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Dokumentenidentifikation DE102005028537A1 04.05.2006
Titel Rohrverbindungen an geschweißten Abgängen von Erdgasleitungen aus Stahl
Anmelder Stucke, Walter, 40878 Ratingen, DE
Erfinder Stucke, Walter, 40878 Ratingen, DE
Vertreter Kaewert, K., Rechtsanw., 40593 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 19.06.2005
DE-Aktenzeichen 102005028537
Offenlegungstag 04.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.05.2006
IPC-Hauptklasse F16L 13/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F16L 41/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   F16L 59/18(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Nach der Erfindung wird an Erdgasleitungen aus kunststoffisoliertem Stahlrohr an einer Abzweigung ein vorisoliertes Formstück eingesetzt, so daß nur noch gerade Rohrverbindungen nachisoliert werden müssen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft das Nachisolieren von Stahlrohrverbindung und geschweißten Abgängen an kunststoffisolierten 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.

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.

Zur Vermeidung von Korrosion ist es deshalb üblich, Stahlrohre mit einer Isolierung zu versehen.

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.

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.

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.

Zur Beseitigung obiger Probleme geht die Erfindung 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. Zwischen dem Überlappungsbereich und dem zu verschweißenden Rohrende ist eine vollständige Abisolierung des Stahlrohres vorgesehen, um die Schweißstellen für den Schweißvorgang frei zu machen.

Nach dem Schweißen folgt das Reinigen der Schweißstelle. Für das Reinigen kommen diverse Verfahren in Betracht. Das schließt mechanische Verfahren wie das beschriebene Bürsten und Sandstrahlen oder Strahlen mit Stahlkugeln ein.

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 verschmolzen wird.

Die Aufbringung von pulverförmigem EP sieht vorzugsweise einen Korndurchmesser von 0,01mm 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.

Zur Gleichmäßigkeit trägt auch die Art des Pulverauftrages bei.

Vorzugsweise wird die Beschichtung so bemessen, daß eine glatte Oberfläche entsteht. Günstig ist es, das Pulver aufzustreuen und/oder aufzublasen. Dabei können Pulver und/oder Beschichtungsflächen vorgewärmt werden. Desgleichen kann mit einem erwärmten Trägergas zum Anblasen des EP-Pulvers gearbeitet werden. Trägergastemperaturen können zum Beispiel bis 60 Grad betragen.

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.

Die Erwärmung des Pulvers kann allein vom Trägergas verursacht werden. Es kann auch eine davon unabhängige Erwärmung mittels geeigneter Heizstrecken erfolgen.

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.

Es kommen auch andere Beschichtungsverfahren für das Aufbringen des EP-Pulvers in Betracht.

Die Aushärtung des EP erfolgt dann 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.

Die Schrumpfmuffe übergreift in der Isolierstellung beide miteinander verbundene Rohrenden. Dabei erstreckt sich die Schrumpfmuffe vorzugsweise bis über den beim Abisolieren stehen gebliebenen EP-Streifen auf die vom Abisolieren unberührte Rohrisolierung.

Die Anwendung der Schrumpfmuffe beschränkt sich bisher nur auf gerade Rohrverbindungen Für Abzweigungen gibt es keine Schrumpfmuffen.

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.

Die montierte Abzweigung kann danach gleichfalls mit einer als Schrumpfteil ausgebildeten Kappe oder dergleichen umschlossen werden.

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.

Wahlweise umfaßt die Schrumpfmuffe auch nur die Abzweigung. Dann kann in herkömmlicher Wicklung mit Isolierungsbändern ein Anschluß der Isolierung an das Leitungsrohr erfolgen.

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. Vorzugsweise erfolgt vor dem Schweißen und nach dem Schweißen eine Reinigung der Schweißflächen. Eine vorteilhafte Reinigung erfolgt mit Stahlstrahlung. Die Stahlstrahlung unterscheidet sich von der Sandstrahlung durch die Verwendung von Stahlkugeln anstelle von Sand.

Die Schrumpfmuffe wird anschließend über die Abzweigung und über die Schweißstellen gezogen und geschrumpft. Vorteilhaft ist, wenn die Schrumpfmuffe sich mit der Kunststoffisolierung überlappt. Das Überlappungsmaß beträgt vorzugsweise mindestens 10mm und vorzugsweise höchstens 50mm. Das Überlappungsmaß wird bei schräg verlaufenden oder bogenförmig verlaufenden Schnitten in der Kunststoffisolierung vom Schnittrand am Außenmantel an gerechnet.

Alternativ kann die Schrumpfmuffe vor dem Verschweißen über die Abzweigung geschoben werden. Zum Verschweißen der Rohrstöße werden die Enden der Schrumpfmuffe zurückgeschoben, um eine Beschädigung durch Schweißen zu verhindern. Nach dem Verschweißen können die Schrumpfenden wieder vorgeschoben werden und kann der Schrumpf beginnen.

Wahlweise ist auch ein Schweißen der Rohrenden unter der Schrumpfmuffe möglich. 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.

Die Schrumpfmuffen können einstückig sein oder aus einem oder mehreren Teilen zusammengesetzt werden.

Wahlweise können auch mehrere Schrumpfmuffen zu einer Gesamtschrumpfmuffe zusammengesetzt werden. Dabei ist vorzugsweise eine schlauchartige Schrumpfmuffe vorgesehen, die an 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 10mm und vorzugsweise höchstens 50mm.

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 üblich war. 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 Härter basiert auf einem 2-Komponentensystem. Die Komponenten werden auf der Baustelle zur Reaktion zusammengeführt.

Nach einem älteren Vorschlag ist auch bekannt, eine Abzweigung, einen Rohrbogen oder ein Rohrausgleichsstück/Paßstück mit gesintertem PE oder mit härtbarem Polyurethan zu beschichten. Vorher werden die zu isolierenden Stahlrohrfläche mit Drahtbürsten, Schleifscheiben und dergleichen Werkzeugen von Hand gereinigt.

Die Reinigung und Beschichtung geschieht oberhalb des Rohrgrabens oder im Rohrgraben.

Auch die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine vorteilhafte Isolierung an Abzweigungen, Rohrbögen und Ausgleichstücken zu schaffen.

Nach der Erfindung wird dies mit den Merkmalen der Patentansprüche erreicht. Dabei verläßt die Erfindung den vorgezeichneten Weg einer Nachisolierung an der Baustelle. Nach der Erfindung werden als Abzweigungen oder Rohrbögen oder Ausgleichsstücke Formstücke in der Werkstatt isoliert.

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.

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.

Im Sinne der Erfindung sind die aus Rohrstücken zusammen gesetzten Abzweigungen und Sonderformen gleichfalls Formstücke. Im weiteren wird nur von Formstücken gesprochen.

Nach der Erfindung besitzen die vorgesehenen Formstücke Rohrstutzen zur Verbindung mit den Rohrleitungen.

Die Rohrstutzen sind vorzugsweise so lang, daß die Verbindung der Formstücke mit der Rohrleitung wie eine gerade Rohrverbindung ausgeführt werden kann.

Zwischen den Rohrstutzen sind die Formstücke vollständig isoliert. An den Rohrstutzen werden die Formstücke mit den Rohrleitungen verschweißt. Die Schweißstellen werden gereinigt und nachisoliert. Zu der Nachisolierung gehören

  • 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

Im Unterschied zu herkömmlichen Isolierungen ergibt sich 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 Formstücke erhalten vorzugsweise eine Isolierung wie ein neu herzustellendes und zu isolierendes Rohr. Dabei kann die Herstellung 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.

Der Kunststoffmantel kann in üblicherweise aufgetragen werden, aber auch in Pulverform. Insgesamt reduziert das die Kosten.

Wegen der Einzelheiten der Isolierung von Geradeausverbindungen wird auf die EP03015330.8 A, auf die EP 0309597A, DE 33335502C, GB1078559A, GB 1078559A, US3415287A, US6294597B1 Bezug genommen.

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 Vorrichtungen, mit denen die Formteile gedreht werden können, um einen Materialauftrag aus immer gleicher Richtung zu ermöglichen. Wahlweise werden die Formteile von einem EDV-gesteuerten Roboterarm gehalten. 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 Rechnung zu tragen.

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. Wahlweise kann auch Siliziumdioxid und/oder Titandioxid in Mischung mit dem EP oder mit dem Material des Kunststoffmantels bzw. mit dem Material der Kunststoffmuffe oder dem Kleber Einsatz finden.

Wahlweise besitzt die Schrumpfmuffe Innenschichten, die ganz oder teilweise dem Schichtenaufbau unterhalb des Kunststoffaußenmantels im übrigen Bereich der Rohre entsprechen.

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.

Die Isolierung ist eine Mehrschichtenisolierung, vorzugsweise ein drei-Schichtenschutz

Der Kunststoff des Mantels wird wahlweise auf die Formteile aufextrudiert. Zum Aufextrudieren eignen sich das aus der Rohrisolierung bekannte Wickelverfahren. Bei der Rohrisolierung werden die Rohre unter einer Extrusionsdüse gedreht, aus der schmelzflüssiger Kunststoff austritt und sich auf dem Rohr ablegt. Die Extrusionsdüse ist eine Flachdüse, so daß der Schmelzestrang die Form eines Bandes hat. Das Band wird spiralförmig auf das Rohr gewickelt, so daß ein geschlossener Kunststoffmantel entsteht.

In Anwendung auf das Formteil ist eine überlappende Wicklung vorgesehen. Die Wicklung kann wegen der Abzweigung nur in geringem Umfang spiralförmig sein. Es kommen auch kreuzförmige Wicklungen in Betracht.

Zur Aufbringung des Kunststoffmantels eignet sich auch ein Aufschmelzeverfahren, wie es für das Aufbringen von EP-Pulver benutzt wird.

Das Siliziumdioxid und/oder Titandioxid ergänzt sich sehr vorteilhaft mit den bisher verwendeten Isolierstoffen.

Der Kunststoff gehört zur Kohlenstoff-Chemie.

Im periodischen System gehören die Kunststoffe zur Gruppe IV.

Beide Stoffe haben Doppelbindungen zwischen

-C=C-

Das bestimmt die chemischen Reaktionen mit sich und anderen Stoffen.

Das bestimmt auch den Energie-Umsatz in Netzwerkpotentialen.

Daher ergeben sich Reaktionen untereinander.

Aus einer Reaktion entsteht ein neuer Werkstoff.

Kunststoffe erfahren eine bedeutende Eigenschaftsnutzung.

Die Langzeitbenutzungsgröße von Kunststoffen liegt je nach Belastung zwischen wenigen Jahren und mehreren Jahrzehnten.

Danach ergibt sich ein deutlicher Eigenschaftsabfall.

Siliziumdioxid und Titandioxid gehören zur Phys.-Chemie.

Im periodischen System gehören Silikate zur Gruppe IV.

Es bestehen keine Doppelbindungen zwichen

-Si-Si-

Daher sind keine reinen chemischen Reaktionen mit anderen Stoffen zu erwarten. Siliziumdioxid zeigt bei Energiezufuhr eine besondere unterschiedliche Reaktionen. Es bilden sich je nach Energiezustand Kettenstrukturen, Flächenstrukturen und Blattstrukturen.

Es ist je nach Energiezustand mit einer Volumensvergrößerung entsprechend den physiklischen Gesetzes zu rechnen.

Zu den bedeutenden Eigenschaften gehört die Undurchlässigkeit gegen Kohlendioxid, der eine bedeutender Korrosionspartner bei herkömmlich isolierten Erdgasrohrleitungen aus Stahl ist.

Auch nach bei höherer Energiebelastung ist noch mit einer Dauerstandzeit von mehreren Jahrzehnten zu rechnen.

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.

Allgemein ist von Metakieselsäuren (H2SiO3)n und Metasilicaten (SiO3)n zu sprechen.

In dem Zusammenhang kommen vor:

Die Titandioxid-Chemie ist eine Ergänzung in beiden Chemie-Gruppen und trägt dazu bei, den Stahl zusätzlich zu schützen durch die Kristallform „Rutil" im Epoxiharz-Bindeverfahren zum Stahl.

Gleichzeitig steigt die Temperaturbelastbarkeit der Epoxiharzschicht bedeutungsvoll an.

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.

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.

Bei der Neuisolierung der Formteile wie auch bei der Nachisolierung Schweißstellen wird eine haftungsfreundliche Rohroberfläche angestrebt. Günstig sind gereinigte Oberflächen. Für das Reinigen kommen diverse Verfahren in Betracht. Das schließt mechanische Verfahren wie das beschriebene Bürsten und Sandstrahlen oder Strahlen mit Stahlkugeln ein. 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.

Die Aufbringung von pulverförmigem EP sieht vorzugsweise einen Korndurchmesser von 0,01mm bis 0,02 mm vor. Je kleiner der Korndurchmesser des Pulvers ist und je genauer die Aufschmelzung erfolgt, desto gleichmäßiger bildet sich eine EP-Schicht auf dem vollständig abisolierten Rohrende aus.

Korngrößen kleiner oder gleich 0,005 mm werden jedoch nach Möglichkeit vermieden, wenn die beteiligten Mannschaften mit dem Pulver in Berührung kommen können. Bei solch kleinkörnigem Pulver wird eine Belastung der Lungen befürchtet. Sofern dem nicht entgegengewirkt wird.

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.

Zur Gleichmäßigkeit trägt auch die Art des Pulverauftrages bei.

Günstig ist es, das Pulver aufzustreuen und/oder aufzublasen und/oder aufzuschleudern. Zum Aufschleudern wird auf die oben erwähnte Veröffentlichung Bezug genommen. Günstig ist die Verwendung eines Trägergases zum Aufbringen von Pulver.

Um die Nachisolierungsstellen herum kann auch ein Wirbelbett aufgebaut werden. Auch die Kombination verschiedener Verfahren kann von Vorteil sein, z.B. das Streuen von oben und das Schleudern von unten.

Beim Aufbringen können Pulver und/oder Beschichtungsflächen vorgewärmt werden. Desgleichen kann mit einem erwärmten Trägergas zum Anblasen des EP-Pulvers gearbeitet werden. Trägergastemperaturen können zum Beispiel bis 60 Grad betragen.

Die Erwärmung kann auch in anderer Form aufgebracht werden, zum Beispiel durch Heißgas und/oder durch Strahlung und/oder auf induktivem Wege. Die Strahlungswärme beinhaltet wahlweise eine Beaufschlagung mit Infrarotlicht.

Die Wärme kann von außen und/oder von innen aufgebracht werden.

Bei der Neuisolierung von Stahlrohren wird vorzugsweise die Wärme aus der Rohrherstellung zum Aufschmelzen und Aushärten der EP-Schicht genutzt.

Bei der Nachisolierung kann die Wärme induktiv im Stahlrohr erzeugt werden und hinsichtlich der Wärme eine ähnliche Situation wie bei der Neuisolierung entstehen. Wahlweise ist es auch möglich, die zum Aushärten von EP erforderliche Wärme durch andere Schichten, nämlich durch PE und Kleber, hindurch zuzuführen.

Für die Beschichtung ist eine Vorwärmung der Beschichtungsflächen und/oder eine Vorwärmung des Beschichtungsmaterials von Vorteil.

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.

Die Erwärmung des Pulvers kann ganz oder teilweise durch das Trägergas verursacht werden. Es kann auch eine davon unabhängige Erwärmung mittels geeigneter Heizstrecken erfolgen.

Aufgrund der Erwärmung des EP-Pulvers kann das EP-Pulver unmittelbar beim Auftreffen auf der Beschichtungsfläche kleben. Das Kleben der auftreffenden Pulverpartikel erleichtert die gleichmäßige Beschichtung.

Die Erwärmung wird so gesteuert, daß die Pulverpartikel auf der Stahloberfläche aufschmelzen.

Für die Beschichtung ist ferner die geringe Dicke der EP-Schicht günstig. Die Dicke beträgt 0, 01 bis 0,1 mm, vorzugsweise 0,04 bis 0,06 mm, noch weiter bevorzugt 0,05 mm.

Bei der geringen Schichtdicke ist die Kräfteverteilung günstig. Das erweichte EP verläuft zu einer Schicht, ohne abzutropfen. Nicht einmal Tropfnasen sind bei geringer Schichtdicke zu befürchten. Das gilt besonders, wenn Siliziumdioxid eingebaut wird. Dabei kann es günstig sein, das Material in Form von Flocken aufzubringen.

Das erfindungsgemäße Material hat sehr vorteilhafte thixotrope Eigenschaften.

Es kommen auch andere Beschichtungsverfahren für das Aufbringen des EP-Pulvers in Betracht. Zu den anderen Beschichtungsverfahren gehört 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.

Nach dem Aufschmelzen soll die EP-Schicht aushärten.

Die Aushärtung des EP erfolgt abhängig von der Materialbeschaffenheit. Das gilt zumindest für das EP-Material. Je nach EP-Material kann eine Glasübergangstemperatur von 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.

Die übliche Rohrisolierung erfolgt kontinuierlich. Dabei werden die genannten Aushärtezeiten von 30min aufgrund der Länge der Wärmebehandlungseinrichtungen und aufgrund des Verfahrens unproblematisch empfunden. Bei üblichem Verfahren ergeben sich genormte Eigenschaftswerte, welche einer Verfahrensänderung entgegenstehen.

Wie oben ausgeführt, hat das wärmetechnische Gründe, die unberücksichtigt bleiben können, wenn in erfindungsgemäßer Weise die Aushärtetemperatur erhöht und die Aushärtezeit verringert werden.

Etwas anderes gilt auch für die Nachisolierung. Bei der Nachisolierung bedingt eine so lange Aushärtezeit eine entsprechende Verweildauer der Mannschaft an der Nachisolierungsstelle. 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 20min, 10 min, 5min, sogar bis auf 2 min reduziert werden. Die Verringerung der Aushärtezeit ist auch unabhängig von der Frage der Nachisolierung für die Rohrisolierung von Vorteil, weil dadurch weniger Anlagevolumen für die Rohrisolierung erforderlich ist, weil auch weniger Energie für die Aushärtung eingebracht werden muß.

Die notwendige Erwärmung für die Aushärtung wird wahlweise in gleicher Weise wie für die Verschmelzung aufgebracht werden.

Es eignen sich auch andere Wärmequellen für die zum Aushärten notwendige Erwärmung. Wahweise kann die Erwärmung auch stufenweise erfolgen. Günstig ist eine erste Stufe mit einer Erwärmung auf eine Temperatur kleiner/gleich 65 Grad Celsius. Günstig ist auch eine zweite Stufe mit einer Erwärmung zwischen 160 bis 180 Grad Celsius.

Günstig ist auch eine Erwärmung auf eine Temperatur kleiner/gleich 180 bis 220 Grad Celsius.

Außerdem ist es günstig, die Wärme aus weiteren Bearbeitungsschritten für die Aushärtung des EP zu nutzen.

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.

Die Nutzung der Wärme nachfolgender Bearbeitungsvorgänge setzt voraus, daß diese Bearbeitungsvorgänge erfolgen, solange das EP noch nicht ausgehärtet ist.

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.

Zur Beinflussung der Aushärtung der EP-Schicht und/oder zur Beeinflussung des Schrumpfvorganges schließt sich der Schrumpfvorgang der Schrumpfmuffe vorzugsweise zeitlich möglichst dicht an die Bildung der EP-Schicht an. Dabei muß die Schrumpfmuffe nach Bildung der EP-Schicht über die Verbindungsstelle bzw. über die Abzweigstelle gezogen werden. Je nach Handhabung der Schrumpfmuffe kann es erforderlich werden, vor der Positionierung der Schrumpfmuffe zunächst eine ausreichende Festigkeit bzw. Eigenfestigkeit der EP-Schicht durch Abkühlung sicherzustellen, damit eine Berührung der Schrumpfmuffe keine Verletzung der EP-Schicht verursacht.

Nach der Positionierung der Schrumpfmuffe wird die Schrumpfmuffe auf Schrumpftemperatur erwärmt. Dabei ist es von Vorteil, die Muffe innen und außen zu erwärmen. Die Erwärmung von innen kann wahlweise mit Heißgas und/oder durch die noch warme EP-Schicht erfolgen. Es kommen auch andere Erwärmungsvorgänge in Betracht.

Die Schrumpftemperatur ist materialabhängig.

Die höhere Glasübergangstemperatur und die höhere Aushärtetemperatur sind bei dem EP von den Bausteinen/Bestandteilen des EP abhängig. Für harte EP-Schichten finden aromatische Dicarbonsäuren Verwendung. Für flexible EP-Schichten finden aliphatische Dicarbonsäuren Verwendung.

Günstig ist regelmäßig eine Stabilisierung des Makromoleküls. Dazu eignen sich besonders sekundäre Wasserstoffbrücken.

Die Glasübergangstemperatur ergibt sich als ein relativ geringes Temperatur-Intervall zwischen energieelastischem und entropieelastischem Verhalten. Die Übergangstemperatur dieser Veränderung ist die Veränderung des E-Moduls des Produktes und wird als Glasübergangstemperatur bezeichnet. Normalerweise liegt die Glasübergangstemperatur bei EP zwischen +20 und +40 Grad Celsius. In Sonderfällen liegt die Glasübergangstemperatur bei EP zwischen –100 und +100 Grad Celsius.

Wie oben beschrieben, kommt zusätzlich oder anstelle der EP-Schicht noch eine SiO2-Schicht auf dem Rohr in Betracht. Vor allem die zusätzliche Schicht trägt erheblichem zum Korrosionsschutz bei. Die SiO2-Schicht ist 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.

Es ist von Vorteil, als SiO2 überwiegend &agr;-Tridymit zu verwenden, welches in reiner Form bei 117 Grad Celsius schmilzt und sich in &bgr;-Tridymit umwandelt. Verunreinigungen des Tridymits führen zu einer Temperatur-Verschiebung, zumeist zu einer Erhöhung des Schmelzpunktes.

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.

Darüber hinaus kann eine vorteilhafte Kombination durch Reaktion mit der EP-Schicht bei einer Temperatur im Bereich von 130 bis 180 Grad Celsius erreicht werden. Das Siliziumdioxid ist für jede Aushärtetemperatur geeignet.

Die vorstehend beschriebenen Vorteile ergeben sich nicht nur bei der Nachisolierung sondern auch bei der Herstellung der Stahlrohre mit werksseitiger Isolierung der Stahlrohre, insbesondere in Ummantelungsformen.

Die Aufbringung des Siliziumdioxids kann wie die Aufbringung der EP-Schicht erfolgen. Günstig sind dabei Körnungen des Siliziumdioxids von 0,008 bis 0,03 mm.

Wahlweise werden das Siliziumdioxid und das Titandioxid im Pulver-Aufschmelzverfahren aufgebracht. Das Pulver wird vorzugsweise mit mindestens 50 Grad Celsius vorgetrocknet und vorgewärmt aufgetragen. Dabei schmilzt nicht das Siliziumdioxid sondern ein geeigneter Haftvermittler aus Kunststoff.

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.

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.

Zu den anwendbaren Vorrichtungen gehört auch ein Wirbelsinterbad. Zu dem Bad gehört ein Wirbelbett. Das Wirbelbett wird mit dem jeweils aufzubringenden Material erzeugt. Wahlweise wird das Material aus Keramikböden-Schubladen aufgegeben, die je nach Bedarf geöffnet und geschlossen werden. Das Material wird mittels eines Warmluftstromes von unten angeblasen und in Schwebe gehalten. 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.

Die entstandene Siliziumschicht bewirkt eine wesentliche Verbesserung des bekannten Schichtenschutzes an Stahlrohren.

Günstig ist dabei die Einhaltung einer Dünnschicht, bei der die Adhäsionskräfte der Partikel groß genug sind, um sie an der Rohroberfläche zu halten.

Für die 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.

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 &agr;-, &bgr;-, &ggr;-Tridymit und &agr;-, &bgr;-, &ggr;-Cristobalit.

Die übliche Erscheinungsform ist dabei der Quarz.

&agr;-Tridymit hat eine metastabile Form. Die Zusammenhänge sind in dem nachfolgenden Zustandsdiagramm für Siliziumdioxid dargestellt. Wahlweise lassen sich die unterschiedlichen Siliziumdioxide auch künstlich herstellen.

Die unterschiedlichen Vorkommen ermöglichen in einfacher Form eine Mischung von unterschiedlichem Siliziumdioxid.

Vorzugsweise ist eine Mischung aus Tridymit mit einem Umwandlungspunkt von 117 Grad Celsius und Cristobalit mit einem Umwandlungspunkt von 250 Grad Celsius vorgesehen.

Im Falle des Auftragens auf der EP-Schicht bildet das Siliziumdioxid auf der Innenseite der Kleberschicht eine eigenständige in sich geschlossene Schicht.

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.

Bei der beschriebenen Siliziumdioxid-Mischung hat der Mischungsanteil mit dem Umwandlungspunkt von 117 Grad Celsius vorzugsweise einen Anteil von 95 bis 99Vol% 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.

Jeder Mischungsanteil kann eine andere Korngröße bzw. ein anderes Kornband besitzen. Zum Beispiel kann der eine Mischungsanteil eine Korngröße von 0,008 bis 0,015 mm und der andere Mischungsanteil eine Korngröße von 0,015 bis 0,03 mm besitzen.

Die Schichtdicke einer erfindungsgemäßen Siliziumschicht beträgt wahlweise 0,005 bis 0,02 mm.

Der Zustand des Siliziumdioxids in der Schicht ändert sich bei Erwärmung.

Bei einer Zustandsänderung mit Überschreitung eines höheren Umwandlungspunktes wird Energie aufgenommen und ggfs. gespeichert. Die Energie wird der Umgebungswärme oder einer elektrischen Ladung des Umfeldes entnommen. Dies wird im folgenden als höherer Zustand bezeichnet. Im höheren Zustand verbessern sich einige gewünschten Isolierungseigenschaften des Siliziumdioxids. Das heißt, unter Wärmebelastung und Strombelastung wird die Siliziumdioxidschicht noch besser, während sich herkömmliche Beschichtungen, die nur aus Thermoplasten bestehen, verschlechtern.

Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Isolierung nicht toxisch, so daß die Handhabung problemlos ist, desgleichen die Verlegung im Erdreich.

Auch beim Schweißen sind keine nachteiligen Folgen für die Rohrverleger oder für die Umwelt oder für das Stahlrohr zu erwarten, wenn die Siliziumdioxidschicht der Schweißwärme ganz oder teilweise ausgesetzt wird.

Die Siliziumdioxid bleibt bis zum Schmelzpunkt stabil, der bei reinem Siliziumdioxid bei 1700 Grad Celsius liegt.

Weitere Vorteile ergeben sich durch die Trocknung des Siliziumdioxids. Aufgrund entsprechenden Trocknungsgrades reduziert sich ein möglicher Volumenschrumpf. Vorzugsweise wird die Trocknung so weit getrieben, daß die Volumensvergrößerung bei einer Zustandsänderung bzw. Änderung der Konfigurationsstufe den Schrumpf stets überwiegt.

Durch den vernachlässigbaren Schrumpf werden Spannungen vermieden.

Ganz besondere Vorteile ergeben sich gegenüber der Belastung der Isolierung aus Bremsströmen bzw. Streuströmen. Die Siliziumdioxidschicht hat nämlich eine ähnliche Dielektrizitätsgröße wie PE. Dadurch wird in dieser Hinsicht die bisherige Isolierung wesentlich gesteigert, wobei die Standzeit der Siliziumschicht wesentlich länger als die Standzeit von PE oder anderem Kunststoff ist.

Im 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 Härter 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.

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 Korriosionspartner: Wasser, Kohlendioxid, Sauerstoff und Wasserstoff. Im Vergleich zu einem Schichtenschutz gemäß dem älteren Vorschlag nach der EP138289A2 ergeben sich mit einer Siliziumdioxid/Titandioxidschicht folgende Aushärtetemperaturen und Härtezeiten.

Für die Nachisolierung der Schweißstellen ist es von Vorteil, die an der Schweißstelle aneinander stoßenden Rohrenden bzw. Rohrstutzen mit der Nachisolierung auf größerer Länge zu überlappen. Das gilt besonders für geringere Aushärtetemperatur. Die Überlappung kann zum Beispiel 50 bis 300 mm Länge je Rohrende besitzen.

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.

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.

Die Klebefähigkeit kann sich auf Schrumpfmuffenteile beschränken. Wahlweise ist nur der mit dem Anschlußflansch bzw. Anschlußstutzen korrespondierende Schrumpfmuffenteil klebefähig.

Bei der Klebung kann ein zusätzlicher Kleber zum Einsatz kommen. Vorzugsweise ist die Schrumpfmuffe aber selbst klebend, insbesondere nach Erwärmung auf Schrumpftemperatur. Die Erwärmung erfolgt wahlweise mit Warmluft. Die Warmluft kann elektrisch oder durch Verbrennung oder mit einer anderen Heizeinreichtung erzeugt werden. Vorzugsweise wird eine offene Flamme an der Kunststoffisolierung vermieden. Die Erwärmung kann auch durch Strahlung oder durch Berührung mit anderen Heizmitteln erzeugt werden.

Die richtige Erwärmung wird vorzugsweise mit einer Temperaturanzeige kontrolliert. 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.

Die Farbänderungen erfolgen z.B. von gelb nach rot und violett oder von violett über grün nach gelb.

Solche organischen Farben sind wegen ihrer Instabilität sonst wirtschaftlich unbedeutend. Wahlweise findet eine instabile Farbschicht aus Anwendung, deren Instabilität bei 40 bis 80 Grad Celsius liegt.

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.

Wahlweise kann die Farbschicht zugleich eine Klebeschicht bilden.

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.

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%

Die oben beschriebenen Gew% beziehen sich auf die Gesamtmischung.

In der Mischung bildet das Hartparaffin ein Gleitmittel.

Das Balsamharz erhöht die Haftwirkung des Klebers.

Mit der oben beschriebenen Mischung lassen sich Haftwerte erreichen, wie sie in DIN-EN 10285 für einen 3-Schichtenschutz gefordert werden.

Es können auch Schrumpfmuffen mit Kaltklebefähigkeit eingesetzt werden. Dann fällt die Gefahr von Schäden aus übermäßiger Erwärmung weg.

Bei Kaltklebefähigkeit werden die Schrumpfmuffen vor dem Einsatz mit einer Trennfolie/Schutzfolie an den Klebeflächen versehen, die bei dem Einsatz entfernt wird.

Im übrigen ist beim Setzen der Schrumpfmuffen von Vorteil, wenn der Innenraum zwischen Schrumpfmuffen und Stahlrohr bzw. Abzweigung vor dem Schrumpf evakuiert und/oder während des Schrumpfes mit einem Gas inertisiert wird.

Bevorzugtes Inertisierungsmittel ist trockenes Stickstoffgas. Vorzugsweise wird die Luft mit dem Inertgas bzw. Schutzgas ausgespült.

Durch Evakuieren und/oder Spülen wird verhindert, daß die Schrumpfmuffe Korrosionspartner des Stahles einschließt. Korrosionsgefahr geht dabei besonders von Luft aus.

Zur Kontrolle ausreichender Spülung kann in das austretende Spülgas eine offene Flamme gehalten werden. Bei Erlöschen der Flamme kann von einer ausreichenden Spülung ausgegangen werden.

Wahlweise wird der oben beschriebene Spülvorgang mit der Erwärmung der Schrumpfmuffe kombiniert. Dazu wird das Spülgas vor dem Eindringen auf die Schrumpftemperatur erwärmt. Das kann z.B. mit Hilfe eines geeigneten, beheizten Wärmetauschers erfolgen, durch den das Spülgas hindurchgeleitet wird. Die Beheizung des Wärmetauschers kann wie oben beschrieben erfolgen.

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.

Oder es wird die Schrumpfung so gesteuert, daß sie an einem anderen Punkt einsetzt und sich in andere Richtungen fortsetzt.

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.

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.

Die Steuerung des Schrumpfvorganges kann auch ganz oder teilweise durch unterschiedliche Erwärmung bzw. unterschiedlich warmes Spülgas bewirkt werden.

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.

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. 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.

Bei liegender Abzweigung sind die Öffnungen wahlweise an dem zur Abzweigung gehörigen Schrumpfmuffenteil und/oder an dem zur Erdgasleitung gehörigen Schrumpfmuffenteil vorgesehen.

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.

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.

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.

Für den Anschluß der Spülgasleitung können auch einfache Öffnungen an den Schrumpfmuffen vorgesehen sein. In die Öffnungen können die Spülgasleitungen gesteckt werden.

Desgleichen können die Evakuierungsleitungen mit geeigneten Öffnungen in den Schrumpfmuffen zusammen wirken.

Wahlweise handelt es sich bei den Öffnungen auch um Schlitze.

Nach dem Spülen und/oder Evakuieren werden die Öffnungen geschlossen, um ein Eindringen von Korrosionspartnern zu verhindern.

Bei den beschriebenen Stutzen läßt sich ein Verschluß ebenso leicht und schnell bewirken wie beim Anschluß der Leitungen.

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.

Mit den Lappen und Schlitzen entsteht an den Schrumpfmuffen eine Bauweise, die einem Briefverschluß ähnlich ist.

Vorzugsweise werden die Stutzen und die Schlitze vor dem Schließen mit einem Dichtmittel gefüllt. Besonders geeignete Dichtmittel sind dabei Kleber.

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.

Aus dem Gesamtsystem ergibt sich die Dichtungswirkung der Isolierung gegen

Wasser, Sauerstoff und Kohlendioxid sowie gegen

Mechanische Belastungen aus Erdbewegungen, Grundwasser und Verkehrslasten.

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.

Die Nachisolierungslänge der Rohrverbindung (Rohrende und Rohrstutzen) beträgt bei obigen Beispielen vorzugsweise 100 mm bis 300 mm in axialer Richtung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

In einer Erdgasleitung ist nach 1 eine Abzweigung vorgesehen. Dazu ist die Ergasleitung im Ausführungsbeispiel unterbrochen und ein Formteil 3 als T-Stück eingesetzt worden. Das T-Stück besitzt zwei Rohrstutzen 4 und 5 zur Verschweißung mit den Rohrenden 1 und 2.

Ferner besitzt das T-Stück einen Rohrstutzen 6 für die Verschweißung mit dem Rohrende 10 der Abzweigleitung.

An den Schweißstellen 8, 7,9 ist eine Nachisolierung wie nach einem älteren Vorschlag der EP 3015330.8 vorgesehen.

Die zugehörigen Schrumpfmuffen 11, 12, 13 sind gestrichelt dargestellt.

Das Formteil ist werkseitig mit der gleichen Isolierung versehen worden wie die Rohre der Enden 1, 2 und 10.

Nach 2 sind in der Ergasleitung Krümmer vorgesehen.

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.

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 3015330.8 erfolgen kann. Zu der Rohrverbindung gehören jeweils Schrumpfmuffen, die in 2 schematisch dargestellt und mit 27 bezeichnet sind.

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.


Anspruch[de]
  1. Stahlrohrleitung mit Kunststoffisolierung für den Transport flüssiger und gasförmiger Medien, insbesondere Erdgasleitungen, wobei die Kunststoffisolierung vorzugsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, noch weiter bevorzugt aus Polyäthylen und/oder Epoxyharz und/oder Siliziumdioxid und/oder Titandioxid und/oder Kleber besteht, wobei Formstücke vorkommen, die insbesondere als Abzweigung und/oder als Krümmer und/oder als Paßstücke dienen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer Abzweigung ein vorisoliertes Formstück in der Offenstelle einer Erdgasleitung und/oder der Offenstelle einer Abzweigungsleitung verschweißt wird, wobei die Enden der Erdgasleitung und/oder der Abzweigung gerade verlaufen und wobei die Enden der Formstücke gerade verlaufen, so daß nur gerade verlaufende Rohrstücke (7, 8, 9) an den Schweißstellen nachisoliert werden müssen, wobei eine mehrschichtige Isolierung an den Rohrenden Anwendung findet, die außen mit einer Schrumpfmuffe überspannt wird.
  2. Stahlrohrleitung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorisolierung in der Werkstatt.
  3. Stahlrohrleitung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung

    von gleichmäßigen, vorisolierten Formstücken und angepassten Offenstellen in der Rohrleitung bzw. der Abzweigungsleitung

    oder

    die Verwendung

    von gleichmäßigen, vorisolierten Formstücken mit Rohrstutzen, die den Offenstellen in der Rohrleitung bzw. der Abzweigungsleitung durch Ablängen angepasst werden

    oder

    die Verwendung

    von Formstücken, die vor dem Vorisolieren durch Ablängen der Rohrstutzen der Offenstelle in der Rohrleitung bzw. der Offenstelle in der Abzweigungsleitung angepasst werden.
  4. Stahlrohrleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Epoxidharz und das Siliziumdioxid sowie das Titandioxid und der Kleber in Pulverform auf das Formteil aufgestreut oder mit einem Trägergas auf das Formteil aufgetragen werden
  5. Stahlrohrleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Materialerwärmung beim Auftragen und/oder eine vorzuwärmende Materialschicht.
  6. Stahlrohrleitung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Glasübergangstemperatur für das EP von 55 bis 90 Grad Celsius und durch eine Aushärtungstemperatur bis 220 Grad Celsius
  7. Stahlrohrleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Aushärten des EP stufenweise erfolgt.
  8. Stahlrohrleitung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftrag des EP bei einer Temperatur kleiner/gleich 65 Grad Celsius erfolgt.
  9. Stahlrohrleitung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme aus einem Kleberauftrag für die Aushärtung des EP genutzt wird.
  10. Stahlrohrleitung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Kleberauftrag bei einer Temperatur von 160 bis 180 Grad Celsius.
  11. Stahlrohrleitung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Copolymerisat-Klebers des PE, der mit einer Temperatur von 160 bis 180 Grad Celsius aufgebracht wird.
  12. Stahlrohrleitung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme aus einem Warmauftrag des Kunststoffmantels für die Aushärtung des EP genutzt wird.
  13. Stahlrohrleitung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmantel bei einer Temperatur von 180 bis 220 Grad Celsius aufgetragen wird.
  14. Stahlrohrleitung nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den Kunststoffmantel PE-Pulver bei 180 bis 220 Grad Celsius in die noch nicht durchgehärtete Kleberschicht aufgetragen wird.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
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H Elektrotechnik

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