DE102004050784B3

DE102004050784B3 - Verfahren und Anbiegepresse zum Anbiegen der Randstreifen eines zu einem Schlitzrohr zu formenden ebenen Bleches

Info

Publication number: DE102004050784B3
Application number: DE102004050784A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. Sawitzki; Johannes Dr. Groß-Weege; Wolfgang Dipl.-Ing. Hartjenstein; Ludwig Dipl.-Ing. Österlein; Manfred Lenuck
Original assignee: Mannesmannroehren Werke AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2024-10-15
Also published as: WO2006039916A1; EP1807226B1; EP1807226A1; US7735348B2; JP4783792B2; US20070261464A1; JP2008516771A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anbiegepresse zum Anbiegen der Randstreifen eines zu einem Schlitzrohr zu formenden ebenen Bleches mit einem im Pressenrahmen fest angeordneten und entsprechend dem zu erreichenden Biegeradius konturierten Oberwerkzeug und einem diesem gegenüberliegenden vertikal verschiebbaren Unterwerkzeug, zwischen denen der Randstreifen des ortsfest im Pressenrahmen eingespannten Bleches zu der gewünschten Randkontur anbiegbar ist. Dabei ist das Unterwerkzeug (3, 3') mit einer geraden Arbeitsfläche versehen und um eine Drehachse (6, 6') schwenkbar gelagert, wobei der Schwenkbereich mindestens so groß ist, dass eine permanente flächige Kontaktierung zwischen Arbeitsfläche des Unterwerkzeuges (3, 3') und der Unterseite des Randstreifens (2) während des Anbiegens ermöglicht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Anbiegepresse zum Anbiegen der Randstreifen eines zu einem Schlitzrohr zu formenden ebenen Bleches gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3.

Beim Biegen eines ebenen Bleches welches nach dem bekannten UOE-Verfahren zu einem Schlitzrohr geformt werden soll, sind die Randstreifen des Bleches in der U-Presse überhaupt nicht und in der O-Presse nur mit sehr großem Pressendruck in die Kreisform des fertigen Rohres zu formen. Üblicherweise werden deshalb zunächst die Randstreifen in Anbiegepressen mit verschiedenen Anbiegewerkzeugen so gut wie möglich zur Kreisform angebogen, wobei herstellungsbedingt die Endbereiche der Randstreifen nahezu unverformt bleiben. Diese am fertigen Rohr nachzuweisenden so genannten Dachkanten sollen möglichst gering gehalten bzw. vermieden werden, da sie nur mit großem Aufwand korrigiert werden können.

Die sich beim Schlitzrohr parallel gegenüberliegenden Bandkanten sind für die nachfolgende Längsnahtschweißung je nach Blechdicke üblicherweise mit einer entsprechenden Bandkantenanfasung (z.B. Doppel-V) versehen.

Die nach dem Stand der Technik bekannten Anbiegepressen zum Anbiegen der Randstreifen ebener Bleche bestehen aus einem im Pressenrahmen fest angeordneten und entsprechend dem zu erreichenden Biegeradius konturiertem Oberwerkzeug und einem diesem gegenüberliegenden vertikal verschiebbaren Unterwerkzeug.

Zwischen Ober- und Unterwerkzeug ist der Randstreifen des ortsfest im Pressenrahmen eingespannten Bleches angeordnet, welcher durch vertikales Verfahren des Unterwerkzeuges in Richtung des Oberwerkzeuges in die gewünschte Randkontur anbiegbar ist.

Derartige Anbiegepressen sind beispielsweise aus der DE 26 41 573 A1 , der DE 43 11 228 A1 oder der DE 25 10 488 C bekannt, die sich mit dem Problem der unverformten Endbereiche bei der Anbiegung der Randstreifen ebener Bleche befassen.

Nachteilig bei diesen bekannten Pressen ist, dass die an den Blechkanten befindlichen Anfasungen verfahrensbedingt während des Anbiegens plastisch deformiert werden, woraus nicht tolerierbare Wanddickenunterschreitungen entstehen können. Bedingt durch die fallweise sehr ausgeprägten Deformationen lassen sich auch durch die nachfolgende Verschweißung diese Bandkantenfehler nicht sicher überdecken. Dies verursacht zeit- und kostenaufwändige Nacharbeit der fehlerhaften Rohre.

Umfangreiche Untersuchungen zu diesem Problem haben zu der Erkenntnis geführt, dass diese Deformationen bei den bekannten Pressen dadurch verursacht werden, dass der Biegevorgang über eine linienförmige Krafteinleitung des Unterwerkzeuges in die Bandkanten eingeleitet wird, wobei bei Überschreiten der Elastizitätsgrenze des Stahls plastische Verformungen, d. h. Deformationen der Bandkante hervorgerufen werden. Dieser Effekt verstärkt sich mit zunehmender Blechdicke und/oder höheren Stahlfestigkeiten.

Bedingt durch die vertikale Bewegung des Unterwerkzeuges in Richtung des Oberwerkzeuges ist beispielsweise bei konvex ausgebildetem Ober- und entsprechend konkav ausgebildetem Unterwerkzeug, insbesondere zu Beginn des Anbiegens, die Deformationsgefahr der Bandkanten besonders groß, weil in dieser Phase verfahrensbedingt eine große Winkeldifferenz zwischen Unterwerkzeugkontur und Blechkontur auftritt. Durch die linienförmige Krafteinleitung vom Unterwerkzeug in die Blechkante sind zudem in der Anfangsphase die lokalen Spannungsspitzen sehr groß.

Die Untersuchungen haben darüber hinaus auch gezeigt, dass während des Anbiegevorganges diese lokalen Spannungsspitzen geringer werden, da sich das Unterwerkzeug der Kontur des Randstreifens folgend dem Oberwerkzeug immer mehr annähert und schließlich die linienförmige in eine flächige Kontaktierung übergeht.

Zur Minimierung der Dachkantenbildung ist gemäß DE 23 65 515 A1 versucht worden, die Randstreifen durch obere und untere Anbiegerollen zu führen, deren konvexe bzw. konkave Umfangskonturen dem Radius der anzubiegenden Kantenbereiche entsprechen.

Abgesehen von dem erheblichen Bauaufwand einer solchen zweistufig arbeitenden Anbiegeeinrichtung lässt sich auch hiermit eine linienförmige Krafteinleitung an der Bandkante zu Beginn der Umformung nicht vermeiden.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass durch das rollende Verformen der Randstreifen ein Auswalzen der Blechkanten nicht zu verhindern ist, wodurch Welligkeiten im Kantenbereich entstehen.

Nachteilig ist weiterhin, dass durch die Umfangskonturen der Anbiegerollen der Biegeradius des Randstreifens festgelegt ist. Das bedeutet, dass bei sich ändernden Rohrdurchmessern eine entsprechende Anzahl von Anbiegerollen mit unterschiedlichen Umfangskonturen vorgehalten werden muss.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren bzw. eine Anbiegepresse zum Anbiegen der Randstreifen eines zu einem Schlitzrohr zu formenden ebenen Bleches in einer Anbiegepresse anzugeben, wobei plastische Deformationen, bzw. Verquetschungen, der zum Schweißen vorbereiteten Bandkanten und damit Wanddickenunterschreitungen im Schweißnahtbereich am fertigen Rohr sicher vermieden werden können und eine Anwendung auch für unterschiedliche Rohrdurchmesser mit reduziertem Werkzeugeinsatz ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird nach dem Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 3 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Nach der Lehre der Erfindung wird zur Lösung dieser Aufgabe ein Verfahren verwendet, bei dem bereits zu Beginn des Anbiegevorganges eine flächige Kontaktierung der Arbeitsfläche des Unterwerkzeuges mit der Unterseite des Randstreifens gewährleistet ist, die während des gesamten Anbiegevorganges aufrechterhalten wird. Vorteilhaft wird dabei nur der Endbereich des Randstreifens kontaktiert, um den Bereich der unverformten Bandkanten so gering wie möglich zu haften.

Mit dieser Verfahrensweise werden durch die flächige Kontaktierung die sonst zu Beginn des Anbiegens auftretenden lokalen Spannungsspitzen an der angefasten Blechkante sicher vermieden, so dass plastische Deformationen aufgrund lokaler Spannungsüberschreitung ausgeschlossen sind. Diese vorteilhafte Verfahrensweise wird durch eine kombinierte Bewegung des Unterwerkzeuges erreicht, wobei durch vertikales Verschieben und gleichzeitiger Verschwenkung um eine Drehachse das Unterwerkzeug der Kontur des Oberwerkzeuges folgt und von Beginn der Anbiegung mit dem anzubiegenden Randstreifen in Flächenkontakt bleibt.

Die Drehachse kann sich dabei nach einer ersten Ausführungsform innerhalb des Unterwerkzeuges befinden, wobei die Verschwenkung beispielsweise über einen im Unterwerkzeug angeordneten drehbeweglich gelagerten Zapfen erfolgen kann.

Während des Anbiegens kommt es kinematisch bedingt zu einer Relativverschiebung zwischen Randstreifen und Arbeitsfläche des Unterwerkzeuges, was zu einer Verschiebung des Kraftangriffspunktes von der Bandkante weg führt. Abhängig von der Banddicke und dem Werkstoff kann dadurch fallweise der unverformte Endbereich des Randstreifens geringfügig vergrößert werden.

Soll dieser Effekt bei der Auslegung der Anbiegepresse unbedingt vermieden werden, befindet sich nach einer vorteilhaften Weiterbildung die Drehachse in der Kontaktebene zwischen der Arbeitsfläche des Unterwerkzeuges und der Unterseite des Randstreifens.

Hierbei wird das Unterwerkzeug während des gesamten Anbiegevorganges, der Kontur des Oberwerkzeuges folgend, um eine definierte Kontaktstelle (Drehachse) bezogen auf das Unterwerkzeug verschwenkt.

Realisiert werden kann diese Verschwenkung beispielsweise dadurch, dass das Unterwerkzeug in einer kalottenförmig ausgebildeten Aufnahme schwenkbar gelagert ist.

Der Kraftangriffspunkt des Unterwerkzeuges wird bei dieser Lagerung festgelegt durch den Mittelpunkt des Kalottendurchmessers. Beim Anbiegen des Randstreifens verschiebt sich der Kraftangriffspunkt nunmehr entsprechend der Biegekontur des Randstreifens auf der Blechkante geringfügig nach außen, was zur Folge hat, dass der unverformte Bereich des Randstreifens vorteilhaft weiter verringert wird.

Außer der Kalottenlagerung sind noch weitere Lagerungsarten vorstellbar, wobei insbesondere wesentlich ist, dass das Unterwerkzeug gleichzeitig vertikal verschiebbar und in der Weise verschwenkbar ausgebildet ist, dass eine flächige Kontaktierung während des gesamten Anbiegevorganges erfolgt.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass zur Erzeugung unterschiedlicher Biegeradien nur noch ein entsprechendes Unterwerkzeug vorgehalten werden muss.

Das erfindungsgemäße Unterwerkzeug braucht nicht mehr gewechselt zu werden, da es automatisch der jeweiligen dem Rohrdurchmesser entsprechenden Kontur des Oberwerkzeuges folgt. Dies spart erhebliche Kosten bei der Beschaffung, Instandhaltung und Montage.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der dargestellten Ausführungsbeispiele.
Es zeigen:
1a Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Unterwerkzeuges mit einer Drehachse innerhalb des Werkzeuges unmittelbar vor dem Anbiegen eines Randstreifens,
1b wie 1a, jedoch im fertig gebogenen Zustand,
2a wie 1a, jedoch mit einer Drehachse in der Kontaktebene Unterwerkzeug – Randstreifen,
2b wie 2a, jedoch im fertig gebogenen Zustand.
In der 1a ist als Prinzipskizze eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Unterwerkzeuges mit einer Drehachse innerhalb des Werkzeuges unmittelbar vor dem Anbiegen eines Randstreifens dargestellt.
Zum Anbiegen eines Randstreifens 2 ist ein Blech außerhalb des anzubiegenden Randstreifenbereiches im Pressenrahmen 4 einer nicht näher dargestellten Biegepresse ortsfest eingespannt und unterhalb eines dem zu erzeugenden Biegeradius entsprechend konturierten Oberwerkzeuges 1 positioniert.
Der Endbereich 8 des anzubiegenden Randstreifens 2 ist für eine Verschweißung des UOE-geformten Schlitzrohres mit einer Fase 7 versehen.
Unterhalb des Endbereiches 8 des Randstreifens 2 ist ein erfindungsgemäßes Unterwerkzeug 3 vertikal verschiebbar und um eine Drehachse 6 gleichzeitig drehbeweglich gelagert, angeordnet.
Mit Beginn des Anbiegevorganges tritt erfindungsgemäß die Arbeitsfläche des Unterwerkzeuges 3 flächig in Kontakt mit der Unterseite des Randstreifens 2, wobei nur ein Teilbereich der Arbeitsfläche des Unterwerkzeuges die Unterseite des Randstreifens 2 berührt, da es während des Anbiegens, kinematisch bedingt, zu einer Relativverschiebung des Kraftangriffspunktes in der Kontaktebene zwischen Unterwerkzeug 3 und Randstreifen 2 kommt.
Wie in 1b dargestellt, bleibt das Unterwerkzeug 3 während des gesamten Anbiegevorganges, bedingt durch die kombinierte Vertikal- und Drehbewegung des Unterwerkzeuges 3, in permanentem flächigem Kontakt mit der Unterseite des Randstreifens 2. Hierdurch werden linienförmige Beanspruchungen und daraus resultierende Spannungsspitzen mit plastischen Deformationen im Endbereich 8 des Randstreifens 2 und insbesondere an der Fase 7 sicher vermieden.
Aufgrund der Kinematik des Bewegungsablaufes erfolgt eine Verschiebung des Kraftangriffspunktes P → P' des Unterwerkzeuges 3 an der Unterseite des Randstreifens 2. Der Kraftangriffspunkt verschiebt sich entsprechend dem aktuellen Biegeradius geringfügig von der Kante des Bleches 2 weg.
2a zeigt ebenfalls in einer Prinzipskizze eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Unterwerkzeuges unmittelbar vor dem Anbiegen eines Randstreifens, jedoch mit einer Drehachse in der Kontaktebene Unterwerkzeug – Randstreifen.
Anstelle des in 1 dargestellten Unterwerkzeuges 3 mit einer Drehachse 6 innerhalb des Unterwerkzeuges wird nunmehr ein Unterwerkzeug 3' verwendet, wobei sich die Drehachse 6' als Kraftangriffspunkt P des Unterwerkzeuges 3' in der Kontaktebene zwischen der Arbeitsfläche des Unterwerkzeuges 3' und der Unterseite des Randstreifens 2 befindet. Hierbei wird das Unterwerkzeug 3' während des gesamten Anbiegevorganges der Kontur des Oberwerkzeuges 1 folgend um diesen Kraftangriffspunkt P bzw. der P' (Drehachse 6') verschwenkt.
Erfindungsgemäß ist das Unterwerkzeug 3' dazu in einer kalottenförmig ausgebildeten Werkzeugaufnahme 5 schwenkbar gelagert, wobei der Kraftangriffspunkt P bzw. P' des Unterwerkzeuges 3' bei dieser Lagerung festgelegt wird durch den Mittelpunkt des Kalottendurchmessers.
Entsprechend 2b folgt beim Anbiegen des Randstreifens 2 das Unterwerkzeug 3' unter Aufrechterhaltung der flächigen Kontaktierung der Kontur des Oberwerkzeuges 1, wodurch Überbeanspruchungen bzw. Deformationen insbesondere an der Fase 7 des Randstreifens 2 ebenfalls vorteilhaft vermieden werden.
Des Weiteren verschiebt sich bei dieser Art der Lagerung der Kraftangriffspunkt P → P' des Unterwerkzeuges 3' entsprechend der aktuellen Biegekontur auf der Blechunterseite nach außen.
Diese Verschiebung hat zur Folge, dass der unverformte Bereich des Randstreifens 2 vorteilhaft weiter verringert wird.
Bezugszeichenliste

Claims

Verfahren zum Anbiegen der Randstreifen eines zu einem Schlitzrohr zu formenden ebenen Bleches, in einer Anbiegepresse, mit einem im Pressenrahmen fest angeordneten und entsprechend der zu erreichenden Biegekontur konturierten Oberwerkzeug und einem diesem gegenüberliegenden vertikal verschiebbaren Unterwerkzeug, zwischen denen der Randstreifen des ortsfest im Pressenrahmen eingespannten Bleches zu der gewünschten Randkontur in einem Arbeitsschritt angebogen wird dadurch gekennzeichnet, dass mit Beginn des Anbiegevorganges die mit der Arbeitsfläche des Unterwerkzeuges in Kontakt tretende Unterseite des Randstreifens flächig zur Anlage kommt und diese flächige Kontaktierung während des gesamten Anbiegevorganges durch eine kombinierte Bewegung des Unterwerkzeuges, bestehend aus vertikalem Verschieben und gleichzeitiger Verschwenkung um eine Drehachse, aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass während des gesamten Anbiegevorganges nur der Endbereich des Randstreifens flächenhaft kontaktiert wird.
Anbiegepresse zum Anbiegen der Randstreifen eines zu einem Schlitzrohr zu formenden ebenen Bleches, mit einem im Pressenrahmen fest angeordneten und entsprechend dem zu erreichenden Biegeradius konturierten Oberwerkzeug und einem diesem gegenüberliegenden vertikal verschiebbaren Unterwerkzeug, zwischen denen der Randstreifen des ortsfest im Pressenrahmen eingespannten Bleches zu der gewünschten Randkontur anbiegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterwerkzeug (3, 3') mit einer geraden Arbeitsfläche versehen und um eine Drehachse (6, 6') schwenkbar gelagert ist, wobei der Schwenkbereich mindestens so groß ist, dass eine permanente flächige Kontaktierung zwischen Arbeitsfläche des Unterwerkzeuges (3, 3') und der Unterseite des Randstreifens (2) während des Anbiegens ermöglicht ist.
Anbiegepresse nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass sich die Drehachse (6) innerhalb des Unterwerkzeuges (3) befindet,
Anbiegepresse nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Unterwerkzeug (3) mit einem drehbeweglich gelagerten Zapfen versehen ist.
Anbiegepresse nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (6'), bezogen auf die Arbeitsfläche des Unterwerkzeuges (3'), ein festgelegter Kraftangriffspunkt (P, P') an der Unterseite des Randstreifens (2) ist.
Anbiegepresse nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Unterwerkzeug (3') in einer kalottenförmig ausgebildeten Werkzeugaufnahme (5) schwenkbar gelagert ist.