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Dokumentenidentifikation DE102005021933A1 21.12.2006
Titel Schalldämmendes extrudiertes oder spritzgeformtes oder blasgeformtes kompaktes, mehrschichtiges Hausinstallationsrohr oder Hausinstallationsformteil
Anmelder REHAU AG + Co., 95111 Rehau, DE
Erfinder Heinrich, Gerhard, 91362 Pretzfeld, DE
DE-Anmeldedatum 12.05.2005
DE-Aktenzeichen 102005021933
Offenlegungstag 21.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.12.2006
IPC-Hauptklasse F16L 9/12(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F16L 9/133(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   F16L 55/033(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B32B 5/18(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B32B 1/08(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein schalldämmendes extrudiertes oder spritzgeformtes oder blasgeformtes kompaktes, mehrschichtiges Hausinstallationsrohr oder Hausinstallationsformteil.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein schalldämmendes extrudiertes oder spritzgeformtes oder blasgeformtes kompaktes, mehrschichtiges Hausinstallationsrohr oder Hausinstallationsformteil.

Aus dem Stand der Technik sind mehrschichtige Kunststoffrohre grundsätzlich bekannt. So beschreibt beispielsweise die DE 40 18 753 A1 ein thermisch und chemisch resistentes Rohr auf Polyolefinbasis, welches mit einer Diffusionssperrschicht versehen ist und ein Haftvermittler als Zwischenschicht den Verbund festigt, wobei zusätzlich eine Außenschicht aus Metall oder Kunststoff aufgebracht ist. Diese Rohre werden beispielsweise als Heizrohre verwendet und die innen oder außen am Rohr aufgebrachte Diffusionssperrschicht wird mittels Vakuum-Plasmabeschichtungsverfahren erzeugt.

Die DE 41 43 670 beschreibt eine Schalldämmung von Rohrleitungen, wobei eine Kunststofffolienschaumstoffschicht mit geringerer Dichte als die Außenschicht auf das Rohr zusätzlich aufgeklebt wird. Diese Schicht soll vorteilhaft den Schall dämmen.

Die FR 94 12 587 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Rohren aus Verbundwerkstoffen mit guten mechanischen und tribologischen Eigenschaften. Hierzu werden dem Kunststoff zur Rohrherstellung Faser oder Fasergewebe zugegeben, wobei die Faserzusätze aus Kohlenstoff, Kevlar oder Glas bestehen.

Aus der Druckschrift EP 0 916 054 B1 entnimmt man ein mehrschichtiges Rohr, das durch Co-Extrusion hergestellt wird, wobei dessen Mittelschicht aus mit Mineralstoff versetztem/gefülltem Polyolefingrundmaterial besteht. Diese Rohre werden u.a. auch für die Abwasserentsorgung verwendet. Die Mineralstoffbeimengung dient vorzugsweise der Erhöhung der Rohrsteifigkeit. Dabei wird die Mineralstoffbeimengung mittels eines Treibmittels im Extrusionsprozess aufgeschäumt, wobei die Dichte dieser aufgeschäumten Schicht geringer ist als die des Polyolefingrundmaterials.

Weiterhin wird ausgeführt, dass die Kristallinität der so hergestellten Rohre zu einer verbesserten Schlagzähigkeit und Langzeitinnendruckfestigkeit führt.

Aus der Druckschrift FR 96 15 139 sind Kunststoffrohre bekannt, die durch Extrusion oder Spritzgießen hergestellt werden, wobei zur Verbesserung der Schalldämmungseigenschaften des so hergestellten Rohrs auch anorganische Füllstoffe zugesetzt werden. Hierzu sind mindestens zwei koaxial aufgebrachte Schichten vorgesehen. Eine der Schichten, vorzugsweise die Innenschicht, wird dazu mit Füllstoffen versetzt. Als Füllstoffmaterial wird Zirkoniumsilicat vorgeschlagen. Das so zugesetzte Zirkoniumsilicat führt gesamthaft zur Verbesserung der Schalldämpfungseigenschaften des Rohrs und erhöht zusätzlich dessen Flammfestigkeit.

Die Offenlegungsschrift EP 0 883 769 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Rohrleitung, wobei diese mehrschichtigen Druckleitungen aus Polypropylen bestehen und eine verbesserte Rissbeständigkeit aufweisen. Hierzu wird insbesondere zur Verbesserung der Rissbeständigkeit vorgeschlagen, dass diese druckführenden Rohrleitungen aus verschiedenen Schichten aus unterschiedlichen Polypropylen-Kunststoffmaterialien bestehen.

Die Patentschrift DE 197 02 952 C1 offenbart ein schallgedämmtes Kunststoffrohrteil aus einem thermoplastischen Material wie Polyethylen und einem Füllstoff bestehend aus Bariumsulfat, wobei der Füllstoff eine mittlere Korngröße D 50 nach DIN 53477 von 5–20 &mgr;m besitzt und die Dichte des so geschaffenen Kunststoffrohrs im Bereich von 1,5 bis 2,1 g/cm3 liegt.

Als weiterer Stand der Technik wird die DE 29 90 6998 U1 gesehen, die ein zweischichtiges Rohr offenbart, wobei die Schichten koaxial angeordnet sind und aus einem thermoplastischen Olefin bestehen. Das zum Einsatz kommende Olefin weist unterschiedliche Eigenschaften in den aufgebrachten Schichten auf.

Die Druckschrift NL 101 55 37 beschreibt ein Kunststoffrohr mit einer außen anliegenden Barriere-/Sperrschicht und einer darunter befindlichen Zwischenschicht. Das für die Rohrherstellung verwendete Kunststoffmaterial besteht beispielsweise aus einem Polyolefin wie Polyethylen, Polypropylen oder Polybutylen.

Die auf das Kunststoffrohr außen oder innen aufgebrachte Diffusionssperr-/Barriereschicht ist vorzugsweise aus Aluminium oder Aluminiumoxid oder Aluminiumalloyverbindungen; auch sind andere Metallschichten wie Kupfer- oder Zinkverbindungen in dieser Druckschrift aufgeführt. Diese Sperr-/Barriereschichten werden ebenfalls mittels Plasmaabscheideverfahren in Hochvakuumanlagen auf die Innen- oder Außenseite des Polyolefinrohrs aufgebracht.

Aus der Schrift DE 100 12 239 A1 ist ein Kunststoffrohr aus Polyolefin mit einem zusätzlichen Hüllrohr versehen bekannt, wobei das Hüllrohr aus einem glykolmodifizierten Polyethylenterephtalat besteht.

Nachteilig an diesen bekannten Lösungen aus dem Stand der Technik ist, dass die verwendeten Materialen zur Beschichtung oder zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften aufgrund der Dichte und Materialzusammensetzung die Diffusionssperrwirkung oder die Schlagzähigkeit verbessern, jedoch nur eingeschränkt eine akustische Dämpfung in den für Menschen noch wahrnehmbaren Frequenzbereichen bewirken.

Dabei sind die schalltechnischen Anforderungen für den baulichen Schallschutz heute von großer Bedeutung und finden insbesondere Eingang in die Planung und Auslegung von Bauten wie beispielsweise Krankenhäuser und Mehrfamilienwohneinheiten.

Von daher sind Entwicklungen mit dem Ziel einer schalltechnischen Optimierung der Abwassersysteme mit den aus Kunststoff ausgeführten Hausabwasserrohren/-formteilen eine wichtige Voraussetzung zur Erreichung der Verbesserung der Schallschutzmaßnahmen in diesem Bereich.

Hierzu werden bekanntermaßen Messungen an kompletten Hausabwassersystemen oder auf entsprechend ausgelegten bauakustischen Prüfständen vorgenommen. Die Grundlage der Entstehung von Abwassergeräuschen umfasst dabei unterschiedliche akustische Anregungsvorgänge wie z.B.: (a) die Anregung des Rohrs durch die Wasserströmung, (b) die Körperschallausbreitung auf der Rohrinnen/-außenwand, (c) die Schallausbreitung über vorzusehende Halterungs-/Befestigungselemente und letztendlich (d) das Zusammenspiel der vorgenannten Anregungsvorgänge mit den baulichen/örtlichen Gegebenheiten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein schalldämmendes extrudiertes oder spritzgeformtes oder blasgeformtes kompaktes, mehrschichtiges Hausinstallationsrohr oder Hausinstallationsformteil anzugeben, das verbesserte akustische Eigenschaften aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Hausinstallationsrohrs oder Hausinstallationsformteils sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Dabei wurde erkannt, dass das Hausinstallationsrohr oder das Hausinstallationsformteil aus mindestens zwei Schichten besteht, umfassend eine Schaumschicht und eine Kompaktschicht, wobei der gezielt im Herstellungsverfahren eingestellte mittlere Porendurchmesser der Schaumschicht zwischen 50 &mgr;m und 100 &mgr;m, insbesondere im Bereich von 60 &mgr;m bis 80 &mgr;m liegt und das der Porenflächen- und/oder Porenvolumenanteil der Schaumschicht, die rohr- oder formteilseitig außenliegend angeordnet ist, einen Anteil zwischen 25% bis 90% umfasst, wobei die Dicke der Schaumschicht im Wesentlichen im Bereich zwischen 1,5 bis 3 mm liegt und die Schaumschicht einen durch das Herstellungsverfahren eingestellten Gradienten in der Porenzahl und/oder Porengröße in Richtung der innenliegenden Kompaktschichtoberfläche aufweist. Die Schaumschicht und die Kompaktschicht bestehen aus einem thermoplastischen Material, vorzugsweise PVC, Polyethylen (PE), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Co-Polymerisat (ABS) oder Polypropylen (PP) bzw. auch aus Co-Block-Polymeren der Gruppe Polyethylen oder Polypropylen, wobei wenigstens in der Kompaktschicht Füllstoffe wie beispielsweise Bariumsulfat mit einem Anteil von bis zu 67% enthalten sind.

Durchgeführte schalltechnische Untersuchung an den erfindungsgemäßen Hausinstallationsrohren oder Hausinstallationsformteilen erfolgten in Installationsräumen unter vorgegebenen Einbaubedingungen an genormten Installationswänden. Dazu wurde der Schallpegel im Installationsraum und der Pegel im Empfangsraum bestimmt.

Die entsprechende versuchstechnische Auslegung der Untersuchungen erfolgte unter Berücksichtigung der DIN 52219 für den Installationsschallpegel und hinsichtlich der Schallschutzanforderungen gemäß der DIN 4109. Dazu stellt der in der vorgenannten DIN beschriebene Installationsschallpegel einen wichtigen Bewertungsmaßstab für Abwassergeräusche dar.

Zur Durchführung der akustischen Datenerhebung wurden beispielsweise die Eingangswerte wie geometrische Abmessung, Dichte des Materials, der Elastizitätsmodul und der Verlustfaktor der erfindungsgemäßen Hausinstallationsrohre oder Hausinstallationsformteile experimentell vorab ermittelt.

Der Elastizitätsmodul wurde durch eine einseitig feste Einspannung der erfindungsgemäßen Hausinstallationsrohre oder Hausinstallationsformteile und anschließend erfolgter Anregung von Biegeschwingungen mittels eines elektrodynamischen Körperschallsenders bestimmt.

Dabei erfolgte die Messung der Biegeschwingungen berührungslos durch ein Laser-Scanning-Vibrometer. Mit diesem Verfahren lassen sich durch phasenrichtige Abtastung der Pegelverteilung auf der Rohr- oder Formteilachse die Schwingungsbewegungen der erfindungsgemäßen Hausinstallationsrohre oder Hausinstallationsformteile bei verschiedenen Frequenzen sichtbar darstellen. Durch diese Versuchsführung wird erst eine eindeutige Zuordnung der gemessenen Resonanzen zu den unterschiedlichen Schwingungsmoden geschaffen.

Der Verlustfaktor &eegr; wird dazu aus der Halbwertsbreite &Dgr;f der Resonanzkurve und der Resonanzfrequenz fr gemäß der Beziehung &eegr; = &Dgr;f/fr ermittelt

und der dynamische Elastizitätsmodul E aus der gemessenen Resonanzfrequenz fr über die Formel bestimmt, wobei A die Querschnittsfläche des erfindungsgemäßen Hausinstallationsrohrs oder Hausinstallationsformteils ist, I dessen Flächenmoment, &rgr; dessen Dichte, H die Länge des Rohrs oder Formteils und K der Eigenwert zur Berücksichtigung der Randbedingungen.

Tabelle 1 zeigt die Schalldruckpegelmessergebnisse im Installationsraum mit dem erfindungsgemäßen Hausinstallationsrohr oder Hausinstallationsformteil und hinter einer Installationswand gemessen in dB(A)-Einheiten bei unterschiedlichen Flüssigkeitsvolumenströmen in der Einheit l/s. Dazu wurden Volumenströme von 0,5 bis 2 Liter Wasser pro Sekunde eingestellt und der Schalldruckpegel jeweils bei Durchlauf der Flüssigkeit durch beispielsweise das Rohr ermittelt. Diese Volumenströme von 0,5 bis 2 l/s ergeben ein realistisches Bild der akustischen Vorgänge in Hausabwassersystemen.

Das gemittelte und dimensionslose Schalldruckpegelverhältnis – definiert als Schalldruckpegel im Installationsraum mit darin befindlichem erfindungsgemäßen Hausinstallationsrohr oder Hausinstallationsformteil zum Schalldruckpegel im Raum hinter der Installationsraumwand – liegt bei unterschiedlichen Volumenströmen von 2,0 bis 0,5 l/s etwa im Bereich von 2,3 bis 6,7.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die geschäumte Schicht gemäß Anspruch 4 einen treppen- oder gradientenförmigen Verlauf des mittleren Porendurchmessers nach außen hin auf, wobei in der mittleren Ebene der koaxialen Schaumschicht in Richtung zur Kompaktschicht die mittlere Porengröße im Bereich von 60 &mgr;m bis zu 90 &mgr;m liegt und am Grenzflächenübergang Schaumschicht zur Kompaktschicht die mittlere Porengröße der Schaumschicht vorzugsweise zwischen 90 &mgr;m bis 100 &mgr;m liegt. Infolge des gradienten- oder treppenförmigen Verlaufs ergibt sich dadurch vorteilhaft eine Rohrsteifigkeit von 3 bis 12 N/m2.

1 zeigt eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme an einem Schnitt eines erfindungsgemäßen Hausinstallationsrohrs.

Wie man daraus erkennt, ist der mittlere Porendurchmesser der aufgebrachten Schaumschicht in einer Schnittebene – in der 1 mit S bezeichnet – bei 80 &mgr;m bis 90 &mgr;m im Bereich des Übergangs hin zur dichteren Kompaktschicht. Die Zahl der Poren für diesen Übergangsbereich beträgt ca. 50–70 Poren/mm2.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Schichtfolge der Hausinstallationsrohre oder Hausinstallationsformteile bestehend aus der erfindungsgemäß innenliegenden Kompaktschicht und der darauf folgenden Schaumschicht auch in einer mehrschichtigen Anordnung im Sinne eines Sandwichaufbaus ausgeführt sein. D.h. beispielsweise eine alternierende Folge von Doppelschichten durch Extrusions- oder Spritzguss- oder Blasformverfahren hergestellt, wobei die Materialien nach Anspruch 9 in einer Kombination untereinander, den jeweiligen Schichtaufbau der Kompaktschicht oder Schaumschicht ergeben. Definitionsgemäß sind Hausinstallationsformteile Rohrkrümmer, Rohrzweige, T-Stücke, Rohrbögen etc. und werden in Bauten abschnittsweise entsprechend den schalltechnischen Anforderungen und Auslegung verbaut.


Anspruch[de]
Schalldämmendes extrudiertes, spritzgeformtes oder blasgeformtes kompaktes mehrschichtiges Hausinstallationsrohr oder Hausinstallationsformteil bestehend mindestens aus einer Schaumschicht und einer Kompaktschicht, dadurch gekennzeichnet, dass

-a- der Durchmesser der Poren der Schaumschicht zwischen 50 bis 100 &mgr;m liegt, wobei

-b- der Porenflächen- und/oder -volumenanteil der Schaumschicht zwischen 25 % und 90% beträgt und

-c- die Dicke der Schaumschicht zwischen 1,5 bis 3 mm umfasst und

-d- die Schaumschicht einen eingestellten Gradienten in der Porenanzahl und/oder in der Porengröße in Richtung der innenliegenden Kompaktschichtoberfläche aufweist.
Schalldämmendes Hausinstallationsrohr oder Hausinstallationsformteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hausinstallationsrohr oder Hausinstallationsformteil aus einer äußeren Schaumschicht und einer innenliegenden Kompaktschicht besteht, wobei wenigstens die Kompaktschicht mit Bariumsulfat mit bis zu einem Anteil von 67% gefüllt ist. Schalldämmendes Hausinstallationsrohr oder Hausinstallationsformteil nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der äußeren Schaumschichtdicke zur innenliegenden Kompaktschichtdicke 1:1 bis 1:3 beträgt und die Schichtdicke der Kompaktschicht im Bereich von 1–3 mm liegt. Schalldämmendes Hausinstallationsrohr oder Hausinstallationsformteil nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die geschäumte Schicht einen eingestellten Gradienten in der Porenanzahl und in der Porengröße pro Volumeneinheit vom Außenbereich der geschäumten Schicht hin zur Oberfläche der innenliegenden Kompaktschicht aufweist, insbesondere einen Gradienten umfasst, der dem Verlauf einer Treppenfunktion entspricht. Schalldämmendes Hausinstallationsrohr oder Hausinstallationsformteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hausinstallationsrohr- oder Hausinstallationsformteilsteifigkeit infolge des Gradienten in der Porenanzahl und in der Porengröße der Schaumschicht einen Wert von 3 bis 12 N/m2, insbesondere 8 N/m2 hat. Schalldämmendes Hausinstallationsrohr oder Hausinstallationsformteil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gradient in der Porenanzahl und in der Porengröße eine akustische Dämpfung im Frequenzbereich von 300 Hz bis 13 kHz um gesamthaft mindestens 5 dB bewirkt. Schalldämmendes Hausinstallationsrohr oder Hausinstallationsformteil nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die geschäumte Schicht eine mittlere Porengröße von 50 &mgr;m bis 100 &mgr;m und eine Porendichte zwischen 3000 Poren/cm2 bis 10000 Poren/cm2 besitzt. Hausinstallationsformteil nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hausinstallationsformteil ein Rohrbogen, ein Rohrkrümmer, ein T-Stück oder ein Rohrverbindungselement, insbesondere Rohrmuffe ist. Hausinstallationsformteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumschicht und die Kompaktschicht aus einem thermoplastischen Material aus der Gruppe PVC, PE, ABS oder PP oder deren Co-Block-Polymere besteht. Hausinstallationsformteil nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumschicht und die Kompaktschicht bestehend aus jeweils mindestens einem Material nach Anspruch 9 alternierend als Sandwichschicht ausgebildet ist und mindestens drei Schichten umfasst. Verwendung von schalldämmenden Hausinstallationsrohren oder Hausinstallationsformteilen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbau abschnittsweise in Bauten entsprechend der schalltechnischen Auslegung erfolgt.






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