DE3931613C1

DE3931613C1 -

Info

Publication number: DE3931613C1
Application number: DE3931613A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: PETZETAKIS GEORGE ARISTOVOULOS PIRAEUS GR
Current assignee: PETZETAKIS GEORGE ARISTOVOULOS PIRAEUS GR
Priority date: 1989-09-22
Filing date: 1989-09-22
Publication date: 1990-09-20
Anticipated expiration: 2009-09-23
Also published as: US5060698A; IT1244602B; IT9021467A1; JPH03213788A; IT9021467A0; CA2025725A1; GR1000476B; GR900100675A

Description

Die Erfindung betrifft ein großkalibriges Kunststoffrohr aus thermo plastischem Kunststoff, welches aus einem stranggepreßten (extru dierten) Kunststoffhohlprofil mit schraubenwendelförmig geführten Windungen aufgebaut ist, die längs einer schraubenwendelförmig verlaufenden Berührungsnaht verschweißt sind. Die Berührungsnaht ist schweißtechnisch eine Stumpfnaht. Für großkalibrige Rohre des beschriebenen Aufbaus können die verschiedensten Kunststoffe einge setzt werden. Zumeist gehört der Kunststoff einer Gruppe der Poly olefine, wie z.B. PE oder PP, an. - Kaliber steht für Durchmesser.

Großkalibrige Rohre des beschriebenen Aufbaus werden hauptsächlich als Erdverlegungsrohre eingesetzt, und zwar für Kanalisationszwecke und für die Abwasserführung. Als Erdverlegungsrohre erfahren sie aus dem Erddruck quasihydrostatische Beanspruchungen, die von einer ausreichend großen Ringsteifigkeit aufgenommen werden müssen. In Erdsenkungsgebieten können zusätzlich große Biegebeanspruchun gen auftreten, die durch elastische Verformung aufgenommen werden müssen und eine hohe Stabilität des gesamten Rohres verlangen, wenn anders die Gefahr eines Crash′s durch Stabilitätsversagen besteht.

Die bekannten Rohre, von denen die Erfindung ausgeht (DE-PS 23 08 417), sind aus einem Kunststoffhohlprofil mit quadratischem oder rechteckigem Außenquerschnitt und rundem Innenquerschnitt aufge baut. Im Detail ist die Anordnung so getroffen, daß die zur Stumpf naht verschweißten Seitenwände des Kunststoffhohlprofils um etwa 50 Prozent dünner sind als die freien Hohlprofilwände und daß die freien Hohlprofilwände so ausgelegt sind, daß bei den auf das erd verlegte Rohr einwirkenden Beanspruchungen die Verformungsspan nungen die Festigkeit der Stumpfnähte nicht überschreitet. Diese bekannten Rohre haben sich bewährt. Sie sind ausreichend elastisch verformbar und nehmen die Beanspruchungen ohne Crashgefahr durch Stabilitätsversagen auf. Um dieses sicherzustellen, müssen die Hohl profilwände allerdings entsprechend dick eingestellt sein. Daraus resultiert ein verhältnismäßig hohes Gewicht der bekannten Rohre bei vorgegebenem Kaliber und vorgegebenen Beanspruchungspara metern.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein groß kalibriges Rohr des eingangs beschriebenen grundsätzlichen Aufbaus zu schaffen, welches sich bei gleichem Kaliber und gleichen Bean spruchungsparametern durch reduziert es Gewicht auszeichnet, - anders ausgedrückt bei gleichem Gewicht wesentlich höher belastbar ist und/oder ein größeres Kaliber zuläßt.

Die Lösung dieser Aufgabe erreicht die Erfindung durch die Kombi nation der folgenden Merkmale:

a) Das Kunststoffhohlprofil ist ein Mehrzellenprofil mit rechteckigem Gesamtquerschnitt und recht eckigem Querschnitt der Zellen,
b) der Kunststoff besitzt eine integrierte Bewehrung aus eingelagerten Fasern, und zwar in einer Menge von 5 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht,
c) zumindest ein Anteil der Fasern ist in Richtung der Windungen orientiert,

wobei durch die Orientierung der Fasern ein anisotroper Elastizi tätsmodul sowie dadurch eine erhöhte Ringsteifigkeit und Stabilität eingestellt sind. - Rohre, die aus einem Mehrzellenprofil aus ther moplastischem Kunststoff aufgebaut sind, sind an sich bekannt (BE-PS 6 69 613). Das Kunststoffhohlprofil besitzt bei den bekannten Rohren keinen streng rechteckigen Gesamtquerschnitt, sondern an geformte Schweißflansche und entsprechende Auskammerungen für die Aufnahme dieser Flansche beim schraubenwendelförmigen Wickeln des Kunststoffhohlprofils. Ausreichende Ringsteifigkeit und Stabili tät, auch unter Biegebeanspruchung, ist nur durch große Dicke der Wände des Gesamtquerschnittes und der zellenbildenden Wände erreichbar. Im Bereich der Flansche entstehen Singularitäten. Dem gegenüber geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß eine integrierte Bewehrung des Kunststoffhohlprofils durch Fasern die Ringsteifigkeit und Stabilität des Rohres beachtlich erhöht, ohne das Biegeverhalten des Rohres nachteilig zu beeinflussen, wenn die Fasern der integrierten Bewehrung in ausreichendem Maße in Richtung der Windungen orientiert sind. Das Biegeverhalten ist nicht störend beeinflußt, wenn der Faseranteil im angegebenen Bereich gewählt wird. Das Maß der Orientierung und auch der Anteil der orientierten Fasern in der gesamten integrierten Fasermasse lassen sich beim Strangpressen (Extrudieren) des Kunststoffhohlprofils ein richten. Je kleiner die Dicke der Rechteckwände und der zellenbil denden Wände gewählt wird, was eine entsprechende Gestaltung der Strangpreßwerkzeuge verlangt, desto größer sind der Anteil der in Windungsrichtung orientierten Fasern sowie das Maß der Orien tierung. Es versteht sich, daß die Viskosität des thermoplastifizier ten Kunststoffes beim Strangpressen so gewählt werden muß, daß eine zu hohe Viskosität den Orientierungseffekt nicht beeinträchtigt.

Eine Optimierung dahingehend, daß das Rohr bei vorgegebenem Kaliber und reduziertem Gewicht eine optimale Biegesteifigkeit und Stabilität aufweist, läßt sich leicht experimentell durchführen. Es versteht sich, daß die erreichwaren Werte auch von dem eingesetzten Kunststoff und dessen Einstellung abhängen. Im Rahmen der Erfin dung liegt es, zusätzlich feinteilige mineralische Füller in den Kunst stoff einzumischen. Die Qualitätsverbesserung, die erfindungsgemäß ohne Gewichtserhöhung erreicht wird, verleiht dem erfindungsgemäßen großkalibrigen Rohr auch eine hohe Festigkeit bei aufzunehmenden Innendrücken. Erfindungsgemäße Rohre können daher auch für die Leitung von druckführenden Medien eingesetzt werden.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung und Gestaltung. Eine bevorzugte Ausführungs form der Erfindung, die sich in fertigungstechnischer Hinsicht aus zeichnet und beachtliche Gewichtsreduzierungen zuläßt, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Kunststoffhohlprofils eine Rechtecklänge aufweist, die dem Ein- bis dem Fünffachen der Recht eckbreite des Kunststoffhohlprofils entspricht, und daß durch die Dicke der Rechteckwände und der zellenbildenden Wände der Anteil der in Richtung der Windungen orientierten Fasern eingestellt ist. Die Länge der Fasern ist im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig. Bewährt hat sich eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Fasern eine Länge aufweisen, die maximal der halben Dicke der Rechteckwände oder der zellenbildenden Wände entspricht. Hier läßt sich besonders wirksam die Orientierung einstellen und steuern. Im allgemeinen ist zumindest ein Anteil von 10 Gew.-% der Fasern, bezogen auf die Gesamtmenge der Fasern, in Richtung der Windungen orientiert. Die Fasern können aus einem der Stoffe "Glas, Kohlenstoff, hochfestem Kunststoff, Metall, insbesondere Stahl" be stehen, es kann aber auch eine Mischung von Fasern aus jeweils einem dieser Stoffe eingesetzt werden. Die Bewehrung eines Kunststoffes durch solche eingemischten Fasern ist an sich bekannt. Zum Zwecke der Ver besserung der Druckfestigkeit ähnlicher großkalibriger Rohre ist es bekannt (GB-PS 11 78 685), diese mit einer Filamentbewehrung zu um wickeln. Diese Maßnahme trägt zur Verbesserung der Ringsteifigkeit und der Stabilität bei den angegebenen Beanspruchungen nichts bei. Erfindungsgemäß werden bei einem großkalibrigen Rohr des beschrie benen Aufbaus durch die Kombination und die Orientierung die an gegebenen besonderen Effekte erreicht. Im Rahmen der Erfindung liegt es, eine zusätzliche Bewehrung zu verwirklichen, und zwar dadurch, daß das Kunststoffhohlprofil im Bereich der Berührungsnaht eine schraubenwendelförmige Bewehrung bildet, deren Steifheit und Stabili tät durch die Dicke der in der Berührungsnaht verschweißten Recht eckwände des rechteckigen Querschnitts des Kunststoffhohlprofils be stimmt ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausfüh rungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zei gen in schematischer Darstellung

Fig. 1 die Seitenansicht eines erfindungsgemäßen großkalibrigen Rohres, teilweise im Längsschnitt,

Fig. 2 in gegenüber der Fig. 1 wesentlich vergrößertem Maßstab den Ausschnitt A aus dem Gegenstand nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Gegenstand nach Fig. 2 aus Rich tung des Pfeiles B in nochmaliger Vergrößerung, und

Fig. 4 im Maßstab der Fig. 3 einen Schnitt in Richtung C-C durch den Gegenstand nach Fig. 2 ausschnittsweise.

Das in den Figuren dargestellte großkalibrige Rohr 1 besteht aus thermoplastischem Kunststoff. Es versteht sich, daß der Durchmesser wesentlich größer sein kann, als es die Zeichnung darstellt. Das Rohr 1 ist aus einem stranggepreßten (extrudierten) Kunststoffhohl profil 2 mit schraubenwendelförmig geführten Windungen aufgebaut. Diese sind längs einer schraubenwendelförmig verlaufenden Berüh rungsnaht verschweißt, und zwar mittels Stumpfnaht 3.

Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 2 entnimmt man, daß das Kunststoffhohlprofil 2 als Mehrzellenprofil mit recht eckigem Gesamtquerschnitt und rechteckigen Zellenquerschnitten auf gebaut ist. Im Ausführungsbeispiel sind vier Zellen 4 dargestellt. Der Kunststoff, aus dem das Kunststoffhohlprofil 2 besteht, besitzt eine integrierte Bewehrung aus eingelagerten Fasern 5 und zwar in einer Menge von 5 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des großkalibrigen Rohres 1. In der Fig. 2 erkennt man solche Fasern, im geschnittenen Zu stand. Aus den Fig. 3 und 4 entnimmt man, daß Fasern 5 in Rich tung der Windungen orientiert sind. Die Anordnung ist so getroffen, daß durch die Orientierung der Fasern 5 ein anisotroper Elastizi tätsmodul sowie dadurch eine erhöhte Ringsteifigkeit und Stabilität eingestellt sind. Das erlaubt die beschriebene Gewichtsreduzierung bei sonst gleichen Parametern. Die Fig. 2 macht deutlich, daß im Ausführungsbeispiel der Querschnitt des Kunststoffhohlprofils 2 eine Rechtecklänge aufweist, die etwa dem Vierfachen der Rechteckbreite des Querschnitts des Kunststoffhohlprofils 2 entspricht, aber auch wesentlich größer sein könnte. Durch die Dicke der Rechteckwände 6 und der zellenbildenden Wände 7 ist der Anteil der in Richtung der Windungen orientierten Fasern 5 eingestellt. Dazu wird ein Orientierungseffekt beim Strangpressen in entsprechenden Werkzeugen ausgenutzt, und die Viskosität des Kunststoffes wird entsprechend eingestellt. Je dünner die Wände 6 bzw. 7 sind, desto ausgeprägter ist die Orientierung. Die Fasern 5 mögen eine Länge aufweisen, die maximal der halben Dicke der Rechteckwände 6 oder der zellen bildenden Wände 7 entspricht. Im allgemeinen soll zumindest ein Anteil von 10 Gew.-% der Fasern 5 in Richtung der Windungen orientiert sein. Die Fasern 5 mögen aus Glas, Kohlenstoff, hoch festem Kunststoff, Metall, insbesondere Stahl bestehen. Es kann aber auch eine Mischung von Fasern 5 aus jeweils einem dieser Stoffe eingesetzt sein. Wird mit einem Kunststoffhohlprofil 2 gearbei tet, wie es in der Fig. 2 dargestellt wurde, so besitzt das Rohr 1 im Bereich der Berührungsnaht in bezug auf die zellenbildenden Wände 7 gleichsam die doppelte Wanddicke. Auf diese Weise ist eine schraubenwendelförmige Bewehrung gebildet, deren Steifheit und Stabilität durch die Dicke der in der Berührungsnaht verschweißten Rechteckwände 6 bestimmt ist. Man könnte aber diese äußeren Recht eckwände 6 auch auf die halbe Dicke reduzieren.

Claims

1. Großkalibriges Rohr aus thermoplastischem Kunststoff, welches aus einem stranggepreßten (extrudierten) Kunststoffhohlprofil mit schraubenwendelförmig geführten Windungen aufgebaut ist, die längs einer schraubenwendelförmig verlaufenden Berührungsnaht verschweißt sind, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

a) Das Kunststoffhohlprofil (2) ist ein Mehrzellenprofil mit rechteckigem Gesamtquerschnitt und rechteckigem Quer schnitt der Zellen (4),
b) der Kunststoff besitzt eine integrierte Bewehrung aus ein gelagerten Fasern (5), und zwar in einer Menge von 5 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht,
c) zumindest ein Anteil der Fasern (5) ist in Richtung der Windungen orientiert, wobei durch die Orientierung der Fasern (5) ein anisotroper Ela stizitätsmodul sowie dadurch eine erhöhte Ringsteifigkeit und Stabi lität eingestellt sind.

2. Großkalibriges Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff eine integrierte Bewehrung aus einge lagerten Fasern (5) in einer Menge von etwa 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht, besitzt.

3. Großkalibriges Rohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Kunststoffhohlprofils (3) eine Rechtecklänge aufweist, die dem Ein- bis dem Fünffachen der Rechteckbreite des Kunststoffhohlprofils (2) entspricht, und daß durch die Dicke der Rechteckwände (6) und der zellenbildenden Wände (7) der Anteil der in Richtung der Windungen orientierten Fasern (5) eingestellt ist.

4. Großkalibriges Rohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die Fasern (5) eine Länge aufweisen, die maximal der halben Dicke der Rechteckwände (6) oder der zellenbildenden Wände (7) entspricht.

5. Großkalibriges Rohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß zumindest ein Anteil von 10 Gew.-% der Fasern (5) in Richtung der Windungen orientiert ist.

6. Großkalibriges Rohr nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß die Fasern (5) aus einem der Stoffe "Glas, Kohlenstoff, hochfestem Kunststoff, Metall, insbesondere Stahl" bestehen oder eine Mischung von Fasern (5) aus jeweils einem dieser Stoffe eingesetzt ist.

7. Großkalibriges Rohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß das Kunststoffhohlprofil (2) im Bereich der Stumpfnaht (3) eine schraubenwendelförmige Bewehrung bildet, deren Steifigkeit und Stabilität durch die Dicke der in der Stumpf naht (3) verschweißten Rechteckwände (6) des Kunststoffhohlprofil querschnittes bestimmt ist.