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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Biegen eines
Rohrs und insbesondere eine Einrichtung zum Verankern eines Dorns
in dem Rohr zur Stützung
der Innenwand des Rohrs während
einer Biegung des Rohrs.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bei
der Herstellung von Autorahmen und anderen rohrförmigen Produkten ist das Biegen
von Hohlrohren in eine gewünschte
Form bekannt. Ein Ende eines Rohrs ist in einem Einspannwerkzeug eingespannt.
Das freie Ende des Rohrs ist benachbart zu einem Biegewerkzeug positioniert,
um das das Rohr gebogen wird, so dass das Biegewerkzeug die Krümmung der
Biegung definiert. Ein Druckwerkzeug übt Druck auf das Rohr aus,
um das Rohr um das Biegewerkzeug zu biegen. Wird ein Rohr gebogen,
passieren grundsätzlich
zwei Dinge. Die Rohrwand an der Außenseite der Krümmung neigt
dazu zusammenzufallen und auszudünnen,
und die Rohrwand an der Innenseite der Rohrkrümmung neigt dazu zusammengedrückt zu werden
und Falten zu bilden.
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Bei
vielen Anwendungen, insbesondere bei der Biegung eines dünnwandigen
Rohrs oder bei der Biegung um einen kleinen Radius, wird vor dem
Biegen ein Dorn in das Rohr durch eine Stützstange eingesetzt, so dass
die Anwesenheit des Dorns die Innenwände stützt und dadurch den Grad des
Zusammenfallens und der Faltenbildung, die während des Biegevor gangs erfahren
werden, einschränkt.
Der Dorn ist oft aus Kugelsegmenten gebildet, die durch Drehgelenke
miteinander verbunden sind, so dass der Dorn sich mit dem Rohr biegen
und die Rohrwände
stützen
kann, und der Dorn dennoch nach dem Biegen aus dem gebogenen Rohr
entnommen werden kann.
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Um
eine hochqualitative Biegung mit minimalem Zusammenfallen und minimaler
Faltenbildung zu erhalten, muss die Dornstützstange den Dorn an einer
präzisen
Stelle in dem Rohr beständig
und zuverlässig
anordnen. Jedoch ist bekannt, dass während des Rohrbiegevorgangs
jener Teil des Rohrs, der nicht in dem Einspannwerkzeug eingespannt
ist, axial gedehnt werden kann, und entsprechend kann sich der biegende
Teil des Rohrs während
des Biegevorgangs axial in Bezug auf den Dorn bewegen, auch während die
Stützstange
versucht, den Dorn an einer präzisen
Stelle zu errichten, um das Rohr während der Biegung zu stützen.
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Somit
ist es wünschenswert,
den Dorn an einer vorbestimmten Stelle in dem Rohr zuverlässig zu verankern.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Dornanordnung ist zur Einsetzung in ein Hohlrohr vorgesehen, um
die Innenwände
des Rohrs während
einer Biegung des Rohrs in einer Rohrbiegevorrichtung zu stützen. Die
Dornanordnung umfasst mindestens ein Dornsegment, das für eine Positionierung
in dem Rohr ausgelegt ist und eine äußere Stützfläche zur Stützung der Innenwände des Rohrs
während
einer Biegung aufweist. Das Dornsegment wird an einer festen axialen
Stelle in dem Rohr durch eine Verankerungseinrichtung verankert, die
zwischen einem ausgedehnten Zustand, in dem ein Ankerschuh mit der
Innenwand des Rohrs in Eingriff steht, und einem zurückgezogenen
Zustand, in dem sich der Ankerschuh beweglich in dem Rohr befindet,
radial ausdehnbar und zurückziehbar
ist. Eine Dornstützstange
ist an der Verankerungseinrichtung angebracht, um die Verankerungseinrichtung
in das Rohr einzusetzen und daraus zurückzunehmen, wenn der Ankerschuh
zurückgezogen
wird.
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Weitere
Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden
ausführlichen
Beschreibung offenkundig. Es versteht sich von selbst, dass die
ausführliche
Beschreibung und speziellen Beispiele nur zum Zwecke der Verdeutlichung
gedacht sind und nicht zur Beschränkung des Schutzumfangs der
Erfindung gedacht sind, obwohl sie beispielhafte Ausführungsformen der
Erfindung darstellen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und den
beigefügten Zeichnungen
besser verstanden werden, in denen
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1 eine
Längsansicht
eines Rohrs und eines Rohrbiegedorns ist, wobei Teile weg gebrochen und
im Schnitt dargestellt sind;
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2 eine
Schnittansicht in Richtung der Pfeile 2-2 von 1 ist;
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3 eine
Ansicht ähnlich
wie 1 ist, aber eine zweite Ausführungsform zeigt; und
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4 eine
Ansicht ähnlich
wie 1 ist, aber eine dritte Ausführungsform zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
folgende Beschreibung gewisser beispielhafter Ausführungsformen
ist beispielhafter Natur und ist nicht dazu gedacht, die Erfindung,
ihre Anwendung oder Einsatzmöglichkeiten
einzuschränken.
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Auf 1 Bezug
nehmend soll ein Hohlrohr 10 in einer Rohrbiegevorrichtung
gebogen werden. Das Rohr weist eine Innenwand 12 und eine
Außenwand 14 auf.
Das rechtsständige
Ende des Rohrs 10 wird in einem Einspannwerkzeug, das nicht
gezeigt wird, eingespannt, um das rechtsständige Ende fest zu halten.
Das linksständige
Ende des Rohrs wird von einem Biegewerkzeug und einem Druckwerkzeug
in Eingriff genommen, um das Rohr in einen gewünschten Krümmungsradius zu biegen.
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1 zeigt
eine Dornanordnung, allgemein mit 16 bezeichnet, die in
dem Rohr 10 positioniert ist, um die Innenwand 12 während des
Biegevorgangs zu stützen.
Die Dornanordnung 16 umfasst mehrere Dornkugelsegmente 20, 22 und 24,
die der Reihe nach durchgehend angeordnet und durch Kugeldrehgelenke 25 zusammengefügt sind,
so dass sich die Kugelsegmente in Bezug auf einander biegen können, um
sich einer Biegung des Rohrs 10 anzupassen. Bei Biegung
des Rohrs 10 stützen
die Kugelsegmente die Innenwände
des Rohrs 10 vor Faltenbildung und dem Zusammenfallen.
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Die
Dornanordnung 16 umfasst ferner eine Verankerungseinrichtung,
allgemein mit 26 bezeichnet, die eine in der Mitte gelegene
Nockenstange 28 umfasst, die eine kegelförmige Nockenfläche 30 am linken
Ende und eine kegelförmige
Nockenfläche 32 am
rechten Ende aufweist. Die Verankerungseinrichtung 26 umfasst
ferner Ankerschuhe 38, 40, 42 und 44,
die um den Umfang der in der Mitte gelegenen Nockenstange 28 angeordnet
sind, wie am besten in 2 gesehen. Jeder der Ankerschuhe
weist eine Außenfläche 46 auf,
die der Innenwand 12 des Rohrs 10 gegenüberliegt.
Wie am besten in 1 gesehen, weist der Ankerschuh 38 eine
linksständige
Nockenfläche 50,
die mit der Nockenfläche 30 der
in der Mitte gelegenen Nockenstange 28 zusammenpasst, und
eine rechtsständige
Nockenfläche 52 auf,
die mit der Nockenfläche 32 der
in der Mitte gelegenen Nockenstange 32 zusammenpasst. Ein
rechteckiger Keil 54, 2, ist in
Keilnuten aufgenommen, die an der in der Mitte gelegenen Nockenstange 28 und
an dem Ankerschuh 38 vorgesehen sind, so dass sich der
Ankerschuh 38 axial in Bezug auf die in der Mitte gelegenen
Nockenstange 28 bewegen kann. Jeder der anderen Ankerschuhe 40, 42 und 44 weist
Nockenflächen
und rechteckige Keile ähnlich
wie der Ankerschuh 38 auf. Halteringe 60, 62 und 64 sind
in ausgesparten Rillen aufgenommen, die die Ankerschuhe 38, 40, 42 and 44 umgeben,
um die Ankerschuhe auf der in der Mitte gelegenen Nockenstange 28 zu
halten, aber den Ankerschuhen ermöglichen, sich in Bezug auf
einander nach außen
auszudehnen und nach innen zurückzuziehen.
Wenn in den ausgesparten Rillen aufgenommen, beträgt der Außendurchmesser
der Halteringe 60, 62 und 64 weniger als
der Außendurchmesser
der Ankerschuhe 38, 40, 42 und 44.
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Die
Ankerschuhe 38 sind mit einem Antriebsgehäuse 70 durch
eine Schraube 74, die fest in das Ende des Ankerschuhs 38 eingeschraubt
ist, aber beweglich in einer sich radial erstreckenden Nut 72 des
Antriebsgehäuses 70 gleitet,
verbunden, so dass sich der Ankerschuh 38 radial in Bezug
auf das Antriebsgehäuse 70 bewegen
kann. Die Ankerschuhe 40, 42 und 44 sind ähnlich mit
dem Antriebsgehäuse 70 verbunden.
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Das
Antriebsgehäuse 70 ist
durch Schrauben 75 mit einer Stützstange 76 verschraubt,
die sich durch das Rohr 10 erstreckt und an der Rohrbiegemaschine
verankert ist. Die Stützstange 76 wird
verwendet, um die Dornanordnung 16 in das Rohr 10 einzusetzen
und die Dornanordnung 16 aus dem Rohr 10 nach
Beendigung der Biegung zu entfernen.
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Ein
Antriebsmechanismus, allgemein mit 78 bezeichnet, ist vorgesehen,
um die Ankerschuhe axial in Bezug auf die in der Mitte gelegenen
Nockenstange 28 zu bewegen. Ein Motor 80 ist in
einem Hohlraum 82 des Antriebsgehäuses 70 untergebracht,
und das linksständige
Ende des Motors 80 ist mit der in der Mitte gelegenen Nockenstange 28 verschraubt.
Motor 80 treibt einen Gewindeschaft 84 an. Eine
Mutter 88 ist in dem Antriebsgehäuse 70 aufgenommen
und steht mit dem Gewindeschaft 84 in Eingriff. Der Motor 80 weist
Flügel 90 und 91 auf,
die in Nuten 92 und 93 des Antriebsgehäuses 70 gleiten,
so dass der Motor 80 gegen eine Drehung fixiert ist. Der Motor 80 ist
elektrisch mit Motorsteuerschaltungen durch elektrische Leiter verbunden,
die nicht in der Zeichnung gezeigt sind.
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In
der Verwendung versteht es sich von selbst, dass die Versorgung
des Motors 80 mit Energie den Gewindeschaft 84 dreht.
Die Mutter 88 kann sich nicht drehen, da sie in dem Antriebsgehäuse 70 aufgenommen
ist, das seinerseits mit der Stützstange 76 verschraubt
ist. Dementsprechend wird bewirkt, dass sich der Motor 80 axial
nach links oder rechts bewegt, und seinerseits die in der Mitte
gelegene Nockenstange 28 nach links oder rechts bewegt.
Wie in 1 gesehen, bewegt das Bewegen der in der Mitte
gelegenen Nockenstange 28 nach links die Nockenflächen 30 und 32 nach
links, die ihrerseits ermöglichen,
dass die Ankerschuhe 38, 40, 42 und 44 radial
nach innen weg von dem Kontakt mit der Innenwand 12 des
Rohrs 10 durch die Federwirkung der Halteringe 60, 62 und 64 zurückgezogen werden.
Andererseits drängt
das Versorgen des Motors 80 mit Energie, um die in der
Mitte gelegene Nockenstange 28 nach rechts zu bewegen,
die Ankerschuhe 38, 40, 42 und 44 radial
nach außen,
um die Außenfläche der
Ankerschuhe gegen die Innenwand 12 des Rohrs durch Reibschluss
gegenzuspannen und dadurch die axiale Position der Kugelsegmente 20, 22 und 24 fest
in dem Rohr in Bereitschaft für
den Rohrformungsvorgang zu verankern.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Dornanordnung, allgemein mit 116 bezeichnet. Die Dornanordnung 116 umfasst
Dornkugelsegmente 120, 122 und 124, die
durch Kugeldrehgelenke zusammengefügt sind, so dass sich die Kugelsegmente in
Bezug auf einander biegen können,
um sich einer Biegung des Rohrs 110 anzupassen.
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Dornanordnung 116 umfasst
ferner eine Verankerungseinrichtung, allgemein mit 126 bezeichnet, die
eine in der Mitte gelegene Nockenstange 128 umfasst, die
ringförmige
Rillen 130, 131, 132 und 133 aufweist,
die entlang ihrer Länge
beabstandet sind. Jede der Rillen weist eine geneigte kegelförmige Nockenfläche auf,
die jeweils mit 134, 135, 136 und 137 bezeichnet
ist. Die Verankerungseinrichtung 126 umfasst ferner mehrere
Ankerschuhe, die um die in der Mitte gelegenen Nockenstange 128 angeordnet
sind, von denen zwei in 3 unter 138 und 139 gezeigt werden.
Wie am besten in 3 gesehen, weist der Ankerschuh 138 Widerlager 140, 141, 142 und 143 auf,
die in die ringförmigen
Rillen 130, 131, 132 und 133 der
in der Mitte gelegenen Nockenstange 128 einrasten. Jedes
dieser Widerlager weist eine geneigte Nockenfläche auf, die jeweils mit 144, 145, 146 und 147 bezeichnet
ist.
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Es
versteht sich von selbst, dass jeder der anderen Ankerschuhe Nockenflächen ähnlich wie der
Ankerschuh 138 aufweist. Halteringe 160, 162 und 164 sind
in Rillen aufgenommen, die die Ankerschuhe umgeben, um die Ankerschuhe
auf der in der Mitte gelegenen Nockenstange 28 zu halten,
aber den Ankerschuhen ermöglichen,
sich in Bezug auf einander nach außen auszudehnen und nach innen zurückzuziehen.
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Der
Ankerschuh 138 ist mit einem Antriebsgehäuse 170 durch
eine Schraube 172, die fest in das Ende des Ankerschuhs 138 eingeschraubt
ist, aber beweglich in einer sich radial erstreckenden Nut 174 des
Antriebsgehäuses 170 gleitet,
verbunden, so dass sich der Ankerschuh 138 radial in Bezug
auf das Antriebsgehäuse 170 bewegen
kann. Jeder der anderen Ankerschuhe ist mit dem Antriebsgehäuse 170 ähnlich verbunden,
um eine radiale Bewegung zuzulassen.
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Eine
Stützstange 176 ist
an der Rohrbiegemaschine verankert. Die Stützstange 176 ist an
der in der Mitte gelegenen Nockenstange 128 durch eine Antriebsstange 177 angebracht.
Ein Kolben 178 ist fest auf der Antriebsstange 177 angebracht
und ist in einem Bohrloch 179 aufgenommen, das in dem Antriebsgehäuse 170 vorgesehen
ist. Der Kolben 178 teilt das Bohrloch 179 in
eine Kammer 180 und eine Kammer 181, die jeweils
mit einer Quelle von Hydraulikfluid durch Durchlässe 182 und 183 verbunden
sind.
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In
der Verwendung versteht es sich von selbst, dass in 3 unter
Druck stehendes Hydraulikfluid zu der Kammer 180 geleitet
und aus der Kammer 181 drainiert wurde, so dass das Antriebsgehäuse 170 nach
links in 3 gedrückt wurde. Dementsprechend
hat die Bewegung des Ankerschuhs 138 nach links bewirkt,
dass die Nockenflächen 144, 145, 146 und 147 der
Ankerschuhe die Nockenflächen 134, 135, 136 und 137 der in
der Mitte gelegenen Nockenstange 128 nach oben gleiten,
so dass die Widerlager 140, 141, 142 und 143 an
der Außenfläche der
in der Mitte gelegenen Nockenstange 128 verweilen, und
die Ankerschuhe werden gewaltsam gegen die Innenwände des
Rohrs, das nicht gezeigt wird, gegengespannt. Nach Beendigung des
Rohrbiegevorgangs werden die Schuhe durch Leiten von unter Druck
stehendem Hydraulikfluid in die Kammer 181 und Drainieren
der Kammer 180 radial zurückgezogen, so dass das Antriebsgehäuse 170 nach
rechts bewegt wird und seinerseits die Ankerschuhe nach rechts bewegt.
Die Nockenfläche 144, 145, 146 und 147 der
Ankerschuhe gleitet die Nockenflächen 134, 135, 136 und 137 der
in der Mitte gelegenen Nockenstange 128 nach unten, so
dass die Widerlager 140, 141, 142 und 143 in
den Rillen 130, 131, 132 und 133 verweilen,
und die Halteringe 160 und 162 und 164 ziehen
die Ankerschuhe vollständig
radial zurück.
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Bezug
nehmend auf 4 wird eine weitere Ausführungsform
der Erfindung gezeigt und ist im Allgemeinen genauso wie die Ausführungsform
von 3 konstruiert. Jedoch weist in 4 eine
in der Mitte gelegene Nockenstange 228 ringförmige Rillen 230, 231, 232 und 233 auf,
die entlang ihrer Länge beabstandet
sind, und der Ankerschuh 238 weist entsprechende Widerlager 240, 241, 242 und 243 auf. Jede
der Rillen weist eine kegelförmige
Nockenfläche
mit zwei Stufen auf, die durch einen Steg getrennt sind. Zum Beispiel
weist die ringförmige
Rinne 230 eine niedrigere Nockenfläche 234A oder eine Nockenfläche 234A mit
einer sich radial nach innen erstreckende Stufe und eine Nockenfläche 234B mit einer
sich radial nach außen
erstreckenden Stufe auf, die durch einen Steg 235 getrennt
sind. Der Ankerschuh 238 weist ein Widerlager 240 auf,
das in die ringförmigen
Rillen 230 einrastet, und weist eine Nockenfläche 244 auf,
die auf den Nockenflächen 234A und 234B gleitet. 4 zeigt,
dass die Ankerschuhe vollständig
nach links gedrückt
sind, so dass das Widerlager 240 an der Außenfläche der
in der Mitte gelegenen Nockenstange 228 verweilt, und die
Ankerschuhe sind vollständig
ausgedehnt, um mit der Innenwand 212 des Rohrs 210 in
Eingriff zu treten. Während
die Ankerschuhe nach rechts bewegt werden, gleiten das Widerlager 240 und
seine Nockenfläche 244 die
Neigung der Außenstufen-Nockenfläche 234B hinab,
verweilt dann auf dem Steg 235, und dann bewirkt eine Weiterbewegung
nach rechts, dass das Widerlager 240 und seine Nockenfläche 244 die
Innenstufen-Nockenfläche 234A hinabgleiten,
und dann verweilt das Widerlager 240 am unteren Ende der
Rille 230, wo die Ankerschuhe vollständig von dem Eingriff mit der
Innenwand 212 des Rohrs 210 weg zurückgezogen
werden.
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4 zeigt
ferner einen Wandler, allgemein mit 280 bezeichnet, zum
Instrumentieren der Dornanordnung 216. Der Wandler 280 umfasst
einen Taststift 282, der an der Stützstange 276 montiert
ist und der einen elektrischen Kontakt mit einem von drei elektrischen
Kontakten 284, 286 und 288 herstellt, die
an dem Antriebsgehäuse 270 angebracht
sind. Der Wandler 280 liefert somit Daten, die die relative axiale
Position zwischen den Ankerschuhen und der in der Mitte gelegenen
Stange festlegen. Jeder käuflich
erhältliche
lineare Wandler kann für
diesen Zweck verwendet werden.
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Somit
wird gesehen, dass die Dornanordnungen der drei in den Zeichnungen
gezeigten Ausführungsformen
jeweils die Aufgabe haben, sich an der Innenwand des Rohrs festzuklemmen
und dadurch die Kugelsegmente an einer festen axialen Stelle in
dem Rohr, das gebogen werden soll, zu errichten. Die Ausführungsform
von 1 weist eine fortlaufend geneigte Nockenfläche auf,
die stufenlos verstellbar ist, da jede Erhöhung einer axialen Bewegung
der Ankerschuhe die Ankerschuhe eine entsprechende Erhöhung einer
Bewegung radial nach innen und außen bewegt. Die zwei te Ausführungsform
von 3 ist ausgelegt eine zweistufige Einspannvorrichtung
zu sein, die entweder gespannt oder entspannt ist. Die dritte Ausführungsform
von 4 ist ausgelegt eine dreistufige Einspannvorrichtung
zu sein, die entweder gespannt oder entspannt ist, aber auch eine
Zwischenposition aufweist. Die Ausführungsform von 4 kann
besonders nützlich sein,
wenn die Dornanordnung bei der Biegung von zwei unterschiedlichen
Rohrdurchmessern verwendet werden soll. Zum Beispiel, wenn das Rohr
entlang seiner Länge
unterschiedliche Innendurchmesser aufweist, kann die Verankerungseinrichtung
entweder im vollständig
ausgefahrenen Zustand oder im Zwischenzustand festspannen.
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Die
vorhergehende Beschreibung der Erfindung ist rein beispielhafter
Natur und daher sind Abänderungen
davon im Umfang der Erfindung vorgesehen. Zum Beispiel können die
Nockenflächen,
die zwischen den Ankerschuhen und der in der Mitte gelegenen Nockenstange
agieren, umlaufend anstatt axial, wie in den Zeichnungen gezeigt,
angeordnet sein, in welchem Fall der Antriebsmechanismus konfiguriert
ist, eine relative Drehbewegung zwischen den Ankerschuhen und der
in der Mitte gelegenen Nockenstange zu veranlassen. Des Weiteren,
obwohl die Zeichnungen das Beispiel eines runden Rohrs zeigen, das
gebogen werden soll, versteht es sich von selbst, dass die Dornanordnung
dieser Erfindung auch verwendet werden kann, um Rohre mit anderen
Querschnitten zu biegen, indem Ankerschuhe vorgesehen sind, die
eine Außenfläche aufweisen,
die zum Einspannen der Innenwandform der jeweiligen nichtkreisförmigen Rohrform
geformt sind. Des Weiteren versteht es sich von selbst, dass der Einspannvorgang
von jeder Art Antrieb mit Energie versorgt werden kann, wie zum
Beispiel ein elektrischer Motor, ein hydraulischer oder pneumatischer Zylinder
oder Motor oder durch einen mechanischen Antriebsmechanismus.