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Die Erfindung betrifft ein Rohr aus Stahl zum Transport von flüssigen oder gasförmigen Medien mit einer Kunststoffummantelung als Schutzschicht gegen mechanische Beschädigungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rohres nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9 sowie eine Rohrleitung aus diesen Rohren gemäß Patentanspruch 14.
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Zu transportierende Medien können beispielsweise Wasser, Öl, Erdgas oder auch andere Medien sein. Die aus einzelnen zusammengesetzten Rohren bestehende Rohrleitung kann sowohl unterirdisch als auch oberirdisch oder in Wasser verlegt sein.
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Rohrleitungen können je nach Verlegung durch Erdreich, Atmosphäre und Wasser korrosiv oder mechanisch beansprucht werden. Insbesondere mechanische Beanspruchungen können bei ummantelten Rohrleitungen zu einer Beschädigung der Beschichtung und zu Unterrostungen führen. Beschädigungen der Ummantelung können auch bereits schon bei der Verlegung der Rohrleitung auftreten und zum späteren Durchkorrodieren des Stahlrohres und damit zur Undichtigkeit der Rohrleitung führen.
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Bei freiverlegten, erdverlegten und unter Wasser verlegten Rohrleitungen hat sich zum Beispiel eine Mapec® 3- Lagen-Beschichtung aus Kunststoff als Ummantelung, bestehend aus Epoxidharzprimer, Haftvermittler und einer darauf aufgebrachten Beschichtung aus Kunststoff als Korrosionsschutz bewährt. Bevorzugt werden für die Beschichtung zum Beispiel Polyethylen, Polypropylen, Polyurethan und Polyamid verwendet.
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Da die Korrosionsschutzschicht häufig etwa nur 2 mm dick ist, besteht das Problem, diese vor mechanischen Beschädigungen bei der Verlegung der Rohrleitung oder im späteren Betrieb insbesondere bei Fremdeinwirkungen durch Dritte zu schützen. Die beschichteten Rohre werden daher oftmals zusätzlich mit einer weiteren aus einem härteren Material bestehenden Schutzschicht umhüllt. Als mechanischer Schutz wird dann häufig eine zur Korrosionsschutzschicht zusätzlich aufgebrachte Ummantelung aus glasfaserverstärktem Kunststoff oder Zementmörtel verwendet.
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Eine kunststoffummantelte Rohrleitung ist z.B. aus der
JP 2003314753 A bekannt. Die erste auf das Leitungsrohr applizierte Schutzschicht dient dabei dem eigentlichen Korrosionsschutz und die zweite Schutzschicht dem Schutz vor mechanischen Beschädigungen, die z.B. beim Handling oder bei der Verlegung der Rohre auftreten können.
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Neben möglichen Beschädigungen der Rohrleitung während der Verlegung oder im Betrieb, können außerdem große mechanische Beschädigungen der Ummantelung z.B. bei Sonderverfahren wie dem grabenlosen Rohreinzug auftreten, bei der das ummantelte Rohr in eine Bohrung oder in eine bereits vorhandene Rohrleitung eingezogen wird, wobei nicht zu unterschätzende Scherkräfte auf die Schichten der Ummantelung einwirken.
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Wenn die Scherfestigkeit der aufeinanderliegenden Schutzschichten nicht groß genug ist, kann es zu einer Relativverschiebung der Schichten kommen, mit der Folge, dass die Rohrleitung mit erheblicher Nacharbeit saniert werden muss.
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Zudem können bereits während der Produktion Scherkräfte beispielsweise bei der mechanischen Bearbeitung der Rohrenden zur Schweißnahtvorbereitung auftreten, bei der die Ummantelung stufig vom Rohrende abgearbeitet wird und bei der die einzelnen Schichten der Ummantelung standhalten müssen, d.h. eine Relativverschiebung zwischen den Schichten darf nicht auftreten.
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Um eine Relativverschiebung der beiden Schutzschichten gegeneinander zu verhindern, werden beispielsweise die Lagen der Ummantelung im heißen Zustand miteinander stoffschlüssig verbunden oder es wird zwischen den Schichten ein Kleber aufgetragen, der den Haftverbund der einzelnen Ummantelungsschichten sicherstellen soll.
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Bei derart mehrschichtig ummantelten Rohrleitungen mit stoffschlüssiger Verbindung ergibt sich der Nachteil, dass, wenn es z.B. durch mechanische Einwirkungen auf den äußeren Mantel zu einem Anriss kommt, sich dieser Riss bedingt durch den stoffschlüssigen Haftverbund mit der darunter liegenden Schicht weiter ausbreiten und letztendlich bis zum Stahlgrund der Rohrleitung vordringen kann. Wie oben beschrieben, kann dann bei ungünstigen Bedingungen der Korrosionsangriff auf das Stahlrohr einsetzen.
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Aus der Patentschrift
EP 2 700 499 B1 ist eine kunststoffummantelte Rohrleitung aus Stahl bekannt, bei der die zuvor beschriebenen Nachteile dadurch vermieden werden, dass die einzelnen Schichten im Zuge der Ummantelung nicht stoffschlüssig, sondern nur kraftschlüssig miteinander verbunden sind, wobei mindestens die Oberfläche einer Schicht in der Kontaktebene mit einem die Reibung der Reibpartner erhöhenden Belag versehen ist.
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Der große Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass einerseits ein stoffschlüssiger Haftverbund zwischen den Schichten vermieden wird, der sich nachteilig auf einen etwaigen Rissfortschritt in der Ummantelung auswirken würde, andererseits aber durch Erhöhung der Reibung einen ausreichenden Scherwiderstand bietet, der eine Relativverschiebung der Ummantelungsschichten zueinander bei der Bearbeitung der Rohrenden oder beim Verlegen der Rohrleitung verhindert.
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Es hat sich allerdings herausgestellt, dass bei sehr hohen Scherbeanspruchungen ein noch stärkerer Verbund zwischen Korrosionsschutzschicht und mechanischer Schutzschicht wünschenswert wäre ohne den Korrosionsschutz bei auftretenden Rissen zu beeinträchtigen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Rohr mit einer aus einer Korrosionsschutzschicht und einer Schutzschicht gegen mechanische Beschädigungen bestehenden Ummantelung aus Stahl zum Transport von flüssigen oder gasförmigen Medien anzugeben, bei der die Nachteile eines durch Stoffschlüssigkeit erzeugten Haftverbundes der beiden Schichten mit der Möglichkeit einer Rissweiterleitung unter Beibehaltung einer hohen Scherfestigkeit vermieden werden. Auch soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rohres sowie eine Rohrleitung aus diesen Rohren angegeben werden.
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Diese Aufgabe wird für ein erfindungsgemäßes Rohr ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst. Ein entsprechendes Herstellungsverfahren zur Erzeugung eines Rohres wird in Anspruch 9 und eine Rohrleitung aus diesen Rohren in Anspruch 14 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen.
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Nach der Lehre der Erfindung wird ein Rohr aus Stahl zum Transport von flüssigen oder gasförmigen Medien bereitgestellt, wobei das Rohr mit einer Ummantelung, bestehend aus einer Korrosionsschutzschicht aus thermoplastischem Kunststoff und einer darauf aufgebrachten Schutzschicht gegen mechanische Beschädigungen geschützt ist, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Korrosionsschutzschicht und die Schutzschicht gegen mechanische Beschädigungen nur mechanisch miteinander verbunden sind und die Korrosionsschutzschicht mit zur mechanischen Verklammerung geeigneten rippenförmigen Vorsprüngen ausgebildet ist, wobei die rippenförmigen Vorsprünge über den Umfang und Länge des Rohres mit einem ausgehärteten duromeren Kunstharz durchtränkten Gewebeband vollständig umwickelt und damit abgedeckt ist und das Gewebeband über einen überschüssigen Anteil des Kunstharzes mit den rippenförmigen Vorsprüngen unter Vermeidung eines Stoffschlusses, nur mechanisch verklammert ist.
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Mit dem erfindungsgemäßen Rohr wird ein mechanischer Schutz bereitgestellt, der höchsten Ansprüchen bei Scherbeanspruchungen bei der grabenlosen Verlegung einer Rohrleitung aus diesen Rohren genügt, ohne den Korrosionsschutz bei einer mechanischen Beschädigung der Rohrleitung zu beeinträchtigen.
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Entgegen dem Stand der Technik wird das erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Korrosionsschutzschicht und die mechanische Schutzschicht jetzt mechanisch miteinander verklammert sind, so dass hohe Scherkräfte bei der Verlegung der Rohrleitung aus diesen Rohren aufgenommen werden können.
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Bei einer mechanischen Beschädigung des Rohres wird ein etwaig entstandener Riss im harzgetränkten Gewebeband aber nicht in den thermoplastischen Kunststoff weitergeleitet, da die Schutzschicht gegen mechanische Beschädigungen nicht stoffschlüssig, sondern nur mechanisch, das heißt formschlüssig mit der rippenartigen Profilierung verklammert ist.
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Erfindungsgemäß wird die profilierte Korrosionsschutzschicht aus thermoplastischem Kunststoff, wie zum Beispiel Polyethylen, Polypropylen, Polyurethan und/oder Polyamid, gefertigt, während die mechanische Schutzschicht aus einem faserverstärkten, duromeren Kunstharz wie z.B. Epoxidharz, Polyurethanharz oder Polyurea besteht. Erfindungsgemäß entsteht keine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem thermoplastischen Kunststoff und dem duromeren Kunstharz.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die rippenförmigen Vorsprünge über dem Umfang der Rohre und deren Länge gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Dies sichert eine gleichmäßige, formschlüssige Verbindung der mechanischen Schutzschicht mit der darunter liegenden Korrosionsschutzschicht über die gesamte Rohroberfläche.
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Vorteilhaft ist dafür weiterhin vorgesehen, dass die rippenförmigen Vorsprünge als T-förmiges Profil mit einem längs oder radial zum Rohr sich erstreckenden Steg und einem als Auflagefläche für das Gewebeband dienenden Querteil ausgebildet sind.
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Die Höhe des T-förmigen Profils beträgt vorteilhaft mindestens 2 mm, die Höhe des Steges mindestens 1 mm und die Breite und Länge des Querteils, welches die Auflagefläche bildet, jeweils mindestens 2 mm.
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Diese T-Form der rippenförmigen Profilierung bietet der mechanischen Schutzschicht eine sehr vorteilhafte Verklammerungsmöglichkeit im Hinblick auf eine formschlüssige Verbindung. Der härtbare Kunstharz selbst verbindet sich stoffschlüssig mit dem Gewebeband, geht aber keine stoffschlüssige Verbindung mit dem thermoplastischen Kunststoff der Korrosionsschutzschicht ein, sondern umklammert die Querteile der einzelnen T-Profile.
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Das Gewebeband selbst, besteht erfindungsgemäß aus Glasfaser, Kunststoffgewebe, Kevlargewebe oder Stahlgewebe, ist aber nicht hierauf beschränkt.
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Die Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung eines Rohres aus Stahl zum Transport von flüssigen oder gasförmigen Medien realisiert, wobei auf das Rohr eine Ummantelung aus Kunststoff aufgebracht und wobei zunächst eine Korrosionsschutzschicht aus thermoplastischem Kunststoff extrudiert und anschließend darauf eine Schutzschicht gegen mechanische Beschädigungen aufgebracht wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Oberfläche der Korrosionsschutzschicht mit über den Umfang und Länge des Rohres verteilten, mit für eine mechanische Verklammerung geeigneten rippenförmigen Vorsprüngen im Zuge des Extrusionsvorgangs ausgebildet wird, anschließend die rippenförmigen Vorsprünge mit einem Gewebeband vollständig umwickelt werden, wobei das Gewebeband mittels eines darauf aufgebrachten aushärtbaren, im Überschuss aufgebrachten duromeren Kunstharzes, im Zuge der Aushärtung des Kunstharzes mit den rippenförmigen Vorsprüngen der Schicht unter Vermeidung eines Stoffschlusses nur formschlüssig verklammert wird.
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Vorteilhaft wird dabei zunächst ein Gewebeband als Armierung für den duromeren Kunstharz spiralförmig auf die rippenförmigen Vorsprünge der Ummantelung des Rohres aufgebracht und anschließend das Gewebeband mit einem aushärtbaren Kunstharz vollständig in der Weise getränkt, dass ein überschüssiger Anteil des nicht auf dem Gewebeband verbleibenden Kunstharzes sich mit den rippenförmigen Vorsprüngen der mechanischen Schutzschicht formschlüssig verklammert.
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Die Applikation des Gewebebandes und des Kunstharzes auf das Rohr geschieht vorteilhaft in der Weise, dass das Rohr in Rotation um seine Längsachse versetzt wird. Anschließend wird das Gewebeband spiralförmig in der Weise auf das rotierende Rohr aufgebracht, dass das Rohr vollflächig abgedeckt ist. Alternativ kann das Gewebeband auch in Längsrichtung des Rohres aufgebracht werden, falls das sinnvoller erscheint. Das Gewebeband selbst ist grobmaschig ausgeführt, so dass der im Anschluss der auf das Gewebeband aufgebrachte aushärtbare Kunstharz sich einerseits mit dem Gewebeband stoffschlüssig verbindet und überschüssiger Kunstharz durch die Maschen hindurchdringen und sich mit dem rippenförmigen Profil verklammern kann. Der Kunstharz selbst wird dazu vorteilhaft in Spritztechnik auf das rotierende Rohr aufgebracht.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die rippenförmigen Vorsprünge im Zuge der Extrusion der Kunststoffummantelung durch eine entsprechende Profilierung des thermoplastischen Materials während der Extrusion erzeugt. Dies kann beispielsweise durch ein entsprechend ausgebildetes Extruderwerkzeug erfolgen. Vorteilhaft sind die rippenförmigen Vorsprünge gleichmäßig über den Umfang und die Länge des Rohres verteilt angeordnet.
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Die so im Zuge der Extrusion erzeugten rippenförmigen Vorsprünge können erfindungsgemäß über dem Umfang und der Rohrlänge gleichmäßig verteilt oder den jeweiligen Erfordernissen entsprechend angeordnet sein. Auch können die erforderlichen Abmessungen der Abstandshalter (Höhe, Länge, Breite bzw. Dicke) den Anforderungen entsprechend angepasst werden. Eine Anpassung kann dabei über entsprechend ausgebildete Extruderwerkzeuge erfolgen.
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In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sind die rippenförmigen Vorsprünge in Form eines T-Profils mit einem längs (bei Längsextrusion) oder radial (bei Querextrusion) zum Rohr sich erstreckenden Steg und einem als Auflagefläche für die Bewehrung dienenden Querteil ausgebildet, wobei die Geometrie, Verteilung und der Abstand der einzelnen T-Profile auf dem Umfang des Rohres über ein entsprechend ausgebildetes Extruderwerkzeug gemäß den gestellten Anforderungen frei einstellbar ist.
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In einer Prinzipskizze ist die Erfindung am Beispiel einer mit einer Korrosionsschutzschicht und einer Schutzschicht gegen mechanische Beanspruchungen versehenen Stahlrohrleitung dargestellt.
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In der einzigen 1 ist in einer Prinzipskizze ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Rohres aus Stahl mit einer Ummantelung aus Kunststoff dargestellt.
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Die schematische Darstellung zeigt ein Rohr 1, welches mit einer Ummantelung 2 beschichtet ist. Die Ummantelung 2 besteht aus einer extrudierten thermoplastischen Korrosionsschutzschicht 3 und einer nur formschlüssig damit verbundenen Schutzschicht gegen mechanische Beschädigungen 4. Die Oberfläche der Korrosionsschutzschicht 3 ist erfindungsgemäß mit als T-Profil ausgebildeten rippenförmigen Vorsprüngen 5 versehen. Die T-Profile sind gleichmäßig über Länge und Umfang des Rohres 1 verteilt.
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Die T-Profile weisen einen im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Rohres 1 ausgerichteten Steg 5' und ein im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Rohres 1 ausgerichtetes Querteil 5" auf, siehe auch Detail „A“.
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Das Rohr 1 kann ein längsnahtgeschweißtes, schraubennahtgeschweißtes oder nahtloses Rohr sein.
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Erfindungsgemäß ist das Rohr 1 mit einem Gewebeband 6 vollständig umwickelt und mit einem darauf in Spritztechnik aufgebrachten aushärtbaren duromeren Kunstharz 7 mit den als T-Profil ausgebildeten rippenförmigen Vorsprüngen 5 als Schutz vor mechanischen Beschädigungen mechanisch verklammert.
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Bezugszeichenliste
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Nr. Bezeichnung
- 1
- Rohr
- 2
- Ummantelung
- 3
- Korrosionsschutzschicht
- 4
- Schutzschicht gegen mechanische Beschädigungen
- 5
- Rippenförmige Vorsprünge
- 6
- Gewebeband
- 7
- aushärtbarer Kunstharz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2003314753 A [0006]
- EP 2700499 B1 [0012]
