DE102005049101A1

DE102005049101A1 - Verfahren zum Biegen von Rohren

Info

Publication number: DE102005049101A1
Application number: DE200510049101
Authority: DE
Inventors: Markus Mayer
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2007-04-19
Also published as: AT503938B1; AT503938A4

Abstract

Bei einem Verfahren zum Biegen von Rohren (1) wird in einem ersten Schritt ein Rohr mit einer Flüssigkeit zumindest in einem zu biegenden Bereich befüllt, sodann das Rohr (1) und die Flüssigkeit unter eine Schmelztemperatur der Flüssigkeit herabgekühlt. Anschließend wird das Rohr gebogen. Dabei ist die Flüssigkeit ein Gemisch oder eine Lösung, und beim Abkühlen der Flüssigkeit unter einer Schmelztemperatur erstarrt zumindest eine Komponente des Gemisches oder der Lösung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Biegen von Rohren, bei dem ein Rohr mit einer Flüssigkeit befüllt wird und das Rohr sowie die Flüssigkeit unter die Schmelztemperatur bzw. Erstarrungstemperatur der Flüssigkeit abgekühlt werden, um anschließend das Rohr zu biegen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren, mit dem es möglich ist, dünnwandige Blechrohre für den Musikinstrumentenbau zu biegen.
Beim Biegen von dünnwandigen Rohren für den Musikinstrumentenbau müssen oft kleine Biegeradien erreicht werden und Rohre aus Materialien wie Messing gebogen werden. Dabei ist die Gefahr von unerwünschten Querschnittsverengungen und von Faltenbildungen groß.
Um dies zu verhindern ist bekannt, Blei über seinen Schmelzpunkt zu erhitzen, das flüssige Blei in das Rohr einzugießen und das Blei in dem Rohr erstarren zu lassen. Anschließend wird das mit Blei befüllte Rohr in einer Rohrbiegevorrichtung gebogen und anschließend das Rohr sowie das Blei wieder über den Schmelzpunkt des Bleis erhitzt, um das Blei aus dem Rohr zu entfernen.
Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass das Rohr unvermeidbar und irreversibel mit Blei kontaminiert wird. Vor allem bei Rohren für den Instrumentenbau, insbesondere bei Blasinstrumenten sollte dies jedoch vermieden werden, da Blei als giftiges Schwermetall eine toxische Wirkung auf den Menschen hat. Weiter ist nachteilig, dass das Verfahren sehr zeitaufwendig ist, da zweimal das Erkalten des Bleis und zumindest beim Entfernen das Schmelzen des Bleis während des Rohrbiegens abgewartet werden muss. Schließlich fällt ein erheblicher Energieaufwand für das zweimalige Schmelzen des Bleis an.

Aus der DE 32 18 662 A1 ist ein Verfahren zum Biegen von Rohren bekannt, bei dem das zu biegende Rohr zur Verhinderung von Querschnittsveränderungen oder Faltungen zunächst mit einer Flüssigkeit gefüllt wird, die Flüssigkeit durch Kälteeinwirkung zumindest im zu biegenden Bereich gefroren wird und anschließend das Rohr gefüllt mit der gefrorenen Flüssigkeit gebogen wird. Weiter ist aus der Druckschrift bekannt, als Flüssigkeit Wasser zu benutzen und die Kälteeinwirkung durch Eintauchen des Rohrs in ein kaltes, verflüssigtes Gas, insbesondere Stickstoff zu erreichen. Schließlich ist aus der Druckschrift eine Vorrichtung mit einer Rohrbiegevorrichtung und einem Behälter zum Eintauchen des Rohrs in den flüssigen Stickstoff bekannt, mit dem das Verfahren durchgeführt werden kann.

Aus der DE 1 527 433 ist ein Verfahren zum Biegen von Doppelrohren bekannt, bei dem das Doppelrohr mit Wasser gefüllt, das Wasser zumindest im Biegebereich gefroren und das Rohr anschließend gebogen wird.

Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass beim Biegen des Rohrs in dem Eis sehr große Kräfte auftreten und das Eis in relativ große Bruchstücke zerbricht. Insbesondere bei Rohren mit geringer Wandstärke kommt es daher trotz der Füllung mit Eis zu Querschnittsveränderungen und Faltenbildungen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstiges, schnelles Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem Rohre geringer Wandstärke gebogen werden können und das keine Verunreinigungen mit toxischen Substanzen verursacht.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens werden durch die Unteransprüche angegeben.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem in einem ersten Schritt ein Rohr mit einer Flüssigkeit zumindest in einem zu biegenden Bereich befüllt wird. Sodann werden das Rohr und die Flüssigkeit unter eine Schmelztemperatur der Flüssigkeit herabgekühlt und das Rohr gebogen. Die Flüssigkeit ist dabei ein Gemisch oder eine Lösung und beim Abkühlen der Flüssigkeit unter die Schmelztemperatur erstarrt zumindest eine Komponente des Gemisches oder der Lösung.

Dadurch kann das toxische Blei als Füllmittel des Rohrs während des Biegens vermieden werden. Auch fallen nicht die langen Bearbeitungszeiten wie bei Blei an, da nicht zweimal das Erkalten des Bleis und zumindest beim Entfernen des Bleis das Schmelzen abgewartet werden muss. Vorteilhaft erfordert das Abkühlen des Rohrs und der Flüssigkeit weniger Energie als das zweimalige Schmelzen von Blei bei mindestens +327°C. Das Schmelzen der Flüssigkeit in dem Rohr erfolgt durch das Wiedererwärmen auf Umgebungstemperatur.

Vorteilhaft enthält die Flüssigkeit als Komponente Wasser, das durch die Wirkung der weiteren Komponente in Eiskristalle kleiner Korngröße erstarrt.

Eine Lösung beispielsweise eines Salzes mit Wasser oder ein Gemisch eines Alkohols mit Wasser zeigt die Eigenschaft, dass bei dem Unterschreiten einer gegenüber reinem Wasser erniedrigten Schmelztemperatur sich zunächst reines Wassereis in relativ kleinen Kristallen bildet. Diese kleinkörnigen Kristalle werden von Wasser umgeben, in dem die Konzentration des gelösten Salzes oder der anderen Komponente einer Mischung ansteigt und eine Bildung großkörniger, zusammenhängender Eiskristalle verhindert. Bei weiterer Abkühlung erstarrt schließlich auch das umgebende Wasser mit einer höheren Konzentration der weiteren Komponente, bildet jedoch ein weniger druckstabiles Eis. Beim Biegen des Rohrs zerbricht deshalb das Eis in kleine Bruchstücke, die gut gegeneinander verschiebbar sind, und das Eis insgesamt kann sich plastisch verformen. Im Gegensatz zu reinem Wassereis wird dadurch eine Faltenbildung des Rohrs verhindert und eine gute Querschnittstabilität des Rohrs beim Biegen erreicht. Auch wenn nicht bis zur vollständigen Erstarrung heruntergekühlt wird, bleibt das Rohr, das mit kleinen Eiskristallen und umgebendem Wasser mit einer höheren Konzentration der weiteren Komponente gefüllt ist, beim Biegen querschnittsstabil. Wasser als Flüssigkeit steht überdies kostengünstig zur Verfügung.

In günstiger Durchführung des Verfahrens ist das Gemisch ein Tensid-Wassergemisch, insbesondere mit einem Tensidanteil von 15%–17%.

Bei diesem Mischungsverhältnis lassen sich besonders gute Ergebnisse erzielen. Tenside haben auch eine schmierende Wirkung und ermöglichen ein Gleiten der Eisbruchstücke untereinander sowie gegenüber der Wand des Rohrs.

Vorteilhaft wird das Tensid-Wassergemisch soweit abgekühlt, dass es insgesamt erstarrt, und auf ca. –80°C abgekühlt.

Das entstehende Eis zerbrich unter Druck klein genug, dass sich keine Falten beim Biegen des Rohrs bilden, und ist zugleich druckstabil genug, dass es zu keinen Querschnittsverengungen des Rohrs kommt.

In alternativer Ausführung kann die Flüssigkeit als Komponente Salze oder Öle enthalten.

Vorteilhaft wird das befüllte Rohr zum Herabkühlen in ein verflüssigtes Gas, insbesondere Stickstoff getaucht.

Dies ermöglich ein zeitsparendes schnelles Biegen, da das Erstarren der Flüssigkeit rasch erreicht wird. Stickstoff steht auch kostengünstig zur Verfügung Vorteilhaft dient das Verfahren zum Biegen von Blechrohren für den Musikinstrumentenbau.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt

1 schematisch das Abkühlen eines zu biegenden Rohrs,

2 schematisch das Biegen des Rohrs,

3 schematisch im Querschnitt einen Ausschnitt des Rohrs und

4 ein Diagramm der Druckkräfte im Querschnitt des Rohrs beim Biegen.

1 zeigt schematisch das Abkühlen eines zu biegenden Rohrs 1, im vorliegenden Beispiel eines dünnwandigen Blechrohrs für ein Musikinstrument. Das Rohr 1 ist in seinem unteren Bereich mit einem Gemisch aus Wasser und 16% des Volumens an Tensiden befüllt. Durch das Eintauchen des Rohrs 1 in einen Isolierbehälter 2 mit flüssigem Stickstoff 3 wird das Wasser-Tensidgemisch gefroren und auf eine Temperatur von ca. –80°C gebracht.
In der 2 ist schematisch das anschließende Biegen des Rohrs 1 dargestellt. Die Biegevorrichtung besteht aus einem Formstück 4 um das das Rohr 1 durch eine Biegerolle 5, die in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung um das Formstück 4 läuft, aus seiner Ursprungsform 6 gebogen wird.
In der 3 ist im Querschnitt ein Ausschnitt des Rohrs 1 in dem Bereich, der gerade gebogen wird, dargestellt. Das gebogene Rohr hat nach dem Biegen einen inneren Radius r1 und einen äußeren Radius r2. Der Innenraum des Rohrs 1 ist mit Eis 7 angefüllt, das von Bereichen bzw. Kanälen aus Eis mit einer hohen Konzentration an Tensiden durchzogen ist. Dieses Eis 7 mit einer hohen Konzentration an Tensiden ist weniger druckstabil. Beim Biegen zerbricht das Eis daher in kleine Bruchstücke, angedeutet durch die Bruchlinien, bzw. das Eis mit einer hohen Tensidkonzentration verflüssigt sich schneller unter Druck und somit zeigt das Eis 7 insgesamt ein plastisches Verhalten. Dabei ist der Druck im Bereich des inneren Radius r1 am höchsten, wie in dem Druckdiagramm der 4 entlang des Querschnitts IV–IV in der 3 dargestellt ist. Dargestellt ist der Druck P in dem Eis 7 über dem Radius r auf der Strecke r1 bis r2. Der Druck fällt von r1 zu r2 exponentiell ab.
Wenn das Rohr 1 gebogen wird, ergibt sich somit nahe an dem inneren Radius r1 der größte Druck und die stärkste plastische Umformung des Eises 7, das in Richtung des äußeren Radius r2 gedrückt wird. Da das Eis aus dem Wasser-Tensidgemisch in kleine Bruchstücke bricht und sich gut plastisch verformen lässt, kommt es zu keiner Faltenbildung des Rohrs 1 und der Querschnitt des Rohrs 1 bleibt formstabil. Daher können durch das erfindungsgemäße Verfahren auch dünne Blechrohre für den Musikinstrumentenbau ohne Nutzung des toxischen Bleis gebogen werden. Durch diese Substitution können etwaige Rückstände des Bleis im Rohr vermieden werden.

1: Rohr
2: Isolierbehälter
3: flüssiger Stickstoff
4: Formstück
5: Biegerolle
6: Ursprungsform
7: Eis
P: Druck
r: Radius
r1: innerer Radius
r2: äußerer Radius

Claims

Verfahren zum Biegen von Rohren (1) mit den Schritten, – Befüllen eines Rohr mit einer Flüssigkeit zumindest in einem zu biegenden Bereich, – Herabkühlen des Rohrs (1) und der Flüssigkeit unter eine Schmelztemperatur der Flüssigkeit – Biegen des Rohrs dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit ein Gemisch oder eine Lösung ist, und dass beim Abkühlen der Flüssigkeit unter eine Schmelztemperatur zumindest eine Komponente des Gemisches oder der Lösung erstarrt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit als Komponente Wasser enthält, das durch die Wirkung der weiteren Komponente in Eiskristalle kleiner Korngröße erstarrt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch ein Tensid-Wassergemisch ist, insbesondere mit einem Tensidanteil von 15%–17% im Volumen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Tensid-Wassergemisch soweit abgekühlt wird, dass es insgesamt gefriert.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Tensid-Wassergemisch auf ca. –80°C abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit als Komponente Salze oder Öle enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das befüllte Rohr zum Herabkühlen in ein verflüssigtes Gas (3) getaucht wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das verflüssigte Gas Stickstoff (3) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (1) Blechrohre für den Musikinstrumentenbau sind.