DE4332774C2 - Durch Extrudieren hergestellter Rohrleitungsschuß aus Polyethylen-Kunststoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohrleitungsschuß aus Kunststoff mit einer im Wege der Monoextrusion hergestellten monoplasti­ schen Wand und mit zumindest einer am Rohrleitungsschuß ange­ formten Einsteckmuffe. - Der Begriff monoplastisch ist analog zu monolithisch gebildet und besagt im Rahmen der Erfindung, daß es sich um einen Rohrleitungsschuß aus einem einheit­ lichen Polyethylen-Kunststoff handelt, wenn dieser auch, über die Länge des Rohrleitungsschusses bzw. über den Umfang ver­ teilt, unterschiedliche Mikrostrukturen aufweist. Der Rohr­ leitungsschuß ist im Wege der Monoextrusion und nicht durch Coextrusion verschiedener Kunststoffe hergestellt. Die im Rahmen der Erfindung eingesetzten Polyethylen-Kunststoffe sind die für Rohrleitungen, insbesondere für erdverlegte Rohrleitungen, üblichen Polyethylen-Kunststoffe. Polyethylen- Kunststoffe bestehen aus vielen ungeordneten langen Ketten, die durch Verbindung von C-Atomen und CH₂-Gruppen gebildet sind. Die Ketten können linear oder auch verzweigt aneinan­ dergereiht sein. Sie werden auch als Makromoleküle bezeich­ net. Zwischen den Ketten sind schwache intermolekulare Bin­ dungskräfte wirksam, welche die Materialeigenschaften be­ stimmen. Es versteht sich, daß diese Bindungskräfte besonders ausgeprägt sind, wenn einzelne Kettenstücke im Polyethylen- Verband sich sehr nahe kommen. Geordnete Bezirke dieser Art, in denen Ketten bündelartig zusammenlaufen, werden im Gegensatz zu dem sie umgebenden ungeordneten Be­ reich als Kristallite bezeichnet. Der untergeordnete Bereich wird auch als amorpher Bereich bezeichnet. Es versteht sich, daß außer den bereits beschriebenen Bindungskräften auch andere wirksam sein können, wozu eine mehr oder weniger ausgeprägte Vernetzung gehören kann. Bei sehr tiefen Temperaturen sind alle Teile der Makromoleküle gleichsam eingefroren. Durch Zufuhr thermischer Energie werden zuerst die leichter, später die schwerer beweglichen Moleküle zu Bewegungsvorgängen angeregt. Der Aggregatzustand der Kunststoffe ändert sich bei einer solchen Erwärmung zunächst kaum. Oberhalb einer bestimmten Temperatur wird jedoch die Bewegungsenergie der Makromoleküle so groß, daß der Kunststoff zu erweichen beginnt. Er geht von einem festen in einen weicheren Zustand über, der als viskoelastischer Zustand bezeichnet wird. Im viskoelastischen Zustand ist der Zusammenhalt der Makromoleküle untereinander zwar bereits sehr gelockert, aber noch nicht vollständig aufgehoben. Wird die Temperatur weiter erhöht, so geht der viskoelastische Zustand in ein viskoses Fließen über. Wegen der Kristallite, die sich durch das vorstehend angedeutete Bündelungsphänomen bilden, kommt zu dem Erweichungsbereich noch der bei höheren Temperaturen liegenden Schmelzbereich der Kristallite hinzu. Die Kristallite werden zunächst noch oberhalb des Erweichungsbereiches der amorphen Anteile zusammengehalten. Die Anzahl oder Häufigkeit der Kristallite in der Volumeneinheit bestimmt die Festigkeit. Polyethylen- Kunststoffe, die grundsätzlich in der beschriebenen Weise aufgebaut sind, zeigen wegen des beschriebenen Aufbaus und der damit zusammenhängenden Thermodynamik einen sogenannten Memory-Effekt. Darunter wird ein besonderes Schrumpfungs­ phänomen verstanden. Polyethylen-Kunststoffe können unterhalb des Schmelzbereiches ihre Form in Abhängigkeit von der Temperatur definiert reversibel ändern. Wenn die Verformung von Polyethylen-Kunststoffen, zum Beispiel durch Recken oder Aufweitung, im viskoelastischen Bereich erfolgt ist und der Zustand durch eine Temperatur eingefroren ist, bei der eine Molekülbewegung praktisch nicht mehr stattfindet, so werden bei nachfolgender Erwärmung die Spannungen abgebaut, der verformte Gegenstand kehrt unter Entwicklung beachtlicher Schrumpfkräfte in seine frühere Abmessung zurück.

Bei den bekannten Rohrleitungsschüssen aus Polyethylen- Kunststoff mit zumindest einer angeformten Einsteckmuffe erfolgt das Anformen der Einsteckmuffe regelmäßig im viskoelastischen oder weitgehend viskoelastischen Zustand. Das kann nach Fertigstellung der Rohrleitungsschüsse mit der angeformten Einsteckmuffe vor dem Gebrauch und im Gebrauch zu störenden Schrumpfungen führen, beispielsweise wenn die Rohrleitungsschüsse mit der angeformten Muffe gelagert werden und dabei Temperatureinflüssen ausgesetzt werden, das kann aber auch im eingebauten oder verlegten Zustand der Rohrleitungsschüsse geschehen. Die darauf beruhenden Maßänderungen stören. Die Störungen sind um so ausgeprägter, je dicker die Wand der Rohrleitungsschüsse ist. Bei Rohrleitungsschüssen mit zumindest einer angeformten Einsteckmuffe, die aus Polyvinylchlorid bestehen, läßt sich ohne Schwierigkeiten erreichen, daß die Wand der Rohrleitungsschüsse eine Wanddicke von über 4 mm, zum Beispiel von etwa 6 mm und mehr aufweisen, ohne daß störende Schrumpfungserscheinungen auftreten. Dabei besitzt die angeformte Einsteckmuffe zumeist auch die gleiche Wanddicke wie der Rohrleitungsschuß selbst, weil ein Stauchen der Muffe in axialer Richtung zum Zwecke der Vergrößerung der zunächst durch das Anformen der Einsteckmuffe reduzierten Wanddicke durchgeführt wird. Bei Rohrleitungsschüssen mit zumindest einer angeformten Einsteckmuffe, die aus einem Polyethylen- Kunststoff bestehen und eine große Wanddicke aufweisen, gelingt dieses ohne störende Schrumpfungserscheinungen nicht.

Die schweizerische Patentschrift CH 630 161 A5 beschäftigt sich mit einem Rohrleitungs­ schuß aus Kunststoff. Dieser Rohrleitungsschuß weist eine im Wege der Monoextrusion hergestellte monoplastische Wand aus Polyvinylchlorid und zumindest eine am Rohrleitungsschuß an­ geformte Einsteckmuffe auf. Auch in diesem Fall können Schrumpfungserscheinungen auftreten.

Bei der europäischen Offenlegungsschrift EP 0 604 907 A1 wird ein Rohrleitungsschuß aus Polyethylen beschrieben, welcher aus zwei Schichten verschiedener Dichte aufgebaut ist. Dies wird im Zuge einer Koextrusion erreicht. Auf diese Weise sollen Beschädigungen vermieden und die Standzeit eines Rohrlei­ tungsschusses insgesamt vergrößert werden.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen durch Extrudieren hergestellten Rohrleitungsschuß mit ange­ formter Einsteckmuffe anzugeben, dessen Einsteckmuffe bei Wiedererwärmungen, die vor dem Gebrauch oder im Gebrauch auftreten, störende Schrumpfungen nicht erfährt.

Dieses technische Problem wird durch einen Rohrleitungsschuß aus Kunststoff mit einer im Wege der Monoextrusion herge­ stellten monoplastischen Wand und mit zumindest einer am Rohrleitungsschuß angeformten Einsteckmuffe gelöst, wobei die Wanddicken des Rohleitungsschusses und der Einsteckmuffe gleich sind, mit der Maßgabe, daß der Rohrleitungsschuß aus Polyethylen besteht und eine Wanddicke von über 5 mm auf­ weist, daß die monoplastische Wand der Einsteckmuffe durch gezielte Temperaturführung beim expandierenden Anformen der Einsteckmuffe am Rohrleitungsschuß sowie durch gezielte Temperaturführung bei der Abkühlung nach dem Anformen der Einsteckmuffe im Querschnitt gesehen einen hochkristalliti­ schen Innenbereich und einen schwachkristallitischen Außenbe­ reich aufweist, und daß im hochkristallitischen Innenbereich ein umlaufendes kristallitisches Stützgewölbe ausgebildet ist, welches zur Abstützung und zum Verhindern von Verfor­ mungen des schwachkristallitischen Außenbereiches bei auftre­ tenden Schrumpfspannungen ausgelegt ist. Besonders stabile Verhältnisse in bezug auf die Vermeidung von störenden Schrumpfungsphänomenen erreicht man nach bevorzugter Ausfüh­ rungsform der Erfindung durch die weitere Maßgabe, daß die Wand der Einsteckmuffe eine Stauchtextur aufweist. Im Rahmen der Erfindung kann die Wand des Rohrleitungsschusses und der Einsteckmuffe eine Wanddicke von über 6 mm aufweisen. Aber auch bei Rohrleitungsschüssen, bei denen die Wand eine Wand­ dicke von über 10 mm aufweist, haben sich die erfindungsge­ mäßen Maßnahmen bewährt. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Rohrleitungsschuß des beschriebenen grundsätzlichen Aufbaus, bei dem die Einsteckmuffe zumindest einen Bereich mit eingeformter, umlaufender Aufnahmenut für einen eingelegten Dichtungsring und eine Abdichtungskammer aufweist, wobei auch dieser Bereich in der schon beschrie­ benen Art und Weise im hochkristallitischen Innenbereich als Stützgewölbe ausgeführt ist.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß durch geeignete Temperaturführung beim expandierenden Anformen einer Einsteckmuffe an einen zuvor durch Extrudieren hergestellten Rohrleitungsschuß aus Polyethylen-Kunststoff sowie durch eine geeignete Temperaturführung bei der Abkühlung nach dem Anformen der Einsteckmuffe das beschriebene Stützgewölbe erzeugt werden kann, welches überraschenderweise durch die Temperaturführung und die Abkühlung so ausgelegt werden kann, daß durch nachträgliche Schrumpfungsphänomene eine störende Veränderung der Maße der angeformten Muffe nicht mehr eintritt. Die für die Ausbildung des Stützgewölbes erforderlichen Maßnahmen lassen sich experimentell ohne Schwierigkeiten ermitteln, wobei die zahlenmäßigen Parameter nach Maßgabe der Durchmesser, der Wanddicke aber auch der besonderen, eingesetzten Polyethylen-Kunststoffe unterschiedlich sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Rohrleitungsschuß mit angeformter Einsteckmuffe im Längsschnitt und ausschnittsweise,

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

Fig. 3 im Maßstab der Fig. 2 einen Querschnitt B-B durch den Gegenstand der Fig. 1, ebenfalls ausschnitts­ weise.

Der in den Figuren dargestellte Rohrleitungsschuß 1 wurde durch Extrudieren hergestellt und besteht aus einem Polyethylen-Kunststoff. Er besitzt eine im Sinne der einleitenden Definition monoplastische Wand 2, die durch Monoextrusion hergestellt wurde. Man erkennt die angeformte Einsteckmuffe 3.

Der extrusionsgeformte Rohrleitungsschuß 1 weist eine Wanddicke von über 5 mm auf. Die angeformte Einsteckmuffe 3 weist zumindest die gleiche Wanddicke auf. Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 bis 3 und insbesondere aus der Fig. 3 entnimmt man, daß die monoplastische Wand 2 im Querschnitt einen hochkristallitischen Innenbereich 4 und einen schwachkristallitischen Außenbereich 5 aufweist. Hochkristallitisch bezeichnet die Tatsache, daß eine Vielzahl von Kristalliten vorhanden ist, die sich unmittelbar oder mittelbar gegeneinander abstützen. Schwachkristallitisch bedeutet, daß nur wenige Kristallite sich ausgebildet haben. Man erkennt fernerhin, daß der hochkristallitische Innenbereich ein umlaufendes kristallitisches Stützgewölbe bildet. Dieses ist so ausgelegt, daß eine praktisch verformungsfreie Abstützung des schwachkristallitischen Außenbereiches 5 bei auftretenden mechanischen Schrumpf­ spannungen in diesem Außenbereich stattfindet.

Die monoplastische Wand der Einsteckmuffe 3 besitzt im übrigen eine Stauchtextur, weil beim Anformen der Einsteckmuffe 3 nicht nur eine Aufweitung, sondern auch ein Stauchen durchgeführt worden ist. Die Wanddicke mag über 6 mm oder auch über 10 mm liegen. Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung besitzt die Einsteckmuffe 3 einen Bereich mit einer eingeformten umlaufenden Aufnahmenut 6 für einen eingelegten Dichtungs­ ring 7 und eine sogenannte Abdichtungskammer 8, an der die Abdichtungslippe 9 des Dichtungsringes 7 anliegt. Auch dieser Bereich des Rohrleitungsschusses 1 und der Einsteckmuffe 3 ist als Stützgewölbe ausgeführt.

Es versteht sich, daß ein erfindungsgemäßer Rohrleitungs­ schuß 1 mit der angeformten Einsteckmuffe 3 auch den gleichsam tragenden Kern eines mehrschichtigen Rohr­ leitungsschusses bilden kann, der im Wege der Coextrusion mit einer zusätzlichen inneren und/oder äußeren Kunststoffschicht oder Beschichtung anderer Funktion versehen sein kann.

Claims (5)

1. Rohrleitungsschuß (1) aus Kunststoff mit einer im Wege der Monoextrusion hergestellten monoplastischen Wand (2), und mit zumindest einer am Rohrleitungsschuß (1) angeformten Ein­ steckmuffe, wobei die Wanddicken des Rohrleitungsschusses (1) und der Einsteckmuffe (3) gleich sind, mit der Maßgabe, daß der Rohrleitungsschuß (1) aus Polyethylen besteht und eine Wanddicke von über 5 mm aufweist, daß die monoplastische Wand (2) der Einsteckmuffe (3) durch gezielte Temperaturführung beim expandierenden Anformen der Einsteckmuffe (3) am Rohr­ leitungsschuß (1) sowie durch gezielte Temperaturführung bei der Abkühlung nach dem Anformen der Einsteckmuffe (3) im Querschnitt gesehen einen hochkristallitischen Innenbereich (4) und einen schwachkristallitischen Außenbereich (5) aufweist, und daß im hochkristallitischen Innenbereich (4) ein umlaufendes kristallitisches Stützgewölbe ausgebildet ist, welches zur Abstützung und zum Verhindern von Verformungen des schwachkristallitischen Außenbereiches (5) bei auftretenden Schrumpfspannungen ausgelegt ist.

2. Rohrleitungsschuß nach Anspruch 1 mit der weiteren Maßgabe, daß die Wand (2) der Einsteckmuffe (3) eine Stauchtextur aufweist.

3. Rohrleitungsschuß nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Wand (2) eine Wanddicke von über 6 mm aufweist.

4. Rohrleitungsschuß nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Wand (2) eine Wanddicke von über 10 mm aufweist.

5. Rohrleitungsschuß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Einsteckmuffe (3) zumindest einen Bereich mit eingeformter umlaufender Aufnahmenut (6) für einen eingelegten Dichtungsring (7) und eine Abdichtungskammer (8) aufweist und auch dieser Bereich als Stützgewölbe ausgeführt ist.