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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Förderrohrs
für Beton
oder andere Dickstoffe, wobei zunächst Kupplungsflansche an den
Enden eines Rohres aus härtbarem
Stahl angeschweißt
werden und dann eine Innenschicht des Förderrohrs durch Härten erzeugt
wird, und zwar derart, dass die Innenschicht von einer ungehärteten, schlagfesten
Außenschicht
umgeben ist.
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Der
Einsatz von Betonpumpen, die zumeist als mobile Autobetonpumpen
ausgebildet sind, ist auf Baustellen seit langem üblich. Bei
Autobetonpumpen sind sämtliche
Komponenten auf einem Fahrgestell eines Lastkraftwagens angeordnet.
Der Beton wird mittels einer Förderpumpe
gefördert,
die in der Regel als Kolbenpumpe mit zwei linearen Förderzylindern
ausgebildet ist. Aus einem Betonaufgabebehälter wird der Beton mittels
der Förderpumpe
in eine Förderleitung
gefördert. Über die
Förderleitung wird
der Beton zu der jeweils gewünschten
Stelle auf der Baustelle transportiert, wo er in eine entsprechende
Schalung eingebracht wird. Die Förderleitung wird
dabei von einem meist als Knickmast ausgebildeten Verteilermast
der Autobetonpumpe getragen, wobei mehrere Mastarme über Knickgelenke
miteinander verbunden sind. Aufgrund des Gewichts müssen vergleichsweise
dünnwandige
Stahlrohre verwendet werden, bei denen die nur wenige Millimeter dicke
Wand eine durch Härten
erzeugte Innenschicht aufweist. Die gehärtete Innenschicht ist erforderlich, weil
das zu fördernde
Material (Beton oder andere Dickstoffe) stark abrasive Eigenschaften
hat. Durch die gehärtete
Innenschicht ergibt sich eine entsprechend hohe Verschleißfestigkeit,
die Vorraussetzung für
eine ausreichende Lebensdauer der Förderleitung ist. Die Innenschicht
ist von einer ungehärteten, schlagfesten
Außenschicht
umgeben. Diese Außenschicht
ist erforderlich, um die äußerst bruchempfindliche
gehärtete
Innenschicht zu schützen,
und zwar gegen die von außen
auf das Rohr einwirkenden Biege-, Stoß- und Schlagbeanspruchungen.
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Bei
den bekannten Betonpumpen bestehen die Betonförderleitungen aus einer Mehrzahl
von miteinander verbundenen Förderrohren.
Die einzelnen Rohrabschnitte haben dabei eine Länge von zwei bis drei Metern.
Zur Verbindung der Förderrohre
sind jeweils an den Enden eines Rohres Kupplungsflansche angeschweißt. Die
Kupplungsflansche ermöglichen es,
die einzelnen Förderrohre über entsprechende Spann-
oder Schraubmittel dichtend und druckfest miteinander zu verbinden.
Auf diese Weise werden die einzelnen Förderrohre zu einem Förderleitungsstrang
der Betonpumpe zusammengesetzt.
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Aus
der
DE 44 21 696 C1 ist
es bekannt, bei der Herstellung eines Förderrohrs die Kupplungsflansche
entweder vor oder nach dem Härten
der inneren Rohroberfläche
an den Enden des Rohrs anzuschweißen. Werden die Kupplungsflansche
vor dem Härten
angeschweißt,
so ergibt sich das Problem, dass in den besonders verschleißgefährdeten
Endabschnitten des Rohrs keine definierte gleichmäßige Einhärtung der
Innenschicht erzielt werden kann. Die Ursache hierfür ist, dass
das Rohr im Bereich der Kupplungsflansche eine andere Wanddicke
hat, als in dessen Mittelabschnitt, so dass die Wärmeabfuhr beim
Härten
ungleichmäßig stattfindet.
Wird das Rohr demgegenüber
vor dem Anschweißen
der Kupplungsflansche gehärtet,
so kann zwar zunächst eine
relativ gleichmäßige Einhärtung erreicht
werden. Diese wird dann aber teilweise wieder aufgehoben, wenn die
Kupplungsflansche angeschweißt
und dadurch das Rohr im Bereich der Schweißverbindung einer erneuten
Wärmebehandlung
ausgesetzt wird. Beim Schweißvorgang
wird das Härtegefüge der Innenschicht
im Bereich der Schweißverbindung teilweise
zerstört.
Dies führt
in der Praxis entweder zu einem vorzeitigen Verschleiß des Förderrohrs oder,
wenn die Schweißverbindung
zur Schonung des Härtegefüges mit
zu geringem Wärmeeintrag herstellt
wurde, zum Abreißen
der Kupplungsflansche.
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Vor
diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes
Verfahren zur Herstellung eines Förderrohrs für Beton bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe löst
die Erfindung dadurch, dass das Härten durch Induktionshärten mittels
eines in das Rohr eingeführten
Induktionskopfes erfolgt, wobei der Induktionskopf und das Rohr
während
des Härtens
relativ zueinander in axialer Richtung bewegt werden und wobei die
Einhärttiefe
der Induktionshärtung
in Abhängigkeit
von der momentanen Position des Induktionskopfes in dem Rohr gesteuert wird.
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Gemäß der Erfindung
werden die Kupplungsflansche vor dem Härten an den Rohrenden angeschweißt. Das
Härten
erfolgt dann durch Induktionshärten.
Dabei werden das Rohr und der in das Rohr eingeführte Induktionskopf relativ
zueinander bewegt. Während
des Härtvorgangs
werden die Verfahrensparameter (beispielsweise mittels einer geeigneten
CNC-Steuerung) variiert, um gezielt die Einhärttiefe der Induktionshärtung in
Abhängigkeit
von der momentanen Position des Induktionskopfes in dem Rohr zu
steuern. Auf diese Weise kann in den besonders verschleißgefährdeten
Endabschnitten des Rohrs eine definierte Einhärtung erzielt werden, und zwar
trotz der unterschiedlichen Wanddicken in den Mittelabschnitten
des Rohrs und in den Endabschnitten, wo sich die Kupplungsflansche
befinden. Die aufgrund der unterschiedlichen Wanddicken ungleichmäßige Wärmeabfuhr
wird durch entsprechende Steuerung der Verfahrensparameter kompensiert,
so dass sich die gewünschte
Einhärttiefe zuverlässig einstellen
lässt.
Da gemäß der Erfindung die
Kupplungsflansche vor dem Härten
an die Enden des Rohrs angeschweißt werden, muss beim Anschweißen nicht
auf das Härtegefüge Rücksicht
genommen werden. Somit kann eine ausreichend sichere und feste Verbindung
der Kupplungsflansche mit dem Rohr gewährleistet werden, und zwar
ohne Beeinträchtigung
der Verschleißfestigkeit
des Rohrs.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfolgt die Steuerung der Einhärttiefe
in der Weise, dass die Einhärttiefe
in den Endabschnitten des Rohres größer ist als im Mittelabschnitt.
Die Endabschnitte des Rohres bilden die Übergangsbereiche zwischen den
Abschnitten der aus mehreren Rohren zusammengesetzten Förderleitung.
In diesen Übergangsbereichen
sind die einzelnen Rohre, wie oben erläutert, über geeignete Spann- oder Schraubmittel miteinander
verbunden. In den Endabschnitten sind die Rohre besonders verschleißgefährdet. Um
eine möglichst
hohe Lebensdauer zu gewährleisten,
sollte daher die Einhärttiefe
in den Endabschnitten des Rohres größer sein als im Mittelabschnitt.
Die erhöhte
Dicke der Innenschicht in den Endabschnitten und die demzufolge
reduzierte Dicke der Außenschicht beeinträchtigt die
Widerstandsfähigkeit
des Rohrs gegen äußere Biege-,
Schlag- oder Stoßbeanspruchungen
nicht, da die Innenschicht in den Endabschnitten durch die außen angeschweißten Kupplungsflansche
zusätzlich
geschützt
ist.
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Aufgrund
der geringen Wandstärke
des Rohres wird ein sehr schroffer Übergang zwischen der gehärteten Innenschicht
und der ungehärteten
Außenschicht
benötigt.
Der Wärmeeintrag
beim Härten muss
daher sehr präzise "fokussiert" werden. Außerdem muss
die Erhitzung und die anschließende
Abschreckung der zu härtenden
Innenschicht sehr schnell erfolgen, damit nicht die Wärmeleitfähigkeit des
Stahls verhindert, dass sich ein definierter Übergang zwischen der Innenschicht
und der Außenschicht
in der gewünschten
Tiefe beim Härten
ausbildet. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Abschreckung
der mittels des Induktionskopfes erhitzten Innenschicht mittels
einer ebenfalls in das Rohr eingeführten ersten Wasserbrause erfolgt,
welche während
des Härtens
mit festem Abstand zu dem Induktionskopf relativ zu dem Rohr bewegt
wird. Die erste Wasserbrause wird innerhalb des Rohres mit festem
Abstand zu dem Induktionskopf nachgeführt. Dies führt zu einer Abschreckung der
zuvor mittels des Induktionskopfes erhitzten Bereiche der Innenschicht
nach einer definierten Zeit. Diese Zeit ist durch die Geschwindigkeit
der Relativbewegung zwischen Rohr und Induktionskopf vorgegeben.
Um das gewünschte
schroffe Erhitzungsprofil innerhalb der Wand des Rohres zu erzielen,
erfolgt zweckmäßigerweise
zusätzlich
eine unterstützende
Kühlung
des Rohres von außen
mittels einer zweiten Wasserbrause, welche ebenfalls mit festem
Abstand zu dem Induktionskopf relativ zu dem Rohr bewegt wird.
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Zweckmäßigerweise
sollten das Rohr oder der Induktionskopf während des Härtens bei konstanter Rotationsgeschwindigkeit
um die Längsachse
des Rohres gedreht werden. Durch diese Maßnahme wird eine definierte
gleichmäßige Einhärtung der
inneren Rohroberfläche
in Umfangsrichtung erzielt.
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Da
gemäß der Erfindung
das Härten
der Innenschicht des Rohrs durch Induktionshärten erfolgt, kann die Steuerung
der Einhärttiefe
besonders einfach durch Variation des Induktionsstroms und/oder der
Induktionsfrequenz und/oder der Geschwindigkeit der Relativbewegung
von Induktionskopf und Rohr und/oder der Rotationsgeschwindigkeit
erfolgen, und zwar in Abhängigkeit
von der momentanen Position des Induktionskopfes in dem Rohr während des
Härtens.
Die genannten Verfahrensparameter sind einfach steuerbar und wirken
sich in definierter und reproduzierbarer Weise auf die Einhärttiefe
aus.
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Mit
zunehmender Frequenz des Induktionsstroms wird in Folge des Skin-Effekts
die Dicke der erhitzten Innenschicht des Rohrs geringer. Zur Erreichung
von Einhärttiefen
von wenigen Millimetern sollte daher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
das Härten
durch hochfrequentes Induktionshärten
erfolgen, wobei die Frequenz des Induktionsstroms wenigstens 5 kHz,
vorzugsweise wenigstens 10 kHz, besonders bevorzugt wenigstens 20
kHz beträgt.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
sollte die Verschweißung
der Kupplungsflansche mit dem Rohr bei definiertem Wärmeeintrag
durchgeführt
werden. Außerdem
darf die Abkühlgeschwindigkeit
beim Verschweißen
nicht zu hoch sein, damit im Bereich der Schweißverbindung die Widerstandsfähigkeit
der ungehärteten,
schlagfesten Außenschicht nicht
leidet. Weiterhin sollte bei der Verschweißung darauf geachtet werden,
dass die Aufmischung des verwendeten Schweißzusatzwerkstoffes mit dem Material
der Kupplungsflansche und dem Material des Rohres im Bereich der
Schweißverbindung
möglichst
gering und flach ist. Die Innenschicht des Förderrohres darf von dem Schweißzusatzwerkstoff nicht
erreicht werden. Andernfalls würde
es zu einer Reduzierung des Kohlenstoffgehaltes im Bereich der nachfolgend
durch Härten
zu erzeugenden Innenschicht kommen. Dies hätte einen unerwünschten Härteverlust
im Bereich der Schweißverbindung
zur Folge. Es sollte ein Schweißzusatzwerkstoff
bei der Herstellung der Schweißverbindung
verwendet werden, der eine konkave und kerbfreie Oberflächengeometrie
bildet. Ggf. kann eine Nachbehandlung der Schweißverbindung nach der Fertigstellung
des Rohres erfolgen.
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Das
Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist ein Förderrohr
für Beton
oder andere Dickstoffe, mit endseitig angeschweißten Kupplungsflanschen, wobei
das einteilige Rohr eine durch Härten erzeugt
Innenschicht aufweist, die von einer ungehärteten, schlagfesten Außenschicht
umgeben ist. Da gemäß der Erfindung
das Härten
durch Induktionshärten
erfolgt, wobei die Einhärttiefe
der Induktionshärtung
entlang der Längserstreckung
des Rohrs gezielt gesteuert wird, kann ein Förderrohr hergestellt werden,
bei dem die Schichtdicke der Innenschicht in den Bereichen der Schweißverbindung zwischen
Rohr und Kupplungsflanschen im Wesentlichen gleich der Schichtdicke
im Mittelabschnitt des Rohrs ist. Somit hat das erfindungsgemäße Verfahren
gegenüber
den vorbekannten Verfahren vor allem den Vorteil, dass die als Verschleißschutz
dienende Innenschicht durch die Schweißverbindung des Rohres mit
den Kupplungsflanschen in keiner Weise beeinträchtigt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren
erlaubt es sogar, das Härten
so durchzuführen,
dass die Schichtdicke der Innenschicht in den Endabschnitten des
Rohres größer ist
als im Mittelabschnitt, um in den besonders verschleißgefährdeten
Endabschnitten einen erhöhten
Verschleißschutz zu
gewährleisten.
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Ein
besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Förderrohrs ergibt sich zudem
aus dessen Einteiligkeit. Bei aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannten
mehrteiligen Rohren, bei denen ein gehärtetes Innenrohr in ein ungehärtetes Außenrohr eingesetzt
ist, besteht das Problem, dass das Rohr aufgrund des verbleibenden
Zwischenraums zwischen Innenrohr und Außenrohr nicht ultraschallprüfbar ist.
Da das erfindungsgemäße Rohr
einteilig ausgebildet ist, sind die gehärtete Innenschicht und die umgebende
Außenschicht
ohne Zwischenraum miteinander verbunden. Das erfindungsgemäße Rohr
ist daher ultraschallprüfbar.
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Für die Herstellung
des erfindungsgemäßen Förderrohrs
eignet sich ein unlegierter Qualitätsstahl, vorzugsweise der Stahlsorte
C 60. Besonders geeignet ist allerdings ein niedriglegierter Stahl,
vorzugsweise der Stahlsorte 60 Si Cr 7 oder 58 Cr V 4, da diese
Stahlsorten eine höhere
Bruchdehnung haben als die Stahlsorte C 60. Eine zu geringe Bruchdehnung
führt bei Überschreitung
des zulässigen
Berstdruckes zu explosionsartiger Druckentweichung mit gefährlicher
Splitterbildung.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren
lässt sich
ein Förderrohr
herstellen, bei welchem die Dicke der Innenschicht im Mittelabschnitt
des Rohrs 0,1 bis 4 mm, vorzugsweise 1 bis 2 mm beträgt. Die
Dicke der Außenschicht
im Mittelabschnitt des Rohrs kann 1 bis 6 mm, vorzugsweise 2 bis
4 mm betragen. Bei derartig geringen Wandstärken hat das Förderrohr
vorteilhafterweise ein geringes Gewicht, so dass es sich gut für Autobetonpumpen
eignet.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 vertikaler
Teillängsschnitt
im Bereich eines Endabschnitts eines erfindungsgemäßen Förderrohrs;
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2 schematische
Darstellung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
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Mit 1 ist
in der 1 ein einteiliges Förderrohr gemäß der Erfindung
bezeichnet. Das Förderrohr
dient zum Transport von Beton oder anderen Dickstoffen. Mehrere
gleichartige Förderrohre 1 werden über in der
Figur nicht näher
dargestellte Spann- oder Schraubmittel zu einer Förderleitung
miteinander verbunden. Hierzu dient ein im Bereich des Endabschnitts
E des Rohrs 1 aufgesetzter, ringförmiger Kupplungsflansch 2.
Der Kupplungsflansch 2 weist eine umlaufende Nut 3 auf.
In diese Nut greifen die nicht dargestellten Spannmittel zur Verbindung
des Rohrs 1 mit einem weiteren Rohr ein. Der Kupplungsflansch 2 ist
durch eine Kehlnaht 4 mit dem Rohr 1 verschweißt. Das
einteilige Rohr 1 weist eine durch Härten erzeugte Innenschicht 5 auf,
die von einer ungehärteten,
schlagfesten Außenschicht 6 umgeben ist.
Die gehärtete
Innenschicht wird bei der Herstellung des Förderrohrs 1 durch
Induktionshärten
erzeugt. Dabei erfolgt das Härten
nach dem Verschweißen
des Kupplungsflansches 2 mit dem Förderrohr 1. Beim Induktionshärten wird
die Einhärttiefe
in der Weise gesteuert, dass die Schichtdicke der Innenschicht 5 in
den Bereichen der Schweißverbindung 4 zwischen
Rohr 1 und Kupplungsflansch 2 im Wesentlichen
gleich der Schichtdicke im Mittelabschnitt M des Rohrs 1 ist.
Dadurch ist sichergestellt, dass der sich durch die gehärtete Innenschicht 5 ergebende Verschleißschutz
des Förderrohrs 1 im
Bereich der Schweißverbindung 4 nicht
beeinträchtigt
ist. Im Endabschnitt E ist das Rohr 1 besonders verschleißgefährdet. Aus
diesem Grund wird die Einhärttiefe
bei der Herstellung des Rohrs 1 so gesteuert, dass die Schichtdicke
der Innenschicht 5 im Endabschnitt E größer ist als im Mittelabschnitt
M. Wie in der 1 zu erkennen ist, entspricht
die Dicke der Innenschicht 5 im Endabschnitt E im Wesentlichen
der Gesamtdicke des Rohrs 1. Im Bereich des Endabschnitts
E ist die bruchempfindliche Innenschicht 5 durch den äußeren Kupplungsflansch 2 ausreichend
geschützt.
Im Übergangsbereich
zwischen Mittelabschnitt M und Endabschnitt E nimmt die Dicke der
Innenschicht 5 kontinuierlich zu, so dass sich zum Kupplungsflansch 2 hin
ein gleichmäßiges Auslaufen
der Außenschicht 6 ergibt.
In der 1 ist weiterhin zu erkennen, dass die Schweißverbindung 4 in
der Weise ausgeführt
ist, dass die Innenschicht 5 des Förderrohres 1 von dem verwendeten
Schweißzusatzwerkstoff
nicht erreicht wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass keine Reduzierung
des Kohlenstoffgehaltes im Bereich der Innenschicht 5 beim
Anschweißen
des Kupplungsflansches 2 auftritt. Somit ist keine Beeinträchtigung der
Härte der
Innenschicht 5 nach dem anschließenden Induktionshärten zu
befürchten.
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Die 2 illustriert
das Verfahren zur Herstellung des Förderrohrs 1. Zunächst wird
im Endabschnitt E der Kupplungsflansch 2 an das Förderrohr 1 angeschweißt. Dann
wird die Innenschicht 5 durch Härten erzeugt. Hierzu wird ein
Induktionskopf 7 in das Rohr 1 eingeführt. Beim
Härten
wird der Induktionskopf relativ zum Rohr 1 in der durch
den Pfeil dargestellten axialen Richtung bewegt. Dabei wird die
Einhärttiefe
der Induktionshärtung
in Abhängigkeit
von der momentanen Position des Induktionskopfes 7 in dem
Rohr 1 gesteuert, um das in der 1 dargestellte
Schichtenprofil zu erzeugen. Die Abschreckung der mittels des Induktionskopfes 7 erhitzten
Innenschicht des Rohrs 1 erfolgt mittels einer ebenfalls
in das Rohr eingefügten
ersten Wasserbrause 8. Die Wasserbrause 8 ist
direkt mit dem Induktionskopf 7 verbunden und folgt diesem
bei der Bewegung des Induktionskopfes 7 in dem Rohr 1 gleichsam
nach. Während
des Härtens
erfolgt zusätzlich
eine unterstützende
Kühlung
des Rohres 1 von außen
mittels einer zweiten, ringförmigen
Wasserbrause 9, welche parallel zum Induktionskopf 7 bewegt
wird. Damit eine gleichmäßige Härtung des Rohrs 1 von
innen auch in Umfangsrichtung erfolgt, wird das Rohr 1 während des
Härtens
bei konstanter Rotationsgeschwindigkeit um die Längsachse 10 des Rohrs 1 gedreht.
Während
des Härtens
des Rohrs 1 im Mittelabschnitt M werden der Induktionskopf 7 und die
Wasserbrausen 8 und 9 mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit
in Pfeilrichtung bewegt. Auf diese Weise wird eine gehärtete Innenschicht 5 gleichmäßiger und
definierter Dicke erzeugt. Im Endabschnitt E werden die Verfahrensparameter
durch Variation des Induktionsstroms und/oder der Induktionsfrequenz
und/oder der Geschwindigkeit der Vorschubbewegung und/oder der Rotationsgeschwindigkeit derart
gesteuert, dass sich das in der 1 dargestellte
Schichtenprofil ergibt.