llerstellung des Verbundrohres.kann eine zweite
Schutzummantelung aus PE als mechanischer Schild
gegen Bcschädigungco-des
'2bezzugeB vorhanden sein. Auch diese Ummantelung kant durch extrusion 211fgebracht
sein.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel, das in der Zeichnung dargestellt
ist, näher erläutert; die einzige Figur zeigt: eine isometrische Ansicht eines ummantelten
Rohrstückes gemäß der Erfindung mit glattgeschnittener Front und gebrochen dargestelltem
Uberzug.
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Das erfindungsgemäße ummantelte Rohr ist auf eine Haspel oder dergl.
aufgewickelt und wird als Meterware gehandelt, wenn die auf einer Haspel aufgespulte
Länge im Einzelfall zu groß ist. Es läßt sich mit den herkömmlichen Werkzeugen durchtrennen,
wobei ein Schnitt sowohl das Basisrohr 1 als auch den Uberzug 2 durchtrennt. Das
Basisrohr besteht aus einem vernetzten Polyäthylen oder Polypropylen und ist gcgebenenfalls
in der Masse eingefärbt. Darauf ist der Vberzug 2 aufgebracht, der eng an dem Basisrohr
anliegt, und sogar eine geringe Vorspannung aufweist, so daß Verformungsreserven
vorhanden sind. In dieser Weise läßt sich das erfindungsgemäße Rohr biegen, ohne
Wellen zu werfen, so daß stets ein guter Kontakt zwischen der Außenfläche des Rohres
und dem entsprechenden Fußboden bei Verwendung für eine Fußbodenheizung gewährleistet
ist.
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Die Dicke des Uberzuges 2 beträgt ca. 250 m, um eine fast vollständige
Diffusionssperre zu bewirken. Aus Gründen größerer Robustheit ist jedoch die Dicke
des Uberzuges 2 in der Regel größer gewählt und beträgt z. B. 300 oder 400 ßm oder
mehr, so daß die Sperrwirkung für Sauerstoff noch größer ist. Die Dicke des Uberzuges
wird auch nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten gewählt, weil eine unnötige Stärke
die Kosten erhöht. Im allgemeinen wird deshalb eine Stärke von 0,25 - 0,5 mm eingehalten.
Bei der Aufbringung des Uberzuges 2 auf das Basisrohr 1 wird vorzugsweise eine Ringdüse
verwendet, deren Spaltbreite 0,5 mm beträgt, so daß der Uberzug 2 in dieser Dicke
oder dünner entsteht,
wobei die dünneren Stärken durch eine raschere
Fortbewegung des Basisrohres durch den Uberzugextruder erreicht werden.
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Dabei beträgt der Durchmesser des Basisrohres z. B. 20 mm, während
die Wandstärke 2,5 mm beträgt.
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Die im vorliegenden Fall für die Ummantelung von Basisrohren insbesondere
aus Polyäthylen oder Polypropylen verwendete Polymermischung aus PVDC mit PU eignet
sich auch für andere Zwecke mit ähnlichen Anforderungen, so daß die Verwendung nicht
auf den zuvor beschriebenen Anwendungszweck beschränkt ist. Die Mischung aus PVDC
mit PU kann auch für andere Verbundsysteme, bei denen eine Sperrwirkung erwünscht
ist, verwendet werden.