WO2015082491A1 - Kunststoffrohr und herstellverfahren hierfür - Google Patents

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WO2015082491A1
WO2015082491A1 PCT/EP2014/076295 EP2014076295W WO2015082491A1 WO 2015082491 A1 WO2015082491 A1 WO 2015082491A1 EP 2014076295 W EP2014076295 W EP 2014076295W WO 2015082491 A1 WO2015082491 A1 WO 2015082491A1
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WO
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layer
plastic
polyamide
reinforcing structure
polyethylene
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PCT/EP2014/076295
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Michael Tappe
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Bersch, Andreas
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00—Rigid pipes
    • F16L9/12—Rigid pipes of plastics with or without reinforcement
    • F16L9/127—Rigid pipes of plastics with or without reinforcement the walls consisting of a single layer
    • F16L9/128—Reinforced pipes
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    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B1/00—Layered products having a non-planar shape
    • B32B1/08—Tubular products
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    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/26—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
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    • B32B3/26—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/266—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by an apertured layer, the apertures going through the whole thickness of the layer, e.g. expanded metal, perforated layer, slit layer regular cells B32B3/12
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
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    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/028—Net structure, e.g. spaced apart filaments bonded at the crossing points
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2597/00—Tubular articles, e.g. hoses, pipes

Definitions

  • the invention relates to a plastic raw r, which is designed as a high-pressure tube, with a tube wall comprising a first layer of a plastic, and arranged in the tube wall reinforcing structure and a manufacturing method thereof.
  • a plastic pipe which has a laminated and multilayer pipe wall.
  • a first layer of the tube wall is formed by an inner carrier tube made of plastic.
  • the support tube is spirally wound with a reinforcing tape made of a cord material. The subsequently wound on the support tube
  • Reinforcing tape is coated with an adhesive and connected thereto to the support tube. Finally, around the carrier tube laminated in this way, a second layer of plastic is externally extruded to protect the reinforcing strip.
  • wound reinforcing strip made of plastic are also known from international patent application WO 2009/109609 A1 and the German utility model DE 202 19 222 U1.
  • a corresponding multilayer plastic raw r with a wound reinforcing wire is known from the German utility model DE 1 813 312 U.
  • a "layer of plastic" with respect to a pipe wall of a plastic pipe refers to that material of the same plastic which is solidified together from a plasticized, melt-shaped state and thereby becomes a load-bearing component of the pipe wall.
  • the plastic pipes known from the abovementioned documents all have a multilayer structure whose individual layers of plastic are produced by a plurality of extrusion steps carried out in succession and solidified individually in individual process steps arranged between two successively generated layers of the corresponding tube wall.
  • the invention has for its object to provide an improved designed as a high-pressure tube plastic raw r with a tube wall comprising a first layer of a plastic, and provided in the tube wall reinforcing structure to provide its structure and mechanical properties are optimized.
  • Another object is to provide a simple manufacturing method for a corresponding reinforced plastic pipe.
  • a plastic raw r which is designed as a high-pressure tube, with a tube wall comprising a first layer of a plastic, and one in the
  • Tube wall arranged reinforcing structure thereby improving that the
  • Reinforcing structure is tubular and is embedded in the first layer.
  • Corresponding high-pressure pipes are designed in particular for the passage of fluids, preferably oil, water or gas, at a pressure of up to 60 bar. Due to the embedded reinforcing structure, the plastic tube has an improved
  • the reinforcing structure embedded in the first layer makes it possible, in a particularly advantageous manner, to connect so-called welding fittings for connecting two successive plastic pipe ends
  • Clamp fittings can be used.
  • plastic pipes in which the reinforcing structure is not embedded in a layer, but is arranged between two successively constructed layers, by so-called
  • a stable embedding of the reinforcing structure in the layer of the tube wall also results from the fact that the reinforcing structure has varying distances to an inner surface and an outer surface of the first layer. Because of that
  • Reinforcement structure is preferably fabric-like and in particular Having openings, the reinforcement of the tube wall is increased and the reinforcing structure particularly stable embedded in the layer, since the plastic of the layer penetrates the openings.
  • the embedding of the reinforcing structure is further improved by the fact that the first layer at least partially, in particular in the region of openings of the
  • Reinforcement structure extending continuously between the inner surface and the outer surface.
  • the plastic of the first layer comprises EVOH, polyamide, in particular polyamide 12, polyethylene, in particular an LDPE or an HDPE, or a compound of polyethylene, in particular an LDPE or a HDPE, and polyamide, in particular polyamide 12 , If the first layer contains the aforementioned EVOH or preferably polyamide material, this advantageously reduces the gas permeability, especially at high pressure stages, and increases the oil resistance. In this way, the first layer forms a chemically resistant, that is in particular to acids, alkalis and
  • EVOH would be particularly useful with respect to helium or hydrogen. If the first layer contains the abovementioned PA and / or PE material, this ensures the mechanical properties of the plastic pipe required in relation to the high pressure prevailing inside the plastic raw res.
  • the tube wall comprises a second layer of a plastic, which is preferably arranged on the outside of the first layer, and the plastic of the second layer EVOH, Polyamide, in particular polyamide 12, polyethylene, in particular an LDPE or HDPE, or a compound from
  • Polyethylene in particular an LDPE or a HDPE
  • polyamide in particular polyamide 12
  • the reinforcing structure comprises polyethylene and preferably the first layer and the second layer are connected via a bonding agent made of a plastic, which preferably comprises a thermoplastic, in particular anhydride-modified ethylene
  • the first layer advantageously serves as a protective layer for the reinforcing structure embedded therein, in particular opposite production-related influences by the second layer described below.
  • a plastic tube can be provided which has optimal properties in terms of the high-pressure medium passed through. If the first layer comprises EVOH or PA, in particular PA12, the first layer also forms a barrier layer.
  • the second layer then preferably comprises PE, in particular HDPE, or PA12, in order to ensure the required mechanical properties, in particular high strength, with regard to the high pressure prevailing inside the plastic pipe.
  • the mechanical properties of the plastic raw material are also improved by the PE-containing reinforcing structure.
  • the first layer comprises EVOH
  • the second layer can also comprise PA, in particular PA12, instead of PE, since this has a higher strength than PE. In this case, both layers would also serve as a barrier layer at the same time. Via the bonding agent, the first layer is molecularly and thus materially bonded to the second layer.
  • the inner first layer is preferred as
  • Barrier layer formed and the second layer of thermoplastic material provided on the outside of the first layer to weld a plurality of pipe sections together.
  • the tube wall in addition to the second layer comprises a third layer, which is preferably arranged on the outside of the second layer, and the plastic of the third layer EVOH, polyamide, in particular polyamide 12, polyethylene, in particular an LDPE or a HDPE, or a compound of polyethylene, in particular an LDPE or a HDPE, and polyamide, in particular polyamide 12, and preferably the second layer and the third layer are connected via a bonding agent made of a plastic, preferably a thermoplastic, in particular hydride modified ethylene.
  • the second layer preferably forms a barrier layer and comprises the abovementioned PA, in particular PA12, or EVOH material.
  • the first and the third layer may each contain one of the above-mentioned plastics and in particular also the same plastic, but preferably one which deviates from the second layer. Due to the then different from layer to layer plastics and the second layer is connected to the third layer via the adhesion promoter. In this way, in principle, a barrier layer can be formed in each case by all, some or individual of the three layers.
  • the reinforcing structure is preferably in the in Covered on the plastic tube innermost layer.
  • a corresponding reinforced plastic high-pressure pipe can be produced in an advantageous manner in only one working cycle by simultaneously producing and reinforcing a layer of melt-shaped and thus meltable plastic of the pipe wall.
  • the tubular reinforcing structure can be prepared in advance irrespective of the production of the plastic raw material and not only by wrapping during the production of two layers.
  • the plastic of the first layer comprises EVOH, polyamide, in particular polyamide 12, polyethylene, in particular an LDPE or an HDPE, or a compound of polyethylene, in particular an LDPE or a HDPE, and polyamide, in particular polyamide 12 ,
  • the plastics mentioned can be processed well.
  • melt-shaped first layer and the reinforcing structure embedded therein are brought into a tubular shape by means of a shaping tool.
  • the first layer is brought into the desired tube shape and dimension together with the prefabricated tubular reinforcing structure embedded in the first layer.
  • the first layer is solidified.
  • the solidification of the plastic of the first layer, in which the reinforcing structure is embedded, is therefore immediately associated with its reinforcement and is completed with the solidification.
  • Reinforcement structure for example by wrapping with a reinforcing tape, can be provided and then by extruding a further layer of plastic, the reinforcing structure is fixed and protected.
  • Plastic raw rs be arranged with arranged in a tube wall reinforcement structure in that the embedded in the layer reinforcing structure by the third step in the tube wall, in particular in the first layer, is fixed. Further method steps for embedding or fixing the reinforcing structure are therefore not required.
  • a second layer of a melt-shaped plastic is applied and the plastic of the second layer EVOH, polyamide, in particular polyamide 12, polyethylene, in particular an LDPE or HDPE, or a compound of polyethylene, especially an LDPE or a HDPE, and polyamide, in particular polyamide 12, and preferably the reinforcing structure comprises polyethylene and preferably between the first layer and the second layer, a primer is introduced from a melt-shaped plastic, which is preferably a thermoplastic, in particular
  • anhydride-modified ethylene for the reinforcing structure and resistant, but heat-sensitive material such as polyethylene may be used, since the first layer then serves as a protective layer, in particular as a heat protection layer, for the subsequently applied second layer, provided that the plastic of the first layer below the temperature critical for the reinforcing structure is plastifiable and after solidification damage to the
  • melt-shaped plastic is applied and the plastic of the third layer comprises EVOH, polyamide, in particular polyamide 12, polyethylene, in particular an LDPE or a HDPE, or a compound of polyethylene, in particular an LDPE or HDPE, and polyamide, in particular polyamide 12, and preferably between the second layer and the third layer, a bonding agent is introduced from a melt-shaped plastic, which preferably comprises a thermoplastic, in particular anhydride-modified ethylene.
  • a melt-shaped plastic which preferably comprises a thermoplastic, in particular anhydride-modified ethylene.
  • Method is carried out in an extrusion process to which the tubular reinforcing structure is continuously supplied.
  • An alternative economic implementation of the method can be carried out by performing the method in an injection molding process, to which the tubular reinforcing structure is fed as a separate tube in each cycle. As a result, in particular moldings can be produced particularly easily.
  • Figure 1 is a perspective view of a plastic raw rs with a embedded in the pipe wall reinforcement structure in a first embodiment in partial section
  • Figure 2 is an enlarged section of the partial section of the plastic pipe of Figure 1
  • Figure 3 is a view of a cross section through the pipe wall of a plastic raw rs in a second embodiment
  • Figure 4 is a view of a cross section through the tube wall of a plastic raw rs in a third embodiment.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a reinforced plastic raw rs 1 in a perspective view with a partial section through the pipe wall 2.
  • Plastic pipe 1 extends with a circular cross-section over a length L.
  • the annular cross-section is formed by the pipe wall 2.
  • the tube wall 2 is single-layered and thus comprises only a single layer 3 of a plastic, which consequently also has an annular cross-section. It is of course also possible to build the pipe wall 2 in a multi-layered manner, ie not just with a single first layer 3, by laying on an inner surface 3a or a
  • a second layer 3e (see Figure 3), in addition a third layer 3f (see FIG. 4) or even more layers are applied.
  • the plastic forming the layers 3, 3e and / or 3f of the tube wall 2 essentially comprises polymeric material, preferably thermoplastics and thermosetting plastics.
  • Preferred thermoplastics are polyolefins, for example polyethylenes (PE), in particular HDPE (short form for "high density polyethylenes", in English: “high density polyethylene”) or LDPE (short form for "low density polyethylenes").
  • Low density polyethylene polyamides, especially polyamide 12, or a
  • Compound is referred to herein a mixture of unmixed polymeric base materials, in particular different thermoplastics.
  • the layers 3, 3e, 3f is also a mixture of at least one polymeric base material with additional fillers, reinforcing agents or other additives in question.
  • the plastic forming the layers 3, 3e, 3f may also comprise EVOH (abbreviation for "ethylene-vinyl alcohol copolymer") If one of the layers 3, 3e, 3f contains the aforementioned polyamide or EVOH material hereby
  • Plastic raw rs 1 is compared to the production of a multilayer plastic raw rs with fewer process steps, preferably with only one process step, possible. According to the above definition of the term "layer" becomes the single-layer
  • Pipe wall 2 formed by the fact that the first and possibly single layer 3 of the pipe wall 2 forming plastic material is brought in only one step to solidify.
  • Inner diameter ID radially inwardly and the cylindrical outer surface 3b bounded with an outer diameter AD radially outward.
  • the outer surface 3b extends concentrically around the inner surface 3a at a distance of a layer thickness s. Due to the single-layer structure of the tube wall 2, the inner surfaces 3b and the outer surface 3b of the layer 3 at the same time form a tube surface 2 radially bounding inner surface 2a with the inner diameter ID and an outer surface 2b with the outer diameter AD. Correspondingly, the tube wall 2 also has a layer thickness s corresponding Wall thickness w.
  • the reinforcing structure 4 between the inner surface 3a and the outer surface 3b embedded in the first layer 3 of the tube wall 2 and enclosed by this annular cross-section layer 3.
  • the reinforcing structure 4 is tubular and bounded by a lateral surface with a mean tube diameter SD.
  • the tube diameter SD is larger than the inner diameter ID of the layer 3 and smaller than the outer diameter AD of the layer 3. Also has the
  • the tubular reinforcing structure 4 may be flexible or rigid.
  • the plastic of the first layer 3 of the pipe wall 2 which was previously plasticized to a melt, thus solidifies only after the reinforcing structure 4 has been introduced into the plasticized plastic their amplification, therefore, immediately with the solidification of the first
  • an inner region 3c and an outer region 3d of the layer 3 are formed, wherein the inner region 3c forms the plastic between the inner side 4a of the reinforcing structure 4 and the
  • the plastic between the outer side 4b of the reinforcing structure 4 and the outer surface 3b of the layer 3 comprises.
  • the reinforcing structure 4 is connected to the inner region 3c facing the inner surface 3a with the inner region 3c and to the outer surface 3b facing outer surface 4b with the outer region 3d and firmly, resulting in a particularly stable embedding and connection of the reinforcing structure 4 with the first layer 3 of the tube wall 2 results.
  • the reinforcing structure 4 is arranged between the inner and outer regions 3c, 3d, because of the co-solidification during manufacture and the existing over the reinforcing structure 4 surface compound form the inner and outer regions 3c, 3d, however, according to the underlying definition of the term "layer” not two layers, but only a single first layer 3, in which the reinforcing structure 4 is integrated or embedded.
  • the inner region 3c and the outer region 3d together so form the only one of the tube wall 2 forming the first layer 3 made of plastic, which forms a tubular plastic matrix for the reinforcing structure 4 embedded therein Only on opposite end faces 1 a of the plastic pipe 1, the reinforcing structure 4 from the first layer 3 and the pipe wall 2 emerge.
  • Reinforcement structure 4 shown enlarged. So that media such as gas, water or oil can be passed through the plastic pipe 1 at high pressure, the plastic pipe 1 must have a high compressive strength, which is achieved by a reinforcing structure 4 designed to be highly resilient for this purpose. In order to be able to absorb the axial and tangential forces which occur in this case in the tube wall 2, in particular in the direction of the length L and transversely thereto in the circumferential direction, the reinforcing structure 4 is in the
  • the reinforcing structure 4 thus comprises at least two thread systems crossed at right angles or at right angles.
  • the threads that run essentially in a straight line in the direction of the length L are referred to as warp or warp threads.
  • the threads running substantially transversely thereto, but helically or with a constant tube diameter SD helically in the direction of the length L, are referred to as weft or weft threads.
  • weft threads weft threads
  • the design of the reinforcing structure 4 can be carried out, for example, by a finite element calculation, according to which the relationships with respect to the number of warp threads, weft threads and outer diameter AD of the tube wall 2 and the strength of the respective threads are determined.
  • the fabric-like reinforcement structure 4 forms through the intersecting warp and weft threads meshes, which over the lateral surface of the tubular
  • the meshes may be dimensioned such that openings 4c of the reinforcing structure 4 are formed therefrom, which for the plastic of the layer 3, during the production of the plastic raw rs 1 in plasticized form as Melt is present, permeable and can be flowed through by it.
  • the plastic flows around the threads forming the openings 4c of the fabric, so that the reinforcing structure 4 and the first layer 3 of the pipe wall 2 penetrate each other via the openings 4c ,
  • the inner region 3c and the outer region 3d are seamlessly interconnected by the openings 4c, whereby the layer 3 of the tube wall 2 at least partially, in particular in the region of the openings 4c, continuously and continuously between the inner surface 3a and the outer surface 3b extends.
  • the reinforcing structure 4 is not formed like a fabric, no mesh or not sufficiently large for complete penetration and flow around and accordingly no openings 4c is formed and thus closed in the region of the lateral surface.
  • the reinforcing structure 4 can thus be formed in the region of the lateral surface with respect to the plastic of the layer 3 as a permeable or non-permeable tube.
  • Reinforcement structure 4 are connected to each other flat.
  • fabric-like also includes, in particular, a network structure or a lattice structure as well as a punched-out structure
  • Mantle surface which may for example be formed by a tubular film, provided that in each case the above-mentioned axial and tangential forces can be absorbed. Under this condition, the tubular film
  • Reinforcement structure 4 also be made of a non-fabricated from a scrim, braid, knitted fabric, knitted fabric, woven, Nähgewirke, fleece or felt.
  • the meshes or openings 4c can also be rhombic, square or hexagonal, for example.
  • the stitches or openings 4c may be knotted or knotless.
  • the reinforcing structure 4 can in principle be made of any textile or textile-processed fibers, in particular threads, yarns or threads be, for example, rubber fibers, metal fibers, natural fibers, fibers of natural and synthetic polymers, preferably polyethylene, in particular UHMWPE (short for "ultra-high-molecular-weight polyethylene", in German:
  • the reinforcing structure 4 is not formed by a textile tube made of fibers with or without meshes or openings 4c, but instead
  • the reinforcing structure 4 can basically be made of a film of the above-mentioned materials with or without openings 4c.
  • the flat solid connection with the layer 3 is also produced if the reinforcing structure 4 is not permeable as described above.
  • the positive connection With sufficiently large meshes, which form correspondingly permeable openings 4c of the reinforcing structure 4, the positive connection also takes place with the entire weft and warp threads of the fabric-like reinforcing structure 4 and not only with individual superficial fibers thereof.
  • FIGS. 1 and 2 the course of the tubular reinforcing structure 4 within the annular cross-section of the first layer 3 of the tube wall 2 in the direction of the length L is shown on an end face 1a of the plastic raw material 1.
  • the reinforcing structure 4 seen in the longitudinal direction with respect to a longitudinal axis of the plastic tube 1 has no constant radius and accordingly with its inner side 4a and 4b outside not parallel to the inner surfaces 3a and the outer surfaces 3b of the layer 3, but wavy varying distances between these runs.
  • the varying distances result from the fact that the tubular reinforcing structure 4 in itself is not rigid and rigid, but flexible, in particular elastic or limp, is formed.
  • the reinforcing structure 4 Since the reinforcing structure 4 is introduced during the production in the melt of plasticized plastic and in this until the solidification of the melt-shaped layer 3 is unstable or flexible with accordingly fluctuates variable distances to the inner surface 3a and outer surface 3b, the reinforcing structure 4 is only by the solidification of the
  • the reinforcing structure 4 has a sufficient rigidity, it is also possible for the reinforcing structure 4 to have a constant radius over the entire length L of the plastic tube 1.
  • the reinforcing structure 4 may extend in the form of a hollow cylinder within the tube wall 2 and, in particular, concentrically with respect to the tubular layer 3 or at least parallel to its inner surface 3a and outer surface 3b. Also, a non-parallel, oblique orientation of the reinforcing structure 4 within the layer
  • the plastic pipe 1 can preferably be produced by means of an extrusion process or by means of an injection molding process. This is in each case in a first
  • the plastic material of the layer 3 and the reinforcing structure 4 arranged in such a way around the reinforcing structure 4 and still plasticized are conveyed by means of a
  • shaping tool having the desired annular cross section of the tube wall 2, brought into a corresponding tubular shape.
  • the layer 3 is then selectively cooled and solidified, whereby the reinforcing structure 4 within the layer 3 of Pipe wall 2 fixed and thus becomes an integral part.
  • the reinforcing structure 4 is provided in the form of a tube and continuously drawn during the first process step of the extrusion process in the manner of an endless tube and fed to the extrusion process or the melt. A required for the above-described construction distribution of the layer 3 forming melt to the
  • melt feed in the form of an extruder is provided and the melt distributed by the formed in the reinforcing structure 4 openings 4c accordingly.
  • the tubular reinforcing structure 4 can be clamped with an end face into a ring (not shown) corresponding to the desired tube geometry, which then serves for threading the reinforcing structure 4 into the tool and then from the subsequent melt through the Tool is pressed. It is also conceivable that an annular lock is provided, via which the reinforcing structure 4 is fed to the melt and drawn into it.
  • the reinforcing structure 4 is inserted and positioned as a separate tube section in the tube forming forming tool in each cycle and overmoulded on both the inside 4a and outside 4b with melt of the plastic around the inner and outer areas 3c, 3d Form the layer 3 of the pipe wall 2. Since the encapsulation and thus the embedding of the reinforcing structure 4 in the layer 3 takes place within the tool, superimpose the first and the second process step at least partially. Subsequently, in the third method step, the corresponding arrangement of the melt-shaped layer 3 and the reinforcing structure 4 embedded therein in the tool is solidified by cooling. As previously described with regard to the extrusion process, only one injection unit can be provided as a melt supply and the melt can flow through the openings 4c on both the inside 4a and the melt
  • a plurality of appropriately arranged injection units can be provided to cause a complete immersion or encapsulation of the reinforcing structure 4 and to form the inner region 3c and the outer region 3d of the layer 3.
  • plastic pipes 1 with short lengths L of approximately 0.5 m so-called fittings
  • Other, in particular tube-like, plastic parts can be produced by means of the described injection molding process as so-called fittings.
  • melt-floating reinforcing structure 4 may additionally be added prior to the solidification of the melt be positioned and aligned in the tool, for example by applying a tensile force in the direction of the length L of the plastic pipe.
  • FIG 3 is a view of a cross section through the pipe wall 2 of a
  • the plastic raw r 1 or its tube wall 2 preferably comprises, in addition to the inner first layer 3, an outer second layer 3 e.
  • the plastic of the first layer 3 contains essentially EVOH or preferably polyamide, in particular polyamide 12, or a compound of polyethylene, in particular an LDPE or a HDPE, and polyamide, in particular polyamide 12.
  • the plastic of the second layer 3e is preferably made of polyethylene, in particular HDPE, manufactured.
  • the second layer 3e may also contain one of the other aforementioned plastics, provided that it does not already form the first layer 3.
  • the first layer 3 may be formed of polyethylene.
  • a suitable adhesion promoter 5 for the two layers 3, 3e is introduced between the first layer 3 and the second layer 3e, via which the two layers 3 and 3e are molecularly and materially bonded be connected to each other.
  • the adhesion promoter 5 used is, for example, a thermoplastic extruded onto the first layer 3, in particular anhydride-modified ethylene.
  • the two layers 3, 3e are each made of similar plastic such as polyethylene, so that no bonding agent 5 for connecting the two layers 3, 3e is required.
  • the plastic of the first layer 3 below that for the
  • Reinforcement structure 4 critical temperature be plasticized and the first layer 3 must have a layer thickness s, which prevents after solidification damage to the reinforcing structure 4 by higher temperatures of the melt-applied second layer 3e.
  • the first layer 3 may be a polyethylene, in particular LDPE, with a glass transition temperature
  • the first layer 3 is the made of polyethylene, preferably UHMWPE, fibers or yarn and formed as a tubular fabric reinforcing structure 4 embedded.
  • the reinforcing structure 4 made of UHMWPE has a
  • the plastic contains substantially a HDPE and connects to the first layer 3 cohesively.
  • the melting point or glass transition temperature of the HDPE is about 135 degrees Celsius. However, since the melted HDPE is above the melting point
  • the first layer 3 serves not only the fixation of the reinforcing structure 4, but in particular as a heat-insulating layer, which prevents the polyethylene of the
  • Reinforcing structure 4 is heated by the HDPE melt to the critical temperature range to be avoided.
  • the reinforcing structure 4 may also be made of UHMWPE if the first layer 3 is made of another of the above Plastics is made.
  • FIG. 4 shows a view of a cross section through the tube wall 2 of a plastic raw rs 1 shown in a three-layered third embodiment.
  • the pipe wall 2
  • each of the three layers 3, 3e and 3f may therefore be made of any of the plastics mentioned, wherein preferably each layer 3, 3e, 3f contains a different plastic or at least the central second layer 3e contains a different plastic than the inner first layer 3 and the outer third layer 3f.
  • At least one of the three layers 3, 3e, 3f, particularly preferably the outer third layer 3f comprises polyethylene, in particular HDPE, or polyamide, in particular polyamide 12, in order to ensure the required strength of the plastic pipe 1 formed as a high-pressure pipe.
  • all three, two or one of the layers 3, 3e and 3f can serve as barrier layers by appropriate choice of material.
  • melt-processable HDPE plastic are produced when the
  • the plastic of the first layer 3 must therefore in each case be below the critical temperature for the reinforcing structure 4 to a processable Melt be plasticized.
  • the critical temperature is controlled by cooling the first layer 3. If the layers 3, 3e and / or 3f of the tube wall 2 and the reinforcing structure 4 may consist of the same materials Plastic raw r 1 also be recycled in a simple manner.
  • the methods described above are only to supplement the fourth and optionally fifth method step, in which applied to the first layer 3 with the reinforcing structure 4 of the adhesion promoter 5 and then the second layer 3e, preferably extruded.
  • the first layer 3 is superficially melted on the inner surface 3a or the outer surface 3b, so that in this area the bonding agent 5 can mix with the melts of the first and second layers 3 and 3e and a molecular, cohesive connection of the two layers 3 and 3e is produced.
  • the bonding agent 5 can be dispensed with the bonding agent 5 also. It is also conceivable to apply the third layer 3f inside on the first layer 3 or subsequently the
  • Diffusion resistance of the inner first layer 3 to improve, for example by applying a so-called nano-coating.
  • Reinforcing structure 4 is reinforced, is preferably used as a high-strength high-pressure pipe for the passage or transport of oil, gas and water.
  • the plastic tube 1 in terms of its dimensions to the respective
  • the plastic pipe 1 can be designed for pressures up to 60 bar and the pipe wall 2 have an outer diameter AD of up to 800 mm.
  • thermoplastic layer 3, 3e or 3f is specified by said DIN. If a second layer 3e and / or a third layer 3f is provided, the wall thickness w increases and the inner diameter ID of the tube wall 2 decreases
  • the barrier layer which in the case of a multilayer pipe wall 2
  • the first layer 3 is preferably formed by the first layer 3, has a layer thickness s of about 4 mm.
  • An optionally provided adhesion promoter 5 is introduced in each case with a thickness of 0.5 mm between the layers 3, 3e and / or 3f, whereby the
  • the structure described for the plastic raw r 1 with an embedded in the first layer 3 reinforcing structure 4 is of course transferable to any other, in particular rotationally symmetrical, plastic body by means of a method according to the invention, in particular extrusion process or
  • annular cross-section of such a plastic body or plastic tube 1 also oval or angular
  • the barrier layers instead of EVOH or polyamide rubber, in particular synthetic rubber such as NBR (short for "nitrile butadiene rubber”, “nitrile-butadiene rubber”), EPDM (short form for "ethylene propylene diene monomer ", in German:” ethylene-propylene-diene monomer rubber "), SBR (short for” styrene butadiene rubber ", in German” styrene-butadiene rubber ”) or a compound with these rubbers or a selection of these Include rubbers.
  • NBR nonitrile butadiene rubber
  • EPDM short form for "ethylene propylene diene monomer ", in German:” ethylene-propylene-diene monomer rubber "
  • SBR short for" styrene butadiene rubber ", in German” styrene-butadiene rubber ”
  • a compound with these rubbers or a selection of these Include rubbers or a selection of these Include rubbers.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffrohr (1), das als Hochdruckrohr ausgebildet ist, mit einer Rohrwand (2), die eine erste Schicht (3) aus einem Kunststoff umfasst, und einer in der Rohrwand (2) angeordneten Verstärkungsstruktur (4). Um ein Kunststoffrohr (1) bereitzustellen, dessen Aufbau und mechanische Eigenschaften optimiert sind, wird vorgeschlagen, dass die Verstärkungsstruktur (4) schlauchförmig ausgebildet ist und in die erste Schicht (3) eingebettet ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffrohrs (1).

Description

Kunststoffrohr und Herstellverfahren hierfür
Die Erfindung betrifft ein Kunststoff roh r, das als Hochdruckrohr ausgebildet ist, mit einer Rohrwand, die eine erste Schicht aus einem Kunststoff umfasst, und einer in der Rohrwand angeordneten Verstärkungsstruktur sowie ein Herstellverfahren hierfür.
Aus der deutschen Patentschrift DE 601 21 579 T2 ist ein Kunststoffrohr bekannt, das eine laminierte und mehrschichtig aufgebaute Rohrwand aufweist. Eine erste Schicht der Rohrwand wird von einem inneren Trägerrohr aus Kunststoff gebildet. In Längsrichtung des Trägerrohrs ist das Trägerrohr spiralförmig mit einem Verstärkungsband aus einem Kordstoff umwickelt. Das nachträglich auf das Trägerrohr aufgewickelte
Verstärkungsband ist mit einem Klebstoff beschichtet und hierüber mit dem Trägerrohr verbunden. Um das auf diese Weise laminierte Trägerrohr herum wird abschließend zum Schutz des Verstärkungsbandes außen eine zweite Schicht aus Kunststoff aufextrudiert.
In vergleichbarer Weise mehrschichtig aufgebaute Kunststoff röhre mit einem
aufgewickelten Verstärkungsband aus Kunststoff sind auch aus der internationalen Patentanmeldung WO 2009/109609 A1 und der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 202 19 222 U1 bekannt. Ein entsprechendes mehrschichtiges Kunststoff roh r mit einem aufgewickelten Verstärkungsdraht ist aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 1 813 312 U bekannt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird mit einer„Schicht aus Kunststoff" in Bezug auf eine Rohrwand eines Kunststoffrohrs dasjenige Material aus gleichem Kunststoff bezeichnet, das gemeinsam aus einem plastifizierten, schmelzeförmigen Zustand heraus zum Erstarren gebracht wird und dadurch zu einem tragenden Bestandteil der Rohrwand wird.
Die aus den vorgenannten Schriften bekannten Kunststoffrohre weisen nach diesem Verständnis des Begriffs„Schicht" alle einen mehrschichtigen Aufbau auf, deren einzelne Schichten aus Kunststoff durch mehrere nacheinander durchgeführte Extrusionsschritte erzeugt und in einzelnen Verfahrensschritten jeweils für sich zum Erstarren gebracht werden. Dementsprechend sind die jeweiligen Verstärkungsstrukturen zwischen zwei nacheinander erzeugten Schichten der entsprechenden Rohrwand angeordnet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes als Hochdruckrohr ausgebildetes Kunststoff roh r mit einer Rohrwand, die eine erste Schicht aus einem Kunststoff umfasst, und einer in der Rohrwand angeordneten Verstärkungsstruktur bereit zu stellen, dessen Aufbau und mechanische Eigenschaften optimiert sind. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein einfaches Herstellungsverfahren für ein entsprechendes verstärktes Kunststoffrohr bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Kunststoffrohr mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. In den Unteransprüchen 2 bis 6 sowie 8 bis 15 sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein Kunststoff roh r, das als Hochdruckrohr ausgebildet ist, mit einer Rohrwand, die eine erste Schicht aus einem Kunststoff umfasst, und einer in der
Rohrwand angeordneten Verstärkungsstruktur, dadurch verbessert, dass die
Verstärkungsstruktur schlauchförmig ausgebildet ist und in die erste Schicht eingebettet ist. Entsprechende Hochdruckrohre sind insbesondere für die Durchleitung von Fluiden, vorzugsweise Öl, Wasser oder Gas, bei einem Druck von bis zu 60 bar ausgelegt. Durch die eingebettete Verstärkungsstruktur weist das Kunststoffrohr eine verbesserte
Druckbeständigkeit und eine verminderte Dehnung auf. Auch kann die Rohrwand bei gleichbleibender Belastbarkeit, insbesondere Druckfestigkeit, eine verminderte
Wanddicke aufweisen. Darüber hinaus ermöglicht die in die erste Schicht eingebettete Verstärkungsstruktur in besonders vorteilhafter Weise, dass zum Verbinden zweier aufeinander folgender Kunststoffrohrenden so genannte Schweißfittings oder
Klemmfittings verwendet werden können. Demgegenüber müssen Kunststoffrohre, bei denen die Verstärkungsstruktur nicht in eine Schicht eingebettet ist, sondern zwischen zwei nacheinander aufgebauten Schichten angeordnet ist, durch so genannte
Stumpfschweißungen verbunden werden. Schweißfittings oder Klemmfittings sind hierbei nicht einsetzbar, da ansonsten das durch die Kunststoffrohre geleitete Medium im
Verbindungsbereich zwischen die Schichten und die Verstärkungsstruktur dringen und die Kunststoff röhre zerstören kann.
Eine stabile Einbettung der Verstärkungsstruktur in die Schicht der Rohrwand ergibt sich auch dadurch, dass die Verstärkungsstruktur variierende Abstände zu einer Innenfläche und einer Außenfläche der ersten Schicht aufweist. Dadurch, dass die
Verstärkungsstruktur vorzugsweise gewebeartig ausgebildet ist und insbesondere Öffnungen aufweist, wird die Verstärkung der Rohrwand erhöht und die Verstärkungsstruktur besonders stabil in die Schicht eingebettet, da der Kunststoff der Schicht die Öffnungen durchdringt.
Die Einbettung der Verstärkungsstruktur wird weiter dadurch verbessert, dass sich die erste Schicht zumindest teilweise, insbesondere im Bereich von Öffnungen der
Verstärkungsstruktur, durchgehend zwischen der Innenfläche und der Außenfläche erstreckt.
In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass der Kunststoff der ersten Schicht EVOH, Polyamid, insbesondere Polyamid 12, Polyethylen, insbesondere ein LDPE oder ein HDPE, oder ein Compound aus Polyethylen, insbesondere einem LDPE oder einem HDPE, und Polyamid, insbesondere Polyamid 12, umfasst. Sofern die erste Schicht das vorgenannte EVOH- oder vorzugsweise Polyamidmaterial enthält, wird hierdurch in vorteilhafter Weise die Gaspermeabilität insbesondere bei hohen Druckstufen verringert sowie die Ölbeständigkeit erhöht. Auf diese Weise bildet die erste Schicht eine chemiefeste, das heißt insbesondere gegenüber Säuren, Laugen und
Kohlenwasserstoffen chemisch belastbare, Barriereschicht in Bezug auf die unter Hochdruck durch das Kunststoffrohr durchgeleiteten Fluide. EVOH wäre insbesondere im Hinblick auf Helium oder Wasserstoff verwendbar. Sofern die erste Schicht das vorgenannte PA- und/oder PE-Material enthält, werden hierdurch die in Bezug auf den innerhalb des Kunststoff roh res herrschenden Hochdruck erforderlichen mechanischen Eigenschaften des Kunststoffrohrs sichergestellt.
In konstruktiv einfacher Bauweise ist weiter vorgesehen, dass die Rohrwand zusätzlich zu der ersten Schicht, in die die Verstärkungsstruktur eingebettet ist, eine zweite Schicht aus einem Kunststoff umfasst, die vorzugsweise außen auf der ersten Schicht angeordnet ist, und der Kunststoff der zweiten Schicht EVOH, Polyamid, insbesondere Polyamid 12, Polyethylen, insbesondere ein LDPE oder ein HDPE, oder ein Compound aus
Polyethylen, insbesondere einem LDPE oder einem HDPE, und Polyamid, insbesondere Polyamid 12, und vorzugsweise die Verstärkungsstruktur Polyethylen umfasst und vorzugsweise die erste Schicht und die zweite Schicht über einen Haftvermittler aus einem Kunststoff verbunden sind, der vorzugsweise einen Thermoplast, insbesondere anhydridmodifiziertes Ethylen, umfasst. Hierbei dient die erste Schicht in vorteilhafter Weise als Schutzschicht für die darin eingebettete Verstärkungsstruktur, insbesondere gegenüber unten beschriebenen herstellungsbedingten Einflüssen durch die zweite Schicht. Außerdem kann durch entsprechende Wahl beziehungsweise Kombination unterschiedlicher Kunststoffe ein Kunststoffrohr bereit gestellt werden, das hinsichtlich des unter Hochdruck durchgeleiteten Mediums optimale Eigenschaften aufweist. Sofern die erste Schicht EVOH oder PA, insbesondere PA12 umfasst, bildet die erste Schicht zugleich eine Barriereschicht. Die zweite Schicht umfasst dann vorzugsweise PE, insbesondere HDPE, oder PA12, um die im Hinblick auf den innerhalb des Kunststoffrohrs herrschenden Hochdruck geforderten mechanischen Eigenschaften, insbesondere eine hohe Festigkeit, zu gewährleisten. Die mechanischen Eigenschaften des Kunststoff roh rs werden auch durch die PE aufweisende Verstärkungsstruktur verbessert. Falls die erste Schicht EVOH umfasst, kann die zweite Schicht anstelle von PE auch PA, insbesondere PA12, umfassen, da dieses gegenüber PE eine höhere Festigkeit aufweist. In diesem Fall würden beide Schichten zugleich auch jeweils als Barriereschicht dienen. Über den Haftvermittler wird die erste Schicht mit der zweiten Schicht molekular und somit stoffschlüssig verbunden. Außerdem ist bevorzugt die innere erste Schicht als
Barriereschicht ausgebildet und die zweite Schicht aus thermoplastischem Kunststoff außen auf der ersten Schicht vorgesehen, um mehrere Rohrabschnitte miteinander verschweißen zu können.
In konstruktiv einfacher Bauweise ist weiter vorgesehen, dass die Rohrwand zusätzlich zu der zweiten Schicht eine dritte Schicht umfasst, die vorzugsweise außen auf der zweiten Schicht angeordnet ist, und der Kunststoff der dritten Schicht EVOH, Polyamid, insbesondere Polyamid 12, Polyethylen, insbesondere ein LDPE oder ein HDPE, oder ein Compound aus Polyethylen, insbesondere einem LDPE oder einem HDPE, und Polyamid, insbesondere Polyamid 12, umfasst und vorzugsweise die zweite Schicht und die dritte Schicht über einen Haftvermittler aus einem Kunststoff verbunden sind, der vorzugsweise einen Thermoplast, insbesondere an hydrid modifiziertes Ethylen, umfasst. Hierbei bildet die zweite Schicht vorzugsweise eine Barriereschicht und umfasst das oben genannte PA-, insbesondere PA12-, oder EVOH-Material. Die erste und die dritte Schicht können jeweils einen der oben genannten Kunststoffe und insbesondere auch den gleichen Kunststoff enthalten, vorzugsweise jedoch einen von der zweiten Schicht abweichenden. Aufgrund der dann von Schicht zu Schicht verschiedenen Kunststoffe wird auch die zweite Schicht mit der dritten Schicht über den Haftvermittler verbunden. Auf diese Weise kann grundsätzlich von allen, einigen oder einzelnen der drei Schichten jeweils eine Barriereschicht gebildet werden. Die Verstärkungsstruktur ist vorzugsweise in die in Bezug auf das Kunststoffrohr innerste Schicht eingebettet.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffrohrs, insbesondere eines der vorgenannten Kunststoff röhre, das als Hochdruckrohr ausgebildet ist, dadurch verbessert, dass in einem ersten Verfahrensschritt eine schlauchförmig ausgebildete Verstärkungsstruktur in eine erste Schicht aus einem schmelzeförmigen Kunststoff eingebettet wird. Hierdurch kann ein entsprechendes verstärktes Hochdruckrohr aus Kunststoff in vorteilhafter Weise in lediglich einem Arbeitstakt hergestellt werden, indem die Herstellung und Verstärkung einer Schicht aus schmelzeförmigem und somit schmelzfähigem Kunststoff der Rohrwand zugleich erfolgen. Dies hat den weiteren Vorteil, dass die schlauchförmige Verstärkungsstruktur unabhängig von der Herstellung des Kunststoff roh rs im Vorhinein hergestellt werden kann und nicht erst durch ein während des Herstellens zweier Schichten erfolgendes Umwickeln.
In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass der Kunststoff der ersten Schicht EVOH, Polyamid, insbesondere Polyamid 12, Polyethylen, insbesondere ein LDPE oder ein HDPE, oder ein Compound aus Polyethylen, insbesondere einem LDPE oder einem HDPE, und Polyamid, insbesondere Polyamid 12, umfasst. Die genannten Kunststoffe lassen sich gut verarbeiten.
In vorteilhafter Weise ist zudem vorgesehen, dass in einem zweiten Verfahrensschritt die schmelzeförmige erste Schicht und die darin eingebettete Verstärkungsstruktur mittels eines formgebenden Werkzeugs in eine rohrförmige Gestalt gebracht werden. Auf diese Weise wird die erste Schicht gemeinsam mit der in die ersten Schicht eingebetteten, vorkonfektionierten schlauchförmigen Verstärkungsstruktur in die gewünschte Rohrform und Abmessung gebracht.
In einfacher Weise ist zudem vorgesehen, dass in einem dritten Verfahrensschritt die erste Schicht zum Erstarren gebracht wird. Das Erstarren des Kunststoffs der ersten Schicht, in die die Verstärkungsstruktur eingebettet wird, geht folglich unmittelbar mit deren Verstärkung einher und ist mit dem Erstarren abgeschlossen. Damit ist es nicht mehr erforderlich, nacheinander mehrere Schritte zur Herstellung und Verstärkung eines Kunststoffrohrs durchzuführen, indem zunächst ein Trägerrohr extrudiert wird, dieses erst nach hinreichendem Erstarren des plastifizierten Kunststoffs mit einer
Verstärkungsstruktur, beispielsweise durch Umwickeln mit einem Verstärkungsband, versehen werden kann und anschließend durch Aufextrudieren einer weiteren Schicht aus Kunststoff die Verstärkungsstruktur fixiert und geschützt wird.
In besonders vorteilhafter Weise kann das Verfahren zum Herstellen eines
Kunststoff roh rs mit in einer Rohrwand angeordneter Verstärkungsstruktur dadurch verkürzt werden, dass die in die Schicht eingebettete Verstärkungsstruktur durch den dritten Verfahrensschritt in der Rohrwand, insbesondere in der ersten Schicht, fixiert wird. Weitere Verfahrensschritte zum Einbetten oder Fixieren der Verstärkungsstruktur sind somit nicht erforderlich.
In verfahrenstechnisch einfacher Weise ist vorgesehen, dass in einem vierten
Verfahrensschritt auf der ersten Schicht, vorzugsweise außen, eine zweite Schicht aus einem schmelzeförmigen Kunststoff aufgebracht wird und der Kunststoff der zweiten Schicht EVOH, Polyamid, insbesondere Polyamid 12, Polyethylen, insbesondere ein LDPE oder ein HDPE, oder ein Compound aus Polyethylen, insbesondere einem LDPE oder einem HDPE, und Polyamid, insbesondere Polyamid 12, und vorzugsweise die Verstärkungsstruktur Polyethylen umfasst und vorzugsweise zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht ein Haftvermittler aus einem schmelzeförmigen Kunststoff eingebracht wird, der vorzugsweise einen Thermoplast, insbesondere
anhydridmodifiziertes Ethylen, umfasst. Somit kann für die Verstärkungsstruktur auch widerstandsfähiges, aber wärmeempfindliches Material wie beispielsweise Polyethylen verwendet werden, da die erste Schicht dann als Schutzschicht, insbesondere als Wärmeschutzschicht, für die anschließend aufgebrachte zweite Schicht dient, sofern der Kunststoff der ersten Schicht unterhalb der für die Verstärkungsstruktur kritischen Temperatur plastifizierbar ist und nach dem Erstarren eine Beschädigung der
Verstärkungsstruktur durch höhere Temperaturen der schmelzeförmig aufgebrachten zweiten Schicht verhindert. Im Übrigen ergeben sich durch die entsprechende
Materialauswahl die oben in Bezug auf das Kunststoffrohr genannten Vorteile.
In vorteilhafter Weise ist weiter vorgesehen, dass in einem fünften Verfahrensschritt auf der zweiten Schicht, vorzugsweise außen, eine dritte Schicht aus einem
schmelzeförmigen Kunststoff aufgebracht wird und der Kunststoff der dritten Schicht EVOH, Polyamid, insbesondere Polyamid 12, Polyethylen, insbesondere ein LDPE oder ein HDPE, oder ein Compound aus Polyethylen, insbesondere einem LDPE oder einem HDPE, und Polyamid, insbesondere Polyamid 12, umfasst und vorzugsweise zwischen der zweiten Schicht und der dritten Schicht ein Haftvermittler aus einem schmelzeförmigen Kunststoff eingebracht wird, der vorzugsweise einen Thermoplast, insbesondere anhydridmodifiziertes Ethylen, umfasst. Auch hier ergeben sich durch die entsprechende Materialauswahl die oben in Bezug auf das Kunststoffrohr genannten Vorteile.
Besonders wirtschaftlich lässt sich das Verfahren dadurch durchführen, dass das
Verfahren in einem Extrusionsverfahren durchgeführt wird, dem die schlauchförmige Verstärkungsstruktur kontinuierlich zugeführt wird.
Eine alternative wirtschaftliche Durchführung des Verfahrens kann dadurch erfolgen, dass das Verfahren in einem Spritzgussverfahren durchgeführt wird, dem die schlauchförmige Verstärkungsstruktur in jedem Zyklus als separater Schlauch zugeführt wird. Hierdurch lassen sich insbesondere Formstücke besonders einfach herstellen.
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Kunststoff roh rs mit einer in die Rohrwand eingebetteten Verstärkungsstruktur in einer ersten Ausführungsform im Teilschnitt, Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt des Teilschnitts des Kunststoffrohrs aus Figur 1 , Figur 3 eine Ansicht eines Querschnitts durch die Rohrwand eines Kunststoff roh rs in einer zweiten Ausführungsform und
Figur 4 eine Ansicht eines Querschnitts durch die Rohrwand eines Kunststoff roh rs in einer dritten Ausführungsform.
Die Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines verstärkten Kunststoff roh rs 1 in einer perspektivischen Ansicht mit einem Teilschnitt durch dessen Rohrwand 2. Das
Kunststoffrohr 1 erstreckt sich mit einem kreisringförmigen Querschnitt über eine Länge L. Der kreisringförmige Querschnitt wird von der Rohrwand 2 gebildet. Die Rohrwand 2 ist einschichtig ausgebildet und umfasst somit lediglich eine einzige Schicht 3 aus einem Kunststoff, die folglich ebenfalls einen kreisringförmigen Querschnitt aufweist. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Rohrwand 2 mehrschichtig, also nicht nur mit einer einzigen ersten Schicht 3 aufzubauen, indem auf einer Innenfläche 3a oder einer
Außenfläche 3b der ersten Schicht 3 eine zweite Schicht 3e (siehe Figur 3), zusätzlich noch eine dritte Schicht 3f (siehe Figur 4) oder noch mehr Schichten aufgebracht werden.
Der die Schichten 3, 3e und/oder 3f der Rohrwand 2 bildende Kunststoff umfasst im Wesentlichen polymeres Material, vorzugsweise Thermoplaste und Duroplaste. Als Thermoplaste werden bevorzugt Polyolefine, beispielsweise Polyethylene (PE), insbesondere HDPE (Kurzform für„High Density Polyethylene", zu Deutsch:„Polyethylen hoher Dichte") oder LDPE (Kurzform für„Low Density Polyethylene", zu Deutsch:
„Polyethylen niedriger Dichte"), Polyamide, insbesondere Polyamid 12, oder ein
Compound mit LDPE und Polyamid, insbesondere Polyamid 12, eingesetzt. Als
Compound wird vorliegend ein Gemisch aus sortenreinen polymeren Grundmaterialien, insbesondere verschiedenen Thermoplasten, bezeichnet. Als mögliches Compound für die Schichten 3, 3e, 3f kommt auch ein Gemisch aus mindestens einem polymeren Grundmaterial mit zusätzlichen Füllstoffen, Verstärkungsstoffen oder anderen Additiven in Frage. Alternativ kann der Kunststoff, der die Schichten 3, 3e, 3f bildet, auch EVOH (Abkürzung für„Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer") umfassen. Sofern eine der Schichten 3, 3e, 3f das vorgenannte Polyamid- oder EVOH-Material enthält, wird hierdurch
insbesondere gegenüber einer nur aus Polyethylen, insbesondere HDPE oder LDPE, bestehenden Schicht 3, 3e, 3f die Gaspermeabilität verringert sowie die Ölbeständigkeit erhöht.
Die Herstellung eines derart einfach aufgebauten, einschichtigen und verstärkten
Kunststoff roh rs 1 ist gegenüber der Herstellung eines mehrschichtigen Kunststoff roh rs mit weniger Verfahrensschritten, vorzugsweise mit nur einem Verfahrensschritt, möglich. Entsprechend der obigen Definition des Begriffs„Schicht" wird die einschichtige
Rohrwand 2 dadurch ausgebildet, dass das die erste und gegebenenfalls einzige Schicht 3 der Rohrwand 2 bildende Kunststoffmaterial in lediglich einem Verfahrensschritt zum Erstarren gebracht wird. Hierbei wird die erste Schicht 3 in Längsrichtung des
Kunststoffrohrs 1 gesehen durch die zylindrische Innenfläche 3a mit einem
Innendurchmesser ID radial nach innen und die zylindrische Außenfläche 3b mit einem Außendurchmesser AD radial nach außen begrenzt. Die Außenfläche 3b verläuft im Abstand einer Schichtdicke s konzentrisch um die Innenfläche 3a herum. Aufgrund des einschichtigen Aufbaus der Rohrwand 2 bilden die Innenflächen 3b und die Außenfläche 3b der Schicht 3 zugleich eine die Rohrwand 2 radial begrenzende Innenfläche 2a mit dem Innendurchmesser ID und eine Außenfläche 2b mit dem Außendurchmesser AD. Entsprechender Weise weist die Rohrwand 2 auch eine der Schichtdicke s entsprechende Wanddicke w auf.
Zur Verstärkung des Kunststoff roh rs 1 ist über die gesamte Länge L eine
Verstärkungsstruktur 4 zwischen der Innenfläche 3a und der Außenfläche 3b in die erste Schicht 3 der Rohrwand 2 eingebettet und von dieser einen ringförmigen Querschnitt aufweisenden Schicht 3 umschlossen. Die Verstärkungsstruktur 4 ist schlauchförmig ausgebildet und von einer Mantelfläche mit einem mittleren Schlauchdurchmesser SD begrenzt. Der Schlauchdurchmesser SD ist größer als der Innendurchmesser ID der Schicht 3 und kleiner als der Außendurchmesser AD der Schicht 3. Auch hat die
Verstärkungsstruktur 4 beziehungsweise mit ihrer Mantelfläche eine Ausdehnung in Richtung der Länge L, die der gesamten Länge L entsprechen oder kürzer sein kann. Die schlauchförmige Verstärkungsstruktur 4 als solche kann flexibel oder starr ausgebildet sein.
Entsprechend dem vorliegenden Verständnis des Begriffs„Schicht" erstarrt der zuvor zu einer Schmelze plastifizierte Kunststoff der ersten Schicht 3 der Rohrwand 2 also erst nachdem die Verstärkungsstruktur 4 in den plastifizierten Kunststoff eingebracht wurde. Bei der Herstellung der ersten Schicht 3 beziehungsweise der einschichtigen Rohrwand 2 geht deren Verstärkung folglich unmittelbar mit dem Erstarren der ersten
beziehungsweise einzigen Schicht 3 einher. Ein entsprechendes Herstellungsverfahren hierfür wird untenstehend näher erläutert.
Durch das Einbetten der Verstärkungsstruktur 4 in die erste Schicht 3 entstehen ein innerer Bereich 3c und ein äußerer Bereich 3d der Schicht 3, wobei der innere Bereich 3c den Kunststoff zwischen der Innenseite 4a der Verstärkungsstruktur 4 und der
Innenfläche 3a der Schicht 3 und der äußere Bereich 3d den Kunststoff zwischen der Außenseite 4b der Verstärkungsstruktur 4 und der Außenfläche 3b der Schicht 3 umfasst. Insbesondere wird die Verstärkungsstruktur 4 mit einer der Innenfläche 3a zugewandten Innenseite 4a mit dem inneren Bereich 3c und mit einer der Außenfläche 3b zugewandten Außenseite 4b mit dem äußeren Bereich 3d flächig und fest verbunden, wodurch sich eine besonders stabile Einbettung und Verbindung der Verstärkungsstruktur 4 mit der ersten Schicht 3 der Rohrwand 2 ergibt. Hierbei ist die Verstärkungsstruktur 4 zwar zwischen den inneren und äußeren Bereichen 3c, 3d angeordnet, wegen des gemeinsamen Erstarrens während der Herstellung und der über die Verstärkungsstruktur 4 bestehenden flächigen Verbindung bilden die inneren und äußeren Bereiche 3c, 3d jedoch nach der zugrunde liegenden Definition des Begriffs„Schicht" nicht zwei Schichten, sondern lediglich eine einzige erste Schicht 3, in die die Verstärkungsstruktur 4 integriert beziehungsweise eingebettet ist. Der innere Bereich 3c und der äußere Bereich 3d bilden also zusammen die einzige die Rohrwand 2 bildende erste Schicht 3 aus Kunststoff, die eine rohrförmige Kunststoff matrix für die darin eingebettete Verstärkungsstruktur 4 ausbildet. Lediglich an einander gegenüberliegenden Stirnseiten 1 a des Kunststoffrohrs 1 kann die Verstärkungsstruktur 4 aus der ersten Schicht 3 beziehungsweise der Rohrwand 2 heraustreten.
In Figur 2 ist der Teilschnitt durch die Rohrwand 2 entlang der schlauchförmigen
Verstärkungsstruktur 4 vergrößert dargestellt. Damit Medien wie Gas, Wasser oder Öl mit hohem Druck durch das Kunststoffrohr 1 geleitet werden können, muss das Kunststoffrohr 1 eine hohe Druckfestigkeit aufweisen, was durch eine hierfür hochbelastbar ausgebildete Verstärkungsstruktur 4 erreicht wird. Um die hierbei in der Rohrwand 2 insbesondere in Richtung der Länge L sowie quer dazu in Umfangsrichtung auftretenden Axial- und Tangentialkräfte aufnehmen zu können, ist die Verstärkungsstruktur 4 in dem
abgebildeten Ausführungsbeispiel gewebeartig ausgebildet. Die Verstärkungsstruktur 4 umfasst folglich mindestens zwei rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig verkreuzte Fadensysteme. Hierbei werden die im Wesentlichen geradlinig in Richtung der Länge L verlaufenden Fäden als Kette oder Kettfäden bezeichnet. Die im Wesentlichen quer dazu, jedoch spiralförmig beziehungsweise mit konstantem Schlauchdurchmesser SD helixförmig ebenfalls in Richtung der Länge L verlaufenden Fäden werden als Schuss oder Schussfäden bezeichnet. Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, dass die Orientierung von Kettfäden und Schussfäden vertauscht wird, solange die genannten Kräfte aufgenommen werden können. Die Auslegung der Verstärkungsstruktur 4 kann beispielsweise durch eine Finite-Elemente-Berechnung erfolgen, nach der sich die Verhältnisse bezüglich der Anzahl von Kettfäden, Schussfäden und Außendurchmesser AD der Rohrwand 2 sowie die Stärke der jeweiligen Fäden richten.
Die gewebeartige Verstärkungsstruktur 4 bildet durch die sich kreuzenden Kett- und Schussfäden Maschen aus, die über die Mantelfläche der schlauchförmigen
Verstärkungsstruktur 4 und entlang der Länge L, vorzugsweise regelmäßig voneinander beabstandet, angeordnet sind. Die Maschen können so dimensioniert sein, dass hiervon Öffnungen 4c der Verstärkungsstruktur 4 ausgebildet werden, die für den Kunststoff der Schicht 3, der während der Herstellung des Kunststoff roh rs 1 in plastifizierter Form als Schmelze vorliegt, durchlässig sind und hiervon durchflössen werden können. Aufgrund derartiger Öffnungen 4c, die einen Durchgang zwischen der Innenseite 4a und der Außenseite 4b bilden, umfließt der Kunststoff die die Öffnungen 4c des Gewebes bildenden Fäden, so dass sich die Verstärkungsstruktur 4 und die erste Schicht 3 der Rohrwand 2 gegenseitig über die Öffnungen 4c durchdringen. Somit sind der innere Bereich 3c und der äußere Bereich 3d durch die Öffnungen 4c nahtlos ineinander übergehend miteinander verbunden, wodurch sich die Schicht 3 der Rohrwand 2 zumindest teilweise, insbesondere im Bereich der Öffnungen 4c, durchgehend und ununterbrochen zwischen der Innenfläche 3a und der Außenfläche 3b erstreckt.
Auch ist es denkbar, dass die Verstärkungsstruktur 4 nicht gewebeartig ausbildet ist, gar keine oder für ein vollständiges Durchdringen und Umfließen nicht hinreichend große Maschen und dementsprechend keine Öffnungen 4c ausbildet und somit im Bereich der Mantelfläche geschlossen ist. Die Verstärkungsstruktur 4 kann also im Bereich der Mantelfläche hinsichtlich des Kunststoffs der Schicht 3 als durchlässiger oder als nicht durchlässiger Schlauch ausgebildet sein. Wie bereits ausgeführt, stellen die inneren und äußeren Bereiche 3c, 3d - auch wenn sie durch eine nicht durchlässig ausgebildete Verstärkungsstruktur 4 räumlich voneinander getrennt sind - im Sinne der vorliegenden Erfindung eine einzige Schicht 3 dar, da beide Bereiche 3c, 3d im Zuge des unten näher erläuterten Herstellungsverfahrens gemeinsam erstarren und hierbei über die
Verstärkungsstruktur 4 flächig miteinander verbunden werden.
Als gewebeartig gilt im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere auch eine Netzstruktur oder eine Gitterstruktur sowie eine Ausstanzungen aufweisende
Mantelfläche, die beispielsweise von einer schlauchförmigen Folie gebildet werden kann, sofern hiervon jeweils die oben genannten Axial- und Tangentialkräfte aufgenommen werden können. Unter dieser Voraussetzung kann die schlauchförmige
Verstärkungsstruktur 4 ebenfalls artfremd aus einem Gelege, Geflecht, Gewirke, Gestrick, Gespinst, Nähgewirke, Vlies oder Filz hergestellt sein. Auch können die Maschen beziehungsweise Öffnungen 4c beispielsweise rhombisch, quadratisch oder sechseckig ausgebildet sein. Insbesondere können die Maschen beziehungsweise Öffnungen 4c geknotet oder knotenlos ausgebildet sein.
Die Verstärkungsstruktur 4 kann grundsätzlich aus beliebigen textilen beziehungsweise textil verarbeiteten Fasern, insbesondere Fäden, Garnen oder Zwirnen, hergestellt werden, beispielsweise aus Gummifasern, Metallfasern, Naturfasern, Fasern aus natürlichen und synthetischen Polymeren, vorzugsweise Polyethylen, insbesondere UHMWPE (Kurzform für„ultra-high-molecular-weight Polyethylene", zu Deutsch:
„ultrahochmolekulargewichtiges Polyethylen"), oder auch aus Glas-, Carbon- oder Metallfasern, ausgenommen Fasern aus Nichteisenmetallen. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Verstärkungsstruktur 4 nicht von einem aus Fasern hergestellten Textilschlauch mit oder ohne Maschen beziehungsweise Öffnungen 4c gebildet wird, sondern
beispielsweise aus Draht, insbesondere in Form eines schlauchförmigen Drahtgeflechts oder Drahtgewebes. Auch kann die Verstärkungsstruktur 4 grundsätzlich von einer Folie aus den oben genannten Werkstoffen mit oder ohne Öffnungen 4c hergestellt werden.
Insbesondere bei einer aus Fasern hergestellten Verstärkungsstruktur 4 wird die flächige feste Verbindung mit der Schicht 3 auch dann hergestellt, wenn die Verstärkungsstruktur 4 wie oben beschrieben nicht durchlässig ausgebildet ist. Dies erfolgt dadurch, dass zumindest einzelne Fasern, beispielsweise Fasern der Schuss- und Kettfäden eines entsprechend engmaschigen Gewebes oder Fasern eines Vlieses oder Filzes, an der Innenseite 4a oder der Außenseite 4b formschlüssig von dem Kunststoff der Schicht 3 umgeben sind. Bei hinreichend großen Maschen, die dementsprechend durchlässige Öffnungen 4c der Verstärkungsstruktur 4 bilden, erfolgt der Formschluss auch mit den gesamten Schuss- und Kettfäden der gewebeartigen Verstärkungsstruktur 4 und nicht nur mit einzelnen oberflächlichen Fasern desselben.
Des Weiteren ist in den Figuren 1 und 2 an einer Stirnseite 1 a des Kunststoff roh rs 1 der Verlauf der schlauchförmigen Verstärkungsstruktur 4 innerhalb des kreisringförmigen Querschnitts der ersten Schicht 3 der Rohrwand 2 in Richtung der Länge L gesehen dargestellt. Es wird deutlich, dass die Verstärkungsstruktur 4 in der Längsrichtung gesehen bezogen auf eine Längsachse des Kunststoffrohrs 1 keinen konstanten Radius aufweist und dementsprechend mit ihrer Innenseite 4a beziehungsweise Außenseite 4b auch nicht parallel zu den Innenflächen 3a und den Außenflächen 3b der Schicht 3, sondern wellenförmig mit variierenden Abständen zwischen diesen verläuft. Die variierenden Abstände resultieren daraus, dass die schlauchförmige Verstärkungsstruktur 4 in sich nicht starr und biegesteif, sondern flexibel, insbesondere elastisch oder biegeschlaff, ausgebildet ist. Da die Verstärkungsstruktur 4 während der Herstellung in die Schmelze aus plastifiziertem Kunststoff eingebracht wird und in dieser bis zum Erstarren der schmelzeförmigen Schicht 3 instabil beziehungsweise flexibel mit entsprechend veränderlichen Abständen zur Innenfläche 3a beziehungsweise Außenfläche 3b schwimmt, wird die Verstärkungsstruktur 4 erst durch das Erstarren der
Kunststoffschmelze hinreichend gestützt und formstabil mit dann gleichbleibenden Abständen innerhalb der Schicht 3 fixiert. Sofern die Verstärkungsstruktur 4 jedoch eine hinreichende Steifigkeit aufweist, ist es auch möglich, dass die Verstärkungsstruktur 4 über die gesamte Länge L des Kunststoffrohrs 1 einen konstanten Radius aufweist.
Dementsprechend kann sich die Verstärkungsstruktur 4 hohlzylinderförmig innerhalb der Rohrwand 2 und hierbei insbesondere konzentrisch bezüglich der rohrförmigen Schicht 3 oder zumindest parallel zu deren Innenfläche 3a und Außenfläche 3b erstrecken. Auch eine nicht parallele, schräge Ausrichtung der Verstärkungsstruktur 4 innerhalb der Schicht
3 ist grundsätzlich denkbar, sofern die Innenfläche 3a und die Außenfläche 3b von der Verstärkungsstruktur 4 nicht durchdrungen werden.
Nachfolgend werden zwei bevorzugte Varianten eines Verfahrens zur Herstellung des verstärkten Kunststoffrohrs 1 in der ersten Ausführungsform beschrieben. Bei beiden Varianten ist es möglich, die Verstärkung des Kunststoff roh rs 1 beziehungsweise dessen einschichtiger Rohrwand 2 mit dem Erstarren des plastifzierten und die
Verstärkungsstruktur 4 umgebenden Kunststoffs der Schicht 3 abzuschließen, ohne dass danach ein zusätzlicher Verfahrensschritt zum Verstärken der Rohrwand 2 erforderlich ist.
Das Kunststoffrohr 1 lässt sich vorzugsweise mittels eines Extrusionsverfahrens oder mittels eines Spritzgussverfahrens herstellen. Hierbei wird jeweils in einem ersten
Verfahrensschritt ein Kunststoff aufgeschmolzen beziehungsweise plastifiziert und als Schmelze mit der bereits zuvor hergestellten schlauchförmigen Verstärkungsstruktur 4 zusammengebracht. Dabei wird die Verstärkungsstruktur 4 bezüglich der später zur Schicht 3 erstarrenden Kunststoffschmelze so angeordnet, dass die Verstärkungsstruktur
4 vollständig eingetaucht in der schmelzeförmigen Schicht 3 schwimmt und sich der oben beschriebene Aufbau der Schicht 3 mit der darin schwimmenden beziehungsweise eingebetteten Verstärkungsstruktur 4 ergibt. In einem zweiten Verfahrensschritt werden das derart um die Verstärkungsstruktur 4 herum angeordnete und noch plastifizierte Kunststoffmaterial der Schicht 3 und die Verstärkungsstruktur 4 mittels eines
formgebenden Werkzeugs, das den gewünschten ringförmigen Querschnitt der Rohrwand 2 aufweist, in eine entsprechende rohrförmige Gestalt gebracht. In einem sich
anschließenden dritten Verfahrensschritt wird dann die Schicht 3 gezielt abgekühlt und zum Erstarren gebracht, wodurch die Verstärkungsstruktur 4 innerhalb der Schicht 3 der Rohrwand 2 fixiert und somit zu deren integralen Bestandteil wird.
Bei einem Extrusionsverfahren wird die Verstärkungsstruktur 4 in Form eines Schlauchs bereitgestellt und während des ersten Verfahrensschritts des Extrusionsprozesses nach Art eines Endlosschlauchs kontinuierlich eingezogen und dem Extrusionsprozess beziehungsweise der Schmelze zugeführt. Eine für den oben beschriebenen Aufbau erforderliche Verteilung der die Schicht 3 bildenden Schmelze um die
Verstärkungsstruktur 4 herum kann sichergestellt werden, indem nur eine
Schmelzezuführung in Form eines Extruders vorgesehen ist und sich die Schmelze durch die in der Verstärkungsstruktur 4 ausgebildeten Öffnungen 4c entsprechend verteilt. Alternativ kann eine Anordnung von mindestens zwei Schmelzezuführungen in Form von zwei Extrudern erfolgen, die dann jeweils im Bereich der Innenseite 4a und der
Außenseite 4b der Verstärkungsstruktur 4 Schmelze zuführen (so genannte Co- Extrusion). Anschließend wird in dem zweiten Verfahrensschritt die derart in der schmelzeförmigen Schicht 3 schwimmende Verstärkungsstruktur 4 zusammen mit der Schmelze durch das formgebende und dementsprechend eine ringförmige
Auslassöffnung aufweisende Werkzeug geführt und auf einen Dorn (nicht dargestellt) zum Abstützen der noch nicht formstabilen schmelzeförmigen Schicht 3 gedrückt. Im dritten Verfahrensschritt wird die Schicht 3 mit der darin eingebetteten Verstärkungsstruktur 4 nach dem Austritt aus dem Werkzeug in der hierdurch hergestellten und durch den Dorn abgestützten Rohrform abgekühlt und zum Erstarren gebracht. Um das
Extrusionsverfahren zu starten, kann die schlauchförmige Verstärkungsstruktur 4 im Rahmen des ersten Verfahrensschritts mit einer Stirnseite in einen der gewünschten Rohrgeometrie entsprechenden Ring (nicht dargestellt) geklemmt werden, der dann zum Einfädeln der Verstärkungsstruktur 4 in das Werkzeug dient und anschließend von der nachfolgenden Schmelze durch das Werkzeug gedrückt wird. Es ist außerdem denkbar, dass eine ringförmige Schleuse vorgesehen ist, über die die Verstärkungsstruktur 4 der Schmelze zugeführt und in diese eingezogen wird.
Bei einem Spritzgussverfahren wird die Verstärkungsstruktur 4 in jedem Zyklus als separater Schlauchabschnitt in das die Rohrform erzeugende formgebende Werkzeug eingelegt und positioniert und sowohl auf der Innenseite 4a als auch auf der Außenseite 4b mit Schmelze des Kunststoffs umspritzt, um den inneren und äußeren Bereich 3c, 3d der Schicht 3 der Rohrwand 2 auszubilden. Da das Umspritzen und somit das Einbetten der Verstärkungsstruktur 4 in der Schicht 3 innerhalb des Werkzeugs erfolgt, überlagern sich der erste und der zweite Verfahrensschritt zumindest teilweise. Anschließend wird in dem dritten Verfahrensschritt die entsprechende Anordnung der schmelzeförmigen Schicht 3 und der darin eingebetteten Verstärkungsstruktur 4 in dem Werkzeug durch Abkühlen zum Erstarren gebracht. Wie zuvor hinsichtlich des Extrusionsverfahrens beschrieben, kann nur eine Spritzeinheit als Schmelzezuführung vorgesehen sein und die Schmelze sich durch die Öffnungen 4c sowohl auf der Innenseite 4a als auch der
Außenseite 4b verteilen. Alternativ können auch mehrere entsprechend angeordnete Spritzeinheiten vorgesehen werden, um ein vollständiges Eintauchen beziehungsweise Umspritzen der Verstärkungsstruktur 4 zu bewirken und den inneren Bereich 3c und den äußeren Bereich 3d der Schicht 3 auszubilden. Mittels eines Spritzgussverfahrens werden insbesondere Kunststoffrohre 1 mit kurzen Längen L von circa 0,5 m, so genannte Fittings, hergestellt. Auch andere, insbesondere rohrähnliche, Kunststoffteile lassen sich mittels des beschriebenen Spritzgussverfahrens als so genannte Formstücke herstellen.
Um sicherzustellen, dass die Verstärkungsstruktur 4 wie oben beschrieben innerhalb der die Rohrwand 2 bildenden erstarrten ersten Schicht 3 angeordnet ist, ohne dass die Schicht 3 von der Verstärkungsstruktur 4 durchdrungen wird, kann die in der Schmelze schwimmende Verstärkungsstruktur 4 vor dem Erstarren der Schmelze noch zusätzlich in dem Werkzeug positioniert und ausgerichtet werden, beispielsweise durch Aufbringen einer Zugkraft in Richtung der Länge L des Kunststoffrohrs 1 .
Wie bereits ausgeführt ist es auch möglich, die Rohrwand 2 mehrschichtig aufzubauen, indem auf der Außenfläche 3b der Schicht 3 in einem vierten Verfahrensschritt mindestens eine weitere zweite Schicht 3d aufgebracht wird.
In der Figur 3 ist eine Ansicht eines Querschnitt durch die Rohrwand 2 eines
Kunststoff roh rs 1 in einer derartigen mehrschichtigen zweiten Ausführungsform
dargestellt. Hierbei umfasst das Kunststoff roh r 1 beziehungsweise dessen Rohrwand 2 vorzugsweise neben der inneren ersten Schicht 3 eine äußere zweite Schicht 3e. Der Kunststoff der ersten Schicht 3 enthält im Wesentlichen EVOH oder vorzugsweise Polyamid, insbesondere Polyamid 12, oder ein Compound aus Polyethylen, insbesondere einem LDPE oder einem HDPE, und Polyamid, insbesondere Polyamid 12. Der Kunststoff der zweiten Schicht 3e ist vorzugsweise aus Polyethylen, insbesondere HDPE, hergestellt. Alternativ kann die zweite Schicht 3e auch einen der anderen vorgenannten Kunststoffe enthalten, sofern dieser nicht bereits die erste Schicht 3 bildet. Auch kann alternativ die erste Schicht 3 aus Polyethylen gebildet sein. Durch das EVOH
beziehungsweise Polyamid wird von der entsprechenden Schicht 3 oder 3e eine
Barriereschicht mit den oben genannten Vorteilen gebildet. Da zumindest eine der beiden Schichten 3 oder 3e EVOH- oder Polyamid enthält, wird zwischen der ersten Schicht 3 und der zweiten Schicht 3e ein geeigneter Haftvermittler 5 für die beiden Schichten 3, 3e eingebracht, über den die beiden Schichten 3 und 3e molekular und stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Als Haftvermittler 5 dient beispielsweise ein auf die erste Schicht 3 extrudierter Thermoplast, insbesondere anhydridmodifiziertes Ethylen.
Es ist selbstverständlich auch möglich, dass die zwei Schichten 3, 3e jeweils aus gleichartigem Kunststoff wie beispielswiese Polyethylen hergestellt sind, so dass kein Haftvermittler 5 zum Verbinden der beiden Schichten 3, 3e erforderlich ist. Hierbei muss jedoch zumindest der Kunststoff der ersten Schicht 3 unterhalb der für die
Verstärkungsstruktur 4 kritischen Temperatur plastifizierbar sein und die erste Schicht 3 muss eine Schichtdicke s aufweisen, die nach dem Erstarren eine Beschädigung der Verstärkungsstruktur 4 durch höhere Temperaturen der schmelzeförmig aufgebrachten zweiten Schicht 3e verhindert. Beispielsweise kann die erste Schicht 3 ein Polyethylen, insbesondere LDPE, mit einem auch als Glasübergangstemperatur bezeichneten
Schmelzpunkt im Bereich zwischen 90 und 120 Grad Celsius sein. In die erste Schicht 3 ist die aus Polyethylen-, vorzugsweise UHMWPE-, Fasern beziehungsweise Garn hergestellte und als schlauchförmiges Gewebe ausgebildete Verstärkungsstruktur 4 eingebettet. Die aus UHMWPE hergestellte Verstärkungsstruktur 4 weist einen
Schmelzpunkt von ca. 135 Grad Celsius auf und darf sich daher höchstens auf eine kritische Temperatur von 130 bis 135 Grad Celsius erwärmen, um nicht zerstört oder in ihrer Molekularstruktur beschädigt zu werden. Auf die erste Schicht 3 wird die äußere zweite Schicht 3e aufgebracht, deren Kunststoff im Wesentlichen ein HDPE enthält und sich mit der ersten Schicht 3 stoffschlüssig verbindet. Der Schmelzpunkt beziehungsweise die Glasübergangstemperatur des HDPE liegt bei etwa 135 Grad Celsius. Da das schmelzeförmige HDPE jedoch bei über dem Schmelzpunkt liegenden
Verarbeitungstemperaturen von 190 bis 210 Grad Celsius aufgebracht wird, dient die erste Schicht 3 nicht nur der Fixierung der Verstärkungsstruktur 4, sondern insbesondere auch als Wärmeschutzschicht, die verhindert, dass das Polyethylen der
Verstärkungsstruktur 4 durch die HDPE-Schmelze bis auf den zu vermeidenden kritischen Temperaturbereich erwärmt wird. Die Verstärkungsstruktur 4 kann auch aus UHMWPE hergestellt sein, wenn die erste Schicht 3 aus einem anderen der oben genannten Kunststoffe hergestellt ist.
In der Figur 4 eine Ansicht eines Querschnitt durch die Rohrwand 2 eines Kunststoff roh rs 1 in einer dreischichtigen dritten Ausführungsform dargestellt. Die Rohrwand 2
unterscheidet sich von der in Figur 3 gezeigten Rohrwand 2 durch eine in einem fünften Verfahrensschritt auf die zweite Schicht 3e aufgebrachte dritte Schicht 3f, die über einen Haftvermittler 5 mit der zweiten Schicht 3e in gleicher Weise wie die erste Schicht 3 mit der zweiten Schicht 3e verbunden ist. Im Übrigen gilt für die drei Schichten 3, 3e und 3f das zu dem zweischichtigen Kunststoffrohr 1 Ausgeführte entsprechend. Jede der drei Schichten 3, 3e und 3f kann daher grundsätzlich aus jedem der genannten Kunststoffe hergestellt sein, wobei vorzugsweise jede Schicht 3, 3e, 3f einen anderen Kunststoff enthält oder zumindest die mittige zweite Schicht 3e einen anderen Kunststoff enthält, als die innere erste Schicht 3 und die äußere dritte Schicht 3f. Vorzugsweise umfasst jedoch mindestens eine der drei Schichten 3, 3e, 3f, besonders bevorzugt die äußere dritte Schicht 3f, Polyethylen, insbesondere HDPE, oder Polyamid, insbesondere Polyamid 12, um die geforderte Festigkeit des als Hochdurckrohr ausgebildeten Kunststoffrohrs 1 sicherzustellen. Grundsätzlich können jedoch auch alle drei, zwei oder eine der Schichten 3, 3e und 3f durch entsprechende Material wähl als Barriereschichten dienen.
Die Verwendung einer Verstärkungsstruktur 4 aus einem widerstandsfähigen, aber hinsichtlich der oben genannten Temperaturen wärmeempfindlichen Material,
beispielsweise einem UHMWPE-Kunststoff, erfordert jedoch nicht zwingend das
Erzeugen einer zweiten Schicht 3e, sondern es ist grundsätzlich auch möglich, die Rohrwand 2 einschichtig auszubilden und mit nur einer einzigen Schicht 3 aus einem der genannten Kunststoffe mit der entsprechend erforderlichen Wanddicke w
beziehungsweise Schichtdicke s herzustellen. Selbstverständlich kann die Rohrwand 2 auch mit einer einzigen Schicht 3 aus einem nur bei höheren Temperaturen
schmelzeförmig verarbeitbaren HDPE-Kunststoff hergestellt werden, wenn die
Verstärkungsstruktur 4 entsprechend wärmeunempfindlich ist, beispielsweise bei einer aus Draht oder Kohle-, Glas- oder Aramidfasern hergestellten Verstärkungsstruktur 4. Unabhängig von der konkreten Materialwahl muss der Kunststoff der ersten Schicht 3 folglich in jedem Fall unterhalb der für die Verstärkungsstruktur 4 kritischen Temperatur zu einer verarbeitbaren Schmelze plastifizierbar sein. Die kritische Temperatur wird über eine Kühlung der ersten Schicht 3 beherrscht. Sofern die Schichten 3, 3e und/oder 3f der Rohrwand 2 und die Verstärkungsstruktur 4 aus gleichen Werkstoffen bestehen kann das Kunststoff roh r 1 zudem in einfacher Weise recycelt werden.
Um ein entsprechendes zweischichtiges oder dreischichtiges Kunststoffrohr 1
herzustellen, sind die oben beschriebenen Verfahren lediglich um den vierten und gegebenenfalls fünften Verfahrensschritt zu ergänzen, in dem auf die erste Schicht 3 mit der Verstärkungsstruktur 4 der Haftvermittler 5 sowie darauf die zweite Schicht 3e aufgebracht, vorzugsweise aufextrudiert, werden. Hierbei wird die erste Schicht 3 oberflächlich an der Innenfläche 3a oder der Außenfläche 3b aufgeschmolzen, so dass sich in diesem Bereich der Haftvermittler 5 mit den Schmelzen der ersten und zweiten Schicht 3 und 3e vermischen kann und eine molekulare, stoffschlüssige Verbindung der beiden Schichten 3 und 3e hergestellt wird. Entsprechendes gilt für das Aufbringen der dritten Schicht 3f auf der zweiten Schicht 3e und das Aufbringen des Haftvermittlers 5 zwischen der zweiten und dritten Schicht 3e und 3f. Bei entsprechend gleichartigem Material kann auf den Haftvermittler 5 auch verzichtet werden. Auch ist es denkbar, die dritte Schicht 3f innen auf der ersten Schicht 3 aufzubringen oder nachträglich die
Diffusionsbeständigkeit der inneren ersten Schicht 3 zu verbessern, beispielsweise durch Aufbringen einer so genannten Nanobeschichtung.
Das zuvor beschriebene Kunststoff roh r 1 mit einer einschichtig oder mehrschichtig ausgebildeten Rohrwand 2, die durch die in die erste Schicht 3 eingebettete
Verstärkungsstruktur 4 verstärkt ist, wird bevorzugt als hochfestes Hochdruckrohr zur Durchleitung beziehungsweise zum Transport von Öl, Gas und Wasser eingesetzt. Hierfür kann das Kunststoffrohr 1 hinsichtlich seiner Abmessungen an den jeweiligen
Einsatzzweck entsprechend den von der DIN 8074 (Rohre aus Polyethylen (PE) - PE 80, PE 100 - Maße) gestellten Anforderungen angepasst werden. Beispielsweise kann das Kunststoffrohr 1 für Drücke bis 60 bar ausgelegt werden und die Rohrwand 2 einen Außendurchmesser AD von bis zu 800 mm aufweisen. Die Schichtdicke s der
thermoplastischen Schicht 3, 3e oder 3f ist durch die genannte DIN vorgegeben. Sofern eine zweite Schicht 3e und/oder eine dritte Schicht 3f vorgesehen ist, erhöht sich die Wanddicke w und verringert sich der Innendurchmesser ID der Rohrwand 2
entsprechend. Die Barriereschicht, die bei einer mehrschichtigen Rohrwand 2
vorzugsweise von der ersten Schicht 3 gebildet wird, hat eine Schichtdicke s von ca. 4 mm. Ein gegebenenfalls vorgesehener Haftvermittler 5 wird jeweils mit einer Stärke von 0,5 mm zwischen die Schichten 3, 3e und/oder 3f eingebracht, wodurch sich der
Innendurchmesser ID entsprechend weiter verringert und die Wanddicke w erhöht (siehe Figuren 3 und 4). Durch die beschriebene Einbettung der Verstärkungsstruktur 4 in die erste Schicht 3 und eine geeignete Wahl der für die Rohrwand 2 und die
Verstärkungsstruktur 4 verwendeten Materialien ist es jedoch grundsätzlich auch möglich, die Schichtdicke s der ersten und einzigen Schicht 3 einer einschichtigen Rohrwand 2 abweichend von den Vorgaben der DIN 8074 zu reduzieren und dennoch die geforderten mechanischen Festigkeiten beziehungsweise Sicherheiten des Kunststoffrohrs 1 zu erreichen.
Der für das Kunststoff roh r 1 beschriebene Aufbau mit einer in dessen erster Schicht 3 eingebetteten Verstärkungsstruktur 4 ist selbstverständlich auf beliebige andere, insbesondere rotationssymmetrische, Kunststoffkörper übertragbar, die mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere Extrusionsverfahrens oder
Spritzgussverfahrens, herstellbar sind. Insbesondere kann der ringförmige Querschnitt eines derartigen Kunststoffkörpers oder Kunststoffrohrs 1 auch oval oder eckig
ausgebildet sein.
Es ist grundsätzlich auch denkbar, dass die Barriereschichten anstelle von EVOH oder Polyamid Kautschuk, insbesondere synthetischen Kautschuk wie beispielsweise NBR (Kurzform für„nitrile butadiene rubber", zu Deutsch„Nitril-Butadien-Kautschuk"), EPDM (Kurzform für„ethylene propylene diene monomer", zu Deutsch:„Ethylen-Propylen-Dien- Monomer-Kautschuk"), SBR (Kurzform für„styrene butadiene rubber", zu Deutsch„Styrol- Butadien-Kautschuk") oder ein Compound mit diesen Kautschuken oder einer Auswahl aus diesen Kautschuken umfassen.
Bezugszeichenliste
1 Kunststoff roh r 1 a Stirnseite
2 Rohrwand
2a Innenfläche
2b Außenfläche
3 erste Schicht
3a Innenfläche
3b Außenfläche
3c innerer Bereich 3d äußerer Bereich 3e zweite Schicht 3f dritte Schicht
4 Verstärkungsstruktur 4a Innenseite
4b Außenseite
4c Öffnung
5 Haftvermittler s Schichtdicke w Wanddicke
AD Außendurchmesser
ID Innendurchmesser
L Länge
SD Schlauchdurchmesser

Claims

Patentansprüche
1 . Kunststoffrohr (1 ), das als Hochdruckrohr ausgebildet ist, mit einer Rohrwand (2), die eine erste Schicht (3) aus einem Kunststoff umfasst, und einer in der Rohrwand (2) angeordneten Verstärkungsstruktur (4), dadurch gekennzeichnet, dass die
Verstärkungsstruktur (4) schlauchförmig ausgebildet ist und in die erste Schicht (3) eingebettet ist.
2. Kunststoffrohr (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Verstärkungsstruktur (4) variierende Abstände zu einer Innenfläche (3a) und einer Außenfläche (3b) der ersten Schicht (3) aufweist, vorzugsweise gewebeartig ausgebildet ist und insbesondere Öffnungen (4c) aufweist.
3. Kunststoffrohr (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Schicht (3) zumindest teilweise, insbesondere im Bereich von Öffnungen (4c) der Verstärkungsstruktur (4), durchgehend zwischen der Innenfläche (3a) und der
Außenfläche (3b) erstreckt.
4. Kunststoff roh r (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff der ersten Schicht (3) EVOH, Polyamid, insbesondere Polyamid 12, Polyethylen, insbesondere ein LDPE oder ein HDPE, oder ein Compound aus
Polyethylen, insbesondere einem LDPE oder einem HDPE, und Polyamid, insbesondere Polyamid 12, umfasst.
5. Kunststoff roh r (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrwand (2) zusätzlich zu der ersten Schicht (3), in die die Verstärkungsstruktur (4) eingebettet ist, eine zweite Schicht (3e) aus einem Kunststoff umfasst, die vorzugsweise außen auf der ersten Schicht (3) angeordnet ist, und der Kunststoff der zweiten Schicht (3e) EVOH, Polyamid, insbesondere Polyamid 12, Polyethylen, insbesondere ein LDPE oder ein HDPE, oder ein Compound aus Polyethylen, insbesondere einem LDPE oder einem HDPE, und Polyamid, insbesondere Polyamid 12, und vorzugsweise die
Verstärkungsstruktur (4) Polyethylen umfasst und vorzugsweise die erste Schicht (3) und die zweite Schicht (3e) über einen Haftvermittler aus einem Kunststoff verbunden sind, der vorzugsweise einen Thermoplast, insbesondere anhydridmodifiziertes Ethylen, umfasst.
6. Kunststoff roh r (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrwand (2) zusätzlich zu der zweiten Schicht (3e) eine dritte Schicht (3f) umfasst, die vorzugsweise außen auf der zweiten Schicht (3e) angeordnet ist, und der Kunststoff der dritten Schicht (3f) EVOH, Polyamid, insbesondere Polyamid 12, Polyethylen, insbesondere ein LDPE oder ein HDPE, oder ein Compound aus Polyethylen, insbesondere einem LDPE oder einem HDPE, und Polyamid, insbesondere Polyamid 12, umfasst und vorzugsweise die zweite Schicht (3e) und die dritte Schicht (3f) über einen Haftvermittler aus einem
Kunststoff verbunden sind, der vorzugsweise einen Thermoplast, insbesondere anhydridmodifiziertes Ethylen, umfasst.
7. Verfahren zum Herstellen eines Kunststoff roh rs (1 ), insbesondere eines Kunststoff roh rs (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das als Hochdruckrohr ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt eine schlauchförmig ausgebildete Verstärkungsstruktur (4) in eine erste Schicht (3) aus einem schmelzeformigen Kunststoff eingebettet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff der ersten Schicht (3) EVOH, Polyamid, insbesondere Polyamid 12, Polyethylen, insbesondere ein LDPE oder ein HDPE, oder ein Compound aus Polyethylen, insbesondere einem LDPE oder einem HDPE, und Polyamid, insbesondere Polyamid 12, und vorzugsweise die Verstärkungsstruktur (4) Polyethylen umfasst.
9. Verfahren nach einem der Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Verfahrensschritt die schmelzeförmige erste Schicht (3) und die darin
eingebettete Verstärkungsstruktur (4) mittels eines formgebenden Werkzeugs in eine rohrförmige Gestalt gebracht werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten
Verfahrensschritt die erste Schicht (3) zum Erstarren gebracht wird.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die in die erste Schicht (3) eingebettete Verstärkungsstruktur (4) durch den dritten Verfahrensschritt in der Rohrwand (2), insbesondere in der ersten Schicht (3), fixiert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Verfahrensschritt auf der ersten Schicht (3), vorzugsweise außen, eine zweite Schicht (3e) aus einem schmelzeförmigen Kunststoff aufgebracht wird und der Kunststoff der zweiten Schicht (3e) EVOH, Polyamid, insbesondere Polyamid 12, Polyethylen, insbesondere ein LDPE oder ein HDPE, oder ein Compound aus
Polyethylen, insbesondere einem LDPE oder einem HDPE, und Polyamid, insbesondere Polyamid 12, umfasst und vorzugsweise zwischen der ersten Schicht (3) und der zweiten Schicht (3e) ein Haftvermittler aus einem schmelzeförmigen Kunststoff eingebracht wird, der vorzugsweise einen Thermoplast, insbesondere anhydridmodifiziertes Ethylen, umfasst.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einem fünften Verfahrensschritt auf der zweiten Schicht (3e), vorzugsweise außen, eine dritte Schicht (3f) aus einem schmelzeförmigen Kunststoff aufgebracht wird und der Kunststoff der dritten Schicht (3f) EVOH, Polyamid, insbesondere Polyamid 12, Polyethylen, insbesondere ein LDPE oder ein HDPE, oder ein Compound aus Polyethylen, insbesondere einem LDPE oder einem HDPE, und Polyamid, insbesondere Polyamid 12, umfasst und vorzugsweise zwischen der zweiten Schicht (3e) und der dritten Schicht (3f) ein Haftvermittler aus einem schmelzeförmigen Kunststoff eingebracht wird, der vorzugsweise einen Thermoplast, insbesondere anhydridmodifiziertes Ethylen, umfasst.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem Extrusionsverfahren durchgeführt wird, dem die schlauchförmige Verstärkungsstruktur (4) kontinuierlich zugeführt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem Spritzgussverfahren durchgeführt wird, dem die schlauchförmige Verstärkungsstruktur (4) in jedem Zyklus als separater Schlauch zugeführt wird.
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