DE29906035U1 - pipe - Google Patents
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Description
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RohrPipe
Die Erfindung betrifft ein mehrschichtiges Rohr zum Transport von fluiden Medien, insbesondere bei Überdruck gegenüber der Umgebung, bestehend aus wenigstens je einer Innen- und einer Außenschicht aus polymerem, thermoplastischem Werkstoff, wobei zwischen der Innen- und der Außenschicht eine oder mehrere faserverstärkte Schichten angeordnet sind.The invention relates to a multilayer pipe for transporting fluid media, in particular under excess pressure compared to the environment, consisting of at least one inner and one outer layer made of polymeric, thermoplastic material, with one or more fiber-reinforced layers being arranged between the inner and outer layers.
Aus der DE 31 21 241 ist ein solches mehrschichtiges Rohr bekannt. Dieses mehrschichtige Rohr ist hergestellt durch gleichmäßiges Bedecken der Oberfläche eines Rohres 1 aus thermoplastischem Harz in axialer Richtung mit einem endlosen, faserhaltigen und mit einem aushärtbaren Harz imprägnierten Verstärkungsmaterial 2. Dieses wird durch anschließendes schraubenförmiges gleichmäßiges Wickeln eines mit einem aushärtbaren Harz imprägnierten oder nicht imprägnierten, faserhaltigen Verstärkungsmaterial 3 um die Schicht des faserhaltigen Verstärkungsmaterials 2 ergänzt. Durch Aushärten des aushärtbaren Harzes und durch Beschichten der resultierenden Anordnung mit einem thermoplastischen Harz 4 ist der Herstellungsprozeß dieses mehrschichtigen Rohres abgeschlossen. Such a multilayer pipe is known from DE 31 21 241. This multilayer pipe is manufactured by uniformly covering the surface of a pipe 1 made of thermoplastic resin in the axial direction with an endless, fibrous reinforcing material 2 impregnated with a curable resin. This is supplemented by subsequently winding a fibrous reinforcing material 3 impregnated with a curable resin or not evenly around the layer of fibrous reinforcing material 2 in a helical manner. The manufacturing process of this multilayer pipe is completed by curing the curable resin and by coating the resulting arrangement with a thermoplastic resin 4.
Dieses mehrschichtige Rohr soll die hohe Steifigkeit und die hohe Festigkeit, welche hauptsächlich in Umfangsrichtung besteht, aufweisen und den Nachteil kompensieren, daß die Festigkeit in axialer Richtung zu gering ist.This multi-layer pipe is intended to have high rigidity and high strength, which mainly exists in the circumferential direction, and to compensate for the disadvantage that the strength in the axial direction is too low.
Dieses mehrschichtige Rohr soll in sich die Eigenschaften eines Rohres aus thermoplastischem Material als auch die eines duroplastischen Materials vereinen.This multilayer pipe is intended to combine the properties of a pipe made of thermoplastic material with those of a thermosetting material.
Nachteilig bei diesen mehrschichtigen Rohren ist, daß das Rohr 1, welches aus thermoplastischem Material besteht, und die darauf aufgebrachten weiteren Schichten keinen Verbund miteinander eingehen. Auch die im Beispiel angegebene Aufrauhung der Oberfläche des Rohres 1, welche nur unnötig die Kosten des mehrschichtigen Rohres in die Höhe treibt, erzeugt keinen festen Verbund zwischen dem Rohr 1 aus thermoplastischem Material und den darauf aufgebrachten weiteren Schichten aus duroplastischem Material.The disadvantage of these multilayer pipes is that the pipe 1, which is made of thermoplastic material, and the additional layers applied to it do not bond to one another. Even the roughening of the surface of the pipe 1 given in the example, which only unnecessarily increases the cost of the multilayer pipe, does not create a solid bond between the pipe 1 made of thermoplastic material and the additional layers of thermosetting material applied to it.
Dadurch besteht die Möglichkeit, daß die durch das Rohr 1 transportierten fluiden Medien an den Schnittstellen zweier Rohre zwischen das Rohr aus thermoplastischem Werkstoff und die Schichten aus duroplastischem Werkstoff eindringen kann und so eine Schädigung des mehrschichtigen Rohres herbeigeführt wird. Aufgrund der unterschiedlichen verwendeten Materialien mit ihren unterschiedlichen Eigenschaften entstehen in dem mehrschichtigen Rohr unterschiedliche Ausdehnungs- und Spannungssituationen, die bei einem mehrschichtigen Rohr zum Transport von fluiden Medien, insbesondere bei Überdruck gegenüber der Umgebung nicht toleriert werden können.This means that there is a possibility that the fluid media transported through pipe 1 can penetrate between the pipe made of thermoplastic material and the layers of thermosetting material at the interfaces between two pipes, thus causing damage to the multilayer pipe. Due to the different materials used with their different properties, different expansion and stress situations arise in the multilayer pipe, which cannot be tolerated in a multilayer pipe for transporting fluid media, especially in the case of excess pressure compared to the environment.
Ein weiterer nachteiliger Aspekt dieses mehrschichtigen Rohres liegt darin begründet, daß durch den gleichzeitigen Einsatz von thermoplastischen und duroplastischen Werkstoffen dieses mehrschichtige Rohr nicht sortenrein dem Recyling zugeführt werden kann, was dem Schutz unserer Umwelt sehr abträglich ist.Another disadvantage of this multi-layer pipe is that due to the simultaneous use of thermoplastic and thermosetting materials this multi-layer pipe cannot be recycled in its pure form, which is very detrimental to the protection of our environment.
Ein weiterer entscheidender Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Herstellung eines mehrschichtigen Rohres mit dem beschriebenen Aufbau sehr zeitaufwendig und kostenintensiv ist.Another crucial disadvantage of this process is that the production of a multi-layer pipe with the described structure is very time-consuming and costly.
Die mit diesem mehrschichtigen Rohr realisierten Eigenschaftswerte sind bedingt durch den Aufbau und die Verwendung der unterschiedlichen Werkstoffe nicht geeignet für einen Einsatz zum Transport von fluiden Medien, insbesondere bei Überdruck gegenüber der Umgebung, da hier ein latentes Sicherheitsrisiko besteht.Due to the structure and use of different materials, the properties achieved with this multi-layer pipe are not suitable for use in the transport of fluid media, especially in the case of excess pressure compared to the environment, as this poses a latent safety risk.
Weitere Rohre aus dem bekannten Stand der Technik, welche zum Transport von fluiden Medien, insbesondere bei Überdruck gegenüber der Umgebung, dienen können, sind einwandige Rohre aus thermoplastischen Werkstoffen. Bei diesen Rohren wird die benötigte Druckfestigkeit über eine entsprechend dimensionierte Wandstärke erreicht, wobei diese Rohre an ihrer Innen- und/oder Außenseite noch zusätzlich mit einer koextrudierten Schicht versehen sein können, die beispielsweise chemische oder mechanische Eigenschaften lokal verbessern.Other pipes from the known state of the art, which can be used to transport fluid media, especially when there is excess pressure compared to the environment, are single-wall pipes made of thermoplastic materials. With these pipes, the required pressure resistance is achieved through an appropriately dimensioned wall thickness, whereby these pipes can also be provided with a co-extruded layer on their inside and/or outside, which, for example, locally improves chemical or mechanical properties.
Der Nachteil dieser Rohre besteht jedoch darin, daß die für den Anwendungsfall notwendigen hohen Wandstärken einen hohen Materialeinsatz bei der Herstellung dieser Rohre erfordern und demzufolge diese Rohre ein hohes Eigengewicht, hohe Herstellungskosten und einen erhöhten Materialverbrauch aufweisen.The disadvantage of these pipes, however, is that the high wall thicknesses required for the application require a high amount of material to be used in the production of these pipes and, as a result, these pipes have a high dead weight, high production costs and increased material consumption.
Weiterhin sind aus dem bekannten Stand der Technik Rohre aus thermoplastischen
Werkstoffen bekannt, die mit Armierungen aus Glasfaserbündeln versehen sind.
Bei derartigen Rohren kann jedoch nicht gewährleistet werden, daß die einzelnen Glasfasern der Glasfaserbündel fest in die thermoplastische Matrix eingebettet sind.
Dadurch ist es möglich, daß das durch diese Rohre transportierte fluide Medium an den
Verbindungsstellen zweier Rohre in die entstehenden Kanäle eindringen und zur Zerstörung
des Rohres führen kann.Furthermore, pipes made of thermoplastic materials which are reinforced with glass fibre bundles are known from the known state of the art.
However, with such pipes it cannot be guaranteed that the individual glass fibers of the glass fiber bundles are firmly embedded in the thermoplastic matrix. This means that the fluid medium transported through these pipes can penetrate into the channels created at the connection points between two pipes and lead to the destruction of the pipe.
Eine weitere bekannte Gruppe von Rohren, die die Anforderungen zum Transport von fluiden Medien, insbesondere bei Überdruck gegenüber der Umgebung erfüllen, sind pultrudierte Rohre. Diese bestehen aus longitudinal orientierten Innen- und Außenschichten und schneckenförmig gewickelten Mittelschichten. Diese sind jeweils hergestellt aus einer Mischung von thermoplastischen Fasern und Glasfasern, wobei die thermoplastischen Fasern eine die Glasfasern einbettende thermoplastische Matrix bilden.Another well-known group of pipes that meet the requirements for transporting fluid media, especially under excess pressure compared to the environment, are pultruded pipes. These consist of longitudinally oriented inner and outer layers and spiral-wound middle layers. These are each made from a mixture of thermoplastic fibers and glass fibers, with the thermoplastic fibers forming a thermoplastic matrix that embeds the glass fibers.
Beim Einsatz dieser Rohre ist die derzeit erreichte Oberflächenqualität kritisch. Die an die Oberfläche der Rohre angrenzenden Glasfasern erzeugen Längsriefen, dadurch ist eine druckdichte Verbindung nur mit einem hohen technischen Aufwand herstellbar. Weiterhin führen die axialen Kräfte als Folge der schneckenförmigen Wicklungen zu sehr hohen Reibungskräften auf dem für die Herstellung notwendigen Werkzeugdorn. Zur Aufnahme dieser axialen Kräfte wird ein sehr hoher Anteil an longitudinal orientierten Fasern benötigt. Diese tragen jedoch nicht zur Druckfestigkeit bei, beeinträchtigen aber aufgrund der hohen Materialkosten die Wirtschaftlichkeit dieser pultrudierten Rohre erheblich.When using these pipes, the surface quality currently achieved is critical. The glass fibers adjacent to the surface of the pipes create longitudinal grooves, which means that a pressure-tight connection can only be produced with a high level of technical effort. Furthermore, the axial forces as a result of the helical windings lead to very high friction forces on the tool mandrel required for production. A very high proportion of longitudinally oriented fibers is required to absorb these axial forces. However, these do not contribute to the compressive strength, but due to the high material costs they significantly impair the economic viability of these pultruded pipes.
Hier setzt die Erfindung ein, die es sich zum Ziel gesetzt hat, die Nachteile der Rohre des bekannten Standes der Technik dahingehend zu verbessern, daß hier ein mehrschichtiges Rohr aufgezeigt wird, welches kostengünstig herstellbar ist und mit dem aufgrund seines Aufbaues Eigenschaftswerte realisiert werden können, die einen gefahrlosen und umweltgerechten Einsatz beim Transport von fluiden Medien ermöglichen, wobei hier beliebig druckdichte Verbindungen zwischen verschiedenen Rohren erzeugbar sind.This is where the invention comes in, which aims to improve the disadvantages of the pipes of the known state of the art by providing a multi-layer pipe that can be produced inexpensively and with which, due to its structure, properties can be achieved that enable safe and environmentally friendly use in the transport of fluid media, whereby any pressure-tight connections can be created between different pipes.
Erfindungsgemäß wird dazu vorgeschlagen, daß wenigstens eine faserarmierte Schicht, vorzugsweise die Mittelschicht, aus einer Mischung von armierungs- und matrixbildenden Polymerfasern besteht und daß die Armierungsfasern nach dem Aufbringen der faserarmierten Schicht vollständig in die durch das Aufschmelzen der Polymerfasern entstandenen Matrix eingebettet sind.According to the invention, it is proposed that at least one fiber-reinforced layer, preferably the middle layer, consists of a mixture of reinforcing and matrix-forming polymer fibers and that the reinforcing fibers are completely embedded in the matrix created by melting the polymer fibers after the fiber-reinforced layer has been applied.
Bei diesen erfindungsgemäßen Rohren ist es besonders vorteilhaft, daß die matrixbildenden Polymerfasern während der Temperaturen des Herstellungsprozesses aufschmelzen, sich mit der Innenschicht verbinden und die Armierungsfasern komplett in sich aufnehmen. Hierdurch werden mehrschichtige Rohre erzeugt, die einen gefahrlosen und umweltgerechten Transport von fluiden Medien, insbesondere bei Überdruck, gegenüber der Umgebung gewährleisten.In these pipes according to the invention, it is particularly advantageous that the matrix-forming polymer fibers melt during the temperatures of the manufacturing process, bond with the inner layer and completely absorb the reinforcing fibers. This produces multi-layer pipes that ensure safe and environmentally friendly transport of fluid media, especially under excess pressure, compared to the environment.
Entsprechend der im Anwendungsfall erforderlichen Druckstufen können die Armierungsfasern sowohl Glas- als auch Kohlenstoffasem sein. Hierdurch läßt sich ein breites Spektrum der Dimensionierung für diese erfindungsgemäßen mehrschichtigen Rohre realisieren, die immer einen wirtschaftlichen Einsatz beim Transport von fluiden Medien gewährleisten. Weiterhin vorteilhaft wird gesehen, daß diese Armierungsfasern aus hochzugfesten Polymerwerkstoffen bestehen, die eine höhere Schmelztemperatur aufweisen als die die polymere Matrix bildenden Polymerfasern. Dadurch kann vorteilhaft vermieden werden, daß die Armierungsfasern im Herstellungsprozeß geschädigt und das hergestellte mehrschichtige Rohr nicht die erforderliche Qualität und Sicherheit aufweist.Depending on the pressure levels required in the application, the reinforcing fibers can be either glass or carbon fibers. This allows a wide range of dimensions to be realized for these multilayer pipes according to the invention, which always ensure economical use in the transport of fluid media. It is also seen as advantageous that these reinforcing fibers consist of high-tensile polymer materials that have a higher melting temperature than the polymer fibers that form the polymer matrix. This advantageously prevents the reinforcing fibers from being damaged during the manufacturing process and the multilayer pipe produced not having the required quality and safety.
In einer vorteilhaften Ausführungsform bestehen die erfindungsgemäßen mehrschichtigen Rohre aus vernetzten oder unvemetzten Polyolefin-Werkstoffen. Hierdurch kann vorteilhaft erreicht werden, daß die erfindungsgemäßen Rohre den speziellen Anforderungen maßgeschneidert angepaßt werden können. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besteht das mehrschichtige Rohr aus Styrolpolymerisaten, die eine vorteilhafte und kostengünstige Dimensionierung der erfindungsgemäßen Rohre zulassen.In an advantageous embodiment, the multilayer pipes according to the invention consist of cross-linked or uncross-linked polyolefin materials. This advantageously makes it possible for the pipes according to the invention to be tailored to specific requirements. In a further advantageous embodiment, the multilayer pipe consists of styrene polymers, which allow advantageous and cost-effective dimensioning of the pipes according to the invention.
Um die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Rohre weiter zu verbessern, sind die Armierungsfasern schneckenförmig in Umfangsrichtung auf der Innenschicht des mehrschichtigen Rohres aufgebracht.In order to further improve the properties of the pipes according to the invention, the reinforcing fibers are applied in a spiral shape in the circumferential direction to the inner layer of the multilayer pipe.
-5--5-
Hierdurch kann die erzielbare Ringsteifigkeit und Festigkeit der erfindungsgemäßen Rohre weiter erhöht werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird neben den schneckenförmig aufgebrachten Armierungsfasern noch wenigstens eine Armierungsschicht in Längsrichtung eingebracht. Dadurch kann vorteilhaft erreicht werden, daß die Innen- und Außenschicht des mehrschichtigen Rohres geringer dimensioniert werden kann, ohne eine Einbuße bei den Eigenschafts- und Sicherheitswerten des erfindungsgemäßen Rohres hinnehmen zu müssen. Diese in Längsrichtung aufgebrachte Armierungsschicht dient dabei vorteilhaft der Aufnahme von Längszugkräften.This allows the achievable ring stiffness and strength of the pipes according to the invention to be further increased. In a further advantageous embodiment, in addition to the reinforcing fibers applied in a spiral shape, at least one reinforcing layer is also introduced in the longitudinal direction. This advantageously makes it possible to make the inner and outer layers of the multi-layer pipe smaller without having to accept a loss in the properties and safety values of the pipe according to the invention. This reinforcing layer applied in the longitudinal direction advantageously serves to absorb longitudinal tensile forces.
In einer weiteren, die Erfindung nicht beschränkende Ausführungsform, sind an der Außenseite des Rohres in Umfangsrichtung verlaufende Rippen aufgebracht, die eine wesentliche Erhöhung der Ringsteifigkeit des erfindungsgemäßen Rohres sicherstellen. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform, bei der ebenfalls die Ringsteifigkeit erhöht wird, besteht darin, daß das erfindungsgemäße Rohr von einem Well- oder Verbundrohr umgeben ist.In a further embodiment, which does not limit the invention, ribs running in the circumferential direction are applied to the outside of the pipe, which ensure a significant increase in the ring stiffness of the pipe according to the invention. A further advantageous embodiment, in which the ring stiffness is also increased, consists in the pipe according to the invention being surrounded by a corrugated or composite pipe.
Dieses Wellrohr oder Verbundrohr kann zu einer weiteren Verbesserung der Eigenschaftswerte
des erfindungsgemäßen Rohres mit diesem verschweißt sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Rohr zusätzlich mit einem isolierenden
Mantel aus polymerem Schaum und einem äußeren polymeren Schutzmantel versehen. This corrugated pipe or composite pipe can be welded to the pipe according to the invention in order to further improve its property values.
In a further advantageous embodiment, the pipe is additionally provided with an insulating jacket made of polymer foam and an outer polymer protective jacket.
Mit dieser Ausführungsform wird vorteilhaft erreicht, daß beim Transport von fluiden Medien, die mit erhöhten Temperaturen durch diese mehrschichtigen Rohre zu transportieren sind, keine Energieverluste entlang der Rohre auftreten.This embodiment advantageously ensures that no energy losses occur along the pipes when transporting fluid media that are to be transported at elevated temperatures through these multilayer pipes.
Im folgenden ist an einer die Erfindung nicht beschränkenden Figur ein erfindungsgemäßes
Rohr näher beschrieben.
Es zeigt:In the following, a pipe according to the invention is described in more detail using a figure which does not limit the invention.
It shows:
Figur 1 Schnittdarstellung durch ein mehrschichtiges RohrFigure 1 Sectional view through a multilayer pipe
In Fig. 1 ist ein mehrschichtiges Rohr 1 dargestellt, welches aus einer Innenschicht 2, einer faserverstärkten Mittelschicht 3 und einer Außenschicht 4 besteht.Fig. 1 shows a multilayer pipe 1 which consists of an inner layer 2, a fiber-reinforced middle layer 3 and an outer layer 4.
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Die das Lumen 5 umschließende Innenschicht 2 besteht aus einem thermoplastischen Werkstoff, wobei die faserarmierte Mittelschicht 3 fest und stoffschlüssig mit der Außenseite 21 der Innschicht 2 verbunden ist. Die faserarmierte Mittelschicht 3 besteht aus den aufgeschmolzenen Polymerfasern und den in sie eingebetteten Armierungsfasern. Um die Außenseite 31 der faserarmierten Mittelschicht 3 ist voll umfänglich die Außenschicht 4 aufgebracht, die einen festen Verbund mit der faserarmierten Mittelschicht 3 eingegangen ist.The inner layer 2 enclosing the lumen 5 consists of a thermoplastic material, whereby the fiber-reinforced middle layer 3 is firmly and materially connected to the outside 21 of the inner layer 2. The fiber-reinforced middle layer 3 consists of the melted polymer fibers and the reinforcing fibers embedded in them. The outer layer 4 is applied all the way around the outside 31 of the fiber-reinforced middle layer 3 and is firmly bonded to the fiber-reinforced middle layer 3.
- Schutzansprüche -- Protection claims -
Claims (11)
dr.schi-zkmiRehau, 25.03.1999
dr.schi-zkmi
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