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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Innenbeschichtung von Rohren.
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Die Innenbeschichtung von Rohren ist in vielen Bereichen der Technik erforderlich, um das Rohrmaterial vor schädlichen Einflüssen wie Korrosion zu schützen. Insbesondere Rohre, welche aggressive Medien leiten, müssen zum Erzielen einer ausreichenden Betriebsdauer entweder aus einem korrosionsfesten Material hergestellt werden oder mit einer korrosionsschützenden Innenbeschichtung versehen werden. Da es oftmals zu hohe Kosten verursacht, Rohrleitungsnetze insgesamt aus korrosionsbeständigen Materialien wie Edelstahl herzustellen und andere Materialien wie Kunststoffe aufgrund ihrer strukturellen Schwäche nicht eingesetzt werden können, kommt der Innenbeschichtung von Rohren hohe wirtschaftliche Bedeutung zu. Ein typischer Anwendungsfall sind Rohre, welche erwärmte oder hocherhitzte Medien leiten, die durch die Temperaturerhöhung zu verstärkter Korrosionswirkung neigen und insbesondere im Schiffsbau eingesetzte Rohre zum Leiten erwärmten Seewassers für Kühlungszwecke der Schiffsantriebsmaschinen oder anderer Anlagen.
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Es ist bekannt, Rohre mit lösungsmittelbasierten Lacken oder Dispersionslacken innen zu beschichten. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht in der langen Trocknungszeit, die eine gleichmäßige Innenbeschichtung erschwert. Zudem stellen solche Lacke oftmals keinen ausreichenden Korrosionsschutz bereit.
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Bei einem verbesserten Verfahren wird ein Rohr mit einem Pulverbeschichtungsmaterial beschichtet, das in einem anschließenden Brennvorgang ausgehärtet und eingebrannt wird. Hierzu wird das Rohr erwärmt und in ein Pulverbad getaucht um somit eine Aufschmelzung und Anhaftung der Pulverpartikel im Außen- und Innenwandbereich des Rohres zu erzielen. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht einerseits darin, dass aufgrund der begrenzten Pulverbadgröße nur Rohre bis zu einer bestimmten Länge beschichtet werden können und zudem die unvermeidlich ungleichmäßige Erwärmung des Rohres dazu führt, dass an wärmeren Abschnitten des Rohres eine dickere Pulverschicht abgelagert wird als an weniger erwärmten Stellen. Hierdurch ergibt sich eine nicht wünschenswerte ungleichmäßige Rohrbeschichtung und darüber hinaus die Gefahr, dass von den dickbeschichteten Stellen Beschichtungsmaterialteile im späteren Betrieb des Rohres abplatzen, und sich an anderen Stellen innerhalb des Rohrnetzes ablagern und Störungen verursachen.
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Aus
DE 690 09 512 T2 ist ein Verfahren zum Beschichten der Innenfläche zylindrischer Gegenstände bekannt, bei dem ein elektrostatisch aufgeladenes Pulverbeschichtungsmaterial von einer Seite in einen Rohrkörper eingeblasen wird und durch eine Luftführung entlang der Innenwandung dieses Rohrkörpers geführt wird. Das Pulver wird stromaufwärts der Austrittsöffnung und außerhalb des Rohres mit einer triboelektrischen Ladungseinheit 127 elektrostatisch aufgeladen.
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Aus
DE 29 14 960 B1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der eine Lanze in ein Rohr eingeführt wird und durch einen Kanal in der Lanze Pulver zu einer Austrittsöffnung an der Spitze der Lanze geführt wird und im Bereich dieser Austrittsöffnung durch elektrische Leitungen, die isoliert entlang der Lanze geführt sind und im Bereich der Austrittsöffnung unisoliert mit dem Pulvermaterial in Kontakt kommen, aufgeladen wird. Eine funktionell hierzu übereinstimmende Vorrichtung ist aus
DE 15 71 152 A bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine qualitativ hochwertigere Innenbeschichtung von Rohren möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Innenbeschichtung von Rohren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, welche einen Rohrleitungsabschnitt mit einer Eintrittsöffnung für Beschichtungsmaterial und einer Auslassöffnung für Beschichtungsmaterial, und eine im Bereich der Auslassöffnung angeordnete Aufladungsvorrichtung zur statischen Aufladung des Beschichtungsmaterials umfasst.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, dass ein Pulverbeschichtungsmaterial in einen zu beschichtenden Bereich innerhalb eines Rohres geleitet wird, dort elektrostatisch aufgeladen wird und durch eine Austrittsöffnung in das Rohr austritt. Das Pulverbeschichtungsmaterial kann sich hiernach auf dem nicht-elektrostatisch geladenen oder entgegengesetzt elektrostatisch aufgeladenen Rohrinnenwandbereich ablagern und bleibt dort durch die elektrostatischen Kräfte haften. Das solcherart aufgetragene Pulverbeschichtungsmaterial wird in einem nachfolgenden Erwärmungsvorgang verflüssigt oder zumindest in einen zähflüssigen Zustand gebracht, so dass es eine zusammenhängende Korrosionsschutzschicht ausbildet und sich fest mit der Innenwand des zu beschichtenden Rohres verbindet. Die Austrittsöffnung kann vorzugsweise während des Beschichtungsvorgangs durch das zu beschichtende Rohr geschoben oder gezogen werden.
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Eine erste vorteilhafte Ausführungsform umfasst einen elektrostatisch isolierenden Rohrabschnitt mit einem Innenraum zum Leiten des Pulverbeschichtungsmaterials. Hierdurch wird verhindert, dass sich elektrostatische Einflüsse entlang des Rohrabschnitts der Beschichtungsvorrichtung fortpflanzen und hierdurch die gezielte Aufladung des Pulverbeschichtungsmaterials im Bereich der Austrittsöffnung verhindert wird. Des Weiteren verhindert der elektrostatisch isolierende Rohrabschnitt, dass sich das zu beschichtende Rohr elektrostatisch aufladen kann und hierdurch das Spannungsgefälle zwischen Pulver und Rohrinnenwand verringert wird.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung einen sich in Längsrichtung erstreckenden Ringraum zum Leiten des Pulverbeschichtungsmaterials aufweist. Es hat sich gezeigt, dass ein solcher Ringraum besonders wenig zu Verstopfungen und ungleichmäßigen Förderbedingungen des Pulverbeschichtungsmaterials neigt.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass das Pulver in einem Ringraum innerhalb eines Rohres geleitet wird, der durch zumindest einen, vorzugsweise vier sich radial erstreckende Stege unterteilt wird. Dies bewirkt eine gleichmäßige Pulverleitung, die für eine gleichmäßige Beschichtung erforderlich ist.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass ein Ringraum zum Leiten des Pulvers zwischen der Innenwand eines äußeren Rohres und der Außenwand eines inneren Profils ausgebildet ist und sich das innere Profil im Bereich der Austrittsöffnung weiter erstreckt als das äußere Rohr. Auf diese Weise wird einerseits eine gleichmäßige Pulverführung innerhalb des äußeren Rohres erreicht und andererseits im Bereich der Austrittsöffnung eine homogene Austrittsrichtung des Pulvers befördert, um das Pulver gleichmäßig auf der Rohrinnenwand abzulagern.
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Dabei ist vorgesehen, dass auf dem sich weiter erstreckenden Abschnitt des inneren Profils ein Prallteller angeordnet ist, der eine kegelförmige Prallfläche auf der zur Austrittsöffnung weisenden Seite hat. Ein solcher Prallteller kann vorzugsweise eine um ca. 45° zur Längsachse des Rohres abgewinkelte kegelförmige Prallfläche aufweisen, die das in axialer Richtung austretende Pulverbeschichtungsmaterial in radialer Richtung ablenkt und so gleichmäßig auf die Innenwand des zu beschichtenden Rohres leitet.
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Es ist weiterhin vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung einen im Bereich der Austrittsöffnung angeordneten Reibungsstift zur tribologischen Aufladung des Pulverbeschichtungsmaterials aufweist. Ein solcher Reibungsstift besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff, der durch Reibung des Pulvers entlang seiner Wandfläche eine elektrostatische Ladung des Pulvers bewirkt. Hierfür eignen sich insbesondere Kunststoffe wie Hartgummi, Polyester oder PVC.
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Dabei ist das innere Profil als Reibungsstift ausgebildet und weist dabei vorzugsweise eine zylindrische Außenfläche auf. Auf diese Weise wird einerseits eine günstige Leitung des Pulvers in einem Ringraum erreicht und darüber hinaus eine kompakte Bauform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit ausreichend großer Kontaktfläche zwischen dem Pulvermaterial und dem Reibungsstift erzielt. Die Kontaktfläche zwischen Reibungsstift und Pulver erstreckt sich vorzugsweise über etwa 10 cm von der Auslassöffnung in Richtung der Eintrittsöffnung.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass das äußere Rohr elektrostatisch isolierend ist. Hierdurch kann eine unerwünschte elektrostatische Aufladung auf das zu beschichtende Rohr verhindert werden.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Führungsvorrichtung zum Zentrieren der Austrittsöffnung innerhalb eines zu beschichtenden Rohres aufweist. Für eine gleichmäßige Beschichtung ist es erforderlich, dass die Austrittsöffnung von den zu beschichtenden Innenwänden des Rohres überall gleichmäßig beabstandet ist, sich also im Bereich der Mittelachse des zu beschichtenden Rohres befindet. Dies kann durch eine vorgenannte Führungsvorrichtung erreicht werden, die beispielsweise als einfache oder doppelte Ringscheibe ausgebildet sein kann, deren Außendurchmesser etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des zu beschichtenden Rohres und die mit ihrem Innendurchmesser fest auf der Außenwand der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung befestigt ist. Eine solche Führungsvorrichtung ist vorzugsweise so angeordnet, dass sie in dem noch nicht beschichteten Bereich des Rohres an der Rohrinnenwand anliegt.
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Schließlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung durch einen Pulverförderschlauch, der an einem Schlauchanschlussstutzen an der Eintrittsöffnung befestigt ist fortgebildet werden. Der Pulverförderschlauch kann auch bevorzugt dazu dienen, die erfindungsgemäße Vorrichtung durch ein zu beschichtendes Rohr zu ziehen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Innenbeschichten von Rohren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, Rohre von beliebiger Länge mit einer hochwertigen und gleichmäßigen Korrosionsschutzschicht innen zu versehen.
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Es ist vorgesehen, dass das Pulverbeschichtungsmaterial durch Reibung elektrostatisch aufgeladen wird. Die Aufladung durch Reibung erlaubt einen kompakten und gegen Störung wenig anfälligen Ablauf des Beschichtungsvorgangs, da auf eine aufwendige Kontrolle und Steuerung von elektrischen Spannung verzichtet werden kann.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass das Pulverbeschichtungsmaterial durch die Austrittsöffnung axial auf einen Prallteller geleitet wird und daran radial auf die Rohrinnenwand des zu beschichtenden Rohres umgelenkt wird.
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Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Austrittsöffnung innerhalb des zu beschichtenden Rohres zentriert geführt wird.
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Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren fortgebildet werden, indem die Austrittsöffnung während des Beschichtungsvorgangs mittels eines Pulverförderschlauchs, der das Pulver zur Austrittsöffnung leitet, durch das zu beschichtende Rohr gezogen wird.
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Hierzu wird auf die vorangegangene Beschreibung zu den entsprechenden bevorzugten Ausführungsformen verwiesen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere dadurch weiter verbessert werden, dass das Rohr nach einer erstmaligen Beschichtung erwärmt wird, um das Pulver vorläufig zu verfestigen, dann um 180 Grad gedreht und erneut beschichtet wird. Es hat sich gezeigt, dass das Beschichtungspulver dazu neigt, aufgrund von Schwerkrafteinflüssen sich etwas stärker im unteren Bereich des Rohres abzulagern. Um hierdurch nicht den Nachteil einer ungleichmäßigen Beschichtung zu erhalten, kann eine zweimalige Beschichtung mit zwischenzeitlicher Verfestigung und 180°-Drehung erfolgen. Dieses Grundprinzip kann weiter verfeinert werden, indem eine mehrmalige Zwischenverfestigung und Drehung des Rohres um 180° oder um kleinere Winkelabschnitte vorgenommen wird.
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Schließlich ist es bevorzugt, wenn das Pulver nach dem Pulverauftragsvorgang durch Erwärmen verfestigt und eingebrannt wird. Hierdurch wird eine endgültige Verdichtung und Verfestigung des Pulvers mit Ausbildung der Haftung an der Rohrinnenwand erreicht.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der beiliegenden Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
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1: Eine Explosionsdarstellung einer bevorzugten ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung,
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2: Einen Schnitt entlang der mit A-A gekennzeichneten Fläche in 1, und
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3: Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung.
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1 zeigt eine Beschichtungsvorrichtung, die aus einem Außenrohr 10 aus Aluminium besteht, welches an der Stelle 11 einen Erdungskontakt aufweist, um ein isoliertes Erdungskabel anzuschließen, das aus dem zu beschichtenden Rohr nach außen geführt wird.
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Das Außenrohr 10 weist einen Abschnitt 12 mit größerem Außendurchmesser auf, der dazu dient, das Außenrohr 10 innerhalb des zu beschichtenden Rohres zu zentrieren.
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In das Außenrohr 10 ist eine Kunststoffhülse 20 aus Polytetrafluorethylen (PTFE) eingesetzt, die innerhalb des Außenrohres 10 ein Pulverführungsrohr 30 aus PTFE zentrisch befestigt.
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Innerhalb des Pulverführungsrohres 30 ist ein sternförmiges Profil 40 aus PTFE angeordnet, das aus einem Rohrabschnitt 41 und vier sich in Winkelabständen von 90° radial erstreckenden Längsrippen 42–45 besteht. Die Längsrippen 42–45 stoßen an die Innenwand des Pulverführungsrohres 30 an und bilden somit zwischen dem rohrförmigen Abschnitt 41 und dem Pulverführungsrohr 30 vier ringsegmentförmige Pulverförderabschnitte aus, in denen das Pulver von einer Eintrittsöffnung 21 zu einer Austrittsöffnung 31 geleitet wird.
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Im vorderen Bereich der dargestellten Pulverbeschichtungsvorrichtung erstreckt sich das innen liegende Kunststoffprofil um einen bestimmten Bereich 46 aus dem Pulverführungsrohr hinaus. In diesem Bereich weist das Kunststoffprofil keine Längsrippen mehr auf sondern lediglich den rohrförmigen Abschnitt 41.
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Ein Prallteller 50 mit einer um 45° zur Längsachse des Pulverführungsrohres 30 ausgerichteten kegelförmigen Prallfläche 51 ist mit einer Bohrung 52 auf den sich aus den Pulverführungsrohr 30 erstreckenden Abschnitt 46 des Kunststoffprofils 40 aufgeschoben und darauf befestigt. Das aus der Austrittsöffnung 31 austretende Pulverbeschichtungsmaterial wird von der Prallfläche 51 nach radial abgelenkt.
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Das Kunststoffprofil 40 ist etwa 10 cm lang und als Reibungsstift ausgebildet und sorgt dafür, dass sich das Pulver, wenn es entlang des Kunststoffprofils 40 gefördert wird, elektrostatisch auflädt und hierdurch für die nachfolgende Pulverbeschichtung der Innenwand des zu beschichtenden Rohres vorbereitet wird.
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3 zeigt eine abgewandelte zweite Ausführungsform. Um einen massiven Reibungsstift 140, auf dem ein Prallteller 150 im Bereich der Austrittsöffnung angeordnet ist, ist ein Aufladungsrohr 130 angeordnet.
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Zwischen dem Aufladungsrohr 130 und dem Reibungsstift 140 ist ein Ringraum 170, durch den das Pulver gefördert wird und sich hierbei durch Reibung elektrostatisch auflädt.
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Das Aufladungsrohr liegt mit seiner Außenfläche bündig in einem Führungsrohr aus Polyamid an, welches sich in Richtung einer Eintrittsöffnung 131 weiter erstreckt als das Aufladungsrohr 130. Im Bereich der Eintrittsöffnung 131 stößt das Führungsrohr 135 axial bündig an einen Pulverschlauchanschluss 136 mit leicht kegelförmiger Außenfläche an, auf die ein Pulverschlauch sicher aufgeschoben und darauf befestigt werden kann.
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In dem zur Eintrittsöffnung weisenden Bereich des Führungsrohrs 135 ist eine Aluminiumhülse 110 befestigt, an der ein Erdungskabel 111 elektrisch verbunden befestigt ist, dass zur Steuerungsanlage der Pulverbeschichtung führt.
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Im Bereich zwischen der Aluminiumhülse 110 und dem Pulverschlauchanschluss 120 ist ein Verbindungskörper 115 angeordnet, der dazu dient, die Strahldüse innerhalb des zu beschichtenden Rohres zu führen. Hierzu können an dem Verbindungskörper entsprechende Führungsringscheiben (nicht dargestellt) befestigt werden, deren Außendurchmesser dem Innendurchmesser des zu beschichtenden Rohres entsprechen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läuft wie folgt:
Zunächst wird das zu beschichtende Rohr gestrahlt, vorzugsweise ferritfrei, und mit einem fettlösendem Reinigungsmittel gereinigt.
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Hierauf folgend wird die Beschichtungsvorrichtung in das zu beschichtende Rohr eingesetzt und hierbei der Pulverförderschlauch durch das gesamte zu beschichtende Rohr geführt. Ein Epoxidpulver wird durch den Förderschlauch zur Austrittsöffnung gefördert, dort tribologisch elektrostatisch aufgeladen, ausgestoßen und durch den Prallteller auf die Rohrinnenwand abgelenkt. Das zu beschichtende Rohr wird hierbei durch einen elektrischen Kontakt entgegengesetzt zu dem Pulver geladen.
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Während der Pulverförderung wird die Austrittsöffnung mittels des Pulverschlauchs mit gleichmäßiger Geschwindigkeit durch das zu beschichtende Rohr gezogen, wodurch sich eine gleichmäßige Pulverschicht auf der Innenwand des Rohres ablagert.
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Sobald das gesamte Rohr innen beschichtet ist, wird das aufgetragene Epoxidpulver bei ca. 120° für ca. 10 Minuten angeliert, d. h. verflüssigt und vorläufig mit der Rohrinnenwand befestigt.
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Nach Abkühlen des Rohres wird das Epoxidpulver in einem zweiten Arbeitsgang aufgetragen. Hierauf folgend wird das gesamte aufgetragene Epoxidpulver bei ca. 180°C für ca. 12 Minuten verfestigt und eingebrannt. Hierbei kann das Rohr vorzugsweise einmal um 180° gedreht werden.
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Im Bereich von späteren Verschweißungen des Rohres bleibt das Rohr vorzugsweise zu jeder Seite der Schweißnaht auf einer Länge von etwa 25 mm unbeschichtet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es erstmals, mit einem zuverlässigen Verfahren Rohre beliebiger Länge innen zu beschichten. Die erzielte Beschichtungsqualität genügt höchsten Ansprüchen hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der Schichtdicke und der Dichte der Beschichtung. Im Langzeitkorrosionstest zeigt die so aufgetragene Beschichtung gegenüber anderen Rohrinnenbeschichtungen überlegene Korrosionsschutzeigenschaften.
