DE4344951C2 - Verfahren und Einrichtung zum dreilagigen Beschichten von metallischen hohlen Formkörpern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum dreilagigen Beschichten von metallischen hohlen Formkörpern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 7.

Für die Isolierung, insbesondere von im Erdreich verlegten Stahlrohren, hat sich eine aus im Prinzip drei Schichten bestehende Kunststoffummantelung als besonders geeignet erwiesen. Die Umhüllung besteht aus einer als Haftvermittler auf das Stahlrohr aufgebrachten ausgehärteten Epoxyharzschicht, einer diese bedeckende Kleberschicht aus einem Ethylencopolymerisat und schließlich aus einer äußeren Ummantelung aus Polyethylen.

Ein Verfahren der gattungsmäßigen Art zum Beschichten von Rohren ist durch die GB-PS 1542333 bekannt. Bei der Herstellung der dreischichtigen Ummantelung wird gemäß dieser Schrift nacheinander die Epoxyharzschicht und anschließend der Kleber in Pulverform auf ein auf 270 bis 300 Grad Celsius erwärmtes rotierendes Rohr aufgesprüht.

Bei dem Sprühvorgang wird das zuvor erwärmte Rohr auf einem Rollgang gedreht. Die beiden Sprühpistolen für das Epoxyharz und den Kleber sind als Tandem auf einer Vorrichtung angeordnet, die parallel zur Rohrachse und im Abstand zum Rohr entlanggeführt wird. Als letzter Arbeitsschritt erfolgt die Aufbringung der Deckschicht. Als eine Möglichkeit wird angegeben Polyethylen in Pulverform aus einem oberhalb des Rohres angebrachten Behälter auf das rotierende Rohr kaskadenartig fallenzulassen. Das überschüssige PE-Pulver wird in einer darunterliegenden Wanne aufgefangen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß es nicht für Rohrformstücke geeignet ist, da beispielsweise ein Bogen auf einem Rollgang nicht drehbar ist. Der in der Schrift genannte Temperaturbereich von 270 bis 300 Grad Celsius ist mit handelsüblichen Epoxyharz-Primern nicht realisierbar, da die Härtungsreaktionen in diesem Temperaturbereich so schnell ablaufen, daß die gewünschte Verbindung mit der Kleberschicht nur unzureichend gebildet wird. Außerdem erfordern die höheren Verfahrenstemperaturen neben dem speziell eingestellten Primer noch einen energetischen Mehraufwand, was das Verfahren unwirtschaftlich lacht.

Ein vergleichbares Verfahren ist durch die DE-PS 32 47 512 bekannt. Bei der Herstellung der dreilagigen Schicht wird gemäß dieser Offenbarung die Epoxyharzschicht auf einen mindestens auf 80 Grad höchstens jedoch auf 200 Grad Celsius erwärmten Formkörper in einer Schichtdicke von 30 bis 59 Mikrometer aufgesprüht. Nach dem Aufsprühen wird der Formkörper auf eine Temperatur oberhalb 150 Grad mittels einer von außen wirkenden Wärmequelle solange erwärmt, bis sich die dabei entstehenden chemischen Reaktionsprodukte verflüchtigt haben. Während des Aushärtens der Grundschicht wird vorgetrocknetes Ethylencopolymerisat-Pulver in ein oder mehreren Schichten, die zusammen eine Schichtdicke von mindestens 150 Mikrometer ergeben, elektrostatisch auf die Grundschicht aufgesprüht. Nach dem Auftragen jeder Einzelschicht wird der Formkörper auf eine Temperatur von mindestens 180 Grad durch eine von außen wirkende Wärmequelle erwärmt und die aufgesprühte Schicht aufgeschmolzen. Auf die erwärmte Kleberschicht wird dann das Polyethylen in Pulverform elektrostatisch in einer Schichtdicke von mindestens 1,8 mm aufgesprüht und dann auf eine Temperatur zwischen 180 und 200 Grad durch von außen aufgebrachte Wärme erwärmt und aufgeschmolzen. Abschließend werden die Formkörper bis auf Raumtemperatur abgekühlt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß die für das Aufschmelzen und Aushärten erforderliche Wärme von außen aufgebracht wird und die Einstellung der genauen Temperatur sehr schwierig ist, so daß die Qualität der Beschichtung zu wünschen übrig läßt. Außerdem sind regelungsmäßig die Taktzeiten zwischen der Wiedererwärmung und der nächstfolgenden Beschichtung schwer aufeinander abzustimmen.

Ein dreischichtiger Aufbau der Ummantelung ist auch aus der DE-OS 19 65 802 bekannt. Das Rohr wird auf eine Temperatur im Bereich von 140 bis 200 Grad Celsius erwärmt und dann die Epoxyharzschicht aufgesprüht. Während des Aushärtens wird um das Rohr auf die Epoxyharzschicht ein extrudiertes Folienband aus einem Ethylencopolymerisat gewickelt, das als Haftkleber für ein weiteres um das Rohr zu wickelndes extrudiertes Folienband aus Polyethylen dient. Dieses Verfahren ist nicht für eine wirtschaftliche maschinelle Umhüllung von Rohrformstücken geeignet wegen der dabei erforderlichen komplizierten Bewegungsabläufe beim Wicklungsvorgang.

In der DE-OS 22 22 911 ist ebenfalls ein dreischichtiger Aufbau der Ummantelung angegeben. Hierbei wird die Epoxyharz-Grundschicht bei einer Temperatur vom 70 bis 90 Grad Celsius aufgetragen. Die Kleberschicht aus Ethylencopolymerisat und die äußere Deckschicht aus Polyethylen werden als Doppelschlauch extrudiert und auf die Grundschicht aufgebracht. Die Wärme des Doppelschlauches reicht aber für eine schnelle Aushärtung nicht aus, so daß diese bei Raumtemperatur innerhalb von 24 Stunden erfolgt. Auch dieses Verfahren eignet sich wegen der von der zylindrischen form abweichenden Geometrie von Rohrformstücken und wegen der langen Aushärtezeiten in der Regel nicht für deren Beschichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der zuvor geschilderten Nachteile ein Verfahren und eine Einrichtung zum dreilagigen Beschichten von metallischen hohlen Formkörpern zu entwickeln, mit dem in wirtschaftlicher Weise insbesondere auf Rohrformstücke eine qualitativ hochwertige dreilagige Umhüllung mit hoher Schälfestigkeit aufbringbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß es den Aufbau kompletter Rohrleitungssysteme mit der gleichen hochwertigen Isolierung an allen Teilen ermöglicht. Bisher mußten Rohrformstücke wie Bogen, T-Stücke und dergleichen auf andere Weise als die geraden und glatten Rohrstücke, z. B. durch Umwickeln des Rohrformstückes mit einer Bitumen- oder Kunststoffolie jeweils nach seiner Montage in ein Rohrleitungssystem isoliert werden, so daß für die Formteile kein gleichwertiger Außenschutz gegeben war.

Die alternativ angegebenen Sprühverfahren sind aufgrund des angegebenen Temperaturniveaus und der Aushärtezeit entweder nicht wirtschaftlich oder qualitativ unbefriedigend. Insbesondere die Verbindung der Lagen untereinander läßt bei den bekannten Verfahren zu wünschen übrig, so daß die geforderte Schälfestigkeit in vielen Fällen nicht erreicht wird.

Der Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens ist darin zu sehen, daß für die Erwärmung ein Temperaturbereich gewählt wurde, der zum einen in bekannter Weise eine dreilagige Beschichtung ohne Nacherwärmung ermöglicht, zum anderen aber hinsichtlich des Energieaufwandes noch wirtschaftlich ist. Im Unterschied zum bekannten Stand der Technik ist der kontinuierlich hängende Transport besonders für die Beschichtung von Rohrformstücken geeignet, da die mechanische Belastung der aufgebrachten Schicht erst nach der Abkühlung erfolgt. Damit sind Beschädigungen der Umhüllung ausgeschlossen.

Die miteinander verketteten Einrichtungen mit den dazwischen angeordneten wärmegeschützten Kanälen stellen sicher, daß der Temperaturverlust während des Transportes durch die Beschichtungskabinen gering bleibt, so daß auch in der letzten Station, d. h. in der Wirbelsintereinrichtung noch eine für das Aufschmelzen optimale Temperatur gegeben ist. Damit die PE-Umhüllung glatt ist und der Epoxy-Primer vollständig aushärten kann, ist nach der Wirbelsintereinrichtung noch eine Warmhaltezone vorgesehen.

Je nach Größe und Wanddicke des Formstückes ist nach Verlassen der Warmhaltezone eine Abkühlung an ruhender Luft ausreichend. Bei besonders dickwandigen Formteilen mit großem Wärmeinhalt kann die Abkühlung in einer Abkühleinheit erfolgen, in der mindestens ein Ventilator oder eine Wasserbrause angeordnet sind.

Die anfangs erwähnte Bedeutung eines möglichst geringen Temperaturverlustes während des Durchlaufes durch die Anlage wird unterstützt durch Endenverschlüsse, die an den offenen Enden der Rohrformstücke angeordnet werden. Darüber hinaus dienen diese Verschlüsse als Transporthalterung für die Hängebahn. Die Endenverschlüsse werden so ausgebildet, daß der Schweißnahtendenbereich der Rohrformstücke beschichtungsfrei bleibt.

Um die Anlage für eine große Abmessungspalette von Rohrformstücken vorzugsweise von 80 bis 320 mm Nennweite nutzen zu können, wird insbesondere die Wärmeeinrichtung mittels Weichen mehrsträngig ausgelegt. Damit der Ofen nicht zu lang wird, wird weiterhin vorgeschlagen, die Rohrformstücke insbesondere Bogen an beiden Enden aufgehängt so zu transportieren, daß die Achse der größten Längserstreckung des Formteiles quer zur Längsachse des Ofens liegt. Bei der Wirbelsintereinrichtung ist es genau umgekehrt. Hier ist es vorteilhaft, die Rohrformstücke so zu transportieren, daß die größte Längserstreckung parallel zur Längsachse der Sintereinrichtung liegt. Dies hat den Vorteil, daß das Wirbelbett nicht zu breit wird und die Verwirbelung optimal eingestellt werden kann. Besonders günstig wird das PE-Pulver dann in der gewünschten Schichtdicke aufgebracht, wenn während des Transportes durch die Sintereinrichtung das Rohrformstück mehrfach angehoben und wieder in das Bett abgetaucht wird.

In der Zeichnung wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Anlage zum erfindungsgemäßen dreilagigen Beschichten von Rohrformstücken,

Fig. 2 in einem Teilquerschnitt ein Ausführungsbeispiel eines Endenverschlusses,

Fig. 3 ein Bogen mit einer Transporthaltevorrichtung,

Fig. 4 ein T-Stück mit einer Transporthaltevorrichtung.

Entsprechend Fig. 1 wird ein beispielsweise mittels Stahlstrahlung gereinigtes Formstück 15 z. B. ein Bogen (siehe Fig. 3) vom Lager 1 entnommen und am Montageplatz 2 mit Endenverschlüssen 16 (siehe Fig. 3) versehen. Diese Endenverschlüsse 16 dienen zum einen dazu, den Temperaturverlust während des Durchlaufes gering zu halten und zum anderen als Aufnahmevorrichtung des Formstückes 15 in der Hängebahn 3. Mittels der an sich bekannten Hängebahn 3 wird das Formstück 15 im Warmluftofen 4 erhitzt. Die Transportrichtung der Hängebahn 3 ist durch Pfeile gekennzeichnet. Je nach Abmessung des Formstückes 15 und der damit unterschiedlichen Verweildauer kann der Warmluftofen 4 ein- oder mittels hier nicht dargestellter Weichen mehrsträngig parallel durchfahren werden. Nach Durchfahren des ersten Wärmeschutzkanals 12, der den Abstand zwischen dem Warmluftofen 4 und der ersten Beschichtungskabine 5 überbrückt, weist das Formstück 15 eine für die Beschichtung gleichmäßig verteilte Temperatur im Bereich zwischen 220 bis 250 Grad vorzugsweise zwischen 235 bis 240 Grad Celsius auf. In der ersten Beschichtungskabine 5 erfolgt in bekannter Weise mittels dem Formstück 15 angepaßter Sprühdüsen 25 ohne Drehung des Formstückes 15 die Auftragung eines Epoxy-Härtegemisches 17 (siehe Fig. 2) in Pulverform. Um den Temperaturverlust beim Besprühen zu minimieren, wird die Luft zum Sprühen auf ca. 45 Grad Celsius vorgewärmt. Die aufgesprühte Schichtdicke liegt im Bereich zwischen 30 bis 50 Mikrometer, die während des Weitertransportes des Formstückes 15 durch den zweiten Wärmeschutzkanal 13 verfließt. Dieser zweiter Wärmeschutzkanal 13 überbrückt den Abstand zwischen der ersten 5 und zweiten Beschichtungskabine 6. In bekannter Weise wird während des Transportes und der Beschichtung Wärme vom inneren des Formstückes 15 an die Außenoberfläche ständig nachgeliefert.

In der zweiten Beschichtungskabine 6 wird mit der Sprüheinrichtung 26 noch vor Beendigung des Aushärtens des Epoxyharzes ein Ethylencopolymerisat in Pulverform 18 (siehe Fig. 2) in einer Schichtdicke von 150 Mikrometer als Kleber aufgebracht.

Während des Transportes durch den dritten Wärmeschutzkanal 14 bilden die Epoxyharz-17 und die Kleberschicht 18 eine innige Verbindung, wobei die Kleberschicht 18 durch die weiterhin nachfließende Wärme des Formstückes 15 bei Temperaturen oberhalb 200 Grad Celsius aufschmilzt und geglättet wird.

Anschließend wird das Formstück 15 in einer Wirbelsintereinrichtung 7 in ein PE-Pulver getaucht und eine Schichtdicke von mindestens 1,8 mm auf die noch plastische Kleberschicht aufgesintert. Durch die kontinuierlich abstrahlende Eigenwärme des Formstückes 15 schmilzt die PE-Deckschicht 19 (siehe Fig. 2) auf, wobei in der der Wirbelsinteranlage 7 nachgeschalteten Warmhaltezone 20 dieser Prozeß unterstützt wird. Während des Transportes durch diese Warmhaltezone 20 wird die PE-Deckschicht vollständig geglättet.

In der Beschreibung wurde bereits darauf hingewiesen, daß es vorteilhaft ist, insbesondere große Formstücke wie Bogen quer durch den Ofen 4 und in den Beschichtungskabinen 5, 6 und insbesondere in der Wirbelsintereinrichtung 7 in Längsrichtung zu durchfahren. Durch den Quertransport wird die Länge des Ofens 4 begrenzt, während in der Wirbelsintereinrichtung 7 das Wirbelbett im Sinne einer optimalen Verwirbelung möglichst schmal gehalten wird.

Das beschichtete Formstück 15 wird nach Verlassen der Warmhaltezone 20 an ruhender Luft abgekühlt. Besonders bei dickwandigen Formteilen mit großem Wärmeinhalt kann durch eine im Abstand zur Warmhaltezone 20 angeordnete Abkühleinheit 8 beschleunigt abgekühlt werden. Dazu sind in dieser Einheit 8 mindestens ein Ventilator und/oder mindestens eine Wasserbrause (hier nicht dargestellt) angeordnet.

Nach erfolgter Demontage der Endenverschlüsse 16 am zweiten Montageplatz 9 wird das fertig beschichtete Formstück 15 im Fertiglager 10 abgelegt. Ein Nacharbeiten der Formteilenden ist bei Verwendung der erfindungsgemäßen wiederverwendbaren Endverschlüsse 16 nur noch zur Anbringung der genau definierten Fase für die Nachisolierung des Schweißnahtbereiches erforderlich. Der Rücktransport der wiederverwendbaren Endenverschlüsse 16 erfolgt vom zweiten Montageplatz 9 über den Transportweg 11 zum ersten Montageplatz 2.

In Fig. 2 ist in einem Teilquerschnitt der Endenbereich eines beschichteten Formstückes 15 sowie ein Ausführungsbeispiel eines Endenverschlusses 16 dargestellt. Auf der Oberfläche des Rohrendenbereiches des Formstückes 15 ist als Grundschicht der Primer 17 (die Schichtdicke ist hier übertrieben dick dargestellt) und darüber liegend der Kleber 18 aufgebracht. Die äußerste Umhüllung bildet die PE-Deckschicht 19. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Endverschluß 16 gebildet aus einer Kappe 29 aus Stahlblech, durch deren axiale Erstreckung die Länge des beschichtungsfreien Endes 28 festgelegt wird.

Um die Kappe 29 zu schützen, ist diese vorzugsweise mit PTFE (Polytetrafluorethylen) 27 beschichtet. Auf der Deckelseite der Kappe 29 ist eine Bohrung 30 angeordnet, in die ein erfindungsgemäßes Spann- und Aufnahmegestänge 21 (siehe Fig. 3) einhängbar ist. Außerdem ist die Bohrung 30 bzw. eine zusätzliche Bohrung bei großen Formteilnennweiten erforderlich, damit die im Inneren des Formstückes 15 sich ansammelnde erwärmte Luft entweichen kann.

In den Fig. 3 und 4 ist beispielhaft für einen Bogen 15 und ein T-Stück 24 die Anordnung der Transportaufhängung dargestellt. Ein durch den Bogen 15 sich erstreckendes Spanngestänge 21 ist an den Enden mit Gewinde versehen. An diesen Gewindeenden wird das Aufnahmegestängeteil 22, das vorzugsweise mit PTFE beschichtet ist, befestigt. Durch das Festschrauben der Gewindehaken 22 werden gleichzeitig die beiden Endenverschlüsse 16 auf den Endenbereich des Formstückes 15 gepreßt. Da das T-Stück 24 vorzugsweise am Abgang aufgehängt wird, ist nur ein Aufhängehaken 31 erforderlich. Die beiden anderen freien Enden des Spanngestänges 21 werden mit PTFE-geschützten Gewindekappen 23 verschlossen.

Claims (12)

1. Verfahren zum dreilagigen Beschichten von metallischen hohlen Formkörpern, bei dem auf die Oberfläche der gereinigten und erwärmten Formkörper zunächst eine Grundschicht aus einem pulverförmigen Epoxyharz, dann darauf ein Polymerisat als Kleber in Pulverform aufgesprüht und anschließend als äußere Deckschicht Polyethylen in Pulverform aufgebracht wird, und anschließend die beschichteten Formkörper auf Raumtemperatur abgekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die offenen Enden der als Rohrformstücke ausgebildeten Formkörper verschlossen werden, die Formkörper auf mindestens 200°C, jedoch maximal 270°C erwärmt und anschließend beschichtet werden, wobei die Formkörper während des Erwärmens und Beschichtens und dazwischen unter Wärmeisolation hängend kontinuierlich in einer Richtung transportiert werden und die für die Beschichtungen eingesetzte Druckluft auf mindestens 30°C vorgewärmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorerwärmung im Bereich zwischen 40 bis 60 Grad Celsius liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschließen der offenen Enden so erfolgt daß die Formkörperendenbereiche beschichtungsfrei bleiben und die Verschlüsse für den Hängetransport benutzt werden können.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung im Bereich zwischen 220 bis 250 Grad Celsius erfolgt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht durch Wirbelsintern aufgebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei großen Rohrformstücken während des Wirbelsinterns das Formteil mehrfach im Wirbelbett getaucht wird.

7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer die Formkörper transportierenden Hängebahn, einer Erwärmungseinrichtung und mindestens einer danach angeordneten Beschichtungskabine, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmungseinrichtung (4) sowie zwei Beschichtungskabinen (5, 6) und eine Wirbelsintereinrichtung (7) mit Abstand voneinander in Reihe angeordnet und die Abstände mit wärmegedämmten Kanälen (12, 13, 14) überbrückt sind und im großen Abstand nach der Wirbelsintereinrichtung (7) eine Abkühleinrichtung (8) vorgesehen ist und die Formkörper ein- oder mehrsträngig durch die Anlage bewegbar sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich nach der Wirbelsintereinrichtung (7) ein wärmegedämmter Kanal (20) anschließt.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere die Wärmeeinrichtung (4) über Weichen mehrsträngig durchfahrbar ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Wärmeeinrichtung (4) und erster Beschichtungskabine (5) eine Vorrichtung zum Drehen der Formkörper (15, 24) angeordnet ist.

11. Einrichtung nach den Ansprüchen 7-10, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Wärmeeinrichtung (4) und nach der Abkühleinrichtung (8) ein Montageplatz (2, 9) für die Anbringung und Demontage der Endenverschlüsse (16) vorgesehen ist.

12. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abkühleinrichtung (8) mindestens ein Ventilator und/oder eine Wasserbrause angeordnet ist.