DE3531618A1 - Verfahren zum ummanteln eines stahlrohres - Google Patents

Verfahren zum ummanteln eines stahlrohres

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ummanteln eines Stahlrohres mit thermoplastischem Kunststoff, insbesondere Polyäthylen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE-PS 19 65 802 ist ein Verfahren zum Ummanteln von Stahlrohren mit thermoplastischem Kunststoff bekannt, wobei auf das gereinigte und auf 140-200°C erwärmte Stahlrohr zunächst eine Schicht aus härtendem Epoxyharz aufgetragen wird. Anschließend wird das in eine schraubenlinienförmige Bewegung versetzte Stahlrohr mit einem extrudierten Folienband aus einem Äthylencopolymerisat-Kleber und gleichzeitig darüber mit einem ebenfalls extrudierten Folienband aus Polyäthylen überlappend umwickelt. Während das Kleberband eine Breite hat, die mindestens dem Steigungsmaß der Schraubenlinienbewegung entspricht, hat das Folienband aus Polyäthylen eine Breite, die einem Mehrfachen des Steigungsmaßes entspricht, so daß die Dicke der aufgetragenen Polyäthylen-Schicht in gleicher Weise ein mehrfaches der Dicke des Polyäthylen-Folienbandes aus­ macht. Die einzelnen Lagen des Polyäthylen-Folienbandes ver­ schweißen vollständig miteinander. Nach der Umhüllung werden die Rohre mit Wasser gekühlt. Die in dieser Weise beschichte­ ten Stahlrohre besitzen einen ausgezeichneten Schutz vor äus­ seren Korrosionsangriffen. Ihre Oberfläche ist völlig glatt.
Bei der Verlegung von Offshore-Pipelines ist es erforderlich, die Stahlrohre mit einer zusätzlichen äußeren Beschichtung auf Betonbasis zu versehen, um den hydrostatischen Auftrieb der leeren Rohre durch zusätzliches Gewicht auszugleichen. Ander­ erseits werden die Rohre bei ihrer Verlegung insbesondere in tiefen Gewässern erheblichen Zugbelastungen ausgesetzt, die von den Haltevorrichtungen des Verlegeschiffes über die Umman­ telung in Form von Schubspannungen auf die Stahlrohre übertra­ gen werden. Unter diesen Bedingungen kommt es in Folge der ge­ ringen Haftung zwischen der Kunststoffisolierung und dem Be­ tonmantel häufig zu Gleitbewegungen und damit verbundenen Be­ triebsstörungen.
Zur Lösung dieser Problematik ist es bekannt, die Oberfläche des thermoplastischen Kunststoffmantels derartiger Stahlrohre mit einer wellenförmigen Profilierung, die einen Formschluß zwischen den beiden Umhüllungsanteilen gewährleistet, zu ver­ sehen. Diese Profilierung wird unter gleichzeitiger Anwendung von Druck und Wärme mit Hilfe von Spezialwerkzeugen, die das zu profilierende Rohr außen vollständig umfassen, abschnitts­ weise aufgeprägt (5th International Conference on the Internal & External Protection of Pipes, Paper A 1, Seite 1 bis 10).
Die Profilierung der Oberfläche des Kunststoffmantels hat dar­ über hinaus auch die Aufgabe, ein Abplatzen der Betonummante­ lung möglichst zu vermeiden, auch wenn diese infolge äußerer Einwirkungen Brüche aufweisen sollte.
Nachteile des bekannten Profilierungsverfahrens sind insbeson­ dere, daß die Profilierung in einem gesonderten Arbeitsvorgang mit zusätzlichem Arbeits- und Energieaufwand erfolgen muß und daß dazu ein teures Spezialwerkzeug benötigt wird, welches je­ weils nur für einen einzigen Rohrdurchmesser verwendbar ist. Profilierungen mit hinterschnittenen Flanken sind nach diesem Verfahren überhaupt nicht herstellbar, zumindestens nicht in kostenmäßig vertretbarer Weise.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Ver­ fahren zum Ummanteln von Stahlrohren dahingehend weiterzuent­ wickeln, daß Kunststoffummantelungen mit profilierter Ober­ fläche, die bei einer nachträglichen Beschichtung mit Beton eine gute Übertragbarkeit von Zugspannungen zwischen Kunst­ stoff- und Betonmantel sicher stellt, schnell und ohne großen maschinellen Aufwand hergestellt werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkma­ len des Patentanspruchs 1; vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 angegeben. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im Anspruch 10 und in den Un­ teransprüchen 11 und 12 gekennzeichnet.
Wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens ist zum einen, daß die Profilierung in einem Arbeitsgang mit dem Auftragen der Kunst­ stoffbeschichtung selbst erfolgt. Zum anderen werden für ver­ schiedene Rohrdurchmesser keine unterschiedlichen Werkzeuge benötigt.
Anhand der Fig. 1 bis 4, die verschiedene Formen der Mündungen einer erfindungsgemäß gestalteten Breitschlitzdüse im Schnitt zeigen, und des nachfolgenden Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.
In Fig. 1 ist die Mündung einer Breitschlitzdüse 1 im Schnitt dargestellt. Auf einer der beiden breiten Innenflächen 2 des im wesentlichen rechteckig geformten Mündungsquerschnitts sind drei nutförmige Vertiefungen 3 mit rechteckigem Querschnitt angeordnet. Die Höhe dieser Vertiefungen entspricht mindestens dem normalen Abstand der beiden breiten Innenflächen 2 des Mündungsquerschnitts, d. h. das durch diese Breitschlitzdüse 1 extrudierte Folienband weist Verdickungen auf einer seiner Flachseiten auf, die mindestens so groß sind, wie die Folien­ dicke im nicht verdickten Teil des Folienbandes. Die nutförmi­ gen Vertiefungen 3 sind derartig in der Nähe einer Schmalseite 5 des Mündungsquerschnitts angeordnet, daß die entstehenden Verdickungen auf dem Folienband beim überlappten Wickeln nicht von einer nachfolgenden Wickellage überdeckt werden.
Die Fig. 2 bis 4 zeigen ausschnittsweise in Vergrößerung Mündungsquerschnitte mit abgewandelten Querschnittsformen der nutförmigen Ausnehmungen, nämlich mit trapezförmigem oder im wesentlichen halbkreisförmigem Querschnitt 3 b bzw. 3 c. Beson­ ders hinzuweisen ist auf die trapezförmige Gestaltung in Fig. 2, durch die auf der Kunststoffummantelung eine Profilierung mit hinterschnittenen Flanken entsteht, in die sich die Betonum­ mantelung besonders gut verkrallen kann, so daß ein Abplatzen der Betonschicht weitestgehend ausgeschlossen ist. Derartige Hinterschneidungen lassen sich auch bei im Querschnitt recht­ eckig extrudierten Verdickungen erzielen, indem durch Anwen­ dung einer Anpreßrolle beim Umwickeln des Stahlrohres mit dem Folienband die Verdickungen in ihrer Höhe gestaucht werden, so daß sich ihre Seitenflächen ausbeulen. Die Verdickungen nehmen dabei im Querschnitt eine tonnenförmige Gestalt an. Das Stau­ chen selbst kann durch Veränderung der Anpreßkraft entlang der Rollenachse und/oder auch durch entsprechende Gestaltung der Rollenoberfläche (nutförmige Ausnehmungen im Bereich der Ver­ dickungen) erzielt werden.
Die Durchführung des Verfahrens sei an folgendem Ausführungs­ beispiel demonstriert:
Das auf einem Schrägrollgang schraubenlinienförmig (d. h. mit Längsvorschub) rotierende Stahlrohr von 1.000 mm Durchmesser durchläuft zunächst eine Stahldrahtstrahleinrichtung zur Rei­ nigung der Oberfläche und danach eine Heizeinrichtung, in der es z. B. durch Gasflammen oder induktiv auf Temperaturen von vorzugsweise 140-200°C erwärmt wird. Nach der Erwärmung des Rohres erfolgt die Aufbringung einer Epoxyharz-Schicht von 50 µm Dicke. Diese Grundschicht ist nicht unbedingt erforderlich, verbessert aber die Haftung der thermoplastischen Kunststoff­ schicht auf dem Stahlrohr. Die Epoxyharz-Schicht kann mit einer ortsfest angeordneten Spritzpistole aufgetragen werden. Unmittelbar anschließend wird auf die aushärtende Epoxyharz- Schicht zunächst ein extrudiertes Folienband aus Acryl-Äthy­ lencopolymerisat und dann ein ebenfalls extrudiertes Folien­ band aus Polyäthylen aufgewickelt. Vorzugsweise wird das Band aus Acryl-Äthylencopolymerisat zwischen Polyäthylenband und der mit Epoxyharz versehenen Rohroberfläche in der Weise ein­ geführt, daß die Folienränder auf einer Seite zur Deckung kom­ men. Das Folienband aus Acryl-Äthylencopolymerisat wird mit einer Breite von 150 mm und einer Dicke von 0,4 mm extrudiert und durch Recken in Extrusionsrichtung auf etwas über 100 mm Breite und 0,25 mm Dicke gebracht, bevor es auf das Stahlrohr aufgewickelt wird. Das Polyäthylen- Folienband wird vor dem Wickeln von 1.000 mm × 1,0 mm auf 600 mm × 0,5 mm gereckt. Die Steigung des schraubenlinienförmigen Wickelvorgangs beträgt 100 mm, so daß die Kleberschicht 0,25 mm und die Polyäthylen- Schicht 3 mm (in Folge 6-fach überlappten Wikkelns) dick wird. Im Bereich eines etwa 100 mm breiten Streifens an dem Rand des Polyäthylen-Folienbandes, der nicht von nachfolgenden Poly­ äthylenlagen überdeckt wird, weist die gereckte Polyäthylen- Folie auf der der Rohroberfläche abgewandten Seite in gleichem Abstand voneinander 10 etwa 2 mm breite und 1 mm hohe strei­ fenförmige Verdickungen mit rechteckigem Querschnitt über die gesamte Länge des Folienbandes auf. Nach der Aufbringung der Ummantelung wird das Rohr mit Wasser gekühlt. Die Aufbringung der frisch extrudierten Schicht erfolgt bei einer Wärme. Das so ummantelte Stahlrohr, dessen Kunststoffmantel hervorragende Haftungseigenschaften aufweist, zeigt eine Oberfläche, die durch schraubenlinienförmig um das Rohr herum verlaufende Ver­ dickungen mit einem mittleren Abstand von 10 mm, einer Breite von 2 mm und einer Höhe von 1 mm profiliert ist. Diese Profi­ lierung bietet für die nachfolgende Betonummantelung einen guten Formschluß und damit eine sichere Haftung zwischen Beton- und Kunststoffmantel.

Claims (12)

1. Verfahren zum Ummanteln eines Stahlrohres mit thermopla­ stischem Kunststoff, insbesondere Polyäthylen, das nachfol­ gend mit einer außen liegenden Beschichtung auf Betonbasis versehen wird, wobei die Kunststoffummantelung durch schraubenlinienförmiges überlapptes Umwickeln des gereinig­ ten, auf Verarbeitungstemperatur erwärmten und mit einer Kleberschicht aus einem Athylencopolymerisat versehenen Stahlrohres mit einem extrudierten Folienband aufgebracht und das Stahlrohr danach abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Folienband mit mindestens einer streifenförmig über die gesamte Länge des Folienbandes verlaufenden Verdickung extrudiert wird, wobei die Verdickung oder Verdickungen auf einer Breite, die dem Steigungsmaß der Schraubenlinienbewe­ gung des Wickelvorgangs entspricht, an dem Rand des Folien­ bandes angeordnet sind, der nicht von einer nachfolgenden Lage des Folienbandes überlappt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickungen in der Weise extrudiert werden, daß sie sich mindestens um eine solche Höhe über dem Folienband erheben, die der sonstigen Dicke des Folienbandes ent­ spricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickungen im Querschnitt etwa halbkreisförmig extrudiert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickungen im Querschnitt rechteckig extrudiert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickungen im Querschnitt trapezförmig extrudiert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickungen mit von außen gesehen als Hinter­ schneidungen ausgebildeten Seitenflächen extrudiert werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Breite der Verdickungen kennzeichnende Abmessung (am Fuß bzw. am Kopf der Verdickungen) mindestens so groß wie ihre Höhe gewählt wird.
8. Verfahren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zweier unmittelbar nebeneinander liegender Verdickungen der Höhe der Verdickungen entsprechend gewählt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 4 oder nach Anspruch 4 und einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Umwickeln des Stahlrohres mit dem Folienband unter Anwendung einer zur Vermeidung von Lufteinschlüssen zwi­ schen den Folienlagen dienenden Anpreßrolle erfolgt, wobei zur Bildung von im Querschnitt tonnenförmigen Hinterschnei­ dungen an den Verdickungen durch Abstimmung der Anpreßkraft und/oder Veränderung des Rollendurchmessers entlang der Rollenachse die rechteckigen Verdickungen unter Ausbeulung ihrer Seitenflächen gestaucht werden.
10. Vorrichtung für die Erzeugung eines Folienbandes aus ther­ moplastischem Kunststoff zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Extruder und einer Breitschlitz­ düse mit im wesentlichen rechteckigem Mündungsquerschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mündung der Breitschlitzdüse (1) an einer ihren breiten Innenflächen (2) in der Nähe einer Schmalseite (5) mindestens eine nach außen hin offene, in Extrusionsrich­ tung verlaufende nutförmige Ausnehmung (3, 3 a, 3 b, 3 c) an­ geordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (3, 3 a, 3 b, 3 c) im Querschnitt recht­ eckig, trapezförmig oder halbkreisförmig ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die im Querschnitt trapezförmige Ausnehmung (3 a) hin­ terschnittene Seitenflächen (4) aufweist.
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