DE3921174A1 - Verfahren zur erstellung eines leitungssystems - Google Patents

Verfahren zur erstellung eines leitungssystems

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung ei­ nes Leitungssystems, wobei das Leitungssystem Einzel­ teile wie Rohre, Rohrleitungsteile, Rohrverbinder, Be­ festigungselemente oder dergleichen unterschiedlichster Formen aufweist, - sowie ein Verfahren zum Herstellen einzelner Leitungselemente und die Leitungselemente als solche.
Leitungssysteme kommen in der heutigen Zeit in fast al­ len Gebieten zum Einsatz. So werden beispielsweise Rohr­ leitungssysteme zum Transport großer Mengen eines Medi­ ums wie beispielsweise Wasser, Gas oder Öl über lange Strecken eingesetzt. Auch lassen sich Leitungssysteme für den Transport schwierig zu handhabender Medien, wie beispielsweise Säuren oder Laugen, vorteilhaft einset­ zen. Bei der Hausinstallation werden Leitungssysteme sowohl als offene Systeme (Brauchwasserleitungen) als auch in geschlossenen Kreisläufen (Heizungsleitungen) eingesetzt. Weiterhin werden Leitungssysteme als Indu­ strierohrleitungen für den Transport von Gasen, Flüssig­ keiten und auch schüttbaren Feststoffen benutzt. Als Rohrpostanlagen können Leitungssysteme auch zur "Nach­ richtenübertragung" eingesetzt werden. Weiterhin gibt es eine Vielzahl von Anwendungen in der Steuertechnik (Druckluft- und Hydraulikleitungen).
Es sind Verfahren zur Erstellung von Leitungssystemen bekannt, bei denen die Einzelteile, wie beispielsweise Rohre, Rohrleitungsteile und Rohrverbindungen aus thermo­ plastischen Kunststoffen wie Polyethylen, Polypropylen oder Polyvinylchlorid (PVC) bestehen. Dabei werden die Rohre im konventionellen Extrusionsverfahren und die Rohrleitungsteile, Verbindungs- und Befestigungselemente durch Spritzgießen oder Umformen hergestellt. Nach der Art der Verwendung des Leitungssystems richtet sich auch die Auswahl der "richtigen" Verbindungselemente. So reicht es aus, bei drucklos betriebenen Leitungen, wie beispielsweise Hausabflußleitungen, die mit den entspre­ chenden Verbindungselementen versehenen Rohre und Rohr­ leitungen einfach zusammenzustecken (Steckmuffenverbin­ dungen).
Druckbeaufschlagte Leitungssysteme verlangen dauerhaft sichere Verbindungen; dazu sind Rohre und Rohrleitungs­ teile wie beispielsweise Fittings, Bögen oder Verbinder, je nach eingesetztem Werkstoff mittels Schweißen, Kle­ ben, Schrauben oder Klemmen miteinander verbunden.
Die Verwendung von thermoplastischen Kunststoffen zur Herstellung von Leitungssystemteilen hat den Nachteil, daß die so hergestellten Bestandteile eines Leitungs­ systems bei Druck- und Temperaturbeanspruchungen zum Kriechen neigen. Das Zeitstandverhalten von teilkristal­ linen, thermoplastischen Kunststoffen ist durch Knicke der Zeitstandkurven geprägt. Ein besseres Zeitstandver­ halten mit linearen Zeitstandkurven sowie geringere Kriechneigung zeigen vernetzte Kunststoffe, da durch den Vernetzungsvorgang ein zusammenhängendes Netzwerk von Molekülen gebildet wird. Rohre und Rohrleitungsteile aus vernetzten Kunststoffen haben jedoch den Nachteil, daß sie nicht durch Schweißen miteinander verbunden werden können, so daß zur Montage eines Leitungssystems die einzelnen Leitungselemente mit Rohrverbindern aus Metall oder mechanisch hoher belastbaren, thermoplastischen Kunststoffen, sogenannten "engineering plastics", verbun­ den werden müssen. Solche Verbindungselemente sind als Klemm- oder Schraubverbindungen ausgeführt. Da bei dem zuvor beschriebenen Leitungssystem das weiter oben ange­ sprochene unerwünschte Kriechverhalten auftritt, kann es im Bereich der Verbindungen, besonders unter Einfluß von Druck und Temperatur, zu Undichtigkeiten im Leitungs­ system kommen. Werden Verbindungselemente aus Metall ein­ gesetzt, so müssen als abdichtende Elemente Gummidicht­ ringe aus Kautschuk oder dergleichen verwendet werden, was - je nach Verwendungszweck des Leitungssystems - gar nicht oder nur zeitlich begrenzt möglich ist. Werden Leitungselemente aus vernetztem Kunststoff mit gespritz­ ten thermoplastischen Kunststoff-Fittings aus "enginee­ ring plastics" kombiniert, besteht je nach Art des für die Rohrleitungsteile und Rohrverbindungen eingesetzten Kunststoffes eine starke Hydrolyseanfälligkeit, beson­ ders bei Anwendungen im Heißwasserbereich. Es sind zwar hydrolysebeständige "engineering plastics" bekannt, die jedoch wegen ihrer extrem hohen Preise als Verbindungs­ elemente für Leitungssysteme für einen Gebrauch in großen Mengen nicht eingesetzt werden.
Weiterhin sind Leitungssysteme aus Verbundwerkstoffen bekannt. Dabei sind die Leitungselemente als Mehrschicht­ bauteile aus Metallen (Aluminium, Kupfer, Stahl usw.) und thermoplastischen bzw. vernetzten Kunststoffen ausge­ führt. Nachteilig bei solchen Leitungselementen ist das verschiedene Dilatationsverhalten der Werkstoffe Metall und Kunststoff bei Temperaturänderungen. Spannungen durch das unterschiedliche Ausdehnungsverhalten, aber auch Korrosion der metallenen Schichten durch Feuchtig­ keit - auch aufgrund der wenn auch nur geringen Wasser­ dampfdurchlässigkeit der Kunststoffe - führen zu einer Delaminierung der einzelnen Schichten und damit zu einer Zerstörung des Leitungssystems. Ferner haben solche Lei­ tungselemente aus Verbundwerkstoffen aufgrund des schwie­ rigen Herstellungsverfahrens einen hohen Preis.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­ grunde, das eingangs beschriebene Verfahren zur Erstel­ lung eines Leitungssystems so auszugestalten und weiter­ zubilden, daß die vorerwähnten Nachteile vermieden wer­ den, d.h. daß ein gutes Zeitstandverhalten des gesamten Leitungssystems bei einfacher Herstellbarkeit der Ver­ bindungen zwischen den Einzelteilen erreicht wird. Ge­ wünscht ist auch eine lange Lebensdauer und ein univer­ selles Einsatzspektrum bei vertretbarem Preis.
Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem die zuvor aufge­ zeigte Aufgabe gelöst ist, ist zunächst und im wesentli­ chen dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelteile des Lei­ tungssystems aus unvernetztem vernetzbarem Kunststoff hergestellt werden und die Vernetzung erst nach der Mon­ tage des Leitungssystems erfolgt. Dabei werden die ein­ zelnen Komponenten des Leitungssystems, wie beispiels­ weise Rohre, Rohrleitungsteile und Rohrverbindungen aus Kunststoff in konventionellen Verarbeitungsverfahren, wie Extrudieren und Spritzgießen, hergestellt. Bei der Verarbeitung werden dem Kunststoff Hilfsstoffe, wie bei­ spielsweise Stabilisatoren gegen thermooxidative Alte­ rung, zugesetzt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden - vorzugswei­ se - dem Kunststoff weiterhin Zusatzstoffe beigemengt, die erst durch die Einwirkung von Vernetzungsmitteln und eines Katalysators sowie einer weiteren Komponente, wie beispielsweise Feuchtigkeit, eine Vernetzung des Kunst­ stoffes bewirken. Die Erfindung hat erkannt, daß es von Vorteil ist, die zuvor erwähnte bekannte chemische Ver­ netzung durch die Einwirkung von Feuchtigkeit auf den Kunststoff zeitlich zu verschieben. Um eine frühzeitige Vernetzung, beispielsweise durch Luftfeuchtigkeit, si­ cher auszuschließen, werden die aus unvernetztem, jedoch die zuvor erwähnten Additive enthaltendem Kunststoff bestehenden Einzelteile unmittelar nach ihrer Herstel­ lung feuchtigkeitsundurchlässig verpackt. Es ist wich­ tig, daß die feuchtigkeitsundurchlässige Verpackung bei der Lagerung und beim Transport zum Montageort nicht be­ schädigt wird. Die Entnahme aus den Verpackungen er­ folgt erst kurz vor der endgültigen Montage des Leitungs­ systems, so daß der thermoplastische Charakter der Ein­ zelteile des Leitungssystems bei der Fertigstellung noch erhalten ist. Dies ist besonders wichtig, da auf diese Weise die Einzelteile ohne Schwierigkeiten durch Schwei­ ßen nach den verschiedenen, für sich bekannten, Kunst­ stoff-Schweißverfahren miteinander homogen verbunden wer­ den können.
Weiterhin erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren auch eine nur partielle nachträgliche Vernetzung der Einzel­ teile des Leitungssystems. Dabei ist es möglich, daß die nachträgliche Vernetzung nur an den Verbindungsstellen der Einzelteile des Leitungssystems erfolgt, da nur in diesem Bereich der thermoplastische Charakter beispiels­ weise zum Schweißen erhalten bleiben muß. Bei einem sol­ chen Verfahren können die übrigen Teile der Leitungs­ elemente wie beispielsweise Innen- oder Außenwandungen bereits bei der Herstellung vernetzt werden. Eine andere Möglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die nachträgliche Vernetzung nur an den mit dem zu fördernden Medium in Kontakt tretenden Flächen erfolgt. Hierbei ist es möglich, die zur Vernetzung notwendige Feuchtigkeit durch das Medium in das fertiggestellte Leitungssystem zu bringen.
Eine weitere Möglichkeit des erfindungsgemäßen Verfah­ rens besteht darin, daß die nicht nachträglich vernetz­ ten Teile des Leitungssystems aus nicht vernetzbarem Kunststoff hergestellt werden.
Hierbei bestehen die Leitungselemente, insbesondere die Rohre, in der äußeren, dünnen Schicht aus nicht vernetz­ barem Kunststoff, dabei kann zur Herstellung der gleiche Kunststoff wie beim restlichen Rohr, jedoch ohne Vernet­ zungsmittel, benutzt werden. Diese dünne Außenschicht kann entweder mit dem Rohr durch Koextrusion in der Schmelze oder bei Verwendung von artfremdem Kunststoff durch Haftvermittler fest mit dem Basisrohr verbunden sein. Es ist allerdings auch möglich, die Außenschicht - ge­ wissermaßen als Verpackung - lose und gut entfernbar aufzubringen. Erst nach Zufuhr von beispielsweise Feuch­ tigkeit beginnt die chemische Reaktion der Vernetzung. Je nachdem, ob die Feuchtigkeit der Umgebungsluft oder einem Wasser enthaltenden Medium entnommen wird, startet die chemische Reaktion auf der Außen- und/oder Innensei­ te der Leitungselemente. Die Reaktion ist abhängig von der relativen Feuchte der Umgebung, der Temperatur des Leitungssystems, der Zeit und der Diffusionsgeschwindig­ keit des Wassers im Werkstoff, also vom Konzentrations- und Druckunterschied bzw. der Wanddicken der Einzelteile des Leitungssystems.
Der Vernetzungsgrad ist das Maß der Vernetzung, das durch die Bestimmung des unlöslichen Gelanteils gemäß der in der DIN 16 892 beschriebenen Prüfung ermittelt wird. Der Vernetzungsgrad soll größer als 65% sein; da­ her ist bei der Herstellung eine ausreichende Menge an Vernetzungsmittel zuzusetzen. Ist der Vernetzungsprozeß abgeschlossen, so kann man das gesamte Leitungssystem als ein einziges, homogenes, vernetztes Großmolekül be­ zeichnen. Es besitzt gegenüber den herkömmlichen und ein­ gangs beschriebenen bekannten Leitungssystemen keine Schwachstelle. Durch Biegen bei der Montage vorgegebene geometrische Formen werden durch den Vernetzungsprozeß fixiert. Das Rohrleitungssystem erhält auf diese Weise ein "thermisches Gedächtnis" und geht nach unerwünsch­ ter, weiterer Verformung durch Wiedererwärmung in die alte, fixierte Form zurück.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin auch ein Verfahren zum Herstellen von einzelnen Leitungselemen­ ten, aus denen ein Leitungssystem nach der Lehre der Er­ findung erstellt wird und die Leitungselemente zum Er­ stellen eines Leitungssystems als solche. Die erfindungs­ gemäßen Leitungselemente stellen dabei Zwischenprodukte dar, die für das Erstellen eines Leitungssystems belie­ biger Form und Größe als "Baukasten-System" gefertigt werden können. Es ist von Vorteil, daß bei der Herstel­ lung des Leitungssystems als vernetzbarer Kunststoff Polyethylen verwendet wird. Wie bereits angedeutet, kön­ nen die Leitungselemente eine wasserdampfundurchlässige Außenschicht aufweisen. Diese Außenschicht kann auch aus einem Barrierekunststoff bestehen, der mittels eines Haftvermittlers fest mit dem vernetzbaren Rohr verbunden ist und als Wasserdampfsperre dient. Nach einer weiteren Lehre der Erfindung ist es auch denkbar, daß die nicht vernetzbare und wasserdampfundurchlässige Außenschicht nicht fest mit dem Leitungselement verbunden ist und als entfernbare Verpackung dient. Bei einer solchen Aus­ führungsform ist es sinnvoll, daß die mit einer nicht vernetzbaren, wasserdampfundurchlässigen Außenschicht versehenen Rohre an ihren Enden gegen Feuchtigkeitszu­ fuhr mittels entfernbaren, wasserdampfundurchlässigen Verschlüssen geschützt sind. Auf diese Weise ist es mög­ lich, unverbrauchte oder gekürzte Rohrreststücke wieder feuchtedicht für die spätere Weiterverwendung zu ver­ packen. Ist die Außenschicht fest mit dem Leitungsele­ ment verbunden, so läßt sie sich für die Verbindung durch Schweißen etc. vor der Montage spanend entfernen.
Als Alternative zu der nicht vernetzbaren Kunststoff­ schicht kann das Leitungselement auch eine Metall­ schicht, vorzugsweise aus Aluminium, enthalten, die ent­ weder in die Wandung des Leitungselementes eingebettet oder außenseitig auf dieses aufgebracht ist.
Das erfindungsgemäße Leitungssystem sieht vor, daß die Einzelteile unlösbar miteinander verbunden sind. Dabei kann die Verbindung kraft- und/oder formschlüssig erfol­ gen. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestell­ ten Einzelteile des Rohrleitungssystems lassen sich auf­ grund ihres thermoplastischen Charakters durch verschie­ denste Schweißverbindungen, wie Polyfusionsschweißen, Heizelementschweißen oder Stumpfschweißen, miteinander verbinden. Es ist auch möglich, die Einzelteile des Lei­ tungssystems mittels Elektroschweißfittings miteinander zu verbinden. Weiterhin ist es möglich, daß die Einzel­ teile durch Ein- oder Mehrkomponentenkleber miteinander verklebt werden. Schließlich ist es auch denkbar, daß die Einzelteile durch Verbindungselemente aus Metall mit­ einander verbunden werden.
Schließlich sei angemerkt, daß die zuvor erwähnten und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ver­ bindungen auch außerhalb von Leitungssystemen, beispiels­ weise für die dauerhafte Verbindung von Behälterteilen, wie Öltanks oder dergleichen, Verwendung finden können.
Das erfindungsgemäße Rohrleitungssystem läßt sich vor­ teilhaft einsetzen für Heizungssysteme (Fußbodenheizun­ gen, Radiatoren-Anbindesysteme), Brauchwassersysteme in der Hausinstallation, Gasleitungen, Rohrleitungen in der chemischen Industrie für den Transport chemischer Flüs­ sigkeiten, wie z.B. Säuren und Laugen, Industrierohr­ leitungen aller Art, z.B. für Nahrungsmittel, Getränke etc., Druckluftsteuerleitungen, Anwendungen in der Auto­ mobilindustrie usw.

Claims (30)

1. Verfahren zur Erstellung eines Leitungssystems, wo­ bei das Leitungssystem Einzelteile wie Rohre, Rohr­ verbinder, Befestigungselemente oder dergleichen auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelteile des Leitungssystems aus unvernetztem vernetzbarem Kunststoff hergestellt werden und die Vernetzung erst nach der Montage des Leitungssystems durch Feuchtigkeit aus der Umgebung erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Einzelteilen des Leitungssystems bei der Her­ stellung Zusatzstoffe wie Silane, Antioxidantien und Vernetzungsmittel beigemengt werden, die erst durch die Einwirkung eines Katalysators und einer weiteren Komponente eine Vernetzung des Kunststoffes bewir­ ken.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Komponente Feuchtigkeit verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus unvernetztem Kunststoff bestehenden Einzelteile unmittelbar nach ihrer Her­ stellung feuchtigkeitsundurchlässig verpackt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelteile des Leitungs­ systems nur partiell nachträglich vernetzt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nachträgliche Vernetzung nur an den Verbindungsstellen der Einzelteile des Lei­ tungssystems erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nachträgliche Vernetzung nur an den mit dem zu fördernden Medium in Kontakt tre­ tenden Flächen erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Verformen, wie Biegen, vorgegebene Form des Leitungssystems durch den Ver­ netzungsvorgang fixiert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Leitungselementen ein nicht vernetzbarer Anteil von Kunststoff als Außen­ schicht ausgebildet ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht vernetztbare Anteil aus einem wasser­ dampfundurchlässigen Kunststoff besteht.
11. Verfahren nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die nicht vernetzbare Außenschicht mit dem Leitungselement nicht fest verbunden wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht vernetzbare Anteil als entfernbare Verpackung dient.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer nicht vernetzbaren wasserdampfundurchlässigen Außenschicht versehenen Leitungselemente an ihren Enden gegen Feuchtigkeits­ zufuhr mittels entfernbaren, wasserdampfundurchlässi­ gen Verschlüssen geschützt werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelteile des Leitungs­ systems unlösbar miteinander verbunden werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelteile des Leitungs­ systems durch Polyfusionsschweißen miteinander ver­ bunden werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelteile des Leitungs­ systems durch Heizelementschweißen miteinander ver­ bunden werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelteile des Leitungs­ systems durch Stumpfschweißen miteinander verbunden werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelteile des Leitungs­ systems mittels Elektroschweißfittings miteinander verschweißt werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelteile des Leitungs­ systems durch Ein- oder Mehrkomponentenkleber mitein­ ander verklebt werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelteile des Leitungs­ systems durch Verbindungselemente aus Metall mitein­ ander verbunden werden.
21. Verfahren zum Herstellen von einzelnen Leitungsele­ menten wie Rohren, Rohrleitungsteilen und derglei­ chen zur Erstellung eines Leitungssystems nach den Ansprüchen 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die einzelnen Leitungselemente unver­ netzter vernetzbarer Kunststoff verwendet wird.
22. Leitungselement zur Erstellung eines Leitungs­ systems, hergestellt nach dem Verfahren gemäß An­ spruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungs­ element aus Polyethylen besteht.
23. Leitungselement nach Anspruch 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Leitungselement einen nicht ver­ netzbaren Anteil von Kunststoff aufweist.
24. Leitungselement nach Anspruch 23, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der nicht vernetzbare Anteil von Kunst­ stoff als Außenschicht ausgebildet ist.
25. Leitungselement nach Anspruch 23, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der nicht vernetzbare Anteil aus einem wasserdampfundurchlässigen Kunststoff besteht.
26. Leitungselement nach Anspruch 24, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die nicht vernetzbare Außenschicht mit dem Leitungselement nicht fest verbunden ist.
27. Leitungselement nach Anspruch 23, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der nicht vernetzbare Anteil durch Ko­ extrusion fest mit dem Leitungselement verbunden ist.
28. Leitungselement nach Anspruch 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es eine Metallschicht, vorzugsweise aus Aluminium, als nicht vernetzbare Schicht auf­ weist, wobei diese Schicht in die Wandung des Lei­ tungselementes eingebettet ist.
29. Leitungselement nach Anspruch 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es eine Metallschicht, vorzugsweise aus Aluminium, als nicht vernetzbare Schicht auf­ weist, wobei diese Schicht als Außenschicht auf das Leitungselement aufgebracht ist.
30. Leitungselement nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden gegen Feuchtig­ keitszufuhr entfernbare, feuchtigkeitsundurchlässige Verschlüsse aufweisen.
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