DE10021523C2 - Rohr - Google Patents
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- F16L59/00—Thermal insulation in general
- F16L59/14—Arrangements for the insulation of pipes or pipe systems
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Description
Die Erfindung betrifft ein Rohr für den Transport flüssiger oder gasförmiger Medien,
bestehend aus polymerem Werkstoff, mit wenigstens einem Medium führenden In
nenrohr, einem Außenrohr, einer sich zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr
befindlichen Wärmeisolationsschicht aus einem aufgeschäumten polymeren Werk
stoff und einer an der Innenseite und/oder Außenseite und/oder innerhalb der Wan
dung des Innenrohres befindliche Sperrschicht, wobei die Sperrschicht aus einem
polymeren Werkstoff besteht.
Ein gattungsgemäßes Rohr ist aus der
DE 33 07 120 A1 bekannt.
Dieses Rohr besteht aus mindestens einem medi
umführenden Innenrohr, einem Außenrohr und einer zwi
schen den Rohren befindlichen Wärmeisolationsschicht aus
in situ aufgeschäumtem Kunststoff auf der Basis von Poly
urethan bzw. Polyisocyanat. Das Innenrohr soll aus einem
vernetzten Kunststoff bestehen und an seiner Innen- und/
oder Außenseite bzw. innerhalb seiner Wandung eine metal
lische Lage aufweisen, wobei das Außenrohr ebenfalls aus
Kunststoff, vorzugsweise einem vernetzten Kunststoff be
steht.
Dieses Rohr soll unter Beibehaltung der aus dem
Stand der Technik bekannten Flexibilität und der guten Wär
medämmung preisgünstiger herstellbar und korrosionsbe
ständiger gegenüber aggressiven Medien sein.
Die metallische Lage, welche in Form einer Me
tallfolie, insbesondere einer Aluminiumfolie mit einer
Wanddicke von 0,1 bis 0,5 mm aufgebracht ist, soll verhin
dern, dass Wasserdampf durch die Wandung des Innenroh
res hindurch in die Schaumschicht diffundieren kann, was
unter Umständen zu einer Zerstörung des Schaumstoffes
führen kann. Dazu ist es erforderlich, dass die metallische
Lage in sich geschlossen ist.
Diese metallische Lage weist beidseitig eine Be
schichtung auf, die eine Verklebung zwischen dem Innen
rohr und der unterhalb der Schaumstoffschicht positionier
ten Kunststoffschicht realisieren soll.
Hiermit soll erreicht werden, dass beim Biegen des
Rohres die Metallfolie nicht einreißt oder knittert.
Auf die Wärmeisolationsschicht ist eine weitere
metallische Lage in Form einer einseitig beschichteten Alu
miniumfolie aufgebracht, die eine Verklebung zwischen der
Aluminiumfolie und der Schaumstoffschicht realisieren
soll.
Auf diese Aluminiumfolie wird nun als Außen
mantel ein extrudiertes Kunststoffrohr aufgebracht, welches
zweckmäßigerweise aus einem Polyolefin hergestellt ist.
Bei einem derart komplizierten Rohraufbau, wie er
in der DE 33 07 120 A1 beschrieben ist, sind jedoch die erfor
derlichen Herstellungskosten sehr hoch, so dass ein wirt
schaftlicher Einsatz eines derartigen Rohres nicht möglich
ist.
Ein weiterer Nachteil wird darin gesehen, dass die
einzubringenden Metallfolien neben der aufwendigen Be
schichtung mit Klebstoffen, welche ein- oder zweiseitig aus
geführt sein sollte, eine Schwachstelle an ihren Berührungs
kanten aufweisen.
Hier muß eine ausreichende Überlappung der Me
tallfolie vorgesehen werden, was die Material- und Herstel
lungskosten weiter erhöht, wobei trotzdem nicht gesichert
ist, dass bei der Verlegung dieses Rohres in kleinen Biegera
dien die Metallfolie knittert bzw. aufreißt.
Weiterhin nachteilig muß gesehen werden, dass auf
diese erste Metallfolie eine Kunststoffschicht aufextrudiert
ist, die als weitere Schutz- und Stützschicht fungiert und die
die Wirtschaftlichkeit eines derart hergestellten Rohres in
Frage stellt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der
Rohraufbau noch weiter kompliziert worden, indem zwi
schen die Schaumstoffschicht und das Außenrohr eine wei
tere Metallfolie eingebracht ist, welche mindestens eine ein
seitige Klebstoffbeschichtung aufweist. Hierdurch wird
zwar die Wasserdampfdiffusion noch weiter reduziert und
die Sauerstoffpermeation von außen nach innen reduziert,
wobei jedoch die Wirtschaftlichkeit eines derartigen Rohres
auf der Strecke bleibt.
Durch die Verwendung derartiger Metallfolien
kommt es weiterhin zu einer nachteiligen Reduzierung der
Flexibilität des Gesamtrohres, da sowohl die lineare Verle
gung als auch die Realisierung von Biegeradien abhängig
von den Eigenschaften der verwendeten Metallfolie ist.
Aus der EP 0 459 973 A1 ist ein weiteres gattungsgemäßes Rohr bekannt. Bei diesem
Rohr sind 2, in definiertem Abstand voneinander angeordnete, zueinander parallel
verlaufende Leitungsrohre in einem wärmedämmenden Material eingebettet, wobei
die außenliegende Schale im Querschnitt von der Kreisform abweicht und eine länge
re Achse des Querschnittes in der Ebene der Achse der beiden Längsrohre aufweist
und zwischen den Leitungsrohren und der Außenschale wenigstens eine Sperr
schicht für Sauerstoff und/oder Wasserdampf angeordnet ist. Nachteilig bei diesem
Rohr wird jedoch gesehen, dass die Kosten eines derartigen Rohres zumindest in der
Herstellung sehr hoch sind, so dass ein wirtschaftlicher Einsatz eines derartigen Roh
res als nicht möglich gesehen wird.
Ein weiteres gattungsgemäßes Rohr ist aus der
EP 0 538 538 A bekannt. Bei diesem Rohr besteht die Außen
schicht aus einem vernetzten Polyethylen-Butyl-Acrylat-
Copolymer, welches eine erhöhte Durchlässigkeit gegen
Wasserdampf aufweist und damit eine Akkumulation von
aus dem mediumführenden Innenrohr heraus diffundieren
den Wasserdampf in die Schaumschicht verhindern soll.
Bei der Verwendung eines derartigen Polyethylen-
Butyl-Acrylat-Copolymeren ist das Rohr zwar bezüglich der
Wasserdampfdiffusion aus dem mediumführenden Innen
rohr optimiert, jedoch sind die mechanischen Eigenschafen
dieses Rohres negativ beeinflußt. Nachteilig bei diesem
Rohr wird gesehen, dass die Kosten bei Verwendung derart
optimierter Copolymere für die Verwendung des erfindungs
gemäßen Rohres unwirtschaftlich sind.
Ein weiterer Nachteil wird darin gesehen, dass die
Sauerstoffpermeation eines derartigen Rohres nicht oder nur
unwesentlich verhindert wird, so dass bei der Verwendung
eines derartigen Rohres noch zusätzliche Schutzmaßnah
men vorgesehen werden müssen.
Bei weiteren aus dem bekannten Stand der Technik
verwendeten Rohren besteht das Außenrohr aus einem un
vernetzten polymeren Werkstoff, wobei hier insbesondere
Polyethylen oder Polypropylen zum Einsatz kommen.
Bei diesen Rohren ist insbesondere bei der Erdver
legung erhöhte Vorsicht geboten, um das Außenrohr, wel
ches als Schutzschicht dient, nicht zu verletzten.
Diese Rohre sind, um möglichst flexibel verlegt
werden zu können, hinsichtlich der Wanddicken der Schutz
schicht sehr dünn ausgeführt, wobei die Wandstärken in die
sem Bereich zwischen von ca. 1 bis 3 mm sind.
Um diese Schutzschicht bei der Verlegung auf der
Baustelle oder bei Belastungen während des Einsatzes, wie
beispielsweise durch Setzungen, Verkehrslasten, nicht zu
beschädigen, ist es zwingend erforderlich, diese Rohre in
eine Sandbettung zu verlegen.
Dies hat den Nachteil, dass bei der Erdverlegung in
einem gewissen Umfang ein Bodenaustausch durchgeführt
werden muß, da das anfallende Aushubmaterial deponiert
und Sand zur Verlegung derartiger Rohre transportiert und
sachgemäß eingebracht werden muß.
Hierdurch werden die Kosten für die Verlegung
derartiger Rohre erheblich gesteigert, so dass die Wirt
schaftlichkeit des Einsatzes derartiger Rohre in Frage ge
stellt werden muß.
Hier setzt die Erfindung ein, die es sich zur Auf
gabe gestellt hat, die Nachteile des bekannten Standes des
Technik zu vermeiden und ein Rohr aufzuzeigen, welches
bei einer optimalen Verhinderung der Wasserdampfdiffu
sion und der Sauerstoffpermeation wirtschaftlich herstellbar
ist, welches aufgrund seiner Flexibilität leichter handhabbar
und ohne zusätzlichen Aufwand erdverlegbar ist und auch
bei keinen Biegeradien eine optimale Verhinderung der
Wasserdampfdiffusion und Sauerstoffpermeation gewähr
leistet.
Erfindungsgemäß wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1
gelöst. Weitere Ausgestaltungen können den Unteransprüchen entnommen werden.
Die Sperrschicht aus einem polymeren Werkstoff
hat den großen Vorteil, dass das erfindungsgemäße Rohr im
Extrusionsverfahren ohne zusätzliche Vorrichtungen, wie
beispielsweise zur Aufbringung von Metallfolien, wirt
schaftlich hergestellt werden kann. Ein weiterer Vorteil wird
darin gesehen, dass diese Sperrschicht, welche in einer vor
teilhaften Ausführung ein Ethylenvinylalkohol ist, die Dif
fusionsvorgänge aus dem im Medium führenden Innenrohr
zu transportierenden Fluid an die Umgebung verhindert und
gleichzeitig die Diffusion von Sauerstoff oder ähnlichen
Stoffen in das Innere des erfindungsgemäßen Rohres verhin
dert.
Es hat sich vorteilhaft herausgestellt, dass bei der
Verwendung von Ethylenvinylakohol für die Sperrschicht
des erfindungsgemäßen Rohres ein Vinylalkoholgehalt von
wenigstens 10% erforderlich ist, um die geforderten Diffusi
onseigenschaften realisieren zu können.
Dies ist auch dann der Fall, wenn das erfindungs
gemäße Rohr in sehr engen Biegeradien verlegt wird, da die
Sperrschicht aus dem polymeren Werkstoff fest mit dem In
nenrohr verbunden, aber gleichzeitig flexibel ausgeführt ist.
Diese Sperrschicht, die in einer weiteren vorteilhaften Aus
führungsform ein aliphatisches Polyketon ist, verhindert
weitgehend die Diffusion von Sauerstoff in das im medium
führenden Innenrohr zu transportierenden Fluids bzw. Ga
ses. Diese Sauerstoffdiffusion führt bekanntermaßen zu ei
ner verstärkten Korrosion an metallischen Teilen, wie z. B.
Armaturen oder auch Rohrleitungen. Überraschend wurde
gefunden, dass die Sperrschicht aus dem polymeren Werk
stoff bereits bei einer aufgebrachten Wandstärke von 1/32
des Außendurchmessers des Innenrohres die optimale Ver
hinderung der Wasserdampfdiffusion und Sauerstoffper
meation gewährleistet, so dass das Preis-Leistungsverhältnis
des erfindungsgemäßen Rohres gegenüber denen aus dem
bekannten Stand der Technik erheblich besser ist.
Um die optimalen Diffusionseigenschaften des er
findungsgemäßen Rohres verbunden mit der hohen Korrosi
onsbeständigkeit des verwendeten Innenrohres auch bei der
Verlegung und Montage kostengünstig umsetzen zu können,
weist das Außenrohr eine gewellte Struktur auf.
Hier hat sich besonders vorteilhaft herausgestellt,
dass bei einem Verhältnis der Wellentiefe zum Abstand
zweier Wellenberge von vorzugsweise 20 bis 25 mm zum
einen die Stabilität und Wickelfähigkeit im Herstellungspro
zeß des erfindungsgemäßen Rohres und zum anderen die
Flexibilität in der Verlegung auch bei kleinen Biegeradien
jederzeit gewährleistet ist.
Weiterhin vorteilhaft ist die Wellentiefe des Au
ßenrohres bevorzugt von 2 bis 4 mm realisiert, was zum ei
nen die Herstellungskosten derartiger Wellrohre begrenzt,
andererseits aber die geforderte Stabilität und Flexibilität
definiert.
Es wurde weiterhin gefunden, dass die Wandstärke
des Außenrohres bevorzugt 1/50 des Außendurchmessers
der Wellenberge beträgt.
Dieser Wert ist ein Optimum aus den für die Flexi
bilität und Stabilität erforderlichen Anforderungen zu den in
der Fertigung kostengünstig und wirtschaftlich realisierba
ren Möglichkeiten.
Ein weitere zusätzlicher Vorteil des erfindungsge
mäßen Rohres ist die Ausführung des Außenrohres in einem
vernetzten polymeren Werkstoff, da somit die Verlegung
ohne zusätzliche Aufwendungen für eine Sandbettung mög
lich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der ver
netzte polymere Werkstoff ein vernetztes Polyethylen, wel
ches sich durch hohe Punktbelastbarkeit ohne Tendenz zur
Spannungsrißbildung auszeichnet.
Aufgrund der gefundenen geometrischen Abhän
gigkeiten der Wellenstruktur des Außenrohres ist es ferner
gelungen, die Stabilität des gesamten Rohres, insbesondere
auch bei Verwendung von größer dimensionierten Wärmei
solationsschichten, bedingt durch erhöhte gesetzliche An
forderungen zu verbessern, so dass trotzdem Flexibilität des
erfindungsgemäßen Rohres erhalten bleibt.
Diese gewellte Struktur des Außenrohres ermög
licht außerdem die Verwendung von Wärmeisolations
schichten mit niedrigeren Dichten, die eine gleich Wärme
leitzahl aufweisen und somit die gleiche Isolationswirkung
haben, so dass die erfindungsgemäßen Rohre kostengünsti
ger herstellbar sind.
Das erfindungsgemäße Rohr kann aufgrund der op
timalen chemischen, mechanischen und thermischen Eigen
schäften kostengünstig hergestellt und verlegt werden, wo
bei hier Biegeradien zulässig sind, die dem doppelten Au
ßendurchmesser der Wellenberge des Außenrohres entspre
chen.
In einer weiteren Ausführungsform des erfin
dungsgemäßen Rohres ist zwischen dem Innenrohr und dem
Außenrohr ein Leerrohr eingebracht.
Dieses Leerrohr, welches ausreichend vom Innen
rohr beabstandet ist, um thermische Einwirkungen zu ver
hindern, ist zur Aufnahme von Kabeln für die elektrische
und/oder optische Nachrichtenübertragung geeignet. Hier
hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass der Abstand des
Leerrohres vom Innenrohr größer als der Abstand vom Au
ßenrohr ist.
Das erfindungsgemäße Rohr soll nun an dem in der
nachfolgenden Figur schematisch dargestellten Ausfüh
rungsbeispiel näher erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1 Schnittdarstellung eines erfindungsgemä
ßen Rohres
Das in der Fig. 1 im Schnitt nicht maßstäblich dar
gestellte Rohr 1 ist mehrschichtig aufgebaut. Dabei umgibt
das Lumen 2 des Rohres 1 die Wandung des Innenrohres 3.
In diesem Ausführungsbeispiel ist auf der Außenseite des
Innenrohres 3 eine Sperrschicht 4 aus einem polymeren
Werkstoff aufgebracht, welcher eine Wandstärke von
0,1 mm aufweist, was ca. 1/30 des Außendurchmessers des
Innenrohres 3 entspricht.
In weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungs
beispielen kann die Sperrschicht 4 auch an der Innenseite
des Innenrohres 3 aufgebracht sein, wobei die Sperrschicht
4 ebenfalls in die Wandung des Innenrohres 3 einbringbar
ist.
Zwischen dem Innenrohr 3 mit der Sperrschicht 4,
welche vollumfänglich sowie über die gesamte Länge mit
diesem verbunden ist und dem Außenrohr 6 ist die Wärmei
solationsschicht 5 eingebracht, welche aus einem aufge
schäumten polymeren Werkstoff besteht. Diese Wärmeiso
lationsschicht 5 ist fest mit dem Außenrohr 6 und über die
Sperrschicht 4 mit dem Innenrohr 3 verbunden.
Das Außenrohr 6 des erfindungsgemäßen Rohres 1
weist eine gewellte Struktur auf, wobei sich Wellenberge 62
und Wellentäler 61 aneinander anschließen. Die Differenz
des Außendurchmessers der Wellenberge 62 und der Wel
lentäler 61 ergibt die Wellentiefe, welche bevorzugt 2 bis
4 mm beträgt.
Die Anordnung der Wellenberge 62 und Wellentä
ler 61 ist in diesem Ausführungsbeispiel alternierend ausge
legt, kann aber auch unregelmäßig alternierend bzw. spiral
förmig über den Umfang des Rohres 1 erfolgen.
Die Wandstärke des Außenrohres 6 beträgt in die
sem Ausführungsbeispiel 1/100 des Außendurchmessers der
Wellenberge 62.
Die Erfindung lehrt weiterhin, dass in dem durch
die Wärmeisolationsschicht 5 ausgefüllten Raum zwischen
dem Innenrohr 3 und dem Außenrohr 6 des erfindungsgemä
ßen Rohres ein Überwachungselement 7 eingebracht ist,
welches zur Registrierung von Undichtigkeiten vorgesehen
ist.
Dieses Überwachungselement 7 kann beispiels
weise ein parallel zur Längsachse des Rohres verlaufendes
elektrisch leitfähiges unisoliertes Kabel sein, wobei ein der
artiges Überwachungselement 7 auch spiralförmig auf der
auf dem Innenrohr 3 befindlichen Sperrschicht 4 aufge
bracht sein kann.
Claims (7)
1. Rohr für den Transport flüssiger oder gasförmiger Medien, bestehend aus poly
merem Werkstoff, mit wenigstens einem Medium führenden Innenrohr, einem
Außenrohr, einer sich zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr befindlichen
Wärmeisolationsschicht aus einem aufgeschäumten polymeren Werkstoff und
einer an der Innenseite und/oder Außenseite und/oder innerhalb der Wandung
des Innenrohres befindlichen Sperrschicht, wobei die Sperrschicht aus einem
polymeren Werkstoff besteht,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Außenrohr (6) aus einem vernetzten polymeren Werkstoff besteht und
dass die Sperrschicht (4) ein Ethylenvinylalkohol und/oder ein aliphatisches Po
lyketon ist.
2. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (6) gewellt
ist.
3. Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Sperrschicht (4) ein Ethylenvinylalkohol mit einem Vinylalkoholgehalt
von wenigstens 10 Gewichtsprozent ist.
4. Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass beim Außenrohr (6) die Wellentiefe bevorzugt 2 bis 4 mm beträgt.
5. Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass beim Außenrohr (6) die Wandstärke bevorzugt 1/50 des Außendurchmes
sers der Wellenberge (62) beträgt.
6. Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass sich zwischen dem Innenrohr (3) und dem Außenrohr (6) wenigstens ein
Leerrohr (8), welches zum Innenrohr (3) beabstandet und zur Aufnahme von
Nachrichtenkabeln geeignet ist, befindet.
7. Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Abstand des Leerrohres (8) vom Innenrohr (3) größer als der Abstand
vom Außenrohr (6) ist.
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Families Citing this family (8)
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2000
- 2000-05-03 DE DE2000121523 patent/DE10021523C2/de not_active Expired - Fee Related
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DE10021523A1 (de) | 2001-11-15 |
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