DE69425129T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Kunststoffrohres und Kunststoffrohr - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffrohrs, welches Formerinnerungseigenschaften aufweist, so daß sich der Durchmesser bei Erwärmung vergrößert, wobei das Rohr beispielsweise bei der Auskleidung von Rohrleitungen eingesetzt wird, wobei Kunststoffwerkstoff extrudiert und in einer Rohr-Formungsvorrichtung zu einem Rohr geformt wird und anschließend in eine Form eingelegt wird, in welcher sich der Rohrdurchmesser verringert. Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kunststoffrohrs.
• Es ist bekannt, Kanaldüker und andere Rohrleitungen auszubessern, indem ein verschlissenes Rohr mit einem Kunststoffrohr ausgekleidet wird. Für gewöhnlich ist es bevorzugt, daß die Außenfläche des Futterrohrs an der Innenfläche des alten ausgebesserten Rohrs anliegt. In der Praxis ist es nahezu unmöglich, ein Futterrohr in ein altes Rohr einzuführen, das diese Bedingung erfüllt. Aus diesem Grund ist es in der Praxis bekannt, den Durchmesser des für das Auskleiden verwendeten Kunststoffrohrs vor dem Einführen in ein altes Rohr zu verringern. Die Reduzierung des Durchmessers eines kalten Rohrs verleiht dem Rohr eine Formerinnerungseigenschaft, welche die Wiederherstellung des ursprünglichen Rohrdurchmessers durch Erwärmung des Rohrs ermöglicht. Das Futterrohr kann somit in das alte Rohr eingeführt werden, wenn es sich im geschrumpften Zustand befindet, und wenn das Rohr erwärmt wird, dehnt es sich wieder auf seinen ursprünglichen Durchmesser aus. Zu diesem Zweck verwendete thermoplastische Rohre werden für gewöhnlich aus. Polyethylen hergestellt.
• Ein Kunststoffrohr wird in der Regel in seinen Abmessungen verringert, indem ein in einem Extruder hergestelltes Rohr abkühlen kann und anschließend durch eine konische Kontraktionsform in einer geeigneten Stufe durchgezogen wird. Der größte Nachteil bei diesem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist, daß das Rohr in einem separaten Schritt nach dem Extrusionsschritt in seinen Abmessungen verringert werden muß, wodurch die Herstellungskosten erhöht werden. Das Verfahren erfordert zudem einen großen Energieaufwand beim Kontraktionsschritt.
• Das Patentdokument JP-A-55049218 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmerückgewinnungsrohrs für das Auskleiden von Rohren. Um eine Veränderung der Länge des Rohrs bei der Wärmeausdehnung zu vermeiden, ist das Rohr gewellt. Die Patentdokumente GB-A-1310915 und JP-A-5627317 beschreiben Verfahren zur Herstellung einer Auskleidung in Form eines extrudierten Rohrs, welches vernetzt ist und mit Hilfe eines Ziehverfahrens in seinem Durchmesser reduziert ist.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, welches die Herstellung von Kunststoffrohren mit permanenten Formerinnerungseigenschaften ermöglicht und welches keinen separaten Kunststoffrohr-Kontraktionsschritt umfaßt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird in Anspruch 1 beschrieben.
• Da das Auftreten einer Vernetzungsreaktion im Kunststoffwerkstoff in der Rohr-Formungsvorrichtung bewirkt wird; und der aus dem vernetzten Kunststoffwerkstoff geformte Schlauch sofort nach dem Rohr-Formungsschritt in seiner Abmessung verringert wird, dehnt sich das auf diese Weise in einem einzigen Schritt hergestellte Kunststoffrohr während der anschließenden Erwärmung im wesentlichen wieder auf den Durchmesser aus, den es während der Vernetzungsreaktion hatte. Der Energieverbrauch ist demnach geringer als bei dem Verfahren des Stands der Technik, da die Verringerung der Abmessung des Werkstoffs in einem plastischen Zustand in einen kleineren Durchmesser weniger Kraftaufwand erfordert als die Reduzierung der Abmessung eines fertigen kalten Rohrs.
• Um zu gewährleisten, daß die Formerinnerungseigenschaft stark genug ist, sollte der Vernetzungsgrad des Rohrwerkstoffs zwischen 5% und 30% liegen, vorzugsweise bei etwa 10%. Die Formerinnerungseigenschaft des Rohrs wird gestärkt, wenn das Rohr bei der Verringerung des Durchmessers gekühlt wird. Das Volumen des Kunststoffwerkstoffs verändert sich während der Durchmesserreduzierung nicht, wodurch die Wandstärke des Rohrs zunimmt und/oder das Rohr länger wird, während sich der Rohrdurchmesser verringert. Da das Rohr entsprechend kürzer wird, wenn es während des Auskleidens erwärmt wird, ergeben sich mehrere Nachteile, da sich die Rohrlänge bis zu 6% während der Erwärmung verringern kann. Beispielsweise kann, wenn die Entfernung zwischen angrenzenden Kanalschächten in einem Kanaldüker 100 Meter beträgt und das Rohr mit einem Rohr gleicher Länge ausgekleidet wird, die Abnahme der Länge des Rohrs 6 Meter betragen, wodurch die Verbindung des Futterrohrs mit den Kanalschächten beispielsweise erheblich erschwert wird. Um diesen Nachteil zu vermeiden, kann das Kunststoffrohr, wie es in Anspruch 7 vorgeschlagen ist, von der Kontraktionsform in eine Wellvorrichtung für das zumindest teilweise Wellen des Rohrs transportiert werden. Da der Rohrdurchmesser bei Erwär mung zunimmt, wird die Wellung etwas schwächer, wodurch die Länge des Rohrs vergrößert wird. Da die Wellung die Rohrlänge vergrößert und eine Reduzierung des Rohrdurchmessers die Rohrlänge verkürzt, können sich diese beiden gegensätzlichen Auswirkungen ausgleichen, so daß die Länge des Futterrohrs während der Erwärmung unverändert bleibt.
• Oft entstehen Löcher bei Rohren bei alten Rohrleitungssystemen, oder es bilden sich Löcher nach dem Auskleidungsvorgang. Falls die Rohrleitung ein unter Druck gesetztes Fluid leitet, muß die Wandstärke des Futterrohrs derart sein, daß das Futterrohr allein den im Rohr vorherrschenden Drücken standhält. Eine Alternative zur Erhöhung der Wandstärke ist es, das fertige Rohr mit einem schlauchartigen Gewebe zu umschließen, welches bei einem dem Außendurchmesser des Rohrs nach der Erwärmung identischen Durchmesser im wesentlichen unelastisch ist. In den meisten Fällen ist die Verwendung derartiger Gewebe deutlich billiger als die Vergrößerung der Wandstärke.
• Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kunststoffrohrs mit Formerinnerungseigenschaften, so daß der Durchmesser des Rohrs zunimmt, wenn das Rohr erwärmt wird, wobei das Rohr beispielsweise für die Verwendung bei der Auskleidung von Rohrleitungen gedacht ist. Die Vorrichtung umfaßt eine Rohr-Formungsvorrichtung zur Formung von extrudiertem Kunststoffwerkstoff in ein Rohr und eine Form zur Reduzierung des Rohrdurchmessers.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kontraktionsform in unmittelbarer Nähe zur Rohr-Formungsvorrichtung angeordnet ist; und daß eine Wellvorrichtung nach der Kontraktionsform für das zumindest teilweise Wellen des Kunststoffrohrs vorgesehen ist.
• Da die Kontraktionsform unmittelbar nach der Rohr-Formungsvorrichtung angeordnet ist, ist das Kunststoffrohr, welches aus der Kontraktionsform entnommen wird, immer noch soweit in einem plastischen Zustand, daß es in einer nach der Kontraktionsvorrichtung angeordneten Wellvorrichtung gewellt werden kann.
• Das Wellen ermöglicht die Kompensation der Verkürzung des Rohrs während der Erwärmung auf einfache Art und Weise, so daß die Länge des Rohrs während des Auskleidungsvorgangs unverändert bleibt.
• Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen der Erfindung anhand der anliegenden Zeichnungen.
• Es zeigen:
• Fig. 1 eine allgemeine vertikale Teilansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
• Fig. 2 ein Längsschnittansicht eines Abschnitts eines erfindungsgemäßen Rohrs.
• Fig. 1 zeigt eine Rohr-Formungsvorrichtung 1, welche mit einem nicht gezeigten Extruder verbunden ist. Die Rohr-Formungsvorrichtung umfaßt eine äußere rohrförmige Form 2 und einen zylindrischen Kern 3, welcher konzentrisch in der Form 2 angeordnet ist. Der aus dem Extruder austretende Kunststoffwerkstoff ist mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet. Die Vorrichtung umfaßt zudem eine Rohr-Kontraktionsform 5, welche ein Außenrohr 6 und einen inneren Kontraktionskern 7, der die Form eines Kegelstumpfes hat, aufweist. Das Außenrohr 6 der Kontraktionsform 5 ist ebenfalls konisch. Die Bauteile 6 und 7 verjüngen sich in Produktionsrichtung der Vorrichtung, wodurch der Durchmesser eines Kunststoffrohrs, welches zwischen diesen beiden Bauteilen angeordnet ist, in eine Richtung weg von der Rohr-Formungsvorrichtung 1 reduziert wird.
• Eine Kunststoffrohr-Wellvorrichtung 8 ist nach der Kontraktionsform 5 angeordnet. Die Vorrichtung umfaßt aufeinanderfolgende Kokillenformen 9 und 10, welche eine derartige Halbkreisform aufweisen, daß sie einen geschlossenen Formungsraum um das Kunststoffrohr herum für dessen Formung aufweisen. Die Kokillenformen 9, 10 bewegen sich entlang zweier kontinuierlicher Wege auf eine Art und Weise, daß sie sich, wenn sie um das Rohr angeordnet sind, in Rohrproduktionsrichtung bewegen, d. h. in Fig. 1 von rechts nach links. Die Kokillenformen 9 weisen eine wellenförmige Innenfläche 11 auf, und die Kokillenformen 10 weisen eine glatte Innenfläche 12 auf. Ein Rohr 13 ist auf der Mittellinie der Vorrichtung vorgesehen, wobei das Rohr 13 Öffnungen 14 in einem nach dem Kontraktionskern 7 angeordneten Abschnitt aufweist. Eine runde Platte 15, welche als ein Stöpsel für das Rohr dient, ist am hinteren Ende des Rohrs 13 befestigt. Das fertige Kunststoffrohr ist mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet.
• Erfindungsgemäß ist die Rohr-Kontraktionsform 5 im wesentlichen unmittelbar nach der Rohr-Formungsvorrichtung 1 vorgesehen, wenn man die Anordnung in Richtung der Bewegung des Kunststoffrohrs betrachtet. Ferner ist die Wellvorichtung 8 nach der Kontraktionsform 5 in naher Entfernung angeordnet, wie es in Anspruch 7 definiert worden ist.
• Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung arbeitet auf folgende Weise. Eine Substanz, welche das Ablaufen einer Vernetzungsreaktion in dem Kunststoffwerkstoff bewirkt, sobald sich der Werkstoff in der Rohr-Formungsvorrichtung 1 befindet, wird dem Kunststoffwerkstoff im Extruder oder zuvor zugesetzt. Bei der Substanz kann es sich beispielsweise um Peroxid handeln. Ein geeigneter Vernetzungsgrad liegt zwischen 5% und 30%, vorzugsweise bei etwa 10% in der Rohr-Formungsvorrichtung 1. Von einem Extruder gelieferter, sich in einem plastischen Zustand befindender licher Kunststoffwerkstoff 4 gelangt in die Rohr- Formungsvorrichtung 1 zwischen dem Außenrohr 2 und dem Kern 3, wodurch der Werkstoff in ein Rohr mit glatten Wänden geformt wird. Gleichzeitig findet im Rohr die oben erwähnte Vernetzungsreaktion statt. In den meisten Fällen ist die Vernetzungsreaktion noch nicht vollständig beendet, wenn sich das Rohr in der Rohr-Formungsvorrichtung befindet, aber die Reaktion setzt sich auch in der Kontraktionsform 5 oder sogar in der Wellvorrichtung 8 fort.
• Von der Rohr-Formungsvorrichtung gelangt der immer noch heiße Kunststoffwerkstoff in die Kontraktionsform 5, wo der Rohrdurchmesser reduziert wird. Von der Kontraktionsform 5 gelangt das Rohr, das immer noch einen plastischen Zustand aufweist, in die Wellvorrichtung 8, wo die Rohrwand gegen die Innenfläche der Kokillenformen aufgrund eines unter Druck gesetzten Gases, das durch die Löcher 14 des Rohrs 13 einströmt, gedrückt wird. Der Stöpsel 15 verhindert, daß das Gas aus dem Rohr entweicht. Wie es aus Fig. 1 ersichtlich ist, weisen die Innenflächen der Kokillenformen 9 eine Wellenform auf, beispielsweise eine Sinusform, wohingegen die Innenflächen der Kokillenformen 10 planar sind, wodurch das fertige Rohr 16 über einen Abschnitt seiner Länge gewellt ist, hingegen ansonsten glatt ist, wie es aus Fig. 2 ersichtlich ist.
• Die Kontraktionsfrom 5 kann mit nicht dargestellten Vorichtungen für das Abkühlen des Rohrs auf ein gewisses Maß versehen sein. Alle Kokillenformen der Wellvorrichtung 8 können ähnlich den Kokillenformen 9 ausgebildet sein, so daß das Rohr entlang seiner gesamten Länge gewellt wird.
• In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auf die Wellvorrichtung verzichtet werden, so daß lediglich ein glattes Rohr hergestellt wird. Dieses Verfahren bietet keine Lösung für das Problem, welches mit der Verkürzung des Rohrs bei der Auskleidung verbunden ist, wohingegen es jedoch ein Rohr aus vernetztem Kunststoff erzeugt, wie z. B. ein Polyolefinrohr, das eine Formerinnerungseigenschaft hinsichtlich des Durchmessers auf eine einfache energiesparsame Art und Weise aufweist.
• Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung kann das Rohr 16 von einem schlauchartigen Gewebe 17 umgeben sein, welches bis zu einem Durchmesser, der dem Außendurchmesser des Rohrs nach seiner Ausdehnung als ein Ergebnis der mit dem Auskleidungsverfahren verbundenen Erwärmung entspricht, elastisch ist, wohingegen es ab diesem Durchmesser unelastisch ist. Das Gewebe kann somit eng um das Rohr herum während der Rohrherstellungsstufe angeordnet werden, und wenn sich der Rohrdurchmesser bei der Erwärmung vergrößert, dehnt es sich auf einen gewünschten Durchmesser aus. Wenn das Gewebe verwendet wird, kann die Wandstärke des Kunststoffrohrs geringer gehalten werden als bei Rohren, bei denen kein derartiges Gewebe verwendet ist. Falls es gewünscht ist, kann das Gewebe durch einen Kunststoffüberzug, der auf dem Gewebe nach dem Wellvorgang aufgebracht wird, geschützt werden.
• Die Erfindung ermöglicht die Herstellung eines Kunststoffrohrs, welches eine Formerinnerungseigenschaft aufweist, so daß sich der Rohrdurchmesser durch Erwärmung vergrößert, und das zumindest abschnittsweise entlang seiner Länge gewellt ist. Ein Vorteil eines derartigen Rohrs ist es, daß seine Wellung die Verkürzung des Rohrs bei der Erwärmung ausgleicht, so daß die Gesamtlänge des Rohrs unverändert bleibt. Diese Art von Rohr kann mit Hilfe der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung hergestellt werden. Die Länge des gewellten Rohrabschnitts im Hinblick auf die Gesamtlänge des Rohrs hängt von dem Schrumpfgrad des Rohrs und der Wellenform der Wellung ab. In den meisten Fällen ist es bevorzugt, daß 10% bis 50%, vorzugsweise in etwa 30%, der Länge des Rohrs gewellt ist.
• Ein zum Teil oder vollständig gewelltes, vernetztes Kunststoffrohr kann ebenso in ein nicht gewelltes Außenrohr eingeführt werden, wobei das Außenrohr vorzugsweise aus Metall, beispielsweise Stahl hergestellt ist. Ein derartiges Rohrele ment kann z. B. für Warmwasser-Rohrleitungen in Gebäuden verwendet werden. Ein bevorzugtes leicht-gewelltes Kunststoffrohr wird dadurch vorgespannt, indem eine gewünschte Längsverformung erfolgt und das vorgespannte Kunststoffrohr anschließend an den Enden am Außenrohr befestigt wird. Das Vorspannen des Innenrohrs vermindert die in axialer Richtung des Rohrs auftretenden Kräfte durch Temperaturveränderungen, und die Wellung des Innenrohrs gleicht die Verlängerung oder Verkürzung aufgrund der Temperaturveränderungen aus.
• Die Erfindung ist nicht auf die mit Hilfe von Beispielen oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb des Gebiets der anliegenden Ansprüche variieren. Dementsprechend kann der Vernetzungsgrad des Kunststoffwerkstoffs 4 erheblich größer als 5% in der Rohr-Formungsvorrichtung 1 sein. Die Kontraktionsform kann sich darüberhinaus innerhalb der Wellvorrichtung erstrecken, und anstelle eines internen Überdrucks kann das Kunststoffrohr in der Wellvorrichtung mit Hilfe eines Vakkuums, das von außerhalb des Rohrs wirkt, gegen die Innenwand der Kokillenformen gedrückt werden. Die Innenfläche 11 der Kokillenformen 9 könnte auch andere Formen als die oben erwähnte Wellenform aufweisen. Einige Formen könnten ohne Nuten versehen sein, und die Oberfläche könnte sich wellende Nuten an langen, gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Abständen voneinander aufweisen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffrohrs, welches Formerinnerungseigenschaften aufweist, so daß sich der Durchmesser des Rohrs bei Erwärmung vergrößert, wobei Kunststoff (4) extrudiert und in einer Rohr-Formungsvorrichtung (1) zu einem Rohr geformt wird, und eine Vernetzungsreaktion ausgelöst wird, welche im Kunststoff (4) abläuft, sobald sich der Werkstoff in der Rohr-Formungsvorrichtung (1) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr von der Rohr-Formungsvorrichtung (1) in eine Kontraktionsform (5) gelangt, in welcher es noch in plastischem Zustand in seinen Abmessungen verringert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vernetzungsgrad des Kunststoffrohrs (16), welches in der Rohr-Formungsvorrichtung (1) hergestellt wird, zwischen 5% und 30%, vorzugsweise in etwa 10% beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (16) unmittelbar nach seiner Herstellung in der Rohr- Formungsvorrichtung (1) in die Kontraktionsform (5) gelangt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffrohr in der Kontraktionsform (5) gekühlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffrohr von der Kontraktionsform (5) in eine Wellvorrichtung (8) für das zumindest teilweise Wellen des Rohrs transportiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gewebe (17) ähnlich der Form eines Schlauches um das fertige Rohr angeordnet wird, wobei das Gewebe bei einem Durchmesser, der dem Außendurchmesser des Rohrs (16) nach der Erwärmung des Rohrs entspricht, im wesentlichen unelastisch ist.

7. Vorrichtung zur Herstellung eines Kunststoffrohrs, welches Formerinnerungseigenschaft aufweist, so daß sich der Durchmesser des Rohrs bei Erwärmung vergrößert, wobei die Vorrichtung eine Rohr-Formungsvorrichtung (1) für die Formung des extrudierten Kunststoffs (4) in ein Rohr (16) aufweist, und eine Wellvorrichtung (8) für das zumindest teilweise Wellen des Kunststoffrohrs (16), dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Form (5) zur Reduzierung des Rohrumfangs aufweist und in unmittelbarer Nähe zur Rohr-Formungsvorrichtung (1) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontraktionsform (5) Vorrichtungen zum Kühlen des Rohrs aufweist.