[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Auftragen eines als Flüssigkeit
mit wasserähnlicher Zähigkeit vorliegenden Behandlungsmittels auf Stahlrohre gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
[0002] Ein solches Verfahren geht aus der EP-OS 01 98 144 hervor. In dieser Schrift wird
in Zusammenhang mit dem Auftragen einer aus einer Epoxyharz-Grundschicht, einer Äthylencopolymerisat-Kleberschicht
und einer Polyäthylen-Deckschicht bestehenden Kunststoffisolierung vorgeschlagen,
die Stahlrohroberfläche nach dem Reinigen durch Strahlen mit gerundetem Stahldrahtkorn
und vor dem Auftragen der Kunststoffbeschichtung zu chromatieren. Das Chromatieren
erfolgt durch Aufbringen einer sauren wässrigen Lösung einer Mischung aus 3-wertigen
und 6-wertigen Chromverbindungen, die ein organisches Bindemittel zur Fixierung auf
dem Rohr enthält. Die Rohroberfläche wird in der Weise benetzt, daß die Lösung, die
ähnlich dünnflüssig ist wie Wasser, über das Rohr gegossen und anschließend getrocknet
wird.
[0003] Diese Vorbehandlung der Rohroberfläche führt im Vergleich zu einer Kunststoffbeschichtung
ohne Chromatierung zu deutlich verbesserten Schälfestigkeiten und verringerten Disbondingwerten
nach ASTM G 8. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Qualitätsverbesserung über den
Rohrumfang und über die Rohrlänge gesehen nicht immer gleichmäßig ist, sondern starken
Schwankungen unterliegt. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es anzustreben, ein gewünschtes
Qualitätsniveau mit möglichst geringem Aufwand zu gewährleisten. Diese Forderung
führt in der Regel zu der Zielsetzung, das Qualitätsniveau nahezu konstant in der
Nähe eines Sollwertes zu halten.
[0004] Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art und
eine Vorrichtung zu dessen Durchführung anzugeben, mit dem ein gewünschtes Qualitätsniveau
mit geringem Aufwand auf einem möglichst gleichbleibenden Wert gehalten werden kann.
Das Verfahren und die Vorrichtung sollen darüber hinaus nicht nur für die Behandlung
von Rohren mit sich erweiternden Enden (Muffenrohre), sondern auch von Rohren anwendbar
sein, deren Geradheit deutlich von der geometrischen Ideallinie abweicht. Auch bei
hohen Produktionsgeschwindigkeiten (z.B. 25 m/min) soll noch eine gleichmäßige Auftragung
des Behandlungsmittels gesichert sein.
[0005] Gelöst wird diese Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens mit den im Anspruch 1 und hinsichtlich
der Vorrichtung mit den im Anspruch 7 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 - 6 bzw. 8 - 15 gekennzeichnet.
[0006] Im umfangreichen Untersuchungen konnte herausgefunden werden, daß die schwankenden
Qualitätswerte der Kunststoffbeschichtung in erster Linie auf ein ungleichmäßiges
Auftrages des Behandlungsmittels (z.B. Chromatierungsmittel) auf die Rohroberfläche
zurückzuführen ist. Während an einigen Stellen unnötig viel Chromatierungsmittel konzentriert
wird, ist die Chromatierung (Trockenschichtdicke) an anderen Stellen unzureichend.
Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise werden diese Ungleichmäßigkeiten weitestgehend
vermieden. Das Übergießen des Rohrstranges mit reichlichem Überschuß gewährleistet
nicht nur, daß die gesamte Oberfläche ausreichend benetzt wird, sondern bewirkt auch
ein Sauberspülen der Rohroberfläche von staubförmigen Verunreinigungen. Anstelle des
Übergießens kann in äquivalenter Weise auch ein Aufspritzen des Behandlungsmittels
erfolgen, wobei dieses Aufspritzen insbesondere im Falle der Chromatierung aus Umweltschutzgründen
nahezu drucklos erfolgen sollte, um die Entstehung giftiger Aerosole zu vermeiden
und eine vollständige Rückgewinnung überschüssiger Behandlungsmittel durch einfaches
Auffangen des abtropfenden Materials zu ermöglichen.
[0007] Das an sich naheliegende Eintauchen der Rohre in ein Behandlungsmittelbad verbietet
sich allein schon deswegen, weil z.B. Chromatierungsmittel wegen ihrer Wasserlöslichkeit
auf keinen Fall in das Rohrinnere eindringen dürfen und eine sichere Abdichtung der
Rohre äußerst aufwendig wäre.
[0008] Wegen der wasserähnlichen Dünnflüssigkeit des Behandlungsmittels fließt dieses nach
dem Übergießen von den höher gelegenen Bereichen der Rohroberfläche zu tieferliegenden
Bereichen, so daß sich an letzteren unnötig hohe Mengen des Behandlungsmittels sammeln.
Dieser Effekt läßt sich ohne weiteres vermeiden, wenn das Rohr z.B. für die nachfolgende
Kunststoffbeschichtung ohnehin einer ständigen Drehbewegung um die Längsachse unterzogen
wird, so daß die oben bzw. unten befindlichen Oberflächenbereiche ständig wechseln.
Bei einer kontinuierlichen Rohrbeschichtung nach dem Schlauchextrusionsverfahren ist
jedoch eine solche Drehbewegung nicht möglich. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen,
daß das Behandlungsmittel durch Überstreichen z.B. mit Hilfe eine Ringbürste auf der
Rohroberfläche gleichmäßig fein verteilt wird. Um höher gelegene Bereiche der Rohroberfläche,
von denen das Behandlungsmittel infolge der Schwerkraft bereits weitgehend abgelaufen
ist, wieder mit einem ausreichenden Naßfilm zu versehen, kann es zweckmäßig sein,
die Ringbürste um das Rohr rotieren zu lassen. Wesentlich ist, daß das Überstreichen
mit annähernd gleichem Anpreßdruck erfolgt. Das Trocknen des Behandlungsmittels sollte
spätestens 20 Sek., vorzugsweise weniger als 10 Sek. nach dem Überstreichen einsetzen
und im wesentlichen nach 10 - 20 Sek. Trocknungsdauer durchgeführt sein. Auf diese
Weise kann sichergestellt werden, daß die Konzentration des Behandlungsmittels (Trockenschichtdicke)
auf der gesamten Rohroberfläche nahezu konstant ist, weil ein Zusammenlaufen des Naßfilmes
(Tropfenbildung) nicht so schnell erfolgt. Die Höhe der erzielten Trockenschichtdicke
läßt sich einerseits über die Anpreßkraft und die Auswahl der Art der Abstreifelemente
(Feinheit und Dichte der Borsten) der Streichvorrichtung beeinflussen, d.h. über
die eingestellte Höhe des Naßfilmes auf der Rohroberfläche.
[0009] Andererseits ist in der Wahl der Konzentration des als wässrige Lösung eingesetzten
Behandlungsmittels eine sehr gut geeignete Stellgröße zu sehen. Zweckmäßige Parameterkombinationen
können in einfachen Versuchen ermittelt werden.
[0010] Es kann zweckmäßig sein, die Verteilung des Behandlungsmittels auf der Rohroberfläche
in mehreren Stufen vorzunehmen und z.B. mehrere Ringbürsten hintereinander vorzusehen.
Dabei kann mit unterschiedlich gearteten Borsten gearbeitet werden; die härteren Borsten
sollten in Produktionsrichtung vor dem für die Feinverteilung erforderlichen weicheren
Borsten zum Einsatz kommen. Zur groben Entfernung von überschüssigem Behandlungsmittel
können vor der Ringbürste auch weichelastische, lamellenartige Abstreifelemente eingesetzt
werden, die entweder als Ring die gesamte Rohroberfläche oder lediglich die Rohrunterseite,
wo das Behandlungsmittel abtropft, bestreichen. Nicht verwendet werden sollten Abstreifelemente,
die aus einer einteiligen, ringförmigen Membran (z.B. aus Gummi) bestehen, da diese
zuviel Behandlungsmittel abstreifen und dadurch einen zu dünnen Naßfilm erzeugen.
[0011] Die Verwendung weichelastischer Abstreifelemente und Ringbürsten mit weichen Borsten
zur Überschußentfernung und Verteilung des Behandlungsmittels hat den großen Vorteil,
daß Abweichungen von der idealen Rohrgeometrie (z.B. Unrundheiten, Durchmesserveränderungen)
problemlos bewältigt werden können. Auch ungerade Rohre lassen sich gut verarbeiten,
wenn die in axialer Richtung fixierte Streichvorrichtung über ein Rollensystem elastisch
auf dem Rohrstrang abgestützt ist und dadurch alle Auslenkbewegungen des transportierten
Rohrstrangs in radialer Richtung mitmachen kann. Als vorteilhaft ist es anzusehen,
wenn während oder nach dem Übergießen des Behandlungsmittels die Oberfläche des Rohrstranges
mit Hilfe von überlappt angeordneten, in axialer Richtung sich abwälzenden oder von
schraubenlinienförmig um das Rohr umlaufenden Walzen (mit nachgiebiger Mantelfläche)
überwalzt wird, um das Behandlungsmittel auch in eventuell vorhandene Poren der Rohroberfläche
hineinzudrücken und Luftblasen aus dem Flüssigkeitsfilm zu entfernen.
[0012] Die Trocknung des Flüssigkeitsfilmes wird zweckmäßig mittels induktiver Rohrerwärmung
oder mittels Strahlungswärme von außen durchgeführt. Die Verwendung von Heißluft
oder offenen Flammen ist wegen der blasenden Wirkung derartiger Wärmequellen mit eine
unerwünschten Förderung der Ungleichmäßigkeit der Naßfilmdicke und dadurch auch der
Trockenfilmdicke verbunden.
[0013] Das überschüssige Behandlungsmittel (Chromatierungsmittel) wird unterhalb des Rohrstranges
aufgefangen, im Kreislauf geführt und erneut zum Übergießen verwendet. Die Konzentration
des Behandlungsmittels sollte dabei fortlaufend überwacht und auf dem erforderlichen
Mindestwert gehalten werden. Dies kann durch Zugabe unverdünnter Behandlungsmittel
oder ggf. auch durch den vollständigen Austausch des Behandlungsmittels gegen frisches
erfolgen.
[0014] Die sich in dem Auffangbehälter sammelnden Fremdstoffe (z.B. Staub aus der Rohrreinigung
durch Stahlstrahlen) sollten von Zeit zu Zeit entfernt werden (Filtrierung).
[0015] Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Figur 1 und
Figur 2 zeigen Schnitte durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Auftragen, wobei
die Schnitte senkrecht bzw. parallel zur Achse des Rohrstrangs verlaufen.
[0016] Nach Durchlaufen einer nicht dargestellten Anlage zur Reinigung der Rohroberfläche
3 durch Stahlstrahlen läuft ein Stahlrohrstrang auf einem ebenfalls nicht dargestellten
Rollgang in die Behandlungsstation ein, in der z.B. eine Chromatierung auf die Rohroberfläche
3 aufgetragen werden soll, die zu einer Chrombelegung von mindestens 100 mg/m² führt.
Das Chromatierungsmittel ist in einem Vorratsbehälter 13 enthalten und wird mittels
einer Umwälzpumpe 14 über eine Rohrleitung zu einer ringförmig um den Rohrstrang gelegten
Übergießvorrichtung 1 befördert. Es tritt über die Einzeldüsen 7 aus der Übergießvorrichtung
1 aus, wobei es nahezu drucklos auf die Rohroberfläche 3 trifft und diese mit reichlichem
Überschuß vollständig benetzt.
[0017] Dabei fließt ein großer Teil des Überschusses sofort wieder von der Rohroberfläche
ab und tropft in ein Auffangbecken 4. Hierdurch wird loser Staub aus der vorhergehenden
Strahlbehandlung von der Rohroberfläche 3 abgespült, so daß eine sehr saubere Oberfläche
entsteht. Um einen möglichst gleichmäßigen und ausreichend dicken Naßfilm des Chromatierungsmittels
zu erzielen, durchläuft der Rohrstrang unmittelbar nach dem Übergießen eine Streichvorrichtung,
die in diesem Ausführungsbeispiel hintereinander angeordnet zwei Abstreifringe 8 und
zwei Ringbürsten 2 aufweist. Während die Abstreifringe 8 eine grobe Verteilung des
Chromatierungsmittels bewirken und den Hauptteil des Überschußes entfernen, haben
die beiden ringbürsten 2 die Aufgabe, die gewünschte Dicke des Naßfilmes fein einzustellen.
Die Abstreifringe 8 sind jeweils aus weichelastischen Gummisegmenten zusammengesetzt,
damit ihr Anpreßdruck an die Rohroberfläche und infolge dessen ihre Abstreifwirkung
nicht zu stark ist. Dies könnte zu einer unzureichenden Dicke der Chromatschicht auf
der Rohroberfläche 3 führen. Anstelle der aus Segmenten zusammengesetzten Abstreifringe
8 können auch Bürsten eingesetzt werden, deren Borsten ohne weiteres härter sein können
als die Borsten der Ringbürsten 2, die weich sein sollen. Die Borstenlänge der ringbürsten
2 sollte so gewählt werden, daß die Borsten bei den zu verarbeitenden Rohrdurchmessern
jeweils schräg auf der Rohroberfläche 3 stehen, diese also stets mit ihrer Stirnfläche
berühren und sich Formänderungen des Rohrstranges (z.B. bei Muffenrohren) in gewissen
Grenzen problemlos anpassen können. Da die Achse des Rohrstranges infolge von Unregelmäßigkeiten
des Rollgangtransportes und Abweichungen von der idealen geraden Rohrgeometrie sich
ständig verlagern kann, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Übergießvorrichtung 1
und die Streichvorrichtung mit den Ringbürsten 2 und den Abstreifringen 8 fest mit
einer Haltevorrichtung 5 zu verbinden, die über ein System von mindestens 2 z.B. diaboloförmigen
Rollenpaaren 6 auf der Rohroberfläche 3 abgestützt ist. Hierdurch wird zwangsläufig
eine ständige Zentrierung der Übergießvorrichtung 1 und der Streichvorrichtung 2 bezüglich
der Rohrachse gewährleistet.
[0018] Die Rollen 6 sind zur Anpassung an sich ändernde Rohrdurchmesser (z.B. Muffenrohre)
über hebelartige Achsträger 12 mit dem Rahmen der Haltevorrichtung 5 verbunden und
werden durch Zugfedern 11, die zwischen den gegenüberliegenden Achsträgern 12 gespannt
sind, an die Rohroberfläche 3 gedrückt. Damit die Haltevorrichtung 5 auch bei nicht
eingefahrenem Rohrstrang in ihrer Sollposition verbleibt, ist sie mittels der Federn
9 an einen Träger 10 angehängt, der seinerseits mit dem nicht dargestellten Werksgebäude
der Anlage starr verbunden ist. Die Federn 9 lassen sowohl seitliche als auch vertikale
Auslenkbewegungen der Haltevorrichtung 5 zu. Die erfindungsgemäße Anlage stellt sicher,
daß überschüssiges Chromatierungsmittel vollständig aufgefangen und durch eine Rohrverbindung
zwischen dem Auffangbehälter 4 und dem Vorratsbehälter 13 zur Wiederverwendung im
Kreislauf geführt werden kann. Da das Chromatierungsmittel im Zeitverlauf durch den
von der Rohroberfläche 3 abgespülten Schmutz verunreinigt wird, sollte in den Behandlungsmittelkreislauf
eine geeignete Filteranlage (nicht dargestellt) eingebaut werden. Darüber hinaus sollte
eine Meßeinrichtung (ebenfalls nicht dargestellt) vorgesehen sein, mit der die Konzentration
des Behandlungsmittels fortlaufend überwacht werden kann. Der in Figur 2 dargestellte
Anlagenteil wird aus Umweltschutzgründen zweckmäßigerweise in einer geschlossenen
Kabine untergebracht, die an eine Absauganlage angeschlossen ist, welche den Austritt
eventuell giftiger Dämpfe in die Umgebung verhindert.
[0019] Da das dünnflüssige Chromatierungsmittel stets bestrebt ist, nach unten von der Rohroberfläche
abzulaufen, sollte die Trocknung des Chromatierungsmittels möglichst unmittelbar
nach dem Überstreichen (z.B. nach 10 Sek.) einsetzen und schnell beendet werden (z.B.
nach weiteren 10 Sek.). In Abhängigkeit von der Vorschubgeschwindigkeit des Rohrstranges
müssen daher die Abstände zwischen der Streichvorrichtung 2 und der (nicht dargestellten)
Trocknungsvorrichtung entsprechend gewählt werden.
[0020] Nach vollständiger Trocknung der Chromatschicht (z.B. mittels induktiver Erwärmung
des Rohrstranges) kann in bekannter Weise die Kunststoffbeschichtung der Rohroberfläche
z.B. mit einer Grundschicht aus Epoxyharz, einer darüber gelegten Kleberschicht aus
einem Äthylen-Copolymerisat und einer abschließenden Deckschicht aus Polyäthylen erfolgen,
wobei die beiden thermoplastischen Kunststoffschichten als Doppelschlauch aufgebracht
werden können, da der Rohrstrang keine Rotationsbewegung ausführt. Eine in dieser
Weise aufgebrachte Chromatschicht weist über die gesamte Rohrlänge und über den Rohrumfang
gleichbleibende Dicke auf und führt in Verbindung mit der Kunststoffbeschichtung zu
entsprechend gleichmäßig hohen Schälfestigkeits-und Disbondingwerten.
1. Verfahren zum kontinuierlichen Auftragen eines als Flüssigkeit mit wasserähnlicher
Zähigkeit vorliegenden Behandlungsmittels, insbesondere einer wässrigen Lösung von
Chromatierungsmitteln, bei Raumtemperatur in einer gleichmäßig dünnen Schicht auf
die gereinigte Oberfläche von Stahlrohren, die zu einem endlosen Strang aneinandergereiht
sind, als Vorbehandlung für eine nachfolgende Kunststoffbeschichtung, insbesondere
für eine Beschichtung mit einer Epoxyharzgrundschicht, einer thermoplastischen Deckschicht
und einer dazwischen angeordneten Kleberschicht aus einem Copolymerisat des thermoplastischen
Kunststoffes der Deckschicht, wobei das Behandlungsmittel durch Übergießen aufgebracht
und anschließend getrocknet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Übergießen mit reichlichem Überschuß erfolgt, daß das überschüssige Behandlungsmittel
in einem Kreislauf geführt wird, daß das Behandlungsmittel über den gesamten Umfang
von Bürsten oder einer bürstenartigen Streichvorrichtung mit über dem Rohrumfang annähernd
gleichem Anpreßdruck gleichmäßig verteilt wird und daß innerhalb von maximal 20 Sek.
nach dem Verteilen die Trocknung durch Wärmezufuhr einsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Konzentration des Behandlungsmittels gemessen und auf einem, Mindestwert gehalten
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Behandlungsmittel unmittelbar nach oder während dem Übergießen über dem gesamten
Rohrumfang durch elastische Walzen auf die Rohroberfläche gedrückt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Trocknen des Behandlungsmittels durch induktives Erwärmen oder durch von außen
aufgebrachte Strahlungswärme erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trocknung maximal 10 Sek. nach dem Überstreichen einsetzt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Behandlungsmittel ein Chromatierungsmittel verwendet und in einer Schichtdicke
verteilt wird, die einer Chrombelegungsmenge auf der Rohroberfläche von mindestens
100 mg/m² entspricht.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer entlang eines
Rollgangs angeordneten Vorrichtung zum Übergießen des Behandlungsmittels und einer
Trocknungsvorrichtung,
dadurch gekennzeichnet,
daß in Transportrichtung hinter der Vorrichtung (1) zum Übergießen des Rohres mit
dem im Kreislauf geführten Behandlungsmittel eine Bürste oder bürstenähnliche Streichvorrichtung
(2) angeordnet ist, mit der die gesamte Rohroberfläche (3) überstreichbar ist, daß
ein Auffangbecken (4) für überschüssiges Behandlungsmittel vorgesehen ist, daß die
Streichvorrichtung (2) an einer Haltevorrichtung (5) befestigt ist, die zur Zentrierung
bezüglich der Rohrachse über ein Rollensystem in radialer Richtung auf dem Rohrstrang
federnd abstützbar ausgebildet ist und daß die Trocknungsvorrichtung (6) höchstens
in einer Entfernung hinter der Streichvorrichtung (2) angeordnet ist, die bei der
kleinsten vorgesehenen Produktionsgeschwindigkeit in 20 Sek. vom Rohrstrang durchfahren
werden kann.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Streichvorrichtung als Ringbürste (2) oder spiralig um den Rohrumfang verlaufende
Bürste ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Streichvorrichtung vor der Ringbürste (2) einen Abstreifring mit weichelastischen,
sich überlappenden Lamellen aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Streichvorrichtung mehrere hintereinander angeordnete Bürsten (2) und/oder
Abstreifringe (8) aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 - 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Übergießvorrichtung (1) eine Vielzahl von ringförmig angeordneten Einzeldüsen
(7) oder einen ringförmigen Brausekopf aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 - 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Übergießvorrichtung (1) und der Streichvorrichtung (2) ein die gesamte
Rohroberfläche (3) überwalzendes System elastischer Walzen angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Streichvorrichtung (2) und/oder die Walzen in einem drehbaren Käfig derart
angeordnet sind, daß sie den Rohrstrang in einer spiralförmigen Bewegung umfahren
können.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 - 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trocknungsvorrichtung als induktives Heizsystem oder als Infrarotstrahler
ausgebildet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 - 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Konzentration des Behandlungsmittels anhand einer Meßvorrichtung fortlaufend
überwachbar ist.