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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen gebogener Rohre mit Biegezonen kleinen Krümmungshalbmessers
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen gebogener Rohre mit Biegezonen kleinen Krümmungshalbmessers, bei dem das Rohr in der Biegezone umfänglich induktiv erhitzt, während des Biegens in axialer Richtung gestaucht, und der gebogene Rohrabschnitt gekühlt wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Diese Vorrichtung besteht aus einem Gestell, das eine Klemmvorrichtung zum Festhalten des Rohres, Stützglieder zum Abstützen des gebogenen Rohrabschnittes an der Aussenseite, einen Induktor mit Sprühdüse, eine mit einem Schwenkwerk verbundene Biegevorrichtung sowie eine Einrichtung zur Ausübung eines Axialdruckes auf das Rohr während des Biegens aufweist.
Die hergestellten Rohre mit Biegezonen kleinen Krümmungshalbmessers finden beispielsweise im Kesselbau in der Chemie- und Erdölindustrie und im Schiffsbau für Wärmetauscher Verwendung.
Bei einem bekannten Verfahren wird das Rohr in den Induktor eingeschoben und in der Biegevorrichtung sowie in der Einrichtung zur Ausübung eines Axialdruckes auf das Rohr während des Biegens festgeklemmt.
Nach Einschalten der Induktionserhitzung und Ablauf der zum Durchwärmen des Rohrquerschnitts erforderlichen Haltezeit werden die Biegevorrichtung und die Einrichtung zur Ausübung eines Axialdruckes auf das Rohr gleichzeitig in Betrieb genommen. Infolgedessen wird das Rohr bei axialer Druckverformung gleichzeitig auch gebogen, wobei die Grösse der axialen Druckverformung während des Biegevorganges konstant ist. Mit Hilfe der Stützglieder wird das Rohr an der Aussenseite der Biegezone abgestützt. Nach Beendigung des Biegevorganges wird die Heizung abgeschaltet und die Stützglieder werden zurückgeführt. Hiedurch wird das gebogene Rohr von der Biegevorrichtung und der Einrichtung zur Ausübung des Axialdruckes freigegeben und kann aus der Vorrichtung herausgenommen werden.
Das erwähnte Verfahren besitzt jedoch Nachteile, die darin bestehen, dass mit dem Biegen des Rohres bei noch ungleichförmiger Erhitzung begonnen wird und dass die Grösse der axialen Druckverformung des Rohres während des Biegevorganges in Abhängigkeit vom Biegewinkel und entsprechend einem vorgegebenen Programm nicht geändert werden kann. Dies wieder hat zur Folge, dass die Wandstärke des Rohres längs der Biegezone ungleichmässig ist.
Da das Rohr während des Erhitzens seine Lage nicht ändert, wächst die Breite des in der Induktorzone erhitzten Rohrabschnittes vor dem Biegen infolge der Wärmeleitfähigkeit des Metalls stark an, wodurch ein grösserer Bereich als erforderlich während des Biegens von der axialen Druckkraft beeinflusst wird.
Dies hat zur Folge, dass sich im Anfangsstadium des Biegens im allgemeinen an der Innenseite des gebogenen Abschnittes Falten bilden, so dass dieser nicht die gewünschte geometrische Form erhält und
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Ausschuss entsteht.
Ausserdem können mit den bekannten Vorrichtungen keine Rohre gebogen werden, deren
Krümmungshalbmesser in der Biegezone kleiner als der Rohrdurchmesser ist.
Es ist Ziel der Erfindung, die erwähnten Nachteile zu beseitigen und ein Verfahren sowie eine
Vorrichtung zum Herstellen gebogener Rohre mit Biegezonen kleinen Krümmungshalbmessers zu schaffen, mit denen auch Rohre aus hochfesten Baustoffen mit geringer Plastizität gebogen werden können, wobei die Krümmungshalbmesser in den Biegezonen kleiner als der jeweilige Rohrdurchmesser sein können, und dabei in jedem Fall Rohre mit gleichmässiger Wandstärke längs des gebogenen
Abschnitts erhalten werden.
Dieses Ziel wird mit einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erreicht, bei dem erfindungsgemäss das Rohr während des Erhitzens der Biegezone gegenüber dem Induktor ohne Biegung verschoben, die erhitzte Zone beim Austritt aus dem Induktor gekühlt, danach das Rohr axial gestaucht und anschliessend in der erhitzten Zone unter gleichzeitiger axialer Druckverformung gebogen wird, und dass die Grösse dieser axialen Druckverformung während des Biegevorganges geändert wird.
Die oben dargelegte Schrittfolge des Verfahrens ermöglicht es, eine Faltenbildung an der
Innenseite des gebogenen Abschnittes im Anfangsstadium des Biegens zu vermeiden. Dies geschieht einerseits durch Einstellung einer genau vorbestimmten Breite der erhitzten Zone, u. zw. durch
Verschiebung des Rohres bezüglich des Induktors mit einer Geschwindigkeit, die der Bewegungsgeschwindigkeit des Rohres beim Biegen, hervorgerufen durch die axiale Druckverformung, entspricht, und anderseits durch Stauchen des Rohres vor Beginn des Biegens ; dies alles wird später noch näher erläutert.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art im Einklang mit der Erfindung so ausgebildet, dass die Einrichtung zur Ausübung eines Axialdruckes auf das Rohr während des Biegens ein auf dem Schwenkwerk verschiebbar angeordnetes Gleitstück aufweist, auf welchem eine Rolle gelagert und ein durch einen Antrieb verschiebbarer Schlitten zur Axialverschiebung des Rohres angeordnet ist, dass ferner eine feststehende Formschiene mit einer Laufbahn vorgesehen ist, gegen welche die Rolle abgestützt ist, und dass die Biegevorrichtung sowie der Induktor samt Sprühdüse auf dem Schwenkwerk montiert sind.
Zweckmässigerweise ist das Schwenkwerk in Form eines Kragarmes ausgeführt, dessen eines Ende an einer senkrecht stehenden Antriebswelle befestigt und dessen anderes, verschwenkbares Ende mit Rollen versehen ist, wobei auf dem Gestell ein Tisch mit einer Ringnut zur Abstützung dieser Rollen montiert ist.
Es ist vorteilhaft, wenn der Schlitten in einer Längsnut des Gleitstückes geführt ist und eine abgestufte Bohrung aufweist, in die das Rohr einführbar ist, sowie an seiner Oberseite mit einer Vertiefung versehen ist, in die ein durch den Antrieb verschiebbares Zugstück eingreift.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Formschiene auswechselbar am Tisch befestigt.
Zweckmässigerweise ist die Laufbahn der Formschiene krummlinig, vorzugsweise als archimedische Spirale ausgebildet. Die als archimedische Spirale ausgeführte Laufbahn der Formschiene weist in vorteilhafter Weise an ihrem Anfang und ihrem Ende Abschnitte mit einer von der archimedischen Spirale abweichenden Kurvenform auf.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer in den Zeichnungen dargestellten beispielsweisen Ausführungsform näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 die schematische axonometrische Darstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung während des Biegevorganges, Fig. 2 einen Querschnitt der Vorrichtung, Fig. 3 die Vorrichtung in Draufsicht, Fig. 4 die Ansicht einer Formschiene, deren Laufbahn als archimedische Spirale ausgeführt ist und an ihrem Anfang und Ende Abschnitte mit einer von der archimedischen Spirale abweichenden Kurvenform aufweist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Herstellen gebogener Rohre mit Biegezonen kleinen Krümmungshalbmessers enthält einen Tisch-l- (Fig. l, 2,3), der auf einem Gestell-2- (Fig. l, 2), montiert ist, weiters eine am Tisch befestigte Klemmvorrichtung--3-, sowie Stützglieder - zum Abstützen des gebogenen Rohrabschnittes an der Aussenseite, ferner einen Induktor
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Der Tisch--l--ist als Schweisskonstruktion ausgeführt und besitzt eine konische Ringnut - il--, die an der äusseren Seitenfläche des Tisches vorgesehen ist, sowie Aussparungen--12-- (Fig. 2 und 3) zum Einbau der Stützglieder--4-. In der Ausgangsstellung befinden sich letztere unter der Ebene des Tisches
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(Fig. l,Untersetzungsgetriebe-55--, ein Stirnradgetriebe --56-- und ein Getriebe-57--, das aus einer Spindel mit Mutter besteht.
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Spirale ausgebildet.
Wie in Fig. 4 gezeigt, besitzt die Laufbahn--41--an ihrem Anfang --59-- und ihrem Ende --60-- eine von der archimedischen Spirale abweichende Kurvenform, um eine allmähliche Änderung der axialen Druckkraft zu Beginn und am Ende des Biegevorganges zu gewährleisten und um somit eine allmähliche Änderung der Wandstärke des Rohres--5--am Übergang zwischen dem geraden und gebogenen Teil sicherzustellen.
Zum Rückführen des Gleitstückes --39-- in seine Ausgangsstellung ist am Tisch-l-eine Rückführungsformschiene --61-- (Fig.2, 3) befestigt, die beim Verschwenken des Kragarmes des Schwenkwerks --9-- in die Ausgangsstellung mit der Rolle--40--zusammenwirkt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung arbeitet folgenderweise :
Das Rohr --5-- wird zwischen den auseinandergeschobenen Backen-21 und 2-der Klemmvorrichtung--3--, durch die Sprühdüse--7--und den Induktor--6--sowie die
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bis zum Anschlag eingeschoben.
Der Induktor --6-- wird eingeschaltet, und das Rohr --5-- wird umfänglich in der
Biegezone auf eine Temperatur von 900 bis 10000C erhitzt. Hiebei wächst, da das Rohr seine Lage nicht ändert, die Breite des in der Induktorzone erhitzten Abschnittes infolge der Wärmeleitfähigkeit des Metalls stark an. Dadurch würde ein grösserer Bereich als erforderlich und erwünscht eine geringere
Festigkeit aufweisen und während des Biegens von der axialen Druckkraft beeinflusst werden, wodurch sich an der Innenseite des gebogenen Rohrabschnitts Falten bilden könnten. Um dies zu verhindern und um die Breite des in der Biegezone erhitzten Rohrabschnittes zu vermindern bzw. eine gewünschte Breite einzustellen, wird das Rohr--5-erfindungsgemäss mit Hilfe des Schlittens --43-- vor dem Biegen gegenüber dem Induktor verschoben.
Zu diesem Zweck wird mit Hilfe eines in den Zeichnungen nicht dargestellten Zeitrelais der Elektromotor Antribes --44-- eingeschaltet, welcher über das Untersetzungsgetriebe--55--, das Stirnradgetriebe--56--das aus Spindel mit Mutter bestehende Getriebe --57- und das Zugstück --49-- den Schlitten --43-- bewegt. Dadurch wird das Rohr --5-- während des Erhitzens der Biegezone gegenüber dem Induktor ohne Biegung in axialer Richtung verschoben. Gleichzeitig wird die erhitzte Zone des Rohres --5-- beim Austritt aus dem Induktor --6-- mit Hilfe der Sprühdüse-7-gekühlt.
Das Rohr wird so lange verschoben, bis die erhitzte Zone eine konstante Breite erhält, die ungefähr gleich der Induktorbreite ist oder 1, 5 bis 2, 0 Wandstärken des Rohres beträgt, wobei im erhitzten Rohrabschnitt eine Temperatur von 900 bis 1000 C aufrecht erhalten wird.
Nachdem sich eine konstante Breite der erhitzten Zone eingestellt hat, wird der Druckluftzylinder - des Antriebs der Klemmvorrichtung --3-- eingeschaltet, der über das Gestänge --23-auf die verstellbare Backe--22--einwirkt und mit ihrer Hilfe das Rohr--5--festklemmt. Dadurch wird das Rohr--5--vor dem Biegen axial gestaucht, da der Schlitten--43--weiterhin das Rohr--5--verschiebt. Dies ist erforderlich, um einerseits ein eventuelles Spiel in den einzelnen Getrieben zu beseitigen und um anderseits eine vorhergehende geringfügige Verdickung der Rohrwände in der erhitzten Zone zu erzielen.
Danach wird der Elektromotor --16-- des Schwenkwerkantriebes eingeschaltet, der über die Schneckengetriebe-17 und 18-die senkrecht stehende Antriebswelle --15-- in Drehung versetzt. Gleichzeitig wird der Elektromotor --54-- des Antriebs --44-- abgeschaltet. Bei Drehung der Antriebswelle--15--wird der an ihr starr befestigte Kragarm des Schwenkwerks-9verschwenkt. Hiebei steht das Gleitstück --39-- über seine Rolle--40--mit der Laufbahn --41-- der Formschiene--42--in Wechselwirkung und wird in Richtung zur Drehmitte verschoben, wodurch auf das Rohr --5-- ein Axialdruck ausgeübt wird.
In dem beschriebenen Fall wird also das Rohr--5--mit Hilfe der Biegevorrichtung--8--unter gleichzeitiger axialer Druckverformung in der erhitzten Zone gebogen. Die Geschwindigkeit des Axialvorschubs ist dabei so gross, dass die Breite der erhitzten Zone während des Biegens konstant gehalten werden kann.
Während des Schwenkens des Kragarms des Schwenkwerkes --9-- und demgemäss während des
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Biegens des Rohres --5-- werden der Reihe nach die Druckluftzylinder --27-- der StUtzglieder - eingeschaltet. Hiebei drehen die erwähnten Druckluftzylinder die schwenkbaren Formstücke
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des Kragarms verschoben. Die Folge hievon ist die erforderliche, von den jeweiligen Dimensionen des Rohres abhängige, axiale Druckverformung des Rohrs in der erhitzten Zone. Bedingt durch die Form der Laufbahn --41-- ändert sich die Grösse der axialen Druckverformung während des Biegevorganges, was zur Erzielung einer gleichmässigen Wandstärke entlang des gebogenen Abschnittes notwendig ist.
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werden.
Nach dem Biegen des Rohres--5--um den gewünschten Winkel, meistens um 1800, wird der Induktor--6--ausgeschaltet, die Backe--22--der Klemmvorrichtung--3--mit Hilfe des
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--24-- gehoben,Schlittens --43-- in Richtung zur Drehmitte des Schwenkwerks --9-- das gebogene Rohr-5aus der Vorrichtung herausgeschoben.
Beim Biegen des nächsten Rohreswiderholt sich das ganze Arbeitsspiel der Vorrichtung. Hiebei ergeben sich folgende Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens und der Vorrichtung : Es können Rohre mit Krümmungshalbmesser gebogen werden, die gleich oder kleiner als der Rohrdurchmesser sind. Dabei kann die axiale Druckverformung während des Biegens geändert werden. Es können auch Rohre aus hochfesten und in kaltem Zustand wenig plastischen Materialien gebogen werden.
Die Vorrichtung ermöglicht ein Biegen bei gleichmässiger Breite der erhitzten Zone. Hiedurch und durch Änderung der axialen Druckverformung während des Biegens wird ein faltenfreies Biegen gewährleistet ; es werden Rohre mit annähernd gleichmässiger Wandstärke und annähernd konstantem Querschnitt längs des gebogenen Abschnittes erhalten.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist sehr betriebssicher, da die bei der axialen Druckverformung auftretenden Kräfte, d. h. die grössten aller auftretenden Kräfte, vom Gestell aufgenommen werden. Die Verwendung der Stützglieder zum Abstützen des gebogenen Rohrabschnittes ermöglicht grosse axiale Druckverformungen, ohne dass dabei ein Ausbeulen des gebogenen Abschnittes erfolgt ; mit andern Worten, die Wandstärke wird beim Biegen nur minimal verringert.
PATANTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Herstellen gebogener Rohre mit Biegezonen kleinen Krümmungshalbmessers, bei dem das Rohr in der Biegezone umfänglich induktiv erhitzt, während des Biegens in axialer Richtung gestaucht, und der gebogene Rohrabschnitt gekühlt wird, d a d u r c h g e k e n n zeichnet, dass das Rohr während des Erhitzens der Biegezone gegenüber dem Induktor ohne Biegung verschoben, die erhitzte Zone beim Austritt aus dem Induktor gekühlt, danach das Rohr axial gestaucht und anschliessend in der erhitzten Zone unter gleichzeitiger axialer Druckverformung gebogen wird, und dass die Grösse dieser axialen Druckverformung während des Biegevorganges geändert wird.