DE102008012577B3

DE102008012577B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Rohrkörpers für ein Förderrohr sowie Verfahren zur Herstellung eines Förderrohrs

Info

Publication number: DE102008012577B3
Application number: DE102008012577A
Authority: DE
Original assignee: Esser Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Esser Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2008-03-04
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2028-03-05

Abstract

Zur Wärmebehandlung eines Rohrkörpers (4) für ein Förderrohr wird die innere Oberfläche (18) des Rohrkörpers (4) erwärmt und gehärtet, wobei die äußere Oberfläche (10) des Rohrkörpers (4) mit einem Kühlmittel (KM) beaufschlagt wird. Der Querschnitt des Rohrkörpers (4) wird während der Wärmebehandlung durch ein Formwerkzeug (5) eingestellt. Dies kann hydraulisch oder durch Formelemente erfolgen. Hierdurch wird der Querschnitt des Rohrkörpers (4) rund gedrückt und gehalten. Gleichzeitig wird während der Wärmebehandlung Kühlmittel (KM) an der äußeren Oberfläche (10) des Rohrkörpers (4) entlang geleitet. Die Wärmeabfuhr ist hierbei an der äußeren Oberfläche (10) des Rohrkörpers (4) so groß, dass eine Härtung der Außenschicht des Rohrkörpers (4) verhindert wird. Die Innenschicht des Rohrkörpers (4) wird dagegen präzise gehärtet mit einer sehr gleichmäßigen Einhärtetiefe.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Rohrkörpers für ein Förderrohr sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Förderrohrs.
Weit verbreitet ist der Einsatz von Förderrohren im Rohrstrang der Betonverteilermasten von Autobetonpumpen und ähnlichen Einsatzfällen beim hydraulischen oder pneumatischen Transport von Feststoffen mittels Rohrleitungen.
Die Anforderungen an solche Förderrohre sind komplex. Innenseitig sollen die Förderrohre eine möglichst hohe Härte besitzen, um den in der Regel sehr abrasiven Feststoffen einen hohen Verschleißwiderstand entgegenzusetzen, wohingegen die Außenseite der Förderrohre schlag- und druckfest sein soll mit geringer Bruch- und Rissgefahr. Zudem wird eine hohe Lebensdauer der Förderrohre bei möglichst leichter Bauweise angestrebt. Durch die DE 198 09 529 C2 zählt ein Förderrohr für den Feststofftransport zum Stand der Technik. Das Förderrohr besitzt einen einlagigen gehärteten Rohrkörper aus einem Stahlwerkstoff. Um die Förderrohre zu einem Rohrstrang zusammensetzen zu können, sind die Rohrkörper an jedem Rohrende mit Kupplungsbunden ausgerüstet.
Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abschreckhärten von Rohren unter Verwendung eines Induktors zur Rohrerwärmung ist aus der DE 23 49 913 B1 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.
Der aus der US-A-2,556,243 bekannte Vorschlag beschreibt das Härten der äußeren und der inneren Oberfläche eines Rohrkörpers. Hierzu sind ein innerer und ein äußerer Induktor vorgesehen, jeweils mit zugeordneter Abschreckbrause.
Die mit den bekannten Verfahren hergestellten Rohrkörper sind für den Einsatz als Förderrohre zum Feststofftransport nicht oder nur bedingt geeignet, zumindest jedoch verbesserungswürdig, weil sie auf Grund ihres Härtegefüges im Bereich der Außenwand zu Bruch- und Rissgefahr im praktischen Betrieb neigen.
Insbesondere bei dünnwandigen Rohrkörpern mit einer Wandstärke von 5 mm oder weniger gestaltet sich das Härten der inneren Oberfläche des Rohrkörpers unter Verwendung einer Heizeinrichtung in Form eines Induktors als schwierig, weil eine Steuerung des Härteprozesses über die Wandstärke nicht bzw. nur bedingt möglich ist. Die Wand des Rohrkörpers wird vollständig durchgeglüht und infolge der sich anschließenden Abkühlung durchgehärtet. Für die Praxis wäre es jedoch wünschenswert, insbesondere aus Gewichtsgründen, hochleistungsfähige Förderrohre bzw. Rohrkörper für Förderrohre zur Verfügung zu stellen mit geringer Wandstärke und einer präzise ausgebildeten Härtezone an der inneren Oberfläche des Rohrkörpers und einem zähen Werkstoffgefüge an der Außenseite.
Der Erfindung liegt daher ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Rohrkörpers eines Förderrohrs aufzuzeigen, mit welchem eine präzise Ausbildung einer Härtezone an der inneren Oberfläche des Rohrkörpers, insbesondere bei dünnwandigen Rohrkörpern, möglich ist und des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines Förderrohrs aus einem solchen Rohrkörper aufzuzeigen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Wärmebehandlung eines Rohrkörpers für ein Förderrohr ist in Patentanspruch 1 charakterisiert.
Erfindungsgemäß wird der Rohrkörper während der Wärmebehandlung von einem Formwerkzeug außen umgriffen, wobei der Querschnitt des Rohrkörpers durch das Formwerkzeug eingestellt wird. Während der Wärmebehandlung wird der Rohrkörper relativ zum Formwerkzeug bewegt und die äußere Oberfläche des Rohrkörpers gekühlt. Hierbei wird Kühlmittel durch einen Kühlmitteleinlass im Formwerkzeug zugeführt und entlang der äußeren Oberfläche des Rohrkörpers zur Seite hin nach außen abgeführt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch bei dünnwandigen Rohrkörpern mit einer Wandstärke von 5 mm oder weniger eine sehr genaue Einhärtetiefe an der inneren Oberfläche des Rohrkörpers erreicht werden. Dies wird durch die formbestimmende Aufnahme des Rohrkörpers im Formwerkzeug und die qualifizierte Kühlung erreicht, bei der die Wärmeabfuhr an der Außenseite so hoch ist, dass die äußere Randschicht nicht über die Umwandlungstemperatur, also den A_C3-Umwandlungspunkt des Werkstoffs, erwärmt wird. Auf diese Weise wird in der äußeren Randschicht die Umwandlung von Ferrit in Austenit verhindert, so dass die Schicht nicht gehärtet wird.
Grundsätzlich kann das Abschrecken der inneren Oberfläche des Rohrkörpers durch einen Kühlmittelauftrag von Innen über eine Innenbrause erfolgen. Im Rahmen der Erfindung angestrebt ist die Kühlung der Innenseite auch durch den Kühlmittelauftrag außen auf den Rohrkörper zu realisieren.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 9.
Der Rohrkörper wird im Formwerkzeug durch Krafteinwirkung auf die äußere Oberfläche rund gedrückt. Dies geschieht während der Wärmebehandlung. Das Einstellen des Querschnitts des Rohrkörpers trägt wesentlich zum präzisen Härtungsvorgang bei. Fertigungstechnisch weisen die Rohrkörper zwangsläufig eine gewisse Ovalität auf. Diese Ovalität bedingt bei einer induktiven Erwärmung durch einen innen im Rohrkörper angeordneten Induktor Streufelder des magnetischen Feldes bzw. eine ungleichmäßige Erwärmung des Rohrkörpers und führt damit zu einem ungleichmäßigen und unzureichenden Härtungsvorgang. Erfindungsgemäß wird das Rohr beim Härtungsvorgang rund gedrückt und/oder in der runden Form gehalten, so dass eine präzise Härtung der inneren Oberfläche des Rohrkörpers möglich ist.
Die Formgebung des Rohrkörpers bzw. des Querschnitts des Rohrkörpers im Formwerkzeug kann hydraulisch durch das Kühlmittel erfolgen. Das Kühlmittel wird mit einem entsprechend großen Druck in das Formwerkzeug geleitete, so dass der Querschnitt des Rohrkörpers hydrodynamisch durch das Kühlmittel in die runde Form gebracht wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass der Querschnitt des Rohrkörpers mechanisch durch im Formwerkzeug angeordnete Formkörper eingestellt wird. Hierzu sind im Formwerkzeug vorzugsweise einstellbare Formkörper vorgesehen, welche die äußere Oberfläche des Rohrkörpers kontaktieren und in die runde Querschnittsgeometrie drücken bzw. diese einstellen.
Die hohe Wärmeabfuhr an der äußeren Oberfläche des Rohrkörpers wird durch die äußere Kühlung eines Abschnitts des Rohrkörpers im Bereich der inneren Erwärmungszone erreicht. Das Kühlmittel wird radial durch das Formwerkzeug zugeführt und axial parallel zur Längsachse des Rohrkörpers geleitet, wobei das Kühlmittel durch Freiflächen an der inneren Oberfläche des Formwerkzeugs fließt. Die Freiflächen können beispielsweise durch an der inneren Oberfläche des Formwerkzeugs vorgesehene, umlaufende Nuten oder Kanäle realisiert sein. Auch können die Freiflächen durch einen Spalt bzw. Ringraum zwischen dem Rohrkörper und dem Formwerkzeug gebildet sein.
Vorzugsweise besteht der Rohrkörper aus einem hochverschleißfesten Stahlwerkstoff, insbesondere der Stahlsorte C60, mit entsprechend hohem Kohlenstoffgehalt. Die Erwärmung des Rohrkörpers von innen erfolgt bevorzugt induktiv. Dementsprechend kommt als Heizeinrichtung für die Wärmebehandlung ein Induktor zum Einsatz. Mittels des Induktors wird die innere Oberfläche des Rohrkörpers und der zu härtende Wandbereich auf eine Temperatur oberhalb der vollständigen Ferritauflösung erwärmt und der Stahlwerkstoff austenitisiert. Anschließend wird der Rohrkörper schnell abgekühlt. Wie weiter oben erwähnt, erfolgt die Kühlung bevorzugt über den Kühlmittelauftrag auf die Außenseite des Rohrkörpers. Grundsätzlich kann dem Induktor auch eine innen im Rohrkörper angeordnete Abschreckbrause nachgeschaltet sein. Durch die Kühlung tritt eine Umwandlung des Austenits in Martensit ein. Diese Gefügeveränderung bewirkt die Härtung der inneren Oberfläche des Rohrkörpers.
Bei der Wärmebehandlung wird der Rohrkörper relativ zum Formwerkzeug und zum im Rohrkörper angeordneten Induktor bewegt, und zwar sowohl longitudinal als auch rotatorisch. Der Rohrkörper und der Induktor werden bei der Wärmebehandlung in Längsrichtung relativ zu einander bewegt. Zur Qualitätssteigerung trägt weiterhin bei, wenn Rohrkörper und Induktor relativ zu einander eine Drehbewegung ausführen. Hierdurch wird eine gleichmäßige Erwärmung der Innenschicht des Rohrkörpers bei der Wärmebehandlung sichergestellt.
Um den Rohrkörper zu einem Förderrohr zu komplettieren, wird dieser endseitig mit Flanschen versehen (Patentanspruch 10). Mittels der Flansche können die Förderrohre zu einem Rohrstrang zusammengekuppelt werden. Vorzugsweise werden die Flansche an den Enden des Rohrkörpers klebetechnisch festgelegt (Patentanspruch 11). Hierdurch können nachteilige Gefügeveränderungen am Rohrkörper infolge von thermischen Fügeoperationen vermieden werden.
Der gegenständliche Teil der Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Rohrkörpers gemäß den Merkmalen von Anspruch 12 gelöst.
Die Vorrichtung umfasst ein Formwerkzeug, welches den Rohrkörper außen umgreift, wobei der Querschnitt des Rohrkörpers durch Krafteinwirkung einstellbar ist.
Weitere Spezifikationen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen 13 bis 20 charakterisiert.
Die Einstellung des Querschnitts des Rohrkörpers kann hydraulisch bzw. hydrodynamisch durch ein Hydraulikfluid, vorzugsweise das Kühlmittel, erfolgen oder durch mechanische Einwirkung von Formelementen auf die äußere Oberfläche des Rohrkörpers.
Zur Kühlung des Rohrkörpers ist im Formwerkzeug ein Kühlmitteleinlass vorgesehen, über welches das Kühlmittel in ausreichend hoher Menge zur äußeren Oberfläche des Rohrkörpers geleitet und entlang der äußeren Oberfläche des Rohrkörpers nach außen abgeführt wird.
Zur Steigerung der Kühlwirkung können Freiflächen an der inneren Oberfläche des Formwerkzeugs zur Durchleitung und Verwirbelung des Kühlmittels vorgesehen sein. Derartige Freiflächen können beispielsweise als Kanäle oder Nuten ausgeführt sein.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind im Formwerkzeug Formelemente angeordnet, welche die äußere Oberfläche des Rohrkörpers kontaktieren. Mittels der Formelemente wird der Querschnitt des Rohrkörpers eingestellt und rund gedrückt bzw. gehalten werden.
Die radiale Position der Formelemente relativ zum Rohrkörper ist einstellbar. Hierzu können die Formelemente in Radialbohrungen im Formwerkzeug angeordnet sein und mittels eines Spann- bzw. Schraubkörpers von außen verstellt werden. Hierzu kann der Schraubkörper mit einem Außengewinde versehen sein und über ein Innengewinde in der Radialbohrung verlagert werden.
Vorzugsweise sind die Formelemente durch Kugelkörper gebildet. Im Formwerkzeug sind dann mehrere Kugelkörper auf dem Umfang des Rohrkörpers verteilt angeordnet. Die Kugelkörper rollen bei der Wärmebehandlung bzw. Formgebung auf der äußeren Oberfläche des Rohrkörpers.
Die Einstellung der Formelemente erfolgt so, dass der Rohrkörper bei der Wärmebehandlung einen runden Querschnitt mit möglichst hoher Genauigkeit besitzt. Im Formwerkzeug wird folglich der Querschnitt des Rohrkörpers definiert bzw. mechanisch korrigiert. Hierdurch ist der Induktor gleichmäßig zur Rohrinnenwand beabstandet, was sich vorteilhaft auf den Härtevorgang auswirkt.
Die Einstellung des Formwerkzeugs erfolgt unter Berücksichtigung der Wärmeausdehnung des Rohrkörpers bei der Wärmebehandlung.
Als Heizeinrichtung kommt – wie erwähnt – vorzugsweise eine Induktionsspule bzw. ein Induktor zum Einsatz, der gegenüber der inneren Oberfläche des Rohrkörpers über Gleitschuhe beabstandet und positioniert sein kann.
Bei der Wärmebehandlung wird der Rohrkörper, wie ebenfalls bereits erläutert, relativ zum Formwerkzeug bewegt. Vorzugsweise weist die Vorrichtung einen Drehantrieb zur Rotation des Rohrkörpers auf. Weiterhin ist eine Vorschubeinheit zur Längsverlagerung des Rohrkörpers durch das Formwerkzeug vorgesehen.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Rohrkörpers;
2 wiederum im Längsschnitt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
3 ebenfalls im Längsschnitt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
4 einen Querschnitt durch einen Rohrkörper und
5 technisch schematisiert ein Förderrohr mit einem erfindungsgemäßen Rohrkörper in einem Längsschnitt.
In den 1 bis 3 ist jeweils eine Vorrichtung 1, 2, 3 zur Wärmebehandlung eines Rohrkörpers 4 für ein Förderrohr dargestellt. Der Rohrkörper 4 ist einlagig und besteht aus einem hochverschleißfesten Stahlwerkstoff, insbesondere der Stahlsorte C60. Der Rohrkörper 4 hat eine Wandstärke s von weniger als 5 mm, insbesondere weist der Rohrkörper 4 eine Wandstärke s von 2–3 mm auf.
Die Vorrichtung 1 umfasst ein Formwerkzeug 5, welches den Rohrkörper 4 bei der Wärmebehandlung außen umgreift. Das Formwerkzeug 5 ist zweigeteilt und weist eine obere Werkzeughälfte 6 und eine untere Werkzeughälfte 7 auf, welche relativ zueinander von einer Offenstellung in eine Schließstellung und umgekehrt verlagerbar sind. Dargestellt ist in der 1 die Schließstellung, in welcher der Rohrkörper 4 im Formwerkzeug 5 gehalten ist.
Im Formwerkzeug 5 ist ein Kühlmitteleinlass 8 vorgesehen. Der Kühlmitteleinlass 8 umfasst Anschlussbohrungen 9, welche das Formwerkzeug 5 radial durchsetzen. Über den Kühlmitteleinlass 8 wird Kühlmittel KM bei der Wärmebehandlung entsprechend dem Pfeil KM1 zur äußeren Oberfläche 10 des Rohrkörpers 4 geleitet und entlang der äußeren Oberfläche 10 nach außen hin abgeführt.
Man erkennt, dass an der inneren Umfangsfläche 11 des Formwerkzeugs 5 Freiflächen 12 in Form von Kanälen 13 zur Durchleitung des Kühlmittels KM vorgesehen sind. Durch die Freiflächen 12 wird das Kühlmittel KM geleitet und verwirbelt, so dass eine hohe Wärmeabfuhr an der äußeren Oberfläche 10 des Rohrkörpers 4 erreicht wird. Jeweils an den Stirnseiten 14, 15 des Formwerkzeugs 5 ist ein Kühlmittelauslass 16 vorgesehen. Der Kühlmittelaustritt ist durch die Pfeile KM2 verdeutlicht. Ein Kühlmittelauslass 16 wird durch eine sich von der inneren Umfangsfläche 18 des Formwerkzeugs 5 nach außen erweiternde Ringnut 17 gebildet.
Zur Erwärmung der inneren Oberfläche 18 des Rohrkörpers 4 umfasst die Vorrichtung 1 eine Heizeinrichtung in Form eines Induktors 19. Der Induktor 19 ist endseitig an einer Halterung 20 befestigt und im Rohrkörper 4 positioniert. Die Stromzuleitung ist mit 21 gekennzeichnet. Zur Kühlung des Induktors 19 wird die Stromzuleitung 21 innen von Kühlmittel KM3 durchflossen.
Um einen Rohrkörper 4 zu härten wird dieser in der Vorrichtung 1 aufgenommen und in das Formwerkzeug 5 eingelegt. Das Formwerkzeug 5 wird dann geschlossen, so dass der Rohrkörper 4 hierin gehalten ist. Durch die Kontur der inneren Umfangsfläche 11 des Formwerkzeugs 5 ist der Sollquerschnitt des Rohrkörpers 4 vorgegeben. Der Querschnitt des Rohrkörpers 4 kann durch äußere Krafteinwirkung auf die äußere Oberfläche 10 des Rohrkörpers 4 eingestellt werden. Dies erfolgt bei der Vorrichtung 1 hydraulisch durch das Kühlmittel KM, welches mit entsprechend hohem Druck in das Formwerkzeug 5 geleitet wird und den Querschnitt des Rohrkörpers 4 in die runde Form drückt bzw. die runde Form sicherstellt.
Mittels des Induktors 19 wird der Rohrkörper 4 innen auf Härtetemperatur oberhalb des A_C3-Punktes erwärmt und anschließend durch das von außen aufgebrachte Kühlmittel KM schnell abgekühlt. Infolgedessen wird eine Innenschicht 22 des Rohrkörpers 4 gehärtet (siehe hierzu auch 4). Gleichzeitig wird die äußere Oberfläche 10 des Rohrkörpers 4 durch den Kühlmittelauftrag so stark gekühlt, dass an der äußeren Oberfläche 10 des Rohrkörpers 4 die Umwandlungs- bzw. Härtetemperatur in Folge der großen Wärmeabfuhr nicht überstiegen werden. Hierdurch behält die äußere Oberfläche 10 bzw. eine Außenschicht 23 der Wand 24 des Rohrkörpers 4 ihre duktilen Werkstoffeigenschaften und bleibt schlag- und druckfest.
Bei der Wärmebehandlung wird der Rohrkörper 4 in Längsrichtung L relativ zum Induktor 19 durch das Formwerkzeug 5 bewegt. Die Vorschubrichtung des Rohrkörpers 4 ist durch den Pfeil L gekennzeichnet. Der Vorschub erfolgt über eine Vorschubeinheit 25 von der hier ein Gegenlager 26 für den Rohrkörper 4 dargestellt ist. Gleichzeitig wird der Rohrkörper 4 mittels eines nicht näher dargestellten Drehantriebs relativ zum Induktor 19 rotierend bewegt, wie dies durch den Pfeil R verdeutlicht ist.
Die Vorgehensweise zur Wärmebehandlung in der Vorrichtung 2 gemäß 2 und der Vorrichtung 3 gemäß der 3 entspricht grundsätzlich der zuvor anhand der 1 beschriebenen Vorgehensweise. Einander entsprechende Bauteile bzw. Bauteilkomponenten sind in den 1, 2 und 3 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei der Vorrichtung 2, wie in der 2 ersichtlich, kommt ein Formwerkzeug 27 zum Einsatz, welches ebenfalls zweiteilig aufgebaut ist, bestehend aus einer oberen Werkzeughälfte 28 und einer untern Werkzeughälfte 29. Gleiches gilt für das Formwerkzeug 30 der Vorrichtung 3, wie in der 3 ersichtlich.
An der inneren Umfangsfläche 11 des Formwerkzeugs 27 bzw. 30 sind Formelemente 31 in Form von Kugelkörpern angeordnet. In der Schließstellung des Formwerkzeugs 27, 30 kontaktieren die Formelemente 31 die äußere Oberfläche 10 des Rohrkörpers 4. Hierdurch kann der Querschnitt des Rohrkörpers 4 durch Krafteinwirkung auf die äußere Oberfläche 10 über die Formelemente 31 eingestellt werden. Auf diese Weise wird der Querschnitt des Rohrkörpers 4 im Formwerkzeug 27, 30 bei der Wärmebehandlung rund gedrückt bzw. rund gehalten.
Die radiale Position der Formelemente 31 relativ zum Rohrkörper 4 ist einstellbar. Dies ist durch den Pfeil r verdeutlicht. In dem Formwerkzeug 27, 30 sind Radialbohrungen 32 vorgesehen, in welchen die Formelemente 31 in Form von Kugelkörpern angeordnet sind. Die radiale Positionierung bzw. Einstellung der Formelemente 31 erfolgt über Schraubkörper 33. Diese Schraubkörper 33 sind mit einem Außengewinde 34 versehen. Die Radialbohrungen 32 weisen ein Innengewinde 35 auf, so dass die Schraubkörper 33 durch Drehen in den Radialbohrungen 32 verlagert werden können. Zur Betätigung der Schraubkörper 33 besitzen diese außenseitig des Formwerkzeugs 27, 30 einen Betätigungsmehrkant 36, vorzugsweise in Form eines Innenmehrkants. Am innenseitigen Ende weisen die Schraubkörper 33 eine an die Formelemente 31 bzw. Kugelkörper angepasste, halbkugelförmige Aufnahme 43 auf.
Zur Gewährleistung einer präzisen Einstellung des Querschnitts des Rohrkörpers 4 und einer gleichmäßigen Abstützung sind mehrere Formelemente 31 bzw. Kugelkörper gleichmäßig über den Innenumfang des Formwerkzeugs 27 bzw. 30 und somit auf dem Umfang des Rohrkörpers 4 verteilt angeordnet.
Bei dem Formwerkzeug 27 in der Ausführungsform gemäß 2 ist jeweils ein Ring von Formelementen 31 links und rechts des Kühlmitteleinlasses 8 an der Einlaufseite und an der Auslaufseite des Formwerkzeugs 27 vorgesehen.
Bei der Ausführungsform des Formwerkzeugs 30 gemäß der Darstellung von 3, sind jeweils zwei Ringe von Formelementen 31 links und rechts des etwa mittig angeordneten Kühlmitteleinlasses 8 angeordnet.
Zur Wärmebehandlung eines Rohrkörpers 4 wird dieser, wie bereits weiter oben erläutert, in das Formwerkzeug 27 der Vorrichtung 2 bzw. das Formwerkzeug 30 der Vorrichtung 3 eingelegt und das Formwerkzeug 27, 30 wird dann geschlossen. Über die auf den Sollquerschnitt eingestellten Formelemente 31 wird der Rohrkörper 4 rund gedrückt und während der Wärmebehandlung gehalten. Die Einstellung der Formelemente 31 in ihrem radialen Abstand zum Rohrkörper 4 ist unter Berücksichtigung der Wärmeausdehnung des Rohrkörpers 4 infolge der Erwärmung vorgenommen. Hierdurch kann der Rohrkörper 4 bei der Wärmebehandlung präzise rund gehalten werden. Mittels des Induktors 19 wird dann der Rohrkörper 4 innen auf Härtetemperatur oberhalb des A_C3-Punktes erwärmt. Durch den Kühlmittelauftrag auf die äußere Oberfläche 10 des Rohrkörpers 4 wird der Rohrkörper 4 außen und innen gekühlt. Die Kühlung bewirkt eine schnelle Abkühlung der inneren Oberfläche 18 des Rohrkörpers 4, so dass eine Innenschicht 22 gehärtet wird. Gleichzeitig wird die äußere Oberfläche 10 des Rohrkörpers 4 so stark gekühlt, dass dort die Umwandlungs- bzw. Härtetemperaturen nicht erreicht werden, wodurch die äußere Oberfläche 10 bzw. eine Außenschicht 23 der Wand 24 des Rohrkörpers 4 ungehärtet bleiben. Bei der Kühlung strömt das Kühlmittel KM vom Kühlmitteleinlass 8 an der äußeren Oberfläche 10 des Rohrkörpers 4 entlang und tritt zu beiden Seiten des Formwerkzeugs 27 bzw. 30 über die Kühlmittelauslässe 16 aus.
Beim Formwerkzeug 27 sind Freiflächen 12 in Form von Kanälen 13 zur Durchleitung des Kühlmittels KM vorgesehen, wohingegen beim Formwerkzeug 30 die Freifläche 12 spaltförmig ausgeführt ist. Das Kühlmittel KM strömt hier im Bereich des Formwerkzeugs 30 zwischen der äußeren Oberfläche 10 des Rohrkörpers 4 und der inneren Umfangsfläche 11 des Formwerkzeugs 30 hindurch.
In der 4 ist ein erfindungsgemäß gehärteter Rohrkörper 4 im Querschnitt dargestellt. Man erkennt die gehärtete Innenschicht 22 und die ungehärtete Außenschicht 23. Interne Versuche haben ergeben, dass eine präzise Einstellung des Härteverlaufs in der Wand 24 des Rohrkörpers 4 möglich ist. Die Innenschicht 22 kann auf etwa zwei Drittel der Wandstärke des Rohrkörpers 4 präzise gehärtet werden, wohingegen die Außenschicht 23 die gewünschte Duktilität beibehält.
Zur Komplettierung des Rohrkörpers 4 zum Förderrohr 37 wird der Rohrkörper 4 endseitig mit Flanschen 38, 39 versehen, wie dies in der 5 dargestellt ist. Vorzugsweise sind die Flansche 38, 39 klebetechnisch an den Enden 40, 41 des Rohrkörpers 4 festgelegt. Jeweils endseitig vor dem Rohrkörper 4 ist ein Verschleißring 42 innerhalb der Flansche 38, 39 eingeklebt.

1: Vorrichtung
2: Vorrichtung
3: Vorrichtung
4: Rohrkörper
5: Formwerkzeug
6: obere Werkzeughälfte
7: untere Werkzeughälfte
8: Kühlmitteleinlass
9: Anschlussbohrung
10: äußere Oberfläche v. 4
11: innere Umfangsfläche v. 5
12: Freiflächen
13: Kanal
14: Stirnseite v. 5
15: Stirnseite v. 5
16: Kühlmitteleinlass
17: Ringnut
18: innere Oberfläche v. 4
19: Induktor
20: Halterung
21: Stromzuleitung
22: Innenschicht v. 4
23: Außenschicht v. 4
24: Wand v. 4
25: Vorschubeinheit
26: Gegenlager
27: Formwerkzeug
28: obere Werkzeughälfte
29: untere Werkzeughälfte
30: Formwerkzeug
31: Formelement
32: Radialbohrung
33: Schraubkörper
34: Außengewinde
35: Innengewinde
36: Betätigungsmehrkant
37: Förderrohr
38: Flansch
39: Flansch
40: Ende v. 4
41: Ende v. 4
42: Verschleißring
43: Aufnahme v. 33
KM: Kühlmittel
KM1: Kühlmittel
KM2: Kühlmittel
KM3: Kühlmittel
L: Längsrichtung v. 4
r: Pfeil
s: Wandstärke v. 4
R: Rotation v. 4

Claims

Verfahren zur Wärmebehandlung eines Rohrkörpers (4) eines Förderrohrs, bei welchem die innere Oberfläche (18) des Rohrkörpers (4) erwärmt und gehärtet wird, wobei die äußere Oberfläche (10) des Rohrkörpers (4) mit einem Kühlmittel (KM) beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (4) während der Wärmebehandlung außen von einem Formwerkzeug (5; 27; 30) umgriffen und relativ zum Formwerkzeug (5; 27; 30) bewegt wird, wobei der Querschnitt des Rohrkörpers (4) durch das Formwerkzeug (5; 27; 30) eingestellt wird und das Kühlmittel (KM) durch einen Kühlmitteleinlass (8) im Formwerkzeug (5; 27; 30) zugeführt und entlang der äußeren Oberfläche (10) des Rohrkörpers (4) nach außen abgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (4) im Formwerkzeug (5; 27; 30) durch Krafteinwirkung auf die äußere Oberfläche (10) durch das Formwerkzeug (5; 27; 30) rund gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Rohrkörpers (4) hydraulisch durch das Kühlmittel (KM) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Rohrkörpers (4) mechanisch durch im Formwerkzeug (27; 30) angeordnete Formelemente (31) eingestellt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel (KM) radial durch das Formwerkzeug (5; 27; 30) zugeführt und axial parallel zur Längsachse des Rohrkörpers (4) geleitet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel (KM) durch Freiflächen (12) an der inneren Umfangsfläche (11) des Formwerkzeugs (5; 27; 30) geleitet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Oberfläche (18) des Rohrkörpers (4) mittels eines Induktors (19) erwärmt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (4) in Längsrichtung durch das Formwerkzeug (5; 27; 30) bewegt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (4) bei der Wärmebehandlung um seine Längsachse rotierend bewegt wird.
Verfahren zur Fertigung eines Förderrohrs (37) mit einem Rohrkörper (4) hergestellt nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (4) endseitig mit Flanschen (38, 39) versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche (38, 39) an den Enden (40, 41) des Rohrkörpers (4) klebetechnisch festgelegt werden.
Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Rohrkörpers (4) eines Förderrohrs, umfassend eine Heizeinrichtung (19) zur Erwärmung der inneren Oberfläche (18) des Rohrkörpers (4) und Mittel zur Kühlung der äußeren Oberfläche (10) des Rohrkörpers (4), gekennzeichnet durch ein Formwerkzeug (5; 27; 30), welches den Rohrkörper (4) außen umgreift, wobei der Querschnitt des Rohrkörper (4) durch äußere Krafteinwirkung im Formwerkzeug (5; 27; 30) einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Formwerkzeug (5; 27; 30) ein Kühlmitteleinlass (8) zur Zuleitung von Kühlmittel (KM) zur äußeren Oberfläche (10) des Rohrkörpers (4) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass an der inneren Umfangsfläche (11) des Formwerkzeugs (5; 27; 30) Freiflächen (12) zur Durchleitung des Kühlmittels (KM) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Formwerkzeug (27; 30) Formelemente (31) angeordnet sind, welche die äußere Oberfläche (10) des Rohrkörpers (4) kontaktieren.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Position der Formelemente (31) relativ zum Rohrkörper (4) einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Formelemente (31) durch Kugelkörper gebildet sind, wobei im Formwerkzeug (27; 30) mehrere Kugelkörper auf dem Umfang des Rohrkörpers (4) verteilt angeordnet sind.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (4) relativ zum Formwerkzeug (5; 27; 30) bewegbar ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehantrieb zur Rotation des Rohrkörpers (4) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorschubeinheit (25) zur Längsverlagerung des Rohrkörpers (4) durch das Formwerkzeug (5; 27; 30) vorgesehen ist.