In der WO 00/43185 ist ein Verfahren für eine schnelle Herstel- lung von geschleuderten glasfaserverstärkten Rohren beschrie- ben, bei dem die Matrizentemperatur mindestens 40°C beträgt.

Wie in der WO 00/43185 offenbart ist, befinden sich die Sand- schichten normalerweise in der Mitte der Rohrwand (in der neu- tralen Zone). Zwar gibt es bei derartigen Glasfaserkunststoff- rohren mit Sandschichten im Rohraußenteil einen niedrigen Kunststoffgehalt, beispielsweise von 35% Polyester, aber im Rohrinnenteil kann dieser bis 70% steigen. Bei Rohren mit grö- ßerem Durchmesser und Nenndrücken sind die Schichtdicken der Glasfaser-Kunststoff-bzw. Glasfaser-Polyesterschicht so groß, daß die entwickelte Wärme nicht in ausreichendem Maße abgelei- tet wird, sondern es kommt zu einem zu starken Temperaturan- stieg.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von geschleuderten glasfaserver- stärkten Rohren zu schaffen, bei denen eine schnelle Aushärtung auch mit niedrigerer Matrizentemperatur möglich ist.

Weiter soll es die Erfindung auch ermöglichen, geschleuderte glasfaserverstärkte Rohre mit größeren Durchmessern und für höhere Drücke herzustellen, wobei verhindert wird, daß die von der Reaktion des Kunstharzes herrührende Temperatur zu hoch wird, die Aushärtung zu schnell erfolgt und die Verdichtung deswegen zu schlecht wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 15 und bei einer Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Ein geschleudertes glasfa- serverstärktes Kunststoffrohr mit mehreren Schichten aus Glas- fasern, Kunstharz, Sand und Additiven gemäß der Erfindung ist im Anspruch 19 angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von ge- schleuderten glasfaserverstärkten Kunststoffrohren wird flüssi- ges aushärtbares Harz, welches einen Füllstoff enthalten kann, zusammen mit Glasfasern und Additiven für die Aushärtung, mög- licherweise auch mit Sand, in eine rotierende Matrize einge- bracht. Die Additive werden mit Hinsicht auf die Matrizentem- peratur während des Einbringens von Rohstoffen in Menge und Art sukzessiv abgestimmt, so daß das Gelieren im Außenteil des Rohres anfängt, wenn der letzte Teil von Rohstoffen eingebracht wird. Die Temperatur ist beim Gelieren im Außenteil niedriger als im Innenteil, und das Gelieren fängt im Innenteil des Roh- res erst an, nachdem alle Rohrstoffe eingebracht worden sind.

Es hat sich somit erwiesen, daß eine schnelle Aushärtung auch möglich ist, wenn die Matrizentemperatur unter 40°C liegt.

Wichtig ist dabei, daß hochreaktive Polyesterharze verwendet werden und daß die Additive von Katalysatoren, Akzeleratoren und Inhibitoren genau mit der Matrizentemperatur und der Wand- dicke der Rohre abgestimmt werden.

Um eine schnelle Aushärtung und gleichzeitig eine gute Verdich- tung zu erhalten, ist es wichtig, daß die Additivmengen sukzes- sive während des Einbringens der Rohstoffe geändert werden.

Dabei ist darauf zu achten, daß das Gelieren des Harzes genau anfängt, wenn alle Rohstoffe eingebracht worden sind. Wenn das Gelieren im Außenteil anfängt, entsteht Wärme und dadurch steigt die Temperatur auch innen im Rohr. Hier müssen die Ad- ditive so abgestimmt werden, daß die Aushärtung nicht so schnell geht, daß die Verdichtung zu schlecht wird oder die Tränkung der Glasfasern nicht genügend wird.

So werden bei einer Verfahrensvariante die Additive so einge- stellt, daß das Gelieren erst drei Minuten nach Einbringen sämtlicher Rohstoffe beginnt. Damit ist eine gleichmäßige Ver- teilung der Rohstoffe im Rohr sichergestellt.

Weiter kann zur Aufwärmung der Matrize nach Beginn des Gelie- rens in der Außenschicht des Rohrs Warmwasser mit einer Tempe- ratur von mindestens 50°C auf die Matrize gespritzt werden.

Die Temperatur im Innenteil des Rohres kann durch die Wärmeent- wicklung im Außenteil auf 50 bis 70°C steigen. Deswegen sollten Inhibitoren verwendet werden, um die Reaktion im Innenteil des Rohres zu steuern. In der Vergangenheit sind bei der Herstel- lung von Rohren aus glasfaserverstärktem Kunststoff wiederholt Probleme bei der Verwendung von Inhibitoren aufgetreten. Wich- tig ist dabei, die notwendige Menge genaus auszuprüfen, da sonst die Rohre nicht genügend ausgehärtet werden. Die Menge und Art der Katalysatoren müssen mit der Inhibitormenge abge- stimmt werden.

Die Inhibitormenge kann vorteilhaft zwischen 38 und 61% von der Menge liegen, die eine Wärmeentwicklung verhindert.

Vorzugsweise wird eine mehr reaktive Katalysatormischung im Außenteil des Rohres als im Innenteil verwendet.

Bei einer vorteilhaften Verfahrensvariante werden Katalysator- pumpen verwendet derart, daß ein Katalysator oder eine Kataly- satormischung mit niedriger Anspringtemperatur im Außenteil des Rohres verwendet wird, wobei der andere Katalysator bzw. die andere Katalysatormischung im Innenteil des Rohres verwendet wird.

Bei einer Verfahrensvariante, bei der stets Sand und als Kunst- stoff vorzugsweise Polyesterharz verwendet wird, werden mehrere Sandschichten verwendet, die unter Einsatz thermischer Berech- nungen in eine Anzahl von Sandschichten aufgeteilt werden. Die thermischen Berechnungen dienen dem Zweck, die in den Glasfa- ser-Polyesterschichten entwickelte Wärme in die Sandschichten zu übertragen und zu verhindern, daß die Temperatur zu hoch wird. Die Sandschichten führen vorteilhaft dazu, daß die Ver- dichtung in den darunter liegenden Glasfaser-Polyesterschichten besser wird und der Gehalt an Polyesterharz reduziert wird. Die Reduzierung des Polyestergehalts bewirkt eine Verringerung des Temperaturanstiegs in den Glasfaserschichten.

Die Enthalpie des Polyesterharzes spielt bei den Berechnungen eine große Rolle. Sie liegt für nicht flexible Polyesterharze in der Größenordnung von 250 bis 370 Joule/g. Bei sehr flexi- blen Harzen liegt sie bei 150 bis 200 Joule/g. Unten werden ei- nige Beispiele gegeben für Polyester-Mischungen mit einer En- thalpie des Harzes von 290 Joule/g gegeben, wenn die Temperatur der Rohstoffe 20°C ist : Glasfasergehalt exotherme Temperatur (W) (°C) 0 181 30 155 40 144 50 121 60 116 Sandgehalt exotherme Temperatur (%) (°C) 60 116 70 99 80 78 Wenn Polyesterharze mit Füllstoffen verwendet werden, wird zweckmäßigerweise ein Polyesterharz mit einer Enthalpie von et- wa 350 Joule verwendet. Es ist auch zweckmäßig, Füllstoff in der inneren Rohrwand zu verwenden.

Um eine gute Verdichtung zu erhalten, soll eine Faserlänge von 75 bis 100 mm verwendet werden. Dadurch kann der Rovinggehalt auf 70% erhöht werden.

Die Aufteilung des Sandes in unterschiedlichen Schichten soll so gemacht werden, daß keine Schicht, ausgenommen die Sand- schicht der neutralen Zone der Rohrwand, eine Dicke hat, die größer als 0, 0025 des Außendurchmessers und nicht mehr als 20% der Wanddicke hat. Die Sandschichten sollen kein Roving (Glas- spinnfäden) enthalten. Wenn Sand zugesetzt wird, soll ein Über- schuß an Harz vorhanden sein. Dadurch fließt der Sand sehr gleichmäßig aus und deckt Ungleichmäßigkeiten in den Roving- schichten ab. Dadurch wird der Bedarf an Deckschichtharz redu- ziert.

Nach der letzten Sandschicht muß eine mindestens zwei mm dicke Rovingschicht als Sperrschicht vorhanden sein. Der Glasfaserge- halt muß hier unter 40% liegen.

Vorzugsweise sind die einzelnen Schichten mit Glasfaserarmie- rung größer als 0, 005 mal der Außendurchmesser. In Umfangsrich- tung sind die Schichten mit Glasfaserarmierung, ausgenommen die Sperrschicht, zwischen 1, 5 und 3, 5 mm dick.

Um eine gute Verdichtung zu erhalten, muß die Gelzeit in den einzelnen Schichten abhängig von der Einspritzzeit genau einge- stellt werden.

Bei einer erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von ge- schleuderten glasfaserverstärkten Kunststoffrohren werden die Rohstoffe aus einer Einspritzmaschine in eine rotierende Matri- ze eingebracht. Die Einspritzmaschine ist in einer festen Posi- tion bewegbar, wobei die Schleudermaschinen aber auf einem Wa- gen montiert sind, welcher quer zu der Einspritzmaschine in derselben Ebene bewegbar ist. Zum Aufwärmen der Matrize wird Warmwasser verwendet, wobei die Spritzvorrichtungen in festen Positionen angeordnet sind und nicht mit den Matrizen bewegbar sind, Wasser in separaten Auffangbecken unter jeder Matrize, bewegbar mit der Matrize, aufgefangen wird und in eine feste Rinne weitergeleitet wird.

Die Erfindung wird untenstehend mittels Beispielen und anhand der Zeichnungen beschrieben, wobei diese Darstellung zur Erläu- terung der Erfindung dient, diese jedoch mit den Konkretisie- rungen nicht einschränken soll. Es zeigen Fig. 1 bis 7 Diagramme, die den Temperaturverlauf mit der Zeit für die Form und Rohre mit unterschiedlichen Wanddicken für unterschiedliche Schichten und unter- schiedliche Inhibitormengenanteile zeigt, Fig. 8 ein Beispiel für die Anordnung von Mischern auf einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Ein- spritzmaschine zur Herstellung geschleuderter glasfa- serverstärkter Kunststoffrohre, Fig. 9 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Anlage mit Verarbeitungsstationen A bis H für die Herstel- lung geschleuderter glasfaserverstärkter Kunststoff- rohre, Fig 10 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Anlage mit Verarbeitungsstationen A bis G für die Herstel- lung geschleuderter glasfaserverstärkter Kunststoff- rohre, Fig. 11 bis 13 den Aufbau von Rohren für verschiedene Nenn- weiten und Nenndrücke und Fig. 14 ein Diagramm, das den Temperaturverlauf mit der Zeit innen im Rohr und außen auf der Matrize zeigt.

Fig. 1 bis 7 zeigen die Temperaturentwicklung in unterschiedli- chen Schichten, berechnet vom Unterteil einer erwärmten Form aus.

Fig. 1 zeigt den Verlauf der Temperaturentwicklung ohne Inhibi- tor. Die Formtemperatur ist 52°C und das Gelieren tritt bei 50°C nach etwa einer Minute auf.

Fig. 2 zeigt, daß mit der Verwendung von 0, 38% Inhibitor, be- rechnet in bezug auf die Menge Bodyharz (Reinharz), eine länge- re Gelzeit erhalten worden ist.

Fig. 3 zeigt, daß durch die Verwendung von Inhibitor Gelieren im Oberteil erst nach etwa vier Minuten eintrifft.

Fig. 4 zeigt, daß mit der Verwendung von 0, 61% Inhibitor, be- rechnet in bezug auf die Menge Bodyharz keine längere Gelzeit erhalten wird als im Fall von Fig. 3.

Fig. 5 zeigt, daß keine Wärmeentwicklung entsteht, wenn zuviel Inhibitor verwendet wird.

Fig. 6 zeigt eine ähnliche Reaktion, wenn die Menge von Kataly- sator reduziert wird.

Fig. 7 zeigt, daß eine Wärmeentwicklung entsteht, wenn die Formtemperatur erhöht wird. In der Praxis entspricht dies Sprü- hen mit Warmwasser auf der Matrize.

Fig. 8 zeigt die Anordnung von den notwendigen Mischern auf einer Einspritzmaschine. M-1 ist der Mischer ganz vorne, wo mit der Hilfe von zwei Katalysatorpumpen P-1 und P-2 Katalysatoren in die Harze eingemischt werden. M-2 ist der Mischer, wo Be- schleuniger, z. B. Co-Akzelerator,, in das Bodyharz eingemischt wird. M-3 ist der Mischer, wo Beschleuniger in das Linerharz (Reinharz als Hauptbestandteil in der Deckschicht innen im Rohr) eingemischt wird. M-4 ist der Mischer hinten in der Ein- spritzmaschine, wo Inhibitor in das Bodyharz eingemischt wird.

Fig. 9 zeigt den Aufbau einer Anlage mit 8 Verarbeitungssta- tionen. Fig. 9 (a) veranschaulicht das Einspritzen und Fig. 9 (b) das Ausziehen.

Das nachfolgende Beispiel veranschaulicht die Arbeitsweise der Anlage.

Beispiel In einem Füllstoffmischer werden folgende Komponenten gemischt : 100 Teile Bodyharz 0, 5 Teile Inhibitor von 10% Butylcatechol in Styrol 0, 2 Teile Promotor D (N, N-Dietylacetoacetamid) 150 Teile CaCO3-Pulver.

In Mischer M-2 wird zum Bodyharz Co-Beschleuniger mit 1% Co zugesetzt.

In Mischer M-3 wird 0, 5% Co-Beschleuniger zugesetzt.

In Mischer M-4 wird 0, 5% Inhibitor, bestehend aus 10% Butylca- techol, zugesetzt.

Ein Rohr mit DN 800 PN 10 [Nenndurchmesser von 800 mm, Nenn- druck von 9, 8 bar] wird wie folgt hergestellt : Das Rohr hat 7 Schichten mit folgendem Aufbau, von außen ge- rechnet : 1. Sandschicht 2. Langfaserarmierung 3. Kurzfaserarmierung 4. Sandschicht 5. Langfaserarmierung 6. Sperrschicht mit Kurzfaserarmierung 7. Deckschicht.

In allen Schichten wird 1, 5% Katalysator verwendet, wobei un- terschiedliche Verhältnisse von Aceton-Acetyl-Peroxid (AAP) und tertiärem Butyl-Perbenzoat (TBPB) wie folgt verwendet werden : Schicht AAP TBPB Co in M-2 1 50% 50% 0, 5% 2 40% 60% 0, 7% 3 30% 70% 0, 7% 4 50k 50% 0, 8% 5 30% 70% 0, 6k 6 25% 75% 0, 5% 7 20% 80% AAP ist mehr reaktiv als TBPB. Es hat eine niedrigere Anspring- temperatur.

Die Einspritzzeit ist 6 Minuten und die Matrizentemperatur 35°C. Nach dem Einbringen der Rohstoffe bringt der Wagen die Ma- trize auf die Station F in Fig. 9, wo nach 4 Minuten alle Schichten gelatiniert haben und mit Warmwasser von 70°C während 30 Sekunden gespritzt wird.

Nach 5 Minuten in Station F wird die Matrize auf Station G ge- bracht und nach 4 Minuten auf Station H, wo sofort mit Warmwas- ser von 70°C während 20 Sekunden gespritzt wird. In Station H wird das Ausziehen vorbereitet. Nach 4 Minuten wird die Matrize zu Station D gebracht, wo das Rohr warm ausgezogen wird.

Zurück in Position E wird die Matrize auf 35°C gebracht und ein neues Rohr mit DN 800 hergestellt.

Unter jeder Matrize gibt es einen Auffangbehälter für Warm- oder Kaltwasser. In jeder Station gibt es in festen Positionen die Möglichkeit, mit Warm-oder Kaltwasser zu spritzen.

Das Wasser von den Auffangbehältern wird ohne Separation von Kalt-und Warmwasser in einer festen Rinne aufgesammelt und zu der Wasseraufbereitungsanlage in einer Rohrleitung zurückge- führt.

Das Einstellen der Harzreaktion ist so schnell, daß in dem Rohr die Reaktion im Außenteil auf etwa 70°C steigt und im Innenteil auf 90 bis 110°C. Das Spritzen mit Warmwasser soll verhindern, daß die niedrigere Matrizentemperatur die Reaktion im Außenteil verhindert.

Bei Einsatz mehrerer Matrizen ergibt sich gemäß Darstellung von Fig. 9 folgende Arbeitsweise. Kommt die Matrize DN 600 in die Einspritzstation E, muß die Matrize DN 800 in der Station G sein, und wenn die Matrize DN 500 in der Station E ist, muß die Matrize DN 800 in der Station G sein. Die Matrize DN 800 ist in der Station H, wenn die Matrize DN 400 in der Station E ist. Ab- hängig von der Ausgangstemperatur der Matrize, der Wärmekapazi- der Matrize und der Matrizenmasse auf dem Wagen kann bei Bedarf Warmwasser oder Kaltwasser in den Stationen F bis H ver- wendet werden.

Die acht Stationen der Anlage gemäß Fig. 9 ermöglichen es, daß die Rohre immer bei Station D ausgezogen werden. Sind jedoch nur sieben Stationen vorhanden, so muß das Rohr DN 800 in Sta- tion G und die anderen Rohre müssen in Station C ausgezogen werden. Station D wird dann für das Einspritzen verwendet.

Es wird im folgenden der Aufbau eines Rohres gemäß der Erfin- dung beschrieben, wie er in Fig. 11 veranschaulicht ist. Für die Berechnungen wurde angenommen, daß die Wärmeentwicklung den Schichten Nr. 1 bis 3 von der Stahlmatrize aufgenommen wird.

Für die Schichten 4 bis 8 ist die Wärmeentwicklung 5. 800 Joule/m Rohr. Die Wärmekapazität ist 70, 6 Joule/°C und Meter Rohr, was eine Temperatursteigerung von 82°C geben würde. Das Deckschichtharz hat eine Enthalpie von 170 Joule/g. Mit einer spezifischen Wärme von 1, 8 Joule/g, °C ergäbe sich eine Tempera- tursteigerung von 94°C, wenn keine Wärme verlorenginge. Die maximale Temperatur wäre etwa 102°C mit gegen 110°C zulässigen Temperaturwerten. Die Angabe"Umf. Roving" bezieht sich auf die Rovingorientierung hauptsächlich in Umfangsrichtung. Die Ro- vinglänge ist 60 mm.

Wenn Polyesterharze mit Füllstoff verwendet werden, sollten diese eine Enthalpie von 350 Joule haben. Es ist auch zweck- mäßig, in der inneren Rohrwand Füllstoff zu verwenden, siehe Schichten Nr. 4 bis 6 in Fig. 11.

In Fig. 12 ist der Aufbau eines zweiten Beispiels eines Rohres gemäß der Erfindung veranschaulicht. Das Rohr hat ist ein Mehr- schichtrohr DN 2000 (Nennweite 2. 000 mm), PN 16 (Nenndruck 15, 7 bar), SN 10. 000 (Nennsteifigkeit 10. 000 N/m2). Die Rovinglänge ist 60 mm.

Der Aufbau eines dritten Beispiels eines Rohres gemäß der Er- findung in Fig. 13 veranschaulicht. Das Rohr hat ist ein Mehr- schichtrohr DN 2. 400 (Nennweite 2. 400 mm), PN 10 (Nenndruck 9, 8 bar), SN 5. 000 (Nennsteifigkeit 5. 000 N/m2). Die Rovinglänge ist 100 mm.

Wie erwähnt muß die Gelzeit in den einzelnen Schichten abhängig von der Einspritzzeit genau einstellt werden. Das in Fig. 13 veranschaulichte Rohr braucht eine Einspritzzeit von 23 Minu- ten. Das bedeutet, daß die Gelzeit für Schicht Nr. 1 mindestens 23 Minuten bei Raumtemperatur sein muß, ob die Matrize und Rohstoffe bei Raumtemperatur sind. Die Einspritzzeit für Schicht Nr. 2 beträgt 2, 5 Minuten. Dies bedeutet, daß die Gel- zeit für diese Schichten mindestens 20, 5 Minuten beträgt. Ähn- lich muß die Berechnung für jede Schicht durchgeführt werden.

Basierend auf Laborprüfungen müssen für jede Schicht die Mengen der Additive neu berechnet werden. Fig. 14 veranschaulicht das Ergebnis der Temperaturmessungen innen im Rohr und außen auf der Matrize. Die Meßergebnisse stimmen gut mit den Berechnungen überein.