DE4320361C2 - Verfahren zur Herstellung eines korrosionsgeschützten gewellten Metallrohres - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines korrosionsgeschützten gewellten Metallrohres gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und die Verwendung des mit dem Verfahren hergestellten Metallrohres.

Es ist bekannt, aus einem längseinlaufenden Metallband durch allmähliches Längsformen ein Schlitzrohr herzustellen, den Längsschlitz zu verschweißen und anschließend das geschweißte Rohr mit einer schraubenlinienförmigen Wellung zu versehen. Dabei werden die beiden aneinanderliegenden Bandkanten im elektrischen Lichtbogen unter Schutzgasatmosphäre geschmolzen, wobei eine Stumpfnaht entsteht. Für eine einwandfreie Schweißnaht ist es erforderlich, das Metallband vor dem Schweißen zu reinigen. Bei dem bekannten Verfahren wird zu diesem Zweck Tri- oder Perchlorethylen verwendet. Das geschweißte Rohr wird dann in einer Vorrichtung gewellt, bei welcher in einem drehangetriebenen Wellerkopf eine Wellerscheibe frei drehbar und exzentrisch zur Rohrlängsachse gelagert ist, die sich auf der Rohroberfläche abwälzt und dabei die Rohrwandung in Form einer Schraubenlinie verformt. Durch die Wellung wird dem Metallrohr nicht nur eine gute Biegsamkeit, sondern in radialer Richtung ein erhöhter Widerstand gegen Verformung zuteil. Zum sicheren Schutz gegen Korrosion wird das Metallrohr mit einer Masse auf Bitumenbasis und einer darübergelegenen Kunsthülle umgeben. (Fachprospekt "Uniwema-Maschine und Zubehör" der Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte AG) Das bekannte Verfahren und das nach diesem Verfahren hergestellte Wellrohr weisen unzählige Vorteile, leider jedoch einige Nachteile auf.

So dürfen die für die Bandreinigung verwendeten halogenierten Kohlenwasserstoffe in Zukunft nicht mehr bzw. nur unter erschwerten Auflagen verwendet werden. Geeignete Ersatzstoffe sind noch nicht erprobt.

Der auf das gewellte Metallrohr aufgebrachte Korrosionsschutz aus Bitumen und einem extrudierten Kunststoffmantel ist kostspielig in der Herstellung, verringert die Biegsamkeit des Rohres und erhöht den Außendurchmesser und verringert dadurch die auf einer Kabeltrommel transportierbare und damit in einem Stück verlegbare Länge. So beträgt beispielsweise bei einem Außendurchmesser des Wellrohres von ca. 250 mm die Wanddicke ca. 1 mm, die Menge des Korrosionsschutzmittels, welches im wesentlichen nur das Wellental ausfüllt, entspricht einer Wanddicke von 0,5 mm und die Wanddicke des Kunststoffmantels beträgt 5,0 mm.

Aus der DE 36 35 515 A1 ist ein gewelltes Metallrohr bekannt, bei welchem der Kunststoffmantel der Form der Wellung folgt, um das Rohr flexibler zu machen. Das Anliegen an die Wellung soll dadurch erreicht werden, daß zwischen dem Wellrohr und dem extrudierten Kunststoffmantel ein Unterdruck erzeugt wird oder der noch plastisch verformbare Kunststoffmantel durch äußere Druckeinwirkung in die Wellentäler eingeformt wird. Eine andere Methode besteht darin, daß ein Gießharz auf Polyurethanbasis auf die Wellrohroberfläche gesprüht wird. Weiterhin wird vorgeschlagen, das Wellrohr mit einer oder mehreren Bandlagen zu umwickeln. Alle diese Lösungsvorschläge haben sich nicht durchsetzen können.

Der Erfindung lag von daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit welchem korrosionsgeschützte Metallwellrohre in nahezu unbegrenzter Länge unter umweltfreundlichen Bedingungen in einem Arbeitsgang wesentlich kostengünstiger hergestellt werden können.

Diebe Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren gelöst.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die den Kunststoffmantel bildende Schicht nicht auf ein gewelltes Rohr sondern auf ein ebenes Metallband aufgebracht wird. Dadurch wird die Haftung zwischen dem Metallrohr und dem Kunststoffmantel wesentlich verbessert. Völlig überraschend hat sich gezeigt,, daß durch das Laserschweißen die Kunststoffschicht nur über einen sehr eng begrenzten Bereich zerstört wird und daß die Kunststoffschicht den Wellvorgang nicht behindert und auch beim Wellen nicht zerstört wird. Eine Veränderung der Wanddicke des Kunststoffmantels tritt ebenfalls nicht ein. Auf eine aufwendige Bandreinigung sowie auf große Extruder, die bisher für das Extrudieren des Kunststoffmantels erforderlich waren, kann verzichtet werden. Copolymere haben die vorteilhafte Eigenschaft, daß sie sowohl auf Metalloberflächen als auch auf Kunststoffoberflächen sehr gut haften. Es ist deshalb nicht unbedingt erforderlich, die korrosionsschützende Schicht vollständig aus einem Copolymer herzustellen, sondern einen Schichtaufbau aus einem Copolymer und einem geeigneten Polyolefin auszuwählen, wobei die Copolymerschicht als Haftvermittler zwischen der Metalloberfläche und der Polyolefinschicht dient. Das für die Erfindung benötigte beschichtete Metallband läßt sich in einfacher Weise durch Kaschieren herstellen.

Wesentlich ist, daß die von dem Rohr geforderten Festigkeitswerte von dem Metallrohr aufgebracht werden, die Kunststoffschicht fungiert nur als Korrosionschicht und in geringem Maße auch als mechanische Schutzschicht. Dennoch wird durch die Sandwichkonstruktion eine Verringerung der Wanddicke des Metallrohres um ca. 10 bis 20% möglich. Auch die Kunststoffschicht kann gegenüber dem bisher verwendeten Kunststoffmantel wesentlich dünner gewählt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 1 bis 7 und die Verwendung des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Rohres in den Ansprüchen 8 bis 11 erfaßt.

Die Erfindung ist anhand der in den Fig. 1 bis 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt eine Anlage, mit welcher das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft durchgeführt werden kann.

Von einer Vorratsspule 1 wird kontinuierlich ein kunststoffbeschichtetes Metallband 2 abgezogen und in einer Formeinrichtung 3 zu einem Schlitzrohr 4 geformt. Das Metallband 2 wird so von der Vorratsspule 1 abgezogen, daß die Kunststoffbeschichtung die äußere Oberfläche des Schlitzrohres 4 bildet.

Als Werkstoff für das Metallband 2 sind Stahl, Edelstahl, Kupfer oder Aluminium besonders vorteilhaft einsetzbar. Die Kunststoffbeschichtung besteht zweckmäßigerweise aus einem Copolymer, vorzugsweise einem Copolymer des Polyethylens. Copolymere haften besonders gut auf der Oberfläche von Metallen. Die Kunststoffbeschichtung kann aus Copolymer allein bestehen oder aber aus einem anderen geeigneten Kunststoff, wobei dann eine dünne Copolymerschicht als Kleberschicht zwischen der Metalloberfläche und dem Kunststoff vorgesehen ist. In dem letztgenannten Fall wird Polyethylen als vorteilhaftes Kunststoffmaterial angesehen.

Das Schlitzrohr 4 gelangt nach der Formvorrichtung 3 in eine Schweißvorrichtung 5, in welcher der Längsschlitz des Schlitzrohres 4 verschlossen wird. Bei der Schweißvorrichtung handelt es sich um eine Laserschweißvorrichtung, die eine eng begrenzte Schweißnaht erzeugt. Die Laserschweißvorrichtung 5 ist vorzugsweise ein Halbleiterlaser, der fokussiert wird, wobei der Brennpunkt etwas oberhalb der Schweißnaht liegt. Die Laserschweißvorrichtung 5 ist so ausgestaltet, daß der Laserstrahl dem Verlauf des Längsschlitzes am Schlitzrohr 4 folgt.

Infolge der durch den Laser zugeführten Energie wird die Kunststoffschicht oberhalb der Schweißnaht zerstört. Die Breite des Bereiches, in dem die Kunststoffschicht entfernt ist, beträgt nur ca. 1-2 mm. Je nachdem, welches Metall verschweißt wird, mit welcher Geschwindigkeit das Rohr abgezogen wird, wo der Brennpunkt des Laserstrahls liegt, welches Kunststoffmaterial verwendet wird, wird entweder der Kunststoff die Lücke von selbst schließen, wenn er noch flüssig ist, oder es muß die Lücke durch besondere Maßnahmen geschlossen werden. Beispielsweise kann ein nicht dargestellter schmaler Streifen in den Spalt eingelegt und dort verschweißt werden. Oder es kann ein Faden aus flüssigem Kunststoff in den Spalt eingelegt werden.

Das geschweißte, außen mit einer Kunststoffschicht versehene Rohr 6 wird von einem sogenannten Spannzangenabzug 7 gefaßt, der aus einer Vielzahl von das Rohr 6 fassenden und wieder freigebenden Spannzangenpaaren 8 besteht, die an einer endlosen angetriebenen Kette befestigt sind. Hinter dem Spannzangenabzug 7 gelangt das Rohr 6 in eine Wellvorrichtung 9, in welcher die kunststoffbeschichtete Rohrwandung kontinuierlich eingedrückt und dabei die Wellung erzeugt wird. Eine solche Wellvorrichtung ist beispielsweise in der DE-PS 10 86 314 beschrieben. Das gewellte Rohr 10 wird anschließend auf eine Vorratsspule 11 aufgewickelt. Ein sogenannter Tänzer bzw. eine Führungseinrichtung 12 sorgen für gleichmäßige Aufwickelgeschwindigkeit und eine Führung des Rohres 10 auf die Spule 11.

Bei Verwendung des gewellten Rohres 10 als äußere Hülle für ein elektrisches Kabel, ein koaxiales Hochfrequenzkabel, ein Lichtwellenleiterkabel oder aber für ein wärmeisoliertes Leitungsrohr oder ein Sicherheitsrohr mit einem überwachten Zwischenraum zwischen zwei konzentrischen Rohren wird eine Kabelseele, ein Innenleiter, Lichtwellenleiter oder ein Innenrohr 13 von einer Vorratsspule 14 abgezogen und vor der Formeinrichtung 3 auf das Metallband 2 aufgelegt und von diesem umhüllt.

Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das geschweißte Rohr 6 im Bereich der Schweißvorrichtung 5.

Das Rohr 6 besteht aus einem Metallrohr 6a z. B. aus Stahl und einem Kunststoffrohr 6b, die fest miteinander verbunden sind.

Die Laserschweißeinrichtung 5 besteht aus der Laserkanone 5a und einer Linse 5b, die so eingestellt ist, daß der Brennpunkt F oberhalb der Schweißnaht 6c des Rohres 6 gelegen ist. Durch den Laserstrahl wird das über der Schweißnaht 6c befindliche Kunststoffmaterial verbrannt. Die Verbrennungsprodukte werden durch eine nicht dargestellte Absaugung entfernt. Der eng begrenzte Spalt 6d, den der Laserstrahl in der Kunststoffschicht 6b erzeugt hat, wird unmittelbar hinter der Schweißvorrichtung 5 repariert, d. h. durch zusätzlich zugeführtes oder durch das angrenzende Kunststoffmaterial ausgefüllt.

Die Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch ein Rohrsystem aus zwei konzentrischen gewellten Rohren. Das Innenrohr 15 ist in dieser Figur nicht geschnitten. Es ist deutlich zu erkennen, daß das aus Metallrohr 6a und Kunststoffschicht 6b bestehende Außenrohr 6 schraubenlinienförmig gewellt ist, wobei die Kunststoffschicht 6b aufgrund ihrer guten Haftung an dem Metallrohr 6a der plastisch verformten Metallrohrwandung folgt.

Ein solches Rohrsystem könnte z. B. ein koaxiales Hochfrequenzkabel sein, wobei das Innenrohr 15 durch nicht dargestellte Abstandshalter konzentrisch zum Außenrohr 6 gehalten ist.

Ein anderer Verwendungszweck ist ein flexibles wärmeisoliertes Leitungsrohr zum Transport von Fernwärme, wobei das Innenrohr 15 das Mediumtransportrohr ist und das Außenrohr 6 den mechanischen Schutz bildet. Eine nicht dargestellte Schaumstoffschicht zwischen den Rohren 15 und 6 bildet bei einem solchen Rohrsystem die Wärmeisolationsschicht.

Als Beispiel werden folgende Abmessungen genannt:
Außendurchmesser des Außenrohres = 250 mm
Wanddicke des Metallanteils des Außenrohres = 0,9 mm
Wanddicke des Kunststoffanteils des Außenrohres = 3,0 mm

Von Vorteil ist es, wenn die Kunststoffschicht vernetzt ist. Dadurch werden die Abriebfestigkeit und andere mechanische Eigenschaften des Kunststoffs verbessert. Die Vernetzung kann dabei durch Vernetzen des Bandes oder aber durch Vernetzen der Kunststoffschicht auf dem Rohr nach dem Schweißen vorgenommen werden.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung eines korrosionsgeschützten gewellten Metallrohres, welches aus einem längseinlaufenden Metallband durch Formen des Metallbandes zu einem Schlitzrohr, Längsnahtverschweißen des Schlitzrohres und anschließendes Wellen des geschweißten Rohres hergestellt wird und an seiner äußeren Oberfläche mit einer das Metallrohr vor Korrosion schützenden Kunststoffschicht versehen ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale

• a) das Metallband wird zumindest an seiner die äußere Oberfläche des Metallrohres bildenden Oberfläche mit einer an der Metalloberfläche festhaftenden Schicht aus einem Copolymer versehen
• b) das Schlitzrohr wird durch Laserschweißung verschweißt
• c) die Copolymerschicht wird im Bereich der Schweißnaht wiederhergestellt
• d) das kunststoffbeschichtete Metallrohr wird kontinuierlich gewellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus dem Copolymer von einer Schicht aus einem Polyolefin überdeckt wird, wobei die Copolymerschicht als Kleberschicht zwischen dem Metallband und der Polyolefinschicht fungiert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Copolymer des Polyethylens und als Polyolefin ein Polyethylen verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke der Copolymerschicht und/oder der auf der Copolymerschicht befindlichen Polyolefinschicht im Bereich der Längskanten des Metallbandes größer ist und daß der Bereich der größeren Wanddicke nach dem Schweißen eingeebnet wird, wobei die durch das Laserschweißen entstandene Lücke geschlossen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lücke in der Copolymerschicht und/oder der Polyolefinschicht nach dem Schweißen durch einen Streifen aus Copolymer und/oder einem Polyolefin ausgefüllt und der Streifen mit der Metalloberfläche und den angrenzenden Kunststoffschichten verbunden wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Laserschweißen entstehenden Verbrennungsprodukte abgesaugt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymer und/oder das Polyolefin vernetzt ist.

8. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellten gewellten Metallrohres als Mantel für elektrische Kabel.

9. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellten gewellten Metallrohres als Hohlleiter oder Außenleiter eines Koaxialkabels zur Übertragung von Hochfrequenzenergie.

10. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellten gewellten Metallrohres als Außenrohr eines aus zwei gewellten konzentrisch zueinander angeordneten Metallrohren bestehenden Fernwärmeleitungsrohrs mit einer zwischen den Metallrohren befindlichen thermischen Isolationsschicht.

11. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellten gewellten Metallrohres als Außenrohr eines überwachbaren Rohrsystems aus zwei konzentrischen Wellrohren.