Gleichwohl
hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, den Korrosionsschutz
zu verbessern.
Dabei
wendet sich die Erfindung der Beschichtung mit Epoxidharz zu.
Die
Beschichtung von Stahl mit Epoxidharz ist auch im Zusammenhang mit
Salzwasser aus der
DE 19515234
A1 bekannt. Dabei bezieht sich die
DE 19515234 A1 auf die
DE 2748686 A1 .
Dabei wird ausgeführt:
Überzieht
man dazu das Gummi-Metall-Verbundteil mit einer Lackschicht, so
gibt es Probleme mit der Haftung des Lackes auf dem Gummi sowie
mit der Korrosion im Grenzbereich Metall/Gummi.
Um diese Probleme
zu umgehen, wird in der
DE 2748686 vorgeschlagen,
das Metall auf der gesamten korrosionsgefährdeten Fläche zunächst mit einem Epoxid-Harz
zu beschichten und dann das Gummi auf diese Schicht zu kleben. So
soll man z.B. die Eisenoberfläche
zunächst
reinigen und vorbehandeln (z.B. mit Sandstrahlen) und dann mit einem
pulverisierten Harz (Diglyidylether des Bisphenol-A-EpoxidHarzes)
sowie mit einem Härte
(Timellitsäureanhydrid)
beschichten. Nach der Aushärtung
bei 232 Grad Celsius wird eine auf Phenolharz basierende adhäsive Spachtelmasse
sowie ein adhäsiver Überzug aus
einem halogenierten Polyolefin und einer aromatischen Nitroseverbindung
aufgetragen. Nach der Trocknung dieses adhäsiven Systems wurde schließlich Kautschuk
unter hohem Druck innerhalb von 15 Minuten bei 149 Grad Celsius
aufvulkanisiert. Die pulverisierte Beschichtungs-Zusammensetzung
enthält
im allgemeinen neben dem Harz und dem Härter noch einen Farbstoff,
einen Füllstoff,
ein die Fließfähigkeit
steuerndes Additiv sowie ein Korrosionsschutz-Mittel. Nachteilig
bei diesem Verfahren ist, daß sich
durch Aufsprühen
des Lacksystems kein gleichmäßiger Lacküberzug erreichen
läßt. Dies
gilt insbesondere für
schwer zugängliche
Stellen eines Metallteils, wie sie bei komplizierten Gummi/Metall-Verbundteilen auftreten.
Von
dem Stand der Technik ausgehend wird in
DE 19515234 A1 vorgeschlagen,
die
Metalloberfläche
vorzubehandeln,
ein Korrosionsschutzmittel vollflächig aufzutragen
und
den Korrosionsschutz auszuhärten.
Wegen
der Einzelheiten der Vorbehandlung wird auf die Druckschrift Bezug
genommen.
Zu
den Korrosionschutzmitteln wird ausgeführt:
Die Korrosionsschutz-Schicht
basiert auf Reaktionsharzen, nämlich
auf einem Polyurethanharz und vor allem auf einem Phenol- und Epoxidharz.
Das
Epoxidharz wird in der bekannten Ausführung mit einem Lösungsmittel
aufgetragen. Das Lösungsmittel
soll rückstandsfrei
durch Trocknung entweichen. Anschließend wird das Expoxidharz ausgehärtet. Sämtliche
Hinweise in der
DE 19515234 stehen
im Zusammenhang mit einem nachfolgenden Gummiauftrag. Selbst, wenn
der
DE 19515234 eine
Anwendung des Expoxidharzes ohne Gummiauftrag entnommen werden kann,
so beinhaltet das allenfalls eine alleinige Anwendung des Epoxidharzes.
Davon
ausgehend ist nach der Erfindung eine mehrschichtige Isolierung
ohne Gummi vorgesehen. Dabei wendet sich die Erfindung einer Isolierung
zu wie sie aus anderen Gründen
an Erdgasrohrleitungen aus Stahl vorgesehen ist. Dort ist Stand
der Technik eine Vorbehandlung der zu isolierenden Rohrflächen und
ein mehrschichtiger Isolierungsaufbau.
Im
weiteren werden nur Rohre angesprochen. Das schließt aber
andere Profile wie auch Bleche ein, wie sie zu den eingangs genannten
Dalben, Spundbohlen und Plattformen gehören.
In
Anwendung der bei Erdgasleitungen bekannten Isolierungen wird ein
zweischichtiger und ein dreischichtiger Isolierungsaufbau angeboten.
Die bekannten Isolierungen haben sich insbesondere als 3-Schichten-Schutz
mit einer Epoxidharz(EP)-Schicht, einer Kleberschicht und einer
schwarzen Polyethylen(PE)-Schicht bewährt. Die Technik für das Aufbringen
von Kleberschicht und PE-Schicht ist in der Veröffentlichung „Prüfung von
beschichteten Rohren" Mitteilung
der Mannesmannröhren-Werke
AG, 1973, VDI-Verlag Düsseldorf,
beschrieben. Desgleichen ist dort ein Pulveraufschmelzverfahren
beschrieben, das zum Auftragen von EP-Schichten verwendet wird.
Das
PE kommt in verschiedenen Beschaffenheiten vor, als HDPE, als MDPE
und als LDPE. Anstelle des PE-Schicht kommen auch Polypropylen-(PP)Schichten
für die
Isolierung in Betracht. Diese Schichten bilden den Außenmantel
der Isolierung Desgleichen kommen auch andere Kunststoffe als PE
oder PP für
den Kunststoffmantel in Betracht.
Im
weiteren schließt
die Bezeichnung PE sowohl die unterschiedlichen Beschaffenheiten
als auch andere Kunststoffe ein, wenn nicht ausdrücklich anderes
angesprochen ist.
Probleme
entstehen dann, wenn mangelhaftes Material für die Isolierung verwendet
wird und/oder die Isolierung der Rohre durch mangelhaften Transport,
mangelhafte Lagerung und mangelhafte Rohrverlegung verletzt wird.
Dramatische
Fehler entstehen beim Isolieren, wenn minderwertiges farbiges PE
eingesetzt wird. Minderwertig ist das farbige PE ohne ausreichende
Stabilisierung. Bei üblicher
Lagerung sind die isolierten Rohren einer Belastung durch UV-Strahlung
ausgesetzt. Dadurch zersetzt sich die PE-Schicht.
Dramatische
Fehler entstehen auch bei mangelhafter Vorbereitung der Rohrenden
für eine
Verbindung der Rohrenden mit den Rohrenden anderer Rohre. Das gleiche
gilt für
die Verbindung mit anderen Teilen der Rohrleitung.
Die
Verletzung kann aus mehreren Gründen
entstehen. Dann Nach der Verletzung der Isolierung kann die Feuchtigkeit
unter die Rohrisolierung wandern und beste Voraussetzungen für eine Korrosion
finden.
Dramatische
Fehler können
auch bei mangelhafter Verarbeitung der Rohre entstehen.
Bei
der Rohrverlegung müssen
die Stahlrohre aneinander gesetzt werden. Üblicherweise werden die Rohrleitungen
an den Stoßstellen
geschweißt.
Zum Schweißen
werden die Rohrenden in einem ausreichenden Umfang von der Isolierung
befreit. Das wird als Abisolieren bezeichnet.
Bereits
beim Abisolieren kommen diverse katastrophale Fehler vor.
Dazu
gehören:
ein
Durchschneiden der Isolierung bis in den Stahl,
eine falsche
Wärmebehandlung
der Isolierung zur Erleichterung des Abziehens der Isolierung,
eine
falsche Nachbehandlung der abisolierten Rohrflächen,
eine falsche Nachisolierung.
Zum
Nachisolieren werden die Schweißstellen üblicherweise
gesäubert
und häufig
mit Isolierungsbändern
umwickelt. Es ist auch bekannt, Schrumpfmuffen zum Nachisolieren
von Rohrstößen zu verwenden.
Die Schrumpfmuffen sind vorzugsweise mehrteilig ausgebildet und
werden vor dem Schweißen
auf eines der zu verbindenden Rohrenden geschoben und zwar so weit,
daß sie
durch den Schweißvorgang
nicht beschädigt werden.
Nach dem Schweißen
werden die Schrumpfmuffen über
die Schweißstelle
geschoben. Dabei wird eine ausreichende Überlappung mit der bestehenden
Rohrisolierung gewahrt. Durch Erwärmung der Schrumpfmuffe mit
offener Flamme tritt der Schrumpf ein. Die Schrumpfmuffe umschließt die beiden
Rohre an dem Rohrstoß dicht.
Aus
Sicht der Erfindung ergeben sich auch unterschiedliche Schichtdicken
der Isolierung zu beachten.
Die
Erfindung hat auch erkannt, daß eine
offene Flamme an der Kunststoffisolierung Probleme verursachen kann.
Desgleichen kann das zum Reinigen von Stahlflächen und Rohrverbindungen eingesetzte
Lösungsmittel
Probleme verursachen. Das gilt auch für Voranstrich-Lack.
Zur
Beseitigung obiger Probleme ist an Rohrleitungen nach dem älteren Vorschlag
der
EP 1382896A2 vorgesehen,
eine Schrumpfmuffe an der Verbindung von Rohren einzusetzen. Die
Schrumpfmuffe kann auch auf die hier relevanten Rohre und andere
Bauteile Anwendung finden. Vorzugsweise wird das mit einer Technik zum
Abisolieren kombiniert, wie sie in der
EP 0213061 beschrieben ist. Die bekannte
Technik zum Abisolieren geht davon aus, daß bei mehrschichtiger Isolierung
mit einer Epoxid-Unterschicht(EP-Schicht) nur eine Durchtrennung
der Isolierung bis zur EP-Schicht erfolgt und daß die EP-Schicht in einem Überlappungsbereich
mit der Nachisolierung verbleibt. Zwischen dem Überlappungsbereich und dem
zu verschweißenden
Rohrende ist eine vollständige
Abisolierung des Stahlrohres vorgesehen, um die Schweißstellen
für den
Schweißvorgang frei
zu machen.
Das
Auftragen der EP-Schicht kann erfolgen, wie in der
EP 0213061 beschrieben.
Wahlweise
wird die EP-Schicht in Stufen ausgehärtet.
Die
erste Aushärtungsstufe
kann sich unmittelbar oder in einem zeitlichen Abstand an das Aufbringen der
Beschichtung anschließen.
Die
zweite Aushärtungsstufe
schließt
sich dann in weiterem zeitlichem Abstand an.
Die
in den verschiedenen Aushärtungsstufen
gewählten
Aushärtungstemperaturen
können
gleich oder unterschiedlich sein. Dabei kommen sowohl höhere Aushärtungstemperaturen
in der ersten Aushärtungsstufe
als in der zweiten Aushärtungsstufe
in Betracht und umgekehrt. Vorzugsweise wird die Aushärtungstemperatur
in Abhängigkeit
von der optimalen Temperatur für
das Aufbringen des EP und eine erforderliche Anfangshärte des
EP gewählt.
Die erforderliche Anfangshärte
wird von der weiteren Handhabung der Rohre bestimmt, zum Beispiel
von anschließendem
Transport und Lagerung. Vorzugsweise wird die Lagerung für die weitere
Aushärtung
der EP-Schicht genutzt. Dabei können
auch längere
Aushärtungszeiten
gewählt werden,
z.B. 4 bis 5 min. Die Aushärtungszeit
korreliert mit der Aushärtungstemperatur.
Bei 4 bis 5 Minuten ist eine Aushärtungstemperatur von 160 bis
170 Grad Celsius von Vorteil.
Darüber hinaus
kann eine höhere
Aushärtungstemperatur
von Vorteil sein, wenn besonders hohe Festigkeitsforderungen gestellt
werden.
Nach
diesem Konzept erfolgt die Lagerung zur weiteren Aushärtung in
einem Warmlager oder einem Ofen. Dabei können die Rohre im Stapel liegen.
Dies verringert den Raumbedarf.
Bereits
mit dem oben beschriebenen 3-Schichtenschutz mit EP und Kleber sowie
mit PE zeigt die erfindungsgemäße Anwendung
erhebliche Vorteile.. Dabei ist die Standzeit der Isolierung teilweise
auch von deren Dicke abhängig.
Unter der Voraussetzung richtiger und richtig verarbeiteter EP-Schicht
und unter der Voraussetzung richtigen und richtig verarbeiteten
Klebers kann mit einem richtigen und richtig verarbeiteten PE-Mantel
einer Dicke von mindestens 0,7 mm, vorzugsweise von mindestens 0,85
mm und noch weiter bevorzugt von mindestens 1 mm eine zufrieden
stellende Standzeit erreicht werden. Die richtige Verarbeitung schließt auch
die richtige Nachisolierung ein.
Bei
Bedarf können
ohne weiteres größere Isolierungsdicken
erzielt werden.
Günstige Verhältnisse
ergeben sich mit einem zusätzlichem
Korrosionsschutz.
Der
zusätzliche
Korrosionsschutz kann aus einem herkömmlichen Kathodenschutz bestehen
Vorzugsweise wird als weiterer Korrosionsschutz zusätzlich oder
anstelle der EP-Schicht eine Siliziumdioxid-(SiO2)-Schicht
und/oder Titandioxid(TiO2)-Schicht aufgebracht.
Wahlweise kann auch Siliziumdioxid und/oder Titandioxid in Mischung
mit dem EP oder mit dem Material des Kunststoffmantels bzw. mit
dem Material der Kunststoffmuffe oder dem Kleber Einsatz finden.
Der
Kunststoff gehört
zur Kohlenstoff-Chemie.
Im
periodischen System gehören
die Kunststoffe zur Gruppe IV.
Beide
Stoffe haben Doppelbindungen zwischen -C=C-
Das
bestimmt die chemischen Reaktionen mit sich und anderen Stoffen.
Das
bestimmt auch den Energie-Umsatz in Netzwerkpotentialen.
Daher
ergeben sich Reaktionen untereinander.
Aus
einer Reaktion entsteht ein neuer Werkstoff.
Kunststoffe
erfahren eine bedeutende Eigenschaftsnutzung.
Die
Langzeitbenutzungsgröße von Kunststoffen
liegt je nach Belastung zwischen wenigen Jahren und mehreren Jahrzehnten.
Danach
ergibt sich ein deutlicher Eigenschaftsabfall.
Siliziumdioxid
und Titandioxid gehören
zur Phys.-Chemie.
Im
periodischen System gehören
Silikate zur Gruppe IV.
Es
bestehen keine Doppelbindungen zwischen -Si-Si-
Daher
sind keine reinen chemischen sondern nur physikalische Reaktionen
mit anderen Stoffen innerhalb der Isolierung bzw. mit anderen Stoffen
zu erwarten, welche in die Isolierung eindringen.
Siliziumdioxid
zeigt bei Energiezufuhr unterschiedliche Reaktionen. Es bilden sich
je nach Energiezustand Kettenstrukturen, Flächenstrukturen und Blattstrukturen.
Es
ist je nach Energiezustand mit einer Volumensvergrößerung entsprechend
den physikalischen Gesetzes zu rechnen.
Zu
den bedeutenden Eigenschaften gehört die Undurchlässigkeit
gegen verschiedene Gase. Auch nach bei höherer Belastung ist noch mit
einer Dauerstandzeit von mehreren Jahrzehnten zu rechnen.
Zusammenfassend
ergibt sich in weiterer Ausbildung der Erfindung ein Kombiprodukt,
dessen Bestandteile unterschiedlichen Gesetzen folgen, nämlich im
einen Fall der Kohlenstoffchemie und im anderen Fall der Physikalischen
Chemie. Die Silikat-Chemie verläuft
nach den Regeln der Anorganischen Chemie unter Bildung von Ketten-,
Flächen-
und Blattstrukturen ab.
Allgemein
ist von Metakieselsäuren
(H2SiO3)n und Metasilicaten (SiO3)n zu sprechen.
In
dem Zusammenhang kommen vor:
Die
Titandioxid-Chemie ist eine Ergänzung
in beiden Chemie-Gruppen und trägt
dazu bei, den Stahl zusätzlich
zu schützen.
Hervorzuheben ist die Kristallform „Rutil" im Epoxiharz-Bindeverfahren zum Stahl.
Mit
Siliziumdioxid und/oder Titandioxid steigt die Temperaturbelastbarkeit
der Isolierung, auch der Epoxiharzschicht bedeutungsvoll an.
Siliziumdioxid
und/oder Titandioxid können
in verschiedenen Schichten der Isolierung eingebaut werden:
- a) als Schicht unmittelbar auf der Stahloberfläche und/oder
- b) in Mischung mit EP oder in Mischung mit anderem Material
unterhalb der bekannten EP-Schicht oder einer vergleichbaren Schicht
- c) in Mischung mit dem EP oder einem anderen Material anstelle
der bekannten EP-Schicht
- d) als Schicht oberhalb der bekannten EP-Schicht oder einer
vergleichbaren Schicht
- e) in Mischung mit dem bekannten Kleber bzw. eingebettet in
den bekannten Kleber
- f) in Mischung mit dem bekannten Kleber oder einem anderen Material
unterhalb der bekannten Kleberschicht
- g) in Mischung mit dem bekannten Kleber oder einem anderen Material
anstelle der bekannten Kleberschicht
- h) in Mischung mit dem bekannten Kleber oder einem anderen Material
oberhalb der bekannten Kleberschicht
- i) als Schicht unterhalb der Kunststoffaußenschicht(aus PE oder einem
anderen Thermoplasten oder Mischungen davon)
Besonders
günstig
lassen sich das Siliziumdioxid und das Titandioxid in Verbindung
mit dem Kleber auftragen. Der Kleber kann dabei den Haftvermittler
für das
Siliziumdixid und/oder das Titandioxid bilden. Besonders leicht
läßt sich
eine Mischung von Siliziumdioxid und/oder Titandioxid und dem Kleber
aufbringen.
Darüber hinaus
kann von Vorteil sein, das Siliziumdioxid und/oder Titandioxid so
aufzubringen, daß geschlossene
Schichten aus diesem Material entstehen.
Die
erfindungsgemäße Anwendung
von Siliziumdioxid und/oder Titandioxid kann sowohl bei der Neuisolierung(Rohrherstellung)
als auch bei der Nachisolierung(spätere Arbeiten) erfolgen. Allerdings
können
die verschiedenen Isolierungsarbeiten Detailabweichungen zweckmäßig machen.
Zum Beispiel ist im Falle einer Nachisolierung zweckmäßigerweise
eine Schrumpfmuffe vorgesehen, die eine Beschichtung an der Innenseite
erlaubt.
Wahlweise
wird im Falle der Nachisolierung gleichfalls eine pulverförmige PE-Schicht
aufgebracht.
Bei
der Neuisolierung wie auch bei der Nachisolierung wird eine haftungsfreundliche
Rohroberfläche angestrebt.
Günstig
sind gereinigte Oberflächen.
Für das Reinigen
kommen diverse Verfahren in Betracht. Das schließt mechanische Verfahren wie
das beschriebene Bürsten
und Sandstrahlen oder Strahlen mit Stahlpartikeln ein.
Zum
Teil ist die Reinigung schwierig.
Hintergrund
ist, daß nach
der Bearbeitung der Rohre mit ölhaltigen
Emulsionen oder anderen fetthaltigen Mitteln oder auch mit Korrosionsschutzmitteln
wie Magnesiumstearat erhebliche Rückstände verbleiben. Bei anschließendem Aufrauhen
der Rohroberfläche
durch Strahlen mit Strahlmittel stören die Rückstände. Zum Teil verhindern die
Rückstände die
gewünschte Rauhigkeit,
zum Teil bleiben die Rückstände in den
Materialporen, zum Teil sammeln sich die Rückstände in dem Strahlmittel, so
daß die
Wirksamkeit der Strahlmittel nachläßt.
Eine
wesentliche Verbesserung der Stahloberfläche wird dadurch erreicht,
daß die
Rückstände durch Wärmebehandlung
auf der Stahloberfläche
verkrackt werden. Anschließend
lassen sich die so behandelten Rückstände leicht
von der Rohroberfläche
lösen.
Das Lösen
kann mechanisch erfolgen, z.B. durch Bürsten. Wahlweise verbleiben
die Rückstände auch
in gebundener Form auf der Stahloberfläche.
Je
stärker
die Wärmebehandlung
ist, desto schneller und vollständiger
verkracken die Rückstände. Vorzugsweise
wird die Erwärmung
des Rohres auf max. 200 Grad Celsius beschränkt, um eine Beeinträchtigung
des Stahlgefüges
zu vermeiden. Vorzugsweise wird mindestens eine Erwärmung von
160 Grad Celsius an der Rohroberfläche erzeugt.
Die
Erwärmung
der Stahloberfläche
kann durch Strahlung und/oder Berührung der Rohroberfläche mit dem
Heizmittel bewirkt werden. Als Heizmittel kommen Heizgase in Betracht,
desgleichen Heizstrahler. Die Heizgase und Heizstrahler werden im
Abstand von der Stahloberfläche
gehalten. Als Heizmittel kommen auch Heizmatten in Betracht, die
auf die Stahloberfläche
gelegt werden.
Die
Wärmebehandlung
kann vor oder nach dem Strahlen erfolgen.
Die
Wärmebehandlung
kann bei der Rohrherstellung oder bei der Rohrverarbeitung Anwendung
finden. Bei der Rohrherstellung findet wahlweise eine Druckprüfung mit
einer Öl-Wasser-Emulsion
statt. Die Rohre werden dabei allerdings an den ungeschützten Flächen, auch
außen
an den Rohrenden mit der Emulsion verschmutzt.
Alternativ
oder zusätzlich
zur Wärmebehandlung
kann die Rohroberfläche
nach dem Strahlen mit Kaliumpermanganat behandelt werden.
Mit
dem Kaliumpermanganat wird das Chromatieren ersetzt. Beim Chromatieren
wird eine Chromverbindung mit 6 facher Bindungswirkung aufgetragen.
Diese Chromverbindung ist sehr giftig. Nach der Reaktion mit Öl reduziert
sich zwar die Wertigkeit der Chromverbindung auf eine 3 fache Wertigkeit.
Nach der Reaktion ist die Chromverbindung ungiftig. Gleichwohl bleibt
die hohe Anfangsgiftigkeit, welche die Anwendung der Chromatierung
in der Bundesrepublik Deutschland bisher verhindert hat.
Das
Kaliumpermanganat ist ungiftig. Das Kaliumpermanganat ist sogar
als pharmazeutisches Mittel in der Anwendung. Mit Kaliumpermanganat
wird Öl
oxidiert.
Das
Kaliumpermanganat wird vorzugsweise in wässriger Lösung eingesetzt. Der Anteil
des Kaliumpermanganats im Wasser beträgt vorzugsweise 1 bis 5 Gew%,
bezogen auf die Gesamtmenge aus Wasser und Kaliumpermanganat.
Von
Vorteil für
die Reaktion des Kaliumpermanganats bzw. für die Oxidation des Öls ist eine über der Raumtemperatur
liegende Temperatur der wässrigen
Lösung.
Vorzugsweise liegt die Temperatur zwischen 50 und 60 Grad Celsius
Die wässrige
Lösung
kann aufgesprüht
oder aufgespritzt werden. Je nach Druck trägt das Spritzen zur Reinigung
der Oberfläche
bei.
Die
ablaufende wässrige
Lösung
wird mechanisch gereinigt. Zum Beispiel wird der anfallende Schlamm
mit geeigneten Filtern aus der Lösung
abgeschieden. Danach kann die wässrige
Lösung
wieder auf die Rohroberfläche
aufgegeben werden. Der Kreislauf der wässrigen Lösung wird mit einer geeigneten
Pumpe bewirkt.
Wahlweise
schließt
wird das Ablaufen der wässrigen
Lösung
noch durch andere Wirkungen unterstützt werden. Geeignet sind Abstreifer
bzw. Bürsten.
Die Bürsten
können
im oder nach dem Aufschlagbereich der wässrigen Lösung angeordnet sein. Die Bürsten können stehend
angeordnet oder bewegt sein.
Die
gereinigte Fläche
bietet bei richtiger Rauhigkeit eine ausreichende Haftung für die dichte
Verbindung mit einer Schrumpfmuffe. Die richtige Rauhigkeit kann
in einem Fall bei 0,05 mm liegen, in anderen Fällen können Rauhigkeiten von 0,005
bis 0,5 mm zweckmäßig sein.
Die Rauhigkeit kann durch Schältests
optimiert werden. Beim Schältest
wird die Kraft gemessen, die zum Abziehen der Isolierung von der
Rohroberfläche
erforderlich ist. Zweckmäßigerweise
wird die Isolierung zum Schältest
eingeschnitten, so daß die
Isolierung zum Abziehen erfaßt
werden kann.
Vorzugsweise
findet auch ein Haftvermittler Anwendung. Der Haftvermittler kann
in dem Schichtenverbund an verschiedenen Stellen vorkommen, z.B.
an der gereinigten Stahlfläche
oder an der Innenseite der Schrumpfmuffe. Der Haftvermittler kann
ein Kleber sein.
Wahlweise
ist zusätzlich
eine Lackierung der gereinigten Stahlfläche für die Haftvermittlung vorgesehen.
Desgleichen kann eine Beschichtung mit einem EP-Pulver zur Haftvermittlung
erfolgen, das darin auf der gereinigten Stahlfläche aufgeschmolzen und ausgehärtet wird.
Die
Aufbringung von pulverförmigem
EP sieht vorzugsweise einen Korndurchmesser von 0,01 mm bis 0,02
mm vor. Je kleiner der Korndurchmesser des Pulvers ist und je genauer
die Aufschmelzung erfolgt, desto gleichmäßiger bildet sich eine EP-Schicht
auf dem vollständig
abisolierten Rohrende aus.
Korngrößen kleiner
oder gleich 0,005 mm werden jedoch nach Möglichkeit vermieden, wenn die
beteiligten Mannschaften mit dem Pulver in Berührung kommen können. Bei
solch kleinkörnigem
Pulver wird eine Belastung der Lungen befürchtet.
Sofern
die Aufbringung des EP-Pulvers mit geeigneter Kapselung erfolgt,
ist die oben beschriebene Korngrößengrenze
unbeachtlich.
Zur
Gleichmäßigkeit
trägt auch
die Art des Pulverauftrages bei.
Günstig ist
es, das Pulver aufzustreuen und/oder aufzublasen und/oder aufzuschleudern.
Zum Aufschleudern wird auf die oben erwähnte Veröffentlichung Bezug genommen.
Um
die Nachisolierungsstellen herum kann auch ein Wirbelbett aufgebaut
werden. Auch die Kombination verschiedener Verfahren kann von Vorteil
sein, z.B. das Streuen von oben und das Schleudern von unten.
Beim
Aufbringen können
Pulver und/oder Beschichtungsflächen
vorgewärmt
werden. Desgleichen kann mit einem erwärmten Trägergas zum Anblasen des EP-Pulvers
gearbeitet werden. Vorzugsweise ist eine Vorwärmung des EP auf höchstens
50 Grad Celsius beschränkt.
Das Trägergastemperaturen
und die Oberfläche
können
höher sein,
vorausgesetzt, das EP erwärmt
sich nicht so weit, daß eine
Aushärtung
des EP beginnt.
Die
Erwärmung
kann auch in anderer Form aufgebracht werden, zum Beispiel durch
Heißgas und/oder
durch Strahlung und/oder auf induktivem Wege. Die Strahlungswärme beinhaltet
wahlweise eine Beaufschlagung mit Infrarotlicht.
Die
Wärme kann
von außen
und/oder von innen aufgebracht werden.
Bei
der Neuisolierung von Stahlrohren wird vorzugsweise die Wärme aus
der Rohrherstellung zum Aufschmelzen und Aushärten der EP-Schicht genutzt.
Bei
der Nachisolierung kann die Wärme
induktiv im Stahlrohr erzeugt werden und hinsichtlich der Wärme eine ähnliche
Situation wie bei der Neuisolierung entstehen.
Wahlweise
ist es auch möglich,
die zum Aushärten
von EP erforderliche Wärme
durch andere Schichten, nämlich
durch PE und Kleber, hindurch zuzuführen.
Wahlweise
findet beim Neuisolieren eine Erwärmung des EP ohne üblichen
Wärmeinhalt
der verwendeten Rohre statt. Damit geht zwar der Wärmeinhalt
verloren. Es eröffnet
sich aber die Möglichkeit
zu einer Beschleunigung der Fertigung, weil für das Aufschmelzen und Aushärten der
EP-Schicht mit zunehmender Aushärtungstemperatur
die Aushärtungsdauer
reduziert werden kann. Damit wird der Mehraufwand an Energie leicht überkompensiert.
Wahlweise
kann die von der Herstellung der Rohre unabhängige Erwärmung der EP-Schicht/Isolierung
auch genutzt werden, um den Verlauf der Aushärtung und die Härtedauer
nach Belieben zu steuern. Dadurch kann eine optimale Härtung des
EP erreicht werden.
Beim
Nachisolieren der Rohre in der Baugrube steht einer längeren Wärmebehandlung
der Isolierung nichts entgegen, wenn die Rohre oder andere Profile
an mehreren Stellen nachzuisolieren ist und die Isolierungsmannschaft
sich bei fortdauernder Wärmebehandlung
an einer Isolierungsstelle mit den Arbeiten an anderen Isolierungsstellen
befassen kann.
Aufgrund
der Erwärmung
des EP-Pulvers kann das EP-Pulver unmittelbar beim Auftreffen auf
der Beschichtungsfläche
kleben. Das Kleben der auftreffenden Pulverpartikel erleichtert
die gleichmäßige Beschichtung.
Die
Erwärmung
wird so gesteuert, daß die
Pulverpartikel auf der Stahloberfläche aufschmelzen. Bei der Steuerung
der Erwärmung
sind der Wärmefluß bis zu
der EP-Schicht und auch Wärmeverluste
auf dem Weg zur EP-Schicht zu berücksichtigen. Wenn die Erwärmung von
dem Stahlrohr ausgeht ist die Situation anders als bei einer Erwärmung der
EP-Schicht von außen.
Das gilt besonders bei einer Erwärmung,
die durch den außen
liegenden Kunststoffmantel hindurchgehen soll. Letzteres kann sich
zum Beispiel bei der Nachisolierung mit Schrumpfmuffen an der Isolierungsstelle
anbieten.
Außerdem sind
die zulässigen
Temperaturen der verschiedenen Schichten zu berücksichtigen, die von der Wärme auf
dem Weg zur EP-Schicht durchflossen werden. Die zulässigen Temperaturen
dürfen
nicht überschritten
werden.
Für die Beschichtung
ist ferner die geringe Dicke der EP-Schicht günstig. Die Dicke beträgt 0, 01
bis 0,1 mm, vorzugsweise 0,04 bis 0,06 mm, noch weiter bevorzugt
0,05 mm.
Bei
der geringen Schichtdicke ist die Kräfteverteilung günstig. Das
erweichte EP verläuft
zu einer Schicht, ohne abzutropfen. Nicht einmal Tropfnasen sind
bei geringer Schichtdicke zu befürchten.
Das gilt besonders, wenn Siliziumdioxid eingebaut wird.
Das
erfindungsgemäße Material
hat sehr vorteilhafte thixotrope Eigenschaften.
Es
kommen auch andere Beschichtungsverfahren für das Aufbringen des EP-Pulvers
in Betracht. Zu den anderen Beschichtungsverfahren gehört eine
statische Aufladung der Stahlfläche
und des Pulvers, so daß das
Pulver aufgrund der Ladungskräfte
an der gereinigten Stahlfläche
haftet. Danach kann das Pulver durch die oben beschriebene Erwärmung zu
einer Schicht verschmolzen werden.
Nach
dem Aufschmelzen soll die EP-Schicht aushärten.
Die
Aushärtung
des EP erfolgt abhängig
von der Materialbeschaffenheit. Das gilt zumindest für das EP-Material.
Je nach EP-Material kann eine Glasübergangstemperatur von 55 bis
90 Grad Celsius maßgebend
sein
Die
Aushärtetemperatur
der EP-Schicht kann auch zwischen 130 und 200 Grad Celsius liegen.
Bei geringerer Aushärtetemperatur
ist eine längere
Aushärtezeit
vorgesehen. Je nach Temperatur kann die Aushärtezeit zum Beispiel 30 min
betragen. Solche Aushärtezeiten
sind aus der üblichen
Herstellung neuer Rohre bekannt.
Die übliche Rohrisolierung
erfolgt bei der Rohrherstellung üblicherweise
kontinuierlich. Die Nachisolierung erfolgt überlicherweise diskontinuierlich.
Dabei werden die genannten Aushärtezeiten
von 30 min aufgrund der Länge
der Wärmebehandlungseinrichtungen
und aufgrund des Verfahrens unproblematisch empfunden. Bei üblichem
Verfahren ergeben sich genormte Eigenschaftswerte, welche einer
Verfahrensänderung entgegenstehen.
Wie
oben ausgeführt,
hat das wärmetechnische
Gründe,
die unberücksichtigt
bleiben können,
wenn in erfindungsgemäßer Weise
die Aushärtetemperatur
erhöht
und die Aushärtezeit
verringert werden.
Etwas
anderes gilt auch für
die Nachisolierung. Bei der Nachisolierung bedingt eine so lange
Aushärtezeit
eine entsprechende Verweildauer der Mannschaft an der Nachisolierungsstelle.
Wahlweise
wird die Aushärtezeit
verringert, um die Nachisolierungszeit und damit auch die Kosten
zu verringern. Nach dem älteren
Vorschlag wird durch Auswahl von EP mit höherer Glasübergangstemperatur und mit
höherer
Aushärtetemperatur
eine wesentliche Verringerung der Aushärtezeit erreicht. Überraschender Weise
kann die Aushärtezeit
auf 20 min, 10 min, 5 min, sogar bis auf 2 min reduziert werden.
Die
Verringerung der Aushärtezeit
ist auch unabhängig
von der Frage der Nachisolierung für die Rohrisolierung von Vorteil,
weil dadurch weniger Anlagevolumen für die Rohrisolierung erforderlich
ist, weil auch weniger Energie für
die Aushärtung
eingebracht werden muß
Die
notwendige Erwärmung
für die
Aushärtung
wird in gleicher Weise wie für
die Verschmelzung aufgebracht werden.
Nach
dem älteren
Vorschlag wird wahlweise zusätzlich
die Wärme
der Schrumpfmuffe für
die Aushärtung
genutzt. Umgekehrt kann auch die Wärme der Rohrverbindung oder
Abzweigung für
den Schrumpfvorgang genutzt werden.
Zur
Beinflussung der Aushärtung
der EP-Schicht und/oder zur Beeinflussung des Schrumpfvorganges schließt sich
der Schrumpfvorgang der Schrumpfmuffe vorzugsweise zeitlich möglichst
dicht an die Bildung der EP-Schicht an. Dabei muß die Schrumpfmuffe nach Bildung
der EP-Schicht über
die Verbindungsstelle bzw. über
die Abzweigstelle gezogen werden. Je nach Handhabung der Schrumpfmuffe
kann es erforderlich werden, vor der Positionierung der Schrumpfmuffe
zunächst
eine ausreichende Festigkeit bzw. Eigenfestigkeit der EP-Schicht
durch Abkühlung
sicherzustellen, damit eine Berührung
der Schrumpfmuffe keine Verletzung der EP-Schicht verursacht.
Nach
der Positionierung der Schrumpfmuffe wird die Schrumpfmuffe auf
Schrumpftemperatur erwärmt.
Dabei ist es von Vorteil, die Muffe innen und außen zu erwärmen. Die Erwärmung von
innen kann wahlweise mit Heißgas
und/oder durch die noch warme EP-Schicht erfolgen. Es kommen auch
andere Erwärmungsvorgänge in Betracht.
Die
Schrumpftemperatur ist materialabhängig.
Ähnlich wie
bei der Anwendung der Schrumpfmuffe kann auch bei der Anwendung
einer äußeren PE-Schicht
aus pulverförmigem
PE die Nutzung der vorhandenen Wärme
erhebliche Bedeutung haben.
Die
höhere
Glasübergangstemperatur
und die höhere
Aushärtetemperatur
sind bei dem EP von den Bausteinen/Bestandteilen des EP abhängig. Für harte
EP-Schichten finden aromatische Dicarbonsäuren Verwendung. Für flexible
EP-Schichten finden aliphatische Dicarbonsäuren Verwendung.
Günstig ist
regelmäßig eine
Stabilisierung des Makromoleküls.
Dazu eignen sich besonders sekundäre Wasserstoffbrücken.
Die
Glasübergangstemperatur
ergibt sich als ein relativ geringes Temperatur-Intervall zwischen
energieelastischem und entropieelastischem Verhalten. Die Übergangstemperatur
dieser Veränderung
ist die Veränderung
des E-Moduls des Produktes und wird als Glasübergangstemperatur bezeichnet.
Normalerweise liegt die Glasübergangstemperatur
bei EP zwischen +20 und +40 Grad Celsius. In Sonderfällen liegt
die Glasübergangstemperatur
bei EP zwischen –100
und +100 Grad Celsius.
Wie
oben beschrieben, kommt zusätzlich
oder anstelle der EP-Schicht noch eine SiO2-Schicht
auf dem Rohr in Betracht. Vor allem die zusätzliche Schicht trägt erheblichem
zum Korrosionsschutz bei. Die SiO2-Schicht
ist für
verschiedene Gase und Wasser praktisch undurchlässig. Eine sonst befürchtete
Korrosion Fe + O2 +
CO2 + H2O zu Fe2O3 wird verhindert.
Hierdurch wird ein Korrosionsvorgang des Stahls im Eisen-Anteil
vermieden und die Langzeitnutzung des Stahlrohrsystems auch unabhängig von
Kathodenschutz wesentlich verlängert.
Es
ist technisch von Vorteil, als SiO2 ein α-Tridymit
zu verwenden, welches in reiner Form bei 117 Grad Celsius sich in β-Tridymit
umwandelt. Verunreinigungen des Tridymits führen zu einer Temperatur-Verschiebung,
zumeist zu einer Erhöhung
des Umwandlungspunktes. Es ist wirtschaftlich von Vorteil, als Siliziumdioxid ein
Cristobalit zu verwenden.
Durch
Verwendung von Siliziumdioxid findet in dieser Schicht durch die
Erwärmung
eine Volumensvergrößerung statt,
die den darüber
liegenden Kunststoffmantel bzw. die Schrumpfmuffe unter zusätzlicher Spannung
hält, so
daß Hohlräume verhindert
werden.
Darüber hinaus
kann eine vorteilhafte Kombination durch Reaktion mit der EP-Schicht
bei einer Temperatur im Bereich von 130 bis 180 Grad Celsius erreicht
werden. Das Siliziumdioxid ist für
jede Aushärtetemperatur
geeignet.
Die
vorstehend beschriebenen Vorteile ergeben sich nicht nur bei der
Nachisolierung sondern auch bei der Herstellung der Stahlrohre mit
werksseitiger Isolierung der Stahlrohre, insbesondere in Ummantelungsformen.
Die
Aufbringung des Siliziumdioxids kann wie die Aufbringung der EP-Schicht
erfolgen. Günstig
sind dabei Körnungen
des Siliziumdioxids von 0,008 bis 0,03 mm.
Wahlweise
werden das Siliziumdioxid und das Titandioxid im Pulver-Aufschmelzverfahren
aufgebracht. Dabei ist kein Schmelzen des Siliziumdioxids oder Titantioxids
sondern das Schmelzen eines anderen Mischungsanteiles vorgesehen.
Der Mischungsanteil wird entsprechend dem Schmelzpunkt ausgewählt. Das Pulver
wird vorzugsweise mit mindestens 50 Grad Celsius vorgetrocknet und
vorgewärmt
aufgetragen.
Vorteilhafterweise
können
die gleichen Vorrichtungen wie beim Ausbringen der EP-Schicht für das Ausbringen
von Siliziumdioxid und für
das Aufbringen von Titandioxid verwendet werden. Desgleichen ist
von Vorteil, eine elektrostatische Aufladung anzuwenden, um eine
Haftung der Partikel zu erreichen.
Im
folgenden wird eine vorteilhafte Schichtenbildung aus Siliziumdioxid
und/oder Titandioxid beschrieben. Soweit dabei nur Siliziumdioxid
erwähnt
ist, so schließt
das grundsätzlich
Zumischungsanteile von Titandioxid und auch eine vollständige Ersetzung
von Siliziumdioxid durch Titandioxid ein. Die nachfolgend für die alleinige
Anwendung von Siliziumdioxid gemachten Mengenangaben können dabei
eine Änderung
erfahren, die mit wenigen vergleichenden Versuchen festgelegt werden
kann.
Das
Siliziumdioxid und/oder Titandioxid wird in Mischung mit einem Material
aufgetragen, welches eine Klebewirkung hat. Wahlweise wird das Material
ganz oder teilweise nach dem Auftragen durch eine Wärmebehandlung
verflüchtigt.
Ein solches Material ist zum Beispiel ein Isobutylen, insbesondere
Polyisobutylen.
Die
Klebewirkung kann durch Einmischung zusätzlicher Kleber, z. B. von
Kolophonium bzw. Balsamharz verstärkt werden.
Wahlweise
wird eine Mischung aus Polyisobutylen und Siliziumdioxid in der
Form von Tridymit aufzutragen. Das Polyisobutylen wird in der Ausführung Oppanol
B der BASF aufgetragen. Die Palette der Oppanol B-Produkte umfaßt den ganzen
Molekulargewichtsbereich von Oligomeren von niedermolekulargewichtigen bis
zu hochmolekulargewichtigen Produkten. Die niedermolekulargewichtigen
Produkte sind ölige
Flüssigkeiten,
die mittelmolekulargewichtigen sind zähe klebrige Massen. Vorzugsweise
finden die niedrigmolekulargewichtigen Polyisobutylenprodukte, die
sich schon unter verhältnismäßig geringer
Wärmeeinwirkung
verflüchtigen,
und höhermolekulargewichtige
Polyisobutylenprodukte, die als Kleber verbleiben, Anwendung.
Dabei
kommen vorzugsweise Siliziumdioxid-Anteile mit mehr als 50 Gew%
zur Anwendung, bezogen auf die Gesamtmenge von Siliziumdioxid und
Polyisobutylen. Günstige
Verhältnisse
ergeben sich bei einem Siliziumdioxid-Anteil von 80 bis 90 Gew%.
Von
dem Rest der Auftragsmenge hat zum Beispiel das niedrigmolekulargewichtige
Polyisobutylen einen Anteil bis 100 Gew%, vorzugsweise mindestens
einen Anteil von 50 Gew%, noch weiter bevorzugt mindestens 60 Gew%
und höchst
bevorzugt mindestens 70 Gew%. Die vorstehenden Gew-Anteilangaben
können die
Mengen klebriger Polyisobutylen-Anteile einschließen. Das
sind mittelmolekulargewichtige oder hochmolekulargewichte Polyisobutylene.
Wahlweise
können
auch sonstige klebrige Bestandteile dazugehören. Vorzugsweise beträgt der Anteil klebriger
Bestandteile an dem genannten Rest der Auftragsmenge mindestens
10 Gew%, noch weiter bevorzugt mindestens 15 Gew% und höchst bevorzugt
mindestens 20 Gew%.
Beispielsweise
beträgt
in der Menge an Polyisobutylen der niedrigmolekulargewichtige Anteil
75 bis 95 Gew%, der mittelmolekulargewichtige Anteil 2,5 bis 7,5
Gew%. Wahlweise ist auch in dem Rest der Auftragsmenge noch ein
Zusatz sonstiger Kleber enthalten, vorzugsweise Paraffin und Kolophonium
bzw. Balsamharz. Die Menge Paraffinmenge beträgt dann vorzugsweise 2,5 bis
7,5 Gew%, die von Kolophonium 2,5 bis 17,5 Gew%, bezogen auf die
Menge aus Polyisobutylen, Paraffin und Kolophonium.
Polyisobutylen
zeichnet sich aus durch Beständigkeit
gegen Alterung und gegen chemische Einwirkung sowie durch ihre Klebfreudigkeit
aus. In der Mischung mit hohermolekulargewichtigem Polyisobutylen und
ggfs. mit sonstigem Kleber ist eine ausreichende Haftung des Siliziumdioxids
auf der Rohroberfläche
gewährleistet.
Nach
dem Polyisobutylenauftrag ist eine Erwärmung der Rohroberfläche vorgesehen.
Vorzugsweise findet bei einem Tridymitauftrag eine Erwärmung auf
100 bis 110 Grad Celsius ohne mechanische Belastung des Auftrages
statt. Dazu eignet sich besonders eine induktive Erwärmung der
Rohroberfläche.
Durch
die Erwärmung
verflüchtigt
sich das niedrigmolekulargewichtige Polyisobutylen. Es verbleibt eine
geschlossene Siliziumdioxid-Schicht auf der Rohroberfläche. Diese
Schicht enthält
ggfs. mittelmolekulargewichtige Polyisobutylen-Bestandteile und
andere Mischungsbestandteile, die sich nicht unter der Wärmeeinwirkung
verflüchtigen.
Auf
die so entstandene Siliziumdioxid-Schicht kann ein weiterer Kleber
als Schicht aufgetragen werden. Wahlweise handelt es sich um einen
Kleber, wie er herkömmlich
unter einer EP-Schicht verwendet wird. Es kommen auch diverse andere
Kleber in Betracht. Wahlweise enthält auch der Kleber einen Zumischungsanteil
aus Siliziumdioxid.
Auf
den Kleber wird wahlweise eine PE-Schicht aufgetragen und bei jeweils
günstiger
Temperatur ausgehärtet.
Diese Temperatur liegt vorzugsweise bei 165 bis 185 Grad Celsius.
Der Kleber ist wahlweise ein Copolymer-Kleber, z.B. ein Butylkautschuk-Kleber.
Günstig kann
auch die Verwendung von Paraffin in Mischung mit Kolophonium bzw.
Balsamharz sein. Überraschenderweise
hat diese Mischung eine vorteilhafte Klebewirkung.
Die
PE-Schicht wird bei großen
Rohren regelmäßig gewickelt.
Bei
kleinen Rohren wird vorzugsweise ein Schlauch auf das Rohr gezogen
bzw. ein das Rohr umgebender Schlauch erzeugt.
Die
PE-Schicht ist mit ausreichenden Stabilisatoren versehen, die eine
Alterung des Kunststoffes unter der Wirkung von Licht verhindern,
oder die PE-Schicht ist schwarz eingefärbt. Üblicherweise wird die Einfärbung mit
Kohlenstaub oder Ruß erreicht.
Der
Kohlenstaub kann durch Mahlen von Kohlen gewonnen werden.
Günstige Kohlenstäube ergeben
sich aus der Mahlung von Steinkohle. Dabei kann schrittweise vorgegangen
werden, nämlich
zunächst
mit einer Grobmahlung und anschließend mit einer Feinmahlung.
Für die Feinmahlung
eignen sich insbesondere Prallmühlen.
In einer Prallmühle
werden die zu mahlenden Partikel mit einem Gasstrom gegen eine Prallfläche geschleudert.
Bei ausreichender Aufprallgeschwindigkeit zerschlagen die Kohlepartikel.
Es bilden sich Feinstpartikel.
Ein
besonders günstiger
Ruß ist
ein Gasruß.
Von
Vorteil ist auch die Verwendung von Oxidation hemmender Zusätze im PE.
Vorteilhafterweise
ist eine mehrschichtige Isolierung in der oben beschriebenen Form
für Dalben
und dergleichen ausreichend, obwohl ohne weiteres an der Außenseite
der Isolierung Temperaturen von 70 Grad Celsius erreicht werden
können
und obwohl die Schmelztemperatur von PE in Abhängigkeit von der Molekulargewicht
bei etwa 105 bis 135 Grad Celsius liegt. Darüber hinaus ist das PE auch
bis minus 40 Grad Celsius bruchbeständig. Damit sind alle vorkommenden
Temperaturen abgedeckt.
Zugleich
sichert der erfindungsgemäße Schichtenaufbau
eine ausreichende Haftung des PE auf dem Stahl.
Obige
Technik findet wahlweise bei der Herstellung der Rohre mit anschließender Isolierung
Anwendung. Die Technik kann aber auch beim oben beschriebenen Nachisolieren
Anwendung finden.
Die
oben beschriebenen Siliziumdioxidschichten und Titandioxidschichten
bewirkt eine wesentliche Verbesserung des bekannten Schichtenschutzes
an Stahlrohren.
Günstig ist
dabei die Einhaltung einer Dünnschicht,
bei der die Adhäsionskräfte der
Partikel groß genug
sind, um sie an der Rohroberfläche
zu halten.
Für die Haftung
der Isolierung auf der Rohroberfläche ist auch maßgebend,
welche Rauhigkeit die Oberfläche
des Stahlrohres besitzt. Die Rauhigkeit kann in weiten Grenzen durch
Stahlstrahlen oder ähnliche Behandlung
der Rohroberfläche
bei dessen Reinigung vor der Nachisolierung eingestellt werden.
Die richtige Rauhigkeit für
das jeweils verwendete Material kann mit einigen Versuchen eingestellt
werden.
Siliziumdioxid
ist in der Natur weitverbreitet und findet sich sowohl in kristallisierter
wie auch in amorpher Form. Kristallisiert kommt es in drei verschiedenen
Kristallarten vor: als Quarz, als Tridymit und als Cristobalit.
Es wird unterschieden zwischen α-, β-, γ-Tridymit
und α-,β-, γ-Cristobalit.
Die übliche Erscheinungsform
ist dabei der Quarz.
α-Tridymit
hat eine metastabile Form. Die Zusammenhänge sind in dem nachfolgenden
Zustandsdiagramm für
Siliziumdioxid dargestellt. Wahlweise lassen sich die unterschiedlichen
Siliziumdioxide auch künstlich
herstellen.
Die
unterschiedlichen Vorkommen ermöglichen
in einfacher Form eine Mischung von unterschiedlichem Siliziumdioxid.
Vorzugsweise
ist eine Mischung aus Tridymit mit einem Umwandlungspunkt und Cristobalit
vorgesehen.
Bei
der Anwendung einer EP-Schicht ist es von Vorteil, wenn unter der
EP-Schicht und/oder über
der EP-Schicht eine Schicht aus Siliziumdioxid als eine eigenständige, in
sich geschlossene Schicht besteht.
Dem
Auftragen des Siliziumdioxids mit den oben beschriebenen Polyisobutylenzumischungen
oder dergleichen Zumischungen ist die Eigenwärme der Kleberschicht von mindestens
150 Grad Celsius und die Eigenwärme
der anschließend
aufgebrachten PE-Schicht von mindestens 165 Grad Celsius förderlich.
Bei
der beschriebenen Siliziumdioxid-Mischung hat der Mischungsanteil
mit dem Umwandlungspunkt von 117 Grad Celsius wahlweise einen Anteil
von 95 bis 99 Gew% an der gesamten Siliziumdioxid-Mischung. Die
jeweils restlichen Gew% können
durch das Siliziumdioxid mit dem Umwandlungspunkt von 210 bis 250 Grad
Celsius dargestellt werden. Dabei handelt es sich dann vorzugsweise
um 5 bis 1 Vol% Cristobalit.
In
anderen Mischungen kann Cristobalit, das sehr preisgünstig verfügbar ist,
den Hauptbestandteil bilden.
Jeder
Mischungsanteil kann eine andere Korngröße bzw. ein anderes Kornband
besitzen. Zum Beispiel kann der eine Mischungsanteil eine Korngröße von 0,008
bis 0,015 mm und der andere Mischungsanteil eine Korngröße von 0,015
bis 0,03 mm besitzen.
Die
Schichtdicke einer erfindungsgemäße Siliziumschicht
beträgt
wahlweise 0,005 bis 0,02 mm.
Der
Zustand des Siliziumdioxids in der Schicht ändert sich bei Erwärmung.
Bei
einer Zustandsänderung
mit Überschreitung
eines höheren
Umwandlungspunktes wird Energie aufgenommen und ggfs. gespeichert.
Die Energie wird der Umgebungswärme
oder einer elektrischen Ladung des Umfeldes entnommen. Dies wird
im folgenden als höherer
Zustand bezeichnet. Im höheren
Zustand verbessern sich einige gewünschten Isolierungseigenschaften
des Siliziumdioxids. Das heißt,
unter Wärmebelastung
und Strombelastung wird die Siliziumdioxidschicht noch besser, während sich
herkömmliche
Beschichtungen, die nur aus Thermoplasten bestehen, verschlechtern.
Vorteilhafterweise
ist die erfindungsgemäße Isolierung
nicht toxisch, so daß die
Handhabung problemlos ist, desgleichen die Verlegung im Erdreich.
Auch
beim Schweißen
sind keine nachteiligen Folgen für
die Rohrverleger oder für
die Umwelt oder für
das Stahlrohr zu erwarten, wenn die Siliziumdioxidschicht der Schweißwärme ganz
oder teilweise ausgesetzt wird.
Die
Siliziumdioxid bleibt bis zum Schmelzpunkt stabil, der bei reinem
Siliziumdioxid bei 1700 Grad Celsius liegt.
Weitere
Vorteile ergeben sich durch die Trocknung des Siliziumdioxids. Aufgrund
entsprechenden Trocknungsgrades reduziert sich ein möglicher
Volumenschrumpf. Vorzugsweise wird die Trocknung so weit getrieben,
daß die
Volumensvergrößerung bei
einer Zustandsänderung
bzw. Änderung
der Konfigurationsstufe den Schrumpf stets überwiegt. Die Volumensvergrößerung erfolgt
bei 117 bis 119 Grad Celsius und bei 210 bis 250 Grad Celsius
Durch
den vernachlässigbaren
Schrumpf werden Spannungen vermieden.
Ganz
besondere Vorteile ergeben sich gegenüber der Belastung der Isolierung
aus Bremsströmen bzw.
Streuströmen.
Die Siliziumdioxidschicht hat nämlich
eine ähnliche
Dielektrizitätsgröße wie PE.
Dadurch wird in dieser Hinsicht die bisherige Isolierung wesentlich
gesteigert, wobei die Standzeit der Siliziumschicht wesentlich länger als
die Standzeit von PE oder anderem Kunststoff ist.
Im
Vergleich zu einem Schichtenschutz gemäß dem älteren Vorschlag nach der
EP138289A2 ergeben sich
mit einer Siliziumdioxid/Titandioxidschicht folgende Aushärtetemperaturen
und Härtezeiten.
Vorzugsweise
werden die Vorteile erfindungsgemäßer Siliziumdioxidschichten
und/oder Titandioxidschichten auch beim Nachisolieren genutzt.
Wie
oben beschrieben wird das Nachisolieren erforderlich, wenn Rohrenden
miteinander verbunden werden oder wenn ein Anschluß der Rohrenden
erfolgen muß.
Das gleiche gilt für
andere zu beschichtende Profile.
Desgleichen
findet eine Nachisolierung nach Verschweißung der Profile mit anderen
Teilen statt.
Für die Nachisolierung
ist es von Vorteil, die Rohrenden mit der Nachisolierung auf größerer Länge zu überlappen.
Das gilt besonders für
geringere Aushärtetemperatur.
Die Überlappung
kann zum Beispiel 50 bis 300 mm Länge je Rohrende besitzen.
Die
Schrumpfmuffe übergreift
in der Isolierstellung beide miteinander verbundene Rohrenden. Dabei erstreckt
sich die Schrumpfmuffe vorzugsweise bis über den beim Abisolieren stehen
gebliebenen EP-Streifen auf die vom Abisolieren unberührte Rohrisolierung.
Sofern
die Abzweigung bzw. Verbindungen beim Neubau geplant ist, kann die
Schrumpfmuffe auf das entsprechend vorbereitete Stahlrohr bzw. Profil
gezogen werden. In anderen Ausführungsformen
wird die Schrumpfmuffe aus Teilen zusammengesetzt und/oder überlappend
um das Stahlrohr bzw. um das Profil verlegt.
Wie
oben beschrieben, erfolgt die Vorbereitung der Rohre und Profile
für eine
Abzweigung oder Verbindung wahlweise durch Anschweißen eines
Stahlflansches für
die Abzweigung oder Verbindung. Vorzugsweise erfolgt vor dem Schweißen und
nach dem Schweißen
eine Reinigung der Schweißflächen. Eine
vorteilhafte Reinigung erfolgt mit Stahlstrahlung. Die Stahlstrahlung
unterscheidet sich von der Sandstrahlung durch die Verwendung von
Stahlpartikeln anstelle von Sand.
Beim
Nachisolieren wird auf die abisolierten und gereinigten Rohrflächen und
Verbindungsstellen vorzugsweise der gleiche oder ein ähnlicher
Schichtenaufbau für
eine Isolierung aufgebracht wie bei der Herstellung der Rohre. Der
erfindungsgemäße Schichtenaufbau
der Isolierung endet außen
mit einem Kunststoffmantel. Dieser Kunststoffmantel wird jedoch
vorzugsweise mit der beschriebenen Schrumpfmuffe hergestellt.
Die
Schrumpfmuffe wird anschließend über die
Abzweigung und über
die Schweißstellen
gezogen und unter Wärmeeinwirkung
geschrumpft. Vorteilhaft ist, wenn die Schrumpfmuffe sich mit der
Kunststoffisolierung überlappt.
Das Überlappungsmaß beträgt vorzugsweise
mindestens 10 mm und vorzugsweise höchstens 50 mm.
Die
Schrumpfmuffen können
einstückig
sein oder aus einem oder mehreren Teilen zusammengesetzt werden.
Wahlweise
können
auch mehrere Schrumpfmuffen zu einer Gesamtschrumpfmuffe zusammengesetzt werden.
Dabei ist vorzugsweise eine schlauchartige Schrumpfmuffe vorgesehen,
die an dem Rohr oder Profil in Längsrichtung
den gesamten Nachisolierungsbereich überdeckt. Vorzugsweise ist
zusätzlich
eine Überlappung
der schlauchartigen Schrumpfmuffe mit der Kunststoffisolierung auf
den Rohren vorgesehen. Die Überlappung
beträgt
vorzugsweise mindestens 10 mm und vorzugsweise höchstens 50 mm.
Vorzugsweise
findet eine Klebeverbindung zwischen der Schrumpfmuffe und dem Rohr
bzw. dem Profil statt. Der Kunststoff der Schrumpfmuffe kann so
gewählt
werden, daß ohne
Hilfsmittel eine Klebefähigkeit, ggfs.
erst nach Erwärmung
eine Klebefähigkeit
entwickelt. Vorzugsweise ist die Schrumpfmuffe innenseitig mit einer
Kleberschicht und mit einer Siliziumdioxidschicht oder Titandioxidschicht
versehen. Es handelt sich um einen Schmelzkleber.
Die
einstückige
Ausbildung ist günstig
für eine
Neufertigung.
Bei
nachträglichem
Anbringen einer Abzweigung kann die Anbringung einer Schrumpfmuffe
einfacher werden, wenn die Schrumpfmuffe aus einem oder mehreren
Teilen um die Abzweigung herum zusammen gesetzt wird. Die Schrumpfmuffe
kann an den Nahtstellen verschweißt oder verklebt oder auch
mechanisch verbunden werden. Darüber
hinaus ist es von Vorteil, eine Verklebung der Schrumpfmuffen oder
von Schrumpfmuffenteilen mit dem Rohr bzw. Profil mit dessen Isolierung
oder eine Verklebung mit der Abzweigung bzw. mit dessen Isolierung
vorzusehen. Durch die Verklebung werden die Schrumpfmuffen schließend zur
Anlage an die korrosionsgefährdeten
Flächen
des Rohres oder Profiles gebracht. Dadurch wird die Luft an den
Flächen des
Rohres oder Profiles verdrängt,
von der die Korrosionsgefahr ausgeht.
Die
Schrumpfmuffe besteht vorzugsweise aus Polyethylen (PE) und/oder
Polypropylen (PP) oder einer Kunststoffmischung mit wesentlichen
PE- und/oder PP-Mischungsanteilen. Das Polyethylen besitzt eine vorzugsweise
eine Dichte von mindestens 0,926 Gramm pro Kubikzentimeter. Das
gleiche gilt für
die das Polypropylen.
Polyethylen
hat in der Bundesrepublik Deutschland eine vorgeschriebene Mindestdicke
von 1 mm im aufgeschrumpften Zustand und ist vorzugsweise an der
Berührungsfläche mit
dem Stahlrohr bzw. an der Berührungsfläche mit
der Abzweigung verklebbar. In anderen Ländern finden sich andere Regelungen,
denen die Dicke der Schrumpfmuffe angepaßt wird.
Wo
keine Regelung besteht, ist vorzugsweise eine Mindestdicke von 1
mm vorgesehen.
Die
Klebefähigkeit
kann sich auf Schrumpfmuffenteile beschränken. Wahlweise ist nur der
mit dem Anschlußflansch
bzw. Anschlußstutzen
korrespondierende Schrumpfmuffenteil klebefähig.
Bei
der Klebung kann ein zusätzlicher
Kleber zum Einsatz kommen. Vorzugsweise ist die Schrumpfmuffe aber
selbst klebend, insbesondere nach Erwärmung auf Schrumpftemperatur.
Die Erwärmung
erfolgt wahlweise mit Warmluft. Die Warmluft kann elektrisch oder
durch Verbrennung oder mit einer anderen Heizeinreichtung erzeugt
werden. Vorzugsweise wird eine offene Flamme an der Kunststoffisolierung
vermieden. Die Erwärmung
kann auch durch Strahlung oder durch Berührung mit anderen Heizmitteln
erzeugt werden.
Es
können
auch Schrumpfmuffen mit Kaltklebefähigkeit eingesetzt werden.
Dann fällt
die Gefahr von Schäden
aus übermäßiger Erwärmung weg.
Bei
Kaltklebefähigkeit
werden die Schrumpfmuffen vor dem Einsatz mit einer Trennfolie/Schutzfolie
an den Klebeflächen
versehen, die bei dem Einsatz entfernt wird.
Im übrigen ist
beim Setzen der Schrumpfmuffen von Vorteil, wenn der Innenraum zwischen
Schrumpfmuffen und Stahlrohr bzw. Abzweigung vor dem Schrumpf evakuiert
und/oder während
des Schrumpfes mit einem Gas inertisiert wird.
Bevorzugtes
Inertisierungsmittel ist trockenes Stickstoffgas. Vorzugsweise wird
die Luft mit dem Inertgas bzw. Schutzgas ausgespült.
Durch
Evakuieren und/oder Spülen
wird verhindert, daß die
Schrumpfmuffe Korrosionspartner des Stahles einschließt. Korrosionsgefahr
geht dabei besonders von Luft aus.
Zur
Kontrolle ausreichender Spülung
kann in das austretende Spülgas
eine offene Flamme gehalten werden. Bei Erlöschen der Flamme kann von einer
ausreichenden Spülung
ausgegangen werden.
Wahlweise
wird der oben beschriebene Spülvorgang
mit der Erwärmung
der Schrumpfmuffe kombiniert. Dazu wird das Spülgas vor dem Eindringen auf
die Schrumpftemperatur erwärmt.
Das
kann z.B. mit Hilfe eines geeigneten, beheizten Wärmetauschers
erfolgen, durch den das Spülgas hindurchgeleitet
wird. Die Beheizung des Wärmetauschers
kann wie oben beschrieben erfolgen.
Günstig ist,
wenn durch den Schrumpf der Schrumpfmuffe und wahlweise durch zusätzliches
Andrücken
der Schrumpfmuffen bzw. Schrumpfmuffenteile das eingeschlossene
Gas ausgetrieben wird. Durch Evakuieren der Schrumpfmuffe bzw. durch
Evakuieren des Zwischenraumes zwischen der Schrumpfmuffe und dem
Rohr oder Profil bzw. des Zwischenraumes zwischen der Schrumpfmuffe
und der Abzweigung kann der aus anstehende Luftdruck zum Andrücken genutzt
werden. Ein durch Unterdruck von 0,7 bis 0,9 bar entstehender äußerer Druck
bewirkt eine sichere Anlage der Schrumpfmuffe an der Abzweigung.
Die
Qualität
und Wirtschaftlichkeit bestimmen die Nachisolierung. In dem Rahmen
sind Dichte und Erweichungspunkt des gewählten PE- oder PP der Stahlrohrisolierung
maßgebend.
Das gleiche gilt für
die Aushärtungstemperatur
und Aushärtungszeit
des ausgewählten
EP(Epoxyharz)-Pulvers in der Anwendung. Die Qualität des EP-Pulvers
in der Glasübergangstemperatur
ist für
den vorgesehenen Einsatz entscheidend bzw. bestimmt den Unterrostungsweg
an Schnitt- oder Verletzungskanten im EP.
Als
günstig
haben sich EP-Pulver mit einem Aushärtungsbereich von 130 bis 200
Grad Celsius, vorzugsweise 160 bis 180 Grad Celsius, erwiesen.
Gewünschte Eigenschaften
wie hoher Widerstand gegen Korrosion können die Wahl eines EP mit
hoher Aushärtungstemperatur
erforderlich machen.
Die
Aushärtungszeit
verringert sich mit zunehmender Aushärtungstemperatur. Mit abnehmender
Aushärtungstemperatur
verlängert
sich die notwendige Aushärtungszeit.
Die
Qualität
der Nachisolierung bestimmt die Nutzungszeit des gesamten Rohrsystems.
Die
Kleberschicht hat vorzugsweise eine Schichtdicke von 0,15 bis 0,25
mm.
Das
gilt sowohl für
die Rohrherstellung als auch für
die Nachisolierung mit einer Schrumpfmuffe. Bei der Schrumpfmuffe
wird die Kleberschicht auf die Innenseite der Schrumpfmuffe aufgetragen
und durch Wärmezuführung aktiviert.
Die
Wärmezuführung kann
von außen
und/oder von innen erfolgen, bevorzugt mit Warmluft bzw. erwärmtem Inertgas
oder durch elektrische Beheizung. Durch die Erwärmung wird der Schmelzkleber
plastifiziert und entwickelt der Schmelzkleber seine Haftwirkung.
