DE3635515A1 - Waermeisoliertes leitungsrohr - Google Patents
Waermeisoliertes leitungsrohrInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein wärmeisoliertes Leitungsrohr, insbesondere
für den Transport von Fernwärme, bestehend aus zwei konzentrischen
Rohren, von denen zumindest das Außenrohr ein gewelltes Metallrohr
ist, einer zwischen den Rohren befindlichen Wärmeisolationsschicht
aus aufgeschäumtem Kunststoff auf der Basis von Polyurethan sowie
einem auf dem Außenrohr aufsitzenden Mantel aus Kunststoff.
Aus der CH-PS 4 51 621 ist ein wärmeisoliertes Leitungsrohr zur
Verlegung in Erde oder auch außerhalb der Erde und zur Fortleitung
von Gasen oder Flüssigkeiten bekannt, welches im wesentlich koaxial
verlaufende metallische Rohre mit schrauben- oder balgenförmiger
Wellung zeigt, von denen das Innenrohr als die eigentliche Schicht
dient und zwischen denen sich eine thermisch isolierende Schicht
befindet und das Außenrohr an seiner Außenseite eine mechanisch und
korrosionshemmend wirkende Schutzschicht aufweist. Die besonderen
Vorteile dieses Leitungsrohres sind darin zu sehen, daß es
kontinuierlich in großen Längen hergestellt und wie ein elektrisches
Kabel auf Trommeln in abgemessener Länge versandt werden kann. Die
exakte längenmäßige Anpassung kann dann an der Baustelle vorgenommen
werden.
Dieses Leitungsrohrsystem hat sich insbesondere dort von Vorteil
erwiesen, wo aufwendige Erdarbeiten zwecks Verlegung von
Leitungsrohren vermieden werden sollen. Thermisch bedingte
Längenveränderungen des Rohres brauchen weder beim Aufbau der Leitung
in der Schichtenfolge noch bei der Verlegung berücksichtigt zu
werden, weil die Wellung der Rohre diese in sich selbst ausgleicht.
Die Verlegung der Haupttrassen von Fernwärmeleitungsrohren wird in
der Regel von den Energieversorgungsunternehmen durchgeführt. Die
Verbindung der Haupttrassen mit den einzelnen Verbrauchern, z. B.
Einfamilienhäusern, wird jedoch von Subunternehmern, z. B.
Heizungsbauern, durchgeführt. Da es sich bei den Anschlußleitungen
zwischen der Haupttrasse und dem Endabnehmer in der Regel um Längen
von weniger als 50 m handelt, ist der Transport solcher kurzen Längen
auf einer Kabeltrommel wirtschaftlich nicht sinnvoll.
Der vorliegenden Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, ein
wärmeisoliertes Leitungsrohr der eingangs erwähnten Art, anzugeben,
welches unter Beibehaltung der genannten Vorteile wesentlich
flexibler ist, so daß es unter Fortfall von Kabeltrommeln zu
Ringbunden gewickelt werden kann, deren Durchmesser 2,35 m nicht
überschreitet, so daß die Ringbunde auf normalen Lastkraftwagen
transportiert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender
Merkmale gelöst:
- a) Der Polyurethan-Schaum ist geschlossenporig und besitzt eine Bruchdehnung von mind. 25%.
- b) Die Wanddicke der Wärmeisolationsschicht, gemessen zwischen dem mittleren Durchmesser des Innenrohres und dem mittleren Durchmesser des Außenrohres, beträgt weniger als 30% des mittleren Durchmessers D des Außenrohres.
- c) Die Welltiefe t des Außenrohres ist größer als 0,05 D.
- d) Der Abstand a zwischen zwei Wellenkuppen des Außenrohres ist kleiner als der dreifache Wert der Welltiefe t.
- e) Die Wanddicke f des Außenrohres ist kleiner als der 0,2fache Wert der Welltiefe t.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es gelungen, ein
wärmeisoliertes Leitungsrohr bei den für Hausanschlußleitungen
üblichen Nennweiten so auszugestalten, daß es zu Ringbunden mit
weniger als 2,35 m Durchmesser gewickelt werden kann. Dieses Maß wird
durch die Erfindung im spannungsfreien Zustand erreicht, d. h. der
Wickeldurchmesser, auf den das Rohr nach Fertigstellung gewickelt
werden kann, ist noch geringer und beträgt in etwa 12 D, wobei D der
Außendurchmesser des Rohres ist. Durch die Verwendung eines
geschlossenporigen Polyurethan-Schaumes mit einer Bruchdehnung von
mind. 25% ist sichergestellt, daß die Wärmeisolationsschicht beim
Biegen um die engen Radien nicht einreißt. Der Schaum selbst ist auch
wesentlich flexibler, so daß die Wärmeisolationsschicht, die bei dem
bekannten Rohr aus einem Polyurethan-Hartschaum bestand, der Biegung
wesentlich weniger Kräfte entgegensetzt. Da die Streckenlänge
zwischen der Haupttrasse und den Endabnehmern in der Regel weniger
als 50 m beträgt, fallen die Wärmeverluste auf diesen Strecken nicht
so sehr ins Gewicht. Durch die Verringerung der Wanddicke der
Wärmeisolationsschicht kann bei Beibehaltung der Nennweite, d. h. des
Durchmessers des Innenrohres, der Durchmesser des Außenrohres
wesentlich herabgesetzt werden, so daß auch durch diese Maßnahme die
Biegbarkeit bzw. Flexibilität des Leitungsrohres erhöht wird. Eine
weitere Maßnahme zur Lösung der gestellten Aufgabe liegt in der
Veränderung der Wellung des bekannten Rohres. Durch die Vergrößerung
der Welltiefe kann die Flexibilität in bekannter Weise erhöht werden.
Diese Maßnahme allein reicht jedoch nicht. Da es auch auf den Abstand
zwischen zwei Wellenkuppen eines Wellrohres ankommt, wird durch die
Verringerung des Abstandes bei einer vorgegebenen Welltiefe auch
durch diese Maßnahme die Flexibilität von Wellrohren verbessert. Es
hat sich weiterhin gezeigt, daß die Wanddicke bei Wellrohren
entscheidend die Flexibilität beeinflußt. Da durch die tiefere
Wellung die Druckbeständigkeit von Wellrohren bei gleicher Wanddicke
wesentlich erhöht wird, kann eine Verringerung der Wanddicke in Kauf
genommen werden, ohne daß die Druckbelastung zu sehr abfällt.
Die Wellung des Außenrohres sollte zweckmäßigerweise einen
sinusförmigen Verlauf zeigen. Auch ist es möglich, sowohl die
Wellenberge als auch die Wellentäler im Querschnitt gesehen,
kreisbogenförmig auszubilden.
Untersuchungen haben ergeben, daß der Kunststoffmantel bei dem
bekannten wärmeisolierten Leitungsrohr die Biegbarkeit entscheidend
beeinflußt. So bilden sich bei der Biegung um enge Radien in der
Druckzone Falten. In der Zugzone wird das Kunststoffmaterial
überbelastet, so daß sich die Überdehnung beim Verlegen in gerader
Richtung nicht mehr rückbilden können. Auch kann es im
Zugspannungsbereich infolge Überdehnung zu Rissen kommen. Aus den
genannten Gründen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß der
Kunststoffmantel dem Verlauf der Wellung folgt und mit dem Außenrohr
porenfrei verklebt ist. Durch die porenfreie Verklebung soll
sichergestellt werden, daß eine Wasserdampfkondensation am Wellrohr,
die zu Korrosionen führen kann, vermieden wird. Zur Vermeidung der
Korrosion hat es sich weiterhin als sinnvoll erwiesen, zwischen dem
Außenrohr und dem Kunststoffmantel eine Schicht aus einem Copolymer
anzuordnen. Die Copolymer-Schicht liegt eng auf dem Metallwellrohr
auf und ist mit diesem innig verklebt. Für die Ausbildung des
Kunststoffmantels bieten sich mehrere Alternativen an. So ist es
möglich, den Mantel aus einem Polyäthylen zu extrudieren. Das
Anliegen an die Wellung kann dadurch erreicht werden, daß zwischen
dem äußeren Wellrohr und dem extrudierten Rohr ein Unterdruck erzeugt
wird oder aber daß der noch plastisch verformbare Kunststoffmantel
durch äußere Druckeinwirkung in die Wellentäler eingeformt wird.
Verwendet man als Kunststoffmantel ein Polyäthylen, welches vernetzt
ist, kann die Wanddicke des Kunststoffmantels gegenüber unvernetztem
Polyäthylen verringert werden, da vernetztes Polyäthylen wesentlich
höhere Festigkeitswerte als unvernetztes Polyäthylen aufweist.
Der Kunststoffaußenmantel kann jedoch auch aus einem aufgesprühten
Gießharz vorzugsweise auf der Basis von Polyurethan bestehen.
Derartige Beschichtungen lassen sich relativ einfach auf Wellrohre
aufbringen. Auch hier gilt, daß das Gießharz vernetzt sein kann. Der
Kunststoffmantel kann jedoch auch aus einer bandförmigen wendelartig
aufgebrachten Bewicklung mit überlappenden Bandkanten bestehen, deren
Steigung in Größe und Richtung der Wellensteigung des Außenrohres
entspricht. Verwendet man vorgereckte Kunststoffbänder, so formen
sich diese bei nachfolgender Erwärmung in die Wellentäler ein. Mit
besonderem Vorteil besteht die Bewicklung jedoch aus wärmeschrumpfbaren
Kunststoffbändern, deren Schrumpfwicklung auf einem
Vernetzungsprozeß beruht. Derartige Schrumpfbänder können an ihrer
dem Wellenrohr zugekehrten Oberfläche mit einer Klebeschicht versehen
sein, welche die Funktion der vorher genannten Copolymerschicht
übernimmt.
Für eine einfachere Verlegung des erfindungsgemäßen Leitungsrohres
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Wellung des Innenrohres so
auszubilden, daß sie einem metrischen Gewinde entspricht. Daraus
entsteht der Vorteil, daß auf einer üblichen Drehbank hergestellte
Rohrformstücke auf oder in das Innenrohr eingeschraubt werden können,
die mit dem Innenrohr umfangsseitig verlötet oder verschweißt werden
können.
Die Erfindung ist anhand der in den Fig. 1 bis 4 schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Das wärmeisolierte Leitungsrohr besteht aus einem schraubenlinienförmig
gewellten Innenrohr 1, beispielsweise aus Kupfer oder auch aus
Edelstahl, einer thermisch isolierenden Schicht 2 auf der Basis von
Polyurethan, einem schraubenlinienförmig gewellten Außenrohr 3 aus
Stahl oder aber auch aus einer Aluminiumlegierung sowie einem
extrudierten Kunststoffmantel 4 auf der Basis von Polyäthylen. Die
Wellentäler des Außenwellrohres 3 sind mit einer Bitumenmasse 5
ausgefüllt, die als Korrosionsschutz dient. Insbesondere bei der
Verwendung eines Außenwellrohres 3 aus normalem Stahl zeigt das
Außenwellrohr 3 in nicht dargestellter Weise eine Copolymer-
Beschichtung. Mit 6 ist noch ein wendelförmig aufgebrachter
Abstandshalter gezeichnet. Die Wellung des Innenrohres ist eine
schraubenlinienförmige Wellung, deren Steigung der Steigung eines
metrischen Gewindes entspricht, so daß zum endseitigen Anschluß des
Innenrohres 1 rohrförmige Verbindungsstücke verwendet werden können,
die an einem Ende eine Wellung aufweisen, die der Wellung des
Innenrohres 1 entspricht. Solche Rohrformstücke können bei einer
Wellung mit metrischen Gewinde auf üblichen Drehbänken hergestellt
werden. Die Wärmeisolationsschicht 2 besteht aus einem
Polyurethan-Schaum mit einer Bruchdehnung von mind. 25%. Die
Wanddicke S der Wärmeisolationsschicht 2 ist kleiner als der
Außendurchmesser D des Außenwellrohres 3. Der Kunststoffmantel 4 ist
bei dem in der Fig. 1 dargestellten Beispiel ein extrudierter
Polyäthylen-Mantel, der beispielsweise aus einem mit Silan gepropften
Polyäthylen besteht und insofern durch Feuchtigkeitseinwirkung
vernetzbar ist. Diese Vernetzung vollzieht sich bei Lagerung
selbsttägig durch die in der Umgebungsluft vorhandene Feuchtigkeit.
Sie kann jedoch auch durch eine zusätzliche Wasserdampfbehandlung in
der Wärme beschleunigt werden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel bezüglich der Bemessung
angegeben.
Innenrohr:
Innendurchmesser30 mm
Außendurchmesser34 mm
Steigung 5,08 mm
Welltiefe 1,5 mm
Wanddicke 0,5 mm
MaterialKupfer
Außenrohr:
Innendurchmesser74 mm
Außendurchmesser85 mm
Steigung12,6 mm
Welltiefe 4,9 mm
Wanddicke 0,6 mm
MaterialStahl
Korrosionsschutzschicht:
Außendurchmesser86,6 mm
MaterialBitumenbasis
Kunststoffmantel:
Außendurchmesser91,4 mm
MaterialPolyäthylen
Das angegebene wärmeisolierte Leitungsrohr läßt sich ohne
Schwierigkeiten zu Ringbunden mit einem Außendurchmesser von weniger
als 2 m wickeln.
Die Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des in der Fig. 1
dargestellten wärmeisolierten Leitungsrohres. Es ist deutlich zu
sehen, daß die Wellung des Außenrohres 3 wesentlich tiefer ist als
die Wellung des Innenrohres 1. Die Korrosionsschutzmasse 5 füllt
nicht nur die Wellentäler des Außenwellrohres 3 aus, sondern
überdeckt in der Praxis auch die Wellenkuppen des Außenwellrohres 3.
In der Fig. 3 ist ein Schnitt durch einen Teil des Außenwellrohres 3
dargestellt, bei dem die Wellung des Außenrohres 3 so ausgestaltet
ist, daß sowohl die Wellenberge als auch die Wellentäler
kreisbogenförmig verlaufen. Der Kunststoffaußenmantel 4 folgt exakt
dem Verlauf der Wellung des Außenrohres 3. Der dargestellte
Kunststoffaußenmantel 4 ist in der Fig. 3 zweckmäßigerweise durch
Aufsprühen eines Gießharzes hergestellt worden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 4 ist auf das Außenwellrohr
3 ein Kunststoffmantel 5 in Form einer wendelartig verlaufenden
Bandbewicklung aufgebracht, wobei die Bandkanten 6 einander
überlappen. Eine solche Ummantelung läßt sich mit Vorteil unter
Zuhilfenahme von wärmeschrumpfbaren Kunststoffbändern herstellen, die
in Längsrichtung gereckt sind und nach Erwärmung des Kunststoffmantels
5 in die Wellentäler des Außenwellrohres 3 eingeformt werden.
Claims (12)
1. Wärmeisoliertes Leitungsrohr, insbesondere für den Transport von
Fernwärme, bestehend aus zwei konzentrischen Rohren, von denen
zumindest das Außenrohr ein gewelltes Metallrohr ist, einer
zwischen den Rohren befindlichen Wärmeisolationsschicht aus
aufgeschäumten Kunststoff auf der Basis von Polyurethan sowie
einem auf dem Außenrohr aufsitzenden Mantel aus Kunststoff,
gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
- a) Der Polyurethan-Schaum ist geschlossenporig und besitzt eine Bruchdehnung von mind. 25%.
- b) Die Wanddicke der Wärmeisolationsschicht, gemessen zwischen dem mittleren Durchmesser des Innenrohres und dem mittleren Durchmesser des Außenrohres, beträgt weniger als 30% des mittleren Durchmessers D des Außenrohres.
- c) Die Welltiefe t des Außenrohres ist größer als 0,05 D.
- d) Der Abstand a zwischen zwei Wellenkuppen des Außenrohres ist kleiner als der dreifache Wert der Welltiefe t.
- e) Die Wanddicke s des Außenrohres ist kleiner als der 0,2fache Wert der Welltiefe t.
2. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wellung des Außenrohres einen
sinusförmigen Verlauf zeigt.
3. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wellung des Außenrohres dergestalt
ausgebildet ist, daß sowohl die Wellenberge als auch die
Wellentäler, im Querschnitt gesehen, kreisbogenförmig verlaufen.
4. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kunststoffmantel dem Verlauf der Wellung folgt und mit dem
Außenrohr porenfrei verklebt ist.
5. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem
Außenrohr und dem Kunststoffmantel eine Schicht aus einem
Copolymer und/oder einer Bitumenmasse angeordnet ist.
6. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kunststoffmantel ein extrudierter Mantel aus Polyäthylen oder
Polyvinylchlorid ist.
7. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Polyäthylen vernetzt ist.
8. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kunststoffmantel aus einem aufgesprühten Gießharz vorzugsweise auf
der Basis von Polyurethan ist.
9. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gießharz vernetzt ist.
10. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kunststoffmantel aus einer bandförmigen, wendelartig aufgebrachten
Bewicklung mit überlappenden Bandkanten besteht, deren Steigung in
Größe und Richtung der Wellensteigung des Außenrohres entspricht.
11. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bewicklung aus wärmeschrumpfbaren bzw.
geschrumpften Kunststoffbändern besteht.
12. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 11 mit einem schraubenlinienförmig gewellten
metallischen Innenrohr, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellung
des Innenrohres einem metrischen Gewinde entspricht.
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