DE3216463A1 - Process for producing a flexible district heating pipe - Google Patents
Process for producing a flexible district heating pipeInfo
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Abstract
Description
Verfahren zum Herstellen eines flexiblen FernwärmeleitungsrohresMethod for producing a flexible district heating pipe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines flexiblen Fernwärmeleitungsrohres mit einem zentralen Medienrohr aus Metall, vorzugsweise einem Edelstahl, und mit einer Schaumstoffisolierung in einem Kunststoffmantel, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for producing a flexible District heating pipe with a central media pipe made of metal, preferably a stainless steel, and with a foam insulation in a plastic jacket, according to the preamble of claim 1.
Fernwärmeleitungsrohre dieser Art sind, beispielsweise aus DE-GM 1 987 451 bekannt. Sie wurden bisher in der Weise hergestellt, daß eine Schicht aus einem aufgeschäumten Kunststoff, z.B. aus Polyurethan,in Form eines vorgefertigten Schaumstoffstreifens aufgebracht wurde, der entweder entlang der Rohrachse herumgelegt oder um das Rohr gewickelt und hiernach verklebt oder verschweißt wurde, um einen das Metallrohr wärmedämmend umschließenden Schlauch zu bilden. Darüber wurde üblicherweise eine diesen umschließende Trennfolie aus Polyterephthalsäureester aufgebracht, deren Kanten einander überlappen. Und schließlich wurde mit einem getrennten Arbeitsgang in einer Schneckenpresse sodann der äußere Mantel, z.B. aus Polyvenylchlorid als nahtloser Schlauch aufgebracht und gegebenenfalls gewellt. Diese bekannte Herstellungsweise erfordert hintereinander eine Reihe von getrennten Arbeitsgängen, nämlich das Auflegen bzw. Aufwickeln des gesondert vorgefertigten Schaumstoffstreifens auf das Metallrohr, das nachfolgende Verschweißen der Kanten des Schaumstoffstreifens, das Aufbringen der Trennfolie und schließlich das Extrudieren des Kunststoffmantels sowie dessen Wellung zur Erzielung der notwendigen Querdruckfestigkeit. Weitere Nachteile liegen in der Schwierigkeit, zwischen dem Rohr und dem Kunststoffaußenmantel Abstandhalter anzuordnen, die zugleich als Träger von zusätzlich innerhalb der thermischen Isolierung angeordneten elektrischen Adern, z.B.District heating pipes of this type are, for example from DE-GM 1 987 451 known. So far they have been manufactured in such a way that a layer of a foamed plastic, e.g. made of polyurethane, in the form of a prefabricated Foam strip was applied, which was either laid around the pipe axis or wrapped around the pipe and then glued or welded to one to form a hose that encloses the metal pipe in a thermally insulating manner. About it was customary a separating film made of polyterephthalic acid ester enclosing these is applied, the Overlap edges. And finally it was done with a separate operation in a screw press then the outer jacket, e.g. made of polyvinyl chloride as seamless hose applied and possibly corrugated. This known manufacturing method requires a series of separate operations one after the other, namely hanging up or winding the separately prefabricated foam strip onto the metal tube, the subsequent welding of the edges of the foam strip, the application the release film and finally extruding the plastic jacket as well as its corrugation to achieve the necessary transverse compressive strength. Further Disadvantages are the difficulty between the pipe and the plastic outer jacket To arrange spacers, which at the same time act as a support from in addition within the thermal Insulation arranged electrical wires, e.g.
Feuchtemeldeadern o.dgl., dienen. Die Anordnung von Abstandhaltern wird jedoch in vielen Fällen auch deshalb bevorzugt, weil sie ohne Beeinträchtigung der Biegefähigkeit einer solchen endlos gefertigten Leitung - deren Festigkeit, insbesondere Querdruckfestigkeit - erhöhen, so daß sich der nachträgliche Wellvorgang des Außenmantels erübrigt und weniger starre Schaumstoffe geringerer mechanischer Festigkeit jedoch größerer Wärmedämmfähigkeit eingesetzt werden können.Moisture alarm cores or the like., Are used. The arrangement of spacers however, it is also preferred in many cases because it is unaffected the flexibility of such an endlessly manufactured cable - its strength, especially crush resistance - increase, so that the subsequent corrugation process of the outer jacket and less rigid foams less mechanical Strength, however, greater thermal insulation capacity can be used.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung solcher Fernwärmeleitungsrohre ist aus DE-PS 15 04 632 bekannt geworden, welches zur Herstellung einer wärmeisolierenden Hülle aus einem biegefähigen Schaumstoff, z.B. aus Polyvenylchlorid auf einem blanken biegefähigen Metallrohr vorsieht, daß das von einer Abwickeltrommel abgezogene und gegebenenfalls gerade gerichtete Metallrohr, nach Aufbringen eines Trennmittels in einen Extruder eingeführt, und in diesem mit einem aufschäumbaren Kunststoff besprüht wird.Another method of making such district heating pipes is known from DE-PS 15 04 632, which is used to produce a heat-insulating Cover made of a flexible foam, e.g. made of polyvinyl chloride on a bare bendable metal tube provides that the withdrawn from an unwinding drum and possibly straightened metal pipe, after applying a release agent introduced into an extruder, and in this with a foamable plastic is sprayed.
Dieser schäumt je nach Temperatur im Extruder nach dem Austritt aus diesem von selbst auf oder wird durch Zufuhr von Wärme zum Aufschäumen gebracht. Schließlich wird die Außenfläche der so auf das Metallrohr durch Extrusion aufgebrachten Schaumstoffschicht mit einem Gleitmittel bedeckt, und seine Poren werden in einer Kalibriereinrichtung geschlossen, woraufhin das umhüllte Rohr im Durchlauf gekühlt und mittels einer besonderen Abzugseinrichtung einer Aufwickeltrommel zugeführt wird. Es kann jedoch vor oder hinter dem Kühlvorgang durch einen weiteren Extruder hindurchgeführt werden, der zusätzlich einen weiteren Isoliermantel auf dem bereits mit dem Schaumstoffmantel bedeckten Rohr erzeugt. Auch mit diesem bekannten Verfahren sind für die Rohrherstellung mehrere getrennte Arbeitsgänge erforderlich, wodurch sich der Herstellungskostenaufwand erhöht. Desgleichen ist aber auch bei diesem Verfahren die insbesondere bei Fernwärmeleitungsrohren größeren Durchmessers besonders nützliche Anordnung von Abstandhaltern weder vorgesehen noch ohne weiteres zu bewerkstelligen. Besonder-schwierig ist es hierbei auch den Verfahrens-Temperaturparameter so abzustimmen, daß der in den Extruder ungeschäumt eingesprühte schäumungsfähige Kunststoff zum gewünschten Zeitpunkt nach dem Austritt aus dem Extruder durch weitere Wärmezufuhr im erforderlichen Maße aufsohäumt, um eine ausreichend dichte geschlossenzellige Schaumstoffisolierung zu bilden, welche den modernen Anforderungen entspricht, wie sie beispielsweise im Arbeitsblatt Q 167 der Arbeitsgemeinschaft Industriebau eV (AG), Köln für erdverlegte Mantelrohrsysteme, die eine werkmäßig mit PUR-Hartschaumstoff hergestellte Wärmedämmung aufweisen, angegeben sind.Depending on the temperature in the extruder, this foams out after it exits this on by itself or is caused to foam up by the supply of heat. Finally, the outer surface is applied to the metal pipe by extrusion Foam layer covered with a lubricant, and its pores will be in a Calibration device closed, whereupon the encased tube is cooled in the flow and fed to a winding drum by means of a special take-off device will. However, it can be before or after the cooling process by a further extruder are passed through, the additional insulating jacket on the already generated with the foam jacket covered pipe. Also with this known method are several separate work steps for the pipe production necessary, whereby the manufacturing cost increases. But the same is also true This method is particularly useful for district heating pipes with a larger diameter particularly useful arrangement of spacers neither provided nor readily to accomplish. The process temperature parameters are also particularly difficult here to be coordinated so that the foamable Plastic at the desired time after exiting the extruder through further Heat supply to the extent necessary to create a sufficiently dense closed-cell Forming foam insulation that meets modern requirements, such as they are, for example, in worksheet Q 167 of the Arbeitsgemeinschaft Industriebau eV (AG), Cologne for buried jacket pipe systems, which are factory-made with PUR rigid foam have produced thermal insulation, are indicated.
Schließlich ist auch noch aus DE-OS 28 03 708 eine Anlage zur Herstellung eines flexiblen Mehrlagenisolierrohres mit einem vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden glatten Innenrohr, einem Kunststoffaußenrohr und einer Isolierschicht aus geschäumtern Kunststoff zwischen Innen- und Außenrohr bekannt geworden, deren Kernstück ein besonders ausgebildeter Koextrusionskopf eines Doppelextruders mit je einer besonderen Strangpresse für die Aufbereitung des Schaumstoff- bzw des Kunststoffmaterials für das Außenrohr sowie eine diesem unmittelbar nachgereihten Abzugs-Rohrformmaschine mit Hohlform sind, in welche der Spritzmund für die Extrusion des Außenrohres und - noch weiter vorgezogen - der zugleich eine Führung für das zu umspritzende Innenrohr bildende Spritzmund für die Schaumstoffisolierung hineinragen. Ferner sind gemäß der Lehre dieser Schrift vor dem Doppelextruder eine Innenrohrschneckenstrangpresse zur kontinuierlichen Herstellung eines Kunststoffinnenrohres, eine Kalibriereinrichtung für dieses und eine dieses dem Doppelextruder zuführende Durchschiebeeinrichtung angeordnet, sowie hinter der Abzugs-Rohrformmaschine ein Aufwickler abgestellt.Finally, DE-OS 28 03 708 also describes a system for production a flexible multilayer insulating tube with one preferably made of plastic smooth inner tube, a plastic outer tube and an insulating layer made of foamed Plastic between the inner and outer pipe has become known, the core of which is a special trained coextrusion head of a double extruder, each with a special extruder for the preparation of the foam or plastic material for the outer tube as well as a take-off pipe-forming machine with a hollow form, which is directly lined up behind this are, in which the injection mouth for the extrusion of the outer tube and - even further preferred - which also forms a guide for the inner tube to be overmolded The injection mouth for the foam insulation protrude. Furthermore, according to the teaching this document before the double extruder an inner tube screw extruder for continuous Manufacture of a plastic inner tube, a calibration device for this and a push-through device feeding this to the twin extruder is arranged, as well as A winder is parked behind the take-off pipe forming machine.
Bei dieser bekannten Fertigungsanlage für die kontinuierliche Endlos-Herstellung von Pernwärmeleitungsrohren der eingangs umrissenen Art wird das Innenrohr mit Hilfe der dem Extrusionskopf vorgeschalteten Durchschiebeeinrichtung als Seele durch eine konzentrische Bohrung in der Schaumstoffdüse geschoben und nach Verlassen dieser Bohrung lediglich durch den Schaumstoff lagefixiert. Hierbei wurde von der Erkenntnis ausgegangen, daß auch ein flexibles, an sich flachdrückbares Innenrohr unter Beibehaltung des runden Querschnittes mit einer Schaumkunststoffisolierschicht und mit einem Außenrohr umspritzt werden kann, wenn nur im Extrusionskopf Anordnung und Führung des Innenrohres in der vorausgehend geschilderten Weise erfolgen. Ferner ist hierzu jedoch noch erforderlich, daß das noch weiche Außenrohr nach Verlassen des Koextrusionskopfes unmittelbar von einer Hohlform aufgenommen wird, welche Hohlform eine Außenkalibrierung bewirkt. Dies kann durch Vakuum oder Innendruck geschehen, wobei es lediglich eine Frage der Dimensionierung des Mengenstromes für den Kunststoffschaum der Isolierschicht und der Einstellung des Druckverhältnisses ist, sicherzustellen, daß zwar eine einwandfreieIsolierschicht entsteht, das Innenrohr seinen runden Querschnitt jedoch nicht verliert, um mit einem Kunststoff-Innenrohr mit geringer Wanddicke arbeiten zu können. Gleiches gilt aber auch für die Vakuum-Kalibrierung bzw. Druck-Kalibrierung des Außenrohres, wobei es überraschend schien, daß eine Vakuumhohlform in der Lage ist, unter Zwischenschaltung des Schaumstoffes auch das Innenrohr gleichsam zu halten und wobei darüber hinaus das Innenrohr in der Isolierschicht aus dem Schaumkunststoff überraschenderweise auch konzentrisch lagefixiert wird. Es versteht sich, daß dazu die Viskosität des Schaumkunststoffes, aus dem die Isolierschicht aufgebaut wird, nicht zu niedrig eingestellt werden darf.In this known production plant for continuous endless production The inner pipe is made of Pernwärmeleitungsrohren of the type outlined above with the help the push-through device upstream of the extrusion head as a core through a concentric hole in the foam nozzle pushed and after leaving it Hole only fixed in position by the foam. This was based on the knowledge assumed that a flexible inner tube that can be flattened per se while maintaining it of the round cross-section with a foam plastic insulating layer and with a Outer pipe can be overmolded if only in the extrusion head arrangement and guidance of the inner tube in the manner described above. Furthermore, this is however, it is still necessary that the outer tube, which is still soft, after it has left the coextrusion head is taken directly from a hollow form, which hollow form an external calibration causes. This can be done by vacuum or internal pressure, with only one Question of the dimensioning of the volume flow for the plastic foam of the insulating layer and the setting of the pressure ratio is to ensure that there is a faultless insulating layer arises, but the inner tube does not lose its round cross-section in order to keep up with to be able to work with a plastic inner tube with a small wall thickness. same for but also for vacuum calibration or pressure calibration of the outer tube, whereby it seemed surprising that a vacuum cavity mold is capable of intervening of the foam also to hold the inner tube, as it were, and beyond the inner tube in the insulating layer made of the foam plastic surprisingly is also fixed in position concentrically. It goes without saying that the viscosity of the Foam plastic, from which the insulating layer is built, not too low may be set.
Bei dieser bekannten Fertigungsweise wird vorausgesetzt, daß die mechanische Festigkeit, insbesondere Druckfestigkeit, eines so allein aus thermoplastischen Kunststoffen hergestellten Rohres ausreichend ist. Bei für Fernwärmeleitungszwecke verwendeten Rohrleitungen ist jedoch vorgesehen, daß diese für einen Zeitraum von wenigstens 50 Jahren bei einer Temperatur bis zu 130 cc einem Druck von wenigstens 16 bar standhalten sollen. Diesem Erfordernis wird mit einem metallischen Innenrohr besser als in der hier beschriebenen Weise entsprochen.In this known production method, it is assumed that the mechanical Strength, especially compressive strength, one made solely from thermoplastic Plastics made pipe is sufficient. At for district heating pipeline purposes used Pipelines are provided, however, that these for a period of at least 50 years at a temperature up to 130 cc Should withstand a pressure of at least 16 bar. This requirement comes with a metallic inner tube better than in the manner described here.
Bei Verwendung eines im wesentlichen querdruckstabilen metallischen Innenrohr treten die geschilderten Probleme bezüglich der Formtreue des so zugleich schaumstof-f~isoli.erten un<3 uns kunststoffummantelten Leitungsrohres nur in geringerem Maße hezglich des Außenrohres oder Mantels auP.When using a metallic that is essentially stable to transverse pressure The problems described with regard to the dimensional accuracy of the inner tube occur at the same time Foam-insulated and plastic-sheathed pipe only in to a lesser extent in relation to the outer tube or jacket.
Problematischer ist jedoch die Beherrschung des Temperaturparameters innerhalb des eben extrudierten und beim Austritt aus dem Spritzmund noch sehr heißen Kunststoffmantels, der an dieser Stelle etwa 250 oC oder mehr aufweist.However, the control of the temperature parameter is more problematic within the just extruded and still very hot when it emerges from the injection mouth Plastic jacket, which is around 250 oC or more at this point.
Die für den genannten Zweck bevorzugten schäumbaren Stoffe, insbesondere auf Polyurethanbasis, kurz PUR-Schaumstoffe genannt, schäumen nämlich exotherm, d.h. ohne Wärmezufuhr. Ein solcher Schaumstoff erwärmt sich hierbei von selbst bis etwa 100 00, welcher Temperaturbereich unkritisch ist, verträgt jedoch keine zusätzliche Wärmeeinwirkung, von z.B. 150 cc für mehr als einen ganz kurzen Zeitraum von etwa 10 Sekunden. Daher ist es schädlich, wenn der PUR-Schaumstoff bei äußerer Wärmezufuhr, wie sie bei der beschriebenen Herstellungsweise mit dieser bekannten Vorrichtung unvermeidbar ist, viel schneller und ungleichmäßiger als von selbst aufschäumt, da so die Zellverteilung des geschlossenzellig aufschäumenden Stoffes ungleichmäßig wird, im Gegensatz zu den Anforderungen, z.B. des vorgenannten Arbeitsblattes Q 167 der AGI. Hierbei können nämlich Zellwandungen platzen und auch größere Lufteinschlüsse entstehen, die - durch innere Wärmekonvektion - die angestrebte hohe Wärmedämmung vermindern.The foamable substances preferred for the stated purpose, in particular based on polyurethane, or PUR foams for short, foam exothermically, i.e. without supply of heat. Such a foam heats up by itself about 10000, which temperature range is not critical, but does not tolerate any additional Heat exposure, e.g. 150 cc for more than a very short period of about 10 seconds. It is therefore harmful if the PUR foam is exposed to external heat, as in the production method described with this known device is inevitable, much faster and more unevenly than foams by itself, because the cell distribution of the closed-cell foaming substance is uneven in contrast to the requirements, e.g. of the aforementioned worksheet Q 167 of the AGI. This is because cell walls can burst and also larger air pockets arise that - through internal heat convection - the desired high level of thermal insulation Reduce.
Neben diesem Nachteil des bekannten Verfahrens sowie dessen Erfordernis zur mechanischen Ausformung, z.B. Wellung des so gebildeten Kunststoffaußenmantels unmittelbar nach dessen Austritt aus dem Extruder besteht hierbei ferner auch die Unmöglichkeit des gleichzeitigen Einbringens von die mechanische Festigkeit der Leitung erhöhenden Abstandha#tern sowie von Feuchtmeldeadern o.dgl. Es ist daher schwierig, ein den üblichen Mindestanforderungen entsprechendes Fernwärmeleitungsrohr der beschriebenen Art auf diese Weise mittels der beschriebenen Anlage herzustellen.In addition to this disadvantage of the known method and its requirement for mechanical shaping, e.g. corrugation of the plastic outer jacket formed in this way immediately after its exit from the extruder there is also the Impossibility of simultaneous introduction of the mechanical strength the line increasing spacers as well as moisture detection wires or the like. It is therefore difficult to find a district heating pipe that meets the usual minimum requirements of the type described in this way by means of the system described.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches es ermöglicht ein Fernwärmeleitungsrohr der eingangs umrissenen Art in Endlosfertigung und in einem Durchgang so herzustellen, daß es allen qualitativen Anforderungen, die an eine solche moderne Leitung zu stellen sind, in hervorragender Weise zu entsprechen vermag, wobei sowohl der Fertigungs- als auch der Anlagenaufwand gegenüber dem bisher üblichen vermindert sind und mit dessen Hilfe sowohl abstandhalterfreie als auch Abstandhalter und Feuchtmeldeadern enthaltende Rohrleitungen dieser Art auf einfache und kostensparende Weise hergestellt werden können. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekannzeichnete Erfindung gelöst.The invention is based on the object of specifying a method which enables a district heating pipe of the type outlined above in continuous production and to be produced in one pass in such a way that it meets all the qualitative requirements, which are to be placed in such a modern line, to correspond in an excellent manner able, with both the manufacturing and the plant costs compared to the previous usual are reduced and with the help of both spacer-free and Pipelines of this type containing spacers and moisture detection wires in a simple manner and can be manufactured in a cost-saving manner. This task is carried out by the The invention shown in claim 1 is achieved.
Wesentlich ist hierbei die unmittelbar nach dem schlauchförmigen Austritt des Kunststoffaußenmantels einsetzende intensive Kühlung desselben, womit zugleich dessen Schlauchform im wesentlichen stabilisiert und ein wesentlicher Teil seiner Wärme abgeführt wird, ehe die Schaumstoffisolierung von dem Kunststoffmantel umfaßt bzw. darin gebildet wird. Hierbei wird vorzugsweise so vorgegangen, daß nahe dem Spritzmund, z.B. mittels einer diesen konzentrisch umgebenden Ringdüse mit Innenschlitz, eine allseits gleichmäßig auf ihn einwirkende bzw. von diesem durchsetzte dünne Kühlmittel-"Wand" als Sprüh-Vorkühlung eingesetzt wird, gefolgt von weiteren die Temperatur des Kunststoffaußenmantels schrittweise schnell auf einen die sich darin vollziehende Schäumung nicht mehr beeinträchtigenden Wert herabsetzenden Kühlungen. Dieser Grundgedanke gilt sowohl für die Herstellung von Abstandhalter aufweisenden als auch von abstandhalterfreien Fernwärmeleitungsrohren der beschriebenen Art.What is essential here is the one immediately after the tubular outlet intensive cooling of the plastic outer jacket, which at the same time whose tubular shape is essentially stabilized and an essential part of it Heat is dissipated before the foam insulation is covered by the plastic jacket or is formed therein. The procedure here is preferably such that close to the Injection mouth, e.g. by means of a concentrically surrounding ring nozzle with an inner slot, a thin one which acts uniformly on it on all sides or is interspersed with it Coolant "wall" is used as spray pre-cooling, followed by further the The temperature of the plastic outer jacket gradually increases rapidly to one that is inside it complete foaming no longer impairing value reducing cooling. This basic idea applies both to the production of spacers as well as spacer-free district heating pipes of the type described.
Verschiedene Ausführungsvarianten dieses Verfahrens sind mit den Ansprüchen 2 bis 6 angegeben, von welchen der Anspruch 2 die Herstellung solcher Fernwärmeleitungsrohre mit Abstandhaltern, der Anspruch 3 das Aufbringen des Kunststoffmantels unmittelbar auf die Oberfläche der Schaumstoffisolierung, der Anspruch 4 das Einbringen des Schaumstoffes in flüssiger oder vorgeschäumter Form in den zwischen dem Innenrohr und dem sich als Folge der intensiven Kühlung rasch verfestigenden Kunststoffaußenmantel gebildeten Ringraum, der Anspruch 5 das Einspeitzen des Schaumstoffes ein merkliches Stück hinter dem Austritt des Kunststoffmantels aus dem Extruder, und der Anspruch 6 die nur geringfügig abgestufte Koextrusion der Schaumstoffisolierung mit dem Kunststoffmantel mit anschliessender Vakuumkalibrierung des letzteren betreffen.Different variants of this method are with the claims 2 to 6 indicated, of which claim 2 the production of such district heating pipes with spacers, claim 3 the application of the plastic jacket directly on the surface of the foam insulation, claim 4 the introduction of the Foam in liquid or pre-expanded form in the between the inner tube and the plastic outer jacket, which solidifies rapidly as a result of the intensive cooling formed annulus, the claim 5, the whipping of the foam a noticeable Piece behind the exit of the plastic jacket from the extruder, and the claim 6 the only slightly graded coextrusion of the foam insulation with the plastic jacket concern with subsequent vacuum calibration of the latter.
Jede Variante des neuen Verfahrens bringt erhebliche Vorteile mit sich und führt zu einer aus einem geschäumten Kunststoff bestehenden, ausgezeichneten Wärmedämmungseigenschaften aufweisenden Isolierschicht, z.B. aus einem PUR-Schaumstoff aus regelmäßigen, möglichst feinen Zellen, die in radialer Richtung im Mittel einen Durchmesser von weniger als 0,4 mm und gleichmäßige Färbung haben. Je nach Art des herzustellenden Fernwärmeleitungsrohres, nämlich ob hierbei dessen Schaumstoffisolierung einschließlich des Außenmantels zu dessen mechanischer Festigkeit insbesondere Querdruckfestigkeit beitragen soll, oder die Schaumstoffisolierung - als Folge von in regelmäßigen Abständen dazwischen angeordneten Abstandhaltern -im wesentlichen unbelastet bleibt, kann die Zusammensetzung und die Gesamtrohrdichte des Schaumstoffes so abgestellt werden, daß sie bei einem Mittelwert von etwa 60 kg/m3 bei belastungsfreier Anordnung weniger als 40 kg/in3, hingegen bei tragender Anordnung eine Gesamtrohrdichte von mehr als 80 kg/m3 aufweist, bei einer hochgradigen Geschlossenzelligkeit von mehr als 88 %. Wie bereits erwähnt, werden zur Bildung der Schaumstoffisolierung vorzugsweise PuR-Schaumstoffe verwendet, die üblicherweise aus zwei Komponenten zusammengesetzt sind und in Verbindung mit dem sogenannten Frothing-Verfahren, wobei ein Treibmittel, z.B. ein unter der Bezeichnung FRIGENR bekann-tgewordenes Trichlorfluomethan, Monofluortrichlormethan, o.dgl.Each variant of the new process has considerable advantages and results in an excellent one made of a foamed plastic Insulating layer with thermal insulation properties, e.g. made of a PUR foam of regular, as fine as possible cells, which in the radial direction on average have one Less than 0.4 mm in diameter and uniform in color. Depending on the type of district heating pipe to be produced, namely whether its foam insulation including the outer jacket for its mechanical strength, in particular crush resistance Should contribute, or the foam insulation - as a result of periodically spacers arranged in between - remains essentially unloaded, can the composition and the total pipe density of the foam are adjusted in such a way that that they are less with an average value of about 60 kg / m3 with a load-free arrangement than 40 kg / in3, on the other hand with a load-bearing arrangement a total pipe density of more than 80 kg / m3, with a high degree of closed-cell content of more than 88 %. As noted, it is preferred to form the foam insulation PuR foams are used, which are usually composed of two components and in connection with the so-called frothing process, whereby a propellant, E.g. one known under the name FRIGENR Trichlorofluomethane, Monofluorotrichloromethane, or the like.
zur Erwirkung einer Vorverschäumung des Kunststoffes beigegeben werden kann. Der so ~creme ~-artig vorgeschäumt in den zwischen Mantel und Innenrohr gebildeten Ringhohlraum eingebrachte Schaumstoff expandiert dort bei selbsttätiger Fortsetzung der bereits eingeleiteten Schäumungsreaktion zur Füllung des gesamten Hohlraumes mit einer Geschwindigkeit, die der Abzugsgeschwindigkeit des Rohres angepaßt ist, wobei zugleich sämtliche in dem Ringhohlraum vorhandene Luft verdrängt wird1 und die sich an die noch mäßig warme Wandung des Kunststoffaußenmantels anlegende Schaumstoffoberfläche fest anhaftet. Dies bringt den Vorteil einer absoluten Spaltfreiheit des Fernwärmeleitungsrohres in diesem Bereich mit sich sowie einer erhöhten Formstabilität und mechanischen Festigkeit des Rohres, insbesondere bei dessen abstandhalterfreier Ausführung. Als Mantelwerkstoff wird Polyäthylen, insbesondere das besonders widerstandsfähige und flexible Hochdruckpolyäthylen oder auch durch einen Silanolzusatz durch Feuchtigkeitseinwirkung vernetzbares Polyäthylen bevorzugt. Letzteres bringt den weiteren Vorteil mit sich, daß es im Zuge seiner allein als Folge der Wasserkühlung bewirkten Vernetzung hierbei auch Feuchtigkeit aus dem von ihm umschlossenen Ringhohlraum entzieht und bindet.be added to achieve a pre-expansion of the plastic can. The so ~ cream ~ -like pre-foamed in the one formed between the jacket and the inner tube Foam introduced into the ring cavity expands there when it continues automatically the already initiated foaming reaction to fill the entire cavity at a speed that is adapted to the withdrawal speed of the pipe, at the same time all air present in the annular cavity is displaced1 and the foam surface resting against the still moderately warm wall of the plastic outer jacket firmly adheres. This has the advantage that the district heating pipe is absolutely free of gaps in this area with itself as well as increased dimensional stability and mechanical Strength of the pipe, especially when it is designed without spacers. as Sheath material is polyethylene, especially the particularly resistant and flexible high-pressure polyethylene or through the addition of silanol due to the action of moisture crosslinkable polyethylene preferred. The latter has the further advantage of that it is in the course of its cross-linking caused solely as a result of the water cooling also removes moisture from the ring cavity enclosed by it and binds it.
Wie eingangs geschildert, kann die Schaumstoffisolierung nach verschiedenen Verfahrensvarianten entweder - geringfügig abgestuft - in Koextrusion zugleich mit dem Kunststoffaußenmantel extrudiert und bei ihrer weiteren Auf schäumung von diesem umfaßt oder auch selbst im Abstand von Extruderaustritt des Kunststoffaußenmantels eingespritzt und darin gebildet werden.As described above, the foam insulation can be according to different Process variants either - slightly graded - in coextrusion at the same time with extruded the plastic outer jacket and in their further foaming of this includes or even at a distance from the extruder outlet of the plastic outer jacket are injected and formed therein.
Die jeweils bevorzugte Ausführungsvariante richtet sich im wesentlichen nach den Dimensionen und der vorgesehenen Verwendung des herzustellenden Fernwärmeleitungsrohres, insbesondere danach, ob dieses - ohne Abstandhalter - besonders leicht und flexibel, jedoch mit relativ geringerer mechanischer Festigkeit oder mit größerer mechanischer Festigkeit und nahezu ebenso flexibel mit darin angeordneten Abstandhaltern sowie mit einer die Freiheit der Schaumstoffisolierung von Feuchtigkeit und somit den Wirkungsgrad der Wärmedämmung gewährleistenden Feuchtineldeader hergestellt werden soll, die aus meßtechnischen Gründen bevorzugt im Abstand vom Metallrohr gehalten wird, wie dies mittels hierzu vorgesehener Klemmschlitze oder Öffnungen der Abstandhalter möglich ist.The preferred embodiment variant in each case is essentially based according to the dimensions and the intended use of the district heating pipe to be produced, in particular whether this - without spacers - is particularly light and flexible, but with relatively lower mechanical strength or with greater mechanical strength Strength and almost as flexible with spacers arranged therein as well with one the freedom of the foam insulation from moisture and thus the efficiency the thermal insulation ensuring wet line lead is to be produced, the for metrological reasons is preferably kept at a distance from the metal tube, such as this by means of clamping slots or openings in the spacers provided for this purpose is possible.
Zur Herstellung eines solchen Abstandhalter aufweisenden Fernwärmeleitungsrohres wird das vorzugsweise gewellt, insbesondere ringgewellt, vorgeformte Medienrohr vor der Extrusion des Kunststoffmantels in gleichmäßigen Abständen mit z.B. segmentförmigen, vom Zentrum abstehende Durchlässe aufweisenden Abstandhaltern bestückt, wobei zumindest einer dieser Durchlässe als sektorförmiger Ausschnitt des Abstandhalters ausgebildet ist. Sodann wird durch die Durchlässe der vorzugsweise in einem geringeren als der Extruderlänge entsprechenden gegenseitigen Abstand angeordneten Abstandhalter zumindest eine Feuchtmeldeader o.dgl. gezogen und der die Isolierung bildende Schaumstoff, vorzugsweise im vorgeschäumten Zustand zwischen die Abstandhalter an die Oberfläche des Medienrohres gespritzt oder in seiner Bewegungsrichtung um dieses extrudiert, während der zugleich oder unmittelbar zuvor schlauchförmig extrudierte Kunststoffaußenmantel bereits intensiv gekühlt wird. Es ist aber gemäß einer anderen Verfahrensvariante auch möglich, bei entsprechend intensiver Kühlung des aus dem Extruder austretenden Kunststoffmantels diesen unmittelbar auf die Oberfläche der zuvor gegebenenfalls kalibrierten und hierbei geglätteten Schaumstoffisolierung zu extrudieren. Falls diese Verfahrensvariante zur Herstellung eines Fernwärmerohres mit Abstandhaltern angewendet wird, kann es in manchen Fällen zweckmäßig sein, diese vor der Extrusion des Kunststoffaußenmantels mit einer Folie z.B. Papier zu umhüllen, z.B. wenn aus Montagegründen ein leichtes Abheben bzw. Abziehen des Außenmantels an Abzweigstellen oder Rohrenden erwünscht ist.For the production of such a spacer having district heating pipe the media pipe, which is preferably corrugated, in particular ring corrugated, is preformed before the extrusion of the plastic jacket at regular intervals with e.g. segment-shaped, equipped with spacers having passages protruding from the center, with at least one of these passages is designed as a sector-shaped cutout of the spacer is. Then, through the passages, the preferably in a smaller than the Extruder length corresponding to the mutual spacing arranged spacers at least a moisture detector or the like. drawn and the foam forming the insulation, preferably in the pre-expanded state between the spacers on the surface of the media pipe injected or extruded around it in its direction of movement, while the plastic outer jacket, which was extruded in tubular form at the same time or immediately beforehand is already being cooled intensively. But it is according to a different variant of the method also possible with correspondingly intensive cooling of the one emerging from the extruder Plastic sheath this directly onto the surface of the previously if necessary to extrude calibrated and smoothed foam insulation. If this process variant for the production of a district heating pipe with spacers is used, it may be useful in some cases to do this before extrusion of the plastic outer jacket to be wrapped in a film, e.g. paper, e.g. if made of For assembly reasons, a slight lifting or pulling off of the outer jacket at junction points or pipe ends is desired.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante dieses Verfahrens wird der Kunststoffmantel unmittelbar vor der Bildung der Schaumstoffisolierung extrudiert, und der diese bildende Schaumstoff in den zwischen dem Medienrohr und dem sich als Folge der intensiven Kühlung verfestigenden Kunststoffmantel geschaffenen Ringraum eingespritzt. Dies kann derart erfolgen, daß der Schaumstoff ein Stück hinter dem Austritt des Kunststoffmantels aus dem Extruder in den hierbei geschaffenen Ringraum mittels einer in diesen vorragenden Schaumstoff-Einspritzlanze eingespritzt wird, welche am Extruder außen befestigt ist, in diesen mit ihrer Spritzdüse vorragt und an ihrem freien äußeren Ende mit einer Schaumstoffdosiervorrichtung verbunden ist, um den Schaumstoff im vorgeschäumten Zustand einzuspritzen.According to a preferred embodiment of this method the plastic jacket is extruded just before the foam insulation is formed, and the foam forming this in the between the media pipe and the as The annulus created as a result of the intensive cooling, solidifying the plastic jacket injected. This can be done in such a way that the foam is a little behind the Exit of the plastic jacket from the extruder into the annulus created in this way is injected by means of a foam injection lance protruding into this, which is attached to the outside of the extruder, protrudes into this with its spray nozzle and is connected at its free outer end to a foam dosing device, to inject the foam in the pre-expanded state.
Gemäß einer anderen Verfahrensvariante, die insbesondere zur Herstellung von abstandhalterfreien Fernwärmerohrleitungen angewendet wird, welche dennoch die hohe Schaumstoff-Dichte, -Verzellung und -Festigkeit aufweisen, ist vorgesehen, daß die Schaumstoffisolierung in Koextrusion mit dem Kunststoffmantel nahezu zugleich mit diesem extrudiert wird, wobei der Mantel besonders intensiv gekühlt und vakuumkalibriert wird, während der in den von ihm um das Medienrohr geführten Ringhohlraum extrudierte Schaumstoff allmählich aufschäumt und erst - nach Verdrängung der darin enthaltenen Luft - an einer Stelle des Kunststoffmantels zur haftenden Berührung seiner Innenfläche gelangt, wo dieser nicht allein verfestigt, sondern auch bereits ausreichend gekühlt ist.According to another variant of the method, in particular for the production of spacer-free district heating pipelines, which are nonetheless the have a high density, cellular structure and strength of the foam, it is intended that that the foam insulation in coextrusion with the plastic jacket almost at the same time is extruded with this, the jacket being cooled particularly intensively and vacuum calibrated while the extruded into the annular cavity guided by it around the media pipe Foam gradually foams up, and only - after displacing those contained in it Air - at one point on the plastic jacket for adhesive contact with its inner surface where it not only solidifies, but is also sufficiently cooled is.
Der Verzicht auf den bisher allgemein üblichen gewellten metallischen Außenmantel und die flexible Ausführung des Kunststoffmantels eines so hergestellten Fernwärmeleitungsrohres bringen neben einer erheblichen Fertigungskostenersparnis die Vorteile eines geringeren Gewichtes, besserer Biegsamkeit sowie der Freiheit von Korrosionsproblemen mit sich, bei für den Dauerbetrieb bei 100 OC und einem Druck von wenigstens 16 bar für lange Lebensdauer erstellten Fernwärmeleitungen dieser Art.The waiver of the corrugated metallic corrugation that was generally used up to now Outer jacket and the flexible design of the plastic jacket of a manufactured in this way District heating pipe bring not only considerable savings in production costs the advantages of lower weight, better flexibility and freedom of corrosion problems with it, for continuous operation at 100 OC and one Pressure of at least 16 bar for long-term district heating pipes this kind.
Damit der Erfindung gelöste Fertigungsproblem bestand vor allem darin, den Schaumstoff auf möglichst elegante Art zugleich mit der schlauchförmigen Extrusion des Kunststoffmantels in diesen einzubringen. Dies kann sowohl durch Koextrusionsschäumung in einem speziell hierzu eingerichteten Doppelspritzkopf bei gleichzeitiger Mantel-Extrusion und -Kühlung, oder durch Einspritzen des vorgeschäumten Schaumstoffes in den bereits kurz zuvor extrudierten und intensiv gekühlten Kunststoffmantel erfolgen, wie dies nachstehend näher erläutert ist. Der kontinuierliche Abzug eines so angefertigten Fernwärmeleitungsrohres kann mittels einer Abzugsvorrichtung derart erfolgen, wie des in DE-PS 22 03 474 gezeigt und beschrieben ist. Nachstehend ist die Erfindung mit weiteren Einzelheiten und Vorteilen derselben anhand der Zeichnung näher erläutert.The manufacturing problem solved by the invention consisted primarily in the foam in the most elegant way possible at the same time as the tubular extrusion to bring the plastic jacket into this. This can be done both by coextrusion foaming in a double injection head specially set up for this purpose with simultaneous jacket extrusion and cooling, or by injecting the pre-expanded foam into the already Shortly before extruded and intensely cooled plastic jacket take place like this is explained in more detail below. The continuous print of one made in this way District heating pipe can be done by means of an extraction device such as is shown and described in DE-PS 22 03 474. The following is the invention with further details and advantages of the same explained in more detail with reference to the drawing.
In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 in schematischer Darstellung eine zur Anwendung einer Verfahrensvariante eingerichtete Fertigungsstrecke, teilweise geschnitten und Fig. 2 deren Stirnansicht.The drawing shows: FIG. 1 in a schematic representation a for Application of a process variant set up production line, partially cut and FIG. 2 shows its end view.
Die in der Zeichnung dargestellte Fertigungsstrecke zur Herstellung eines flexiblen Fernwärmeleitungsrohres mit einem zentralen Medienrohr 1 aus Metall und mit einer Schaumstoffisolierung 2 in einem Kunststoffmantel 3 umfaßt neben deq nicht gezeigten Ablauf7Abzug- und Abwickeleinrichtungen einen für jede Verfahrensvariante besonders eingerichteten Extruder 7, dem eine Sprühvorkühlung 11, eine Vakuum-Kalibrier-Kühlstrecke 10 und eine mit einem Wärmetauscher 12 gekoppelte Nachkühlstrecke43#n Fertigungsrichtung hintereinander zugeordnet sind, deren letztere zugleich auch als Rohrführung für ein so angefertigtes Fernwärmeleitungsrohr vor dessen Abzug dient. In ähnlicher Weise kann auch dem Extrudereingang eine Rohrführung vorgeordnet bzw. an dessen Einführungsöffnung angebracht sein.The production line shown in the drawing for production a flexible district heating pipe with a central media pipe 1 made of metal and with a foam insulation 2 in a plastic jacket 3 comprises next to deq Sequence 7, not shown, take-off and unwinding devices, one for each variant of the method specially set up extruder 7, which has a spray pre-cooling 11, a vacuum calibration cooling section 10 and an after-cooling section 43 # n coupled to a heat exchanger 12 in the production direction are assigned one behind the other, the latter also serving as a pipe guide for a district heating pipe manufactured in this way is used before it is withdrawn. In a similar way A pipe guide can also be arranged upstream of or at the extruder inlet Insertion opening be attached.
Dies erübrigt sich bei zuvor in regelmäßigen Abständen mit Abstandhaltern 4 bestückten Medienrohren 1, da bei einem solchen die Abstandhalter 4 auch zugleich die konzentrische Halterung und Führung des Rohres bei dessen Durchgang durch den Extruder 7 bewirken, wobei annähernd zugleich der Kunststoffmantel 3 konzentrisch im Abstand um das Mantelrohr 1 schlauchförmig extrudiert und in den so gebildeten Ringraum 5 zwischen dem Kunststoffmantel 3 und dem Medienrohr 1 ein die Schaumstoffisolierung 2 bildender Schaumstoff eingespritzt wird. Vorteilhaft wird vor dem Einführen des so mit Abstandhaltern 4 bestückten Medienrohres 1 wenigstens eine Feuchtineldeader 6 durch die Durchlässe der Abstandhalter 4 hindurch gezogen und an entsprechenden Klemmen oder Schlitzen derselben befestigt.This is not necessary if spacers were used beforehand at regular intervals 4 equipped media pipes 1, as with one of these the spacers 4 also at the same time the concentric support and guidance of the pipe during its passage through the extruder 7, the plastic jacket 3 being approximately at the same time concentric at a distance around the jacket tube 1 extruded tubular and in the so formed Annular space 5 between the plastic jacket 3 and the media pipe 1 a foam insulation 2 forming foam is injected. It is advantageous before the introduction of the media pipe 1 equipped with spacers 4 at least one wet line reader 6 pulled through the passages of the spacer 4 and attached to the corresponding Clamps or slots thereof attached.
Die Abstandhalter 4 können verschieden geformt sein, sofern sie die konzentrische Rohr-Führung und -Halterung des Medienrohres 1 und zugleich freien Durchfluß des flüssig oder vorgeschäumt eingebrachten Schaumstoffes ermöglichen und dessen den Rohr-Zwischenraum restlos füllende Aufschäumung gewährleisten.The spacers 4 can be shaped differently, provided that they concentric pipe guidance and support of the media pipe 1 and at the same time free Allow the liquid or pre-expanded foam to flow through and ensure its foaming that completely fills the pipe gap.
Wesentlich ist hierbei, daß die Abstandhalter 4 zumindest einen sektorförmigen Ausschnitt aufweisen und alle Ausschnitte so fluchtend ausgerichtet sind, daß eine im Extruder angeordnete Schaumstoff-Einspritzlanze 14 von diesen ungehindert passiert werden kann. Hierzu sind beispielsweise auch im wesentlichen sternförmig ausgebildete Abstandhalter geeignet.It is essential here that the spacers 4 have at least one sector-shaped Have cutout and all cutouts are aligned so that one arranged in the extruder foam injection lance 14 of these passes unhindered can be. For this purpose, for example, they are also essentially star-shaped Suitable for spacers.
Mittels der an einem Halter 15 am Extruder 7 vorne befestigten und - dessen Durchgangsöffnung durchsetzend - weit in den Raum dahinter ragenden Schaumstoffeinspritzlanze 14, welche an ihrem äußeren Ende mit einer Schaumdosiervorrichtung 16 verbunden sein kann, wird der vorzugsweise mittels eines Treibgases vorgeschäumte Schaumstoff durch deren endseitige Düse so in den innerhalb des extrudierten und durch intensive Kühlung bis unter die für den Schaumstoff kritische Temperatur abgekühlten Kunststoffmantel 3 eingespritzt, daß er selbst aufschäumend diesen restlos ausfüllt, die Abstandhalter umschließt und die im Ringhohlraum 5 vorhandene Luft verdrängt. Hierbei sind die Abstände und Dickenverhältnisse sowie die Abzugsgeschwindigkeit des so gefertigten Rohres so aufeinander abgestimmt, daß - was für die Qualität der Schaumstoffisolierung 2 von wesentlicher Bedeutung ist - die Aufschäumung verhältnismäßig langsam, ruhig und gleichmäßig erfolgen kann. Hierzu ist es notwendig, daß die Spritzdüse der Einspritzlanze 14 ausreichend tief in Fertigungsrichtung in den Ringhohlraum 5 hineinragt und mit dem Einspritzende abwärts weist, so daß sich der austretende Schaumstoff von unten her gleichmäßig und beständig mit einer gewissen Schräge seiner der Außenluft zugekehrten Fläche aufzubauen vermag.By means of the front attached to a holder 15 on the extruder 7 and - penetrating its passage opening - foam injection lance protruding far into the space behind it 14, which is connected to a foam metering device 16 at its outer end can be, the foam preferably prefoamed by means of a propellant gas through its end nozzle so into the inside of the extruded and through intense Cooling to below the critical temperature for the foam plastic jacket 3 injected so that it fills this completely foamingly, the spacers encloses and displaces the air present in the annular cavity 5. Here are the Distances and thickness ratios as well as the take-off speed of the so manufactured Pipe so coordinated that - what the quality of the foam insulation 2 essential Importance is - the foaming is proportionate can be done slowly, calmly and evenly. For this it is necessary that the spray nozzle the injection lance 14 sufficiently deep in the manufacturing direction into the annular cavity 5 protrudes and the injection end points downwards so that the exiting Foam from below evenly and consistently with a certain slope of its able to build up the surface facing the outside air.
Zugleich wird der schlauchförmig extrudierte Kunststoffmantel 3, zunächst mittels der Sprühvorkühlung 11 unmittelbar bei dessen Austritt aus dem Spritzmund vorgekühlt und anschließend in der Vakuum-Kalibrier-Kühlstrecke 10, welche mit einer besonderen Kuhleinrichtung 9, z.B. einer Sole-durchströmten Kühlschlange, sowie mit einer Luftpumpe 8 ausgestattet ist, zugleich formgetreu kalibriert, geglättet und unter 150 0C abgekühlt. In diesem Zustand wird der so gebildete Außenmantel 3 zusammen mit seinem Innenrohr 1 und gegebenenfalls den Abstandhaltern 4 anschließend durch eine mit einem Wärmetauscher 12 gekoppelte Nachkühistrecke 13 hindurchgeführt, wobei ihm noch soviel Restwärme abgezogen wird, daß seine Innentemperatur nicht mehr als etwa die für die Schäumung günstige Temperatur von 100 0C aufweist. Die Nachkühlstrecke 13 dient zugleich als Rohrführung, von welcher das so fertiggestellte Fernwärmeleitungsrohr/in dessen Inneren mittlerweile die Wärmeisolierung 2 ihre bleibende Form und Konsistenz erlangt haht, mittels einer bekannten Abzugseinrichtung einer Aufwickelvorrichtung zugeführt, die hier nicht gezeigt sind.At the same time, the tubular extruded plastic jacket 3, first by means of the pre-cooling 11 immediately upon its exit from the spray mouth pre-cooled and then in the vacuum calibration cooling section 10, which with a special cooling device 9, e.g. a cooling coil through which the brine flows, as well as is equipped with an air pump 8, at the same time calibrated true to shape, smoothed and cooled down below 150 ° C. In this state, the outer shell thus formed becomes 3 together with its inner tube 1 and optionally the spacers 4 then passed through a post-cooling section 13 coupled to a heat exchanger 12, so much residual heat is still withdrawn from him that his internal temperature is not has more than about the temperature of 100 ° C., which is favorable for foaming. the After-cooling section 13 also serves as a pipe guide, from which the completed District heating pipe / inside which meanwhile the thermal insulation 2 their Lasting shape and consistency was achieved by means of a known pull-off device fed to a winding device, which are not shown here.
In ähnlicher Weise kann - ohne die Notwendigkeit von Abstandhaltern 4 - ein solches Fernwärmeleitungsrohr in an sich bekannter Weise erstellt werden, wobei jedoch zur Gewährleistung der geforderten Qualität insbesondere Dichte, Wärmebeständigkeit, Festigkeit und Wärmedämmung der Schaumstoffisolierung 2 bei gleichzeitiger Bildung des Kunststoffaußenmantels 3 eine ähnliche intensive und nachhaltige Kühlung des nahezu zugleich mit der Schaumstoffisolierung ausgeformten Kunststoffaußenmantels 3 herbei-RefWhrt werden muß. Dies kann in der gleichen Weise erfolgen, wie dies in Verbindung mit der zuvor beschriebenen Verfahrensvariante gezeigt ist.Similarly, it can - without the need for spacers 4 - such a district heating pipe can be created in a manner known per se, however, to ensure the required quality, in particular density, heat resistance, Strength and thermal insulation of the foam insulation 2 with simultaneous formation of the plastic outer jacket 3 a similar intensive and sustainable cooling of the Plastic outer jacket formed almost at the same time as the foam insulation 3 must be brought forward. This can be done in the same way as this is shown in connection with the method variant described above.
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