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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Härten der inneren
Oberfläche eines Förderrohrs, insbesondere des
Innenrohrs eines aus einem Innenrohr und einem Außenrohr
gebildeten doppellagigen Förderrohrs.
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Durch
die
DE 34 10 485 A1 ebenso
wie die
DE 34 12 525
C2 zählt eine Vorrichtung zum Flammhärten
der inneren Oberfläche eines Rohrs bzw. des Innenrohrs
eines Doppellagenrohrs zum Stand der Technik. Zum Härten
werden ein gasbeheizter Brenner sowie eine dem Brenner nachgeschaltete
Abschreckbrause durch das Rohr geführt. Hierbei wird das
Förderrohr um seine Längsachse gedreht. Auch die
Abschreckbrause ist drehbar angeordnet, wobei die Drehrichtung und
Drehgeschwindigkeit der Abschreckbrause mit derjenigen des Rohrs übereinstimmt.
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Das
Flammhärten hat in der Praxis einen hohen technischen Stand
erreicht und liefert qualitativ hochwertige Förderrohre.
Als nachteilig muss der Einsatz eines explosiven Brennergases mit
den damit erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen und die relativ
hohe Wärmestrahlung mit der damit einhergehenden Beeinträchtigung
des Personals angesehen werden.
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Eine
Vorrichtung und ein Verfahren zum Abschreckhärten von Rohren
unter Verwendung eines Induktors zur Rohrerwärmung ist
aus der
DE 23 49 913
A1 bekannt. Hierbei erfährt das Rohr innerhalb einer
Abschreckvorrichtung durch einen außen angebrachten Induktor
eine fortlaufende Erwärmung auf Härtetemperatur
und eine Abschreckung von außen und innen mittels Abschreckbrausen.
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Der
aus der
US-A-2,556,243 bekannte
Vorschlag beschreibt das Härten der äußeren
und der inneren Oberfläche eines Rohrköpers. Hierzu
sind ein innerer und ein äußerer Induktor vorgesehen,
jeweils mit zugeordneter Abschreckbrause. Die dort beschriebene
Vorrichtung erscheint anlagen- und anwendungstechnisch verbesserungsbedürftig.
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Der
Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde,
eine hochleistungsfähige, anlagen- und anwendungstechnisch verbesserte
Vorrichtung zum Härten der inneren Oberfläche
eines Förderrohrs, insbesondere des Innenrohrs eines doppellagigen
Förderrohrs, zu schaffen.
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Die
Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einer
Vorrichtung gemäß den Merkmalen von Anspruch 1.
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Kernpunkt
der Erfindung bildet die Maßnahme, dass der Induktor und
die Abschreckbrause an einer Abstützeinheit im Innenrohr
gehalten sind. Zur Energie- und Kühlmittelversorgung ist
eine Zuführeinheit vorgesehen. Die Zuführeinheit
umfasst integrierte Stromschienen für die elektrische Energieversorgung
des Induktors. Die Stromschienen sind über Isolatorleisten
elektrisch getrennt. Die Stromschienen und die Isolatorleisten umschließen
einen Kühlmittelkanal für die Zuleitung von Kühlmittel,
welcher mit der Abschreckbrause in Verbindung steht. Vorzugsweise
wird der Kühlmittelkanal durch die Stromschienen und die
Isolatorleisten gebildet. Die Versorgung der Abschreckbrause mit
Kühlmittel erfolgt über den Kühlmittelkanal,
wobei das zugeführte Kühlmittel zugleich Wärme
von den Stromschienen abführt und diese kühlt.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden gleichmäßige
Härtewerte und Härteverläufe an der inneren
Oberfläche eines Förderrohrs erzielt. Geeignete
Härteverläufe und Einhärtetiefen lassen
sich programmieren und stets reproduzieren. Die Vorrichtung ermöglicht
einen sauberen Aufheizvorgang und benötigt nur einen geringen
Platzbedarf. Es tritt nur eine geringe Oxidation der gehärteten
Oberfläche auf und zwar bei einem minimalen Verzug der
Förderrohre. Die Kompaktheit der Vorrichtung lässt
einen hohen Grad an Automation zu. Insbesondere ist die erfindungsgemäße
Vorrichtung geeignet zur Härtung der Innenrohre von aus
einem Innenrohr und einem Außenrohr gebildeten doppellagigen
Förderrohren. Die Einhärtetiefe lässt
sich durch Einstellen der Frequenz an der wechselstromdurchflossenen
Spule des Induktors sehr genau einstellen, so dass gezielt das Innenrohr
gehärtet werden kann, wohingegen das Außenrohr
seine duktilen druckfesten und schweißbaren Werkstoffeigenschaften
beibehält.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und praktische Weiterbildungen des grundsätzlichen
Erfindungsgedanken sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2
bis 6.
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Abschreckbrause,
Induktor und Abstützeinheit bilden ein kompaktes Modul,
welches über eine Kupplung, insbesondere eine Schnellkupplung,
endseitig an der Zuführeinheit festlegbar ist. Dies erleichtert
die Montage- und Demontagevorgänge. Die Vorrichtung kann
zur Behandlung von verschiedenen Rohrdurchmessern leicht umgebaut
werden. Hierzu werden entsprechend auf unterschiedliche Innendurchmesser
angepasste Module, bestehend aus Induktor, Abschreckbrause und Abstützeinheit
bereit gehalten, welche mittels der Kupplung an der Zuführeinheit
montiert werden können. Der Durchmesser des Induktors ist
auf den Innendurchmesser der zu härtenden Förderrohre
abgestimmt, so dass nur ein geringer Abstand zwischen der Außenwand
des Induktors und der inneren Oberfläche des Förderrohrs
besteht.
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Die
stabile Führung und Halterung des Induktors zusammen mit
der Abschreckbrause erfolgt über die Abstützeinheit.
Hierzu ist die Abstützeinheit vorzugsweise mit Führungsrollen
ausgerüstet, welche an der Innenwand des Innenrohrs anliegen.
Beim Härtungsvorgang wird das zu härtende Förderrohr
in Längsrichtung axial vorgeschoben und hierbei um seine
Längsachse gedreht. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft
wenn die Führungsrollen der Abstützeinheit quer
zur Längsachse des Förderrohrs angestellt sind.
Auch können die Führungsrollen freidrehend an
der Abstützeinheit gelagert sein.
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Die
Stromschienen sind massiv und bestehen aus einem metallischen Werkstoff
mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise Kupfer.
Der Gesamtquerschnitt der Stromschienen beträgt vorteilhafterweise
mindestens 50% des Innendurchmessers eines Förderrohrs.
Durch diese großen Querschnitte der Stromschienen können
die Energieverluste klein gehalten werden.
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Die
Zuführeinheit füllt weitestgehend den Querschnitt
des Förderrohrs aus. Hierbei wird die Zuführeinheit über
Gleitelemente im sich drehenden Förderrohr zentriert. Die
Gleitelemente verhindern, dass sich die Zuführeinheit bzw.
die schweren Stromschienen so weit durchbiegen, dass sie das Förderrohr
berühren und damit einen Kurzschluss erzeugen würden.
In der Ausgangslage haben die Gleitelemente ausreichend Spiel von
beispielsweise 2 bis 3 mm zum Rohrinnendurchmesser, damit das Förderrohr beim
Härtungsvorgang leicht rotieren kann. Die Gleitelemente
können unterschiedlich gestaltet sein und bestehen vorzugsweise
aus elektrisch isolierendem Kunststoff. Die Gleitelemente können
mit einer Beschichtung aus einem Material mit einem geringen Reibungskoeffizienten
versehen sein. Möglich ist auch der Einsatz von Gleitelementen
in Form von Abstandsrollen.
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Nach
dem Erwärmen der inneren Oberfläche bzw. des Innenrohrs
des Förderrohrs auf eine Härtungstemperatur von
720°C oder höher mittels des Induktors erfolgt
das rasche Abkühlen (Abschrecken) unter Berücksichtigung
der kritischen Abkühlgeschwindigkeit. Dies erfolgt mittels
der dem Induktor nachgeschalteten Abschreckbrause und geeignetem Kühlmittel,
beispielsweise Wasser mit entsprechenden Additiven.
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Das
Kühlmittel wird über Düsen der Abschreckbrause
auf die Innenwand des Förderrohrs aufgebraucht. Zur Unterstützung
der Drehbewegung des Förderrohrs sind die Düsenachsen
der Düsen so auf die Innenwand des Förderrohrs
ausgerichtet, dass die auftreffenden Kühlmittelstrahlen
die Drehbewegung des Förderrohrs unterstützen.
Die Kühlemittelstrahlen treffen folglich in einem vom rechten
Winkel abweichenden Winkel auf die Innenwand des Förderrohrs.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
näher beschrieben. Es zeigen:
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1:
in der Seitenansicht ein Förderrohr mit einer darin angeordneten
erfindungsgemäßen Induktionshärte-Vorrichtung
und
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2:
einen Querschnitt durch die Darstellung der 1 entlang
der Linie A-A
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1 zeigt
ein doppellagiges Förderrohr 1. Dieses besteht
im fertigen Auslieferungszustand aus einem hochverschleißfesten
gehärteten Innenrohr 2 und einem druckfesten schweißbaren
Außenrohr 3. Ferner wird das Förderrohr 1 noch
durch hier nicht dargestellte, endseitig am Außenrohr 3 festgelegte Kupplungsbunde
komplettiert.
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Das
Außenrohr 3 besteht aus einem gut schweißbaren
Stahlwerkstoff, beispielsweise der Stahlsorte St52. Das Innenrohr 2 besteht
aus einem härtbaren hochverschleißfesten Stahlwerkstoff,
beispielsweise der Stahlsorte C60 mit entsprechend hohem Kohlenstoffgehalt.
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Zur
Herstellung des Förderrohrs 1 werden das Innenrohr 2 und
das Außenrohr 3 zu einem doppellagigen Rohrkörper
zusammengeführt. Die innere Oberfläche des Förderrohrs 1 in
Gestalt des Innenrohrs 2 wird dann gehärtet. Dies
erfolgt mittels einer Induktionshärte-Vorrichtung 4.
Im Anschluss hieran wird der Rohrkörper auf Länge
bzw. Fertigmaß geschnitten.
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Die
Induktionshärte-Vorrichtung 4 umfasst einen Induktor 5 zur
Rohrerwärmung und eine dem Induktor 5 zugeordnete
Abschreckbrause 6 zum Abkühlen des Innenrohrs 2.
Mit Hilfe des Induktors 5 wird der Werkstoff des Innenrohrs 2 bis
auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur bzw.
oberhalb der Temperatur der vollständigen Ferritauflösung
aufgeheizt und anschließend aus dem Austenitgebiet heraus
durch schnelle Abkühlung mittels der Abschreckbrause 6 gehärtet.
Hierbei wird ein martensitisches Werkstoffgefüge erzeugt,
welches für die jeweilige Stahlsorte die höchstmögliche
Härte besitzt. Als Kühlmittel KM bzw. Abschreckmedium kommt
bevorzugt Wasser gegebenenfalls mit Additiven zum Einsatz.
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Beim
Härtungsvorgang wird das Förderrohr 1 gemäß dem
Pfeil P1 in Längsrichtung entlang der Induktionshärte-Vorrichtung 4 bewegt.
Hierbei wird das Förderrohr 1 zugleich durch einen
von außen angreifenden Antrieb um seine Längsachse
L gemäß dem Pfeil P2 gedreht. Der Induktor 5 und
die Abschreckbrause 6 sind im Innenrohr 2 geführt
und an einer Abstützeinheit 7 gehalten. Die Zuführung
von elektrischer Energie zum Induktor 5 und die Kühlmittelversorgung
der Abschreckbrause 6 erfolgt über eine Zuführeinheit 8.
Die Zuführeinheit 8 weist Stromschienen 9, 10 auf
für die elektrische Energieversorgung des Induktors 5,
welche über Isolatorleisten 11, 12 aus
geeignetem Isolatorwerkstoff, vorzugsweise Kunststoff, elektrisch
getrennt sind (siehe hierzu auch 2).
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Die
Stromschienen 9, 10 und die Isolatorleisten 11, 12 bilden
einen umfangseitig geschlossenen Kühlmittelkanal 13 für
die Zuführung des Kühlmittels KM. Der Kühlmittelkanal 13 steht
mit der Abschreckbrause 6 in Verbindung und versorgt diese
mit Kühlmittel KM. Das durch den Kühlmittelkanal 13 zur
Abschreckbrause 6 fließende Kühlmittel
KM führt gleichzeitig Wärme von den Stromschienen 9, 10 ab und
kühlt diese.
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Der
Induktor 5, die Abschreckbrause 6 und die Abstützeinheit 7 bilden
ein kompaktes Modul 14, welches über eine Kupplung 15 endseitig
an der Zuführeinheit 8 festlegbar ist. Dies ermöglicht
eine schnelle Montage und Demontage des Moduls 14. Zur
Härtung von Förderrohren mit verschieden großen
Rohrdurchmessern braucht lediglich das Modul 14 an der
Zuführeinheit 8 ausgetauscht zu werden. Nach kurzer
Umbauzeit mit geringem Stillstand kann die Anlage wieder in Betrieb
gehen.
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Die
Abstützeinheit 7 weist Führungsrollen 16 auf,
welche an der Innenwand 17 des Innenrohrs 2 anliegen
und hieran abrollen. Da sich das vorschiebende Förderrohr 1 beim
Härtungsvorgang dreht, sind die Führungsrollen 16 quer
zur Längsachse L des Förderrohrs 1 in
Umfangsrichtung angestellt.
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Die
Zuführeinheit 8 ist über Gleitelemente 18 in
Form von Gleitstücken oder -schienen aus Kunststoff im
Innenrohr 2 zentriert. Die Gleitelemente 18 verhindern
eine zu starke Durchbiegung der Stromschienen 9, 10 und
einen Kontakt der Stromschienen 9, 10 mit dem
Innenrohr 2, was zu einem Kurzschluss führen würde.
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Wie
bereits weiter oben ausgeführt, erfolgt die rasche Abkühlung
des Innenrohrs 2 nach der Wärmebehandlung zum
Zwecke des Härtens durch das aufgebrachte Kühlmittel
KM. Dieses wird über Düsen 19 der Abschreckbrause 6 ausgetragen
und auf die Innenwand 17 des Innenrohrs 2 gespritzt.
in Folge der raschen Abkühlung des Innenrohrs 2 tritt die
gewünschte Gefügeveränderung im Werkstoff
ein und man erhält ein hochverschleißfestes, gehärtetes Innenrohr 2.
Zur Unterstützung der Drehbewegung des Förderrohrs 1 beim
Abhärtungsvorgang sind die Düsenachsen der Düsen 19 so
zur Innenwand 17 des Innenrohrs 2 ausgerichtet,
dass die auf die Innenwand 17 treffenden Kühlmittelstrahlen
KS die Drehbewegung des Förderrohrs 1 unterstützen.
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- 1
- Förderrohr
- 2
- Innenrohr
- 3
- Außenrohr
- 4
- Induktionshärte-Vorrichtung
- 5
- Induktor
- 6
- Abschreckbrause
- 7
- Abstützeinheit
- 8
- Zuführeinheit
- 9
- Stromschiene
- 10
- Stromschiene
- 11
- Isolatorleiste
- 12
- Isolatorleiste
- 13
- Kühlmittelkanal
- 14
- Modul
- 15
- Kupplung
- 16
- Führungsrolle
- 17
- Innenwand
- 18
- Gleitelement
- 19
- Düse
- L
- Längsachse
v. 1
- P1
- Pfeil
- P2
- Pfeil
- KM
- Kühlmittel
- KS
- Kühlmittelstrahl
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3410485
A1 [0002]
- - DE 3412525 C2 [0002]
- - DE 2349913 A1 [0004]
- - US 2556243 A [0005]