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Die
Erfindung betrifft ein Pipeline-Rohr mit einem ersten und einem
zweiten Stirnende, wobei die beiden Stirnenden derart profiliert
sind, dass zwei gleichartig profilierte Rohre im Wege einer geklebten Steckverbindung
eines ersten Stirnendes des einen Rohres mit dem zweiten Stirnende
des zweiten Rohres miteinander verbindbar sind.
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Die
Erfindung betrifft darüber
hinaus die Verbindung zweier derartiger Rohre miteinander.
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Die
Erfindung betrifft darüber
hinaus ein Verfahren zum Verbinden zweier Rohre einer Pipeline oder
dergleichen an ihren jeweiligen Stirnenden, wobei Rohre verwendet
werden, die eine Stirnseitenprofilierung zum Ineinanderstecken und
miteinander Verkleben der beiden Rohre aufweisen.
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Die
erfindungsgemäßen Rohre
bestehen aus Stahl und insbesondere aus einem hochlegierten Stahl.
Mit diesen Rohren, die typischerweise einen Durchmesser von einem
Meter und mehr aufweisen, werden Pipelines gefertigt. Die Pipelines
bestehen aus einer Vielzahl von jeweils an ihren Stirnenden miteinander
verbundenen Rohren. Werden derartige Rohre miteinander verschweißt, so kann
es zufolge des hochlegierten Stahls zu Rissbildungen, Lunker, Poren
oder dergleichen kommen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Fertigen von Pipelines
technisch weiterzubilden.
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Gelöst wird
die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung,
wobei jeder Anspruch eine eigenständige Lösung der Aufgabe darstellt
und mit jedem anderen Anspruch kombinierbar ist.
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Zunächst und
im wesentlichen ist vorgesehen, dass es sich bei den ineinander
steckbaren und miteinander verklebbaren Rohren um Pipeline-Rohre aus
Stahl handelt. Des weiteren ist eine besondere Profilierung der
Stirnenden der Rohre vorgesehen, so dass die Rohre beim Zusammenstecken
zentriert werden und sich dabei eine definierte Klebeschichtdicke
einstellt. Die Steckverbindung weist hierzu einen Zentrierabschnitt
und einen Klebeabschnitt auf. Beide Abschnitte liegen bevorzugt
in Achsrichtung hintereinander, wobei sich der Zentrierabschnitt
innenwandseitig des Rohres und der Klebeabschnitt im wesentlichen
außenwandseitig
des Rohres befindet. Der Zentrierabschnitt bildet eine Anschlagzone
aus. In dieser Anschlagzone liegt im zusammengesteckten Zustand
eine Anschlagstufe des einen Rohres an einer Gegenanschlagstufe
des anderen Rohres an. In dieser Anschlagstellung bildet sich im
Klebeabschnitt eine zur Außenseite
des Rohres offene Fuge mit einer Spaltweite zwischen etwa 0,1 und
10 mm. Bevorzugt beträgt
die Spaltweite 1 bis 3 mm. Diese Fuge besitzt die Gestalt eines
Ringspaltes und ist im Endzustand mit Klebstoff gefüllt. Der
Ringspalt wird bevorzugt von zwei im wesentlichen parallel und im spitzen
Winkel geneigt zur Rohrachse verlaufenden Spaltwänden gebildet. Dabei bildet
jeweils ein Rohr jeweils eine der beiden Spaltwände. Die beiden Spaltwände liegen
auf einer Kegelaußenmantelfläche bzw.
einer Kegelinnenmantelfläche.
An diese beiden Spaltwände
schließen
sich jeweils Anlageflächen
an. Diese Anlageflächen
gehören
zum Zentrierabschnitt und verlaufen auf Zylindermantelflächen. Ein
erstes Rohr bildet somit eine rohrinnenseitige Anschlagstufe aus,
die den Boden einer Zylindervertiefung ausbildet, wobei die Achse
des Zylinders mit der Rohrachse übereinstimmt.
Die Mantelwand dieses Zylinderabschnittes wird von der Anlagefläche gebildet.
Das zweite Rohr bildet einen dazu kongruenten Abschnitt aus. Dieser
Zylinderabschnitt besitzt eine längere Zylindermantelfläche. Die
Durchmesser der beiden Zylindermantelflächen sind so aufeinander abgestimmt,
dass sich die beiden Rohre beim Zusammenstecken zentrieren. Der
Zentrierwirkung förderlich
ist die der Anlagefläche
vorgelagerte, schräg verlaufende
Spaltwand. Diese bildet gleichsam einen Einführtrichter für das Stirnende
des anderen Rohres. Die Klebeschicht kann auf der Baustelle aufgebracht
werden. Bevorzugt wird ein Einkomponenten- oder Zweikomponentenkleber
verwendet. Als Material des pastösen
Klebstoffs kommt Epoxidharz, Polyurethan oder Methyl-Meth-Acrylat
in Betracht. Der Kleber kann auch vorappliziert werden. Er wird
dann vor oder beim Zusammenstecken der beiden Rohre aktiviert. Dies
kann mit Hilfe einer Heizmanschette erfolgen. Die Dicke des Klebstoffes
muss mindestens die Spaltweite des Ringspaltes in der zusammengesteckten
Stellung betragen. Bevorzugt weist die Klebeschicht eine Schichtdicke
auf, die geringfügig
größer ist
als die Spaltweite des Ringspaltes. Die Dicke des Klebstoffes ist
jedoch so auf die Länge
des Zentrierabschnitts abgestimmt, dass die Klebeschicht erst dann
mit der gegenüberliegenden
Spaltwand in Berührung
tritt, wenn der außenzylindrische
Abschnitt in den innenzylindrischen Abschnitt eingetreten ist, sich
die beiden Rohre also zentriert haben. Die Schichtdicke der Klebstoffschicht
entspricht etwas mehr als die der Spaltweite und liegt somit ebenfalls
im Bereich zwischen 0,1 und 10 mm, bevorzugt 1 bis 3 mm. Das Einschieben
bis in die Anschlagstellung erfolgt dann unter Aufbringung einer
Axialkraft und gegebenenfalls unter gleichzeitiger Erwärmung der
Verbindungsstelle zur Aktivierung des Klebstoffs solange, bis die
Anschlagstellung erreicht ist. Im Zuge dieser Axialverlagerung wird
die Klebstoffschicht zufolge der sich einander annähernden
Spaltwände
komprimiert. Da der Ringspalt zur Rohrinnenseite durch den Außenzylinderabschnitt
verschlossen ist, kann der überschüssige Klebstoff
nur nach außen
durch die Spaltöffnung
austreten. Dabei bildet sich eine rings umlaufende Raupe des aus
dem Ringspalt gequollenen Klebstoffs. Es ist somit optisch erkennbar,
dass eine ringsum geschlossene Klebeverbindung erzielt worden ist.
Weist diese Klebstoffraupe Unterbrechungen auf, so ist ein Fehler
in der Klebeverbindung sofort zu erkennen. Die Profilierung der
Rohrenden kann sowohl beim Rohrhersteller als auch auf der Baustelle
erfolgen. Insbesondere wenn die Profilierung bereits beim Rohrhersteller
erfolgt, ist eine Vorbehandlung der Klebeflächen, also der Spaltwände beispielsweise
durch Sandstrahlen erforderlich. Wurde vorapplizierter Klebstoff
verwendet, ist zu dessen thermischer Aktivierung eine Heizmanschette
erforderlich. Diese kann durch eine Widerstandserwärmung oder
durch Induktionserwärmung oder
durch Verbrennung arbeiten. Mit der Heizmanschette wird bevorzugt
nicht die den Kleber tragende Spaltwand, sondern das andere Rohrende
aufgeheizt. Dieses überlappt
die mit Kleber beschichtete Spaltwand.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1 in
einer Querschnittsdarstellung die beiden Stirnendprofile eines oder
zweier Rohre;
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2 eine
Darstellung gemäß 1,
jedoch mit auf einer Ringspaltwand applizierter Klebeschicht;
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3 eine
Folgedarstellung, bei der die beiden Rohrenden derart weit ineinander
geschoben sind, dass eine Zentrierung stattgefunden hat, jedoch die
Klebeschicht noch nicht in Berührung
mit der gegenüberliegenden
Spaltwand getreten ist;
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4 eine
Folgedarstellung, bei der die beiden Rohrenden bis in die Anschlagstellung
zusammengesteckt sind und
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5 eine
vergrößerte Darstellung
der Rohrverbindung.
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Im
Ausführungsbeispiel
ist das Stirnende 1' eines
ersten Rohres 1 und das Stirnende 2' eines zweiten Rohres 2 dargestellt.
Das andere Stirnende des ersten Rohres 1 kann eine Profilierung
wie das dargestellte Stirnende 2' des zweiten Rohres 2 aufweisen.
Das andere Ende des Rohres 2 kann gemäß dem dargestellten Stirnende 1' des ersten
Rohres 1 profiliert sein, so dass eine Vielzahl von gleichgestalteten
Rohren ineinander gesteckt werden können.
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Das
Stirnende 1' des
ersten Rohres 1 besitzt zunächst eine vom Ende beabstandete
radial auswärts
gerichtete Anschlagstufe 3, die auf einer Kreisebene liegt.
An diese Anschlagstufe 3 schließt sich eine Anlagefläche 5 an,
die auf einer Innenzylindermantelfläche verläuft. Die Anlagefläche 5 verläuft zum
Rohrinneren versetzt gegenüber
der Mitte der Wandung des Rohres 1.
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An
die Innenzylinderfläche 5 schließt sich eine
in Bezug auf die Achse A des Rohres schräg verlaufende Fläche 7 an.
Die Fläche 7 verläuft auf
einer Innenkegelmantelwand. Das stirnseitige Ende dieser schrägen Wand 7 geht
unter Ausbildung einer Stufe in die Rohraußenwand über.
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Die
Profilierung des Stirnendes 2' des Rohres 2 ist gewissermaßen kongruent
dazu gestaltet, wobei allerdings eine Zylinderaußenfläche 6 länger ist
als die Zylinderinnenfläche 5.
Die Stirnseite des Rohres 2 wird von einer Ringstufe 4 gebildet,
die in einer Ebene verläuft
und die etwa die Ausmaße
der Anlagestufe 3 besitzt und als Gegenanlagestufe 4 zur Anlagestufe 3 fungiert.
An diese Gegenanlagestufe 4 schließt sich die bereits erwähnte Zylindermantelaußenfläche 6 an.
Der Durchmesser ist geringfügig
geringer als der Durchmesser der Innenzylinderfläche 5, so dass der
von der Fläche 6 gebildete
ringzylindrische Abschnitt passend in die Zylinderöffnung 3, 5 einsteckbar
ist. Die Fläche 6 bildet
somit eine Gegenanlagefläche
zur Anlagefläche 5 aus.
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An
die Gegenanlagefläche 6 schließt sich
ein schräg
verlaufender Flächenabschnitt 8 an,
der auf einer Kegelaußenmantelwand
verläuft.
Die beiden schräg
verlaufenden Flächen 7, 8 bilden
im zusammengesteckten Zustand die parallel verlaufenden Wände eines
Ringspaltes 10. Das zur Rohraußenseite weisende Ende der
Spaltwand 8 geht in eine kleine Stufe über, die selbst wieder in die
Außenmantelwandung
des Rohres 2 übergeht.
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Mit
der zuvor beschriebenen Profilierung ist eine Steckklebeverbindung
zweier Stahlrohre möglich.
Die Rohre können
aus hochlegiertem Stahl bestehen und beispielsweise einen Durchmesser
von 1,2 m aufweisen. Auf die schräg nach außen weisende Spaltwand 8 wird
eine Klebeschicht 9 aufgetragen (vergleiche 2).
Dies erfolgt maschinell entweder auf der Baustelle oder bei der
Herstellung des Rohres. Vor dem Auftrag der Klebeschicht 9 werden
die Profilierungen der Rohrenden vorbehandelt. Sie werden beispielsweise
gesandstrahlt, um eine optimale Haftung des Klebstoffes 9 an
den Flächen 7, 8 zu
erzielen.
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Als
Klebstoff kommt eine pastöse
Masse in Betracht. Es kann sich um einen Einkomponentenkleber, einen
Zweikomponentenkleber und/oder ein Epoximaterial, ein Polyurethanmaterial
oder um ein Methyl-Met-Acrylat handeln. Die Klebstoffschicht kann
mit einer Abdeckfolie geschützt
werden. Diese wird vor dem Ineinanderstecken der Rohre abgezogen.
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Wie
aus der 3 zu erkennen ist, werden die
Rohre derart ineinander gesteckt, dass die Stirnfläche 4 des
Rohres 2 auf der schräg
verlaufenden Wand 7 des Rohres 1 auftreffen kann.
Dabei erfolgt eine Zentrierung dahingehend, dass der Zylinderabschnitt 6 den
Zylinderinnenabschnitt 5 findet. Erst wenn der ringzylindrische
Abschnitt des Rohres 2 in den Zylinderabschnitt des Rohres 1 bereichsweise eingetreten
ist, kann die Klebeschicht 9 die gegenüberliegende Spaltwand 7 berühren. Dann
werden mittels einer Axialkraft die beiden Rohre gegeneinander beaufschlagt,
bis die Gegenanschlagstufe 4 die Anschlagstufe 3 berührt. Da
der Klebstoff 9 nicht radial einwärts ausweichen kann, muss er
durch die Öffnung 10' des Ringspaltes 10 entweichen.
Dieser überschüssige Klebstoff 9' zeigt an, ob
die Klebeverbindung ringsum geschlossen ist.
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Das
radial einwärts
Quellen des Klebstoffes 9 ist – wie die 3 zeigt – nicht
möglich,
da vor der Kompression des Klebstoffes 9 der Zylinderringabschnitt 4, 6 passend
in den Zylinderinnenabschnitt 3, 5 eingetreten
ist.
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Die
Flächen 3, 4, 5, 6 bilden
eine Passung aus und einen Zentrierabschnitt Z. Der Ringspalt 10 bildet
mit den Spaltwänden 7 und 8 den
Klebeabschnitt K aus, der in Achsrichtung neben dem Zentrierabschnitt
Z liegt.
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Als
Klebstoffe eignen sich besonders vorapplizierbare Klebstoffe. Im
Ausführungsbeispiel
besteht die Hauptkomponente des organischen Teils des vorapplizierbaren
Klebstoffs aus Acrylat, Methacrylat, Polyurethan, Phenolharz oder
Epoxidharz in monomerer, oligomerer oder polymerer Form. Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorapplizierbaren Klebstoffe sind im Folgenden näher beschrieben:
Haftklebrige
reaktive vorapplizierbare Klebstoffe werden nach der Applikation
auf der Schrägfläche bevorzugt
mit einer Schutzfolie oder Schutzpapier belegt, wie dies nach dem
Stand der Technik z. B. bei selbstklebenden Etiketten allgemein üblich ist.
Zweck dieser Schutzfolie oder dieses Schutzpapiers ist es, den Haftklebstoff
vor Verschmutzungen zu schützen.
Der Vorteil dieser Ausführungsform
der Erfindung ist es, dass die beiden Rohre unmittelbar nach Härten des Klebstoffs
fest miteinander verbunden sind. Die Festigkeit und Dauerbeständigkeit üblicher
Haftklebstoffe ist unter den für
eine Pipeline typischen Anwendungsbedingungen aber bei weitem nicht
ausreichend, so dass eine Vernetzung zu einem duromeren Klebstoff
mit dauerhafter Anbindung erfolgen muss. Die Haftklebstoffe – bevorzugt
auf der Basis von Acrylaten, Polychloropren oder Polyisopren – müssen demzufolge
chemische Gruppen beinhal ten, welche nachfolgend einer Vernetzungsreaktion
unter Baustellenbedingungen zugänglich
sind. Beispiele hierfür
sind:
- – Acrylatgruppen
(an den Basispolymeren gebunden oder in Form niedermolekularer Acrylate), welche
mit mikroverkapselten Peroxiden vernetzt werden, wobei die Peroxide
aus den Mikrokapseln thermisch oder durch mechanischen Druck freigesetzt
werden;
- – Copolyacrylate
beinhaltend haftklebrige Acrylate (z. B. Isooctylacrylat) und hydroxylgruppenhaltige
Acrylate (z. B. 2-Hydroxyethylacrylat oder -methylacrylat), welche
mit thermisch aktivierbaren geblockten Isocyanaten (z. B. Desmodur
TT, Rheinchemie) vernetzt werden.
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Bei
den Ausführungsformen
der Erfindung, welche auf vorapplizierten Klebstoffen mit trockener Oberfläche beruhen,
ist eine Abdeckung der Klebstoffschicht normalerweise nicht notwendig,
kann zum Schutz vor Verschmutzungen der Klebschicht aber verwendet
werden. Derartige Klebstoffe können auf
unterschiedlicher Basis beruhen. Beispiele sind im Folgenden genannt:
- – Feste
Polyesterpolyole (z. B. Polycaprolacton (z. B. CAPA von Solvay))
oder Polyhexandioladipate (z. B. Dynacoll von Degussa), welche mit thermisch
aktivierbaren geblockten Isocyanaten (z. B. Desmodur TT von Rheinchemie)
formuliert sind. Die Applikation auf das vorzubeschichtende Substrat
erfolgt in Form einer Schmelze.
- – Feste
epoxidierte Phenolharze (z. B. Novolak Epoxidharz, EPR 600 von Hexion),
welche mit Dicyandiamid (z. B. Dyhard 100 von Degussa) und gegebenenfalls
Uronen (z. B. UR 300 von Degussa) als Härtungsbeschleuniger formuliert
sind. Die Applikation auf das vorzubeschichtende Substrat erfolgt
in Form einer Schmelze.
- – Wässrige Dispersionen
eines festen Bisphenol A oder epoxidiertem Novlak basierten Epoxidharzes
(z. B. EPI-REZ Resin 3522-W-60 von Hexion), welche mit Dicyandiamid
(z. B. Dyhard 100 von Degussa) und gegebenenfalls einem Uron als Härtungsbeschleuniger
(z. B. UR 500 von Degussa) formuliert ist. Die Applikation auf das
vorzubeschichtende Substrat erfolgt z. B. durch Aufsprühen der
wässrigen
Dispersion. Nach dem Verdampfen des Wassers wird eine trockene Klebstoffschicht
erhalten, welche in der Wärme
klebrig wird und zu einem hochfesten Klebstoff aushärtet.
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Die
Vernetzungsreaktion wird nach dem Zusammenfügen der Bauteile thermisch
induziert. Bevorzugte Ausführungsformen
des Einbringen der Wärme
in die Klebschicht auf der Baustelle sind Heißluft, elektrisch beheizte
Wärmebänder oder Wärmekissen
und die induktive Erwärmung
der metallischen Substratwerkstoffe (z. B. des Stahls, aus dem das
Rohr und/oder die Pipeline besteht). Diese Erwärmungsmethoden sind im Prinzip
im Stand der Technik bekannt und müssen für die vorliegende Erfindung
lediglich angepasst werden.
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Alle
offenbarten Merkmale sind (für
sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird
hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen
(Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch
zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender
Anmeldung mit aufzunehmen.