Die Erfindung bezieht sich auf den Aufbau eines Kunststoff-Metall-

Verbundrohres, welches insbesondere für den Einsatz in der

Hausinstallation geeignet ist. Es umfasst mindestens eine innen angeordnete ersten Kunststoffschicht, welche von einer zum Rohr umgeformten Metallschicht umgeben ist, wobei diese eine spezielle

Perforation aufweist und an den Randzonen eine stoffschlüssige

Verbindung aufweist. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur

Herstellung der Perforation und des daraus entstehenden wasserdampfdurchlässigen (und wahlweise zudem diffusionsdichten) Kunststoff-Metall-Verbundrohres.

Ein Kunststoff-Metall-Verbundrohr gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit ähnlichem Aufbau ist aus der EP 0 567 667 A1 bekannt. Dieses bekannte Kunststoff-Metall-Verbundrohr besteht aus einem Innenrohr und einem Außenrohr aus dem Werkstoff Polypropylen (PP), zwischen diesen beiden Rohren befindet sich eine (unverschweisste) Metallfolie, die als Verstärkungsschicht dient. Zur Verbindung des Innenrohres und des Außenrohres mit der Metallfolie weist diese eine beidseitige Kunststoffkaschierung auf die als Haftvermittler dient. Die Perforation der Metallfolie ist so ausgelegt, dass das beim Auftrag noch weiche (plastifizierte) Polymer des Außenrohres durch die Löcher der Metallfolie hindurch dringen kann, um sich so mit dem Material des bereits abgekühlten Innenrohres durch Anschmelzung von dessen Oberfläche zu verbinden. Die Metallfolie kann als zwischen den Kunststoffrohren eingebettet bezeichnet werden kann. Des Weiteren dient die durch Lochung erzeugte Perforation der Vermeidung von Kondenswasserbildung zwischen dem Innenrohr und der Metallfolie. Damit wird eine Korrosion der Metallfolie und/oder Delamination der Schichten vermieden, da der durch die Innenrohrwand diffundierende Wasserdampf durch die Löcher der Perforation und durch das Außenrohr hindurch an die Umgebung abgegeben wird.

Jedoch ist sowohl die generelle Stabilität der Rohrkonstruktion sowie die Prozesssicherheit bei der Herstellung solcher Kunststoff-Metall- Verbundrohre als auch deren Einsatz in geschlossenen Systemen wie Warmwasser-Heizungen verbesserungsfähig und somit Anlass für diese Erfindung. So stellt die beschriebene Perforation eine Schwächung der Metallfolie dar, was bei hohen Krafteinwirkungen auf die Rohrkonstruktion, durch Innendruck, durch starke Temperaturwechsel oder Biegebelastungen, zum Reißen der Metallfolie entlang der Lochlinien führen kann. Weiterhin ist es prozesstechnisch sehr schwierig, Lufteinschlüsse in der Perforation beim Auftragsverfahren des Außenrohres gänzlich zu vermeiden, insbesondere bei heute typischen Produktionsgeschwindigkeiten kleinerer Dimensionen auf Hochleistungs- Rohrextrusionsanlagen. Diese unerwünschten Lufteinschlüsse stellen partielle Haftungslunker dar. Die eingeschlossenen Luft expandiert bei Temperaturerhöhung, Wasserdampf diffundiert in diese Hohlräume und erhöht den osmotischen Druck, beides führt dazu, das sich das Aussenrohr an diesen Stellen aufbläht. Das wird von Endnutzern als Schaden an der Rohrleitung beurteilt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Kunststoff- Metall-Verbundrohre zu verbessern, und insbesondere die beschriebenen Probleme zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Kunststoff-Metall- Verbundrohr gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäss bleiben Randzonen der Metallschicht unperforiert und werden stoffschlüssig miteinander verbunden, nachdem die Metallschicht zu einem Rohr umgeformt worden ist. Die unperforierten Randzonen können durch lokales Aufschmelzen, beispielsweise durch Verschweissen, stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Man erhält somit ein druckbeständiges Metallrohr.

Daher ist die beschriebene Erfindung eines Kunststoff-Metall- Verbundrohres mit spezieller Perforation eine deutliche Verbesserung, da neben den bekannt wirksamen Eigenschaften zusätzlich die Festigkeit, die Prozesssicherheit und die Einsetzbarkeit solcher Rohrleitungen wesentlich verbessert wird.

Die Erfindung besteht darin, ein Kunststoff-Metall-Verbundrohr vorzustellen, bei dem die Randzonen der speziell perforierten Metallschicht durch Verschmelzen des Werkstoffes eine Stoff- und kraftschlüssige Verbindung eingehen. Dabei entsteht ein Metallrohr, welches als tragend bezeichnet wird und somit in die Festigkeitsberechnung der Rohrkonstruktion einbezogen werden kann.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner auch ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemässen Rohres umfassend folgende Schritte: - bereitstellen mindestens einer inneren Kunststoffschicht,

- bereitstellen einer perforierten Metallschicht, wobei Randzonen der Metallschicht unperforiert sind,

- umformen der Metallschicht zu einem die innere Kunststoffsschicht umgebenden Rohr, - stoffschlüssiges Verbinden der unperforierten Randzonen miteinander, um ein druckbeständiges Metallrohr zu bilden.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung.

Die Perforation erreicht optimale Eigenschaften wenn eine sehr grosse Anzahl von sehr kleinen Löchern eine kaum behinderte Gasdiffusion - A -

erlaubt, das Rohr dabei aber nur unwesentlich in seinen mechanischen Eigenschaften beschränkt wird. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Löcher einen Durchmesser von höchstens 2mm, vorzugsweise höchstens 1 mm auf. Der Querschnitt der Löcher muss dabei nicht notwendigerweise rund sein. Vorzugsweise sind die Löcher in einem Raster angeordnet sind, welches ein Rastermass aufweist, das zwischen 2mm und 10mm liegt. Beim derzeitigen Stand der Technik ist ein Lochraster von 3x3mm und ein Lochdurchmesser von 0.1 mm industriell realisierbar. Im Prinzip gilt, dass kleinere Lochdurchmesser zu besseren Ergebnissen führen, und Ausführungsformen, bei denen der Lochdurchmesser deutlich unter 1 mm, eventuell sogar im Nanobereich liegt, sind ausdrücklich vom Schutzumfang der vorliegenden Ansprüche mit umfasst. Durch die beschriebene Perforation entsteht im Gegensatz zur bekannten Ausführung der Perforation eine deutlich geringere Schwächung der Metallschicht. Vorzugsweise wird der Rohrquerschnitt der Metallschicht durch die Perforierung um höchstens 15% geschwächt wird. Somit wird erreicht, dass trotz gleicher oder, je nach Ausführung und Einsatzzweck, sogar höherer Dampfdurchlässigkeit als bei bestehenden Konstruktionen, die Festigkeit der stabilisierenden Metallschicht kaum reduziert wird. Dies wird im Wesentlichen durch den besonders kleinen Lochdurchmesser der Perforation erreicht, deren Realisierung darüber hinaus die hier ebenfalls beschriebene Verfahrensentwicklung beinhaltet. Dabei bilden sich aufgrund der speziellen Perforation mit besonders vielen, kleinen und gleichmäßigen Öffnungen, unabhängig von der Auftragsart der äußeren Kunststoffschicht, unter der Metallschicht keine Lufteinschlüsse, die wie beschrieben bei den derzeitigen Ausführungen zum Aufblähen derselben führen können.

Die innere Kunststoffschicht kann aus einem beliebigen für den Einsatz in Rohrleitungssystemen zugelassenem Material bestehen.

Die Metallschicht hat vorzugsweise eine Dicke zwischen 100 μm und 1000 μm. Die unperforierten Randzonen der Metallschicht sind vorzugsweise in Längsrichtung miteinander verschweisst sind, so dass die Metallschicht ein tragendes Rohr darstellt.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens wird die Metallschicht vorab mittels einer Perforierwalze oder thermisch mit einer speziellen Laserbohrmaschine perforiert.

Der Zwischenraum zwischen der innen liegenden Kunststoffschicht und der zu einem Rohr umgeformten Metallschicht kann mittels Kompaktierrollen über die Perforation prozesssicher entlüftet werden, so dass unerwünschte Hohlräume, insbesondere Haftungslunker, vermieden werden.

Die unperforierten Randzonen der Metallschicht werden vorzugsweise durch Laserschweißung oder WIG Schweißung stoffschlüssig miteinander verbunden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung soll im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Fig. 1 beschrieben werden.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Schichten eines Kunststoff-Metall-Verbundrohres gemäss der Erfindung. Das Rohr umfasst eine innere Kunststoffschicht a, welche von einer perforierten Metallschicht c umgeben ist. Die Metallschicht c ist zu einem Rohr umgeformt und besitzt unperforierte Randzonen, welche stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese unperforierten Randzonen der Metallschicht c miteinander entlang einer in Längsrichtung verlaufenden Schweissnaht x verschweisst.

Die äußere Kunststoffschicht, im allgemeinen auch Deckschicht oder

Außenrohr genannt, kann durch einen speziellen Aufbau weitere

Funktionen erfüllen. Speziell für den Einsatzzweck in geschlossenen Rohrleitungssystemen, zum Beispiel in Flächenheizungen und bei Radiatorenanbindungen, wird zusätzlich die Dichtheit gegen von außen eintretenden Luftsauerstoff gefordert. Dazu kann auf die äußere Kunststoffschicht Optional eine weitere Schicht aufgetragen werden, die den von innen nach außen diffundierenden Wasserdampf ungehindert austreten lässt, jedoch die Diffusion von Luftsauerstoff von außen nach innen wirksam beschränkt. Dazu wird in der äußersten Schicht g eine Barriereschicht, z.B. aus Ethylen-Vinyl-Alkohol-Copolymer, kurz EVOH, vorgesehen und durch bekannt geeignete Auftragsverfahren coextrudiert.

Zur Verbindung aller genannten Schichten werden vorzugsweise Haftvermittlerschichten vorgesehen. Die erste Haftvermittlerschicht b befindet sich zwischen der innen liegenden Kunststoffschicht und dem

Metallrohr, die zweite d zwischen dem Metallrohr und der äußeren

Kunststoffschicht und bei gegen Luftsauerstoff geschützten Rohrsystemen eine dritte f zwischen der äußeren Kunststoffschicht und der Barriere- (EVOH) Schicht.

Als Material für die innere und die äußere Kunststoffschicht können aufgrund der Verfahrenstechnik, die anschließend beschrieben wird, alle Werkstoffe eingesetzt werden, die hinsichtlich ihrer Rezeptur, vor allem in Bezug auf die Langzeitstabilisierung gegen thermooxidativen Abbau, eine Zulassung für die Verwendung in Trinkwasser- und / oder Heizungsnetzen tragen. Zur gezielten Beeinflussung von speziellen Eigenschaften, zum Beispiel Resistenz gegen besonders hohe Temperatur- und / oder Druckspitzen oder hohe Flexibilität, ist es aufgrund der Verfahrenstechnik optional möglich, einen Materialmix einzusetzen. Die Metallschicht besteht vorzugsweise aus einer

Aluminiumlegierung deren Dicke exakt den Anforderungen an das Rohr angepasst ist. Üblicherweise liegt die Dicke solcher Metallschichten zwischen 150 μm und 1000 μm, beim Einsatz von höher festen Werkstoffen, zum Beispiel Edelstahl, zwischen 100 μm und 500 μm. Die anschließend beschriebene Verfahrenstechnik als Bestandteil dieser Erfindung ermöglicht es, verschiedenste metallische Werkstoffe mit der erforderlichen, speziellen Perforation zu versehen. Die erhöhte Festigkeit gegenüber existierenden Verfahren wird neben den besonders kleinen Durchmessern der Löcher in der Perforation durch den bereits beschriebenen Stoffschluss erreicht. Dazu können alle bekannten und Prozesssicheren Verfahren der lokalen Aufschmelzung von Metallen, im allgemeinen auch Schweißverbindung genannt, eingesetzt werden, zum Beispiel das Laserschweißen und das WIG Schweißen. Durch die spezielle Ausführung der Perforation mit unperforierten Randzonen ist es möglich, die Kanten sowohl stumpf als auch überlappend angeordnet zu verbinden. Durch den Verzicht auf eine Perforation in den Randzonen der Metallschicht ermöglicht die erfindungsgemäße Ausführung der Verfahrenstechnik eine prozesssichere Stoffschlüssige Verbindung aller Verbindungsarten und trägt somit im wesentlichen zur Festigkeitserhöhung gegenüber bestehenden Verfahren bei. Gegenüber einer vollflächigen Perforation der Metallschicht garantiert diese Erfindung eine maximale Prozesssicherheit, da Fokussierungsunschärfen (Laserschweißung) oder Lichtbogenschwankungen (WIG Schweißung) Verfahrenstechnisch vermieden werden.

Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Verfahren zur Herstellung des beschriebenen Kunststoff-Metall-Verbundrohres. Bei diesem Verfahren wird die innen liegende Kunststoffschicht durch Rohrextrusion erzeugt oder als bereits gefertigtes Rohr von einer Trommel bereitgestellt. Dabei kann sich der Haftvermittler zwischen der innen liegenden Kunststoffschicht und der später eingetragenen Metallschicht bereits auf der Kunststoffschicht befinden oder mit einer separaten Coextrusion aufgetragen werden, letztere

Vorzugsweise mit einem vakuumunterstützten Schlauchwerkzeug. Die speziell perforierte Metallschicht kann als Band offline vorbereitet werden oder auch direkt inline hergestellt werden. Nach der Umformung des speziell perforierten Bandes mit geeigneten und der Dimension angepassten Rollformwerkzeugen werden die beiden erfindungsgemäß unperforierten Randzonen stumpf voreinander oder überlappt übereinander positioniert und durch lokale Aufschmelzung stoffschlüssig mittels Laserschweißtechnik oder WIG Schweißtechnik miteinander verbunden. Dabei verhindert ein ausreichend großer Abstand der entstehenden Schmelze zur Oberfläche der inneren Kunststoffschicht eine thermische Beschädigung derselben. Nach Bildung dieses geschlossenen Metallrohres wird die zum Schweißen erforderliche Distanz zur innen liegenden Kunststoffschicht mit geeigneten Kompaktierrollen-Sätzen schrittweise auf die Haftvermittlerschicht heruntergezogen. Die vorhandene Luft zwischen der inneren Kunststoffschicht und dem Metallrohr kann dabei gleichmäßig durch die spezielle Perforierung entweichen und steigert somit die erfindungsgemäße Prozesssicherheit gegenüber derzeit bekannten Techniken ohne Perforation, bei der diese Luft über eine lange Distanz noch vor der Bildung der Stoffschlüssigen Verbindung austreten muss, und somit den Schweißprozess durch einen beschleunigten Austritt von mit Luftsauerstoff angereicherter Umgebungsluft ungleichmäßig negativ beeinflussen kann. Zudem gibt es bei bestehenden Techniken keine sichere Nachweisbarkeit, dass die gesamte Luft entwichen ist und somit unerwünschte Hohlräume, wie z.B. Haftungslunker, vermieden werden.

Nach der Kompaktierung werden alle vorhandenen Schichten erhitzt. Hier ist vorzugsweise die induktive Erwärmung einzusetzen, die aufgrund der speziellen Perforierung mit sehr kleinen Lochdurchmessern noch sicher einsetzbar ist. Dabei expandiert die innere Kunststoffschicht und presst somit die Haftvermittlerschicht derart gegen die Innenseite des Metallrohres, dass jegliche Luftreste prozesssicher entweichen können. Die durch diese Erwärmung plastifizierte Haftvermittlerschicht bildet einen hydraulischen Abschluss zur inneren Kunststoffschicht und verzahnt sich dabei zusätzlich in der speziellen Perforierung. Die Menge des aus der Perforierung austretenden Haftvermittlers kann über dessen Auftragsdicke und / oder über die eingesetzte Abstufung der Kompaktierrollen-Sätze gesteuert werden. Optional kann zur Absicherung dieses Prozesses ein geregelter Bandabzug eingesetzt werden, der eine konstant gleich bleibende Zugkraft bereitstellt und somit einen präzisen Außendurchmesser der inneren Kunststoffschicht mit Haftvermittlerschicht garantiert. Die äußere Kunststoffschicht mit Haftvermittler wird mittels Coextrusion aufgetragen, die Beschichtung kann mit einem Druckwerkzeug oder mit einem vakuumunterstützten Schlauchwerkzeug erfolgen. Im Falle einer optional aufzutragenden Barriereschicht folgt direkt im Anschluss eine weitere Coextrusion für den Auftrag einer weiteren Haftvermittlerschicht und der EVOH Schicht. Diese kaskadenförmige Anordnung der beiden Coextrusionen ermöglicht eine flexible Herstellung von nicht diffusionsdichten als auch von diffusionsdichten Kunststoff-Metall- Verbundrohren auf derselben Linie. Es folgt eine zweite Erwärmung zur Homogenisierung der Haftungseigenschaften zwischen allen aufgetragenen Schichten mit ausreichend langer Einwirkdistanz bis zur Abkühlung.

Die beschriebene, spezielle Perforation kann in Abhängigkeit von der Festigkeit und der Dicke der Metallschicht auf verschiedene Weise hergestellt werden. Aus Funktionsgründen wären Öffnungen von wenigen Nanometern ausreichend und wegen der geringen Schwächung des Metallrohrs wünschenswert. Derart kleine Öffnungen sind derzeit industriell nicht preiswert herstellbar. Der Schutzbereich der Ansprüche soll jedoch auch Rohre mit derart kleinen Öffnungen umfassen, d.h. mit Öffnungsdurchmessern im Bereich weniger Nanometer. Wenn durch technische Fortschritte kleinere Öffnungen möglich werden, muss die Anzahl der Öffnungen dabei nicht weiter erhöht werden.

Dünne Materialien mit geringerer Festigkeit werden mit einer für jede Bandbreite angepassten Perforationswalze (z.B. Nadelwalze) perforiert, ein anschließendes Glättwerk beseitigt die entstehenden Unebenheiten und erhöhen somit wiederum die Prozesssicherheit bei der Umformung und der Bildung der Stoffschlüssigen Verbindung. Die so hergestellten Öffnungen sind nicht notwendigerweise rund, sie können z.B. pyramidenförmig sein. Derzeit können auf diese Weise Öffnungen bis hinab zu 0.1 mm erzeugt werden. Dicke Materialien mit geringer Festigkeit und alle Materialien mit hoher Festigkeit werden mit einem hinsichtlich der Wellenlänge und Leistung geeignetem Laser gebohrt. Diese Laserbohrmaschine wird auf den maximalen Durchsatz einer Linie optimiert und kann daher mit mehreren Bearbeitungsoptiken, Drehspiegeln und / oder CNC gesteuerten Verfahreinheiten ausgestattet sein. Die speicherprogrammierbaren Parameter dieser Bohreinheit ermöglicht die flexible Realisierung von allen Lochabständen und / oder Durchmessern, die für die jeweilig eingesetzte Metallschicht spezifiziert wurden und sorgt neben einer hohen Prozesssicherheit vor allem für eine hohe Genauigkeit bei der Reproduktion von Parametern. Je nach Blechdicke sind derzeit Öffnungen bis hinab zu 0.2mm möglich.

Beide Varianten für die Herstellung der speziellen Perforation sind sowohl offline als auch inline einsetzbar.

Bezuqszeichen

a = inneres Rohr b = Haftvermittlerschicht c = zum Rohr verschweisste Metallschicht x = Schweissnaht r = Rastermass für die Öffnungen d = Haftvermittlerschicht e = äusseres Rohr f = Haftvermittlerschicht g = Barriereschicht