Verfahren zur Herstellung eines Betonförderrohrs

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.

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.

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.

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 Einhaltung 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.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes

Verfahren zur Herstellung eines Förderrohrs für Beton bereitzustellen.

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 5 Induktionshärtung in Abhängigkeit von der momentanen Position des Induktionskopfes in dem Rohr gesteuert wird.

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 lo 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 i5 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

2o 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

25 Beeinträchtigung der Verschleißfestigkeit des Rohrs.

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 3o 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.

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.

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 Einhaltung der inneren Rohroberfläche in Umfangsrichtung erzielt.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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. 5 Bei derartig geringen Wandstärken hat das Förderrohr vorteilhafterweise ein geringes Gewicht, so dass es sich gut für Autobetonpumpen eignet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 vertikaler Teillängsschnitt im Bereich eines lo Endabschnitts eines erfindungsgemäßen

Förderrohrs;

Fig. 2 schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.

Mit 1 ist in der Fig. 1 ein einteiliges Förderrohr gemäß der Erfindung bezeichnet. i5 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

20 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 5 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 Kupplungs- o flansch 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 Fig. 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 Fig. 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.

Die Fig. 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 Fig. 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 l 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 Fig. 1 dargestellte Schichtenprofil ergibt.

- Ansprüche -