EP4110605A1 - Thermisch gedämmtes rohr - Google Patents

Thermisch gedämmtes rohr

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Publication number
EP4110605A1
EP4110605A1 EP21706306.4A EP21706306A EP4110605A1 EP 4110605 A1 EP4110605 A1 EP 4110605A1 EP 21706306 A EP21706306 A EP 21706306A EP 4110605 A1 EP4110605 A1 EP 4110605A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pipe
outer jacket
thermal insulation
film
polymer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21706306.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Kress
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Brugg Rohr AG Holding
Original Assignee
Brugg Rohr AG Holding
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Brugg Rohr AG Holding filed Critical Brugg Rohr AG Holding
Publication of EP4110605A1 publication Critical patent/EP4110605A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • Thermally insulated pipes are known and are used in many areas, in particular for the provision of district heating, local heating and cooling, both in industry and in the household.
  • Such thermally insulated pipes (1) comprise at least one medium pipe (4) carrying the medium, a surrounding thermal insulation (3) and an outer jacket (2).
  • Suitable medium pipes (4) are made of metal or plastic, the insulation (3) is made of one or more insulating materials, and the outer jacket (2) is made of plastic or metal.
  • There are numerous manufacturing processes for such insulated pipes examples of which are continuous processes according to WO2018 / 219916 EP0897788,
  • the pipes on the market are dominated by those with insulating materials based on polyurethane (PUR) or polyisocyanurate (PIR) or based on thermoplastic foams.
  • PUR or PIR foams are formed during the production process from a liquid two-component mixture ("2K mixture"), which in turn consists of polyols and isocyanates in a fixed mixing ratio consists.
  • This 2K mixture cross-links during the manufacturing process and therefore there is good adhesion to the medium pipe (4) (frictional connection) and - depending on the chosen manufacturing process - also to the outer jacket (2).
  • Such pipe systems are so-called composite systems and are subject to the standards EN 15632-1: 2009 + Al: 2014 (E) and EN 15632-2: 2010 + A1: 2014 for district and local heating applications.
  • the carrier pipes provided with them are surrounded on the outside with a jacket made of PE, which either goes directly through
  • Extrusion is applied or is also prefabricated. There is normally no frictional connection to the carrier pipes and to the outer jacket.
  • Pipe systems are so-called non-composite systems and are subject to the EN standards for district and local heating applications
  • Non-composite systems however, have the advantage of being easier to bend with comparable external diameters.
  • thermally insulated pipes There is a general need for alternative, particularly improved, thermally insulated pipes. It has been shown that insulation values that are achieved under the above test conditions can often not be fully realized in practice. It is also desirable to have thermally insulated pipes available that allow a small bending radius and meet the above standards. It is also desirable to provide thermally insulated pipes with a small outside diameter that meet the above standards.
  • the present invention is described in detail below.
  • the invention relates to
  • Modulus is abbreviated as” module "in connection with the present invention.
  • the module is a well-known material parameter, it grows with you
  • Fig. 5 Graphical plot of the deflection force (y-axis in N) against the weight per meter of the corrugated jacket (x-axis in g / m) for thermally insulated pipes with the “soft” polyethylene foam and with the two jacket materials made of HDPE and LLDPE Baking mold 1.
  • the invention thus relates to a thermally insulated conduit pipe (1), comprising at least one medium pipe (4), at least one around the medium pipe arranged thermal insulation (3) and at least one outer jacket (2) arranged around the thermal insulation, characterized in that said thermal insulation (3) comprises a foam (31) which has a density of 30-80 kg / m 3 according to ISO 845: 2006 , preferably has a module of 10-30 MPa according to DIN EN ISO 527-4: 1997-07, preferably has a compressive strength of 0.1-0.3 MPa according to ISO 844: 2014 at 10% compression; and said outer jacket (2) comprises a thermoplastic material (21) which has a wave shape (22), in particular a corrugated structure, and a module of 300-1400 MPa according to DIN EN ISO 527-4: 1997-07.
  • the foam (31) is a
  • thermally insulated pipes according to the invention thus have a specific combination of mechanical, structural and chemical parameters. Due to the combination of these features, the inventive line pipes combine the advantages of the known open-line PE-insulated line pipes with the advantages of the known closed-cell PU-insulated line pipes. As shown below, the material properties of the thermal insulation (3) and the
  • a film (5) is arranged between the outer jacket (2) and the thermal insulation (3).
  • a film can be present due to the manufacturing process.
  • a certain flexibility is achieved between the thermal insulation and the outer jacket.
  • the film (5) is partially, completely or not at all welded to the outer jacket (2).
  • an essentially form-fitting, not a material-fitting bond is achieved in this way.
  • the invention relates in a further embodiment to a conduit in which a film (5) is arranged between the outer jacket (2) and the thermal insulation (3) and there is a form-fitting bond between the outer jacket (2) and the thermal insulation (3).
  • no film is arranged between the outer jacket (2) and the thermal insulation (3).
  • the invention relates to a pipe in which no film (5) is arranged between the outer jacket (2) and the thermal insulation (3) and there is a material bond between the outer jacket (2) and the thermal insulation (3).
  • the film used can be designed in many ways. It can be a single-layer film that consists of only one material. However, it can also be a composite of two or more layers, which in turn can consist of the same or different materials. The thickness of the individual layers can also vary.
  • the multilayer films can be produced, for example, by lamination or film extrusion.
  • the conduit has particularly good values in the deflection test according to the examples for LLDPE; also for soft polyurethanes as thermal insulation. These two parameters act synergistically with one another, so that pipes (1) according to the invention which have a soft foam (31) as thermal insulation and LLDPE as polymer (21) of the jacket are particularly preferred. This is explained in more detail below and in the examples.
  • the line pipe has values of at least 4 kN / m 2 , preferably at least 10 kN / m 2 , most preferably 15 kN / m 2, for the ring stiffness according to SN EN ISO 9969, 2016-05.
  • This parameter is suitable for characterizing the line pipe stability.
  • the ring stiffness plays an important role. High values are seen as advantageous. If the ring stiffness were too low, the line pipe would collapse, for example, under the load of the earth.
  • Corrugated / corrugated pipes which do not contain any foam or medium pipe show typical values of 2-4 kN / m 2 , according to DIN 4262-1: 2009-10.
  • Such commercially available pipes typically consist of HDPE.
  • HDPE has a relatively high module and is used to achieve the required ring stiffness.
  • a material such as LLDPE or LDPE would not be included here because of their lower modulus.
  • the pipes according to the invention have ring stiffnesses of more than 10 kNm 2 , often more than 40 kN / m 2 , measured in accordance with ISO 9967_2016.
  • thermoplastic polymers (21) from the group comprising LDPE and LLDPE in particular LLDPE and mixtures or melts of LLDPE and LDPE.
  • Line pipes with high ring stiffness leads.
  • LDPE and in particular LLDPE are preferred because of the lower bending forces. It is thus possible to provide conduits that combine opposing parameters, namely the desired low bending forces and the desired high ring stiffness.
  • the invention thus also relates to line pipes as described here in which the thermoplastic polymer is selected from the group comprising LDPE and LLDPE, in particular LLDPE, and the ring stiffness has values of over 10 kNm 2 , preferably over 15 kN / m 2 .
  • the conduit pipe meets the requirements of EN 15632-2: 2010 + ⁇ l: 2014 with regard to longitudinal watertightness.
  • the conduit has an advantageous jacket geometry.
  • line pipes according to the invention have webs and on the outside Valleys which extend transversely to a longitudinal axis of the pipe over an entire pipe circumference and alternate in the direction of the longitudinal axis, the pipe having an outer diameter D between two opposite, highest points of a web. If the highest points of a web form a line, the corresponding shell geometry is referred to as sinusoidal. If the highest points of a web form a surface, the corresponding shell geometry is referred to as corrugated. This is shown schematically in FIG. 3. Correspondingly, the corrugated (corrugated Fig. 3 above or sinusoidal Fig.
  • outer jacket is characterized by the wavelength W, the height of the webs H, the width of the webs B. These parameters depend on the outer diameter D and are adapted to this. Depending on the outer diameter D, the following preferred geometries result for the corrugated jacket, the general, preferred and particularly preferred parameter range being indicated in each case; the parameters D, W, B and H as well as s are shown in Fig. 3:
  • the invention thus also relates to thermally insulated ones
  • the invention thus also relates to thermally insulated conduit pipes as described here, wherein
  • Thermally insulated pipes (1) in which the medium pipe (4) and Thermal insulation (3) form a composite which has a film (5) between thermal insulation (3) and outer jacket (2) and which have one or more, in particular all, of the values mentioned here for ring stiffness, deflection test and longitudinal water tightness.
  • Thermally insulated conduit pipes (1) which additionally meet the following parameters with regard to wall thickness s have proven to be very particularly suitable; the general, preferred and particularly preferred parameter range is indicated in each case; Furthermore, the wall thickness s is measured in the upper area of the web, see figures. Furthermore, thermally insulated conduit pipes (1) which additionally meet the following parameters with regard to the weight per meter of the conduit pipe (1) prove to be particularly suitable; the general, preferred and particularly preferred parameter range is specified in each case:
  • jacket materials are suitable. Such jacket materials are known per se and are commercially available or produced by known processes. Thermoplastic polymers are particularly suitable. Polyolefins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP) are preferred. High density PE (HDPE), low density PE (LDPE), linear low density PE (LLDPE), especially LLDPE, are suitable.
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • HDPE high density PE
  • LDPE low density PE
  • LLDPE linear low density PE
  • LLDPE linear low density PE
  • LLDPE linear low density PE
  • the thermoplastic polymers have a melt flow rate (MFR) of 0.1-25g / 10min, preferably 0.2-20g / 10min, most preferably 0.3-15g / 10min, measured at a load of 2.16kg and a temperature of 190 ° C according to DIN EN ISO 1133/2012.
  • MFR melt flow rate
  • the thermoplastic polymers have a modulus of 300-1400 MPa, preferably 350-1300 MPa, most preferably 400-800 MPa, determined in accordance with the standard SN EN ISO 527-2 / 2012.
  • the module measured according to this standard is a modulus of elasticity (E-module).
  • the thermoplastic polymers have a density of 870-940 kg / m 3 , determined in accordance with ISO 1183-1 / 2019.
  • the thermoplastic polymers contain less than 3% by weight of additive to increase UV stability (24), preferably less than 2.5% by weight and most preferably less than 2.0% by weight, determined by means of ISO 6964. The% by weight are based on the jacket weight.
  • Suitable additives (24) are known, for example carbon black.
  • the thermoplastic polymers (21) contain additives which are able to increase the contrast when inscribed with a laser ("additives for laser inscription" (23)). These can be phyllosilicates from the family Examples include additives which are commercially available as Iriotec TM from Merck KgaA. The content of these additives in the jacket material is less than 3% by weight, preferably less than 2.5% by weight, most preferably less than 2.0% by weight. The% by weight are based on the coat weight.
  • Sheath material compared to HDPE is shown in a deflection test.
  • the tubes are cooled for 24 hours at -10 ° C and then bent over a radius of 400 mm.
  • both pipes are suitable here, but the LLDPE pipe is superior in terms of its properties.
  • the effect is particularly clear in the case of line pipes according to the invention when the thermal insulation (3) and the outer jacket (2) form a bond; or if the thermal insulation (3), foil (5) and outer jacket (2) form a composite.
  • Such pipes with LLDPE as the polymer (21) are therefore particularly preferred embodiments of the invention.
  • Outer jackets (2) which consist of a corrugated (sinusoidal or corrugated) LDPE-LLDPE tube and in particular have the values for melt index and modulus mentioned here also prove to be particularly suitable.
  • Such polymer mixtures also known as blends, made of LDPE and LLDPE prove to be advantageous in continuous production.
  • LLDPE and 5 - 30% LDPE e.g. 90% LLDPE and 10% LDPE.
  • Foamed plastics which contain a cell gas in their cells, are particularly suitable as thermal insulation.
  • the thermal insulation comprises (i.e. contains or consists of) one or more
  • Foams can be closed-cell or open-cell, preferably closed-cell, in particular as set out in standard ISO 4590, Third Edition, 2016-07-15.
  • the problem with the known line pipes which contain open-line foams for insulation is the fact that they are neither longitudinally watertight (in the sense of the standard EN 15632-2: 2010 + A1: 2014 and have comparatively poorer thermal insulation smaller outer diameter (with comparable insulation properties). This makes it possible to provide more compact conduit pipes with the same thermal performance, with the advantages of less space required for the pipes during transport and installation, as well as the possibility of realizing narrower bending radii.
  • a wide range of Foams are suitable.
  • Such foams are known per se, particularly suitable are foams which comply with the standards DIN EN 253: 2015-12 (especially for KMR) and EN15632-1: 2009 + A1: 2014,
  • Starting materials of the foam ie isocyanates and polyols in the case of PUR or PIR, have a reaction or start time of 10-60 s, preferably 15-45 s. Such a start time has proven to be advantageous for the manufacturing process, as described below.
  • Two-component mixture can also contain physical blowing agents.
  • physical blowing agents are suitable.
  • the foam has a density in the range 30-80 kg / m 3 , preferably 35-75 kg / m 3 , most preferably 40-70 kg / m 3 (determined in accordance with ISO 845: 2006). Compared to standard line pipes, this value is to be regarded as low.
  • the foam has a module of 10-30 MPa, preferably 12-25 MPa, most preferably 14-23 MPa (determined in accordance with DIN EN ISO 527-4: 1997-07 for the cured foam). Compared to standard line pipes, this value is to be regarded as low.
  • Thermal insulation (3) which consists of a closed-cell PUR foam (31) and in particular have the low values for density, modulus and compressive strength mentioned here have proven to be particularly suitable.
  • Thermal insulation (3) which consist of a closed-cell PUR foam (31) and in particular their starting materials have proven to be particularly suitable
  • thermal insulation (3) which consists of an open-line PE foam (31) and which has the parameters mentioned here has also proven to be suitable.
  • Medium pipe (4) In principle, all medium pipes suitable for thermally insulated pipes can be used. Suitable medium pipes can be rigid or flexible; Flexible medium pipes are preferred so that the conduit pipes can be reeled up.
  • a line pipe according to the invention can comprise one or more carrier pipes. In one embodiment, the pipe according to the invention comprises a single medium pipe. In a further embodiment, the pipe according to the invention comprises two medium pipes.
  • the medium pipe can consist of polymeric materials (possibly with a metallic coating) or metallic materials. Such materials are known per se and are commercially available or produced by known methods. The materials are selected by a person skilled in the art according to the intended use, if necessary after routine tests.
  • said medium pipe (4) is a flexible plastic pipe that is selected from plastic from the group acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), cross-linked polyethylene (PEXa, PEXb, PEXc), PE, polybutene (PB), polyethylene raised temperature (PE-RT).
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene
  • PEXa, PEXb, PEXc cross-linked polyethylene
  • PE polybutene
  • PE-RT polyethylene raised temperature
  • said medium pipe (4) is a flexible plastic pipe with an outer metal layer, the plastic selected from the group ABS, PEXa, PEXb, PEXc, PE, PB, PE-RT, the metal selected from the group including aluminum Alloys.
  • Such medium pipes are also known as composite pipes and are commercially available or can be produced by known methods.
  • said medium pipe (4) is a flexible metal pipe, the metal selected from the group copper including its alloys, iron including its alloys (such as stainless steels), aluminum including its alloys.
  • Plastic pipes made of PE, PEx or PE-RT with or without a metallic coating are particularly preferred.
  • Outer jacket is optional.
  • Such a film facilitates the production of the pipe according to the invention and has a positive effect on the properties of use.
  • Such films are known per se; Foils with a thickness of 0.01 0.20 mm, in particular 0.02 0.15 mm, are suitable.
  • Suitable film materials are known to the person skilled in the art, for example polyamides, polyolefins, polyesters (including PET), in particular PET films or polyamides are suitable.
  • the foils (5) mentioned can be provided with a lamination (for example made of PE or PP) on one or both sides.
  • one or both outer sides of the film (5) can have a surface coating, in particular a corona treatment.
  • the film (5) can be partially or completely connected to thermal insulation (3) and / or outer jacket (2) or be present as a separate element. This depends in particular on the choice of film material and the manufacturing conditions. Accordingly, the invention also relates to a thermally insulated pipe as described here, additionally containing a film (5) which is either (i) materially connected to the thermal insulation (3) or (ii) materially connected to the outer jacket (2) or (iii ) is materially connected to the thermal insulation (3) and outer jacket (2) or (iv) is present as a separate structural element. It has been found that thermally insulated pipes which contain a film (5) have improved flexibility. As already mentioned, a small bending radius is a desirable parameter in practice.
  • the conduit pipe described here is suitable for the transport of cooling or warming media.
  • the invention therefore also relates to the use of thermally insulated pipes as described here for providing district heating, local heating or cooling.
  • Method 1-1 continuous production of
  • the invention relates to a method for the continuous production of a pipe (1), which pipe has at least one medium pipe (4), a foamed one
  • the foamed thermal insulation (3) is advantageously formed in the previously corrugated outer jacket.
  • the outer jacket is advantageously formed in the corrugator by using a vacuum to form the waveform (22).
  • a foam-forming starting material is advantageously used, the reaction time or start time of which can be set. Suitable starting materials can be set to a reaction time or start time of 10 seconds to 60 seconds, in particular 15 seconds to 45 seconds.
  • the formation of the foamed thermal insulation is delayed by cooling, whereby the foil hose with the starting material contained therein for the formation of the foamed thermal insulation is cooled in particular when the medium pipe with the film hose is passed through the spray head.
  • the method is advantageously carried out continuously at a speed of 2-10 m / min.
  • the pipes obtained in this way are either cut to length, typically into pipe sections of 1-10 m, or on drums rolled up ("drummed up"), typically closed
  • Process 1-2 discontinuous production of line pipes (1) with foil (5).
  • the invention relates to a method for the discontinuous production of a pipe (1), which pipe has at least one medium pipe (4), a foamed thermal insulation (3) and a corrugated outer jacket (2) made of thermoplastic material and a film (5) between the outer jacket (2) and thermal insulation (3), with the steps:
  • the corrugated outer jacket is produced in a separate step.
  • the invention relates to a method for producing a pipe (1), which pipe has at least one medium pipe (4), foamed thermal insulation (3) and a corrugated outer jacket (2) made of thermoplastic material there is no film (5) between the outer jacket (2) and the thermal insulation (3), with the following steps:
  • the invention relates to a composite material (6), also called a composite or composite material.
  • composite materials can be used widely for thermal insulation; in particular, they are suitable as components of the thermally insulated conduit pipes and pipe composite systems described here. This aspect of the invention will be explained in more detail below.
  • composite material is known per se and relates in particular to a material made up of two or more connected materials, which has different material properties than its individual components.
  • the material properties and geometry of the components are relevant for the properties of the composite materials.
  • the connection is made by material or form fit or a combination of both.
  • the invention relates to composite materials from the group of layer composite materials, also called laminates.
  • the invention relates to a composite material (6) comprising a first polymer (31) in direct contact with a second polymer (21), said first polymer being a closed-cell
  • Foam (31) is as defined in the 1st aspect of the invention; and said second polymer is a thermoplastic plastic (21) as defined in the 1st aspect of the invention.
  • Said polymers (31) and (21) can consist of the same or different monomers, preferably they consist of different monomers.
  • the first polymer (31) is selected from the group comprising polyurethanes (PU), in particular closed-cell polyurethanes.
  • the first polymer (31) is selected from the group comprising polyisocyanurates (PIR).
  • the second polymer (21) is selected from the group comprising polyethylenes (PE) and polypropylenes (PP).
  • said film (5) is selected from the group comprising PET and polyamide.
  • the invention also relates to the use of a composite material (6) as described here for the production of thermally insulated pipes; for the production of thermally insulated containers;
  • Insulation elements such as sleeves, connecting pieces or covering devices (particularly suitable for connecting the inventive line pipes);
  • thermally insulated insulation elements on buildings including panels for interior or exterior insulation, window and door frames); as well as for the production of pipe composite systems.
  • the materials used were high-density polyethylene (HDPE) and linear low-density polyethylene (LLDPE).
  • the HDPE had a density of 955 kg / m 3 according to the D792 standard and a melt index of 0.35 g / 10 min measured at a temperature of 190 ° C. and a load of 2.16 kg according to the ASTM D1238: 2013 standard.
  • the modulus of elasticity was determined experimentally to be 1267 MPa, according to the ASTM D1238: 2013 standard.
  • the LLDPE had a density of 920 kg / m 3 according to the ASTM D792: 2013 standard and a melt index of 0.90 g / 10 min, measured at a temperature of 190 ° C and a load of 2.16 kg according to the ASTM D1238: 2013 standard.
  • the modulus of elasticity was determined experimentally to be 491 MPa, according to the ASTM D1238: 2013 standard.
  • jaw shape 1 and jaw shape 2 Two different sets of jaws were used to create a different topography. These are denoted by jaw shape 1 and jaw shape 2 and characterized in more detail in FIG.
  • FIG. 1 The manufacture of the insulated pipes is illustrated in FIG. 1.
  • the jackets (2), (C in Fig.lA) from Example 1 were further processed into insulated pipes in the following step; See Fig. 1.
  • a medium pipe ((4), (E) in Fig. 1A) made of cross-linked Polyethylene (PEX) with an outside diameter of 50 mm and a wall thickness of 4.6 mm was surrounded by a film tube ((5).
  • This film tube consisted of a film 0.08 mm thick made of polyethylene terephthalate (PET) and had a circumference of 335 mm.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the length of the PEX pipe was 2040 mm
  • the length of the steel pipe was 2200 mm
  • the length of the outer jacket was 1970-2000 mm.
  • the PEX pipe (E) with the film tube and the inner steel pipe (F) was pushed into the corrugated outer jacket (C) and closed at the end with a flange (A).
  • the entire structure was stored on a table and tilted at an angle of 5 °.
  • the outer jacket was fixed with the corresponding mold jaws (B) in order to prevent bending or deformation of the pipe during foaming.
  • the two-component mixture of polyol and isocyanate was shot into the gap between the tubular film and the PE pipe at the slightly raised end of the pipe structure with the aid of a lance.
  • One of the two foams is given the designation "soft" for the subsequent version.
  • the following properties were determined experimentally on the cured foam: Compressive strength at 10% compression to 0.14 MPa, measured according to the ISO 844: 2014 standard. That
  • the force required to deflect the respective pipe by a certain amount was determined on the pipe samples.
  • the pipe was clamped as shown in FIG.
  • the distance between the fixed point and the point of application of the connection to the load cell was 1100 mm.
  • the tube was provided with a hole through which a threaded rod was pushed, to which a chain was attached to the left and right, which was connected to the tensile load cell.
  • the tensile load cell was part of a universal testing machine of the Instron 3367 type.
  • the free end of the pipe was pulled upwards at a speed of 50 mm.
  • the force that was reached after a distance of 300 mm was recorded as a measured value.
  • Table 1 Summary of the measured values for different pipe samples, which are shown graphically in FIGS. 4 and 5, jaw shape 1.
  • a combination of an HDPE jacket with a soft polyurethane foam is less suitable overall for achieving low deflection forces.
  • Table 2 Summary of the measured values for different pipe samples, which are graphically shown in Figure 6, jaw shape 2.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft thermisch gedämmte Leitungsrohre umfassend Wärmedämmung, Aussenmantel und Mediumrohre wobei die Wärmedämmung einen Schaumstoff mit einer Dichte von 30-80kg/m3 aufweist, der Aussenmantel einen thermoplastischen Kunststoff (21) umfasst, welcher ein Modul von 300-1400 MPa aufweist und eine Wellenform besitzt. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung sowie die Herstellung solcher Rohre. Des Weiteren betrifft die Erfindung Verbundmaterialien, deren Verwendung zur thermischen Isolation, sowie deren Herstellung.

Description

Thermisch Gedämmtes Rohr
Die Erfindung betrifft thermisch gedämmte Rohre mit spezifischer Wärmedämmung und spezifischem Aussenmantel, deren Verwendung sowie deren Herstellung. Ferner betrifft die Erfindung Verbundmaterialien, deren Verwendung zur thermischen Isolation, sowie deren Herstellung.
Thermisch gedämmte Rohre sind bekannt und kommen in vielen Bereichen zur Anwendung, insbesondere zur Bereitstellung von Fernwärme, Nahwärme und Kühlung, sowohl in der Industrie als auch im Haushalt. Solche thermisch gedämmten Rohre (1) umfassen wenigstens ein mediumführendes Mediumrohr (4), eine umgebende thermische Dämmung (3) und einem Aussenmantel (2). Geeignete Mediumrohre (4) bestehen aus Metall oder Kunststoff, die Dämmung (3) aus einem oder mehreren Dämmstoffen, der Aussenmantel (2) aus Kunststoff oder Metall. Es gibt zahlreiche Herstellverfahren für solche gedämmten Rohre, beispielhaft erwähnt seien kontinuierlich arbeitende Verfahren gemäss WO2018/219916 EP0897788,
WO2019/214954 und W02008/142211. Diese Verfahren sind geeignet zur Herstellung von Rohren beliebiger Länge („endlose Rohre"). Die so hergestellten thermisch gedämmten Rohre können unmittelbar nach der Produktion entweder auf einer Trommel aufgewickelt und anschliessend in Ringe der gewünschten Länge konfektioniert werden oder in Stangen der gewünschten Länge direkt abgelängt werden.
Bei den am Markt befindlichen Rohren dominieren solche mit Dämmstoffen auf der Basis von Polyurethan (PUR) oder Polyisocyanurat (PIR) oder auf der Basis von thermo- plastischen Schäumen. Die PUR- bzw. PIR-Schäume werden während des Produktions- verfahrens aus einem flüssigen Zweikomponentengemisch („2K-Gemisch") gebildet, welches seinerseits aus Polyolen und Isocyanaten in einem festgelegten Mischungsverhältnis besteht. Dieses 2K-Gemisch vernetzt während des Herstellungsprozesses und deshalb resultiert eine gute Haftung zum Mediumrohr (4) (Kraftschluss) und - in Abhängigkeit von dem gewählten Herstellungsverfahren - auch zu dem Aussenmantel (2). Solche Rohrsysteme sind sogenannte Verbundsysteme und unterliegen für Fern-und Nahwärmeanwendungen den Normen EN 15632-1:2009+Al:2014 (E) und EN 15632-2:2010+A1:2014.
Rohre mit Dämmstoffen auf der Basis von thermoplastischen Schäumen verwenden typischerweise vorgefertigte Matten aus dem entsprechenden Thermoplast, z. B. Polyethylen (PE).
Die damit versehenen Mediumrohre sind auf der Aussenseite mit einem Mantel aus PE umgeben, der entweder direkt durch
Extrusion aufgebracht wird oder ebenfalls vorgefertigt ist. Es ist normalerweise kein kraftschlüssiger Verbund zu den Mediumrohren und zu dem Aussenmantel gegeben. Solche
Rohrsysteme sind sogenannte Nicht-Verbundsysteme und unterliegen für Fern-und Nahwärmeanwendungen den Normen EN
15632-1 :2009+Al:2014 (E) und EN 15632-3:2010+A1:2014. Verbundsysteme sind in der thermischen Dämmung vergleichbaren Nicht-Verbundsystemen typischerweise überlegen; insbesondere da sie längswasserdicht sind.
Nicht-Verbundsysteme haben bei vergleichbaren Aussen- durchmessern jedoch den Vorteil der leichtern Biegbarkeit.
Schliesslich ist bekannt, dass Rohre mit einem sogenannten korrugierten Mantel leichter gebogen werden können, d. h. die Biegekräfte sind geringer. Dies erweist sich bei der Verlegung der Rohre als vorteilhaft. Die Herstellung solcher Rohre ist bspw. in CH714968 und EP1840444 beschrieben.
Es besteht ein allgemeiner Bedarf an alternativen, insbesondere verbesserten, thermisch gedämmten Rohren. So zeigt es sich, dass Isolationswerte, welche unter den o.g. Prüfbedingungen erzielt werden, in der Praxis oftmals nicht vollständig realisieren lassen. Ferner ist es wünschenswert, thermisch gedämmte Rohre zur Verfügung zu stellen, welche einen kleinen Biegeradius ermöglichen und die o.g. Normen erfüllen. Ferner ist es wünschenswert, thermisch gedämmte Rohre zur Verfügung zu stellen, deren Aussendurchmesser gering ist und die die o.g. Normen erfüllen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein thermisch gedämmtes Rohr bereit zu stellen, welches eines oder mehrere der o.g. Nachteile löst.
Die vorstehend umrissenen Aufgaben werden gemäss den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausführungsformen dar. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der Beschreibung und den Figuren zu entnehmen. Die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung gegebenen allgemeinen, bevorzugten und besonders bevorzugten Ausführungsformen, Bereiche usw. können beliebig miteinander kombiniert werden. Ebenso können einzelne Definitionen, Ausführungsformen usw. entfallen bzw. nicht relevant sein.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend detailliert beschrieben. Dabei betrifft die Erfindung
• in einem ersten Aspekt thermisch gedämmte Leitungsrohre und deren Verwendung;
• in einem zweiten Aspekt deren Herstellung;
• in einem dritten Aspekt Verbundmaterialien und deren Verwendung einschliesslich der Verwendung in den Leitungsrohren gemäss erstem Aspekt der Erfindung; und · in einem vierten Aspekt die Herstellung solcher
Verbundmaterialien.
Es versteht sich, dass die verschiedenen nachstehend offenbarten und beschriebenen Ausführungsformen, Bevorzugungen und Bereiche beliebig miteinander kombiniert werden können. Insbesondere sind die Ausführungsformen des ersten Aspekts auf den dritten Aspekt der Erfindung übertragbar. Ausserdem können, in Abhängigkeit von der Ausführungsform, einzelne Definitionen, Bevorzugungen und Bereiche nicht zur Anwendung kommen. Ferner schliesst der Begriff "umfassend" die Bedeutungen „enthaltend" und "bestehend aus" ein. Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Begriffe werden im allgemein üblichen, dem Fachmann geläufigen Sinn verwendet.
Der Begriff „Elastizitätsmodul" (Englisch: „Young's
Modulus") wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verkürzt als „Modul" bezeichnet. Das Modul ist ein bekannter Materialkennwert, er wächst mit dem
Widerstand, den ein Material seiner elastischen Verformung entgegensetzt. Ein Bauteil aus einem Material mit hohem Modul ist somit steifer als das gleiche Bauteil aus einem
Material mit niedrigem Modul.
Die vorliegende Erfindung wird weiterhin durch die Figuren illustriert. Dabei bedeuten, sowohl in den Figuren wie auch in Beschreibung und Ansprüchen:
(1) Thermisch gedämmtes Leitungsrohr (2) Aussenmantel
(21) thermoplastischen Kunststoff
(22) Wellenform des Aussenmantels (3) Wärmedämmung
(31)Schaumstoff, bevorzugt zu mind. 60% geschlossenzellig (4) Mediumrohr
(5) Folie
(6) Verbundmaterial
Fig.1A zeigt den Aufbau zur Herstellung der erfindungsgemässen Rohre gemäss Bsp. 2. Es bedeuten:
(A) Flansch; (B) Formbacke, (F) Innenrohr; sowie
(C) korrugierter Aussenmantel(2)
(D) Wärmedämmung (3) mit Folie (5)
(E) Mediumrohr (4), wobei (C), (D) und (E) zusammen das erfindungsgemässe Leitungsrohr (1) bilden.
Fig.1B und 1C zeigen zwei Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Leitungsrohrs (1), einmal mit einem Mediumrohr und ohne Folie, einmal mit zwei Mediumrohren und einer Folie. Fig.1D zeigt eine Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verbundmaterials (6) Fig.2 zeigt den Versuchsaufbau für Bsp. #3, Messung der Auslenkkräfte.
Fig.3 erläutert die Struktur des korrugierten Mantels und der verwendeten Bezeichnungen (nicht massstäblich): Die Wellenlänge W, die Stegbreite B, Die Steghöhe H, die Wanddicke s in Abhängigkeit vom Aussendurchmesser D. Dabei ist oben die korrugierte Struktur, unten die sinusförmige Struktur angegeben. Fig.4: Graphische Auftragung der Auslenkkraft (y-Achse in N) gegen das Metergewicht des korrugierten Mantels (x-Achse in g/m) für thermisch gedämmte Rohre mit einem Mantel aus LLDPE und mit den beiden getesteten Polyurethanschäumen «hart» und «weich» bei Backenform 1.
Fig.5: Graphische Auftragung der Auslenkkraft (y-Achse in N) gegen das Metergewicht des korrugierten Mantels (x-Achse in g/m) für thermisch gedämmte Rohre mit dem Polyuethanschaum «weich» und mit den beiden Mantelmaterialien aus HDPE und LLDPE bei Backenform 1.
Fig.6: Graphische Auftragung der Auslenkkraft (y-Achse in N) gegen das Metergewicht (x-Achse in g/m) für thermisch gedämmte Rohre mit dem Polyurethanschaum «weich» (Dreiecke) und „hart" (Quadrate) für das Mantelmaterial LLDPE und der Backenform 2
Fig.7: Darstellung der Geometrien von korrugierten
Leitungsrohren, hergestellt mit Backenform 1 (links) und Backenform 2 (rechts).
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung somit ein thermisch gedämmtes Leitungsrohr (1), umfassend mindestens ein Mediumrohr (4), mindestens eine um das Mediumrohr herum angeordnete Wärmedämmung (3) und mindestens einen um die Wärmedämmung herum angeordneten Aussenmantel (2), dadurch gekennzeichnet, dass besagte Wärmedämmung (3) einen Schaumstoff (31) umfasst welcher eine Dichte von 30 - 80 kg/m3 gemäss ISO 845:2006 aufweist, bevorzugt ein Modul von 10 - 30 MPa gemäss DIN EN ISO 527-4:1997-07 aufweist, bevorzugt eine Druckfestigkeit von 0.1-0.3 MPa gemäss ISO 844:2014 bei 10% Stauchung aufweist; und besagter Aussenmantel (2) einen thermoplastischen Kunststoff (21) umfasst, welcher eine Wellenform (22) aufweist, insbesondere eine korrugierte Struktur aufweist, sowie ein Modul von 300 - 1400 MPa gemäss DIN EN ISO 527-4:1997-07 aufweist. Bevorzugt ist der Schaumstoff (31) ein
Schaumstoff, der zu mindestens 60 % geschlossenzellig ist, bevorzugt zu mindestens 65 %, meist bevorzugt zu mindestens 75 %, gemäss ISO 4590, Third Edition, 2016-07-15.
Die erfindungsgemässen thermisch gedämmten Rohre weisen somit eine spezifische Kombination von mechanischen, strukturellen und chemischen Parametern auf. Aufgrund der Kombination dieser Merkmale verbinden die erfinderischen Leitungsrohre die Vorteile der bekannten offenzeiligen PE- gedämmten Leitungsrohre mit den Vorteilen der bekannten geschlossenzelligen PU-gedämmten Leitungsrohre. Wie nachfolgend dargelegt, ergänzen sich die Material- eigenschaften der thermischen Dämmung (3) und des
Aussenmantels (2) und die Mantelgeometrie des Aussen- mantels sinnvoll innerhalb der hier definierten Bereiche. Dadurch kann das erfindungsgemässe Leitungsrohr gleich- zeitig die Anforderungen an die Stabilität, Flexibilität und thermische Isolation erfüllen. Dieser Aspekt der Erfindung soll nachstehend näher erläutert werden.
Leitungsrohr (1): Thermisch gedämmte Leitungsrohre sind an sich bekannt. Wie bereits erwähnt umfassen diese zumindest ein Mediumrohr (4), mindestens eine um das Mediumrohr herum angeordnete Wärmedämmung (3) und mindestens einen um die Wärmedämmung herum angeordneten Aussenmantel (2). In einer Ausgestaltung der Erfindung bilden Mediumrohr (4) und Wärmedämmung (3) einen Verbund. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bilden Aussenmantel (2) und Wärmedämmung (3) einen Verbund. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bilden Aussenmantel (2) und Wärmedämmung (3) und Mediumrohr (4) einen Verbund. Unter Verbundbildung ist der kraftschlüssige Kontakt zwischen den genannten strukturellen Elementen zu verstehen. Dieser kann bspw. durch Verschmelzen oder Verkleben erzeugt werden .
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Aussenmantel (2) und Wärmedämmung (3) eine Folie (5) angeordnet. Eine derartige Folie kann aufgrund des Herstellungsverfahrens vorliegen. In dieser Ausgestaltung wird eine gewisse Flexibilität zwischen Wärmedämmung und Aussenmantel erreicht. Es wird beobachtet, dass die Folie (5) teilweise, ganz oder auch gar nicht mit dem Aussenmantel (2) verschweisst wird. Insbesondere bei einer Wellenform im Aussenmantel wird so ein im wesentlichen formschlüssiger, kein Stoffschlüssiger Verbund erreicht. Entsprechend betrifft die Erfindung in einer weiteren Ausgestaltung ein Leitungsrohr, bei dem zwischen Aussenmantel (2) und Wärmedämmung (3) einen Folie (5) angeordnet ist und ein formschlüssiger Verbund zwischen Aussenmantel (2) und Wärmedämmung (3) vorliegt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Aussenmantel (2) und Wärmedämmung (3) keine Folie angeordnet. Eine derartiger einfacherer Aufbau ist besonders kostengünstig. Entsprechend betrifft die Erfindung in einer weiteren Ausgestaltung ein Leitungsrohr, bei dem zwischen Aussenmantel (2) und Wärmedämmung (3) keine Folie (5) angeordnet ist und ein stoffschlüssiger Verbund zwischen Aussenmantel (2) und Wärmedämmung (3) vorliegt. Die verwendete Folie kann vielfältig ausgestaltet sein. Es kann sich um eine einlagige Folie handeln, welche aus nur einem Material besteht. Es kann sich aber auch um einen Verbund aus zwei oder mehr Lagen handeln, die ihrerseits aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien bestehen können. Auch die Dicke der einzelnen Lagen kann variieren. Die mehrlagigen Folien können beispielsweise hergestellt werden durch Kaschierung oder Folienextrusion. Geeignete Materialien sind dem Fachmann bekannt und werden insebesondere ausgewählt aus der Gruppe umfassend Polyethylen, Polyamid, Polyester, Polypropylen und deren Co-Polymere und Mischungen. Die einzelnen Schichtdicken können im Bereich von 0.005-0.1 mm liegen. Die Gesamtdicke kann 0.01-0.2 mm, bevorzugt 0.02-0.15 mm, betragen. Die Folien können ausserdem eine Oberflächenbehandlung aufweisen, z. B. eine Coronabehandlung.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Leitungsrohr beim Auslenktest gemäss den Beispielen für LLDPE besonders gute Werte auf; ebenso für weiche Polyurethane als Wärmedämmung. Diese beiden Parameter wirken synergistisch miteinander, so dass erfindungsgemässe Rohre (1) welche einen weichen Schaum (31) als Wärmedämmung und LLDPE als Polymer (21) des Mantels besonders bevorzugt sind. Dies wird nachstehend und in den Beispielen noch näher erläutert .
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Leitungsrohr bei der Ringsteifigkeit gemäss SN EN ISO 9969, 2016-05, Werte von mindestens 4 kN/m2 auf, bevorzugt mindestens 10 kN/m2, meist bevorzugt 15 kN/m2 auf. Dieser Parameter ist geeignet zur Charakterisierung der Leitungsrohr - Stabilität. Für viele Anwendungen der hier beschriebenen thermisch gedämmten Leitungsrohre spielt die Ringsteifigkeit eine wichtige Rolle. Dabei werden hohe Werte als vorteilhaft angesehen. Wäre die Ringsteifigkeit zu niedrig, würde das Leitungsrohr bspw. unter der Last des Erdreichs kollabieren. Korrugierte / gewellte Rohre, welche keinen Schaum und kein Mediumrohr enthalten (z. B. Abwasserrohre), zeigen typische Werte von 2- 4 kN/m2, gemäss der DIN 4262-1:2009- 10. Solche kommerziell erhältlichen Rohre bestehen typischerweise aus HDPE. HDPE hat ein verhältnismässig hohes Modul und wird verwendet, um die geforderten Ringsteifigkeiten zu erreichen. Ein Material wie LLDPE oder LDPE käme hier wegen deren niedrigeren Moduln nicht in die Auswahl. Es wurde überraschend gefunden, dass die erfindungsgemässen Rohre Ringsteifigkeiten von über 10 kNm2, häufig über 40 kN/m2 aufweisen, gemessen gemäss der ISO 9967_2016. Solche Werte konnten auch realisiert werden für thermoplastische Polymere (21) aus der Gruppe umfassend LDPE und LLDPE, insbesondere LLDPE und Mischungen bzw. Schmelzen aus LLDPE und LDPE. Wie vorstehend erwähnt, ist dies gegen die Intuition des Fachmanns, da auch ein solches Material mit einem niedrigen Modul zu
Leitungsrohren mit hoher Ringsteifigkeit führt. Für flexible Leitungsrohre ist aber LDPE und insbesondere LLDPE bevorzugt, wegen der dann geringeren Biegekräfte. Es gelingt also, Leitungsrohre zur Verfügung zu stellen die gegensätzliche Parameter vereinigen, nämlich die gewünschten niedrigen Biegekräfte und die gewünschte hohe Ringsteifigkeit. Die Erfindung betrifft somit auch Leitungsrohre wie hier beschrieben, bei denen das thermoplastische Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend LDPE und LLDPE, insbesondere LLDPE und die Ringsteifigkeit Werte von über 10 kNm2, bevorzugt über 15 kN/m2 aufweist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung erfüllt das Leitungsrohr die Anforderung der EN 15632-2:2010+Äl:2014 hinsichtlich der Längswasserdichtigkeit.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Leitungsrohr eine vorteilhafte Mantelgeometrie auf. Demgemäss weisen erfindungsgemässe Leitungsrohre aussenseitig Stege und Täler auf, die sich quer zu einer Longitudinalachse des Rohrs über einen gesamten Rohrumfang erstrecken und sich in Richtung der Longitudinalachse abwechseln, wobei das Rohr einen Aussendurchmesser D zwischen zwei gegenüberliegenden, höchsten Punkten eines Stegs hat. Sofern die höchsten Punkte eines Steges eine Linie bilden, wird die entsprechende Mantelgeometrie als sinusförmig bezeichnet. Wenn die höchsten Punkte eines Steges eine Fläche bilden, wird die entsprechende Mantelgeometrie als korrugiert bezeichnet. Dies ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Entsprechend ist der gewellte (korrugierte Fig.3 oben oder sinusförmige Fig.3 unten) Aussenmantel charakterisiert durch die Wellenlänge W, die Höhe der Stege H, die Breite der Stege B. Diese Parameter sind abhängig vom Aussendurchmesser D und an diesen angepasst. In Abhängigkeit vom Aussendurchmesser D ergeben sich folgende bevorzugte Geometrien für den korrugierten Mantel, dabei ist jeweils der allgemeine, bevorzugte und besonders bevorzugte Parameterbereich angegeben; die Parameter D, W, B und H sowie s sind der Fig.3 zu entnehmen:
Eine derartige Wellenform (sowohl korrugiert als auch sinusförmig) des Leitungsrohres ist zunächst gegen die Intuition des Fachmanns, da eine Oberflächenvergrösserung der gewünschten Isolation entgegensteht. Die Isolationswerte werden durch diese Wellenform jedoch praktisch nicht beeinflusst. Ohne sich an eine Theorie gebunden zu fühlen, gelingt es durch Wahl dieser Geometrie, verschiedene Vorteile zu vereinen:Einerseits erhöhen sie die Biegbarkeit des Leitungsrohres, ergänzend stabilisieren sie das gesamte Leitungsrohr so dass es bei Bodenbelastung nicht nachgibt, d. h. nicht in sich zusammenfällt.
Um möglichst niedrige Biegekräfte zu erhalten ist es vorteilhaft, die Aussendurchmesser der gedämmten Rohre möglichst niedrig zu wählen.
Entsprechend sind die folgenden Aussendurchmesser D bevorzugt, falls ein einziges Mediumrohr vorliegt (Fig.1B):
Die Erfindung betrifft somit auch thermisch gedämmte
Leitungsrohre wie hier beschrieben, wobei
Aussendurchmesser von Leitungsrohr (1) und Mediumrohr (4) die hier angegebenen Werte annehmen.
Entsprechend sind die folgenden Aussendurchmesser D bevorzugt, falls zwei Mediumrohre vorliegen (Fig.1C):
Die Erfindung betrifft somit auch thermisch gedämmte Leitungsrohre wie hier beschrieben, wobei
Aussendurchmesser von Leitungsrohr (1) und die beiden Mediumrohre (4) die hier angegebenen Werte annehmen.
Als besonders geeignet erweisen sich thermisch isolierte Leitungsrohre (1), bei denen Mediumrohr (4) und Wärmedämmung (3) einen Verbund bilden, die eine Folie (5) zwischen Wärmedämmung (3) und Aussenmantel (2) aufweisen und die einen oder mehrere, insbesondere alle, der hier genannten Werte für Ringsteifigkeit, Auslenktest und Längswasserdichtigkeit aufweisen.
Als ganz besonders geeignet erweisen sich thermisch isolierte Leitungsrohre (1), die zusätzlich die folgenden Parameter bezüglich Wanddicke s erfüllen, dabei ist jeweils der allgemeine, bevorzugte und besonders bevorzugte Parameterbereich angegeben; ferner ist die Wanddicke s im oberen Bereich des Stegs gemessen, vgl. Figuren. Als ganz besonders geeignet erweisen sich ferner thermisch isolierte Leitungsrohre (1), die zusätzlich die folgenden Parameter bezüglich Metergewicht des Leitungsrohres (1) erfüllen, dabei ist jeweils der allgemeine, bevorzugte und besonders bevorzugte Parameterbereich angegeben: Aussenmantel (2): Grundsätzlich können alle für thermisch gedämmte Rohre geeigneten Aussenmantel verwendet werden. Geeignete Äussenmantel sind als flexibles Rohrstück ausgebildet und weisen eine Wellenform auf, sind also als biegsames Wellrohr ausgebildet wie in Fig.3 dargestellt; insbesondere als biegsames Rohr mit einer korrugierten Struktur.
Eine breite Auswahl an Mantelmaterialien ist geeignet. Solche Mantelmaterialien sind an sich bekannt und sind kommerziell erhältlich oder nach bekannten Verfahren hergestellt. Besonders geeignet sind thermoplastische Polymere. Bevorzugt sind Polyolefine, wie Polyethylene (PE) und Polypropylene (PP). Geeignet sind PE hoher Dichte (HDPE), PE niedriger Dichte (LDPE), lineares PE niedriger Dichte (LLDPE), insbesondere LLDPE.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weisen die thermoplastischen Polymere einen Schmelzindex (Melt Flow Rate, MFR) von 0.l-25g/10min, bevorzugt 0.2-20g/10min, meist bevorzugt 0.3-15g/10min auf, gemessen bei einer Last von 2.16kg und einer Temperatur von 190°C gemäss der DIN EN ISO 1133/2012. In einer Ausgestaltung der Erfindung weisen die thermoplastischen Polymere ein Modul von 300 - 1400 MPa, bevorzugt 350 - 1300 MPa, meist bevorzugt 400 - 800 MPa, bestimmt gemäss der Norm SN EN ISO 527-2/2012, auf. Das gemäss dieser Norm gemessene Modul ist ein Elastizitätsmodul (E-Modul).
In einer Ausgestaltung der Erfindung weisen die thermoplastischen Polymere eine Dichte von 870 - 940 kg/m3 auf bestimmt gemäss der ISO 1183-1/2019.
In einer Ausgestaltung der Erfindung beinhalten die thermoplastischen Polymere weniger als 3 Gew.% Additiv zur Erhöhung der UV Stabilität (24), bevorzugt weniger 2.5 Gew.% und am meisten bevorzugt weniger als 2.0 Gew.%, bestimmt mittels ISO 6964. Die Gew.% sind auf das Mantelgewicht bezogen. Geeignete Additive (24) sind bekannt, bspw. Russ. In einer Ausgestaltung der Erfindung beinhalten die thermoplastischen Polymere (21) Additive, welche in der Lage sind, den Kontrast bei der Beschriftung mit einem Laser zu erhöhen(„Additive für Laserbeschriftung" (23)). Dabei kann es sich um Schichtsilikate aus der Familie der Glimmer handeln. Beispielhaft erwähnt seien Additive, welche als Iriotec™ der Fa Merck KgaA kommerziell erhältlich sind. Der Gehalt dieser Additive im Mantelmaterial liegt bei unter 3 Gew.%, bevorzugt unter 2.5 Gew.%, am meisten bevorzugt bei unter 2.0 Gew.%. Die Gew.% sind auf das Mantelgewicht bezogen.
Ohne sich an eine Theorie gebunden zu fühlen wird davon ausgegangen, dass bei den bekannten Leitungsrohren die Aussenmäntel dazu neigen, bei den Bedingungen der Montage auf der Baustelle oder während des Transports beschädigt zu werden. Je niedriger die Aussentemperaturen desto ausgeprägter ist das Risiko der Beschädigung. Die
Beschädigung des Aussenmantels scheint einen negativen Einfluss auf die thermische Isolationsfähigkeit zu haben, dies nicht nur am Ort der Beschädigung sondern über weite Bereiche hinaus. Durch die Auswahl der hier beschriebenen Aussenmäntel wird eine gleichbleibend hohe thermische Isolierung sichergestellt. Als besonders geeignet erweisen sich Aussenmäntel (2), die aus einem korrugierten LLDPE-Rohr bestehen und insbesondere die hier genannten Werte für Schmelzindex und Modul aufweisen. Die Überlegenheit von LLDPE als
Mantelmaterial gegenüber HDPE zeigt sich in einem Auslenktest. Dabei werden die Rohre für 24 h bei -10°C abgekühlt und dann über einen Radius von 400 mm gebogen. Hier zeigen sich beide Rohre prinzipiell geeignet, das LLDPE-Rohr ist jedoch überlegen in seinen Eigenschaften. Der Effekt ist besonders deutlich bei erfindungsgemässen Leitungsrohren, wenn Wärmedämmung (3) und Aussenmantel (2) einen Verbund bilden; bzw. wenn Wärmedämmung (3), Folie (5) und Aussenmantel (2) einen Verbund bilden. Solche Rohre mit LLDPE als Polymer (21) sind somit besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Als besonders geeignet erweisen sich ferner Aussenmäntel (2), die aus einem gewelltem (sinusförmigen oder korrugierten) LDPE-LLDPE-Rohr bestehen und insbesondere die hier genannten Werte für Schmelzindex und Modul aufweisen. Solche Polymergemische, auch Blend genannt, aus LDPE und LLDPE erweisen sich in der kontinuierlichen Produktion als vorteilhaft. Geeignet sind Polymergemische mit 50-95 % LLDPE und 5 - 50 % LDPE, vorzugsweise 70-95 %
LLDPE und 5 - 30 % LDPE, bspw. 90% LLDPE und 10 % LDPE.
Diese Rohre zeigen vergleichbar gute Werte im Auslenktest, und können zuverlässig und fehlerfrei über kontinuierliche Anlagen hergestellt werden. Der Effekt ist besonders deutlich bei erfindungsgemässen Leitungsrohren, wenn Wärmedämmung (3), Folie (5) und Aussenmantel (2) einen Verbund bilden. Solche Rohre mit LLDPE/LDPE - Schmelzen als Polymer (21) sind somit eine weitere besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Wärmedämmung (3) : Die Wärmedämmung umschliesst das
Mediumrohr teilweise oder vollständig, bevorzugt vollständig. Die Wärmedämmung kann entlang ihres
Querschnitts homogen sein oder aus mehreren Lagen aufgebaut sein. Typischerweise ist die Wärmedämmung in
Leitungsrohren homogen aufgebaut.
Als Wärmedämmung sind insbesondere aufgeschäumte Kunststoffe („Schaumstoffe") geeignet, die in Ihren Zellen ein Zellgas enthalten. Die Wärmedämmung umfasst (d.h. enthält oder besteht aus) einen oder mehreren
Schaumstoffen, bevorzugt besteht sie aus einem Schaumstoff. Der Begriff umfasst Hartschäume und Weichschäume .
Schaumstoffe können geschlossenzellig oder offenzeilig sein, bevorzugt geschlossenzeilig, insbesondere wie in der Norm ISO 4590, Third Edition, 2016-07-15 dargelegt. Problematisch bei den bekannten Leitungsrohren, welche offenzeilige Schäume zur Isolation beinhalten, ist die Tatsache, dass diese weder längswasserdicht sind (im Sinne der Norm EN 15632-2:2010+A1:2014 und eine vergleichsweise schlechtere Wärmedämmung aufweisen. Die erfindungsgemässen Rohre weissen daher einen kleineren Aussendurchmesser auf (bei vergleichbaren Isolationseigenschaften). Es gelingt dadurch, kompaktere Leitungsrohre mit gleicher thermischer Leistungsfähigkeit zur Verfügung zu stellen, mit den Vorteilen des geringeren Platzbedarfs der Rohre beim Transport und bei der Verlegung sowie der Möglichkeit engere Biegeradien zu realisieren. Eine breite Auswahl an Schaumstoffen ist geeignet. Solche Schaumstoffe sind an sich bekannt, besonders geeignet sind Schaumstoffe, welche die Normen DIN EN 253:2015-12 (insbesondere für KMR) und EN15632-1:2009+A1:2014,
EN15632-2:2010+A1 :2014 und EN15632-3:2010+A1:2014 (insbesondere für PMR) erfüllen.
Bevorzugt werden solche Schaumstoffe ausgewählt aus der Gruppe der Polyurethane (PUR) und der Polyisocyanurate (PIR). Polyurethane und Polyisocyanurate sind bekannte Schaumstoffklassen welche aus den Komponenten Disocyanat und Diol (bzw. Polyol) gebildet werden, das sog. 2K- Gemisch. Charakterisierendes Unterscheidungsmerkmal zwischen PUR und PIR ist der Isocyanat-Index des 2K- Gemisches; dieser liegt bei PUR im Bereich von 100 - 130und bei PIR im Bereich von 140 - 200. Diese unterschiedlichen Verhältnisse führen zur Bildung von cyclischen Isocyanurat-Strukturen in PIR; welche in PUR fehlen. Der Isocyanatindex ist bspw. beschrieben in: The
Polyurethanes Book, Ed. D. Randall und S. Lee, John Wiley 2002, ISBN 0-470-85041-8, S. 449. In einer Ausgestaltung der Erfindung weisen die
Ausgangsmaterialien des Schaumstoffs, also Isocyanate und Polyole im Falle von PUR oder PIR, eine Reaktions- bzw. Startzeit von 10 - 60 s, bevorzugt 15 - 45 s, auf. Eine derartige Startzeit hat sich für das Herstellungs- verfahren, wie nachstehend beschrieben, als vorteilhaft erwiesen .
Das zur Erzeugung des Schaumstoffs verwendete
Zweikomponentengemisch kann zusätzlich physikalische Treibmittel enthalten. Geeignet sind beispielsweise
Hydrofluorolefine und (Cyclo)-Alkane.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Schaumstoff eine Dichte im Bereich 30 - 80 kg/m3, bevorzugt 35 - 75 kg/m3, meist bevorzugt 40 - 70 kg/m3, auf (bestimmt gemäss ISO 845:2006). Im Vergleich zu marktüblichen Leitungsrohren ist dieser Wert als niedrig anzusehen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Schaumstoff ein Modul 10 - 30 MPa, bevorzugt 12 - 25 MPa, meist bevorzugt 14 - 23 MPa, auf (bestimmt gemäss DIN EN ISO 527- 4:1997-07 für den ausgehärteten Schaum). Im Vergleich zu marktüblichen Leitungsrohren ist dieser Wert als niedrig anzusehen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Schaumstoff eine Druckfestigkeit des ausgehärteten Schaums von 0.10 - 0.30 MPa, bevorzugt 0.12 - 0.28 MPa, meist bevorzugt 0.14 - 0.26 MPa, auf (bestimmt gemäss ISO 844:2014, bei 10 % Stauchung für den ausgehärteten Schaum). Im Vergleich zu marktüblichen Leitungsrohren ist dieser Wert als niedrig anzusehen. Als besonders geeignet erweisen sich Wärmedämmungen (3), die aus einem geschlossenzelligen PIR-Schaum (31) bestehen und insbesondere die hier genannten niedrigen Werten für
Dichte, Modul und Druckfestigkeit aufweisen.
Als besonders geeignet erweisen sich Wärmedämmungen (3), die aus einem geschlossenzelligen PUR-Schaum (31) bestehen und insbesondere die hier genannten niedrigen Werten für Dichte, Modul und Druckfestigkeit aufweisen.
Als besonders geeignet erweisen sich Wärmedämmungen (3), die aus einem geschlossenzelligen PUR-Schaum (31) bestehen und wobei insbesondere deren Ausgangsmaterialien eine
Reaktions- bzw. Startzeit von 10 - 60 s haben.
Auch geeignet erweisen sich, für bestimmte Anwendungen, Wärmedämmungen (3) die aus einem offenzeiligen PE-Schaum (31) bestehen und die hier genannten Parameter aufweisen. Mediumrohr (4) : Grundsätzlich können alle für thermisch gedämmte Rohre geeignete Mediumrohre verwendet werden. Geeignete Mediumrohre können starr oder flexibel sein; bevorzugt sind flexible Mediumrohre so dass die Leitungsrohre aufgetrommelt werden können. Ein erfindungsgemässes Leitungsrohr kann eines oder mehrere Mediumrohre umfassen. In einer Ausgestaltung umfasst das erfindungsgemässe Rohr ein einziges Mediumrohr. In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das erfindungsgemässe Rohr zwei Mediumrohre.
Das Mediumrohr kann aus polymerem Werkstoffen (ggf. mit einer metallischen Beschichtung) oder metallischen Werkstoffen bestehen. Solche Materialien sind an sich bekannt und sind kommerziell erhältlich oder nach bekannten Verfahren hergestellt. Die Materialien werden vom Fachmann nach Einsatzzweck, ggf. nach Routineversuchen, ausgewählt.
In einer Ausgestaltung ist besagtes Mediumrohr (4) ein flexibles Kunststoffrohr, der Kunststoff ausgewählt aus der Gruppe Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), vernetztes Polyethylen (PEXa, PEXb, PEXc), PE, Polybuten (PB), Polyethylen Raised Temperature (PE-RT). Solche Mediumrohre sind kommerziell erhältlich.
In einer weiteren Ausgestaltung ist besagtes Mediumrohr (4) ein flexibles Kunststoff rohr mit einer äusseren Metallschicht, der Kunststoff ausgewählt aus der Grupp ABS, PEXa, PEXb, PEXc, PE, PB, PE-RT, das Metall ausgewählt aus der Gruppe Aluminium einschliesslich dessen Legierungen. Solche Mediumrohre sind auch als Verbundröhre bekannt und kommerziell erhältlich oder nach bekannten Methoden herstellbar . In einer weiteren Ausgestaltung ist besagtes Mediumrohr (4) ein flexibles Metallrohr, das Metall ausgewählt aus der Gruppe Kupfer einschliesslich dessen Legierungen, Eisen einschliesslich dessen Legierungen (wie z.B nichtrostende Stähle), Aluminium einschliesslich dessen Legierungen.
Als besonders geeignet erweisen sich Mediumrohre (4), welche aus Kunststoff (mit oder ohne metallische
Beschichtung) bestehen. Besonders bevorzugt sind dabei Kunststoffrohre aus PE, PEx oder PE-RT mit oder ohne metallische Beschichtung.
Folie (5): Eine Folie zwischen Wärmedämmung und
Aussenmantel ist optional. Eine solche Folie erleichtert die Herstellung des erfindungsgemässen Leitungsrohres und wirkt sich positiv auf die Gebrauchseigenschaften aus.
Solche Folien sind an sich bekannt; geeignet sind Folien mit einer Dicke von 0.01 0.20 mm, insbesondere 0.02 0.15 mm. Geeignete Folienmaterialien sind dem Fachmann bekannt, bspw. Polyamide, Polyolefine, Polyester (einschliesslich PET), insbesondere PET-Folien oder Polyamide sind geeignet. Die genannten Folien (5) können einseitig oder beidseitig mit einer Kaschierung (bspw. aus PE oder PP) versehen sein. Ausserdem kann eine oder auch beide Aussenseiten der Folie (5) eine Oberflächenbeschichtung aufweisen, insbesondere eine Coronabehandlung.
Die Folie (5) kann teilweise oder vollständig mit Wärmedämmung (3) und / oder Aussenmantel (2) verbunden sein oder als separates Element vorliegen. Dies hängt insbesondere von der Wahl des Folienmaterials und den Herstellungsbedingungen ab. Entsprechend betrifft die Erfindung auch ein thermisch gedämmtes Leitungsrohr wie hier beschrieben, zusätzlich enthaltend eine Folie (5) welche entweder (i)Stoffschlüssig mit der Wärmedämmung (3) verbunden ist oder (ii) Stoffschlüssig mit dem Aussenmantel (2) verbunden ist oder (iii) stoffschlüssig mit Wärmedämmung (3) und Aussenmantel (2) verbunden ist oder (iv) als eigenes strukturelles Element vorliegt. Es wurde gefunden, dass thermisch gedämmte Rohre, welche eine Folie (5) enthalten, eine verbesserte Biegbarkeit aufweisen. Wie bereits erwähnt, ist ein geringer Biegeradius in der Praxis ein wünschenswerter Parameter. Das Vorliegen einer Folie wirkt somit kooperativ mit der Wellenform (22) des Aussenmantels (2) zusammen. Ferner ermöglicht die Folie (5) die nachstehend beschriebenen Herstellungsverfahren (1-1) und (1-2). Die Folie (5) ist typischerweise stoffschlüssig, oder im wesentlichen stoffschlüssig, mit der Wärmedämmung (3) verbunden. Die Folie (5) ist typischerweise formschlüssig, oder im wesentlichen formschlüssig, mit dem Aussenmantel (2) verbunden. Die Begriffe „stoffschlüssig" und „formschlüssig" sind dem Fachmann geläufig. Es ist offensichtlich, dass im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung neben einer formschlüssigen Komponente auch eine stoffschlüssige Komponente vorliegen kann und umgekehrt. Die Kombination folgender Merkmale führt zu besonders geeigneten Leitungsrohren.
• Leitungsrohr (1) wie hier beschrieben, wobei der
Aussenmantel (2) aus LDPE besteht und die Wärmedämmung (3) aus einem geschlossenzelligen PU-Schaum besteht und die Folie (5) eine Dicke von 0.01-0.2 mm aufweist.
• Leitungsrohr (1) wie hier beschrieben wobei der
Aussenmantel (2) aus einem Polymer-Blend aus LLDPE und LDPE besteht und die Wärmedämmung (3) aus einem geschlossenzelligen PU-Schaum besteht und die Folie (5) eine Dicke von 0.01-0.2 mm aufweist.
Verwendungen: Entsprechend den vorangehenden Ausführungen ist das hier beschriebene Leitungsrohr geeignet zur Verwendung in einen Rohrverbundsystem. Die Erfindung betrifft daher auch ein Rohrverbundsystem umfassend thermisch gedämmte Rohre (1) wie hier beschrieben und die Verwendung von thermisch gedämmten Rohren wie hier beschrieben zur Herstellung eines Rohrverbundsystems.
Entsprechend den vorangehenden Ausführungen ist das hier beschriebene Leitungsrohr geeignet zum Transport von kühlenden oder wärmenden Medien. Die Erfindung betrifft daher auch die Verwendung von thermisch gedämmten Rohren wie hier beschrieben zur Bereitstellung von Fernwärme, Nahwärme, oder Kühlung.
In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung verschiedene Verfahren zur Herstellung von thermisch gedämmten Rohren. Analoge Verfahren sind bekannt und in den auf S.l zitierten Dokumenten beschrieben. Diese Dokumente verweisen jedoch nicht auf die hier verwendeten spezifischen Ausgangs- materialien für den geschlossenzelligen Schaumstoff (31) und den thermoplastischen Kunststoff (21).
Bei den erfinderischen Verfahren wird unterschieden, ob eine Folie (5) vorliegt oder nicht. Grundsätzlich können die hier beschriebenen Leitungsrohre
(1) in Analogie zu den bekannten Verfahren hergestellt werden. Dabei werden die bekannten Ausgangsmaterialien durch die hier beschriebenen Ausgangsmaterialien ersetzt. Entsprechend können an sich bekannte Anlagen für die Herstellung verwendet werden, ggf. nach Anpassung an neue Parameter, wie sie der Fachmann in seiner Routinetätigkeit durchführen kann. Dieser Aspekt der Erfindung soll nachstehend näher erläutert werden.
Verfahren 1-1 : kontinuierliche Herstellung von
Leitungsrohren (1) mit Folie (5). In dieser Ausgestaltung betrifft die Erfindung ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines Leitungsrohrs (1), welches Leitungsrohr mindestens ein Mediumrohr (4), eine geschäumte
Wärmedämmung (3) und einen gewellten Aussenmantel (2) aus thermoplastischem Kunststoff sowie eine Folie (5) zwischen Aussenmantel (2) und Wärmedämmung (3) umfasst, mit den Schritten : (a) Bilden eines Folienschlauchs um das mindestens eine
Mediumrohr (4) und Einbringen des schaumbildenden
Ausgangsmaterials für die Bildung der geschäumten
Wärmedämmung in den Folienschlauch,
(b) Hindurchführen des Mediumrohrs mit dem Folienschlauch durch einen Spritzkopf, mittels welchem der Aussenmantel
(2) ringförmig extrudiert wird, und
(c) Erzeugen der Wellenform des Aussenmantels (4); insbesondere in einem Corrugator. Vorteilhaft wird in dieser Ausgestaltung der Aussenmantel getrennt von dem vom Folienschlauch umgebenen Mediumrohr in den Corrugator geführt und im Corrugator geformt.
Vorteilhaft erfolgt in dieser Ausgestaltung die Bildung der geschäumten Wärmedämmung (3) im zuvor korrugierten Aussenmantel. Vorteilhaft erfolgt in dieser Ausgestaltung die Formung des Aussenmantels im Corrugator durch Einsatz von Vakuum zur Bildung der Wellenform (22). Vorteilhaft wird in dieser Ausgestaltung ein schaumbildendes Ausgangsmaterial verwendet, dessen Reaktionszeit bzw. Startzeit einstellbar ist. Geeignete Ausgangsmaterialien sind auf eine Reaktionszeit bzw. Startzeit von 10 Sekunden bis 60 Sekunden einstellbar, insbesondere 15 Sekunden bis 45 Sekunden.
Vorteilhaft wird in dieser Ausgestaltung die Bildung der geschäumten Wärmedämmung durch Kühlung verzögert, wobei insbesondere bei der Hindurchführung des Mediumrohrs mit dem Folienschlauch durch den Spritzkopf eine Kühlung des Folienschlauchs mit dem darin enthaltenen Ausgangsmaterial für die Bildung der geschäumten Wärmedämmung erfolgt.
Vorteilhaft wird in dieser Ausgestaltung das vom Folienschlauch umgebene Mediumrohr (4) mittels eines Schutzrohrs durch den Spritzkopf geführt, wobei das Schutzrohr bis in die geschlossenen Formbacken (B) des Corrugators geführt ist. Vorteilhaft sind solche Schutzrohre innenseitig, vorzugsweise auch aussenseitig, mit einer reibungsmindernden Beschichtung versehen, insbesondere mit einer (PTFE) enthaltenden oder aus diesem bestehenden Beschichtung. Vorteilhaft sind solche Schutz- rohre in Längsrichtung des Extruders verstellbar, wobei die Lage dessen vorderen Endes im Corrugator derart einge- stellt wird, dass der Aussenmantel in dem um das Schutzrohr herum verlaufenden Abschnitt des Corrugators fertig geformt ist.
Vorteilhaft wird in dieser Ausgestaltung das Verfahren kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 2-10 m/min geführt. Die so erhaltenen Rohre werden entweder abgelängt, typischerweise zu Rohrstücken von 1-10 m oder auf Trommeln aufgerollt („aufgetrommelt"), typischerweise zu
Rohrstücken von 20-500 m Länge.
Verfahren 1-2 : diskontinuierliche Herstellung von Leitungsrohren (1) mit Folie (5). In dieser Ausgestaltung betrifft die Erfindung ein Verfahren zur diskontinuierlichen Herstellung eines Leitungsrohrs (1), welches Leitungsrohr mindestens ein Mediumrohr (4), eine geschäumte Wärmedämmung (3) und einen gewellten Aussenmantel (2) aus thermoplastischem Kunststoff sowie eine Folie (5) zwischen Aussenmantel (2) und Wärmedämmung (3) umfasst, mit den Schritten:
(a) Bilden eines Folienschlauchs um das Mediumrohr (4);
(b) Einführen des Mediumrohrs mit dem Folienschlauch in ein gewelltes Rohr, ggf. gefolgt von Stabilisierung des Mediumrohres durch ein Innenrohr (F);
(c) Verschliessen der so erhaltenen Konstruktion an einem der beiden Enden mit einem Flansch (A).
(d) Einbringen des schaumbildenden Ausgangsmaterials für die Bildung der geschäumten Wärmedämmung in den Spalt zwischen Mediumrohr und Folienschlauch. e) Verschliessen der so erhaltenen Konstruktion an dem offenen Ende mit einem Flansch, der mit einem Entlüftungsloch versehen ist, durch den die durch den entstehenden Schaum verdrängte Luft entweichen kann. f) Verschliessen des Lüftungslochs mit einem Stopfen bevor der entstehende Schaum an dem Entlüftungsloch ankommt. g) Entfernen der Flansche nach dem Aushärten des Schaums.
Entsprechend wird in dieser Ausgestaltung der gewellte Aussenmantel in einem separaten Schritt hergestellt.
Verfahren 2: Herstellung von Leitungsrohren (1) ohne Folie
(5): In dieser Ausgestaltung betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Leitungsrohrs (1), welches Leitungsrohr mindestens ein Mediumrohr (4), eine geschäumte Wärmedämmung (3) und einen gewellten Aussenmantel (2) aus thermoplastischem Kunststoff jedoch keine Folie (5) zwischen Aussenmantel (2) und Wärmedämmung (3) umfasst, mit den Schritten:
(a): Einführen des Mediumrohrs in ein gewelltes Rohr, ggf. gefolgt von Stabilisierung des Mediumrohrs durch ein Innenrohr (F);
(b) Verschliessen der so erhaltenen Konstruktion an einem der beiden Enden mit einem Flansch (A).
(c) Einbringen des schaumbildenden Ausgangsmaterials für die Bildung der geschäumten Wärmedämmung in den Spalt zwischen Mediumrohr und gewelltem Rohr; bspw. mit einer Lanze.
(d) Verschliessen der so erhaltenen Konstruktion an dem offenen Ende mit einem Flansch, der mit einem Entlüftungsloch versehen ist, durch den die durch den entstehenden Schaum verdrängte Luft entweichen kann.
(e) Verschliessen des Lüftungslochs mit einem Stopfen bevor der entstehende Schaum an dem Entlüftungsloch ankommt. f) Entfernen der Flansche nach dem Aushärten des Schaums.
In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verbundmaterial (6), auch Komposit oder Verbundwerkstoff genannt. Diese Verbundmaterialien sind zur thermischen Isolation breit einsetzbar, insbesondere sind sie geeignet als Komponente der hier beschriebenen thermisch gedämmten Leitungsrohre und Rohrverbundsysteme. Dieser Aspekt der Erfindung soll nachstehend näher erläutert werden.
Der Begriff Verbundmaterial ist an sich bekannt und betrifft insbesondere ein aus zwei oder mehr verbundenen Materialien, der andere Werkstoffeigenschaften besitzt als seine einzelnen Komponenten. Für die Eigenschaften der Verbundmaterialien sind stoffliche Eigenschaften und Geometrie der Komponenten relevant. Die Verbindung erfolgt durch Stoff- oder Formschluss oder eine Kombination von beidem. Insbesondere betrifft die Erfindung Verbund- materialien aus der Gruppe der Schichtverbundmaterialien, auch Laminate genannt. In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verbundmaterial (6) umfassend ein erstes Polymer (31) im direkten Kontakt mit einem zweiten Polymer (21), wobei besagtes erstes Polymer ein geschlossenzelliger
Schaumstoff (31), wie im 1. Aspekt der Erfindung definiert, ist; und besagtes zweites Polymer ein thermoplastischer Kunststoff (21), wie im 1. Aspekt der Erfindung definiert, ist. Die besagten Polymere (31) und (21) können aus den gleichen oder verschiedenen Monomeren bestehen, bevorzugt bestehen sie aus verschiedenen Monomeren.
In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verbundmaterial (6) umfassend ein erstes Polymer (31) ein zweites Polymer (21) und eine dazwischen angeordnete Folie (5), wobei besagtes erstes Polymer ein Schaumstoff wie im 1. Aspekt der Erfindung definiert (insbesondere ein geschlossenzelliger Schaumstoff), ist; und besagtes zweites Polymer ein thermoplastischer Kunststoff, wie im 1. Aspekt der Erfindung definiert, ist; und besagte Folie wie vorstehend definiert ist; und die besagten Polymere (31) und (21) bevorzugt aus verschiedenen Monomeren bestehen; und besagte Folie mit dem ersten und dem zweiten Polymer einen Verbund bildet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das erste Polymer (31) ausgewählt aus der Gruppe umfassend Polyurethane (PU) insbesondere geschlossenzeilige Polyurethane.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das erste Polymer (31) ausgewählt aus der Gruppe umfassend Polyisocyanurate (PIR).
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das zweite Polymer (21) ausgewählt aus der Gruppe umfassend Polyethylene (PE) und Polypropylene (PP). In einer weiteren vorteilhaften Aus führungsform ist besagte Folie (5) ausgewählt aus der Gruppe umfassend PET und Polyamid.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines Verbundmaterials (6) wie hier beschrieben zur Herstellung von thermisch gedämmten Rohren; zur Herstellung von thermisch gedämmten Behältern;
Zur Herstellung von thermisch gedämmten
Isolationselementen wie Muffen, Verbindungsstücken oder Abdeckvorrichtungen (insbesondere geeignet zur Verbindung der erfinderischen Leitungsrohre);
Zur Herstellung von thermisch gedämmten
Isolationselementen an Fahrzeugen (einschliesslich
Kraftfahrzeuge, Schienenfahrzeuge, Schiffe, Flugzeuge);
Zur Herstellung von thermisch gedämmten Isolationselementen an Gebäuden (einschliesslich Paneele für die Innen oder Aussenisolierung, Fenster- und Türrahmen); sowie zur Herstellung von Rohrverbundsystemen.
In einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung ferner Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials (6) wie hier beschrieben. Grundsätzlich können die hier beschriebenen Verbundmaterialien in Analogie zu den bekannten Verfahren hergestellt werden. Dabei werden die bekannten Ausgangsmaterialien durch die hier beschriebenen Ausgangsmaterialien ersetzt. Entsprechend können an sich bekannte Anlagen für die Herstellung verwendet werden, ggf. nach Anpassung an neue Parameter, wie sie der Fachmann in seiner Routinetätigkeit durchführen kann.
Die nachstehend genannten Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung; sie sollen die Erfindung in keiner Weise limitieren.
# 1: Herstellung der Aussenmäntel Mit Hilfe eines Korrugators des Typs HD 250-38 der Fa Drossbach, Rain am Lech, Deutschland, wurden korrugierte Rohre aus Polyethylen (PE) hergestellt. Dabei wurden die dafür verwendete Poylethylentype, die äussere Topographie und das Metergewicht variiert. Diese korrugierten Rohre dienten als Aussenmäntel für die herzustellenden thermisch gedämmten Rohre im Beispiel 2.
Als Materialien kamen Polyethylen hoher Dichte (HDPE) und lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) zum Einsatz. Das HDPE hatte eine Dichte von 955 kg/m3 gemäss der Norm D792 und einen Schmelzindex von 0.35 g/10 min gemessen bei einer Temperatur von 190°C und einer Last von 2.16 kg gemäss der Norm ASTM D1238:2013. Das Elastizitätsmodul wurde experimentell zu 1267 MPa bestimmt, gemäss der Norm ASTM D1238:2013.
Das LLDPE hatte eine Dichte von 920 kg/m3 gemäss der Norm ASTM D792:2013 und einen Schmelzindex von 0.90 g/10 min, gemessen bei einer Temperatur von 190°C und einer Last von 2.16 kg gemäss der Norm ASTM D1238:2013. Das Elastizitäts- modul wurde experimentell zu 491 MPa bestimmt, gemäss der Norm ASTM D1238:2013.
Zur Erzeugung einer unterschiedlichen Topographie kamen zwei unterschiedliche Backensätze zur Anwendung. Diese sind bezeichnet mit Backenform 1 und Backenform 2 und in der Fig 7 näher charakterisiert.
Das Gewicht dieser korrugierten Rohre wurde durch Wägen bestimmt und in das Ergebnis als Metergewicht in der Einheit g/m angegeben, siehe Tabelle 1 und 2.
Durch Veränderung der Bandgeschwindigkeit bzw. Anpassung der Austragsleistung des Extruders wurden Muster mit abgestuften Metergewichten erhalten.
# 2 : Herstellung der gedämmten Rohre
Die Herstellung der gedämmten Rohre wird in Fig. 1 veranschaulicht. Die Mäntel (2), (C in Fig.lA) aus Beispiel 1 wurden im nachfolgenden Schritt zu gedämmten Leitungsrohren weiterverarbeitet; vgl. Fig. 1. Dazu wurde ein Mediumrohr ((4), (E) in Fig. 1A) aus vernetztem Polyethylen (PEX) mit dem Aussendurchmesser von 50 mm und einer Wanddicke von 4.6 mm mit einem Folienschlauch ((5) umgeben. Dieser Folienschlauch bestand aus einer Folie der Dicke von 0.08 mm aus Polyethylenterephthalat (PET) und hatte einen Umfang von 335 mm.
Zur Begradigung des PEX-Rohrs wurde als Hilfsmittel ein Stahlrohr (Innenrohr(F) in Fig. 1) mit dem Aussendurchmesser von 38 mm hindurchgeschoben.
Die Länge des PEX-Rohres betrug 2040 mm, die Länge des Stahlrohrs betrug 2200 mm, die Länge des Aussenmantels betrug 1970 - 2000 mm.
Das PEX-Rohr (E) mit dem Folienschlauch und dem innenliegenden Stahlrohr (F) wurde in den korrugierten Aussenmantel (C) geschoben und am Ende mit einem Flansch (A) verschlossen. Der gesamte Aufbau wurde auf einem Tisch gelagert und um einen Winkel um 5 ° geneigt. Der
Aussenmantel wurde mit den entsprechenden Formbacken (B) fixiert um eine Verbiegung oder Verformung des Rohres während des Ausschäumens zu verhindern. In den Spalt zwischen der Schlauchfolie und dem PE-Rohr wurde das Zweikomponentengemisch aus Polyol und Isocyanat an dem leicht erhöhten Ende des Rohraufbaus mit Hilfe einer Lanze eingeschossen.
Es kamen zur Herstellung der Musterrohre zwei unterschiedliche Polyurethanschäume zum Einsatz.
Einer der beiden Schäume erhält für die nachfolgende Ausführung die Bezeichnung «weich». Experimentell wurden an dem ausgehärteten Schaum folgende Eigenschaften bestimmt: Druckfestigkeit bei 10 % Stauchung zu 0.14 MPa, gemessen gemäss der Norm ISO 844:2014. Das
Elastizitäzsmodul zu 14.3 MPa gemäss der Norm IN EN ISO 527-4:1997-07 Diese Werte wurden an Probenkörpern erhalten mit einer Dichte von 65.2 kg/m3, bestimmt gemäss der Norm ISO 845:2006. Der andere Polyurethanschaum, der zur Anwendung kam erhält für die nachfolgende Beschreibung die Bezeichnung «hart». Experimentell wurden an dem ausgehärteten Schaum folgende Eigenschaften bestimmt: Druckfestigkeit bei 10 % Stauchung zu 0.27 MPa, gemessen gemäss der Norm ISO 844:2014. Das Elastizitätsmodul zu 25.0 MPa gemäss der Norm DIN EN ISO 527-4:1997-07. Diese Werte wurden an Probenkörpern erhalten mit einer Dichte von 63.3 kg/m3, bestimmt gemäss der Norm ISO 845:2006.
Die hergestellten Rohrmuster und die Materialkombinationen sind in den Tabellen 1 und 2 zusammengefasst. Die hier getesteten Rohre entsprechen der Norm EN 15632.
# 3: Messung der Auslenkkräfte
An den Rohrmustern wurde jeweils die Kraft bestimmt, die benötigt wurde, um das jeweilige Rohr um einen bestimmten Betrag auszulenken.
Dazu wurde das Rohr wie in der Fig. 2 gezeigt eingespannt. Der Abstand zwischen dem Fixpunkt und der Angriffspunkt der Verbindung zur Messdose betrug 1100 mm. An dem freien Ende wurde das Rohr mit einer Bohrung versehen, durch welche eine Gewindestange geschoben wurde, an welcher ihrerseits rechts und links eine Kette befestigt war, die mit der Zugmessdose verbunden war. Die Zugmessdose war Teil einer Universalprüfmaschine des Typs Instron 3367. Mit der Geschwindigkeit von 50 mm wurde das freie Rohrende nach oben gezogen. Die Kraft, die nach einer Wegstrecke von 300 mm erreicht war, wurde als Messwert aufgezeichnet.
An jedem einzelnen Rohrmuster wurden vier Einzelwerte gemessen, wobei nach jeder Messung das Rohr axial um 90 gedreht wurde. So ergaben sich durch die Messung an den Positionen 0 °, 90 °, 180 ° und 270 ° die vier Einzelwerte. In der Tabelle sind die Einzelwerte für jedes Rohr und der Mittelwert aufgeführt, der sich aus diesen vier Einzelmessung ergibt.
Von jedem Rohrtyp wurden mindestens zwei Rohre vermessen, die daraus resultierenden Mittelwerte sind in der Tabellen 1 und 2 fett hervorgehoben.
In der graphischen Auftragung wurden die fett hervorgehobenen gemittelten Metergewichte der Äussenmäntel und die fett hervorgehobenen Mittelwerte der Auslenkkräfte verwendet. Dies ist in den Abbildungen 4, 5 und 6 gezeigt. Es ist eindeutig erkennbar, dass die niedrigsten Auslenkkräfte erreicht werden wenn als Material für den Aussenmantel LLDPE anstatt HDPE zur Anwendung kommt.
Ausserdem ist klar erkennbar, dass die niedrigsten Auslenkkräfte erreicht werden, wenn ein weicher Polyurethanschaum anstatt eines harten Polyurethanschaums zur Anwendung kommt. Eine Kombination aus einem HDPE Mantel mit einem weichen Polyurethanschaum ist in der Summe weniger gut geeignet zur Erreichung niedriger Auslenkkräfte.
Tabelle 1: Zusammenfassung der Messwerte für unterschiedliche Rohrmuster, die in den Fig. 4 und 5 graphisch dargestellt sind, Backenform 1.
Fazit: Es ist eindeutig erkennbar, dass die niedrigsten Auslenkkräfte erreicht werden wenn als Material für den Aussenmantel LLDPE anstatt HDPE zur Anwendung kommt. Ausserdem ist klar erkennbar, dass die niedrigsten Auslenkkräfte erreicht werden, wenn ein weicher Polyurethanschaum anstatt eines harten Polyurethanschaums zur Anwendung kommt.
Eine Kombination aus einem HDPE Mantel mit einem weichen Polyurethanschaum ist in der Summe weniger gut geeignet zur Erreichung niedriger Auslenkkräfte.
# 4 : Einfluss der Schaumhärte bei einer anderen
Manteltopographie
Der Einfluss der Schaumhärte wurde auch noch für eine andere Manteltopographie gezeigt. Dazu wurden wie in # 1 beschrieben Aussenmäntel aus LLDPE gefertigt unter Verwendung der Backen mit der Backenform 2, der in der Fig. 7 gezeigt ist. Diese Aussenmäntel wurden nun wie in Beispiel 2 beschrieben mit einem Mediumrohr versehen und ausgeschäumt. Es wurden an diesen Mustern die Auslenkkräfte bestimmt wie bereits im Beispiel 3 beschrieben.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 zusammengefasst.
Tabelle 2: Zusammenfassung der Messwerte für unterschiedliche Rohrmuster, die in der Abbildung 6 graphisch dargestellt sind, Backenform 2.
Fazit: Es zeigt sich, dass beide Manteltopographien zu guten Ergebnissen führen.
Auch hier ist deutlich zu erkennen, dass die Auslenkkräfte für die Rohrmuster mit dem weicheren Schaum niedriger sind als bei denen, welche den härteren Schaum beinhalten.

Claims

Ansprüche :
1. Thermisch gedämmtes Leitungsrohr (1), umfassend mindestens ein Mediumrohr (4), mindestens eine um das Mediumrohr herum angeordnete Wärmedämmung (3) und mindestens einen um die Wärmedämmung herum angeordneten Aussenmantel (2), dadurch gekennzeichnet, dass besagte Wärmedämmung (3) einen Schaumstoff (31) umfasst welcher eine Dichte von 30-80kg/m3 gemäss ISO 845:2006 aufweist besagter Aussenmantel (2) einen thermoplastischen Kunststoff (21) umfasst, welcher · eine Wellenform (22), insbesondere eine korrugierte
Struktur, aufweist,
• ein Modul von 300-1400 MPa gemäss SN EN ISO 527- 2/2012 aufweist.
2. Leitungsrohr gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenmantel (2) eines oder mehrere der folgenden Kriterien erfüllt:
• der Kunststoff (21) umfasst ein Polymer aus der Gruppe der Polyolefine, insbesondere besteht er aus einem Polyethylen oder Polypropylen, bspw. LLDPE;
• Schmelzindex des Kunststoffs (21) ist 0.1 - 25 g/10 min, gemessen bei einer Last von 2.16 kg und einer Temperatur von 190 °C gemäss DIN EN ISO 1133/2012. 3. Leitungsrohr gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedämmung (3) eines oder mehrere der folgenden Kriterien erfüllt:
• der Schaumstoff (31) umfasst ein Polymer ausgewählt aus der Gruppe der Polyurethane (PU) und Polyisocyanurate (PIR), insbesondere wobei deren
Ausgangsmaterialien eine Reaktions- bzw. Startzeit von 10 - 60 s haben;
• der Schaumstoff (31) ist zu mindestens 60% geschlossenzellig gemäss ISO 4590, Third Edition, 2016-07-15; • der der Schaumstoff (31) eine Druckfestigkeit von 0.1-0.
3 MPa gemäss ISO 844:2014 bei 10% Stauchung auf;
• der Schaumstoff (31) weist ein Modul von 10 -30 MPa gemäss ISO 1926 auf.
4. Leitungsrohr gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mediumrohr (4) als ein einziges Rohrstück ausgebildet ist und ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend:
• gewelltes oder glattes Kunststoffrohr ohne
Metallbeschichtung;
• gewelltes oder glattes metallbeschichtetes Kunststoffrohr; oder · gewelltes oder glattes Metallrohr;
5. Leitungsrohr gemäss A_nsp^_ruch 1-7 dadurch gekennzeichnet, dass
• der Aussenmantel (2) einen Aussendurchmesser D aufweist und
• der Aussenmantel (2) eine korrugierte Wellenform, charakterisiert durch Wellenlänge W, Stegbreite B und Steghöhe H, aufweist, wobei folgende Parameter erfüllt werden:
• D=40-70min, W=4-40% von D, B=5-50% von D, H=3-25% von D; oder
• D=71-100mm, W=4-40% von D, B=4-50% von D, H=2-25% von D; oder
• D=101-130iran, W=3-40% von D, B=3-50% von D, H=l-25% von D; oder
• D=131-160mm, W=3-40% von D, B=2-50% von D, H=l-25% von D; oder
D=161-250mm, W=2-40% von D, B=l-50% von D, H=l-25% von D.
6. Leitungsrohr gemäss Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass
• Mediumrohr (4) und Wärmedämmung (3) einen Verbund bilden; oder
• Aussenmantel (2) und Wärmedämmung (3) einen Verbund bilden; oder • Aussenmantel (2) und Wärmedämmung (3) und Mediumrohr (4) einen Verbund bilden.
7. Leitungsrohr gemäss einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Ringsteifigkeit von mindestens 4 kN/m2, bevorzugt mindestens 10 kN/m2, meist bevorzugt mindestens 15 kN/m2 gemäss der SN EN ISO 9969, 2016-05 aufweist.
8. Leitungsrohr gemäss einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Aussenmantel (2) und Wärmedämmung (3) eine Folie (5) angeordnet ist; wobei diese Folie bevorzugt eines oder mehrere der folgenden Kriterien erfüllt:
• die Folie (5) umfasst oder besteht aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe PET, PE oder PA;
• die Folie (5) weist eine Gesamtdicke von 0.01 - 0.2 mm, bevorzugt 0.02-0.15 mm auf;
• die Folie (5) weist auf mindestens einer Seite eine Kaschierung auf;
• die Folie (5) weist auf mindestens einer Seite eine Oberflächenbehandlung auf.
9. Leitungsrohr gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
• Folie (5) und Wärmedämmung (3) einen Verbund bilden; oder
• Folie (5) und Aussenmantel (2) einen Verbund bilden; oder
• Folie (5) und Aussenmantel (2) und Wärmedämmung (3) einen Verbund bilden; oder
• Folie (5) keinen Verbund mit Wärmedämmung (3) sowie keinen Verbund Aussenmantel (2) bildet.
10. Leitungsrohr gemäss einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Aussenmantel (2) und Wärmedämmung (3) eine Folie (5) angeordnet ist welche stoffschlüssig mit der Wärmedämmung (3) sowie formschlüssig mit dem Aussenmantel (2) verbunden ist; wobei • der Aussenmantel (2) entweder
• aus LDPE besteht oder
• aus einem Polymer-Blend aus LLDPE und LDPE besteht (typisch: LLDPE / LDPE = 50/50 bis 95/5, bevorzugt LLDPE / LDPE = 70/30 bis 95/5); die Wärmedämmung (3) aus einem geschlossenzeiligen PU-Schaum besteht; und die Folie (5) Dicke von 0.01-0.2 mm, bevorzugt 0.02-0.15 mm, aufweist.
11. Rohrverbundsystem umfassend thermisch gedämmte Rohre (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder Verbund- materialien (6) nach einem der Ansprüche 14 bis 15.
12. Verwendung eines thermisch gedämmten Rohres nach einem der Ansprüche 1 bis 10
• zur Herstellung eines Rohrverbundsystems; oder
• zur Bereitstellung von Fernwärme, Nahwärme, oder Kühlung.
13. Verfahren zur Herstellung eines Leitungsrohres (1) nach Anspruch 8, 9 oder 10 umfassend die Schritte:
(a) Bilden eines Folienschlauchs aus der Folie (5) um das mindestens eine Mediumrohr (4) und Einbringen des schaumbildenden Ausgangsmaterials für die Bildung des geschlossenzelligen Schaumstoffs (31) in den Folienschlauch
(b) Hindurchführen des Mediumrohrs (4) mit dem Folienschlauch durch einen Extruder, mittels welchem der Aussenmantel (2) ringförmig extrudiert wird, und
(c) Erzeugen der Wellenform des Aussenmantels (4) in einem Corrugator; wobei insbesondere der Aussenmantel getrennt von dem vom Folienschlauch umgebenen Mediumrohr in den Corrugator geführt und im Corrugator geformt wird; und / oder wobei insbesondere die Bildung der Wärmedämmung (3) im zuvor korrugierten Aussenmantel erfolgt.
14. Verbundmaterial (6), insbesondere Laminat, umfassend ein erstes Polymer (31) im direkten Kontakt mit einem zweiten Polymer (21), wobei · besagtes erstes Polymer ein Schaumstoff ist, insbesondere ein geschlossenzelliger Schaumstoff wie in Anspruch 1 oder 3 definiert; und
• besagtes zweites Polymer ein thermoplastischer Kunststoff, wie in Anspruch 1 oder 2 definiert, ist; und
• die besagten Polymere (31) und (21) bevorzugt aus verschiedenen Monomeren bestehen.
15. Das Verbundmaterial nach Anspruch 14, wobei
• besagtes erstes Polymer (31) aus der Gruppe umfassend Polyurethane (PU) und Polyisocyanurate (PIR) ausgewählt ist; und / oder
• besagtes zweites Polymer (21) aus der Gruppe umfassend Polyethylene (PE) und Polypropylene (PP) ausgewählt ist.
16. Verbundmaterial (6), insbesondere Laminat, umfassend ein erstes Polymer (31) ein zweites Polymer (21) und eine dazwischen angeordnete Folie (5), wobei · besagtes erstes Polymer ein Schaumstoff wie in
Anspruch 1 oder 3 definiert (insbesondere ein geschlossenzeiliger Schaumstoff), ist; und
• besagtes zweites Polymer ein thermoplastischer Kunststoff, wie in Anspruch 1 oder 2 definiert, ist; und
• besagte Folie wie in Anspruch 7 definiert ist; und
• die besagten Polymere (31) und (21) bevorzugt aus verschiedenen Monomeren bestehen; und
• besagte Folie mit dem ersten und dem zweiten Polymer einen Verbund bildet.
17. Verbundmaterial nach Anspruch 16, wobei
• besagtes erstes Polymer (31) aus der Gruppe umfassend PU und PIR, insbesondere PU, ausgewählt ist; und / oder • besagtes zweites Polymer (21) aus der Gruppe umfassend PE und PP, insbesondere PE, ausgewählt ist; und
• besagte Folie (5) aus der Gruppe umfassend PET, Polyamid, insbesondere PET, ausgewählt ist.
18. Verwendung eines Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 14 - 17 zur Herstellung von:
• thermisch gedämmten Rohren;
• thermisch gedämmten Behältern; oder
• Isolationselementen, insbesondere von Muffen, Fahrzeugteilen oder Gebäudeteilen.
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