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Die
Erfindung betrifft die Verbindung und das Nachisolieren von Stahlrohrverbindung,
insbesondere für kunststoffisolierte Erdgasleitungen aus
Stahl. Die Erdgasleitungen sind im Erdreich wie auch oberhalb des Erdreiches
feuchtigkeitsbelastet. Deshalb rosten Erdgasleitungen aus Stahl.
Zusätzlich kann es zu einer Elektrokorrosion kommen.
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Die
Erdgasleitungen sind insbesondere als Erdgasleitungen zum allergrößten
Teil im Erdreich verlegt. Dort kommt es zu elektrischen Spannungen
und zu Stromfluß bzw. zu Streuströmen. Zusammen
mit der Feuchtigkeit im Erdreich und der Beschaffenheit des Erdreiches
beinhaltet das eine große Korrosionsgefahr. Durch Korrosion
kann es ohne weiteres zu einem Stahlabtrag am Stahlrohr von 9 bis
10 kg pro Jahr und zu Fehlerbereichen kommen. Die Leckagen sind
dann absehbar. Bei Leckagen wird weniger der Verlust an Erdgas als
die Explosionsgefahr z. B. an Erdgasleitungen als nicht tolerierbar
angesehen.
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Zur
Vermeidung von Korrosion ist es deshalb üblich, Stahlrohre
mit einer Isolierung zu versehen.
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Stand
der Technik für die Isolierung sind eine Vorbehandlung
der zu isolierenden Rohrflächen und ein mehrschichtiger
Isolierungsaufbau. Es wird ein zweischichtiger und ein dreischichtiger
Isolierungsaufbau angeboten. Die bekannten Isolierungen haben sich
insbesondere als 3-Schichten-Schutz bewährt.
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Probleme
entstehen nur dann, wenn die Isolierung bei der Montage verletzt
wird. Die Verletzung kann aus mehreren Gründen entstehen.
Bei der Montage/Schweißen müssen Stahlrohre aneinander
gesetzt werden. Zum Schweißen werden die Rohrenden in einem
ausreichenden Umfang von der Isolierung befreit. Nach dem Schweißen
kommt es darauf an, die Schweißstelle ausreichend nachzuisolieren.
Zum Nachisolieren werden die Schweißstellen behandelt und
häufig mit Isolierungsbändern umwickelt. Es ist
auch bekannt, Schrumpfmuffen zum Nachisolieren von Rohrstößen
zu verwenden. Die Schrumpfmuffen 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.
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Nach
einem älteren Vorschlag ist wahlweise auch vorgesehen,
an der Schweißstelle eine mehrschichtige Isolierung schichtweise
aufzutragen, und zwar Schicht und für Schicht. Es kommen
verschiedene Möglichkeiten zum Auftragen in Betracht. Wahlweise
werden die Schichten als Partikel aufgetragen. Die Partikel können
auch im Rohrgraben aufgetragen werden. Zum Auftragen stehen verschiedene
Verfahren zur Verfügung. Die Partikel können aufgestreut
oder aufgeblasen werden. Ein bevorzugtes Verfahren ist der Auftrag
mit einem Wirbelbette.
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Das
Problem der Nachisolierung stellt sich nicht nur an den Rohrstößen
bzw. Rohrverbindungen sondern auch an den Abzweigung von Erdgasleitungen.
Abzweigungen entstehen unter anderem an Hausanschlüssen; überall
an Sonderformen. Bei einem Hausanschluß an eine Erdgasleitung
wird eine Leitung sehr viel kleineren Durchmessers mit der Erdgasleitung
verbunden. Üblicherweise wird die Erdgasleitung im Anschlußbereich
von der Isolierung befreit, ein ausreichendes Loch bzw. ausreichender
Abgang in die Erdgasleitung eingebracht und ein Anschlußflansch
bzw. Anschweißfitting als ein Teil der Anschlußleitung
an die Erdgasleitung angeschweißt. Die Schweißstelle
wird wiederum behandelt und danach mit den bekannten Bändern umwickelt.
Die Erfindung geht davon aus, daß die bekannte Wickel-
und Bänderisolierung nicht immer die optimale Isolierung
ist. 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.
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Ein
weiterer älterer Vorschlag geht von der Überlegung
aus, eine Schrumpfmuffe an der Verbindung von Leitungsrohr und Abzweigung
einzusetzen. 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 EP-Unterschicht nur eine Durchtrennung
der Isolierung bis zur EP-Schicht erfolgt und daß die EP-Unterschicht
in einem Überlappungsbereich mit der Nachisolierung verbleibt.
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Zwischen
dem Überlappungsbereich und dem zu verschweißenden
Rohrende ist eine vollständige Abisolierung des Stahlrohres
vorgesehen, um die Schweißstellen für den Schweißvorgang
frei zu machen.
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Nach
dem Schweißen folgt das Reinigen der Schweißstelle.
Für das Reinigen kommen diverse Verfahren in Betracht.
Das schließt nach dem Stand der Technik mechanische Verfahren
wie das beschriebene Bürsten und Sandstrahlen oder Strahlen
mit Stahlkugeln ein. Die gereinigte Fläche soll eine ausreichende
Haftung für die Nachisolierung bieten. Nach dem Stand der
Technik sind das vor allem Binden und Schrumpfmuffen.
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Vorzugsweise
ist darüber hinaus zwischen der gereinigten Stahlfläche
und der Schrumpfmuffe ein Haftvermittler vorgesehen. Der Haftvermittler
kann ein Kleber sein.
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Wahlweise
ist zusätzlich eine Lackierung der gereinigten Stahlfläche
für die Haftvermittlung vorgesehen. Desgleichen kann eine
Beschichtung mit einem EP-Pulver zur Haftvermittlung erfolgen, das
dann auf der gereinigten Stahlfläche verschmolzen wird.
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Die
schichtweise Aufbringung der Nachisolierung geht vorzugsweise wie
die bekannte Isolierung von Rohren von einer EP-Schicht aus. Wahlweise
wird die EP-Schicht pulverförmig aufgebracht. Das pulverförmigem
EP hat vorzugsweise einen Korndurchmesser von 0,01 mm bis 0,02 mm.
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.
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Zur
Gleichmäßigkeit trägt auch die Art des
Pulverauftrages bei.
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Vorzugsweise
wird die Beschichtung so bemessen, daß eine glatte Oberfläche
entsteht.
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Ältere
Vorschläge sehen ein Aufstreuen und/oder Aufblasen des
EP-Pulvers vor, wahlweise auch die Aufbringung mit einer Wirbelschicht.
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Dabei
können Pulver und/oder Beschichtungsflächen vorgewärmt
werden. Desgleichen kann mit einem erwärmten Trägergas
zum Anblasen des EP-Pulvers gearbeitet werden.
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Trägergastemperaturen
können zum Beispiel bis 60 Grad betragen.
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Die
Vorwärmtemperatur der Beschichtungsflächen kann
wesentlich höher als die Vorwärmtemperatur des
Pulvers sein. Die Erwärmung der Beschichtungsflächen
kann verschieden erfolgen. Günstig ist eine induktive Erwärmung.
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Die
Erwärmung des Pulvers kann allein vom Trägergas
verursacht werden. Es kann auch eine davon unabhängige
Erwärmung mittels geeigneter Heizstrecken erfolgen.
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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.
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Es
kommen auch andere Beschichtungsverfahren für das Aufbringen
des EP-Pulvers in Betracht.
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Die
Aushärtung des EP erfolgt nach einem älteren Vorschlag
abhängig von der Materialbeschaffenheit. Das gilt zumindest
für das EP-Material. Darüber hinaus kann das Material
der Schrumpfmuffe Berücksichtigung finden. Je nach EP-Material
kann eine Glasübergangstemperatur von 65 bis 90 Grad Celsius
maßgebend sein. Je nach Material hat die Schrumpfmuffe
einen Erweichungspunkt, der zum Beispiel zwischen 111 und 160 Grad
Celsius liegen kann. In Abhängigkeit von den beteiligten
Materialien erfolgt die Aushärtung des EP. Die Aushärtetemperatur
kann zwischen 130 und 200 Grad Celsius liegen. Bei geringerer Aushärttemperatur
ist eine längere Aushärtzeit vorgesehen. Je nach
Temperatur kann die Aushärtezeit zum Beispiel 30 min bis
zu 2 min betragen. Darüber hinaus ist es von Vorteil, die
Rohrenden bei geringerer Aushärtetemperatur auf größerer
Länge zu überlappen. Die Überlappung
kann zum Beispiel 100 bis 300 mm betragen.
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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 und
auf die vom Abisolieren unberührte Rohrisolierung.
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Die
Anwendung der Schrumpfmuffe beschränkt sich bisher nur
auf gerade Rohrverbindungen Für Abzweigungen gibt es keine
Schrumpfmuffen. Dort ist eine Nachisolierung mit Isolierungsbinden üblich.
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Nach
einem älteren Vorschlag erfolgt das Nachisolieren der Abzweigungen
nicht mehr durch Umwicklung mit Binden, sondern durch eine Schrumpfmuffe,
welche zumindest teilweise der Abzweigung angepaßt ist.
Die Anpassung kann verschieden erfolgen:
Wahlweise wird dabei
eine Schrumpfmuffe verwendet, die entsprechend groß ist
und an der Stelle der Abzweigung mit einer Öffnung versehen
ist, so daß die Schrumpfmuffe über die Abzweigung
gezogen werden kann und die Abzweigung nach dem Schrumpf durch das
Loch hindurch ragt. Dadurch erleichtert sich die Isolierung schon
wesentlich. An der Abzweigung kann in herkömmlicher Wicklung
ein Anschluß der Isolierung an die Schrumpfmuffe erfolgen.
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Die
montierte Abzweigung kann danach gleichfalls mit einer als Schrumpfteil
ausgebildeten Kappe oder dergleichen umschlossen werden.
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Wahlweise
wird eine T-förmige Schrumpfmuffe verwendet, die an der
Stelle der Abzweigung nicht nur das Loch sondern zusätzlich
einen der Abzweigung bzw. dem Anschweißfitting nachgebildeten
Rohrstutzen aufweist. Die Schrumpfmuffe wird wie die zuvor erläuterte
Schrumpfmuffe gehandhabt, kann aber sowohl die Erdgasleitung als
auch die Abzweigung umschließen.
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Wahlweise
umfaßt die Schrumpfmuffe auch nur die Abzweigung. Dann
kann in herkömmlicher Wicklung mit Isolierungsbändern
ein Anschluß der Isolierung an das Leitungsrohr erfolgen.
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Sofern
die Abzweigung beim Neubau der Erdgasleitung geplant ist, kann die
Schrumpfmuffe auf das entsprechend vorbereitete Stahlrohr der Erdgasleitung
gezogen werden. Wie oben beschrieben, erfolgt die Vorbereitung der
Erdgasleitung durch Einbringen einer Öffnung in die Stahlleitung
und durch Anschweißen eines Stahlflansches für
die Abzweigung. Wie bereits an anderer Stelle beschrieben erfolgt
vorzugsweise vor dem Schweißen und nach dem Schweißen
eine Reinigung der Schweißflächen. Nach einem älteren
Vorschlag ist eine Reinigung mit Stahlstrahlung vorgesehen. Die
Stahlstrahlung unterscheidet sich von der Sandstrahlung durch die
Verwendung von Stahlkugeln anstelle von Sand.
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In
jedem Fall ist es von Vorteil, wenn die Schrumpfmuffe sich mit der
Kunststoffisolierung überlappt. Das Überlappungsmaß beträgt
vorzugsweise mindestens 10 mm und vorzugsweise höchstens
50 mm. Das Überlappungsmaß wird bei schräg
verlaufenden oder bogenförmig verlaufenden Schnitten in
der Kunststoffisolierung vom Schnittrand am Außenmantel
an gerechnet.
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Die
Schrumpfmuffe ist bereits vor dem Verschweißen der Rohrenden
auf eines der Enden gezogen worden, und zwar so weit, daß ein
ausreichender Abstand von der Schweißstelle besteht, um
eine Erwärmung der Schrumpfmuffe zu verhindern, die den
Schrumpf zu einem unerwünschten Zeitpunkt in Gang bringen
würde.
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Nach
dem Schweißen und Reinigen, Reinigung und gegebenenfalls
nach der Kleberbeschichtung wird die Schrumpfmuffe über
die Abzweigung und über die Schweißstellen gezogen
und geschrumpft.
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Nach
einem weiteren Vorschlag sind wahlweise Schrumpfmuffen vorgesehen,
die über der Schweißstelle angeordnet und aufgespreizt
werden können, so daß unterhalb der Schrumpfmuffe
die Verschweißung stattfinden kann..
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Dazu
sind die Schrumpfmuffen dann mit Abstandshaltern oder Spreitzern
versehen. Der Abstandshalter und Spreitzer gewährleistet
während der Erwärmung der Schweißflächen
einen ausreichenden Abstand der Schrumpfmuffe, um eine Beschädigung
durch die Schweißwärme zu vermeiden. Günstig
ist dabei eine Elektroschweißung, weil die Elektroschweißung
sehr viel geringere Wärmebelastungen für die Umgebung
frei setzt.
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Die
Schrumpfmuffen können einstückig sein oder aus
einem oder mehreren Teilen zusammengesetzt werden.
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Wahlweise
können auch mehrere Schrumpfmuffen zu einer Gesamtschrumpfmuffe
zusammengesetzt werden. Dabei ist vorzugsweise eine schlauchartige
Schrumpfmuffe vorgesehen, die an der Erdgasleitung in Leitungslängsrichtung
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.
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Eine ähnliche
Situation wie bei Abzweigungen stellt sich bei Rohrbögen
und Rohrausgleichstücken/Paßstück dar.
Dort findet üblicherweise eine Alt-Technik Anwendung, nämlich
eine Bindenisolierung, wie sie auch für Abzweigungen noch
Anwendung findet..
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Binden-Isolierungen
können von Hand ausgeführt werden. Die Binden
bestehen aus Bitumen oder Fettsubstanzen und/oder verschiedenen
Kunststoffen. Es sind auch Kombi-Binden der verschiedenen Materialien,
auch mit Flachsfasern oder mit Kunststoff-Fasern bekannt. Binden
sind auch bekannt mit härtbaren Kunststoffen. Der Harter
basiert auf einem 2-Komponentensystem. Die Komponenten werden auf
der Baustelle zur Reaktion zusammengeführt.
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Nach
einem älteren Vorschlag ist auch bekannt, eine Abzweigung,
einen Rohrbogen oder ein Rohrausgleichsstück/Paßstück
mit PE-Partikeln oder mit härtbarem Polyurethan zu beschichten.
Vorher werden die zu isolierenden Stahlrohrflächen nach
dem Stand der Technik mit Drahtbürsten, Schleifscheiben
und dergleichen Werkzeugen von Hand gereinigt.
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Die
Reinigung und Beschichtung geschieht oberhalb des Rohrgrabens oder
im Rohrgraben.
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Ein
weiterer älterer Vorschlag hat sich die Aufgabe gestellt,
eine vorteilhafte Isolierung an Abzweigungen, Rohrbögen,
Reduzierstücken und Ausgleichstücken bzw. Paßstücken
zu schaffen.
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Dabei
verläßt dieser Vorschlag den vorgezeichneten Weg
einer Nachisolierung an der Baustelle. Nach dem Vorschlag werden
Abzweigungen oder Rohrbögen oder Ausgleichsstücke
als Formstücke in der Werkstatt isoliert.
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Dabei
können vorisolierte Teile bestimmter, gleicher Abmessungen
verwendet werden,
deren Abmessungen beim Rohrleitungsbau oder
beim Öffnen einer Rohrleitung für eine Abzweigung
Rechnung getragen worden ist
oder die in bestimmten Grenzen
auf der Baustelle ablängbar sind, um die Anpassung an die
bestehende Rohrlücke zu bewirken.
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Oder
es können Teile verwendet werden,
die auf der Baustelle
(in situ) der bestehenden Rohrlücke angepasst worden sind
und in der Werkstatt die Isolierung erfahren. Wie die Abzweigungen
werden auch die Sonderformen für die Rohrleitung behandelt.
Dazu gehören unter anderem Krümmer und S-Formen.
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In
dem Sinne sind die aus Rohrstücken zusammen gesetzten Abzweigungen
und Sonderformen gleichfalls Formstücke. Im weiteren wird
nur von Formstücken gesprochen.
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Die
Erfindung hat sich die Aufgabe einer vorteilhaften Herstellung und
Anwendung von Formstücken gestellt.
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Die
vorgesehenen Formstücke besitzen Rohrstutzen zur Verbindung
mit den Rohrleitungen. Die bekannten Formstücke sind üblicherweise
so knapp wie möglich gestaltet. Das heißt, sie
sind entsprechen ihren Aufgaben aufgrund besonderer Form gekrümmt
oder schräg, wobei ein Übergang zu den Rohrenden
gefunden werden muß, die sich an die Formstücke
anschließen. Die Formstücke sind spezifisch aufwendiger
als einfache Rohre. Um die Kosten für die Formstücke
zu reduzieren, enden die Formstücke üblicherweise
unmittelbar nach Erreichen eines Durchmessers, der gleich dem Durchmesser
der anzuschließenden Rohrenden ist. Die erfindungsgemäßen
Rohrstutzen sind vorzugsweise auf einer bestimmten Länge
gerade, um nach dem anschließenden Verschweißen
der Rohrenden gleiche Verhältnisse beim Nachisolieren zu
schaffen.
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Das
gilt vor allem bei Anwendung von Schrumpfmuffen. Für die
Schrumpfmuffen ist hat dies gravierende Vorteile.
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Die
Länge des geraden Rohrstutzens ergibt sich aus der Länge
des Schweißrandes (Abstand der Isolierung von der Schweißnaht
bzw. Abstand der Isolierung von der zu verschweißenden
Kante des Rohrstutzens) plus einer notwendigen Überlappung
der Nachisolierung mit der Isolierung an Formstück.
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Vorzugsweise
sind die Rohrstutzen einstückig mit den Formteilen.
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Wahlweise
können die Rohrstutzen auch an den bekannten Formstücken
angesetzt werden, um zu einem erfindungsgemäßen
Formstück zu kommen. Das geschieht vorzugsweise vor der
Isolierung der Formstücke.. Dabei werden die Rohrstutzen
von einem geeigneten geraden Rohr stückweise abgetrennt.
Es wird dabei vom Ablängen gesprochen.
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Bei
dem Nachisolieren durch schichtweisen Auftrag von Partikeln und
Wirbelbettauftrag können die herkömmlichen Formstücke
Anwendung finden. Das gilt sowohl für herkömmlich
isolierte Formstücke wie auf für noch nicht isolierte
Formstücke.
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Die
herkömmlich fertig isolierten Formstücke werden
dann abisoliert, so daß ein isolierungsfreier Schweißrand
entsteht.
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Die
noch nicht isolierten Formstücke können unter
Freilassung eines Schweißrandes isoliert werden.
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Die
Rohrstutzen sind vorzugsweise so lang, daß die Verbindung
der Formstücke mit der Rohrleitung wie eine gerade Rohrverbindung
ausgeführt werden kann.
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Zwischen
den Rohrstutzen sind die Formstücke vollständig
isoliert. An den Rohrstutzen werden die Formstücke mit
den Rohrleitungen verschweißt. Die Verschweißung
erfolgt vorzugsweise elektrisch. Beim elektrischen Verschweißen
wird unterschieden zwischen dem induktiven Schweißen und
dem konduktiven Schweißen unterschieden.
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Im
Rohrgraben kann das konduktive Schweißen die geringste
Umweltbelasstung mit Streuströmen beinhalten.
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Die
Schweißstellen werden nach dem Schweißen gereinigt
und nachisoliert. Zu der Nachisolierung gehören
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- a) eine Beschichtung mit EP und/oder
- b) eine Beschichtung mit Siliziumdioxid und/oder Titandioxid
und/oder
- c) eine Beschichtung mit Kleber und
- d) eine Schrumpfmuffe oder ein schichtweiser Isolierungsauftrag
oder eine herkömmliche Isolierung mit Binden.
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Im
Unterschied zu herkömmlichen Isolierungen ergibt sich im
Falle der Anwendung von Schrumpfmuffen dadurch an jedem Rohrstutzen
eines Formstückes je eine Schrumpfmuffe. Zwar verursacht
das eine zusätzliche Zahl von Schrumpfmuffen. Gegenüber
dem oben erläuterten älteren Vorschlag an Abzweigungen sind
mehr Schrumpfmuffen erforderlich. Statt einer einzigen Schrumpfmuffe,
welche eine gesamte Abzweigung übergreift, sind dann drei
Schrumpfmuffen erforderlich. Zwei Schrumpfmuffen dienen der Nachisolierung an
den beiden Verbindungsstellen mit der Hauptleitung. Die dritte Schrumpfmuffe
dient der Nachisolierung an der Abzweigung der Hauptleitung. Die
Isolierung an den geraden Verbindungsstellen ist aber sehr viel
einfacher als die herkömmliche Isolierung. Die Schrumpfmuffen
sind sehr viel kleiner und leichter herzustellen und zu handhaben
als große, alles überdeckende Schrumpfmuffen.
Die Arbeitskosten für eine ausreichende Nachisolierung
reduzieren sich auf diesem Wege gegenüber Binden anderen
Nachisolierungskonzepten ganz wesentlich. Die Arbeitskosten bilden
den höchsten Kostenanteil der Nachisolierung.
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Eine
Nachisolierung im Rohrgraben oder am Rohrgraben mit schichtweisem
Auftrag bei der Nachisolierung könnte auch die Materialkosten
drastisch reduzieren.
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Für
das Schweißen müssen die Rohrleitungen und die
Formstücke an den Schweißstellen frei von der Isolierung
sein, damit ausreichende Schweißbedingungen geschaffen
werden und eine Brandgefahr beim Schweißen verhindert wird.
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Dazu
werden die Rohrleitungsenden abisoliert, soweit fertig isolierte
herkömmliche Formstücke verwendet werden..
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Für
das Abisolieren ist es bei einem Dreischichtenschutz, bestehend
aus einer EP-Schicht, einem Kleber und der außen liegenden
PE-Schicht, ein Durchschneiden der Isolierung bis auf den Stahl
der Rohre zu vermeiden.
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Größere
Vorteile ergeben sich, wenn die Formstücke an den Rohrstutzen
werksseitig so vorbereitet, daß ein Abisolieren entbehrlich
ist. Das wird mit den Merkmalen der Schutzansprüche erreicht.
Dabei wird die Isolierung so hergestellt, daß die Enden
der Rohrstutzen frei bleiben.
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Um
an den Rohrstutzenenden eine Schweißrand frei zu lassen,
enden die Isolierschichten in einem für das Verschweißen
ausreichenden Abstand von den Rohrstutzenenden.
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Soweit
ein Mehrschichtenschutz an den Formstücken vorgesehen ist,
so wird vorzugsweise wie bei dem bekannten Abisolieren auch dann
für die verschiedenen Schichten ein unterschiedlicher Abstand
zur zu verschweißende Kante des Formstückes erzeugt,
wenn die Isolierung der Formstücke durch spannungsfreie Beschichtung
erzeugt worden ist.
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Ziel
der unterschiedlichen Abstände ist bei schichtweiser Nachisolierung
eine Überlappung der einzelnen Schichten.
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Die
EP-Schicht wird üblicherweise aus Pulver hergestellt.
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Dies
kann durch Eintauchen des Werkstückes in ein Wirbelbett
erfolgen.
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Es
folgt eine Wärmebehandlung, um die EP-Partikel zu einer
dünnen Schicht auszuhärten.
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Dabei
kann der EP-Auftrag von vornherein auf die vorgesehene Fläche
begrenzt werden.
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Vorzugsweise
geschieht das mit Hilfe einer Kappe.
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An
den EP-Auftrag schließt sich der Kleberauftrag.
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Der
Kleber kann in gleicher Weise wie das EP in Partikelform aufgebracht
werden und erwärmt werden. Dabei soll der Kleber aber durch
die Erwärmung in eine reaktive Form gebracht werden.
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Die
außen liegende PE-Schicht oder andere außen liegende
Kunststoffschicht wird auf die Kleberschicht aufgetragen. Dabei
können die gleichen Techniken wie bei dem Auftragen der
Kleberschicht zum Einsatz kommen.
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Dabei
wird der Schweißrand ebenso abgedeckt wie beim Auftragen
des EP bzw. wie beim Auftragen des Klebers.
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Die
von der Isolierung frei bleibenden Enden der Rohrstutzen definieren
einen Schweißabstand der Isolierung von der Schweißstelle.
Der Schweißabstand beträgt 30 bis 300 mm. Vorzugsweise
100 bis 200 mm.
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Zur
Herstellung der Isolierung aus Partikeln ist eine Kammer von Vorteil,
in der die Formteile mit den Partikeln beaufschlagt werden. Die
Partikel setzen sich dabei auf dem Formteil ab.
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Die
Partikel können dabei in einem stationären Wirbelbett
bewegt werden, dessen Bettdicke im wesentlichen beibehalten wird.
Bei der Partikelbeaufschlagung sind die im Partikelstrom befindlichen
Flächen, die von der Isolierung frei gehalten werden sollen,
zum Beispiel mit Kappen abgedeckt. Die Kappen verhindern zugleich,
daß die Partikel in die Formteile eindringen.
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Für
jeden Beschichtungsvorgang können andere Kappen Verwendung
finden.
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Zweckmäßigerweise
kommen wieder verwendbare Kappen zum Einsatz. Dazu können
die Kappen aus einem Material bestehen, an dem die Partikel nicht
haften. Das erleichtert das Abziehen der Kappen vom Werkstück
nach der Beschichtung. Außerdem lassen sich die Partikel
nach Abziehen der Kappen von den Kappen abklopfen.
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Nicht
haftende Materialien ist zum Beispiel Teflon aus FEP, PFA, PTFE
oder dergleichen Material.
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Sofern
die verschiedenen Schichten unterschiedlichen Abstand von der Schweißkante
des Formstückes haben sollen, können für
jede Schicht andere Kappen oder universell verwendbare Kappen zum
Einsatz kommen. Universell verwendbare Kappen sind zum Beispiel
teleskopierbare Kappenl. Solche Kappen bestehen aus ineinander schiebbaren
Zylindern bzw. Rohrstücken. Nach einer ersten Beschichtung
kann ein außen liegendes Rohrstück vorgeschoben
werden und dadurch einen Streifen von der bereits aufgebrachten
Schicht bei der nächsten Beschichtung abdecken.
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Universell
einsetzbare Kappen können vorn auch eine Öffnungsweite
besitzen, mit der sie sich nach Aufbringen der EP-Schicht zur Abdeckung
eine EP-Schicht-Streifens über die dünne EP-Schicht
schieben lassen. Damit während der EP-Beshichtung kein
Material in die Kappe eindringt, kann die Kappe vorn mit einer weichen
Dichtungslippe versehen sein.
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Im übrigen
ist es von Vorteil, wenn die Kappe am vorderen Ende eine einwärts
gerichtete Schräge aufweist. Dadurch kann bei der PE-Beschichtung
eine gleiche Schräge an der korrespondierenden Kante der PE-Schicht
entstehen. Die Schräge erleichtert beim Nachisolieren eine
schließende Überlappung der zugehörigen
Nachisolierungsschicht.
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Die
Formstücke erhalten vorzugsweise eine Isolierung wie ein
neu herzustellendes und zu isolierendes Rohr. Dabei kann die Herstellung
der Formstücke dadurch vereinfacht werden, daß EP
und ggfs. Mineralien wie Siliziumdioxid und Titandioxid für
den Aufbau der Isolierung in Pulverform aufgebracht werden. In der Pulverform
kann die Beschichtung sich den Abmessungen der Formstücke
besonders gut anpassen.
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Der
Kunststoffmantel kann auch in Pulverform aufgetragen werden.
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Insgesamt
reduziert das die Kosten.
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Hinzu
kommt, daß die Qualität der Isolierung an den
Formstücken zwischen den Geradeausverbindungen um vieles
besser ist als die herkömmliche Nachisolierung, welche
in situ erfolgt. Das resultiert einerseits daraus, daß das
Beschichten mit EP oder Siliziumdioxid oder mit Titandioxid oder
mit Kleber im Werk wesentlich besser kontrolliert werden kann als
im Rohrgraben. Im Werk können bessere Werkzeuge vorgehalten werden.
Im Werk kann auch eine wirksame Qualitätskontrolle durchgeführt
werden. Zu den besseren Werkzeugen gehören wahlweise auch
in Reihe angeordnete Wirbelbetten mit unterschiedlichen Beschichtungspartikel.
Zum Beispiel kann die Anlage 3 Betten mit jeweils einer Kammer für
jedes Bett umfassen. In der ersten Kammer ist ein Wirbelbett mit
EP, in der zweiten Kammer ein Wirbelbett mit Kleber und in der dritten
Kammer ein Wirbelbett mit PE vorgesehen. Die Formstücke
werden für die geringe Beschichtung mit EP und mit Kleber nur
sehr kurze Zeit, zum Beispiel 5 bis 6 Sekunden in deren Wirbelbetten
gehalten. Bei der Beschichtung mit PE wird wegen der sehr viel größeren
Schichtdicke mehr Zeit, zum Beispiel mehrere Minuten benötigt.
Das Eintauchen der Formstücke in die verschiedenen Wirbelbetten
erfolgt wahlweise EDV-gesteuert. Durch die EDV-Steuerung kann die
Bewegung des Formteiles optimiert werden. Insbesondere erlaubt die
EDV-Steuerung auch eine Beschleunigung oder Verzögerung
der Bewegung des Formteiles oder eine Vergrößerung
oder Verringerung der Menge des Materialauftragaes, um reduzierten
Flächen oder vergrößerten Flächen
oder sich ändernden Formen oder einer Änderung
des Wirbelbettes Rechnung zu tragen.
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Das
Beschichtungsmaterial besteht wahlweise innenseitig nur aus EP.
Zusätzlich oder anstelle der EP-Schicht kann auch eine
Siliziumdioxid-(SiO2)-Schicht und/oder Titandioxid(TiO2)-Schicht aufgebracht werden.
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Wahlweise
besitzt die Schrumpfmuffe Innenschichten, die ganz oder teilweise
dem Schichtenaufbau unterhalb des Kunststoffaußenmantels
im übrigen Bereich der Rohre entsprechen.
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Auf
die erfindungsgemäßen Formteile wird vorzugsweise
der gleiche Kunststoffmantel aufgebracht wie er für die
Isolierung der Stahlrohre vorgesehen ist. Wahlweise kann aber auch
ein anderer Kunststoff verwendet werden. Zum Beispiel eignen sich
die verschiedene Kunststoffe, die auch für die Schrumpfmuffen
vorgesehen sind. Dazu wird auf nachfolgende Einzelheiten Bezug genommen.
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Die
Isolierung ist eine Mehrschichtenisolierung, vorzugsweise ein drei-Schichtenschutz
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Das
Siliziumdioxid und/oder Titandioxid ergänzt sich sehr vorteilhaft
mit den bisher verwendeten Isolierstoffen.
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Der
Kunststoff gehört zur Kohlenstoff-Chemie.
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Im
periodischen System gehören die Kunststoffe zur Gruppe
IV.
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Beide
Stoffe haben Doppelbindungen zwischen -C=C-
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Das
bestimmt die chemischen Reaktionen mit sich und anderen Stoffen.
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Das
bestimmt auch den Energie-Umsatz in Netzwerkpotentialen.
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Daher
ergeben sich Reaktionen untereinander.
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Aus
einer Reaktion entsteht ein neuer Werkstoff.
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Kunststoffe
erfahren eine bedeutende Eigenschaftsnutzung.
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Die
Langzeitbenutzungsgröße von Kunststoffen liegt
je nach Belastung zwischen wenigen Jahren und mehreren Jahrzehnten.
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Danach
ergibt sich ein deutlicher Eigenschaftsabfall.
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Siliziumdioxid
und Titandioxid gehören zur Phys.-Chemie.
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Im
periodischen System gehören Silikate zur Gruppe IV.
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Es
bestehen keine Doppelbindungen zwichen -Si-Si-
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Daher
sind keine reinen chemischen Reaktionen mit anderen Stoffen zu erwarten.
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Siliziumdioxid
zeigt bei Energiezufuhr eine besondere unterschiedliche Reaktionen.
Es bilden sich je nach Energiezustand Kettenstrukturen, Flächenstrukturen
und Blattstrukturen.
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Es
ist je nach Energiezustand mit einer Volumensvergrößerung
entsprechend den physiklischen Gesetzes zu rechnen.
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Zu
den bedeutenden Eigenschaften gehört die Undurchlässigkeit
gegen Kohlendioxid, der eine bedeutender Korrosionspartner bei herkömmlich
isolierten Erdgasrohrleitungen aus Stahl ist.
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Auch
nach bei höherer Energiebelastung ist noch mit einer Dauerstandzeit
von mehreren Jahrzehnten zu rechnen.
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Zusammenfassend
ergibt sich nach 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.
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Allgemein
ist von Metakieselsäuren (H2SiO3)n und Metasilicaten
(SiO3)n zu sprechen.
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In
dem Zusammenhang kommen vor:
| | Kieselsäure | Silicate |
| als
Kette | (H2SiO3) | (SiO3'') |
| als
Band | (H6Si4O11) | (Si4O11'''''') |
| als
Blatt | (H2Si2O5) | (Si2O5'') |
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Die
Titandioxid-Chemie ist eine Ergänzung in beiden Chemie-Gruppen
und trägt dazu bei, den Stahl zusätzlich zu schützen
durch die Kristallform „Rutil" im Epoxiharz-Bindeverfahren
zum Stahl.
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Gleichzeitig
steigt die Temperaturbelastbarkeit der Epoxiharzschicht bedeutungsvoll
an.
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Besonders
günstige Ergebnisse stellen sich bei der Einbettung von
Siliziumdioxid und/oder Titandioxid in den Kleber und/oder bei der
Anordnung unter der Kleberschicht und/oder oberhalb der Kleberschicht
ein.
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Außerdem
kann es Einfluß haben, ob es sich um eine Neuisolierung
der Formteile oder um eine Nachisolierung der Schweißstelle
handelt. Bei der Nachisolierung der Schweißstellen mit
einer Schrumpfmuffe ist eine Schrumpfmuffe von Vorteil, welche innen
mit einer Kleberschicht vorbereitet ist.
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Noch
vorteilhafter ist eine Nachisolierung mit einem Wirbelbettauftrag
der Isolierungsschichten.
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Bei
der Neuisolierung der Formteile wie auch bei der Nachisolierung
Schweißstellen wird eine haftungsfreundliche Rohroberfläche
angestrebt. Günstig sind gereinigte Oberflächen.
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Die
gereinigte Fläche bietet eine ausreichende Haftung für
die dichte Verbindung mit einer Schrumpfmuffe. Vorzugsweise ist
darüber hinaus zwischen der gereinigten Stahlfläche
und der Schrumpfmuffe ein Haftvermittler vorgesehen. 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 dann auf der gereinigten Stahlfläche
aufgeschmolzen und ausgehärtet wird.
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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.
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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 dem nicht
entgegengewirkt wird.
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Außerdem
ist es von Vorteil, die Korngröße so groß zu
wählen, daß sich die Rauhigkeit der Formstückoberfläche
nicht in der Oberfläche der Auftragsschicht abbildet und
eine glatte Oberfläche entsteht.
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Zur
Gleichmäßigkeit trägt auch die Art des
Pulverauftrages bei.
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Günstig
ist es, das Pulver aufzustreuen und/oder aufzublasen und/oder aufzuschleudern.
Zum Aufschleudern wird auf die oben erwähnte Veröffentlichung
Bezug genommen. Günstig ist die Verwendung eines Trägergases
zum Aufbringen von Pulver.
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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.
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Beim
Aufbringen können Pulver und/oder Beschichtungsflächen
vorgewärmt werden.
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Desgleichen
kann mit einem erwärmten Trägergas zum Anblasen
des EP-Pulvers gearbeitet werden. Trägergastemperaturen
können zum Beispiel bis 60 Grad betragen.
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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.
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Die
Wärme kann von außen und/oder von innen aufgebracht
werden.
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Bei
der Neuisolierung von Stahlrohren wird vorzugsweise die Wärme
aus der Rohrherstellung zum Aufschmelzen und Aushärten
der EP-Schicht genutzt.
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Bei
der Nachisolierung kann die Wärme elektrisch im Stahlrohr
erzeugt werden. Es ist eine induktive oder konduktive Erwärmung
möglich. Die konduktive Wärmebelastung hat eine
geringe Belastung der Umgebung mit Streuströmen zur Folge.
Ziel der Erwärmung ist, es hinsichtlich der Wärme
eine ähnliche Situation wie bei der Neuisolierung zu erzeugen.
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Wahlweise
ist es auch möglich, die zum Aushärten von EP
erforderliche Wärme durch andere Schichten, nämlich
durch PE und Kleber, hindurch zuzuführen.
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Für
die Beschichtung ist eine Vorwärmung der Beschichtungsflächen
und/oder eine Vorwärmung des Beschichtungsmaterials von
Vorteil.
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Die
Vorwärmtemperatur der Beschichtungsflächen kann
wesentlich höher als die Vorwärmtemperatur des
Pulvers sein. Die Erwärmung der Beschichtungsflächen
kann verschieden erfolgen. Günstig ist eine konduktive
Erwärmung.
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Die
Erwärmung des Pulvers kann ganz oder teilweise durch das
Trägergas verursacht werden. Es kann auch eine davon unabhängige
Erwärmung mittels geeigneter Heizstrecken erfolgen.
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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.
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Die
Erwärmung wird so gesteuert, daß die Pulverpartikel
auf der Stahloberfläche aufschmelzen.
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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.
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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. Dabei kann
es günstig sein, das Material in Form von Flocken aufzubringen.
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Das
erfindungsgemäße Material hat sehr vorteilhafte
thixotrope Eigenschaften.
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Es
kommen auch andere Beschichtungsverfahren für das Aufbringen
des EP-Pulvers in Betracht. Zu den anderen Beschichtungsverfahren
gehört auch 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.
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Nach
dem Aufschmelzen soll die EP-Schicht aushärten. Dazu ist
eine Wärmebehandlung erforderlich.
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Die
Wärmebehandlung des EP erfolgt abhängig von der
Materialbeschaffenheit. Je nach EP-Material kann eine Glasübergangstemperatur
von 65 bis 90 Grad Celsius maßgebend sein. Darüber
hinaus kann das Material der Schrumpfmuffe Berücksichtigung
finden. Je nach Material hat die Schrumpfmuffe einen Erweichungspunkt,
der zum Beispiel zwischen 111 und 160 Grad Celsius liegen kann.
In Abhängigkeit von den beteiligten Materialien erfolgt
die Aushärtung des EP. Die Aushärtetemperatur
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. Ob eine längere
Aushärtezeit möglich ist, hängt von den
jeweiligen betrieblichen Bedingungen bei der Herstellung der Formstücke
ab.
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Die übliche
Rohrisolierung erfolgt kontinuierlich. 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.
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Wie
oben ausgeführt, hat das wärmetechnische Gründe,
die unberücksichtigt bleiben können, wenn in erfindungsgemäßer
Weise die Aushärtetemperatur erhöht und die Aushärtezeit
verringert werden.
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Etwas
anderes gilt auch für die Nachisolierung. Bei der Nachisolierung
bedingt eine so lange Aushärtezeit eine entsprechende Verweildauer
der Mannschaft an der Nachisolierungsstelle.
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In
weiterer Ausbildung der Erfindung 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
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Die
notwendige Erwärmung für die Aushärtung
wird wahlweise in gleicher Weise wie für die Verschmelzung
aufgebracht werden.
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Es
eignen sich auch andere Wärmequellen für die zum
Aushärten notwendige Erwärmung. Günstig kann
eine stufenweise Erwärmung sein. Dabei findet zum Beispiel
ist eine erste Stufe eine Erwärmung auf eine Temperatur
kleiner/gleich 65 Grad Celsius statt. Günstig ist auch
eine zweite Stufe mit einer Erwärmung zwischen 160 bis
180 Grad Celsius.
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Günstig
ist auch eine Erwärmung auf eine Temperatur kleiner/gleich
180 bis 220 Grad Celsius.
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Außerdem
ist es günstig, die Wärme aus weiteren Bearbeitungsschritten
für die Aushärtung des EP zu nutzen.
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Dazu
eignet sich der Warmauftrag von Kleber wie auch der Warmauftrag
des Knststoffmantels. Der Warmauftrag des Klebers kann bei 160 bis
180 Grad Celsius erfolgen. Der Auftrag des Kunststoffmantels kann bei
180 bis 220 Grad Celsius erfolgen.
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Die
Nutzung der Wärme nachfolgender Bearbeitungsvorgänge
setzt voraus, daß diese Bearbeitungsvorgänge erfolgen,
solange das EP noch nicht ausgehärtet ist.
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Nach
einem 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.
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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.
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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.
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Die
Schrumpftemperatur ist materialabhängig.
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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.
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Günstig
ist regelmäßig eine Stabilisierung des Makromoleküls.
Dazu eignen sich besonders sekundäre Wasserstoffbrücken.
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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.
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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 praktisch Kohlendioxid-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. Das Kohlendioxid als
Korrosionspartner wird ausgeschlossen.
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Es
ist von Vorteil, als SiO2 überwiegend α-Tridymit
zu verwenden, welches in reiner Form bei 117 Grad Celsius schmilzt
und sich in β-Tridymit umwandelt. Verunreinigungen des
Tridymits führen zu einer Temperatur-Verschiebung, zumeist
zu einer Erhöhung des Schmelzpunktes.
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Durch
Verwendung von Siliziumdioxid findet in dieser Schicht eine durch
die Erwärmung eine Volumensvergrößerung
statt, die den darüber liegenden Kunststoffmantel bzw.
die Schrumpfmuffe unter zusätzlicher Spannung hält,
so daß Hohlräume verhindert werden.
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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.
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Die
vorstehend beschriebenen Vorteile ergeben sich nicht nur bei der
Nachisolierung sondern auch bei der Herstellung der Stahlrohre mit
werksseitiger Isolierung der Stahlrohre wie auch bei der Herstellung
der Formstücke und bei deren Isolierung.
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Die
Aufbringung des Siliziumdioxids kann wie die Aufbringung der EP-Schicht
erfolgen.
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Günstig
sind dabei Körnungen des Siliziumdioxids von 0,008 bis
0,03 mm.
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Wahlweise
werden das Siliziumdioxid und das Titandioxid im Pulver-Aufschmelzverfahren
aufgebracht. Das Pulver wird vorzugsweise mit mindestens 50 Grad
Celsius vorgetrocknet und vorgewärmt aufgetragen. Dabei
schmilzt nicht das Siliziumdioxid sondern ein geeigneter Haftvermittler
aus Kunststoff.
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Wahlweise
kann das Siliziumdioxid auch mit einem Rüttelsieb aufgetragen
werden. Die für eine wirkungsvolle Sperrschicht erforderliche
Menge ist gering, z. B. weniger als 200 Gramm pro Quadratmeter,
vorzugsweise weniger als 150 Gramm pro Quadratmeter.
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Vorteilhafterweise
können die gleichen Vorrichtungen wie beim Aufbringen der
EP-Schicht für das Aufbringen 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.
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Zu
den anwendbaren Vorrichtungen gehört auch ein Wirbelsinterbad.
Zu dem Bad gehört ein Wirbelbett. Das Wirbelbett wird mit
dem jeweils aufzubringenden Material erzeugt.
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Wahlweise
wird das Material aus Keramikböden-Schubladen, die je nach
Bedarf geöffnet und geschlossen werden. Das Material wird
mittels eines Warmluftstromes von unten angeblasen und in Schwebe gehalten.
Die Warmluft wird durch einen geeigneten Düsenboden so
verteilt, daß in dem gesamten Bad vorzugsweise ein gleichmäßiger
Luftstrom entsteht. In der Schwebephase bewegt sich das Material
zwischen einer oberen Grenze und einer unteren Grenze. Die beiden
Grenzen bestimmten die Dicke des Wirbelbettes. Die zu beschichtenden
Werkstücke werden in das Wirbelbett gebracht und dort ruhig
gehalten oder bewegt.
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Die
entstandene Siliziumschicht bewirkt eine wesentliche Verbesserung
des bekannten Schichtenschutzes an Stahlrohren.
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Günstig
ist dabei die Einhaltung einer Dünnschicht, bei der die
Adhäsionskräfte der Partikel groß genug
sind, um sie an der Rohroberfläche zu halten.
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Für
die Wirkung der Dünnschichten ist auch maßgebend,
welche Rauhigkeit die Oberfläche des Stahlrohres besitzt.
Die Rauhigkeit kann in weiten Grenzen durch Stahlstrahlen der Rohroberfläche
bei dessen Reinigung vor der Nachisolierung eingestellt werden.
Die richtige Rauhigkeit für das jeweils verwendete Material kann
mit einigen Versuchen eingestellt werden.
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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.
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Die übliche
Erscheinungsform ist dabei der Quarz.
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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.
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Die
unterschiedlichen Vorkommen ermöglichen in einfacher Form
eine Mischung von unterschiedlichem Siliziumdioxid.
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Vorzugsweise
ist eine Mischung aus Tridymit mit einem Umwandlungspunkt von 117
Grad Celsius und Cristobalit mit einem Umwandlungspunkt von 250
Grad Celsius vorgesehen.
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Im
Falle des Auftragens auf der EP-Schicht bildet das Siliziumdioxid
auf der Innenseite der Kleberschicht eine eigenständige
in sich geschlossene Schicht.
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Dem
Aufschmelzen des Siliziumdioxids ist die Eigenwärme der
Kleberschicht von mindestens 150 Grad Celsius und die Eigenwärme
der anschließend aufgebrachten PE-Schicht von mindestens
165 Grad Celsius förderlich.
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Bei
der beschriebenen Siliziumdioxid-Mischung hat der Mischungsanteil
mit dem Umwandlungspunkt von 117 Grad Celsius vorzugsweise einen
Anteil von 95 bis 99 Vol% an der gesamten Siliziumdioxid-Mischung. Die
jeweils restlichen Vol% können durch das Siliziumdioxid
mit dem Umwandlungspunkt von 250 Grad Celsius dargestellt werden.
Dabei handelt es sich dann vorzugsweise um 5 bis 1 Vol% Cristobalit.
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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.
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Die
Schichtdicke einer erfindungsgemäßen Siliziumschicht
beträgt wahlweise 0,005 bis 0,02 mm.
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Der
Zustand des Siliziumdioxids in der Schicht ändert sich
bei Erwärmung.
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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.
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Vorteilhafterweise
ist die erfindungsgemäße Isolierung nicht toxisch,
so daß die Handhabung problemlos ist, desgleichen die Verlegung
im Erdreich.
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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.
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Die
Siliziumdioxid bleibt bis zum Schmelzpunkt stabil, der bei reinem
Siliziumdioxid bei 1700 Grad Celsius liegt.
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Weitere
Vorteile ergeben sich durch die Trocknung des Siliziumdioxids. Aufgrund
entsprechenden Trocknungsgrades reduziert sich ein möglicher
Volumenschrumpf.
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Vorzugsweise
wird die Trocknung so weit getrieben, daß die Volumensvergrößerung
bei einer Zustandsänderung bzw. Änderung der Konfigurationsstufe
den Schrumpf stets überwiegt.
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Durch
den vernachlässigbaren Schrumpf werden Spannungen vermieden.
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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.
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Im übrigen
verhindert eine Siliziumdioxid/Titandioxidschicht die Wirkung von
freien Wasserstoff-Atomen aus der Bildung der Epoxidharz-Schicht
in der weiteren Ablauf-Reaktion aus Harz und Harter auf FeO-Rest
der Stahloberfläche bis zur Bildung von Fe2O3 und Wasser, letztes als Dampfhasen-Teilhaber,
verbleibend mit Abhebeeffekten der zusammen hängenden PE-
und Kleber-Schichten.
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Die
Siliziumdioxid/Titandioxidschicht ist darüber für
die Lagerung der Rohre von Vorteil. Bei der Rohrlagerung wird von
einem Temperaturwechsel zwischen minus 40 und plus 80 Grad Celsius
ausgegangen. Die Siliziumdioxid/Titandioxidschicht bildet eine Sperrschicht
gegen die üblichen Korrosionspartner: Wasser, Kohlendioxid,
Sauerstoff und Wasserstoff.
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Für
die Nachisolierung der Schweißstellen zwischen einem Rohrende
und einem Formstück ist es von Vorteil, die an der Schweißstelle
aneinander stoßenden Rohrenden bzw. Rohrstutzen mit der
Nachisolierung zu überlappen. Dabei kann die Schweißstelle
zwischen zwei Rohrenden und die dort vorgesehene Nachisolierung
hinsichtlich der Überlappung als Vorlage dienen.
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Üblicherweise übergreift
eine Schrumpfmuffe 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.
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Die
Schrumpfmuffe zum Nachisolieren 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.
Außerdem hat das Polyethylen vorzugsweise eine Mindestdicke
von 1 mm im aufgeschrumpften Zustand und ist vorzugsweise an der
Berührungsfläche mit dem Stahlrohr bzw. an der
Berührungsfläche mit der Abzweigung verklebbar.
Im weiteren wird nur auf PE Bezug genommen. Das schließt
hier die alternative oder zusätzliche Verwendung von PP
ein.
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Die
Klebefähigkeit kann sich auf Schrumpfmuffenteile beschränken.
Wahlweise ist nur der mit dem Anschlußflansch bzw. Anschlußstutzen
korrespondierende Schrumpfmuffenteil klebefähig.
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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.
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Die
richtige Erwärmung wird vorzugsweise mit einer Temperaturanzeige
kontrolliert.
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Besonders
günstig sind Materialien, deren Farbe bei Erreichen der
gewünschten Temperatur umschlägt. Vorzugsweise
werden dabei organische Farbstoffe mit Großmolekülen
verwendet. Dem liegt folgender Vorgang zugrunde:
Bei Erreichen
der Temperaturgrenze in Anwesenheit von Sauerstoff wird das Großmolekül
gespalten. Es entsteht ein Substitutionsprodukt mit anderen Farben.
Solche Temperaturgrenzen können z. B. bei 45 Grad Celsius
oder 80 Grad Celsius liegen.
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Die
Farbänderungen erfolgen z. B. von gelb nach rot und violett
oder von violett über grün nach gelb.
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Solche
organischen Farben sind wegen ihrer Instabilität sonst
wirtschaftlich unbedeutend.
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Wahlweise
findet eine instabile Farbschicht aus Anwendung, deren Instabilität
bei 40 bis 80 Grad Celsius liegt.
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Wahlweise
besteht die instabile Farbschicht aus einem Polyisobuthylen. Je
nach Beschaffenheit des Polyisobuthylens ist die Instabilitätstemperatur
anders. Im wesentlichen ist dabei das Molekulargewicht (Mol-Gew)
maßgebend. Das Molekulargewicht (auch als Molekularmasse
bezeichnet) ist die Masse eines Moleküls, bezogen auf das
Kohlenstoff-Isotop 12C. Vorzugsweise werden
Mischungen mit mindestens einem Polyisobuthylen und einem Polyisobuthylen
anderen Molekulargewichts verwendet. Dabei ist der Abstand beider Gewichte
mindestens 10.000 D (Einheit Dalton), vorzugsweise mindestens 30.000
D und noch weiter bevorzugt mindestens 50.000 D. Dabei kann das
eine Polyisobuthylen so gewählt werden, daß seine
Instabilitätstemperatur unterhalb der Schrumpftemperatur
liegt, während die andere Instabilitätstemperatur
so ausgewählt werden kann, das seine Instabiltätstemperatur über
der Schrumpftemperatur an der Grenze der Warmfestigkeit des PE liegt.
Es kann auch ein Polyisobuthylen mit einer Instabilitätstemperatur
gewählt werden, die anderen Funktionen genügt.
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Wahlweise
kann die Farbschicht zugleich eine Klebeschicht bilden.
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Im
Schadensfall kann die Muffe geöffnet und kontrolliert werden,
ob die erforderlichen Temperaturen eingehalten worden sind und ob
eine ausreichende Dichtwirkung entstanden ist. Bei Leckagen hat
der Luftsauerstoff Zutritt zu dem Schmelzkleber. Desgleichen ist
bei mangelnder Spülung ein Restsauerstoff im Bereich des
Schmelzklebers vorhanden und kann in Reaktion mit dem Sauerstoff
eine Farbänderung entstehen, welche die Undichtigkeit anzeigt.
Hier ist die Auslegung der Instabilitätstemperatur auf
die Schrumpfungstemperatur bzw. auf die Temperatur des Spülgases
zweckmäßig.
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Zum
Beispiel entsteht eine Farbschicht, die zugleich Klebeschicht ist,
durch Zumischung von Hartparaffin und Balsamharz. Eine geeignete
Mischung kann swie folgt zusammengesetzt sein:
Polyisobuthylen
(50.000 Mol.Gew) mit 30 bis 70 Gew.-%
Polyisobuthylen (10.000
Mol.Gew) mit 30 bis 55 Gew.-%
Hartparaffin (mit einem Schmelzpunkt
von 80 Grad Celsius) mit 10 Gew.-%
Balsamharz (Kolophonium
mit einem Schmelzpunkt von 105 Grad Celsius) mit 5 Gew.-%
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Die
oben beschriebenen Gew.-% beziehen sich auf die Gesamtmischung.
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In
der Mischung bildet das Hartparaffin ein Gleitmittel.
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Das
Balsamharz erhöht die Haftwirkung des Klebers.
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Mit
der oben beschriebenen Mischung lassen sich Haftwerte erreichen,
wie sie in DIN-EN 10285 für einen 3-Schichtenschutz gefordert
werden.
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Es
können auch Schrumpfmuffen mit Kaltklebefähigkeit
eingesetzt werden. Dann fällt die Gefahr von Schäden
aus übermäßiger Erwärmung weg.
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Bei
Kaltklebefähigkeit werden die Schrumpfmuffen vor dem Einsatz
mit einer Trennfolie/Schutzfolie an den Klebeflächen versehen,
die bei dem Einsatz entfernt wird.
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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.
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Bevorzugtes
Inertisierungsmittel ist trockenes Stickstoffgas. Vorzugsweise wird
die Luft mit dem Inertgas bzw. Schutzgas ausgespült.
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Durch
Evakuieren und/oder Spülen wird verhindert, daß die
Schrumpfmuffe Korrosionspartner des Stahles einschließt.
Korrosionsgefahr geht dabei besonders von Luft aus.
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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.
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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.
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Wahlweise
wird die Schrumpfung gesteuert, so daß z. B. zuerst an
der Muffenmitte eine Schrumpfung einsetzt und die Muffenschrumpfung
sich zu den Muffenenden fortsetzt. Oder die Schrumpfung wird so
gesteuert, daß an einem Muffenenden eine Schrumpfung einsetzt
und die Schrumpfung sich dann zur Muffenmitte hin fortsetzt.
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Oder
es wird die Schrumpfung so gesteuert, daß sie an einem
anderen Punkt einsetzt und sich in andere Richtungen fortsetzt.
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Die
Steuerung kann dadurch erleichtert werden, daß an der Schrumpfmuffe
eine oder mehrere Zuleitungen und/oder eine oder mehrere Ableitungen
für das erwärmte Spülgas vorgesehen sind,
so daß das erwärmte Spülgas zunächst
an den Stellen eingetragen werden kann, an denen der Schrumpfvorgang
beginnen soll, und daß das erwärmte Spülmittel
anschließend an den Stellen zugeleitet werden kann, an
denen der Schrumpfvorgang mit Verzögerung einsetzen soll.
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Günstig
ist, wenn zu den verschiedenen Zuleitungen und/oder Ableitungen
verschiedene Leitungen führen, in den Schieber angeordnet
sind, mit denen eine schnelle und einfache Umleitung des erwärmten
Spülgases stattfinden kann.
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Die
Steuerung des Schrumpfvorganges kann auch ganz oder teilweise durch
unterschiedliche Erwärmung bzw. unterschiedlich warmes
Spülgas bewirkt werden.
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Bei
einer Temperaturregelung an dem für die Erwärmung
des Spülgases vorgesehenen Wärmetauscher kann
die oben beschriebene Anwendung eines Temperaturanzeigers an der
Schrumpfmuffe entbehrlich machen. Unabhängig davon behält
das Farbmaterial als Dokumentation richtigen Schrumpfens eine wesentliche
Bedeutung, wenn ein Farbmaterial verwendet wird, das nach Überschreiten
der Instabilitätsgrenze nicht mehr die ursprüngliche
Farbe annimmt, wenn es sich wieder abkühlt.
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Zum
Spülen sind entsprechende Eintrittsöffnung und
Austrittsöffnungen an den Schrumpfmuffen vorgesehen. Die Öffnungen
zum Spülen können an entfernten Stellen angeordnet
sein. Die Öffnungen können auch in geringer Entfernung
angeordnet werden.
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Vorzugsweise
finden sich Eintrittsöffnung am untersten Umkehrpunkt bzw.
an der Unterseite der Schrumpfmuffe und die Austrittsöffnungen
am höchsten Einbaupunkt bzw. am Scheitel der Schrumpfmuffe. Soweit
die Abzweigung den höchsten Punkt oder untersten Punkt
bildet, ist dort eine Austrittsöffnung bzw. eine Eintrittsöffnung
an der Schrumpfmuffe vorgesehen.
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Bei
liegender Abzweigung sind die Öffnungen wahlweise an dem
zur Abzweigung gehörigen Schrumpfmuffenteil und/oder an
dem zur Erdgasleitung gehörigen Schrumpfmuffenteil vorgesehen.
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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 Leitungsrohr 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 Verbindung.
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Vorteilhafterweise
kann die Dichtwirkung der Schrumpfmuffe, insbesondere die Dichtwirkung
an den Manschetten/Stutzen-Enden der Schrumpfmuffe durch fortdauerndes
Anliegen eines Unterdruckes kontrolliert werden. Dabei kann von
einer ausreichenden Dichtwirkung ausgegangen werden, wenn der angeliegende
Unterdruck sich ohne fortschreitende Saugung nicht mehr als ein
zulässiges Maß verändert. Das zulässige
Maß läßt sich mit wenigen Versuchen bestimmen.
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Der
Anschluß für die Spülgasleitung und/oder
für das Evakuieren kann durch geeignete Rohrstutzen gebildet
werden. Günstig sind Rohrstutzen an der Schrumpfmuffe,
die eine Klemmverbindung oder auch eine Schraubverbindung erlauben.
Solchermaßen vorbereitete Anschlüsse verkürzen
die Arbeitszeit für die Schrumpfverbindung erheblich, so
daß ihr baulicher Aufwand weit überkompensiert
wird.
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Für
den Anschluß der Spülgasleitung können
auch einfache Öffnungen an den Schrumpfmuffen vorgesehen
sein. In die Öffnungen können die Spülgasleitungen
gesteckt werden.
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Desgleichen
können die Evakuierungsleitungen mit geeigneten Öffnungen
in den Schrumpfmuffen zusammen wirken.
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Wahlweise
handelt es sich bei den Öffnungen auch um Schlitze.
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Nach
dem Spülen und/oder Evakuieren werden die Öffnungen
geschlossen, um ein Eindringen von Korrosionspartnern zu verhindern.
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Bei
den beschriebenen Stutzen läßt sich ein Verschluß ebenso
leicht und schnell bewirken wie beim Anschluß der Leitungen.
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Bei
den Öffnungen, auch bei den Schlitzen, sind vorzugsweise
geeignete Lappen an den Schrumpfmuffen vorgesehen, mit denen sich
die Öffnungen abdecken lassen. Die Lappen werden dann auf
den Öffnungen verklebt oder verschweißt.
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Mit
den Lappen und Schlitzen entsteht an den Schrumpfmuffen eine Bauweise,
die einem Briefverschluß ähnlich ist.
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Vorzugsweise
werden die Stutzen und die Schlitze vor dem Schließen mit
einem Dichtmittel gefüllt. Besonders geeignete Dichtmittel
sind dabei Kleber.
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Der
Kunststoffmantel über der EP-Schicht und dem PE-Kleber
besteht wahlweise aus Polyethylen (PE) oder Propylen (PP) bzw. aus
anderen Thermoplasten. Als andere Thermoplaste kommen z. B. LDPE
(PE geringer Dichte), MDPE und HDPE (PE hoher Dichte) in Betracht.
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Aus
dem Gesamtsystem ergibt sich die Dichtungswirkung der Isolierung
gegen
Wasser, Sauerstoff und Kohlendioxid sowie gegen
Mechanische
Belastungen aus Erdbewegungen, Grundwasser und Verkehrslasten.
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Als
besonders günstig haben sich EP-Pulver mit einem Aushärtungsbereich
von 130 bis 200 Grad Celsius, vorzugsweise 160 bis 180 Grad Celsius,
erwiesen. Die Aushärtungszeit verringert sich mit zunehmender Aushärtungstemperatur.
Während bei 130 Grad Celsius noch mit 30 min Aushärtungszeit
gerechnet werden kann, verringert sich die Aushärtungszeit
bei 150 Grad Celsius Aushärtungstemperatur auf 10 min.
Bei 160 Grad Celsius kann eine Aushärtungszeit von 5 min
ausreichend sein, bei 180 Grad Celsius eine Aushärtungszeit
von 2 min.
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Die
Nachisolierungslänge der Rohrverbindung (Rohrende und Rohrstutzen)
beträgt bei obigen Beispielen vorzugsweise 100 mm bis 300
mm in axialer Richtung
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt.
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In
einer Erdgasleitung mit 3-Schichtenschutz ist nach 1 eine
Abzweigung vorgesehen.
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Dazu
ist die Ergasleitung im Ausführungsbeispiel unterbrochen
und ein werksseitig vorisoliertes Formteil 3 als T-Stück
eingesetzt worden. Das T-Stück besitzt zwei Rohrstutzen 4 und 5 zur
Verschweißung mit den Rohrenden 1 und 2.
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Ferner
besitzt das T-Stück einen Rohrstutzen 6 für
die Verschweißung mit dem Rohrende 10 der Abzweigleitung.
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An
den Schweißstellen
8,
7,
9 ist
eine Nachisolierung wie nach einem älteren Vorschlag der
EP 3015330.8 vorgesehen.
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Die
zugehörigen Schrumpfmuffen 11, 12, 13 sind
gestrichelt dargestellt.
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Das
Formteil ist werkseitig mit der gleichen Isolierung versehen worden
wie die Rohre der Enden 1, 2 und 10.
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Nach 2 sind
in der Ergasleitung Krümmer vorgesehen.
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Mit 21 und 22 sind
zwei Rohrleitungsenden mit einem 3-Schichtenschutz aus Kunststoff
bezeichnet, die durch zwei Krümmer 25 und 24 und
ein Paßstück 23 miteinander verbunden
sind. Die Krümmer sind vorisoliert. Die Vorisolierung ist
genauso aufgebaut wie die Isolierung der Rohrenden 21 und 22.
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Die
Krümmer besitzen gerade verlaufende Rohrstutzen, an denen
sie mit den Rohrenden
21 und
22 und dem Paßstück
23 verschweißt
sind. Die Rohrstutzen sind genau so lang gewählt, daß eine
gerade Rohrverbindung wie nach dem älteren Vorschlag
EP 3015330.8 erfolgen kann.
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Zu
der Rohrverbindung gehören jeweils Schrumpfmuffen, die
in 2 schematisch dargestellt und mit 27 bezeichnet
sind.
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In
einem nicht dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel
bilden die Krümmer 24 und 25 mit dem
Paßstück 23 gemeinsam ein Formstück,
das eine Vorisolierung besitzt, die sich unter Freilassung einer
für die Verschweißung ausreichenden Fläche über
die gesamte Länge des Formteiles erstreckt.
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3 zeigt
eine Systemskizze mit einem Wirbelsinterbecken. Das Becken ist mit 30 bezeichnet
und besistzt eine poröse Platte 33, welche von
unten aus einer Leitung 34 mit Warmluft angeblasen wird.
Die Warmluft verteilt sich durch die Platte zu einem gleichmäßig aufsteigenden
Strom und verwirbelt die in der Kammer befindlichen Partikel, so
daß ein Wirbelbett 31 entsteht.
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Die
Formstücke werden im Ausführungsbeispiel vor der
Behandlung in dem Wirbelbett gereinigt, durch Sandstrahlen oder
Glasstrahlen vorbehandelt und vorgewärmt.
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Für
einen gewünschten 3-Schichtenschutz aus EP, Kleber und
PE sind 3 Kammern 30 vorgesehen. In jeder Kammer sind andere
Partikel vorgesehen, entweder EP oder Kleber oder PE.
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Die
Formstücke werden nacheinander in die verschiedenen Kammern
getaucht, dort bewegt, herausgezogen und abgehängt. Überschüssige
Partikel lassen sich durch Rütteln und Abblasen entfernen.
Die gespeicherte Wärme läßt die Partikel
auf den Formstücken zu einem glatten, porenfreien Film
aufschmelzen.
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Nach 4 und 5 sind
in einem weiteren Ausführungsbeispiel drei Wirbelbetten 40 mit
ihren Kammern im Kreis um eine drehbeweglich angeordnete Vorrichtung 41 zur
Beschickung und Entnahme vorgesehen. Die Vorrichtung 41 besitzt
einen verlängerbaren Schwenkarm, mit dem die Formstücke
in die Wirbelbetten 40 eingehängt werden können
und auch wieder herausgezogen werden können.
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Im
Ausführungsbeispiel sind hinter den Wirbelbetten 40 Wärmekammern 42 vorgesehen.
Jede Wärmkammer besitzt ein wärmeisoliertes Gehäuse
mit einem hin- und her bewegbaren Deckel sowie mit einer Heitzeinrichtung.
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Vorteilhafterweise
läßt sich jedes Wirbelbett 40 und jede
Wärmkammer 42 im Ausführungsbeispiel
individuell einstellen. Es kann daher mit einer beliebigen Wärmkammer 42 zur
Vorwärmung eines Formstückes begonnen werden.
Dabei wird das Formstück von der Vorrichtung 41 bewegt,
das heißt, in die Wärmkammer eingehängt
und nach ausreichender Vorwärmung herausgenommen, um das
Formstück anschließend in ein Wirbelbett 40 mit
Partikeln aus EP einzutauchen. Im Ausführungsbeispiel geschieht
das für eine Dauer von 5 bis 6 sec bei einer Temperatur
von 100 Grad Celsius. In anderen Ausführungsbeispielen
ist die Temperatur je nach Beschaffenheit des EP höher
oder niedriger. Desgleichen wird die Behandlungsdauer in Abhängigkeit von
der Beschichtungsdicke langer oder kürzer gewählt.
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Nach
der gewünschten EP-Beschichtung wird das Formstück
aus dem EP-Wirbelbett herausgenommen und einer weiteren Wärmkammer
zugeführt, in der die richtige Vorwärmung für
eine Kleberbeschichtung im weiteren Wirbelbett eingestellt wird.
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Die
Beschichtung im Kleberwirbelbett erfolgt bei 150 Grad Celsius wieder
5 bis 6 sec. Auch diese Beschichtung ist hinsichtlich der Temperatur
und der Dauer von dem Klebermaterial und von der Beschichtungsdicke
abhängig.
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Nach
ausreichender Kleberbeschichtung wird das Formstück von
der Vorrichtung 41 aus dem Kleber-Wirbelbett herausgenommen
und einer letzten Wärmkammer für die Vorwärmung
zur PE-Beschichtung zugeführt. Nach richtiger Vorwärmung
erfolgt die PE-Beschichtung in dem PE-Wirbelbett, das heißt,
dem mit PE-Partikeln betriebenen Wirbelbett. Die Beschichtung erfolgt
bei 250 Grad Celsius für eine Dauer von 5 min. Hinsichtlich
der Temperatur und der Behandlungsdauer gilt entsprechendes wie
für die EP-Beschichtung und die Kleberbeschichtung.
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6 zeigt
einen Rohrstutzen 40 eines Formteiles, das zur Beschichtung
mit EP an dem von der Isolierung frei zu haltenden Schweißrand
mit eine Teflon-Kappe 41 abgedeckt ist. Die Teflon-Kappe 41 besitzt
eine verschiebbare Hülse 42 aus gleichem Material.
Es handelt sich um eine teleskopierbare Kappe.
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An
dem Teflon haftet weder EP, noch der gewählte Kleber noch
PE.
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Beim
Eintauchen des Formstückes in das EP-Wirbelbett setzt sich
auf dem Formstück eine EP-Schicht 43 ab. Aus zeichnerischen
Gründen ist die Schicht wesentlich dicker als in Wirklichkeit
dargestellt. Die Schichtdicke ist im Ausführungsbeispiel
0,05 mm dick.
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Die
Dicke erhöht sich durch eine anschließende Kleberbeschichtung
auf 0,2 mm.
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Die 7 zeigt
den Rohrstutzen 40 in dem letzten Bearbeitungsschritt der
PE-Beschichtung. Dabei hat die EP-Schicht durch zwischenzeitlich
Kleberbeschichtung eine Verdickung auf ein Maß 43' erfahren.
Die Dicke beträgt im Ausführungsbeispiel 1,8 mm,
so daß die Gesamtdicke 2 mm beträgt.
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Aufgrund
obiger Schichtdicken ergibt sich für den beschriebenen
Dreischichtenschutz am Formstück ein Materialaufwand (einschließlich
Reinigung) von etwa EUR 9,50 pro Quadratmeter. Hinzu kommen bei
einem Jahresumsatz von 200.000 Formstücken Anlagenkosten
und Arbeitskosten von etwa 1 EUR pro Quadratmeter.
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Nach 7 ist
die Hülse 42 in eine Stellung 42' vorgeschoben
worden. Damit wird ein Streifen der bisherigen Beschichtung 43 bzw. 43' abgedeckt
und bildet sich der Rand der PE- Beschichtung im PE-Wirbelbett in
größerem Abstand von der Rohrstutzenkante als
der Rand der bisherigen Beschichtung 43 bzw. 43'.
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Zugleich
bildet sich an dem Rand der PE-Beschichtung eine Schräge
aus, wie sie als Böschung in der Norm für abisolierte
Rohrenden gefordert wird. Die Schräge ist das Abbild einer
Schräge an der korrespondierenden Kante der Hülse 43.
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Vorteilhafterweise
entstehen auf obigem Wege Rohrstutzenden mit freiem Schweißrand,
wie er auch durch normgerechtes Abisolieren vollflächig
beschichteter Rohrstutzen entsteht.
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Während
dieser Schweißrand durch die erfindungsgemäße
Verfahrensweise ohne nennenswerten Mehraufwand entsteht, wäre
ein normgerechtes Abisolieren dagegen mit einigem Aufwand verbunden.
Hinzu kommt, daß bei der erfindungsgemäßen
Verfahrensweise keine Gefahr einer Beschädigung der EP-Schicht besteht,
während bei einem herkömmlichen Abisolieren mit
schlechtem Werk eine deutliche Schadensgefahr entsteht, verbunden
mit der Gefahr einer Unterrostung der Isolierung an den Schnittkanten.
Die Folgen wäre die eingangs geschilderten Korrosionsprobleme.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0213061 [0008]
- - EP 03015330 A [0090]
- - EP 0309597 A [0090]
- - DE 33335502 C [0090]
- - GB 1078559 A [0090, 0090]
- - US 3415287 A [0090]
- - US 6294597 B1 [0090]
- - EP 3015330 [0255, 0260]