DE4334536A1 - Verfahren zur Herstellung von nahtlos gezogenen halbharten/harten Installationsrohren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von nahtlos gezogenen halbharten/harten InstallationsrohrenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
nahtlos gezogenen halbharten/harten Installationsrohren aus
Kupfer, bei welchem die Innenoberflächen der Rohre aufgerauht
werden.
Zum Transport von kalten oder erwärmten Trinkwässern ist es
bekannt, korrosionsgeschützte nahtlose Installationsrohre aus
phosphordesoxidiertem Kupfer (SF-Cu) einzusetzen. Derartige
Installationsrohre weisen bei bestimmten Wasserqualitäten die
Eigenschaft auf, daß Kupferionen in fließendes oder stehendes
Wasser abgegeben werden.
Gemäß der im offiziellen Journal der EG-Kommission vom 30.08.
1980 veröffentlichten Richtlinie des EG-Rates vom 15.07.1980
über die Qualitätsansprüche an zum menschlichen Verbrauch be
stimmten Wässern beträgt der geforderte Maximalgrenzwert der
Kupferionenabgabe an das Wasser 3 mg/l nach zwölf Stunden
Stagnation in einer Rohrleitung. Ferner haben Untersuchungen
ergeben (Zeitschrift "Tribune de l′eau" Vol. 41, Dezember
1988 (Nr. 4) Seiten 29 bis 35), daß korrosionsgeschützte in
nen oxidierte Kupferrohre für Normalwässer bei etwa 2 mg/l
liegende Maximalwerte aufweisen. Das bedeutet, daß die für
Hausinstallationen bislang verwendeten Qualitäts-Kupferrohre
die Anforderungen der EG-Richtlinie in der Regel erfüllen.
Dennoch kann nicht ausgeschlossen werden, daß die in der
Praxis unvermeidlichen Schwankungen in der Qualität der
Trinkwässer in dem einen oder anderen Fall diese Maximalwerte
überschreiten. Der sich hieraus ergebende Unsicherheitsfaktor
wird indessen in der Praxis zwangsläufig in Kauf genommen.
Durch die EP 0 306 810 A2 ist ein Verfahren zur Herstellung
lochfraßbeständiger hartgezogener Rohre aus Kupfer oder Kup
ferlegierungen bekannt, bei welchem die Rohre zunächst ent
fettet und dann die Innenoberflächen der Rohre zusätzlich mit
einem Strahlmittel behandelt werden. Hierdurch wird eine Auf
rauhung der inneren Oberflächen erzielt, durch das es ge
lingt, die Bildung von schädlichen Filmen, z. B. kohlenstoff
haltigen Filmen, auf den Innenoberflächen von hartgezogenen
Kupferrohren zu vermeiden. In diesem Zusammenhang ist es au
ßerdem bekannt, daß Lochfraßkorrosionsprozesse zwar eine
Kupferionenwanderung beinhalten, diese jedoch nach anderen
Gesetzmäßigkeiten ablaufen. So zählt es allgemein zum Stand
der Technik, daß eine hohe Korrosionsfestigkeit von Kup
ferwerkstoffen, insbesondere eine solche gegen Lochfraß
korrosion Typ 1, nicht zugleich eine geringere Kupferionen
abgabe an Wasser zur Folge hat.
Ausgehend von dem im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 be
schriebenen Verfahren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun
de, dieses Verfahren dahingehend zu verbessern, daß eine ver
minderte Kupferionenabgabe an Trinkwasser mit einem normalen
pH-Wert im Bereich von 6,5 bis 9,0 gewährleistet werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den
im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten
Merkmalen.
Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können nun
mehr halbharte oder harte Installationsrohre aus Kupfer zur
Verfügung gestellt werden, bei denen die Kupferionenabgabe an
das Trinkwasser auch über einen langen Zeitraum entscheidend
unter den geforderten Grenzwerten gehalten werden kann. Der
artige Installationsrohre sind überdies widerstandsfähig ge
gen Lochfraßkorrosion und können mit den bekannten Verbin
dungs- und Biegetechniken installiert werden. Das Verfahren
erlaubt außerdem eine wirtschaftliche Herstellung in Stangen
form mit den üblicherweise verfügbaren Fertigungsanlagen für
nahtlose Kupferrohre. Darüberhinaus kann das erfindungsgemäße
Verfahren in vorteilhafter Weise bei der Herstellung von
Fittings mit verminderter Kupferionenabgabe angewendet wer
den.
In einem ersten Verfahrensschritt erfolgt ein sogenannter
Vorzug, bei welchem aus gegossenen Stangen warm umgeformte
Vorrohre durch Ziehen auf eine Zwischenabmessung kalt umge
formt werden. Im Anschluß daran werden die Innenoberflächen
dieser Zwischenrohre aufgerauht. Hiermit soll nicht nur die
oxidische Reaktion mit den Innenoberflächen begünstigt wer
den, sondern es soll auch verhindert werden, daß bei dem
späteren Härtezug, bei dem eine Streckung der Innenoberflä
chen erfolgt, die Oxidschicht nicht mehr gleichmäßig deckt.
Die Rauhtiefe Ra kann sich hierbei zwischen 0,3 µm und 1,0 µm
bewegen. In dem sich anschließenden Glühvorgang bei 350°C
bis 650°C mit einer Einleitung einer Gasmischung in das
Rohrinnere, welche aus einem Schutzgas und Sauerstoff be
steht, soll eine dünne haftende Oxidschicht hergestellt wer
den. Nunmehr wird durch einen Härtezug auf halbhart/hart die
Endabmessung der Installationsrohre erzeugt. Im Anschluß an
den Härtezug erfolgt nochmals eine thermische Behandlung bei
175°C bis 275°C unter Einleitung eines sauerstoffhaltigen
Gasgemisches in das Rohrinnere, um eine Oxidschicht in einer
Zusammensetzung von etwa 12% bis 21% Sauerstoff mit dem
Restgehalt Kupfer zu erzielen.
Durch das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren wird die
Kupferionenabgabe im Vergleich zu den bisher für die zentrale
Trinkwasserversorgung eingesetzten halbharten/harten Instal
lationsrohren in Stangenform aus Kupfer wesentlich reduziert
bei gleichbleibendem Widerstand gegen Lochfraßkorrosion. Wie
interne Langzeituntersuchungen mit Trinkwässern mit einem pH-
Wert im Bereich von 6,5 bis 9,0 ergeben haben, erreicht die
maximale Kupferionenlöslichkeit bei so gefertigten Installa
tionsrohren überraschenderweise nur einen bei 1 mg/l liegen
den Wert.
Dieses in der Fachwelt bislang nicht bekannte Ergebnis dürfte
auf den erhöhten Sauerstoffanteil der Kupferoxidschicht im
Rohrinnern beruhen. Hierbei ist die eigentliche Bremse für
die Kupferionenabgabe eine dichte grüne Malachitdeckschicht,
die sich bei Kontakt mit dem Trinkwasser üblicher Qualität
auf der Rohrinnenoberfläche ausbildet. Malachit hat die che
mische Formel Cu₂[CO₃,(OH)₂]. Zur Bildung von Malachit be
steht also ein hoher Bedarf an Sauerstoff, der teils aus dem
Trinkwasser und teils aus der Oxidschicht der Rohroberfläche
gedeckt wird. Da nun die Rohrinnenoberfläche aufgrund der Er
findung einen höheren Sauerstoffgehalt aufweist, bildet sich
erwiesenermaßen die Malachitschicht in kürzester Zeit aus und
reduziert damit stark die Kupferionenabgabe.
Das Aufrauhen der Innenoberflächen der Zwischenrohre kann
gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 2 durch Verwendung
von Strahlmitteln oder durch Beizen durchgeführt werden. Als
Strahlmittel kann z. B. Siliziumoxid zum Einsatz gelangen.
Das Glühen der Zwischenrohre erfolgt entsprechend den Merkma
len des Patentanspruchs 3 bevorzugt mit einem Schutzgas, das
einen Sauerstoffanteil von 1% bis 7% aufweist.
Nach Patentanspruch 4 wird der Glühvorgang vorzugsweise bei
einer Temperatur von etwa 650°C durchgeführt. Dadurch kann
eine dünne haftende Oxidschicht mit einer Dicke von etwa
0,05 µm bis 0,2 µm erzeugt werden.
Die thermische Behandlung nach dem Härtezug erfolgt ent
sprechend Patentanspruch 5 zweckmäßig bei einer Temperatur
von etwa 250°C. Der Härtezug wird insbesondere mit einem
Innendorn durchgeführt. Der Umformgrad beträgt hierbei im
Mittel 20%.
Es kann zweckmäßig sein, die Innenoberfläche der Rohre nach
dem Härtezug zu entfetten (Patentanspruch 6). Zum Entfetten
kann ein handelsübliches Entfettungsmittel verwendet werden.
Desweiteren ist es gemäß Patentanspruch 7 sinnvoll, im Zuge
der thermischen Behandlung nach dem Härtezug ein Gasgemisch
mit mindestens 20% Sauerstoff in das Rohrinnere zur Bildung
einer Oxidschicht einzuleiten.
Die Erwärmung kann nach Patentanspruch 8 konvektiv, elek
trisch induktiv oder konduktiv durchgeführt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend näher
erläutert.
Zunächst wurde phosphordesoxidiertes Kupfer (SF-Cu) geschmol
zen und zu Stangen gegossen. Mittels Warmumformung wurden die
Stangen dann zu Rohren weiterverarbeitet und anschließend bis
auf eine Zwischenabmessung kaltumgeformt.
Sodann wurde die Innenoberfläche der Zwischenrohre mit Sili
ziumoxid als Strahlmittel behandelt. Als Ergebnis wurde eine
Rauhigkeit Ra = 0,52 µm gemessen.
Die Zwischenrohre wurden dann bei einer Temperatur von 650°C
unter Einleitung eines Gasgemisches in das Rohrinnere konti
nuierlich wärmebehandelt. Das Gasgemisch setzte sich aus ein
em Schutzgas mit einem Sauerstoffanteil von 3% zusammen. Es
bildete sich auf der Innenoberfläche eine fest haftende dünne
Kupferoxidschicht mit einer Schichtdicke von 0,15 µm aus,
deren Sauerstoffgehalt mittels Röntgendiffraktometrie auf
11,2% bestimmt wurde.
Im nächsten Arbeitsschritt wurden die Zwischenrohre unter
Verwendung eines Standardziehöls auf die Endabmessung mit
einem Umformgrad von 20% hartgezogen und anschließend in
nenseitig dadurch entfettet, daß ein handelsübliches Entfet
tungsmittel durch die Rohre geleitet wurde.
Auf 300 mm abgelängte und entgratete Rohrabschnitte wurden
dann in einem Laborofen mit umgewälzter Luft als Ofenatmo
sphäre bei 250°C über eine Dauer von 30 min oxidierend wär
mebehandelt. Der Sauerstoffgehalt (O₂-Gehalt) der jetzt aus
gebildeten Kupferoxidschicht an der Innenoberfläche der Rohre
wurde mittels energiedispersiver Analyse (EDX) auf 13,8%
bestimmt.
Nunmehr wurden diese Rohrabschnitte (Testrohrabschnitte)
senkrecht angeordnet und mit Trinkwasser gefüllt. In einer
mehrmonatigen Untersuchungsreihe wurde die Kupferionenabgabe
bestimmt. Hierzu wurde jeweils im 24-Stunden-Takt die abge
gebene Kupfermenge in mg/l mit einem Absorptionsspektrometer
gemessen. Der pH-Wert des verwendeten Trinkwassers betrug
7,6.
Die obere Grenze der Meßwerte für den Kupfergehalt im Trink
wasser lag bei 1 mg/l.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung von nahtlos gezogenen halbhar
ten/harten Installationsrohren aus Kupfer, bei welchem
die Innenoberflächen der Rohre aufgerauht werden, dadurch
gekennzeichnet, daß zunächst aus gegossenen Stangen warm
umgeformte Vorrohre durch Ziehen auf eine Zwischenabmes
sung kaltumgeformt werden, worauf die Innenoberflächen
dieser Zwischenrohre aufgerauht und dann diese aufgerauh
ten Zwischenrohre bei einer Temperatur von 350°C bis
650°C sowie bei in das Rohrinnere eingeleitetem, Sauer
stoff enthaltendem Schutzgas geglüht werden, und daß da
nach die Zwischenrohre einem halbharten/harten Härtezug
unterworfen werden, an den sich eine thermische Behand
lung mit einer Temperatur von 175°C bis 275°C unter
Einleitung eines sauerstoffhaltigen Gasgemisches in das
Rohrinnere anschließt.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Innenoberflächen der Zwischenrohre durch Strahlen
oder Beizen aufgerauht werden.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Glühvorgang bei einer Schutzgasatmo
sphäre im Rohrinneren mit einem Sauerstoffanteil von 1%
bis 7% durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Glühvorgang bei einer Temperatur
von etwa 650°C durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die nach dem Härtezug erfolgende
thermische Behandlung bei einer Temperatur von etwa
250°C durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß nach dem Härtezug die Innenoberfläche
der Rohre entfettet wird.
7. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß bei der thermischen Behandlung der
Rohre nach dem Härtezug ein Gasgemisch mit mindestens
20% Sauerstoff verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Erwärmung bei der thermischen Be
handlung konvektiv, elektrisch induktiv oder konduktiv
durchgeführt wird.
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