DE3931613C1 - - Google Patents
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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 (7)
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.
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