DE69927489T3

DE69927489T3 - Mehrschichtiges kunststoffrohr und seine verwendung

Info

Publication number: DE69927489T3
Application number: DE69927489T
Authority: DE
Inventors: Bengt Johansson; Yngve Lundequist; Rauno Asplund
Original assignee: Uponor AB
Current assignee: Uponor AB
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 2013-06-13
Anticipated expiration: 2019-03-19
Also published as: DE69927489T2; EP1064487B2; AR018793A1; SE511766C2; NO331863B1; DK1064487T4; CA2323555C; NO20004752L; CA2323555A1; EP1064487A1; SE9800967L; DE69927489D1; EP1064487B1; SE9800967D0; NO20004752D0; WO1999049254A1; US6422269B1; DK1064487T3; AU2866099A; ATE305583T1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein mehrschichtiges Kunststoffrohr, vorzugsweise zur Verwendung in Heizsystemen und welches in der Lage ist, durch radiale Ausdehnung und anschließendes Schrumpfen des Rohres auf einen Rohrstutzen eine Rohrkupplung vorzusehen. Das mehrschichtige Rohr hat einen Innenkern, eine Sperrschicht, welche den Innenkern umgibt und Sauerstoffdiffusion durch das mehrschichtige Rohr verhindert, eine Zwischenschicht angeordnet zwischen dem Innenkern und der Sperrschicht, und eine Außenschicht, welche die Sperrschicht umgibt und die äußerste Schicht des mehrschichtigen Rohres bildet und in der Lage ist, das Erscheinen von Rissen in der genannten Sperrschicht während radialer Ausdehnung und Schrumpfen des Rohres zu verhindern. Die Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung eines mehrschichtigen Kunststoffrohres.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Kunststoffrohre wurden früher bspw. für die Wasserversorgung benutzt. Derartige Rohre bestehen vorzugsweise aus Polyolefinen, bspw. vernetztem Polyethylen (PEX), Polypropen oder Polybutylen. Kunststoffrohre, welche in Heizsystemen verwendet werden sollen, wie bspw. solche für Bodenheizung oder für Radiatorsysteme, müssen mit einer Sauerstoffsperrschicht ausgestattet sein, so dass eine Sauerstoffdiffusion in das Wasser und somit das Verursachen einer Korrosion an den Metallbauteilen, welche Teil der Heizungssysteme sind, zu verhindern.
Um eine Sauerstoffdiffusion durch das Rohr zu verhindern, ist es eine allgemein verwendete Methode, die äußere Oberfläche des Rohres mit einer Sperrschicht aus einem Material zu überziehen, welche eine Diffusion verhindert, bspw. Ethylenalkohol (EVOH). Eine Zwischenschicht aus einem Klebematerial, eine Klebeschicht, kann zwischen dem Innenkern und der Sperrschicht vorgesehen sein, wobei die genannte Zwischenschicht wirksam ist, um die Haftung zwischen dem Innenkern, wie einem PEX-Rohr, und einer Außensperrschicht zu erzeugen oder zu erhöhen.
Eine vorteilhafte Technik zum Verbinden von Kunststoffrohren mit unterschiedlichen Typen von Kupplungen und Fittings in Wasserverteilungssystemen ist bisher bekannt, u. a. aus der SE-C2-500665 und der SE-C2-501555 . Die beschriebene Technik wird für Rohrkupplungen für Kunststoffrohre eingesetzt, welche viskoelastische Eigenschaften, oder Memory-Eigenschaften, haben, d. h. Kunststoffrohre, welche nach bspw. einer Ausdehnung selbsttätig auf ihre ursprüngliche Gestalt zurückschrumpfen. Ein Rohrmaterial mit dieser Eigenschaft ist bspw. vernetztes Polyolefin, insbesondere vernetztes Polyethylen (PEX). Die mechanischen Eigenschaften des Materials erlauben eine Deformation des Rohres bei Temperaturen so niedrig wie bei etwa –20°C. Um das Kunststoffrohr auf eine Rohrkupplung zu montieren, wird das Ende des Kunststoffrohres gedehnt und ein Rohrstutzen in das ausgedehnte Ende des Rohres eingesetzt und in dem Rohr gehalten, bis das Rohrende auf den Rohrstutzen zurückschrumpft. Diese bekannte Technik ist vorteilhaft, da sie schnell und einfach auszuführen ist und eine sichere und wasserdichte Kupplung liefert.
In Übereinstimmung mit der zuvor beschriebenen Technik werden die Rohre im Wesentlichen in radialer Richtung ausgedehnt. Dies hat sich als befriedigend funktionierend erwiesen, wenn PEX-Rohres verwendet werden. Diese vorteilhafte Kupplungstechnik ist jedoch nachteilig, wenn sie auf Rohre angewendet wird, welche eine Sauerstoffsperrschicht aufweisen, wie zuvor erwähnt. Bei dem Prozess einer wesentlichen radialen Ausdehnung des Rohres können Risse in der äußeren Sperrschicht auftreten, wobei diese Risse insbesondere bei niedrigen Temperaturen, bspw. Temperaturen unter etwa 15°C, auftreten. Die Risse, welche in der Sperrschicht auftreten, haben die Neigung, sich in die Rohrwand während des Ausdehnungsprozesses des Rohres auszudehnen, wodurch sie Rohrbrüche verursachen, welche zu undichten Rohrkupplungen führen.
Ein anderes Beispiel von mehrschichtigen Rohren ist in der EP 0 030 091 offenbart, welche einen Innenkern aus vernetztem Polyethylen, eine Sperrschicht, welche den Innenkern umgibt und die Sauerstoffdiffusion durch das mehrschichtige Rohr verhindern, und eine Zwischenschicht aus einem Klebematerial aufweisen, welches zwischen dem Innenkern und der Sperrschicht angeordnet ist, sowie eine Außenschicht aus einem Klebematerial.
Versuche wurden gemacht, um das zuvor genannte Problem durch Modifizieren bekannter Sperrmaterialien zu lösen. Das Ziel war zu versuchen, Risse in einer Diffusionssperre aus Ethylenvinylalkohol eines mehrschichtigen Rohres während radialer Ausdehnung und anschließendem Schrumpfen zu verhindern. Bis dato wurde ein modifiziertes Sperrmaterial, welches eine annehmbare Lösung für das Rissbildungsproblem während Ausdehnung und anschließendem Schrumpfen vorsieht, nicht gefunden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Lösung des zuvor genannten Problems zu schaffen, indem die vorteilhafte Kupplungstechnik auf die Kunststoffrohre angewendet werden kann, welche speziell für den Einsatz in Heizsystemen hergestellt sind.
Dieses Ziel wurde nach der Erfindung in einem mehrschichtigen Kunststoffrohr erreicht, welches die kennzeichnenden Merkmale hat, welche in den Ansprüchen niedergelegt sind.
Die erfinderische Lösung bringt den Vorteil mit sich, dass die vorteilhafte Kupplungstechnik, welche schnell, wirksam und kostengünstig ist, auf einen ganzen Bereich unterschiedlicher Rohre angewendet werden kann. Dies bedeutet, dass Klempner, welche bei Installationen vor Ort arbeiten, keine unterschiedlichen Kupplungen für unterschiedliche Typen von Rohren erfordern, sondern stattdessen gerade einen Typ von Kupplungen einsetzen können.
Nach der vorliegenden Erfindung wurde das Problem durch ein Beschichten des mehrschichtigen Kunststoffrohres mit einer zusätzlichen Schicht aus einem Klebematerial, einer Klebeschicht, gelöst. Die Klebeschicht kann aus dem gleichen oder ähnlichen Material wie die Zwischenklebeschicht bestehen, welche zwischen dem Innenkern und der Sperrschicht angewendet wird, um so die Haftung zwischen den Schichten zu erhöhen. Das erfindungsgemäße mehrschichtige Rohr, welches mit einer äußeren Klebeschicht überzogen ist, kann radial ausgedehnt werden und ohne Rissbildung in der Sperrschicht oder in anderen Teilen der Rohrwand schrumpfen.
In einem Kunststoffrohr mit einer Außenschicht, wie einer Sperrschicht, treten Beanspruchungskonzentrationen natürlicher Weise insbesondere in der Außenschicht auf, wenn das Rohr ausgedehnt wird. Deswegen erscheinen Beanspruchungsrisse hauptsächlich in der Außenschicht und diese Risse können sich, wie oben beschrieben, in die Rohrwand während der Ausdehnung des Rohres fortsetzen und Rohrbrüche verursachen. Nach der Erfindung ist die Außensperrschicht mit einer zusätzlichen Schicht überzogen, welche selbst genügend nachgiebig ist, um Belastungskonzentrationen zu absorbieren und welche auch an der spröden Sperrschicht haftet, so dass diese Schicht ”unterstützt” wird. Dies verhindert oder verringert die Neigung, Risse in der Rohrwand zu bilden.
Die mechanischen Eigenschaften von kristallinen Materialien und auch von halbkristallinen Materialien, wie bspw. EVOH, hängen u. a. von der kristallinen Struktur des Materials ab. Die kristalline Struktur ist abhängig von der Rate der Kristallisation, d. h. der Abkühlrate. Beim Extrudieren eines Kunststoffrohres mit einer Sperrschicht ist die Außenschicht unmittelbar der Umgebungsluft außerhalb der Extruderdüse ausgesetzt. Ein extrudiertes Rohr mit keiner zusätzlichen Außenschicht ist einem raschen Kühlen und einer Kristallisation ausgesetzt. Bei der Extrusion eines Rohres mit einer Außenklebeschicht nach der Erfindung ist das Abkühlen der Sperrschicht langsamer und die so erhaltene kristalline Struktur dieser Sperrschicht hat verbesserte mechanische Eigenschaften.
Die Sperrschicht eines Rohres mit keiner zusätzlichen Außenschicht ist unmittelbar der Luft ausgesetzt, wenn es die Extruderdüse bei einer Temperatur von oberhalb 200°C verlässt. Eine oxidative Verschlechterung der Sperrschicht findet in diesem Zustand statt, was die mechanischen Eigenschaften des Materials vermindert. In einem Rohr, welches mit einer zusätzlichen Schicht außerhalb der Sperrschicht nach der Erfindung überzogen ist, schützt die Außenschicht die Sperrschicht gegen die genannte Verschlechterung während der Abkühlperiode und deswegen sind die mechanischen Eigenschaften der Sperrschicht verbessert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Erfindung wird unten in größerer Einzelheit mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, welche an einem Beispiel einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung zeigen.
1 ist eine Querschnittsansicht eines mehrschichtigen Rohres nach der Erfindung;
2 ist ein Axialschnitt eines ausgedehnten mehrschichtigen Rohres nach 1 mit einem eingesetzten Rohrstutzen; und
3 zeigt ein mehrschichtiges Rohr nach 2, welches über den Rohrstutzen schrumpft.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 veranschaulicht einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsart eines mehrschichtigen Kunststoffrohres nach der Erfindung. Das mehrschichtige Rohr 1 weist einen Innenkern 2 auf, welcher aus vernetztem Polyolefin, vorzugsweise einem vernetzten Polyethylen hergestellt ist, ein PEX-Rohr. Der Innenkern 2 ist aus einem Material, welches viskoelastische oder Memory-Eigenschaften hat, d. h. einem Material, welches nach Ausdehnung dazu neigt, selbsttätig seine ursprüngliche Gestalt wieder anzunehmen.
Eine Sperrschicht 6 ist auf der Außenseite des Innenkerns 2 angeordnet, um Sauerstoffdiffusion durch das Rohr 1 zu verhindern. Das Material der Sperrschicht 6 ist vorzugsweise Ethylenvenylalkohol (EVOH), was ein Material ist, welches allgemein als eine Sauerstoffsperre benutzt wird. Verschiedene modifizierte Varianten von EVOH können ebenfalls als Sperrschichten verwendet werden. Andere bekannte Sperrmaterialien, welche Sauerstoffdiffusion durch das Rohr verhindern, können ebenfalls als Sperrschicht im Rahmen der Erfindung verwendet werden.
Die Sperrschicht 6 ist außerhalb des Innenkernes 2 angeordnet, vorzugsweise und bei dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3, mit einer Zwischenschicht 4 zwischen der Sperrschicht 6 und dem Innenkern 2 aus einem Klebematerial, einer Klebeschicht. Die Zwischenklebeschicht 4 ist angeordnet, um die Haftung zwischen dem Innenkern 2 und der Sperrschicht 6 des mehrschichtigen Rohres zu erzeugen oder zu verbessern. Das Material der Klebeschicht können irgendwelche gut bekannten und leicht auf dem Markt erhältlichen Produkte sein, welche die Eigenschaft haben, an den Materialien des Innenkerns 2 und der Sperrschicht 6 zu haften. Das Material der Klebeschicht ist vorzugsweise ein modifiziertes Polyethylen, wie bspw. ein maleinanhydridmodifiziertes Polyethylen.
Nach der Erfindung ist eine zusätzliche Schicht 8 auf der Außenseite der Sperrschicht 6 angeordnet. Die Außenschicht 8 ist eine Klebeschicht aus demselben oder ähnlichem Material wie das der Zwischenklebeschicht 4 zwischen dem Innenkern 2 und der Sperrschicht 6. Innerhalb des Erfindungsgedankens können das Material der Zwischenklebeschicht 4 und der Außenklebeschicht 6 jeweils natürlich aus vollständig unterschiedlichen Materialien mit Klebeeigenschaften bestehen.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Wandstärke des Innenkerns 2 etwa 1,5–25 mm, vorzugsweise etwa 1,8–5 mm, während die drei Außenschichten 4, 6, 8 relativ dünn sind und ähnliche Wandstärken haben. Entsprechend dem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Zwischenklebeschicht 4 eine Wandstärke von etwa 25–250 μm, vorzugsweise 50–100 μm, und die umgebende Sperrschicht 6 hat eine Wandstärke von etwa 25–250 μm, vorzugsweise 50–100 μm. Nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Stärke der Außenklebeschicht 8 etwa 20–250 μm, vorzugsweise 50–100 μm.
2 veranschaulicht einen Axialschnitt des mehrschichtigen Rohres 1 nach 1. Der Endteil 10 des Rohres 1 ist mittels eines nicht dargestellten Dehnwerkzeuges erweitert. Eine Rohrkupplung oder ein Rohrstutzen 12, bspw. aus Metall oder Kunststoff, ist teilweise in das erweiterte Ende 10 des Rohres eingesetzt.
Ein externer Verschlussring (nicht dargestellt) aus elastischem Material, bspw. aus demselben Material wie der Innenkern, kann auf der Außenseite des Endteiles 10 des Rohres als Verstärkung angeordnet sein und zusammen mit dem Endteil 10 erweitert werden.
3 veranschaulicht, wie der aufgeweitete Endteil 10 des Rohres 1 dazu neigt, seine ursprüngliche Gestalt einzunehmen und auf den Rohrstutzen 12 aufschrumpft. Das Rohrende 10 schrumpft schnell und ohne äußeren Einfluss, so dass eine sichere und dichte Verbindung zwischen der Innenseite des Rohrendes 10 und der Außenseite des eingesetzten Teiles des Rohrstutzens 12 entsteht.
Das mehrschichtige Rohr 1 hat eine flexible äußere Schicht 8, welche an der spröden Sperrschicht 6 haftet. Das Rohrende 10 kann deswegen einer raschen und wesentlichen radialen Ausdehnung ausgesetzt werden, wie dies in 2 dargestellt ist, ohne dass Rissbildung oder -fortsetzung in irgendeiner der äußeren Schichten oder in anderen Teilen des mehrschichtigen Rohres stattfindet.
Es ist einzusehen, dass die Erfindung nicht auf das zuvor beschriebene und veranschaulichte Ausführungsbeispiel beschränkt ist und dass verschiedene Modifikationen innerhalb des Schutzumfanges der folgenden Patentansprüche denkbar sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sperrschicht von einer Innen- und einer Außenklebeschicht umgeben. Es ist jedoch einzusehen, dass die Innenklebeschicht 4 weggelassen oder wahlweise durch eine modifizierte Sperrschicht mit Eigenschaften ersetzt sein kann, welche die Eigenschaften der Zwischenklebeschicht kompensieren.

Claims

Mehrschichtiges Kunststoffrohr, vorzugsweise zur Verwendung in Heizsystemen und welches in der Lage ist, durch radiale Ausdehnung und anschließendes Schrumpfen des Rohres auf einen Rohrstutzen (12) eine Rohrkupplung vorzusehen, mit einem Innenkern (2) aus vernetztem Polyethylen, einer Sperrschicht (6) aus Ethylenvinylalkohol (EVOH), welche den Innenkern umgibt und welche eine Sauerstoffdiffusion durch das mehrschichtige Rohr verhindert, einer Zwischenschicht (4) aus einem Klebematerial, die zwischen dem Innenkern (2) und der Sperrschicht (6) angeordnet ist, und eine Außenschicht (8) aus einem Klebematerial, welche die Sperrschicht (6) umgibt und die äußerste Schicht des mehrschichtigen Rohres bildet, wobei sie in der Lage ist, das Erscheinen von Rissen in der genannten Sperrschicht während der radialen Ausdehnung und dem Schrumpfen des Rohres zu verhindern, wobei die Sperrschicht eine Kristallstruktur aufweist, die durch Extrusion des mehrschichtigen Rohres mit der Außenschicht aus Klebematerial erhalten werden kann.
Mehrschichtiges Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebematerial der Zwischenschicht modifiziertes Polyethylen ist.
Mehrschichtiges Rohr nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebematerial der Außenschicht modifiziertes Polyethylen ist.
Mehrschichtiges Rohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke des Innenkerns (2) 1,5 bis 25 mm, vorzugsweise 1,8 bis 5 mm beträgt, dass die Wanddicke der Sperrschicht (6) 25 bis 250 μm, vorzugsweise 50 bis 125 μm beträgt, und dass die Wanddicke der Außenschicht (8) 25 bis 250 μm, vorzugsweise 50 bis 100 μm beträgt.
Mehrschichtiges Rohr nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke der Klebematerial-Zwischenschicht (4) 25 bis 250 μm, vorzugsweise 50 bis 100 μm beträgt
Einsatz eines Kunststoffrohres zum Vorsehen einer Rohrkupplung durch radiale Ausdehnung und anschließendes Schrumpfen des Rohres auf einen Rohrstutzen (12), wobei es sich bei dem Rohr um ein mehrschichtiges Kunststoffrohr handelt, das folgendes umfasst: einen Innenkern (2) aus vernetztem Polyethylen, eine Sperrschicht (6) aus Ethylenvinylalkohol (EVOH), welche den Innenkern umgibt und welche eine Sauerstoffdiffusion durch das mehrschichtige Rohr verhindert, eine Zwischenschicht (4) aus einem Klebematerial, die zwischen dem Innenkern (2) und der Sperrschicht (6) angeordnet ist, und wobei die Sperrschicht mit einer Außenschicht (8) aus einem Klebematerial vorgesehen ist, welche die äußerste Schicht des Rohres bildet.