DE3044872A1

DE3044872A1 - Waermeisoliertes leitungsrohr

Info

Publication number: DE3044872A1
Application number: DE19803044872
Authority: DE
Inventors: Arnold 3004 Isernhagen Vogts
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-11-28
Filing date: 1980-11-28
Publication date: 1982-08-19

Description

Wärmeisoliertes Leitungsrohr
Die Erfindung betrifft ein wärmeisoliertes Leitungsrohr, bestehend aus einem metallischen Innenrohr, vorzugsweise einem nahtlos gezogenen Kupferrohr, einem Außenmantel sowie einer zwischen dem Metallrohr und dem Außenmantel gelegenen abstandshaltenden Wärmeisolationsschicht, bei dem die Wärmeisolationsschicht aus einer Vielzahl von nebeneinanderliegenden extrudierten Kunststoffsträngen besteht, die an wechselnden Stellen miteinander verbunden sind und dadurch wabenartig geformte Hohlräume bilden.
Ein derartiges wärmeisoliertes Leitungsrohr ist aus der DE-OS 23 36 313 bekannt. Die Kunststoffstränge weisen relativ zu ihrer Dicke eine große Höhe auf, die für den Abstand des Außenmantels zum Innenrohr bestimmend ist.
Der Nachteil dieser Konstruktion ist darin zu sehen, daß ein direkter Wärmefluß auf kürzestem Wege vom Innenrohr zum Außenmantel möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das wärmeisolierte Leitungsrohr der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, daß der Wärmewiderstand der Isolierschicht vergrößert wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der Abstandshalter sowohl an dem Innenrohr als auch an dem Außenmant# mit höckerartigen Vorsprüngen punktweise anliegt und jeweils der kürzeste Abstand dieser zwei AnJage-stellen größer ist als der lichte Abstand zwischen Innenrohr und Außenmantel. Durch die Verlängerung des Weges, den die Wärme vom Innenrohr zum Außenmantel zurücklegen muß, wird der Wärmeisolationswert der Abstandshalterung wesentlich erhöht. Die Länge des Wärmeweges, d.h. etwa die kürzeste Verbindung zwischen einem Anlagepunkt auf dem Innenrohr und einem Anlagepunkt an dem Außenmantel läßt sich näherungsweise nach dem Lehrsatz des Pythagoras berechnen. Dies ist für den Fall, daß - wie es nach einem weiteren Gedanken der Erfindung vorgesehen ist - die Anlagestellen im Bereich der Verbindungsstellen befindlich sind, unmittelbar aus den Figuren ersichtlich.
Der Wärmeweg ist beispielsweise mehr als dreimal so lang wie der kürzeste Abstand zwischen Innenrohr und Außenmantel.
Das entspricht - in bezug auf die Körperleitung - der Isolierwirkung einer über dreimal größeren Höhe des Abstand halters als der tatsächlichen Höhe, mit erheblicher Ersparnis an Raum und Material. Die Wabenstruktur als Festigkeitssystem ist hier besonders für die Aufnahme der auftretenden Biege-Querbelastungen geeignet. Für Sonderzwecke können zusätzlich durch die Verbindungsstellen laufende parallel angeordnete Längsstränge die Belastbarkeit oder die Stützweite noch vergrößern, ohne die Isolierwirkung zu beeinträchtigen.
Die Anlagestellen werden vorteilhafterweise dadurch gebildet, daß die Höhe der Kunststoffstränge im Bereich der Verbindungsstellen ein Maximum aufweist. Diese Ausgestaltung der Erfindung läßt sich in besonders einfacher Weise herstellen.
Bei einem wärmeisolierten Leitungsrohr, bei dem die Verbindungsstellen in einer senkrecht zur Längsachse des Rohres stehenden Querschnittsebene gelegen sind, liegen die Verbindungsstellen jeder zweiten Ebene mit geringer Auflagefläche auf dem Innenrohr auf, wogegen die Verbindungsstellen der dazwischengelegenen Querschnittsebenen am Außenmantel anliegen. Diese Ausführung kann mit der bekannten Vorrichtung nach der DE-OS 23 36 313 ohne Mehraufwand leicht hergestellt werden. Noch bessere Wärmeisolationswerte erreicht man, wenn - wie es nach einem weiteren Gedanken der Erfindung vorgesehen ist - die Kunststoffstreifen aus einem aufgeschäumten thermoplastischen Kunststoff, wie Polyäthylen, Polypropylen oder anderen, bestehen.
Weiterhin ist es zweckmäßig, die wabenartig geformten Hohlräume mit schüttbaren Isolierkörpern, wie Schaumstoffgranulat vorzugsweise aus Polyurethan, auszuf#llen. Dadurch wird die Konvektion innerhalb der durch die Wabenwände, den Außenmantel und das Innenrohr gebildeten Hohlräume unterdrückt und dadurch der Isolationswiderstand erhöht.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines wärmeisolierten Leitungsrohres, bei dem die Abstandshalter durch Extrusion einer Vielzahl von Kunststoffsträngen und Verschweißen der Kunststoffstränge mittels Gas-, Dampf- oder Flüssigkeitsstrahlen an wechselnden Stellen direkt auf das kontinuierlich durch den Spritzkopf hindurchgeführte Innenrohr aufgebracht werden und auf den Abstandshalter der Außenmantel aufgebracht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Verteilung von Richtung und Stärke das Gas-, Dampf-oder Flüssigkeitsstrahlen über die Stranghöhen fortlaufend geändert wird, so daß sich bei benachbarten Verbindungsstellen abwechselnd auf das Innenrohr und den Außenmantel weisende höckerartige Vorsprünge bilden.
Das wärmeisolierte Leitungsrohr nach der Lehre der Erfindung ist gut biegbar und läßt sich in Form von Ringen mit einem Krümmungsradius von ca. 1 m aufwickeln. Die Wärmedurchgangszahl liegt erheblich unter 0,1 W/m.K..
Als Material für die Kunststoffstränge eigenen sich nahezu alle extrudierbaren Kunststoffe. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, solche Kunststoffe zu verwenden, die sich chemisch vernetzen lassen. Durch die Vernetzung wird die Standfestigkeit, insbesondere in der Wärme, des Abstandshalters wesentlich erhöht. Die Vernetzung kann dabei durch Zugabe eines chemischen Vernetzungsmittels, zum Beispiel Peroxid, zur Kunststoffmischung erfolgen. Die für die Zersetzung der Vernetzungsmittel erforderliche hohe Temperatur wird im Spritzkopf selbst durch Scherkräfte aufgebracht, die durch Verengung und Verlängerung der Austrittdüsen des Mundstückes vergrößert werden können. Die Vernetzung des Kunststoffes des Abstandshalters läßt sich jedoch wesentlich günstiger erreichen, wenn der Kunststoffmischung Silane zugesetzt werden, die nach der Extrusion durch Zufuhr von Feuchtigkeit eine Vernetzung bewirken.
Als Druckmittel für die Strangauslenkung und Verscheißung kann hier expandierender Wasserdampf verwendet werden.
Wegen der geringen Querschnitte der Kunststoffstränge und der dadurch erreichten großen Oberfläche des Abstand halters läßt sich dieses Verfahren schnell und kostengünstig durchführen, insbesondere, wenn die Kunststoffstränge aus geschäumtem Kunststoff hergestellt sind. Eine Erhöhung der Feuerfestigkeit ergibt sich durch Verwendung von mineralisch-keramischen Stoffen für die Stränge und/ oder Isolierkörper (Perlitekugeln, glasfaserverstärkte Stoffe).
Die Erfindung ist anhand der in den Figuren 1 bis 8 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigt: Figur 1 eine perspektivische Ansicht des Leitungsrohres, wobei der Außenmantel teilweise entfernt wurde Figur 2 einen Längsschnitt nach Linie II-II der Figur 3 durch das Rohr, mit zusätzlich einer wärmereflektierenden Zwischenfolie Figur 3 einen Querschnitt nach Linie I-I der Figur 2 durch das Rohr Figur 4 einen Längsschnitt in vergrößertem Maßstab nach Linie IV-IV der Figur 5;durch Rohr und Herstellvorrichtung, im Grundaufbau entsprechend Figur 1 der DE-OS 23 36 313, mit der Darstellung einer Schweißphase Figur 5 einen Querschnitt nach Linie III-III der Figur 4, entsprechend Figur 3 der DE-OS 23 36 313 Figur 6 einen Längsschnit nach Linie VI-VI der Figur 7 mit der Darstellung einer um eine halbe Wabenlänge versetzten Schweißphase Figur 7 einen Querschnitt nach Linie V-V der Figur 6 Figur 8 ein Beispiel einer gesamten Fertigungsanlage des Leitungsrohres nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Die Figur 1 zeigt ein nahtlos gezogenes Kupferrohr 1, welches von einem Außenmantel 2 konzentrisch umgeben ist.
Zwischen dem Kupferrohr 1 und dem Außenmantel 2 ist ein Abstandshalter 3 angeordnet, welcher im wesentlichen aus Kunststoffsträngen besteht, die an vorbestimmten Stellen miteinander verschweißt sind und eine Wabenstruktur - wie dargestellt - bilden. Um die Anlagefläche des Abstandshalters 3 sowohl an dem Kupferrohr 1 als auch am Außenmantel 2 möglichst gering zu halten, sind die Kunststoffstränge im Bereich der Verbindungsstellen derartig verformt, daß sich Vorsprünge 4 und 5 bilden, die entweder auf das Kupferrohr 1 oder aber den Außenmantel 2 weisen.
Dabei sollten jeweils benachbarte Vorsprünge 4 bzw. 5 in die entgegengesetzte Richtung weisen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung vergrößert sich der Weg, den die Wärme vom Kupferrohr 1 zum Außenmantel 2 zurücklegen muß.
Die Figur 2 zeigt diesen Effekt in besonders deutlicher Weise. Die von dem im Innenrohr 1 strömenden erwärmten Medium an das Kupferrohr 1 abgegebene Wärme fließt über den Vorsprung 4 in den Stegbereich 6 und von dort über den Vorsrpung 5 in den Außenmantel 2. Durch das punktförmige Anliegen der Vorsprünge 4 und 5 an dem Kupferrohr 1 bzw. dem Außenmantel 2 wird der Wärmeübergang noch erschwert. Der Außenmantel 2 besteht beispielsweise aus einer Aluminiumfolie bzw. einer mit Aluminium kaschierten Kunststoffolie 7 und/oder einem vorzugsweise extrudierten Kunststoffmantel 8. Die Aluminiumfolie 7 und der Kunststoffmantel 8 sollten zweckmäßigerweise miteinander verklebt sein, um beim Biegen des Leitungsrohres zu verhindern, daß die Aluminiumfolie bzw. die kaschierte Kunststoffolie knittert bzw. reißt. Um noch weniger Auflagepunkte zu erhalten, können die Vorsprünge 4 und 5 in einigen Verbindungsstellen entfallen. Als Variante beim Außenmantel 2 ist ggf. auch eine feste Verschweißung der Vorsprünge 5 mit dem extrudierten Kunststoffmantel 8 ohne Aluminiumfolie 7 ähnlich Figur 1, zweckmäßig.
Der Abstandshalter 3 wird gemäß Figur 4 und 5 auf das Kupferrohr 1 mittels eines Blasspritzkopfes aufgebracht, aus dessen kreisringförmigem Mundstück 9 eine Vielzahl von Kunststoffsträngen parallel zueinander austreten, die in wechselnder Weise mit den jeweils benachbarten Kunststoffsträngen verschweißt werden.
Hierzu dienen Rohre 10a und 10b, die abwechselnd je einer preßluftbeaufschlagtcn Blasgruppe a und b angehören und öffnungen für die Kunststoffstränge geführt sind. Nahe den Rohrenden sind seitlich Düsenöffnungen für die Freisetzung von Druckmitteln, zum Beispiel Druckluftstrahlen, angeordnet. Durch Hin- und Hergehen der Rohre 10a und 10b in Richtung des zentral durchlaufenden Kupferrohres 1 und jeweiliges Öffnen und Abblenden der Düsenöffnungen werden die Kunststoffstränge wechselseitig quer zur Austrittsrichtung abgelenkt und miteinander verschweißt. Ähnliche Blasspritzköpfe für das sogenannte Extrusionsblasschweißen mit gleichbleibender Stranhöhe sind aus der DE-OS 23 36 313 bekannt. Wesentlich für die Erfindung ist, daß sich die höckerartigen Vorsprünge 4 und 5 durch unterschiedliche, laufend wechselnde Druckverteilung über die Höhe der Stränge bilden können. Dieser Forderung entsprechen die unterschiedlichen Düsenbohrungen Ila und 12a in den Rohren 10a der Blasgruppe a (Figuren 4 und 5) sowie die Düsenbohrungen llb und l2b in den Rohren 10b der Blasgruppe b (Figuren 6 und 7).
Die Düsenbohrungen lla und llb richten dabei infolge ihres vergrößerten Querschnittes gegenüber dem Querschnitt der Düsenbohrungen 12a und 12b einen verstärkten Luftstrom gegen die entsprechenden Flankenseiten der extrudierten Kunststoffstränge, wodurch diese so verformt werden, daß sich entweder die höckerartigen Vorsprünge 4 (Blasgruppe a) oder 5 (Blasgruppe b) bilden. Wie die Figuren 5 und 7 zeigen, ist dies mit einer Querschnitssabnahme der Kunststoffstränge verbunden, was sich positiv auf den Wärmewiderstand auswirkt.
Die Düsenöffnungen für das Druckmittel können statt der ungleichen Bohrungen lla bis 12b auch andere, wie etwa schlüssellochartige Form aufweisen. Auch ein Blasspritz- kopf zur Druckmittelbeaufschlagung ohne bewegliche Teile ist ausführbar, beispielsweise gemäß der DE-PS 1 779 330, oder mit entsprechenden Strahlumlenkmitteln. Eine mögliche Variante des Druckmittels wäre die Verwendung eines sehr hochwertigen wärmefesten Isolierstoffes anstelle oder in Kombination mit Preßluft. Dieser würde an den Vorsprüngen haftenbleiben und sie überdecken.
Die Figur 8 zeigt, wie ein Verfahren zur Herstellung des vollständigen wärmeisolierten Leitungsrohres gemäß der Lehre der Erfindung ablaufen könnte. Ein Kupferrohr 1 wird in den Blasspritzkopf 13 eingeführt, welcher auf das Kupferrohr 1 den Abstandshalter 3 aufbringt. Mit 14 sind Mittel dargestellt, welche den extrudierten Abstandshalter 3 abkühlen sollen. Das mit dem Abstandshalter. 3 versehene Kupferrohr 1 wird durch eine Füllvorrichtung 15 kontinuierlich hindurchgeführt, die die wabenartigen Hohlräume zwischen den Kunststoffstreifen mit vorgefertigten schüttbaren Isolierkörpern 17, wie Schaumstoffgranulat, vorzugsweise auf der Basis von Polyurethan oder PoZyisocyanuratschaum, ausfüllt.
Hierzu dient ein Vorratstrichter 16, in dem das Granulat oder das Pulver 17 von einer Schnecke 18 aufgelockert bzw.
auch vorgetrieben wird. Dem gleichen Zweck dient ein Stutzen 19, durch den ein Preßgas in den Trichter 16 eingeleitet werden kann, welches das Fördern des Pulvers oder Granulates 17 erleichtert oder es verdichtet.
Ein mit dem Vorratstrichter 16 über einen Rohrkrümmer in Verbindung stehender Fülltrichter 20 mit Führungsrohren 21 und 22 drückt das Granulat oder Pulver 17 in die als Verdrängungsfördersystem wirkenden Wabenzellen. Das Einstellen eines kleinen Fülltrichterwinkels bewirkt eine höhere Kompression; wird der Winkel vergrößert, so ergibt das eine lockerere Füllung mit günstigeren Isolierwerten.
Nac cicrn Aust l i t iius dem lührungsrohr 21 wird das Wabenrohr von einer über eine Formrinne 23 längseinlaufenden Aluminiumfolie 7 oder einer mit Aluminium bedampften Kunststoffolie umhüllt und deren Längsüberlappung, wie bei 21. dargestellt, verschweißt oder verklebt. Mittels eines Extruders 25 kann zusätzlich die äußerste Schutzschicht 8 des Außenmantels 2 aufextrudiert werden.
Im Vergleich zu einer üblichen Fertigungsanlage für Leitungsrohre mit Vollschaumisolierung ist die Baulänge der neuen Anlage erheblich kürzer, weil die aufwendige Aushärtestrecke für den Vollschaumstoff, die Doppeleinrichtungen für das Schaumgießen, das Vorfertigen und Umspinnen der Abstandswendel sowie weitere Geräte entfallen. Als schüttbare Isolierkörper lassen sich auch. Schaumstoffreste, deren Beseitigung bisher eine erhebliche Umweltbelastung bedeutete, vollwertig wiederverwenden.
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Claims

Patentansprüche Wärmeisoliertes Leitungsrohr, bestehend aus einem metallischen Leitungsrohr, vorzugsweise einem nahtlos gezogenen Kupferrohr, einem Außenmantel sowie einer zwischen dem Metallrohr und dem Außenmantel gelegenen abstandshaltenden Wärmeisolationsschicht, bei dem die Wärmeisolationsschicht aus einer Vielzahl von nebeneinanderliegenden extrudierten Kunststoffsträngen besteht, die an wechselnden Stellen miteinander verbunden sind und dadurch wabenartig geformte Hohlräume bilden, dadurch gekennzeichnet. daß der Abstandshalter (3) sowohl an dem Innenrohr (1) als auch an dem All!ienmantel (2,7) mit höckerartigen Vorsprüngen (4,5) punktweise anliegt und jeweils der kürzeste Abstand dieser zwei Anlagestellen größer ist als der lichte Abstand zwischen Innenrohr (1) und Außenmantel (2,7).
2. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagestellen im Bereich der Verbindungsstellen befindlich sind.
3. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Kunststoffstränge im Bereich der Verbindungsstellen ein Maximum aufweist.
4. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, bei dem die Verbindungsstellen in senkrecht zur Längsachse des Rohres stehenden Querschnittsebenen gelegen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstellen jeder zweiten Querschnittsebene mit geringer Auflagefläche auf dem Innenrohr (1) aufliegen, wogegen die Verbindungsstellen der dazwischengelegenen Querschnittsebenen am Außenmantel (2,7) anliegen.
5. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffstränge aus einem aufgeschäumten, insbesondere mittels Silan oder Peroxid vernetzten thermoplastischen Kunststoff, wie Polyäthylen, Polypropylen etc. bestehen.
6. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die wabenartig geformten Hohlräume mit schüttbaren Isolierkörpern wie Schaumstoffgranulat, vorzugsweise aus Polyurethan, gefüllt sind.
7. Verfahren zur Herstellung eines wärmeisolierten Leitungsrohres nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, bei welchem die Abstandshalter durch Extrusion einer Vielzahl von Kunststoffsträngen und Verschweißen der Kunststoffstränge mittels Gas-, Dampf- oder Flüssigkeitsstrahlen an wechselnden Stellen direkt auf das kontinuierlich durch den Spritzkopf hindurchgeführte Metallrohr aufgebracht werden und auf den Abstandshalter der Außenmantel aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung von Richtung und Stärke der Gas-, Dampf- oder Flüssigkeitsstrahlen iiber die Stranghöhen fortlaufend geändert wird, so daß sich bei benachbarten Verbindungsstellen abwechse 1 nd auf das Innenrohr und den Außenmantel weisende höckerartige Vorsprünge bilden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet. daß vor dem Aufbringen des Außenmantels die wabenartigen Hohlräume mit schüttbaren Isolierkörpern, vorzugsweise Schaumstoffgranulat oder -pulver, gefüllt werden.