DE69220486T2 - Verfahren zur herstellung eines rohres aus metall- und kunststoffverbundwerkstoff - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft ein Rohr zum Fördern von Fluiden, und es ist von der Art, die einen rohrförmigen Metallkern aufweist, der innen und außen durch Innen- und - Außenschichten aus Kunststoffmaterial abgedeckt ist, und außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Rohrs.
• In bekannten Rohren der vorstehend genannten Art erbringt das Metall die Festigkeit und Steifheit des Rohrs, und das Kunststoffmaterial schützt das Metall gegen korrodierende Umwelteinwirkungen, chemische oder Erosionseinwirkungen von innen und außen. Insbesondere handelt es sich dabei um Metallrohre, die innen und außen durch Kunststoffbeschichtungen geschützt sind.
• Es ist bekannt, Rohre der eingangs genannten Art herzustellen, indem der rohrförmige Metallkern aus nicht-perforiertem Blechmaterial gebildet wird, und indem die Innen- und Außenschichten aus Kunststoffmaterial als Strangpreßerzeugnisse innerhalb und außerhalb des Metallkerns vorgesehen werden. Eine Schwierigkeit bei diesem Verfahren besteht darin, das Metall und die Kunststoffmaterialien fest miteinander zu verbinden, was für das Verbundstoffrohr üblicherweise erwünscht ist, damit es beim Gebrauch so wirksam wie möglich ist. Ein Vorschlag, mit dieser Schwierigkeit umzugehen, besteht darin, eine Beschichtung aus einem Pfropf-Polyethylen auf dem Metallkern aufzubringen und daraufhin eine Kunststoffschicht auf diese Verbindungsschicht zu Spritzen bzw. extrudieren. Die Beschichtung kann auch als Strangpreßerzeugnis aufgetragen werden, wobei die Beschichtung und die Kunststoffschicht auf den Metallkern ausgehend von getrennten Strangpreßauslässen einer gemeinsamen Strangpreßform extrudiert werden. Gemäß einem weiteren bekannten Verfahren wird ein perforierter rohrförmiger Metallkern verwendet, der innen und außen durch Schichten aus Kunststoffmaterial beschichtet ist, die durch die Perforationen in dem Metall miteinander verbunden und so am Metall gehalten werden.
• Die EP-A-0 053 590 offenbart ein derartiges Verfahren zum Herstellen eines Verbundstoffrohrs aus Metall und Kunststoffmaterial zum Fördern von Fluiden, aufweisend das Vorsehen von Innen- und Außenschichten aus Kunststoffmaterial auf einem länglichen rohrförmigen Metallkern. Die Innenschicht ist als Strangpreßerzeugnis aus Kunststoffmaterial vorgeforint. Ein Metallstreifen mit in Längsrichtung und zur Seite hin beabstandeten Öffnungen, die wenigstens 5 % der gesamten Oberfläche des Streifens einnehmen, wird auf die Innenschicht gewickelt, um den länglichen rohrförmigen Kern zu bilden, wobei Ränder des Streifens aneinander befestigt werden, um die Rohrform des Kerns beizubehalten. Die Innenschicht und der Kernnfbau werden daraufhin einer Strangpreßform zugeführt, in welcher die Kunststoffmaterialaußenschicht auf den Kern gespritzt wird, um die Außenfläche des Kerns abzudecken, wodurch die Innen- und Außenschichten veranlaßt werden, miteinander integral durch die Öffnungen des Metallstreifens des Kerns verbunden zu werden. Gemäß dieser Druckschrift werden die Dicken der Innen- und Außenkunststoffschichten und die Dicke des Streifens in geeigneter Weise so gewählt, daß eine erforderliche dauerhafte Kaltverformbarkeit sichergestellt ist.
• Die vorliegende Erfindung besteht in einem Verfahren zum Herstellen eines Verbundstoffrohrs aus Metall und Kunststoffmaterialien zum Fördern von Fluiden, aufweisend die Schritte: Zuführen eines Streifens aus Metallblech mit in Längssrichtung und zur Seite hin beabstandeten Öffnungen über seine gesamte Länge, die wenigstens 5 % der Gesamtoberfläche des Blechs einnehmen, zu einer Formgebungseinheit, Bilden des Streifens in einen länglichen rohrförmigen Kern in der Formgebungseinheit und Festlegen der Kanten des Streifens aneinander, um die Rohrform beizubehalten, Verbinden einer Innenschicht des Kunststoffmaterials mit dem Kern und Extrudieren einer Außenschicht aus Kunststoffmaterial auf den Kern an einer Strangpreßform zum Abdecken der Außenfläche des Kerns, und um dadurch die Innen- und Außenschichten zu veranlassen, durch die Öffnungen in dem Metallstreifen des Kerns integral miteinander verbunden zu werden, wobei das Verfahren kontinuierlich abläuft, damit das Verbundstoffrohr eine unbegrenzte Länge hat, wobei der verwendete Streifen ein ausgeweitetes und flachgedrücktes Metallblechgitter ist, wobei der geformte Kern vor dem Zuführen zu der Strangpreßform erwärmt wird, wobei die Innenschicht aus Kunststoffmaterial als Futterrohr für den Kern vorgeformt oder durch Strangpressen des Kunststoffmaterials in dem Kern gebildet wird, und wobei die Innen- und Außenschichten jeweils so geformt werden, daß sie eine Dicke von wenigstens 0,1 mm aufweisen, und daß ihre kombinierten Dicken im wesentlichen gleich oder größer als die Dicke des Metallblechgitters ist.
• In dem Verbundstoffrohr arbeiten das Metallblechgitter und die Kunststoffmaterialien zusammen, um dem Rohr Festigkeit zu verleihen, damit es Innen- und Außendrücken in einem Bereich von Betriebstemperaturen widerstehen kann, die durch Fluide ausgeübt werden, die durch das Rohr im Einsatz gefördert werden, und falls erforderlich, mit einer Wärmetauschfähigkeit zwischen den Innen- und Außenseiten des Rohrs.
• Das durch das ertindungsgemäße Verfahren hergestellte Verbundstoffrohr kann für Zwecke im Heimbereich ebenso wie für andere Zwecke zur Förderung von Flüssigkeiten und Gasen eingesetzt werden. Es kann als Druckrohr eingesetzt werden, und es kann in Heizsystemen eingesetzt werden, die einen Wärmetausch zwischen seinen Oberflächen vorsehen. Für Wärmetauschzwecke werden das Metallblechgitter und die Kunststoffmaterialien hinsichtlich ihrer Wärmeleitfähigkeiten ausgewählt, und die Dicken der Innen- und Außenschichten relativ zu der Dicke des Metallmaterials des rohrförmigen Kerns können deutlich geringer sein als für den Fall, daß das Rohr für andere Zwecke verwendet wird, beispielsweise in Druckfluidsystemen.
• Wenigstens für Wärmetauschanwendungen des Verbundstoffrohrs ist es üblicherweise erwünscht, daß die Innen- und Außenschichten aus Kunststoffmaterial eine ähnliche Dicke so aufweisen, daß der Metallkern in der Verbundstoffwand des geformten Rohrs zentral angeordnet ist. Für einige Anwendungsfälle des Rohrs, einschließlich dem Einsatz in Fluidverteilungssystemen, kann es jedoch bevorzugt sein, daß die Kunststoffschichten voneinander unterschiedliche Dicken aufweisen.
• Nachdem die Innen- und Außenschichten auf den rohrförmigen Kern aufgetragen wurden, kann das derart gebildete Verbundstoffrohr beispielsweise zum Einsatz als Gasversorgungsrohr dadurch mit Vorspannung belastet werden, daß es auf eine Größe mit verringertem Querschnitt gestaucht wird. In dieser Form kann das Rohr eine dünnere Wanddicke aufweisen als ein vergleichbares Rohr, das vollständig aus Kunststoffmaterial hergestellt ist, um einem ähnlichen Zweck zu dienen, und/oder es kann höheren Fluidinnendrücken unterworfen werden als ein vergleichbares Kunststoffrohr. Das gestauchte Rohr kann die verringerte Querschnittsgröße zuverlässiger beibehalten, als es üblich ist, wenn ein vollständig aus Kunststoffmaterial, wie beispielsweise Polyethylen, hergestelltes Rohr gestaucht wird.
• Die Kunststoffschichten schützen den Metallkern vor einer Korrosion, und sie tragen außerdem zur Festigkeit und den Wärmeübertragungseigenschaften des Rohrs bei.
• Wenigstens eine der Kunststoffschichten, üblicherweise die Innenschicht, kann so geformt sein, daß sie eine unebene wellige oder aufgerauhte Oberfläche aufweist. Dies kann die Wärmeübertragung zum Rohr ausgehend vom Fluid fördern, das in Kontakt mit dem im Gebrauch befindlichen Rohr steht. Die Unebenheit, die Welligkeiten oder die Aufrauhung kann von der Form der Oberfläche oder der Oberflächen des Metallkerns abgeleitet werden, der durch die Kunststoffmaterialien abgedeckt ist. Entweder eine oder jede der Kunststoffschichten können abwechselnd eine glatte ebene Oberfläche des Rohrs aufweisen.
• Durch integrales Vereinigen bzw. Verbinden der Innen- und Außenkunststoffschichten durch die Öffnungen des Metallkerns wird eine feste Verbindung der Kunststoffschichten mit dem Kern erhalten, die eine Abtrennung der Schichten vom Kern verhindert oder wenigstens deutlich verzögert. Die feste Verbindung wird selbst dann beibehalten, wenn das Rohr gestaucht wird, um zum Gebrauch vorspannungsbelastet zu sein.
• Verschiedene Faktoren können für das Ausmaß, die Größe und Form der Öffnungen relevant sein, die in dem Metallgitterstreifen vorgesehen sind, aus welchem der Metallkern gebildet ist. Beispielsweise kann die Auswahl abhängig von dem verwendeten Metall und den verwendeten Kunststoffmaterialien sein, von den gewünschten Betriebsanforderungen an das Rohr und/oder den relevanten Dicken des Rohrkerns und der Innen- und Außenkunststoffschichten. Üblicherweise nehmen sie 15 bis 30% der Oberfläche ein. Die Öffnungen können verschiedene Formen aufweisen. Typischerweise sind die Öffnungen kreisförmig, oval, quadratisch, rechteckig oder diamantförmig; sie können jedoch auch andere regelmäßige oder unregelmäßige Formen aufweisen. Typische Minimal- und Maximalabmessungen für die Öffnungen sind 0,5 bzw. 3,0 mm, wobei 0,75 mm und 1,5 mm die gebräuchlichsten Abmessungen des Rohrs für dessen Heimeinsatz sind. Andere Abmessungen sind möglich. Für einige Anwendungen des Rohrs können die Öffnungen beträchtlich größere Abmessungen haben.
• Das Metallgitter des Streifens kann das als EXPAMET bekannte gestreckte und eingeebnete Metallblechgitter sein. Das Metall kann beispielsweise weicher unlegierter Stahl oder Edelstahl oder Aluminium sein; es können jedoch auch andere Metalle und Legierungen abhängig von der Qualität und den Eigenschaften verwendet werden, die für das Rohr erforderlich sind.
• Das Ausformen des Metallgitterstreifens in den Rohrkern in der Formgebungseinheit kann in unterschiedlicher Weise erfolgen. Beispielsweise kann der Streifen in ein Rohr in Längsrichtung durch Rollen bzw. Umrollen geformt werden. Der Streifen kann anfänglich in einen allgemein U-förmigen Querschnitt geformt werden, woraufhin die U-Schenkel umgerolit werden, um die Rohrform zu vollenden. Eine bevorzugte Weise, den Kern herzustellen, besteht darin, den Streifen spiralförmig in die Rohrform zu wickeln. Das Wickeln kann beispielsweise auf einem Dorn erfolgen, oder, falls die Innenschicht vorgeformt ist, kann es direkt auf die Innenschicht erfolgen. Verbindungsränder der dünnen Schicht in dem geformten rohrförmigen Kern können entweder in überlappender oder anstoßender Beziehung miteinander verschweißt werden. Sie können stattdessen mechanisch beispielsweise durch Überlappen oder Falten der Ränder zusammengeschlossen werden.
• Die Kunststoffmaterialien für die Innen- und Außenschichten können gemäß der beabsichtigten Verwendung oder Eigenschaften des Rohrs gewählt werden. Üblicherweise ist Kunststoffmaterial mit guter chemischer Beständigkeit und Temperaturleistungsvermögen für die meisten Verwendungen geeignet. Typische Materialien für Wärmetauschanwendungen des Rohrs sind Perfluoralkoxyethylen, fluoriertes Ethylenpropylen, Polyethylen, vernetztes Polyethylen, Polypropylen, Polytetrafluorethylen, chioriertes Polyvinylchlorid und Polyvinylidendifluorid. Es können auch andere Materialien verwendet werden. Zur Verteilung von Trinkwasser und Hochdruckgas ist Polyethylen geeignet, und für Fernheizsysteme kann vernetztes Polyethylen verwendet werden.
• Für Wärmetauschanwendungen des Rohrs bei Einsätzen im Heimbereich ist die minimale Dicke von 0,1 mm für sowohl für die Innen- wie Außenschichten aus dem Kunststoffmaterial verarbeitbar; für Fluidverteilungszwecke, beispielsweise Wasser oder Gas, ist es jedoch überlicherweise wünschenswert, daß die Schichten eine Dicke von wenigstens 1,0 mm haben. Im Hinblick auf das zuletzt gesagte hat die Innenschicht typischerweise eine Dicke von 1,0 mm und die Außenschicht hat eine Dicke von 3,0 bis 15 mm, abhängig von der äußeren Querschnittsabmessung des Rohrs.
• Wenn die Innenschicht des Kunststoffmaterials als vorgeformtes Futterrohr vorgesehen ist, ist es für den Rohrkern wünschenswert, daß er eng um diese Schicht herum sitzt, wenn die zwei daraufhin zusammengebaut werden. Das Futterrohr ist vorzugsweise als Strangpreßerzeugnis gebildet; es kann jedoch auch als Formpreßteil oder in anderer geeigneter Weise gebildet sein.
• Wenn die Innenschicht innerhalb des rohrförmigen Kerns durch Spritzgießen vorgesehen wird, kann sie mittels einer Strangpreßform extrudiert werden, die so angeordnet ist, daß sie das Kunststoffmaterial direkt in das Innere des Kerns extrudiert, oder das Kunststoffmaterial kann außerhalb des Kerns aufgetragen werden und durch die Öffnungen des Kerns in das Innere des Kerns eindringen, um die Innenschicht zu bilden. Ein Dorn, eine Form oder ein anderes geeignetes Formgabeteil kann innerhalb des Rohrkerns angeordnet sein, der dazu dient, das Kunststoffmaterial auf der Innenseite des rohrförmigen Kerns zu sammeln und zu verteilen, wenn das Kunststoffmaterial durch die Öffnungen hindurchdringt. Durch Auftragen des Kunststoffmaterials für die Innenschicht von der Außenseite des rohrförmigen Kerns aus können die Innen- und Außenschichten in den rohrförmigen Kern gleichzeitig, ausgehend von einer einzigen Strangpreßform extrudiert werden.
• Eine Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr beispielhaft in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert; es zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Ansicht einer typischen Fertigungsstraße zur Herstellung eines Rohrs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, auf welcher ein Metallstreifen spiralförmig gewickelt wird, um einen rohrförmigen Kern des Rohrs zu bilden,
• Fig. 2 eine vereinfachte perspektivische Ansicht der Vorrichtung, die auf der Fertigungsstraße zum spiralförmigen Wickeln und Schweißen des Metallstreifens und zum Extrudieren von Innen- und Außenschichten aus Kunststoffmaterial auf den gebildeten rohrförmigen Kern verwendet wird,
• Fig. 3 und 4 Schnitte entlang den Linien 3-3 und 4-4 von Fig. 2,
• Fig. 5 einen vergrößerten fragmentarischen Schnitt durch eine Kreuzkopf-Strangpresse der Vorrichtung in Fig. 2,
• Fig. 6 eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer alternativen Vorrichtung, die zum Biegen und Schweißen des Metallstreifens zur Bildung des rohrförmigen Kerns verwendet werden kann,
• Fig. 7 eine vereinfachte perspektivische Ansicht der Vorrichtung, die zum spiralförmigen Wickeln und Schweißen des Metallstreifens um eine Innenschicht aus Kunststoffmaterial verwendet wird, die als vorgeformtes Auskleidungs- bzw. Futterrohr bereitgestellt wird, und zum Extrudieren einer Außenschicht aus Kunststoffmaterial auf den gebildeten rohrförmigen Kern,
• Fig. 8, 9 und 10 Schnitte entlang den Linien 8-8, 9-9 und 10-10 von Fig. 7, und Fig. 11 einen fragmentarischen Schnitt unter Darstellung einer weiteren Verbindungsform zwischen Rändern des Metallstreifens in dem gebildeten rohrförmigen Kern.
• Die in Fig. 1 der Zeichnungen gezeigte Fertigungsstraße dient zur kontinuierlichen Herstellung eines Rohrs unbegrenzter Länge, das einen rohrförmigen Kern aus einem spiralförmig gewickelten und verschweißten, expandierten bzw. ausgeweiteten und flachgedrückten Metallblechgitter und Innen- und Außenschichten aus Kunststoffmaterial aufweist, die auf die Innenseite und Außenseite des rohrförmigen Kerns aufgetragen sind. Das Gitter bzw. Maschenwerk wird der Fertigungsstraße in gewickelter Streifenform zugeführt.
• Durch die Lücken des Metallgitters sind in dem rohrförmigen Kern über seine gesamte Länge gleichmäßig über den Umfang und die Längsrichtung verteilte Öffnungen vorhanden.
• Die Öffnungen stellen in der gesamten Oberfläche des Kerns einen offenen Bereich bzw. eine offene Fläche von 15 bis 20% bereit.
• Wie in Fig. 1 gezeigt, weist die Fertigungsstraße ausgehend vom Beginn der Straße nacheinander einen Metallstreifenabwickler 1, eine Streifenschweißeinheit 2, einen Zwischenspeicher 3, eine Spiralwickelvorrichtung 4, einen Schweißkopf 5, eine Flammstrahieinheit 6, eine Zuschneideinheit 7, einen Strangpreß-Kreuzkopf 8, einen Zuschneidkalibrator und ein Spritzbad 9, eine Abzugeinheit 10, eine Sägestation 11 und eine Rohrwickeleinrichtung 12 auf.
• Der gewickelte Gitterstreifen, welcher der Fertigungsstraße zugeführt wird, wird am Entwickler 1 abgewickelt, bevor er zur Schweißeinheit 2 läuft, wo aufeinanderfolgende Streifen für eine kontinuierliche Herstellung endweise verschweißt werden. Von der Schweißeinheit 2 rückt der Streifen zum Zwischenspeicher 3 vor, wo er bevorratet wird, bis er zu der Spiralwickeleinheit 4 weiterläuft. In der Wickeleinheit 4 wird der Gitterstreifen 13, Fig. 2, spiralförmig um einen Dorn 14 gewickelt, um einen Rohrkern 15 zu bilden, Fig. 3. Der Dorn 14 ist so gewählt, daß er einen gewünschten Innendurchmesser für den geformten Rohrkern bereitstellt, und er kann ersetzt bzw. ausgetauscht werden, um, falls erforderlich, andere Innendurchmesser bereitzustellen. Benachbarte Ränder des spiralförmig gewickelten Streifens 13 überlappen sich und werden am Schweißkopf 15 zusammengeschweißt, um die rohrförmige Form des Kerns 15 sicherzustellen. Der geschweißte rohrförmige Kern läuft daraufhin zu der Flammstrahleinheit 6, wo er für die Zuführung in die Zuschneideinheit 7 vorbereitet wird, in welcher Schwankungen des Durchmessers des Kerns von der erforderlichen Größe korrigiert werden. Der rohrförmige Kern wird außerdem erwärmt, um nachfolgende Wärmeschockbedingungen zu vermeiden, wenn er durch den Strangpreß-Kreuzkopf 8 läuft. Am Strangpreß-Kreuzkopf 8 verläuft bzw. erstreckt sich der rohrförmige Kern, der immer noch auf dem Dorn 4 vorliegt, durch eine Form 19, durch welche Kunststoffmaterial auf das A ußere des rohrförmigen Kerns extrudiert wird. Deijenige Teil des Dorns, der sich durch die Form 19 erstreckt, wird, wie bei 20, durch das Ausmaß der erforderlichen Dicke der Innenschicht aus Kunststoffmaterial des geformten Verbundstoffrohrs verringert. Ein ringförmiger Raum 21 wird dadurch zwischen dem Teil 20 verringerten Durchmessers des Dorns und dem rohrförmigen Kern 15 an bzw. in der Form 19 gebildet. Ein Teil des extrudierten Kunststoffmaterials wird durch den Extrusionsdruck gezwungen, durch die Lücken des Gitters des rohrförmigen Kerns hindurchzutreten, um diesen ringförmigen Raum 21 zu füllen, und es bildet dadurch die Innenschicht (in Fig. 4 bei 24 gezeigt) aus dem Kunststoffmaterial des Rohrs gegen die Innenseite des rohrförmigen Kerns. Der Rest des extrudierten Kunststoffmaterials bildet die Außenschicht des Materials (wie in Fig. 4 bei 25 gezeigt) um die Außenseite des rohrförmigen Kerns herum, und er ist mit der Innenschicht 24 durch die Lücken des Gitters hindurch integral verbunden.
• Ausgehend von dem Strangpreß-Kreuzkopf 8 läuft das gebildete Rohr durch den Zuschneidkalibrator und das Spritzbad 9, wird von dort durch die Abzugeinheit 10 herausgezogen und kommt von dem Dorn 14 frei, bevor es auf die Sägestation 14 läuft, wo das Rohr in die benötigten, wählbaren Längen geschnitten oder auf dem Rohrwickler 12 bevorratet wird.
• Das derart gebildete Rohr ist zum Fördern verschiedener Fluide geeigent und es handelt sich bei ihm um einen im wesentlichen steifen strukturellen Verbundstoff aus dem Metall und den Kunststoffmaterialien, die zusammenarbeiten, um dem Rohr die Festigkeit zu verleihen, die erforderlich ist, um den Fluiddrücken zu widerstehen, denen es während eines Gebrauchs unterworfen ist. Das Rohr kann zum Fördern von Fluiden in einem Bereich von Betriebstemperaturen verwendet werden. Seine Struktur bzw. sein Aufbau erlaubt einen beträchtlichen Wärmetausch zwischen seinen Innen- und Außenseiten.
• Ein weitere Art und Weise, den rohrförmigen Metallkern zu bilden, ist in Fig. 6 gezeigt. Dabei wird wiederum ein ausgeweiteter und flachgedrückter Metallgitterstreifen verwendet. Anstelle der Spiralwickeleinrichtung 4 ist eine Formgebungseinheit 26 vorgesehen, welche den Streifen 13 in Längsrichtung um den Dorn 14 biegt, um den rohrförmigen Kern 15 zu bilden. Die Ränder des gebogenen Streifens überlappen einander und werden am Schweißkopf 5 so miteinander verschweißt, daß der gebildete rohrförmige Kern 15 eine gerade verlaufende, in Längsrichtung sich erstreckende Schweißnaht 27 aufweist.
• Eine weitere Modifikation ist in Fig. 7 bis 10 der beiliegenden Zeichnungen gezeigt. Die Innenschicht des hergestellten Rohrs wird dabei durch ein vorgeformtes Kunststoff- Futterrohr 28 bereitgestellt, Fig. 7. Wie vorstehend angeführt, wird ein ausgeweiteter und flachgedrückter Metallstreifen 13 verwendet, um den rohrförmigen Kern 15 zu bilden, der durch spiralförmiges Wickeln des Streifens und Verschweißen der überlappenden Ränder des gewickelten Streifens miteinander hergestellt wird. Das Kunststoff-Futterrohr 28 wird aus einem herkömmlichen Strangpreßkopf in ein Rohr der gewünschten Dicke für die Innenschicht des geformten Rohrs extrudiert. Das Futterrohr 28 erstreckt sich über den Dorn 14, der einen entsprechend kleineren Durchmesser aufweist als derjenige Dorn, der bei der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform verwendet wird, und der Streifen 13 wird um das Futterrohr auf dem Dorn herum gewickelt, um den rohrförmigen Kern, Fig. 7, auf dem Futterrohr zu bilden, Fig. 9. Ausgehend von dem Schweißkopf, wird der Aufbau aus Futterrohr 28 und rohrförmigem Kern 15 erwärmt, durch eine Zuschneideinheit 7 laufengelassen und daraufhin weiter zu einem Strangpreß-Kreuzkopf 8, wo sie sich durch eine Strangpreßform 14 erstrecken. Dasselbe Kunststoffmaterial wie dasjenige des Futterrohrs 28 oder ein damit kompatibles Kunststoffmaterial wird, ausgehend von der Form, auf das Äußere des rohrförmigen Kerns extrudiert, um die Außenschicht des geformten Rohrs zu bilden, Fig. 10. Unter dem Strangpreßdruck dringt Kunststoffmaterial von der extrudierten Außenschicht durch die Lücken des Gitterstreifens des rohrförmigen Kerns und wird unter dem Druck und der Wärme integral mit dem Futterrohr 28 verbunden bzw. vereinigt, wodurch die Innen- und Außenschichten aus dem Kunststoffmaterial miteinander verbunden und mit dem rohrförmigen Kern verkeilt werden.
• Anstatt die Ränder des Streifens 13 beim Bilden des rohrförmigen Kerns 15 zu überlappen und zu verschweißen, wie erläutert, können die Ränder aneinander gestoßen und verschweißt werden, oder, wie in Fig. 11 gezeigt, überlappt und derart gefaltet werden, daß sie miteinander mechanisch verblocken bzw. zusammengeschlossen sind. Bei dieser Anordnung muß sorgfältig vorgegangen werden, um sicherzustellen, daß eine geeignete Abdeckung des Metallkerns durch die inneren und äußeren Kunststoffschichten an den verblockten Kanten des Streifens vorliegt.
• Das durch dieses Verfahren oder durch das Verfahren mit den erläuterten Modifikationen hergestellte Rohr kann als Druckrohr bei zahlreichen Anwendungen über einen Bereich von Betriebstemperaturen verwendet werden.
• Für eine Wärmetauschanwendung kann der Kern des Rohrs aus einem flachgedrückten Stahl- oder Aluminiumgitter hergestellt sein. Polyvinylidendifluorid ist ein geeignetes Kunststoffmaterial für die Innen- und Außenschichten; es können jedoch auch andere Kunststoffe verwendet werden, einschließlich: Polyethylen, vernetztes Polyethylen, Polypropylen, Polyfluoralkoxyethylen, fluoriertes Ethylenpropylen und chloriertes Polyvinylchlorid. Das Rohr wird üblicherweise in Größen hergestellt, deren Außendurchmesser von 16 mm bis 63 mm (besonders bevorzugt etwa 40 mm) reicht, wobei die Metalldicke 0,4 mm und die Kunststoffdicke jeder der Innen- und Außenschichten 0,2 mm beträgt. Ein derartiges Rohr kann typischerweise unter einem Druck von 15 bar kontinuierlich bei Temperaturen von -40º bis 150ºC kontinuierlich mit gelegentlichen Auslenkungen bis hin zu 180ºC betrieben werden.
• Tests haben gezeigt, daß ein Rohr mit einem Innendurchmesser von 38 mm mit einem Kern aus ausgeweitetem und flachgedrücktem Stahlblechgitter und Kunststoffinnen- und -außenschichten aus Polyvinylidendifluorid durch seine Wand etwa 80% derjenigen Wärme überträgt, die durch ein Rohr desselben Durchmessers übertragen wird, das ausschließlich aus neuem sauberen Stahl hergestellt ist. Während jedoch die Wärme, die durch die Wand des ausschließlich aus Stahl hergestellten Rohrs übertragen wird, schnell auf 40% des Anfangswerts aufgrund von Korrosion und Verschmutzen des Metalls absinkt bzw. verschlechtert wird, behält das Rohr, das in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung als struktureller Verbundstoff aus dem Stahlgitter und den Kunststoffinnen- und - außenschichten hergestellt ist, im wesentlichen denselben Wärmeübertragungspegel bei. Eine typische Wärmeübertragungsrate für das Rohr mit einem Innendurchmesser von 38 mm, einer Gesamtwanddicke von 1,83 mm und Innen- und Außenschichten aus Kunststoff mit einer Dicke von jeweils 0,3 mm ist als 82 W/m²ºC berechnet worden.
• Für eine Wasserverteilungsanwendung wird der Kern des Rohrs bevorzugt aus einem ausgeweiteten und flachgedrückten Stahlblechgitter hergestellt. Für die Verteilung von Trinkwasser wird vorzugsweise Polyethylen für die inneren und äußeren Kunststoffschichten des Rohrs verwendet, und für Fernheizzwecke ist vernetztes Polyethylen für diese Schichten geeignet. Das Rohr wird üblicherweise in Größen im Bereich von 90 mm bis 400 mm Außendurchmesser für Trinkwasserzwecke und 63 mm bis 200 mm Außendurchmesser für Fernheizzwecke hergestellt, wobei eine typische Innenschichtdicke 1 mm und eine Außenschichtdicke 3 mm bis 15 mm, abhängig vom Außendurchmesser des gebildeten Rohrs mißt. Typischerweise kann das Rohr unter einem Druck von 16 bar kontinuierlich bei einer Temperatur von 20ºC betrieben werden, wenn Trinkwasser verteilt werden soll, und unter einem Druck von 15 bar kontinuierlich bei einer Temperatur von 135ºC, wenn Fernwärme verteilt werden soll.
• Wenn das Rohr beispielsweise zur Verteilung von Hochdruckgas verwendet werden soll, ist der Kern des Rohrs bevorzugt wiederum aus ausgeweitetem und flachgedrücktem Stahlblechgitter hergestellt, und die inneren und äußeren Kunststoffschichten sind bevorzugt aus Polyethylen hergestellt. Das Rohr kann in Größen vorliegen, die typischerweise von 63 mm bis 250 mm Außendurchmesser reichen. Wenn das Rohr gestaucht wird, damit es zur Verwendung mit Vorspannung belastet ist, kann es anfänglich in Größen hergestellt werden, die typischerweise von 110 mm bis 500 mm Außendurchmesser reichen, bevor es auf die gewünschte Endgröße gestaucht wird. Typischerweise kann das Rohr unter einem Druck von 25 bar kontinuierlich bei einer Temperatur von 40ºC betrieben werden.

Claims (14)

1. Verfahren zum Herstellen eines Verbundstoffrohrs aus Metall und Kunststoffmaterial zum Fördern von Fluiden, aufweisend die Schritte: Zuführen eines Streifens (13) aus Metallblech mit in Längssrichtung und zur Seite hin beabstandeten Öffnungen über seine gesamte Länge, die wenigstens 5 % der Gesamtoberfläche des Blechs einnehmen, zu einer Formgebungseinheit (4; 26), Bilden des Streifens (13) in einen länglichen rohrförmigen Kern (15) in der Formgebungseinheit und Festlegen der Kanten des Streifens aneinander, um die Rohrform beizubehalten, Verbinden einer Innenschicht (24; 28) des Kunststoffmaterials mit dem Kern und Extrudieren einer Außenschicht (25) aus Kunststoffmaterial auf den Kern an einer Strangpreßform (19) zum Abdecken der Außenfläche des Kerns, und um dadurch die Innen- und Außenschichten zu veranlassen, durch die Öffnungen in dem Metallstreifen des Kerns integral miteinander verbunden zu werden, wobei das Verfahren kontinuierlich abläuft, damit das Verbundstoffrohr eine unbegrenzte Länge hat, wobei der verwendete Streifen (13) ein ausgeweitetes und flachgedrücktes Metallblechgitter ist, wobei der geformte Kern (15) vor dem Zuführen zu der Strangpreßform (19) erwärmt wird, wobei die Innenschicht (24, 28) aus Kunststoffmaterial als Futterrohr für den Kern vorgeformt oder durch Strangpressen des Kunststoffmaterials in dem Kern gebildet wird, und wobei die Innen- und Außenschichten jeweils so geformt werden, daß sie eine Dicke von wenigstens 0,1 mm aufweisen, und daß ihre kombinierten Dicken im wesentlichen gleich oder größer als die Dicke des Metallblechgitters ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder des Streifens (13) in dem geformten rohrförmigen Kern (15) in überlappender Beziehung unter Schweißen aneinander festgelegt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder des Streifens (13) in dem gebildeten rohrförmigen Kern (15) auf Stoß gebracht und miteinander verschweißt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder des Streifens (13) in dem gebildeten rohrförmigen Kern (15) überlappt und gefaltet werden, um sie mechanisch miteinander zu verblocken.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen (13) in der Formgebungseinheit (4) spiralförmig gewickelt wird, um den rohrförmigen Kern (15) zu bilden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen (13) in Längsrichtung in der Formgebungseinheit (26) gebogen wird, und gegenüberliegende Ränder zusammengebracht und festgelegt werden, um den rohrförmigen Kern (15) zu bilden.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffmaterial auf das Äußere des rohrförmigen Kerns (15) an der Strangpreßform (19) extrudiert wird und durch die Öffnungen des Metallblechgitters des rohrförmigen Kerns (15) so dringt, daß ein Teil des Materials die Innenschicht (24) auf der Innenseite des rohrförmigen Kerns bildet, ein Teil des Materials die Außenschicht (25) auf der Außenseite des rohrförmigen Kerns bildet und die zwei Schichten durch Teile des Materials, die sich durch die Öffnungen hindurcherstrecken, integral verbunden werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Formgabeeinrichtung (14) in dem rohrförmigen Kern (15) während des Extrudierens des Kunststoffmaterials angeordnet ist und ein ringförmiger Raum (21) zwischen der Formgabeeinrichtung (14) und der Innenseite des rohrförmigen Kerns festgelegt ist, in dem das Kunststoffmaterial, das durch die Öffnungen dringt, aufgenommen wird, um die Innenschicht (24) zu bilden.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundstoffrohr auf eine verringerte Querschnittsabmessung gestaucht wird, nachdem die Innen- und Außenschichten (24, 28; 25) auf den rohrförmigen Kern (15) aufgetragen wurden.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens entweder die Innenschicht oder die Außenschicht (24, 28; 25) so gebildet ist, daß sie eine unebene, gewählte oder aufgerauhte Oberfläche bildet.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Unebenheit, Wellung oder Rauhheit der Oberfläche von der Form der benachbarten Oberfläche des rohrförmigen Kerns (15) abgeleitet wird, die durch die jeweilige Schicht (24, 28; 25) abgedeckt ist.

12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen des Metallblechgitters des Streifens (13) 15% bis 30% der gesamten Oberfläche des gebildeten rohrförmigen Kerns (15) einnehmen.

13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen des Metallblechgitters des Streifens (13) jeweils eine Querschnittsform mit einer Größe von nicht weniger als 0,5 mm und nicht mehr als 3,0 mm aufweisen.

14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffmaterial der Innen- und Außenschichten (24, 28; 25) Polyethylen, vernetztes Polyethylen, Polypropylen, Polytetrafluorethylen, chloriertes Polyyinylchlorid, Perfluoralkoxyethylen, fluoriertes Ethylenpropylen oder Polyyinylidendifluorid ist.