DE10020725B4

DE10020725B4 - Biegevorrichtung für dünnwandige Metallrohre

Info

Publication number: DE10020725B4
Application number: DE10020725A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr.-Ing. Flehmig; Uwe Dipl.-Ing. Kneiphoff; Thomas Neuhausmann
Original assignee: ThyssenKrupp Stahl AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2000-04-27
Filing date: 2000-04-27
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: WO2001083130A1; JP2003531725A; EP1276573A1; DE50101331D1; ES2213694T3; US6941787B2; CZ296545B6; ATE257751T1; US20030154756A1; AU2001256152A1; CA2405681C; JP3636444B2; CZ20023541A3; EP1276573B1; DE10020725A1; CA2405681A1; BR0110320A

Abstract

Biegevorrichtung für dünnwandige Metallrohre (R) aus einer geraden Rohrführung (1), einer sich daran anschließenden und gegenüber der Rohrführung (1) verschwenkbaren Kernschablone (2) mit Klemmleiste (3), und einem Dorn mit einer im Bereich der Kernschablone (2) biegsamen Dornspitze (4) und einem sich an die Dornspitze (4) anschließenden und mit ihr fest verbundenen sowie in der Rohrführung (1) axial fixierten Dornschaft (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Dornspitze (4) als ein in seiner Außenkontur der Innenkontur des zu biegenden Metallrohres (R) angepaßter, radial inkompressibler Vollzylinder aus einem Elastomer ausgebildet ist, der sich nur über den Anfangsabschnitt des Biegebogens erstreckt, und dass im Bereich der Kernschablone (2) und ihrer Klemmleiste (3) ein im Metallrohr (R) einsetzbarer, kugeliger Spannkopf (7, 17) vorgesehen ist, der im Schwenkbereich der Kernschablone (2) gegenüber der Dornspitze (4) beweglich ist und an ein als Rückholelement ausgebildetes Zugmittel (6, 16) angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Biegevorrichtung für dünnwandige Metallrohre aus einer geraden Rohrführung, einer sich daran anschließenden und gegenüber der Rohrführung verschwenkbaren Kernschablone mit Klemmleiste und einem Dorn mit einem im Bereich der Kernschablone biegsamen Dornspitze und einem sich an die Dornspitze anschließenden und mit ihr fest verbundenen sowie in der Rohrführung axial fixierten Dornschaft.

Biegevorrichtungen dieser und ähnlicher Art sind bekannt (Zeitschrift "Werkstatt und Betrieb 104 (1971) 4, Seiten 271 bis 274", "Verhinderung von Faltenbildung und Einknicken dünnwandiger Rohre beim Biegen" von Prof. Dr.-Ing. G. Öhler, Bad Dürkheim). Unter "dünnwandig" versteht man in diesem Zusammenhang Rohre, deren Wandstärke bezogen auf den Durchmesser und den Biegeradius klein ist, z. B. Rohre mit einer Wandstärke von ca. 0,8 mm bei einem Durchmesser von ca. 80 mm und einem Biegeradius von ca. 120 mm. Um die beim Biegen solcher Rohre auftretenden Probleme der Faltenbildung und der Abweichung vom Kreisprofil möglichst klein zu halten, hat man das Rohr an seiner Innenwand im gesamten Bereich mittels axial fixierter Dorne von innen abgestützt. So gibt es über den gesamten Biegebogen das Rohr abstützende Dorne mit einem biegsamen Abschnitt in Form von Schraubenfedern mit eng aneinanderliegenden Windungen oder in Form von eine Gliederkette bildenden, kugeligen Gelenkgliedern. Beide Arten von Dornen haben den Nachteil, dass sie das zu biegende Rohr indem Bereich, wo das Rohr gebogen wird, nicht vollflächig abstützen. Bei Gliederdornen aus kugeligen Gelenkgliedern sind von Anfang an sowohl am Innenbogen als auch am Außenbogen Lücken vorhanden. Bei einer Schraubenfeder, die außen überschliffen sein kann, ergeben sich in jedem Fall am Außenbogen mit zunehmender Biegung größer werdende Lücken.

Ein weiteres Problem bei den bekannten Biegevorrichtungen besteht in der Einspannung des Rohranfanges. Die Abstützung auf einem starren zylindrischen Dornkopf ist problematisch, weil sich ein solcher Dornkopf, der für eine feste Einspannung des Rohres eine verhältnismäßig große Einspannlänge benötigt, nicht durch das gebogene Rohr zurückziehen läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Biegevorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit einer kurzen Einspannlänge des Rohranfanges auskommt und die die Herstellung einer Krümmung mit über die gesamte Länge kreisförmigem Querschnitt erlaubt.

Diese Aufgabe wird mit einer Biegevorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Dornspitze als ein in seiner Außenkontur der inneren Kontur des zu biegenden Metallrohres angepaßter, radial inkompressibler Vollzylinder aus einem Elastomer ausgebildet ist, der sich nur über den Anfangsquerschnitt des Biegebogens erstreckt, und dass im Bereich der Kernschablone und ihrer Klemmleiste ein im Metallrohr einsetzbarer, kugeliger Spannkopf vorgesehen ist, der im Schwenkbereich der Kernschablone gegenüber der Dornspitze beweglich ist und an ein als Rückholelement ausgebildetes Zugmittel angeschlossen ist.

Bei der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung ist das Metallrohr im biegewirksamen Anfangsabschnitt des Biegebogens durch den biegsamen aber praktisch imkompressiblen Vollzylinder des Dornes vollflächig abgestützt, so dass sich keine Einschnürungen oder Falten bilden können. Mittels des kugeligen Spannkopfes der beim Verschwenken der Kernschablone mit der Kernschablone bewegt wird, läßt sich das Metallrohr auch auf kurzer Länge ausreichend fest einspannen. Auch gibt es keine Probleme beim Zurückziehen des Dornes nach vollendetem Biegevorgang, weil der Spannkopf wegen seiner kurzen Länge und kugeliger Form problemlos, insbesondere ohne Verkanten, den Biegebogen passieren kann. Außerdem kann er noch glättend und nachprofilierend am Metallrohr wirksam werden.

Für das Rückholen (Zurückziehen) des Dornes und des Spannkopfes nach vollendetem Biegevorgang sieht die Erfindung zwei alternative Möglichkeiten vor. Nach der ersten Alternative ist das Zugmittel einerseits zumindest im Biegebogen biegsam, verläuft spielfrei durch die Dornspitze und ist in der Dornspitze und/oder dem Dornschaft fixiert und ist ferner beweglich bis zu einem Anschlag durch den Spannkopf geführt. In diesem Fall ist vorzugsweise zwischen dem Spannkopf und dem Anschlag eine Druckfeder eingesetzt, die im unbelasteten Zustand den Spannkopf in Anlage an der Stirnseite des Dornes hält. Diese Ausgangslage erleichtert das Einsetzen des Dornes zur Vorbereitung des Biegevorganges.

Nach der anderen Alternative ist das Zugmittel einerseits zumindest im Biegebogen biegsam und verläuft beweglich durch die Dornspitze und den Dornschaft und ist andererseits am Spannkopf angeschlossen. In diesem Fall kann unmittelbar am Zugmittel die Rückholkraft angreifen.

Auch für die Ausbildung des Spannkopfes gibt es mehrere Möglichkeiten. Der Spannkopf kann aus einem geschlitzten Außenring und einem inneren Stütz- und Spannkonus bestehen, der beim Biegevorgang selbstspannend auf den Außenring wirkt. Bei dieser Alternative wird die auf das Rohr beim Biegevorgang ausgeübte Ziehkraft auf den Spannring und den Spannkonus übertragen und im Sinne einer Spreizung des Außenringes und damit einer festeren Klemmwirkung ausgenutzt, während die vom Zugmittel beim Rückholen des Spannkopfes ausgeübte Kraft im Lösungssinne wirkt. Alternativ dazu kann der Spannkopf auch aus mehreren, insbesondre zwei kugeligen Gliedern bestehen, die eine starre Baueinheit bilden. Wegen der mittigen Einschnürung und der Abrundungen kommt es auch in diesem Fall zu keinen Verklemmungen im Rohrbogen beim Zurückziehen des Spannkopfes. Diese Lösung zeichnet sich bei einfachem konstruktivem Aufbau vor allem durch eine optimale Führung und besonders gute Nachprofilierungseigenschaften aus.

Da das Zugmittel während des Biegevorganges mit zunehmender Biegung mehr und mehr zwischen dem Dorn und dem Einspannkopf frei geführt ist, ist es vorteilhaft, es zum Rohrinnenbogen hin exzentrisch durch das Metallrohr verlaufen zu lassen. Der Vorteil liegt darin, dass beim Zurückziehen das Zugmittel sich am Innenbogen der Rohrinnenwand abstützen kann.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer zwei Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Beide Zeichnungen zeigen die Biegevorrichtung am Ende des Biegevorganges im axialen Halbschnitt.
Die Biegevorrichtung gemäß 1 besteht aus einer feststehenden geraden Rohrführung 1, einer sich daran anschließenden, verschwenkbaren Kernschablone 2 mit einer Klemmleiste 3 und einem Dorn mit einer im Bereich der Kernschablone 2 angeordneten Dornspitze 4 und einem sich daran anschließenden und fest auf die Dornspitze 4 aufgestecktem, im Bereich der Rohrführung 1 befindlichen Dornschaft 5. Die Dornspitze 4 und der Dornschaft 5 sind während des Biegevorganges axial fixiert. Die Dornspitze 4 besteht aus einem Vollzylinder aus Elastomer, der biegsam aber bezüglich der Verformbarkeit des Rohrmaterials radial praktisch imkompressibel ist. In der Praxis dürften Härten in der Größenordnung von 95 Shore für Stahl und 70 Shore für Aluminium geeignet sein.
Zur Kernschablone 2 hin und damit zum Innenbogen exzentrisch versetzt verläuft durch die Dornspitze 4 und den Dornschaft 5 ein Zugmittel 6 in Form einer biegsamen Federstahlschraube. Das Zugmittel 6 ist im Dornschaft 5 axial fixiert und sitzt spielfrei in der Dornspitze 4, was für die radiale Inkompressibilität der Dornspitze 4 günstig ist. An der Stirnseite der Dornspitze 4 liegt eine Scheibe 8 an, die in einer Nut auf dem Zugmittel 6 axial fixiert ist. Das Zugmittel 6 erstreckt sich weiter durch einen Spannkopf 7. Zwischen dem Spannkopf 7 und einem Anschlag 6a sitzt auf dem Zugmittel 6 eine Druckfeder 9. Der Spannkopf 7 besteht aus einem geschlitzten, kugeligen Außenring 7a und einem inneren Stütz- und Spannkonus 7b. Zwischen dem Außenring 7a und dem geraden Auslauf der Kernschablone 2 sowie der Klemmleiste 3 läßt sich das zu biegende Rohr R auf kurzer Länge einspannen.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung des Ausführungsbeispieles der 1 ist folgende:
Bei fluchtender Stellung des geraden Auslaufes der Kernschablone 2 mit der Rohrführung 1 wird das zu biegende Rohr R eingeschoben. Anschließend wird der Dorn mit Dornspitze 4 und Dornschaft 5 bei an der Dornspitze 4 anliegendem Spannkopf 7 in das Rohr R eingeschoben, bis die Dornspitze 4 im Bereich der Kernschablone 2 liegt. Dann wird die Klemmleiste 3 mit der Kernschablone 2 einerseits und dem Spannkopf 7 andererseits verspannt, wodurch das Rohr R eingeklemmt wird. Der Dornschaft 5 ist in dieser axialen Stellung durch in der Zeichnung nicht dargestellte Mittel axial in der Rohrführung 1 fixiert.
Wird nun die Kernschablone 2 entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt, dann wird das von der Kernschablone 2 und der Klemmleiste 3 gehaltene Rohr R mitgenommen und über den axial festliegenden Dorn 4 hinweggezogen. Wegen des konischen Sitzes des Spannkopfes 7 sorgen die dabei wirksamen Zugkräfte dafür, daß die Klemmkraft verstärkt wird. Das Rohr R gelangt in den gebogenen Bereich der Kernschablone 2 und die zunächst gerade Dornspitze 4 wird mehr und mehr gebogen, wobei das Rohr R an seiner Innenwand beim Biegevorgang im aktiven Biegebereich lückenlos abgestützt wird, so dass sich keine Falten oder Einschnürungen bilden können.
Nach vollendetem Biegevorgang wird die Klemmleiste 3 gelöst und der Dorn mit dem Spannkopf 7 durch das gebogene Rohr R zurückgezogen. Dabei wird die Klemmwirkung des Spannkopfes 7 aufgrund des konischen Sitzes wegen der jetzt entgegengesetzt wirkenden Kräfte aufgehoben. Am Ende dieses Vorganges drückt die Druckfeder 9 den Spannkopf 7 in seine Ausgangslage an der Stirnseite der Dornspitze 4 zurück. Das gebogene Rohr R kann dann entnommen werden und die Kernschablone 2 in ihre Ausgangslage zurückgeschwenkt werden, so dass ein neues zu biegendes Rohr eingeschoben werden kann.
Das Ausführungsbeispiel der 2 unterscheidet sich von dem der 1 nur im Spannkopf und im Zugmittel. Soweit Obereinstimmungen bestehen, sind dieselben Bezugszeichen für die Einzelteile wie bei 1 verwendet.
Der Spannkopf 17 besteht aus mehreren, insbesondere zwei axial geschlitzten, starr miteinander verbundenen, kugeligen Gliedern, die an ein Seil als Zugmittel 16 angeschlossen sind. Das Zugmittel 16 ist beweglich durch die Dornspitze 4 und den Dornschaft 5 geführt. Beim Verschwenken kann es also nachgelassen werden. Für das Zurückholen greift die Rückholkraft an dem nach außen geführten Zugmittel 16 an. Dabei wird zunächst der Spannkopf 17 durch das Rohr zurückgezogen, bis er an der Stirnseite der Dornspitze anschlägt. Dann wird der Spannkopf 17 zusammen mit der Dornspitze 4 und dem Dornschaft 5 zurückgezogen. Zu einem Verklemmen im Rohrbogen kann es trotz der starren Baueinheit der kugeligen Glieder wegen ihrer guten axialen Führung an axial versetzten Stellen und ihrer Form nicht kommen. Ihre Abrundungen und ihre mittige Einschnürung geben einerseits genügend Freiraum für das gebogene Rohr und wirken andererseits beim Zurückholen nachprofilierend auf das Rohr R ein. Es versteht sich, daß bei mehr als zwei kugeligen Gliedern, z. B drei Gliedern das mittlere Glied mit seiner Kontur zumindest am Innenbogen zurückspringen muß.

Claims

Biegevorrichtung für dünnwandige Metallrohre (R) aus einer geraden Rohrführung (1), einer sich daran anschließenden und gegenüber der Rohrführung (1) verschwenkbaren Kernschablone (2) mit Klemmleiste (3), und einem Dorn mit einer im Bereich der Kernschablone (2) biegsamen Dornspitze (4) und einem sich an die Dornspitze (4) anschließenden und mit ihr fest verbundenen sowie in der Rohrführung (1) axial fixierten Dornschaft (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Dornspitze (4) als ein in seiner Außenkontur der Innenkontur des zu biegenden Metallrohres (R) angepaßter, radial inkompressibler Vollzylinder aus einem Elastomer ausgebildet ist, der sich nur über den Anfangsabschnitt des Biegebogens erstreckt, und dass im Bereich der Kernschablone (2) und ihrer Klemmleiste (3) ein im Metallrohr (R) einsetzbarer, kugeliger Spannkopf (7, 17) vorgesehen ist, der im Schwenkbereich der Kernschablone (2) gegenüber der Dornspitze (4) beweglich ist und an ein als Rückholelement ausgebildetes Zugmittel (6, 16) angeschlossen ist.
Biegevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel (6) einerseits zumindest im Biegebogen biegsam ist und durch die Dornspitze (4) verläuft und in der Dornspitze (4) spielfrei und/oder dem Dornschaft (5) fixiert ist und andererseits beweglich bis zu einem Anschlag (6a) durch den Spannkopf (7) geführt ist.
Biegevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Spannkopf (7) und dem Anschlag (6a) eine Druckfeder (9) eingesetzt ist.
Biegevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel (16) einerseits zumindest im Biegebogen biegsam ist und beweglich durch die Dornspitze (4) und den Dornschaft (5) verläuft und andererseits am Spannkopf (17) angeschlossen ist.
Biegevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannkopf (7) aus einem geschlitzten Außenring (7a) und einem inneren Stütz- und Spannkonus (7b) besteht, der beim Biegevorgang selbstspannund auf den Außenring (7a) wirkt.
Biegevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannkopf (17) aus mehreren kugeligen Gliedern besteht, die eine starre Baueinheit bilden.
Biegevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel (6) zum Rohrinnenbogen hin exzentrisch durch das Metallrohr (R) verläuft.