DE102008008321A1 - Schweißbares Mehrschicht-Kunststoffrohr - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein schweißbares Merhschicht-Kunststoffrohr, bestehend aus mindestens zwei koextrudierten Schichten aus Kunststoff. Mit der Erfindung soll ein schweißbares Merhschicht-Kunststoffrohr geschaffen werden, welches derart ausgebildet ist, dass es auch bei Vorhandensein von vollkommen schweißunverträglichen Schichten sehr gute Schweißeigenschaften aufweist und bei dem einzelne Rohrabschnitte unkompliziert miteinander verbunden werden können. Erreicht wird das dadurch, dass mindestens eine der Schichten aus einem thermisch schweißbaren Kunststoff, eine Schweißschicht (2; 7) zumindest im Kernbereich und/oder Außenbereich des Kunststoffrohres bildend, besteht und dass die mindestens eine andere Schicht als modifizierte Funktionsschicht (3; 4) ausgebildet ist, wobei die Schweiß- und die Funktionsschichten unterschiedliche Schweißeigenschaften aufweisen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein schweißbares Mehrschicht-Kunststoffrohr, bestehend aus mindestens zwei extrudierten Schichten aus Kunststoff.
  • Derartige Mehrschichtrohre können in vorgegebenen Längen aus unterschiedlichen Polyolefinen, wie Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP), durch Extrudieren hergestellt werden. Jede der Schichten solcher Mehrschichtrohre hat bestimmte Aufgaben zu erfüllen, wie Sicherung der Druckfestigkeit, Realisierung einer Sauerstoff- oder Gasdichtigkeit, Realisierung des Schutzes gegen mechanische Beschädigung, Farbinformation, Realisierung einer vorgegebenen Wärmeleitfähigkeit, usw.
  • Um bestimmte Funktionseigenschaften zu erreichen, können einzelne Schichten auch modifiziert sein, wie z. B. durch Beimischungen aus Kohlenstoff, Metall, Mineralstoffen oder anderen geeigneten Materialien, was aber gleichzeitig mit einer mehr oder weniger deutlichen Verschlechterung der Schweißeigenschaften einhergeht.
  • In den meisten Fällen zielt der mehrschichtige Aufbau der Rohre auf die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften durch die Integration von Werkstoffen bzw. Schichten mit höherwertigen Materialien. Beispiele für die Integration von Werkstoffen bzw. Schichten mit höherwertigen Materialien gehen aus der DE 20305112 , betreffend ein Rohr mit zwei un terschiedlichen Wandschichten, oder der WO1998004861 A1 betreffend ein mehrschichtiges Rohr, hervor.
  • Problematisch ist hierbei jedoch, dass die zusätzlichen Schichten die Verbindung mehrerer solcher Rohre miteinander durch Heizelement-Stumpfschweißen infolge der Materialeigenschaften und insbesondere durch die verwendeten Füllstoffe verhindern oder zumindest erschweren. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn solche nicht schweißbaren Schichten während des Stumpfschweißens von Rohren unmittelbar aufeinander treffen, oder wenn andere schweißfähige Schichten durch nicht schweißbare Schichten aus der Schweißzone mehr oder weniger weggedrückt werden.
  • Der Rohraufbau kann im Einzelfall auch so gewählt werden, dass die zusätzlichen Schichten keinen Einfluss auf die Schweißverbindung nehmen, wie beispielsweise aus der DE 10 2006 013 008 A1 , betreffend ein Schutzmantelrohr und Verfahren zum Herstellen einer Stumpfschweißverbindung, hervorgeht.
  • Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein schweißbares Mehrschicht-Kunststoffrohr zu schaffen, welches derart ausgebildet ist, dass es auch bei Vorhandensein von vollkommen schweißunverträglichen Schichten sehr gute Schweißeigenschaften aufweist und bei dem einzelne Rohrabschnitte unkompliziert miteinander verbunden werden können.
  • Erreicht wird das dadurch, dass mindestens eine der Schichten aus einem thermisch schweißbaren Kunststoff, eine Schweißzone im Kernbereich und/oder Außenbereich des Kunststoffrohres bildend, besteht und dass die mindestens eine andere Schicht als modifizierte Funktionsschicht ausgebildet ist, wobei beide Schichten unterschiedliche Schweißeigenschaften aufweisen.
  • Durch diese besondere Ausgestaltung des Schichtaufbaus, wenn sich der schweißbare Kunststoff im Kernbereich des Rohres befindet, lässt sich eine sichere und haltbare Stumpf schweißverbindung durch Heizelement-Stumpfschweißen realisieren. Es hat sich gezeigt, dass die thermisch schweißbare Kunststoffschicht im Kernbereich in der Lage ist, beim Stumpfschweißen die nicht schweißbaren Schichten vollständig wegzudrücken, so dass in der Schweißzone nur schweißbare Materialien aufeinander treffen, wobei sich die Schweißzone nach dem Erkalten über den gesamten Rohrquerschnitt erstreckt. Voraussetzung ist, dass die miteinander zu verbindenden Rohre beidseits der Verbindungsstelle den gleichen erfindungsgemäßen Strukturaufbau aufweisen.
  • Umgibt die Schicht aus einem schweißbaren Kunststoff das Kunststoffrohr, kann ein Heizelement-Muffenschweißen unabhängig vom sonstigen Rohraufbau ausgeführt werden.
  • In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung weist die Schicht aus einem thermisch schweißbaren Kunststoff höhere Schweißeigenschaften und zugleich niedrigere mechanische Eigenschaften auf, wobei die Funktionsschicht niedrigere Schweißeigenschaften und zugleich höhere mechanische Eigenschaften besitzt.
  • Vorzugsweise ist die Schicht aus dem schweißbaren Kunststoff als Kernrohr angeordnet, das von mindestens einer anderen Funktionsschicht umgeben wird und wobei die schweißbare Kunststoffschicht ein besseres Schmelzfließverhalten aufweist, als die Funktionsschicht.
  • Es ist auch möglich, dass sich innerhalb des Kernrohres eine weitere Funktionsschicht, z. B. als Verschleißschutz, befindet.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist die Funktionsschicht von einer weiteren schweißbaren Kunststoffschicht umgeben. Damit lässt sich auf einfache Weise ein Muffenschweißen realisieren.
  • Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht mit niedrigeren Schweißeigenschaften und zugleich höheren mechanischen Ei genschaften als Innenrohr angeordnet ist, das von einer Schicht aus einem schweißbaren Kunststoff umgeben wird, wobei das Innenrohr eine geringere Dicke aufweist, als die diese umgebende Schicht.
  • In Fortführung der Erfindung sind mindestens zwei der einzelnen Schichten stoffschlüssig miteinander verbunden. Alternativ kann mindestens eine weitere Schicht kraftschlüssig aufgebracht sein, z. B. durch Aufextrudieren.
  • Die einzelnen Schichten bestehen aus Polyolefinen, wie Polyethylen oder Polypropylen.
  • Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die als Funktionsschicht ausgebildete Schicht mit mindestens einer Beimengung zur Verbesserung der mechanischen und/oder thermischen und/oder isolierenden und/oder akustischen Eigenschaften versehen ist.
  • Solche Beimengungen können Graphit, Mineralien, Metallpartikel oder eine Mischung aus unterschiedlichen Materialien sein.
  • Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in
  • 1: ein erfindungsgemäß ausgebildetes dreischichtiges Kunststoffrohr, das zum Stumpfschweißen geeignet ist;
  • 2: ein erfindungsgemäß ausgebildetes zweischichtiges Kunststoffrohr, das zum Stumpfschweißen geeignet ist;
  • 3: eine weiteres erfindungsgemäß ausgebildetes dreischichtiges Kunststoffrohr, das zum Stumpf- oder Muffenschweißen geeignet ist;
  • 4: ein weiteres erfindungsgemäß ausgebildetes zweischichtiges Kunststoffrohr, das zum Muffenschweißen geeignet ist; und
  • 5: eine schematische Schnitt-Darstellung des Materialflusses in der Rohrwand während des Stumpfschweißens von zwei erfindungsgemäß ausgebildeten zweischichtigen Kunststoffrohren.
  • In 1 ist ein für das Stumpfschweißen dreischichtiges Kunststoffrohr 1, bestehend aus drei extrudierten Schichten aus Kunststoff, dargestellt. Eine der Schichten aus einem thermisch schweißbaren Kunststoff bildet eine Schweißschicht 2 im Kernbereich des 3-Schicht-Kunststoffrohres 1. Eine weitere Schicht umgibt die Schweißzone und bildet eine modifizierte Funktionsschicht 3, welche bestimmte vorgegebene Eigenschaften aufweisen soll. Darüber hinaus weisen beide Schichten unterschiedliche Schweißeigenschaften auf. Eine weitere Funktionsschicht 4 befindet sich als extrudierte Innenschicht innerhalb der Schweißzone.
  • Die Schweißschicht 2 besitzt bei höheren Schweißeigenschaften niedrigere mechanische Eigenschaften und die Funktionsschichten 3, 4 besitzen niedrigere Schweißeigenschaften, dafür aber hohe mechanische Eigenschaften.
  • 2 zeigt ein für das Stumpfschweißen geeignetes zweischichtiges Kunststoffrohr 5 mit einer inneren Schweißschicht 2, ein Kernrohr bildend und eine äußere Funktionsschicht 3, wobei beide Schichten koextrudiert sind und untrennbar miteinander verbunden sind. Die Schichtdicke der Funktionsschicht 3 sollte maximal der Schichtdicke der inneren Schweißschicht 2 entsprechen.
  • Ein weiteres dreischichtiges Kunststoffrohr 6, das alternativ zum Stumpfschweißen oder zum Muffenschweißen geeignet ist, zeigt 3. Das Kunststoffrohr 6 besitzt eine innere Schweißschicht 2, das Kernrohr bildend und eine äußere Funktionsschicht 3, die ihrerseits von einer weiteren vergleichsweise dünnen Schweißschicht 7 umgeben wird.
  • Die drei Schichten, innere Schweißschicht 2, Funktions schicht 3 und Schweißschicht 7 können koextrudiert sein. Alternativ kann die äußere Schweißschicht 7 auch aufextrudiert sein.
  • Schließlich zeigt 4 ein zweischichtiges Kunststoffrohr 8, das zum Muffenschweißen geeignet ist. Das Kernrohr bildet hier eine Funktionsschicht 3, die von einer äußeren Schweißschicht 7 umgeben wird. Beide Schichten können koextrudiert sein, oder die Schweißschicht 7 kann auch nach dem Extrudieren des Kernrohres aufextrudiert sein.
  • Die einzelnen Schichten, also die Schweißschichten 2, 7 und die Funktionsschichten 3, 4 bestehen aus Polyolefinen wie Polyethylen oder Polypropylen, wobei die Schweißschichten 2, 7 bei hohen (guten) Schweißeigenschaften zugleich niedrige (schlechtere) mechanische Eigenschaften aufweisen.
  • Die Funktionsschichten 3, 4 können mit mindestens einer Beimengung zur Verbesserung oder Veränderung der mechanischen und/oder thermischen Eigenschaften versehen sein.
  • Solche Beimengungen können sein Graphit, Mineralstoffe, Metallpartikel oder auch eine Mischung aus unterschiedlichen Materialien. Durch diese Beimengungen erhält die Funktionsschicht hohe funktionelle Eigenschaften, dafür aber niedrige (schlechte) Schweißeigenschaften.
  • 5 zeigt eine schematische Schnitt-Darstellung des Materialflusses während des Stumpfschweißens von zwei erfindungsgemäß ausgebildeten zweischichtigen Kunststoffrohren 5, 5' nach 2. Es ist deutlich sichtbar, dass die Funktionsschicht 3 durch die Schweißschicht 2 während des Schweißprozesses seitlich aus der Schweißzone weggedrückt wird, so dass lediglich die Schweißschicht 2 die Rohrverbindung in der Fügeebene 9 herstellt.
    • 1
    dreischichtiges Kunststoffrohr
    2
    Schweißschicht
    3
    Funktionsschicht
    4
    Funktionsschicht
    5
    zweischichtiges Kunststoffrohr
    6
    dreischichtiges Kunststoffrohr
    7
    Schweißschicht
    8
    zweischichtiges Kunststoffrohr
    9
    Fügeebene
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 20305112 [0004]
    • - WO 1998004861 A1 [0004]
    • - DE 102006013008 A1 [0006]

Claims (15)

  1. Mehrschicht-Kunststoffrohr, bestehend aus mindestens zwei extrudierten Schichten aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schichten aus einem thermisch schweißbaren Kunststoff, eine Schweißschicht (2; 7) zumindest im Kernbereich und/oder Außenbereich des Kunststoffrohres bildend, besteht und dass die mindestens eine andere Schicht als modifizierte Funktionsschicht (3; 4) ausgebildet ist, wobei die Schweiß- und die Funktionsschichten unterschiedliche Schweißeigenschaften aufweisen.
  2. Mehrschicht-Kunststoffrohr, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißschicht (2; 7) aus einem thermisch schweißbaren Kunststoff höhere Schweißeigenschaften und zugleich niedrigere mechanische Eigenschaften aufweist und die Funktionsschicht (3; 4) niedrigere Schweißeigenschaften und zugleich höhere funktionelle Eigenschaften besitzt.
  3. Mehrschicht-Kunststoffrohr nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißchicht (2) aus dem schweißbaren Kunststoff als Kernrohr angeordnet ist, das von mindestens einer anderen Funktionsschicht (3) umgeben wird und dass die schweißbare Kunststoffschicht (2) ein besseres Schmelzfließverhalten aufweist, als die Funktionsschicht (3).
  4. Mehrschicht-Kunststoffrohr nach Anspruch 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass sich innerhalb des Kernrohres eine weitere Funktionsschicht (4) befindet.
  5. Mehrschicht-Kunststoffrohr nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht (4) von einer weiteren schweißbaren Kunststoffschicht (3) umgeben wird.
  6. Mehrschicht-Kunststoffrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht mit niedrigeren Schweißeigenschaften und zugleich höheren funktionellen Eigenschaften als Innenrohr angeordnet ist, das von einer Schicht aus einem schweißbaren Kunststoff umgeben wird, wobei das Innerohr eine geringere Dicke aufweist, als die diese umgebende Schicht.
  7. Mehrschicht-Kunststoffrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der einzelnen Schichten stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
  8. Mehrschicht-Kunststoffrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere Schicht kraftschlüssig aufgebracht ist.
  9. Mehrschicht-Kunststoffrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schichten aus Polyolefinen bestehen.
  10. Mehrschicht-Kunststoffrohr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schichten aus Polyethylen oder Polypropylen bestehen.
  11. Mehrschicht-Kunststoffrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die als Funktionsschicht ausgebildete Schicht mit mindestens einer Beimengung zur Verbesserung der mechanischen und/oder thermischen und/oder isolierenden und/oder akustischen Eigenschaften versehen ist.
  12. Mehrschicht-Kunststoffrohr nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsschicht Graphit zugemischt ist.
  13. Mehrschicht-Kunststoffrohr nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsschicht Mineralpartikel zugemischt sind.
  14. Mehrschicht-Kunststoffrohr nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsschicht Metallpartikel zugemischt sind.
  15. Mehrschicht-Kunststoffrohr nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsschicht eine Mischung aus unterschiedlichen Materialien zugemischt ist.
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R037 Decision of examining division or of federal patent court revoking patent now final