DE3023214A1 - Verfahren zur herstellung eines verbundrohres - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung eines Verbund-
• rohres Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundrohres, insbesondere für Installationszwecke und dort insbesondere für Abflußleitungen, das wenigstens aus einem Innenrohr aus Kunststoff, einer unter Verwendung von Kunststoff hergestellten Zwischenschicht und einem metallenen Außenrohr besteht, bei dem das Innenrohr mit der Zwischenschicht umgeben und das Außenrohr diese Zwischenschicht umgebend und in einem Abstand von dieser durch Formung eines Bandmaterials mit Längsnaht und anschließender Längsnahtschweißung aufgebracht und das längsnahtgeschweißte Außenrohr durch anschließende mechanische Verformung von außen unter Verringerung seines Durchmessers mit der Zwischenschicht verbunden wird.
• In der Installationstechnik und insbesondere bei Abfluß leitungen ist eine ständig zunehmende Aggressivität der in diesen Rohren transportierten Medien festzustellen, denen übliche Metallrohre nicht gewachsen sind. Es sind daher bereits Verbundrohre mit verschiedenem Aufbau vorgeschlagen worden. Zugleich sind die Anforderungen an die Unbrennbarkeit insbesondere bei Abflußrohren weiter gestiegen. Eine solche Unbrennbarkeit kann nach den Erfahrungen praktisch nur durch Verwendung eines metallenen Außenrohrs, auch bei etwaiger Außenbeschichtung, insbesondere eines Außenrohrs aus Stahls, gewährleistet werden.
• Bei den bekannten Verbundrohren mit dem eingangs geschilderten Aufbau hat sich jedoch gezeigt, daß die Haftung zwischen den jeweils verwendeten Kunststoffschichten und den jeweils eingesetzten Rohren nicht in ausreichendem Maß gewährleistet ist, insbesondere sind Korrosions- und Ablöseerscheinungen zu beobachten, die das Rohr nach kurzer Zeit unbrauchbar machen. Dies ist einerseits darauf zurückzuführen, daß eine gleich gute Haftung zwischen dem Innenrohr aus Kunststoff und dem Außenrohr aus Metall bzw. Stahl bisher nicht erreicht werden konnte. Andererseits haben sich bei solchen Verbundrohren Gasdiffusionen, insbesondere Sauerstoff- und Wasserstoffdiffusionen, als besonders nachteilig erwiesen, da sie Blasenbildung und damit Ablöseerscheinungen zur Folge haben.
• Es ist ferner ein Verfahren der eingangs angegebenen Art bekanntgeworden (DE-OS 27 46 180), bei dem in das metallene Außenrohr bei seiner Formung und vor der Längsnahtschweißung ein Kunststoffgranulat eingebracht wird, das die Zwischenschicht bilden soll. Nach dem Längsschweißen des Außenrohrs schließt sich kontinuierlich an ein Ziehvorgang (z.B. mit Hilfe einer Vorrichtung gemäß DE-OS 23 54 161), bei dem das Außenrohr mechanisch von außen unter Verringerung seines Durchmessers mit der Isolierschicht verbunden wird. Es hat sich gezeigt, daß mit Hilfe eines derartigen Granulats nur eine Isolierschicht erzeugt werden kann, diese aber nicht in ausreichendem Maß mit dem Innenrohr und dem Außenrohr verbunden werden kann.
• Insbesondere ergibt sich bei dem bekannten Verfahren noch eine unzureichende Korrosionsfestigkeit wegen der geschilderten Gasdiffusion von innen zum Metallaußenrohr.
• Irgendeine innige und haftende Verbindungswirkung zwischen der Zwischenschicht und dem Innenrohr einerseits und dem Außenrohr andererseits wird nicht erzielt. Das nach dem bekannten Verfahren hergestellte Verbundrohr ist daher für die eingangs geschilderten Installationszwecke und insbesondere als Abflußleitung für aggressive Medien nicht geeignet, vielmehr ist in verhältnismäßig kurzer Zeit mit einem Ablösen der verschiedenen Verbundschichten des Rohres zu rechnen, die das Rohr ebenfalls unbrauchbar machen können.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine besondere weitere Ausgestaltung des eingangs angegebenen Verfahrens ein solches zu schaffen, mit dem ein Verbundrohr hergestellt werden kann, das einerseits eine außerordentlich innige und sicher haftende Verbindung zwischen Außenrohr, Zwischenschicht und Innenrohr gewährleistet und zugleich die geschilderte nachteilige Gasdiffusion praktisch unterbindet und somit die geschilderten Nachteile mangelnder Korrosionsfestigkeit vermeidet und allen Anforderungen an den Transport auch aggressiver Medien insbesondere bei Abflußrohren gewachsen ist. Dabei soll das Verfahren möglichst einfach gestaltet und mit möglichst einfachen Vorfabrikaten durchgeführt werden.
• Dies wird nach der Erfindung vor allem dadurch erreicht, daß die Zwischenschicht dadurch gebildet und aufgebracht wird, daß ein wickelbar bemessenes Metallband, insbesondere eine Metallfolie, auf seinen beiden Flächen mit einerseits auf den Werkstoff und/oder die Oberflächenbeschaffenheit der Außenwandung des Kunststoffinnenrohrs und andererseits auf den Werkstoff und/oder die Oberflächenbeschaffenheit der Innenwandung des Metallaußenrohrs abgestimmten Klebbeschichtungen versehen und danach auf das Kunststoffinnenrohr schraubenförmig an den Rändern überlappend aufgewickelt wird. Hierdurch werden sowohl verfahrensmäßig als auch im Hinblick auf das geschaffene Verbundrohr ganz wesentliche Vorteile erzielt: Von der Verfahrens seite her ist eine wirtschaftliche Vorfertigung des beidseitig mit Klebbeschichtung versehenen Metallbands in allen gewUnschten Breiten möglich, insbesondere in großen Breiten, die auch anschließend eine Längstrennung in jeweils gewünschter Breite ermöglicht. Die hier eingesetzte Wickeltechnik erlaubt es, mit einer Breite des verwendeten Metallbands einen großen Bereich unterschiedlicher Durchmesser des Innenrohrs zu umwickeln. Das Verfahren nach der Erfindung erlaubt es ferner, extern gefertigte Kunststoffinnenrohre z.B. vom Coil zu verwenden und somit die Verwendung eines Extruders gegebenenfalls zu vermeiden. Natürlich können aber auch extrudierte Kunststoffinnenrohre im Verfahren mit gleichem Erfolg eingesetzt werden. Für die Eigenschaften des Verbundrohrs ergeben sich folgende ganz wesentliche Vorteile: Die auf den jeweiligen Werkstoff des anschließenden Rohrs abgestimmten Klebbeschichtungen erlauben es, jeweils optimale Haftungen zwischen der jeweiligen Klebbeschichtung des aufgewickelten Metallbands und dem jeweiligen Kunststoffinnenrohr oder Metallaußenrohr zu erzielen. Es ergibt sich ein unlösbarer fester Verbund der jeweiligen Schichten, wobei stets die für die jeweiligen Werkstoffe günstigsten Kleber eingesetzt werden können. Das schraubenförmig überlappend aufgewickelte Metallband bildet eine praktisch vollständige Sperre gegen die geschilderte nachteilige Gasdiffusion, insbesondere gegen Sauerstoff- und Wasserstoffdiffusion, so daß die dadurch bedingten Ablöseerscheinungen praktisch ausgeschlossen werden, ebenso eine Korrosion von innen aus anderen Gründen. Durch die unlösbare innige feste Verklebung des Metallbands mit dem Kunststoffinnenrohr einerseits und mit dem Metallaußenrohr andererseits ist ein bei Verbundrohr sonst häufig zu beobachtendes Zurückziehen einzelner Schichten an den durch die Ablängung von solchen Verbundrohren entstehenden Schnittkanten praktisch ausgeschlossen. Es hat sich gezeigt, daß ein erfindungsgemäß hergestelltes Verbundrohr auch bei stärksten und aggressiven Beaufschlagungen durch das zu transportierende Medium keinerlei Korrosion- und Ablöseneigung aufweist und die so schädlichen Diffusionen, nämlich Sauerstoff- und Wasserstoffioneiiwanderungen zum Metallaußenrohr vollständig unterbunden werden. Somit kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Verbundrohr hergestellt werden, das insbesondere als starres Abflußrohr für Installationszwecke mit höchstmöglicher Beständigkeit eingesetzt werden kann. Als Klebbeschichtungen werden die jeweils für die gewählten Werkstoffe am besten geeigneten Kleberkunststoffe eingesetzt, z.B.
• Heißsiegelkleber, Schmelzkleber oder Epoxidkleber. Die Klebbeschichtung des Metallbands kann vor seinem Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden. Bei Verwendung bestimmter Kunststoffkleber, insbesondere sogenannter feuchter Kleber, kann auch eine Beschichtung unmittelbar vor dem Aufwickelvorgang vorgenommen werden.
• Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als Metallband ein Aluminiumband, nämlich ein Aluminiumdünnband oder eine Aluminiumfolie, beschichtet und aufgewickelt wird. Aluminium hat sich als besonders vorteilhaft für die Haftung von derartigen Kunststoffbeschichtungen erwiesen und bietet für die Durchführung des Verfahrens und insbesondere des Aufwickelvorgangs günstige Eigenschaften, derartige Aluminiumfolien bieten den Vorteil einer besonders gut beherrs chbaren Kunststoffverklebung.
• Für besondere Anwendungszwecke ist es ferner vorteilhaft, wenn in weiterer Ausbildung der Erfindung als Metallband ein Stahlband oder eine Stahlfolie beschichtet und aufgeklebt wird. Ein derartiges Stahlband bietet von sich aus eine derartige Standfestigkeit, daß es möglich ist, dünnwandigere Kunststoffinnenrohre zu verwenden und somit Material einzusparen, da bei der Durchführung des Verfahrens ein dünnwandiges Kunststoffinnenrohr bewickelt mit dem beschichteten Stahlband die erforderliche Steifigkeit für die Durchführung des Verfahrens bietet. Eine weitere besondere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß als Klebschichten auf das Metallband durch Wärmer wirkung aktivierbare Kunststoffkleber, insbesondere Heißsiegelkleber und Schmelzkleber, aufgebracht werden, die in der eingangs geschilderten Weise jeweils auf den Werkstoff des Metallbands einerseits und die Werkstoffe des Kunststoffinnenrohrs und des Metallaußenrohrs abgestimmt sind, und das Verbund- rohr im Anschluß an die Durchmesserverringerung des Metallaußenrohrs zur Aktivierung der Klebbeschichtungen des Metallbands erwärmt wird. Es hat sich gezeigt, daß eine besonders gute innige Verbindung aller Bestandteile des Verbundrohrs hierdurch erzielt werden kann.
• Zweckmäßig ist es ferner, wenn in weiterer Ausbildung der Erfindung die äußere Oberfläche des Kunststoffinnenrohrs vor dem Aufwickeln des beschichteten Metallbands zur Vergrößerung der Haftfähigkeit der zugeordneten Klebbeschichtung vorbehandelt wird, z. B. durch chemische Vorbehandlung mit Hilfe von Säuren, durch Flammen oder durch elektrostatische Behandlung, z.B.
• Koronavorbehandlung.
• Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der das Verfahren nach der Erfindung und ein nach diesem Verfahren hergestelltes Verbundrohr anhand eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen Fig. 1 in schaubildlicher Darstellung die prinzipielle Anordnung des Verfahrensablaufs nach der Erfindung, Fig. 2 eine vergrößerte, längsgeschnittene Ansicht eines Teils des mit dem beschichteten Metallband. umwickelten Kunststoffinnenrohrs, wobei die Stärken des Metallbands und der Klebebeschichtungen nicht maßstäblich sondern zur Verdeutlichung übertrieben dargestellt sind, Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.
• Anhand Fig. 1 soll das Prinzip des Verfahrens nach der Erfindung erläutert werden: Auf ein Innenrohr1, zweckmäßig aus einem niederkristallinen Kunststoff mit niedrigem E-Modul, wird eine Zwischenschicht aufgebracht.
• Diese Zwischenschicht wird dadurch gebildet und aufgebracht, daß ein beidseitig mit Klebbeschichtungen versehenes Metallband auf das Kunststoffinnenrohr 1 schraubenförmig an den Rändern überlappend aufgewickelt wird. Das beidseitig klebbeschichtete Metallband ist allgemein mit 2 bezeichnet und wird z.B. von einem Coil abgezogen.
• Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß das allgemein mit 2 bezeichnete beidseitig klebbeschichtete Metallband aus einem wickelbar bemessenen Metallband 3, einer zum Kunststoffinnenrohr 1 gerichteten Klebbeschichtung 4 auf einer Fläche und einer nach außen gerichteten Klebbeschichtung 5 auf der anderen Fläche besteht. Das Metallband 3 ist als dünnes Band oder auch als Folie ausgebildet und besteht vorzugsweise aus Aluminium oder aus Stahl. Die zum Kunststoffinnenrohr 1 gerichtete Klebbeschichtung 4 besteht aus einem Kunststoffkleber, der hinsichtlich seiner Haftung Verbindungsfähigkeit auf den Werkstoff und/oder die Oberflächenbeschaffenheit der Außenwandung des Kunststoffinnenrohrs 1 abgestimmt ist. Die Klebbeschichtung 5 besteht aus einem Kunststoffkleber, der hinsichtlich seiner Haftung urd Verbindungsfähigkeit auf den Werkstoff und/oder die Oberflächenbeschaffenheit der Innenwandung des noch zu beschreibenden Metallaußenrohrs abgestimmt ist.
• In unmittelbarem Anschluß an den geschilderten Aufwickelvorgang des klebbeschichteten Metallbands 2 auf das Kunststoffinnenrohr 1 wird, ebenfalls im kontinuierlichen Verfahren, aus einem Bandmaterial 6 ein Außenrohr mit einer Längsnaht geformt und, wie schematisch bei 7 dargestellt ist, durch Längsnahtschweißung geschlossen, wobei zwischen dieser zunächst mit 7a bezeichneten Vorstufe des Außenrohrs und dem aufgewickelten Metallband 2 als Zwischenschicht ein Abstand eingehalten wird, der die Längsnahtschweißung ohne wärmemäßige Beeinträchtigung der Zwischenschicht 2 ermöglicht. Hierbei kann gegebenenfalls zum Schutz des inneren Rohraufbaus aus 1 und 2 ein Wärmeabweisikeil eingesetzt werden, der auch gekühlt auegebildet sein kann, Wiederum im kontinuierlichen Verfahrensgang wird die Vorform 7a des zu bildenden Außenrohrs durch unmittelbar anschließende mechanische Verformung, nämlich durch einen Ziehvorgang, auf die Zwischenschicht aus dem klebbeschichteten Metallband 2 aufgeschrumpft. Diese Ziehstation ist schematisch bei 8 dargestellt, Werden für die Klebbeschichtungen 4 und 5 des Metallbands 3 erfindungsgemäß durch Wärmewirkung aktivierbare Kunststoffkleber verwendet, so wird das in der Ziehstation 8 im Durchmesser verringerte Außenrohr im Anschluß an diese Durchmesserverringerung zur Aktivierung der Klebbeschichtungen erwärmt, was aus Vereinfachungsgründen in Fig. 1 nicht dargestellt ist. Durch den bei der Verformung unter 8 entstehenden Schrumpfdruck und gegebenenfalls durch die anschließende Erwärmung werden die Klebbeschichtungen 4 und 5 des Metallbands 3 einerseits mit dem Kunststoffinnenrohr 1 und andererseits mit dem Metallaußenrohr innig haftend und fest verbunden. Das endgültige Außenrohr ist bei 9 im Anschluß an die Ziehstation 5 dargestellt.
• Als Werkstoff für das Metallaußenrohr 7a, 9 wird zweckmäßig in der Regel Stahl eingesetzt, als Metallband g eignet sich insbesondere Aluminium und Aluminiumfolie, jedoch auch bei den eingangs geschilderten Verhältnissen Stahlband oder Stahlfolie. Wird der geschilderte Erwärmungsvorgang eingesetzt, so hat sich insbesondere bei Verwendung eines niederkristallinen Kunststoffes für das Kunststoffinnenrohr 1 mit niedrigem E-Modul erwiesen, daß eine Spannungsrißkorrosion praktisch ausgeschlossen wird.
• Etwaige im Kunststoffinnenrohr auftretende Spannungen werden beim Erwärmen abgebaut. Im Fall des Einsatzes des geschilderten Erwärmungsvorgangs werden zweckmäßig Heißsiegelkleber oder Schmelzkleber für die Beschichtungen 4 und 5 des Metallbands 3 eingesetzt. Im übrigen sind besonders geeignet Epoxidharze. Darüber hinaus können für die Klebbeschichtungen 4 und 5 die jeweils günstigsten Werkstoffe eingesetzt werden, um einerseits die sichere Verbindung zwischen Metallband 3 und Außenrohr 7a, 9 bzw.
• zwischen Metallband 3 und Kunststoffinnenrohr 1 herzustellen. Es ist ferner möglich, das klebbeschichtete Metallband 2 unmittelbar vor dem Aufwickelvorgang mit den gewünschten Klebbeschichtungen 4 und 5 auf dem Metallband 3 zu versehen, insbesondere mit sogenannten feuchten Klebbeschichtungen, die dann unmittelbar in den nachfolgenden Verfahrensvorgängen zu der gewünschten innigen und festen Verbindung der Bestandteile des Verbundrohrs führen. Hier kann gegebenenfalls der Erwärmungsvorgang ganz entfallen.
• Fig. i zeigt schematisch eine Anlage, auf der das Verfahren nach der Erfindung durchgeführt wird. In einem ersten Extruder 10 wird das Innenrohr 1 geformt, und es wird gegebenenfalls in einer Vorbehandlungsstation 11 eine Vorbehandlung der äußeren Oberfläche des Kunststoffinnenrohrs 1 zur Vergrößerung der Haftfähigkeit der zugeordneten Klebbeschichtung 4 durchgeführt.
• In der Wickelstation 12 wird das allgemein mit 2 bezeichnete, beidseitig klebbeschichtete Metallband als Zwischenschicht auf das Kunststoffinnenrohr 1 aufgewickelt. Der die Wickelstation 12 verlassende Verbund aus Kunststoffinnenrohr 1 und Zwischenschicht 2 wird kontinuierlich, z.B. ausgehend von einem Coil 13 des Bandmaterials 6 aus Metall umhüllt, das zunächst, wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, mit einem Abstand von der Zwischenschicht 2 den Verbund aus 1 und 2 umhüllt.
• In einer Schweißstation 14 wird die mit dem Bandmaterial 6 gebildete Längsnaht, in Fig. 1 bei 7b angedeutet, bei dem geschilderten Abstand vom Verbund aus 1 und 2 hergestellt. Im weiteren kontinuierlichen Ar- beitsablauf wird nun das die Schweißstation 14 4 verlassende Außenrohr in seiner Vorform 7a einer Ziehstation15, entsprechend der Ziehstation 8 in Fig. 1, zugeführt und dort unter Verringerung seines Durchmessers mit der Zwischenschicht 2 verbunden, es verbinden sich nämlich die Klebbeschichtungen 4 und 5 des Metallbands 3 (Fig. 2) mit dem Kunststoffinnenrohr 1 einerseits und dem Metallaußenrohr andererseits. Dies geschieht durch den beim Ziehvorgang bei 15 entstehenden Schrumpfdruck. Werden die geschilderten wärmeaktivierbaren Klebbeschichtungen 4 und 5 eingesetzt, so schließt sich an die Ziehstation15 eine weitere Erwärmungsstation 16 an, in der die Klebbeschichtungen 4 und 5 aktiviert werden und so zu der geschilderten innigen Verbindung mit dem Kunststoffinnenrohr 1 einerseits und dem Metallaußenrohr 9 andererseits gebracht werden.
• Wie durch die weitere Form- oder Extrusionsstation 17 angedeutet ist, kann das die Ziehstation 15 und gegebenenfalls die Erwärmungsstation 16 verlassende Verbundrohr mit wenigstens einer zusätzlichen äußeren Isolierschicht umhüllt werden, wenn dies für besondere Anwendungsfälle zweckmäßig erscheint. Weitere Beschichtungsstationen und -vorgänge können sich auch anschließen. L e e r s e i t e

Claims (6)

1. P A T EN T A N S P R U c H E 1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundrohres, insbesondere für Installationszwecke, das wenigstens aus einem Innenrohr aus Kunststoff, einer unter Verwendung von Kunststoff hergestellten Zwischenschicht und einem metallenen Außenrohr besteht, bei dem das Innenrohr mit der Zwischenschicht umgeben und das Außenrohr diese Zwischenschicht umgebend und in einem Abstand von dieser durch Formung eines Bandmaterials mit Längsnaht und anschließender Längsnahtschweißung aufgebracht und das längsnahtgeschweißte Außenrohr durch anschließende mechanische Verformung von außen unter Verringerung seines Durchmessers mit der Zwischenschicht verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht dadurch gebildet und aufgebracht wird, daß ein wickelbar bemessenes Metallband auf seinen heiden Flächen mit einerseits auf den Werkstoff und/ oder die Oberflächenbeschaffenheit der Außenwandung des Kunststoffinnenrohrs und andererseits auf den Werkstoff und/oder die Oberflächenbeschaffenheit der Innenwandung des Metallaußenrohrs abgestimmten Klebbeschichtungen versehen und danach auf das Kunststoffinnenrohr schraubenförmig an den Rändern überlappend aufgewickelt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallband ein Aluminiumband beschichtet und aufgewickelt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallband ein Stahlband beschichtet und aufgeklebt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebbeschichtungen auf das Metallband durch Wärmewirkung aktivierbare Kunststoff- kleber aufgebracht werden und das Verbundrohr im Anschluß an die oder während der Durchmesserverringerung des Metallaußenrohrs zur Aktivierung der Klebbeschichtungen des Metallbands erwärmt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche des Kunststoffinnenrohrs vor dem Aufwickeln des beschichteten Metallbands zur Vergrößerung der Haftfähigkeit der zugeordneten Klebbeschichtung vorbehandelt wird.
6. 6. Verbundrohr, insbesondere Abflußrohr für Installationszwecke, bestehend aus wenigstens einem Innenrohr aus Kunststoff, einer dieses umschließenden, unter Verwendung von Kunststoff hergestellten Zwischenschicht und einem längsnahtgeschweißten metallenen Außenrohr, gekennzeichnet durch einen Aufbau entsprechend seiner Herstellung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5.