DE69025201T2

DE69025201T2 - Verfahren zur beschichtung eines stahlrohrs durch extrusion

Info

Publication number: DE69025201T2
Application number: DE69025201T
Authority: DE
Inventors: Mats Antell; Rune Laangnabba
Original assignee: Eupec Rohrbeschichtung GmbH
Current assignee: Muelheim Pipecoatings GmbH
Priority date: 1989-02-10
Filing date: 1990-08-10
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2010-08-11
Also published as: DE69025201D1; EP0542740B1; DK0542740T3; WO1992002353A1; FI84449C; FI890646A; EP0542740A1; FI84449B; FI890646A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschichten eines Stahlrohrs durch Extrusion, bei dem das Stahlrohr vorbehandelt und das vorbehandelte Stahlrohr durch ein Extrusionswerkzeug geleitet wird, wobei das vorbehandelte Stahlrohr bei einer unter dem Aushärtungspunkt der zu extrudierenden plastischen Materialien liegenden Temperatur in das Extrusionswerkzeug geleitet wird, und das Stahlrohr in dem Extrusionswerkzeug mit einer Klebstoffschicht und wenigstens einer thermoplastischen Schicht beschichtet und das beschichtete Stahlrohr durch Induktionsheizung erhitzt wird, um eine wirksame Verklebung des Stahlrohrs mit der Beschichtung zu erzielen.
Ein solches Verfahren ist aus der US-Patentschrift 4 451 413 bekannt, doch vermittelt diese keine klare Lehre, warum das beschichtete Stahlrohr durch Induktionsheizung erhitzt wird.
Bei weiteren bekannten Lösungen wird das Stahlrohr normalerweise in der Weise beschichtet, daß das Stahlrohr praktisch sofort nach der Vorbehandlung, bei der es beispielsweise erwärmt, abgestrahlt, erhitzt und gegebenenfalls mit einer Expoxidschicht versehen wird, in ein Extrusionswerkzeug mit einer Temperatur geleitet wird, die so hoch wie möglich ist, so daß die Einwirkung auf die Epoxidschicht nicht abnimmt, bevor die Klebstoffschicht und die thermoplastische Schicht oder Schichten aufgebracht werden. Man nimmt nämlich an, daß die Klebwirkung auf eine aufgebrachte Epoxidschicht erheblich abnimmt, nachdem diese ausgehärtet ist. Um eine möglichst gute Klebung zu erzielen, sind daher Versuche unternommen worden, um das epoxidbeschichtete Stahlrohr so schnell wie möglich in das Extrusionswerkzeug zu leiten. Wenn Stahlrohre ohne Epoxid beschichtet werden, wird die beste Klebwirkung erzielt, wenn die Oberflächentemperatur des Stahlrohrs über dem Schmelzpunkt des thermoplastischen Materials liegt. Das beschichtete Stahlrohr wird dann sofort in ein Kühlbad geleitet, um die durch die Extrusion aufgebrachten Schichten auszuhgrten. Dieses Verfahren ist besonders geeignet, wenn dünne Kunststoff schichten mit nur einigen Millimetern Dicke auf das Stahlrohr aufgebracht werden, weil dann die Abkühlung und dadurch die Aushärtung des extrudierten Kunststoffs verhältnismäßig rasch geschieht, dagegen bei verhältnismäßig dick extrudierten Schichten beispielsweise Zentrierprobleme rasch auftreten. Denn aufgrund der Isolierfähigkeit von Kunststoffen in Verbindung mit dicken Kunststoffschichten erfolgt die Abkühlung des Kunststoffs verhältnismäßig langsam, so daß der erste Stützpunkt des Rohres nach dem Extrusionswerkzeug sehr weit von diesem entfernt liegen muß, was beispielsweise das Zentrieren des Stahlrohrs schwierig macht. Da das Abkühlen beschichteter Stahlrohre hauptsächlich von der Außenseite her erfolgt, härtet die aufgebrachte Kunststoffmasse zuerst in der äußersten Schicht aus, von wo aus die Aushärtung langsam radial nach innen fortschreitet. Der erste Stützpunkt eines beschichteten Rohres muß daher in einer Entfernung vom Extrusionswerkzeug liegen, in der der Abkühlvorgang durch alle Kunststoffschichten hindurch fortgeschritten ist, so daß diese eine hinreichende Belastbarkeit erhalten. An jedem Punkt längs der Rohrlänge, an dem die Kunststoffmasse eine teigartige Konsistenz hat, besteht bei einer Berührung die Gefahr, daß die Zentrierung des Rohres beeinträchtigt wird. Wegen des großen Abstands zwischen den Berühungspunkten besteht auch die große Gefahr, daß die aufgebrachten Kunststoffschichten vom Stahlrohr herabgleiten, wobei die Kunststoffschicht auf der Oberseite des Rohres erheblich dünner als auf der Unterseite des Rohres wird. Dies ist besonders dann der Fall, wenn eine dicke schaumige Kunststoffschicht mit gutem Isolationsvermögen auf das Stahlrohr extrudiert worden ist.
Aus der FR-Patentschrift 20 33 555 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine schaumige thermoplastische Schicht zur Isolation mittels eines Extrusionswerkzeugs auf ein Stahlrohr aufgebracht wird. Um einen gleichmäßigen Querschnitt der Isolationsschicht zu erhalten, wird in der Patentschrift die Verwendung einer Kühlhülse vorgeschlagen. Ob danach eine Induktionserhitzung erfolgt, ist dieser Patentschrift nicht zu entnehmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten zu vermeiden, insbesondere wenn dicke Kunststoffschichtenauf Stahlrohre durch Extrusion während einer einzigen Stufe aufgebracht werden. Dies wird bei einem Verfahren der genannten Art dadurch erreicht, daß eine relativ dicke Isolierschicht aus schaumigem Thermoplast auf das Stahlrohr in dem Extrusionswerkzeug aufgebracht und das beschichtete Stahlrohr vor der Induktionsheizung abgekühlt wird.
Die Kunststoffmasse, die auf das Stahlrohr extrudiert werden soll, hat normalerweise eine Temperatur von ca. 200ºC, während die Temperatur des vorbehandelten Stahlrohrs, das in das Extrusionswerkzeug geleitet wird, niedriger als 100ºC ist. Dies hat zur Folge, daß die Abkühlung und Aushärtung der extrudierten Kunststoffschichten sofort beginnen, wenn diese mit dem Stahlrohr in Berührung kommen. Die Abkühlung der extrudierten Schicht geschieht daher erheblich schneller, da die im Stahlrohr selbst gespeicherte Wärmemenge sehr viel geringer ist und daher nicht über die extrudierten Schichten in das Kühlbad geleitet wird, während gleichzeitig die Aushärtung zumindest in der Anfangsphase in zwei Abschnitten erfolgt, d.h. von der Innen- und Außenseite der extrudierten Schichten her. Die aus dem beschichteten Rohr abzuführende gesamte Wärmemenge ist daher erheblich niedriger als bei vorbekannten Verfahren. Die extrudierten Schichten erreichen daher eine erhebliche Belastbarkeit zur Abstützung des Rohrgewichts. Wenn die Abkühlung abgeschlossen ist, ist die Adhäsion der extrudierten Schichten am Stahlrohr noch nicht vollständig zufriedenstellend, doch wird dies nach der Erfindung in effektiver Weise erleichtert, d.h. das Stahlrohr wird als nächstes durch Induktionsheizung erhitzt. Während der Induktionsheizung dringen die elektromagnetischen Wellen unmittelbar durch die extrudierten Kunststoffschichten in das Stahlrohr, ohne die Kunststoffschichten zu erwärmen. Da das Stahlrohr erhitzt wird, wird die Warme in die benachbarten Kunststoffschichten geleitet, die dadurch in einen plastischen Zustand erhitzt werden. Dadurch werden die inneren Spannungen in den oberen Schichten beseitigt, was eine Schrumpfkraft auf die extrudierte Kunststoffbeschichtung in der Weise erzeugt, daß diese sehr effektiv gegen den Außenmantel des Stahlrohrs drückt, was beispielsweise dadurch deutlich angezeigt wird, daß die auf die Epoxidschicht extrudierte Klebstoffschicht an den Enden des Rohres herausgedrückt wird.
Die Erfindung wird nachstehend ausführlicher anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben, die ein prinzipielles Schema einer erfindungsgemäßen Fertigungsstraße darstellt.
Das zu beschichtende Stahlrohr 1 wird in einer Vorbehandlungsstation 2 vorbehandelt, wobei das Stahlrohr 1 zunächst so erwärmt wird, daß eine eventuelle Feuchtigkeit entfernt wird, wonach der Außenmantel des Stahlrohrs abgestrahlt wird, um eine saubere und neue Stahloberfläche zu erhalten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das abgestrahlte Stahlrohr dann direkt in das Extrusionswerkzeug 3 geleitet werden, und zwar mit einer Temperatur, die erheblich unter dem Schmelzpunkt thermoplastischer Kunststoffmassen liegt, die in dem Extrusionswerkzeug 3 auf das Stahlrohr aufgebracht werden sollen. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das abgestrahlte Stahlrohr 1 auf ca. 240ºC erwärmt, vorzugsweise mittels Infrarotbestrahlung, und dann im erwärmten Zustand durch eine Expoxidbeschichtungseinheit einer Vorbehandlungsstation 2 ge leitet, in der das Epoxidpulver auf die saubere und erwärmte Stahloberfläche aufgebracht wird. Das mit Epoxid beschichtete Stahlrohr 1 läßt man dann abkühlen, so daß seine Temperatur erheblich unter dem Schmelzpunkt von Kunststoffmassen liegt, die auf das Stahlrohr 1 in der nächsten Extrusionsstufe aufgebracht werden, in der vorzugsweise ein sogenannter Kreuzkopf-Extruder 3 verwendet wird. In dem Extrusionswerkezug 3 wird ein Klebstoff 4 als relativ dünne Schicht sowie wenigstens eine relativ dicke Schicht aus Thermoplast 5 auf das Stahlrohr 1 aufgetragen. Da die Temperatur des Stahlrohrs 1 beim Eintritt in das Extrusionswerkzeug 3 unter dem Erhärtungspunkt des Klebstoffs 4 und des Thermoplasten 5 liegt, beginnt sofort der Aushärtungsvorgang, was zur Folge hat, daß alle extrudierten Schichten relativ rasch aushärten und ein erheblich kürzeres Kühlbad 6 nach der Extrusion als bei herkömmlichen Verfahren benötigen. Der erste Stützpunkt des extrudierten Rohres 1 kann daher ziemlich nahe bei dem Extrusionswerkzeug 3 angeordnet sein. Auf diese Weise nehmen die extrudierten Schichten rasch einen festen oder ausgehärteten Zustand ein, so daß sich ein Rohr mit guter Zentrierung ergibt, jedoch die Adhäsion des Stahrohrs 1 oder der Epoxidschicht relativ gering ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erleichtert, daß das abgekühlte Stahlrohr 1, nachdem es durch Extrusion beschichtet worden ist, in einer Induktionsheizeinheit 7 erhitzt wird, wobei hochfreqente elektromagnetische Wellen das Stahlrohr 1 erhitzen, aus dem Wärme in den inneren Abschnitt der extrudierten Schichten geleitet wird. Bei dieser Erhitzung schmilzt die innerste Schicht, so daß die gesamte das Stahlrohr 1 umgebende Beschichtung schrumpft und eine sehr gut Adhäsion zwischen dem Stahlrohr und den Kunststoffschichten erzielt wird.
Als geeignete Temperatur des Stahlrohrs 1 beim Eintritt in das Extrusionswerkzeug 3 hat sich eine niedrigere Temperatur als 100ºC erwiesen. Die extrudierte thermoplastische Schicht ist eine schaumige Isolationsschicht mit gewünschtenfalls einer kompakten Schutzschicht. Wenn insbesondere Stahlrohre mit einer dicken schaumigen Isolationsschicht aus beispielsweise Polypropylen beschichtet werden, hat sich das erfindungsgemäße Verfahren als besonders geeignet erwiesen. Ein weiteres geeignetes Ausführungsbeispiel ist ein Stahlrohr, das mit einer Klebstoffschicht, einer verhältnismsßig dikken Schaumschicht und einer dünneren kompakten Schutzschicht beschichtet ist.
Um die gewünschte Abkühlung des Stahlrohrs 1 vor dem Eintritt in das Extrusionswerkzeug 3 zu erreichen, insbesondere wenn eine Epoxidbeschichtungsstufe in der Vorbehandlungsstufe enthalten ist, kann das Verfahren entweder nach der Vorbehandlungsstufe unterbrochen und das Stahlrohr 1 in einen Wartespeicher transferiert werden, oder der Abstand zwischen der Vorbehandlungsstation 2 und dem Extruder 3 muß groß genug gewählt werden.
Bei der abschließenden Induktionserhitzung sollte das stahlrohr vorzugsweise eine Oberflächentemperatur von ca. 160ºC bis 180ºC erreichen, was nahezu gleich dem Schmelzpunkt der Klebstoffschicht ist.

Claims

e ee . 9 .4.. 4 4. e 4.. 944 49 .4 -8- EP 90 912 059.4 5 0 542 740

1. Verfahrenzum Beschichten eines Stahlrohrs (1) durch Extrusion, bei dem das Stahlrohr (1) vorbehandelt und das vorbehandelte Stahlrohr durch ein Extrusionswerkzeug (3) geleitet wird, wobei das 5 vorbehandelte Stahlrohr bei einer unter dem Aush rtungspunkt der zu extrudierenden plastischen Materialien (4, 5) liegenden Temperatur in das Extrusionswerkzeug geleitet wird, und das Stahlrohr in dem Extrusionswerkzeug mit einer Klebstoffschicht 10 (4) und wenigstens einer thermoplastischen Schicht (5) beschichtet und das beschichtete Stahlrohr (1) durch Induktionsheizung (7) erhitzt wird, um eine wirksame Verklebung des Stahlrohrs mit der Beschichtung zu erzielen, dadurch gekennzeichnet, daß 15 eine relativ dicke Isolierschicht aus schaumigem Thermoplast (5) auf das Stahlrohr (1) in dem Extrusionswerkzeug (3) aufgebracht und das beschichtete Stahlrohr vor der Induktionsheizung abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig eine kompakte Schutzschicht auf die Schaumschicht aufgebracht wird.

9 eei w 9 9 9 .99 9 4 9 9 4 9994 9

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlrohr (1) während der Vorbehandlung (2) erwärmt und abgestrahlt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlrohr (1) während der Vorbehandlung (2) erwärmt, abgestrahlt, erhitzt und mit Epoxid beschichtet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlrohr (1) nach der Vorbehandlung in einen Wartespeicher transferiert wird, um es auf eine gewünschte Temperatur abzukühlen.

15 6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Vorbehandlungsstation (2) und dem Extrusionswerkzeug (3) so eingestellt wird, daß eine hinreichende Abkühlung des vorbehandelten Stahl-20 rohrs (1) erzielt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlrohr (1) schließlich so erhitzt wird, daß es eine Temperatur von ca. 160ºC 25 bis 180ºC erreicht, die etwa gleich dem Schmelzpunkt der Klebstoffschicht ist.