DE4304717A1 - Mehrschicht-Verbundrohr und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrschicht-Verbundrohr gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, welches im wesentlichen für den Sanitärbereich, vorzugsweise für Wasserleitungen und für Heizungen, beispielsweise Fußbodenheizungen vorgesehen ist. Der Verbund des Kupferrohres mit dem Kunststoffrohr hat den Vorteil, daß man im Vergleich mit vollwandigen Kupferrohren mit wesentlich weniger Kupfer auskommt.

Ein derartiges Verbundrohr ist als Kunststoffschlauch bekannt (DE-OS 31 04 161), dessen Innenwand mit dem Kupferrohr ausgekleidet ist, welches aus einem Band geformt wird, dessen Längskanten miteinander ver­ schweißt werden. Das Schweißmetall befindet sich daher zwischen den Stirnseiten der Bandkanten. Die Korrosionsfestigkeit dieses Schlauches entspricht der Korrosionsfestigkeit eines vollwandigen Kupferrohres, obwohl der Kupferanteil wesentlich vermindert ist. Es ist ferner bekannt (aaO.), die Schweißnähte der Kupferbandkanten zu vergüten und auf das Kupferrohr das Kunststoffrohr aufzuextrudieren. Hierdurch wird eine größere Ersparnis an Kupfer erzielt, da sich die Bandstärke des Kupferrohres auf maximal 1 mm reduzie­ ren läßt und die Wandstärke des Kunststoffrohres unter dieser Voraussetzung ca. 1 mm beträgt.

Bei derartigen Verbundrohren ist das Kupfer direkt im Strömungsmedium ausgesetzt, welches durch das Rohr hindurchgeführt wird. Da durch die Rohre häufig auch aggressive Medien hindurchgeführt werden, kann es zu einer starken Oxidation des Kupfers kommen. In der Herstellung sind derartige Rohre zudem relativ auf­ wendig. Das Aufextrudieren des Kunststoffrohres auf das dünnwandige Metallrohr setzt dessen innere Abstützung voraus, was bei einem kontinuierlichen Herstellungsprozeß die Einhaltung der vorgegebenen Abmessungen erschwert.

Es ist ferner ein Mehrschicht-Verbundrohr bekannt, das zwischen einer äußeren und einer inneren, jeweils dünnen Kunststoffschicht eine Aluminiumschicht auf­ weist, die etwa in der Mitte der Wanddicke des Rohres angeordnet ist. Das Aluminium liegt als Band vor, dessen Bandkanten WIG-verschweißt sind. Aluminium hat als Metall den Nachteil, daß es relativ schnell oxi­ diert, was zu einer Volumenvergrößerung und zum Auf­ quellen an den oxidierten Stellen sowie Aufreißen der Kunststoffschichten führt. Insbesondere an den Ver­ bindungsstellen zweier Rohre, an denen in der Regel das Aluminium an den Rohrstirnseiten bzw. Rohrenden freiliegt, kann es zu einem schnellen Oxidieren kom­ men, so daß bei der Verwendung von Fittings die Ver­ bindungsstelle undicht wird. Auch ist die Gefahr gegeben, daß beispielsweise bei Heißwasser als För­ dermedium Wasserdampf durch die Wanddicke des dünnen Kunststoffinnenrohres diffundiert, den Haftvermittler von der Aluminiumschicht ablöst und somit den Mehr­ schicht-Verbund delaminiert, so daß freier Sauerstoff an die Aluminiumschicht gelangt und einen langsamen Korrosionsprozeß auslöst, welcher letztendlich zur Zerstörung des Verbundrohres führt.

Es ist schließlich ein Mehrschicht-Verbundrohr bekannt, bei dem als Innenrohr ein Normkunststoffrohr mit relativ dicker Wandstärke verwendet und bei dem ein beidseitig mit Haftvermittler versehenes Alumini­ umband um das Rohr gebogen und mit diesem überlappend gesiegelt und fest verbunden wird. Außerdem wird als äußerer Korrosionsschutzschicht eine dünne, äußere Kunststoffummantelung aufgebracht. Beim Verbinden solcher Rohre miteinander oder mit Fittings wird die äußere Kunststoffschutzschicht mitsamt dem Aluminium­ band nur an den Verbindungsstellen mittels eines Schälgerätes abgeschält und dann als Kunststoffinnen­ rohr im Heizelementschweißverfahren geschweißt. Somit kann an den Verbindungsstellen keine Korrosion ent­ stehen, da das Aluminium abgeschält ist. Das Problem einer Korrosion von innen ist zwar durch das Kunst­ stoffinnenrohr mit großer Wanddicke stark gemindert, jedoch nicht gänzlich behoben.

Die Erfindung geht einen anderen Weg, dessen Grundge­ danke im Anspruch 1 wiedergegeben ist. Weitere Merk­ male der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprü­ che.

Gemäß der Erfindung wird das Kupferrohr auf ein standfestes Kunststoffrohr aufgebracht. Standfest bedeutet in diesem Zusammenhang ein relativ dickes Kunststoffrohr. Den praktischen Erfordernissen genügt insbesondere ein Normkunststoffrohr. Um ein solches Normkunststoffrohr wird erfindungsgemäß das Kupfer­ band derart gelegt, so daß sich die Bandkanten über­ lappen, die an der Überlappungsstelle miteinander verlötet werden. Das Verlöten hat den Vorteil, daß gegenüber dem WIG-Schweißen eine wesentlich geringere thermische Belastung eintritt, wodurch erst eine Ver­ bindung der Bandkanten auf dem thermoplastischen Kunststoffrohr möglich wird. Das Verlöten ist ande­ rerseits eine zuverlässige Methode, um die Bandkanten dauerhaft miteinander zu verbinden.

Die Erfindung bietet eine Reihe von wesentlichen Vor­ teilen. Durch das innere Kunststoffrohr wird das Kupferrohr nicht mehr den z. T. aggressiven Strö­ mungsmedien ausgesetzt, so daß eine frühzeitige Oxi­ dation des Kupfers vermieden wird. Das innere Kunst­ stoffrohr hat infolge seiner Standfestigkeit den Vor­ teil, daß es eine ausreichende Abstützung von innen bietet, so daß sich auch ein äußeres Kunststoffrohr auch ohne Verwendung eines Dornes aufextrudieren läßt. Der Kupferanteil ist weiter vermindert, da die Dicke des Kupferbandes sich infolge der Standfestig­ keit des Kunststoffrohres verringern läßt. Da die Dicke des Kunststoffrohres etwa dem eines Normrohres entspricht, kann es wie ein Normrohr ohne Kupferband bei den u. a. im Heizungsbau angewandten geringen Durchmessern gebogen werden, wobei solche Formände­ rungen nicht rückgängig gemacht werden. Das Kupfer­ rohr macht derartige Formänderungen mit ohne zu reißen oder in der Druckspannungszone zu knittern. Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Mehr­ schicht-Verbundrohres ergibt sich ein absolut form­ haltiges Erzeugnis ohne komplizierte Herstellungs­ methoden.

An den Verbindungsstellen braucht das Kupfer nicht unbedingt abgeschält zu werden. Dort lassen sich metallene Klemmverbinder anwenden. Das bedeutet, daß das gegenüber Wasser nicht empfindliche Kupfer kaum Angriffspunkte zum Oxidieren bietet.

Das erfindungsgemäße Mehrschicht-Verbundrohr kann einen relativ einfachen Aufbau erhalten, wie er im Patentanspruch 2 gekennzeichnet ist. In diesem Fall besteht das neue Rohr im wesentlichen aus zwei Schichten, nämlich dem inneren standfesten Kunststoffrohr, der schwebenden Verbindungsschicht und dem äußeren Kupferrohr. Es läßt sich dann wie ein vollwandiges Kupferrohr benutzen.

Andererseits kann dieser Aufbau die Grundlage eines weiter optimierten Mehrschicht-Verbundrohres bilden, wie sie im Anspruch 3 wiedergegeben ist. In diesem Fall können das äußere und/oder das innere Kunststoffrohr aus Polypropylen-Random-Copolymerisat oder aus vernetztem Polyethylen, vorzugsweise hoher Dichte bestehen.

Es hat sich ferner insbesondere für die Herstellung des neuen Rohres als zweckmäßig erwiesen, die Merk­ male des Anspruches 4 zu verwirklichen. Durch die im wesentlichen parallel zur Rohrachse verlaufende Über­ lappung kommt man mit einer verhältnismäßig geringen Formänderung des Kupferbandes zur Herstellung des Rohres aus und kann dann vergleichsweise dünne Kupferfolien benutzen.

Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vor­ teile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgen­ den Beschreibung einer Ausführungsform anhand der Figuren in der Zeichnung; es zeigen

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Mehrschicht-Verbundrohrfertigungsanlage,

Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 in Seitenansicht,

Fig. 3 eine abgeänderte Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 1 und

Fig. 4 einen Ausschnitt aus dem Querschnitt durch ein Mehrschicht-Verbundrohr gemäß der Erfindung.

Bei der Fertigungsanlage gemäß den Fig. 1 und 2 han­ delt es sich um eine sogenannte on-line-Fertigung, bei der das gesamte Rohr in einer zusammenhängenden Anlage fertiggestellt wird. Hierbei fertigt ein Extruder 1 mit Rohrkopf 2 und Kalibierung 3 zunächst ein inneres Kunststoffrohr 16. Die Kalibrierung 3 ist vorzugsweise eine Vakuum-Tankkalibrierung. Das aus­ tretende Kunststoffrohr 16 gelangt zunächst in ein Kühlbad 4. Das aus dem Kühlbad 4 austretende Kunst­ stoffrohr ist standfest und wird durch einen zweiten Extruder 5 geführt, der einen Ummantelungskopf auf­ weist, welcher Haftvermittler 17 auf die gesamte Oberfläche des Kunststoffrohres 16 aufbringt.

Unter dem inneren Kunststoffrohr 16 ist eine Kupfer­ folienrolle 6 angeordnet, die ggf. mit einem Antrieb versehen ist und von der ein Kupferband 18 abgezogen wird, das z. B. eine Wandstärke von ca. 200 µ hat. Das Kupferband 18 wird in einer Biegevorrichtung 7 zur Rohrform umgeformt, in der sich die Bandkanten überlappen. Dort wird über eine Rolle 8, die eben­ falls angetrieben sein kann, in der Überlappung zwi­ schen die übereinanderliegenden Bandkanten einge­ bracht. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um Lötzinn. Als Lötzinn kann jedoch auch ein pulverför­ miges Lot verwendet werden, wenn die Vorrichtung 7 beheizt wird. Danach befinden sich die Schichten, aus denen das Rohr aufgebaut ist in der richtigen Reihen­ folge übereinander.

Der Transport dieses Zwischenerzeugnisses erfolgt über den Abzug 14. Andere Walzen 9 bzw. mehrere andere Walzenpaare befinden sich hinter der Biege­ und Löteinrichtung 7. Sie dienen zum Andrücken und Wärmesiegeln des Kupferbandes auf die Oberfläche des inneren Kunststoffrohres.

Im Ausführungsbeispiel wird das derart hergestellte Verbundrohr durch einen Zwei-Schichten-Ummantelungs­ kopf 12 geführt, dem ein Extruder 10 für einen Haft­ vermittler 19 und ein Extruder für ein äußeres Kunst­ stoffrohr 20 zugeordnet sind. Der Zwei-Schichten- Ummantelungskopf 12 ist derart ausgebildet, daß zunächst auf das Rohr der Haftvermittler 19 aufge­ bracht wird und anschließend darauf das äußere Kunst­ stoffrohr 20 aufextrudiert wird. Hierdurch wird eine innige Verbindung zwischen dem äußeren Kunststoffrohr 20 und dem Kupferrohr 18 erreicht. An den Ummante­ lungskopf 12 schließt sich ein Kühlbad 13 sowie die Abzugseinrichtung 14 an. Das Ende der Anlage kann nach Fig. 3 noch mit einer Säge versehen sein, sowie einem Stangen oder Doppelwickler, beispielsweise für Rohrbunde, was jeweils mit 15 bezeichnet ist.

Nach der beschriebenen on-line-Fertigung des Mehr­ schicht-Verbundrohres wird das innere Kunststoffrohr 16 vernetzt. Erfindungsgemäß wird hierbei die soge­ nannte Silanvernetzung vorgenommen. Die Vernetzung die Innenrohres erfolgt nach Produktion des gesamten Verbundrohres durch Einwirkung von Feuchtigkeit auf die Innenschicht, d. h. beispielsweise durch Durch­ spülen mit Heißdampf über einige Stunden.

Die in Fig. 3 dargestellte Anlage dient einer off­ line-Fertigung. Hierbei wird ein bereits fertiges inneres Kunststoffrohr von einem Großcoil 21 abgezo­ gen. Das innere Kunststoffrohr kann aus Polyethylen bestehen, welches elektronenstrahl- oder peroxidisch vernetzt worden ist. Im Gegensatz zu der on-line-Fer­ tigung nach den Fig. 1 und 2 entfallen die Einrich­ tungen 1 bis 4. An den Extruder 5 und den Ummante­ lungskopf für den Haftvermittler 17 schließen sich die Folgeeinrichtungen 6 bis 14 entsprechend der Anlage nach den Fig. 1 und 2 an.

Der in Fig. 4 dargestellte Schichtenaufbau des Rohres läßt das innere Kunststoffrohr 16 aus Polypropylen- Random-Copolymerisat oder wahlweise aus vernetztem Polyethylen erkennen. Die Standfestigkeit kann auf unterschiedliche Weise garantiert werden. Sie ist u. a. gegeben, wenn das Kunststoffrohr 16 als Normrohr ausgebildet ist. Das äußere Kunststoffrohr 20 kann aus dem gleichen Werkstoff wie das innere Kunststoff­ rohr hergestellt werden. Insbesondere kann das äußere Kunststoffrohr transparent ausgebildet werden. Kunst­ stoffrohre 16, 20 sind jeweils über Haftvermittler 17, 19 mit dem Kupferrohr 18 verbunden.

Zur Verbindung zweier erfindungsgemäßer Mehrschicht- Verbundrohre müssen die Rohrenden nicht unbedingt abgeschält und für einen Schweißvorgang freigelegt werden. Die Rohre können vielmehr auch mittels metal­ lener Klemmverbinder ohne Abschälen angeschlossen werden, was schneller und häufig auch kostengünstiger ist.

Claims (8)

1. Mehrschicht-Verbundrohr, bestehend aus einem Kunststoffrohr und einem Kupferrohr, welches aus einem Band hergestellt ist, dessen Längskanten miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeich­ net, daß das Kunststoffrohr (16) als standsicheres und als solches gegen Sauerstoffdiffusion im wesentlichen ungesichertes Innenrohr ausgebildet ist und daß das auf dem Kunststoffrohr mit einem Haftvermittler befestigte Kupferrohr (16) über­ lappte Kanten aufweist, die durch ein in der Über­ lappung angeordnetes Lot durch Verlötung miteinan­ der verbunden sind.

2. Mehrschicht-Verbundrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupferrohr (16) als Außen­ rohr dient.

3. Mehrschicht-Verbundrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupferrohr (16) eine Innenschicht bildet, die mit einem äußeren Kunst­ stoffrohr (20) ummantelt ist.

4. Mehrschicht-Verbundrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlappung und die Verlötung des Kupferbandes (18) im wesent­ lichen parallel zur Rohrachse verlaufen.

5. Mehrschicht-Verbundrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupferband (18) eine dünnwandige Folie ist.

6. Mehrschicht-Verbundrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoff­ innenrohr (16) ein Kunststoffnormrohr ist.

7. Verfahren zur Herstellung von Mehrschicht-Verbund­ rohren nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das standfeste Kunststoffrohr (16) als Formkern für das Kupferrohr (18) und als Unterlage für das Verlöten der sich überlappenden Kupferbandkanten des Kupferrohres (16) verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Formen des Kupferrohres zwischen die sich überlappenden Bandkanten das Lot für die Lötver­ bindung eingeführt wird.