DE102008006293A1

DE102008006293A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Biegen von Rundrohren und Profilen

Info

Publication number: DE102008006293A1
Application number: DE200810006293
Authority: DE
Original assignee: PATENTGESELLSCHAFT MARANATHA
Current assignee: PATENTGESELLSCHAFT MARANATHA
Priority date: 2008-01-28
Filing date: 2008-01-28
Publication date: 2009-07-30
Also published as: WO2009095174A1

Abstract

Verfahren zum dreidimensionalen Biegen von Rundrohren und/oder Profilen nach dem Freiform-Biegeverfahren (auch Mehr-Rollen-Biegeverfahren genannt), bei dem das zu biegende Profil an seinem hinteren Ende in einem in Längsrichtung (X-Richtung) verfahrbaren Schubschlitten gehalten ist und dort gegebenenfalls drehbar gehalten ist, und mit seinem vorderen Ende in der Biegezone gehalten wird, wobei der Innenraum durch einen in der Biegezone mitgeführten Dornschaft abgestützt wird und die Biegezone durch mindestens eine Mittelrolle, und einer (bezüglich der Y-Ebene) gegenüberliegend angeordnete Walzrolle gebildet ist, ferner mindestens aus zwei gegenüberliegenden, in der Z-Ebene angeordneten weiteren Walzrollen und mindestens einer auslaufseitig im Abstand angeordneten Biegerolle gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine oder mehrere Mittelrollen auf einem gemeinsamen drehbar angetriebenen Werkzeugwechsler angeordnet sind, so dass entsprechend der Drehung des Werkzeugwechslers wahlweise jeweils eine bestimmte Mittelrolle in Eingriff mit dem zu biegenden Rohr oder Profil gebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Biegen von Rundrohren und Profilen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Verfahren zum Biegen von Rundrohren und Profilen sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt geworden. Unter dem Begriff „Rundrohr" werden rundprofilierte Rohre verstanden, jedoch auch Ovalrohre. Unter dem Begriff "Profile" werden verstanden Rechteck-, Quadratröhre, symmetrische und asymmetrische halboffene und geschlossene Profile allgemeiner Art.
Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung ist es, derartige Rundrohre und Profile in einer 2D-Verformung zu biegen, was eine Verformung der X-Y-Ebene bedeutet.
Die vorliegende Erfindung hat jedoch auch den weiteren spezielleren Anwendungszweck, auch das Biegen von Rundrohren zu ermöglichen, die mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung nicht nur im 2D-Bereich, sondern auch im 3D-Bereich gebogen werden können.
Der einfacheren Beschreibung wegen wird jedoch in der folgenden Erfindungsbeschreibung lediglich auf das Biegen von Rundrohren eingegangen, die sowohl im 2D- als auch im 3D-Bereich gebogen werden können. Es versteht sich von selbst, dass im 2D-Bereich auch die oben genannten allgemeinen Profile gebogen werden können.
Ausgangspunkt und Stand der Technik der vorliegenden Erfindung sind die sogenannten Freiform-Biegemaschinen. Eine solche Freiform-Biegemaschine besteht allgemein aus einer Profilzuführung, wobei das zu biegende Profil mit einem Schubschlitten und einem darin angeordneten Dornschaft in eine Biegezone geschoben wird. Die Biegezone besteht in an sich bekannter Weise aus einer in der Y-Ebene angeordneten Mittelrolle, einer in der gleichen Ebene gegenüberliegend angeordneten Walzrolle und einer in Auslaufrichtung des Profils im Abstand davon angeordneten Biegerolle, die ebenfalls in der Y-Ebene liegt. Im Winkel 90 Grad im Raum hierzu versetzt sind in der Z-Ebene jeweils eine obere und untere Walzrolle angeordnet. Ferner ist auf der Seite der Biege- und der Walzrolle mindestens eine Stützrolle in der Y-Ebene angeordnet. Eine solche bekannte 6 Rollen-Biegemaschine, bei der eventuell auch noch zusätzliche einlaufseitige (X-Richtung) Führungs- und Stützrollen angeordnet sein können, hat sich in großem Umfang bewährt. Die Biegung des Profils in der Y- und X-Ebene wird im Wesentlichen durch die Auswalzaktion der einander gegenüberliegend angeordneten Walzrollen erreicht. Aufgrund der notwendigen, hohen Walzkräfte muss ein Spezial-Dornschaft mit integrierter Schmierung verwendet werden.
Nachteil dieser bekannten Technik ist, dass durch die großen Auflageflächen der Walzrollen bedingt, hohe Antriebskräfte auf diese Walzrollen notwendig sind Weiterer Nachteil des oben genannten Freiformbiegens ist jedoch, die Ungenauigkeit der Biegung, weil die dazu nötige Steuerungstechnik, die beim Auswalzvorgang zwischen der Mittelrolle und der Walzrollen erforderlich ist, nicht genau genug beherrschbar ist. Daher müssen Biegetoleranzen bei dem gebogenen Profil in Kauf genommen werden, die insbesondere durch nicht beherrschbare unterschiedliche Wandstärken im Rohrprofil bedingt sind und auch durch unterschiedliche Chargenausbildung bei der Materialwahl des Rohmaterials. Außerdem gibt es bei der Rohware noch unterschiedliche Querschnittstoleranzen im Rohquerschnitt des Profils, was ebenso zu erheblichen Abweichungen im gebogenen Profil führt.
Derartige Werkzeugsätze nach dem Stand der Technik sind im Übrigen dergestalt ausgebildet, dass die Mittelrolle, die Walzrollen, und die dazugehörende Biegerolle stets auf einer lastübertragenden Achse drehbar gelagert sind. Die Drehlagerung der genannten Rollen auf lastübertragenden Achsen hat jedoch den Nachteil, dass ein bestimmter Durchmesser der genannten Rollen nicht unterschritten werden kann, um noch einen genügenden Auswalzeffekt bei genügender Dimensionierung des lastübertragenden Drehzapfens der jeweiligen Rolle zu gewährleisten. Daher war von vorneherein der minimale Durchmesser insbesondere der Walzrollen und der Biegerollen stark begrenzt, denn es konnten keine beliebig kleinen Rollen verwendet werden, weil die daran angearbeiteten, lastübertragenden Zapfen eine entsprechende Dimensionierung verlangen.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zum Rundrohrbiegen ist das sogenannte Wickelkernbiegen. Dabei wird das zu biegende Profil über einen drehend angetriebenen Wickelkern unter Aufbringung einer hohen Zugkraft gebogen. Nachteil ist jedoch, dass das Wickelkernwerkzeug nur die Biegung eines einzigen Rohrradius zulässt. Sollen andere Rohrradien gebogen werden, muss der Wickelkern ausgetauscht werden bzw. sehr teure Mehrstufen-Werkzeuge zum Einsatz gebracht werden. Dies bedeutet sehr hohen maschinellen Mehraufwand.
Beim Stand der Technik ist es im Übrigen bekannt, unterschiedliche Bögen an solchen Profilen zu biegen, was jedoch voraussetzt, dass ein kompletter Werkzeugsatz bestehend aus Kernwerkzeug und dem gegenüberliegenden Spannbacken ausgetauscht werden muss. Dies ist mit erheblichem Aufwand verbunden und es sind damit zusätzliche Maschinenstandzeiten in Kauf zu nehmen.
Der Erfindung liegt deshalb – ausgehend vom bekannten Verfahren des Freiformbiegens – die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und Vorrichtung zum Biegen von Rundrohren und allgemeinen Profilen so weiterzubilden, dass bei wesentlich geringeren Standzeiten der Maschine, einer kostengünstigeren Ausgestaltung (Reduzierung der Antriebskräfte mit Einsparung von Antriebsenergie, Reduzierung des Maschinenkörpers) der Maschine und der Werkzeuge eine maßgetreue Biegung von Bögen an diesen Rohren und Profilen gegeben ist.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.
Wichtig ist, dass mehrere unterschiedliche Mittelrollen auf einem gemeinsamen Werkzeugwechsler angeordnet sind, so dass jeweils eine Mittelrolle wahlweise in Eingriff mit dem zu biegenden Profil gebracht werden kann.
Mit der gegebenen technischen Lehre nach Anspruch 1 ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass man durch den Einsatz eines Werkzeugwechslers in der Lage ist, wahlweise jede beliebige Biegeoperation mit engen und großen Radien und auch andere Biegeoperationen mit kleinsten Radien räumlich (360 Grad Ebene) zu biegen. Damit kann man Wechselbiegen und man kann auf engstem Raum Doppelbiegungen in Links-Rechts-Ausführung ausführen, wobei ein erster Radius unmittelbar um 90 Grad versetzt in einen zweiten Radius übergeht.
Bei der dreidimensionalen Biegung von Rundrohren wird bevorzugt immer nur in einer Ebene, z. B. der X-Y-Ebene gebogen, dann wird das so gebogene Profil ausgespannt, um einen beliebigen Winkel (von z. B. weniger oder mehr als 90 Grad) gedreht, neu positioniert und es wird ein weiterer Bogen in der X-Y-Ebene gebogen.
Weiterhin sind 180 Grad-Biegungen möglich und zwar im gleichen Operationsablauf wie zuvor beschrieben, einschließlich einer Linear-Auswalzung zur Ausdünnung der Wandungsstärke eines gebogenen oder nicht gebogenen Rundrohr- oder Profilabschnittes. Hierbei ist dann die auf dem Werkzeugwechsler angeordnete Mittelrolle als Auswalzrolle mit einer gleichen Dimensionierung wie die übrigen Walzrollen ausgebildet.
Ebenso ist ein Wendelbiegen möglich, was bedeutet, dass die Messbiegerolle durch Verschiebung aus der horizontalen Lage in eine Schrägstellung übergeht. Damit fährt das auslaufseitig die Biegezone verlassende Rundrohr auf die schräg gestellte Messbiegerolle und wird dort unter Ausbildung einer Wendelform beliebiger Abmessung abgelenkt.
Mit der gegebenen technischen Lehre des Anspruches 2 ist vorgesehen, dass ein Auswalzen in der Z-Ebene nicht notwendig ist, wenn es um das zwei- oder dreidimensionale Biegen von Rundrohren oder um das zweidimensionale Biegen von Profilen geht. Es reicht also aus, das klassische Drei-Rollen-Biegeverfahren zu verwenden, hierbei aber mindestens die Mittelrolle auswechselbar auf einem Werkzeugwechsler anzuordnen. Daraus ergibt eine bisher vorher nicht bekannte Vielfalt der Biegemöglichkeiten. Insbesondere ist ein Wechselbiegen von Rundrohren möglich. Profile können nur in der Ausbildung als Rechteck- oder Quadratrohr mit einer Wechselbiegung versehen werden. Einfach-Biegungen bei vorab bestimmtem Profilquerschnitt sind möglich.
Darüber hinaus können bei Rundrohren Doppelbögen in Links-Rechts-Ausführung um 90 Grad, versetzt, sowie eine im 3D-Raum mögliche dreidimensionale Biegung vorgenommen werden.
In gleicher Weise kann wie oben beschrieben auch nach dem 2. Verfahren ein Wendelbiegen mit beliebiger Abmessung stattfinden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass der Werkzeugwechsler als drehangetriebene Drehscheibe ausgebildet ist, und sowohl einen Drehantrieb als auch einen Schub- und Zugantrieb aufweist. Mit dieser technischen Lehre wird es erstmals möglich, Profile mit höchster Genauigkeit allein durch den Auswalzvorgang in der Biegezone zu biegen und die vorher aktiv zur Biegung verwendete Biegerolle nunmehr nur noch als Messrolle verwendet wird, die nur Radiusabweichungen der gebogenen Profils erfasst und den Einsatz der Walz- und Mitterolle regelt. In Sonderfällen dient diese Messrolle auch als Biegerolle, um unterschiedliche Auswalzeffekte zwischen Mittelrolle und Auswalzrollen zu korrigieren.
Die erfindungsgemäße Drehscheibe ist deshalb mit einer Revolverscheibe bei der spanabhebenden Bearbeitung von Drehteilen vergleichbar, an der ebenfalls verschiedene Drehstähle angebracht sind.
Es reicht aus, während des laufenden Prozesses den Prozess anzuhalten, die Mittelrolle außer Eingriff mit dem zu biegenden Profil zu bringen und durch Drehung des Werkzeugwechslers eine andere Mittelrolle in Eingriff mit dem zu biegenden Profil zu bringen und dann sofort die Profilbiegung weiter fortzuführen.
Damit ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass wesentliche Kosten bei der Herstellung der Maschine eingespart werden, denn es bedarf nunmehr nur noch unterschiedlich dimensionierter Mittelrollen, die an einem gemeinsamen Werkzeugwechsler angeordnet sind.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird es zwar. bevorzugt, wenn die unterschiedlich dimensionierten Mittelrollen auf einer gemeinsamen Drehscheibe angeordnet sind; hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt.
Mit der gegebenen technischen Lehre ist es deshalb erstmals möglich, eine universelle Biegemaschine vorzustellen, mit der Rundrohre im 2D- oder 3D-Bereich und beliebige andere Profile im 2D-Bereich mit größter Präzision gebogen werden können.
Der einfacheren Beschreibung wegen wird in der folgenden Beschreibung jedoch von der Biegung eines Rundrohres ausgegangen, welches selbstverständlich – ebenso wie beliebig profilierte offene, halboffene und geschlossene Profile – mit der vorgenannten technischen Lehre im 2D-Bereich biegbar ist.
Darüber hinaus offenbart die vorliegende Erfindung jedoch auch die Möglichkeit, derartige Rundrohre im 3D-Bereich zu biegen, d. h. sowohl in der X-Y-Ebene als auch in der Z-Ebene als zusätzliche weitere Ebene. Es ist also bei Rundröhren eine beliebige dreidimensionale Biegung möglich, was die Erfindung nachfolgend näher beschreibt.
Wie ausgeführt, ist die Erfindung jedoch nicht auf die Biegung von Rundrohren beschränkt und lediglich der einfacheren Beschreibung wird nachfolgend eine solche Biegung von Rundrohren näher beschrieben.
Wichtig bei der vorliegenden Erfindung ist nämlich, dass man bei derartigen Rundrohren ein lineares Auswalzen durch Hinzunahme einer vierten Walzrolle möglich macht. D. h. während des Biegeprozesses können nicht nur Kurven gebogen werden, sondern es können lineare (also längsgestreckte, gerade) stufenlos ineinander übergehende Rohrstücke stückweise gebogen werden, die jedoch ausgewalzt sind und eine verminderte Wandstärke aufweisen. Dies ist deshalb möglich, weil das Profil von allen Seiten, d. h. am vollen Umfang von insgesamt vier Walzrollen formgebend umfasst ist und diese Walzrollen symmetrisch eine gleichmäßige Verdünnung des Querschnittes eines Rundrohres ausführen. Hierbei ist wichtig, dass sich die vierte Walzrolle – die für ein solches lineares Auswalzen notwendig ist – auf dem erfindungsgemäßen Werkzeugwechsler befindet, was die Universalität des Werkzeugwechslers beweist.
Damit ist es erstmals möglich, ein sogenanntes „Taylored Tube + Crosssection Gending" zu vollziehen.
Das bedeutet, dass man nicht nur an einem Rundrohr, sondern auch an einem beliebigen Profil, sowohl Bögen (bei beliebigen Profilen) und auch Auswalzeffekte erzielen kann, so dass das beliebige Profil linear ausgewalzt wird und damit über eine bestimmte Auswalzstrecke eine gleichmäßige sich über den gesamten Umfang des Profils erstreckende Querschnittsverminderung in der Wandstärke erfährt.
Damit können nahtlose und stufenlose Übergänge unterschiedlicher Wandstärken an derartigen Profilen vorgesehen werden, um den erhöhten Leichtgewichtanforderungen, insbesondere in der Automobilindustrie, Rechnung zu tragen.
In einer besonderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Walzrollen, die nach dem Stand der Technik auf lastübertragenden Achsen gelagert waren, nunmehr als freigeführte Wälzkörper ausgebildet sind, die in einem lastaufnehmenden Lagerbett gelagert sind. Die dort ebenfalls noch angeformten Zapfen dienen lediglich der Lagensicherung und haben keinerlei lastübertragende Funktionen.
Durch die Ausbildung der Walzrollen als freigeführte Miniaturrollwalzkörper, die lastübertragend in einem Lagerbett angeordnet sind, ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass bei relativ geringen Walzkräften hohe Flächenpressungen erzielt werden können. Dies führt erfindungsgemäß zu einer Durchmesserreduzierung der Walzrollen, weil es nicht mehr notwendig ist, aus Festigkeitsgründen groß dimensionierte lastübertragende Achsen an den Walzrollen anzuformen. Damit können die Walzrollen, gegenüber üblichen Walzrollen nach dem Stand der Technik im Durchmesser entscheidend verringert werden und ist es deshalb möglich, den Durchmesser der Walzrollen um 1/10 gegenüber herkömmlichen Walzrollen zu vermindern. Dies führt wiederum zu dem erfindungswesentlichen Vorteil, dass es nun wegen des geringen Durchmessers dieser achslos geführten Walzrollen erstmals möglich ist, diese Walzrollen in sehr dichtem Abstand zu der in Auslaufrichtung dahinter angeordneten Messrolle anzuordnen.
Wenn früher Abstände zwischen dem Mittendurchmesser der Walzrolle und dem Mittendurchmesser der Biegerolle von z. B. 300 und 400 Millimeter nicht unterschritten werden konnten, sieht nun die vorliegende Erfindung vor, dass ein solcher Mittenabstand im Bereich von 25 bis 50 Millimeter liegt. Damit ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass es nun erstmals möglich ist, sehr enge Radien von beliebigen Profilen in höchster Genauigkeit zu biegen. Der in der Biegeachse stattfindende Walzprozess zwischen der Mittelrolle und der zugeordneten, miniaturisierten Walzrolle reduziert das Widerstandmoment eines zu biegenden Profils entscheidend, so dass die im dichten Abstand dahinter angeordnete Messrolle kein Widerstandsmoment mehr zu überwinden hat, sondern lediglich aufgrund der Programmierung eines gewünschten Biegeradiuses exakt den Radius bestimmen kann. Aufgrund des miniaturisierten Walzprozesses in der Biegeachse wird das Widerstandsmoment des zu biegenden Profils überwunden, so dass keine messrelevanten Rückfederungen mehr stattfinden, die von der Messrolle beseitigt werden müssten. Aus diesem Grund wird hier die auslaufseitig angeordnete Rolle auch nicht mehr als „Biegerolle" bezeichnet – wie normalerweise bei Freiformbiegemaschinen üblich –, sondern lediglich als Messrolle. Beim Stand der Technik dient nämlich die. dort so genannte Biegerolle dazu, entsprechende Biegekräfte auf das Profil aufzubringen, um das Widerstandsmoment zu überwinden, was bei der vorliegenden Erfindung nicht mehr der Fall ist. Aus diesem Grunde wird der Begriff „Messrolle" stellvertretend für den Begriff „Biegerolle" nach dem Stand der Technik verwendet.
Wichtig ist, dass in der Biegezone, die in der Biegeachse liegt, ein Fließprozess in dem zu biegenden Profil stattfindet und somit das Widerstandsmoment des gebogenen Profils weitest gehend aufhebt. Es sind deshalb keine nennenswerten Biegekräfte mehr erforderlich, um im Bereich der auslaufseitig angeordneten Messrolle noch eine zusätzliche „Nachbiegung" des gebogenen Profils zu gewährleisten. Dies unterscheidet die Erfindung vom Stand der Technik im entscheidenden Maß. Die Nachbiegung beim Stand der Technik muss nämlich das Rückfederungsvermögen des gebogenen Profils überwinden und nachrichten, was bei der vorliegenden Erfindung nicht mehr notwendig ist.
Hierbei sind annähernd im Winkel von 270° am Umfang verteilt mindestens drei Walzrollen am zu biegenden Profil lastübertragend angelegt und bewirken eine konische Volumensverschiebung des zu biegenden Profils in Richtung auf die zentral angeordnete Mittelrolle. Die konische Volumensverschiebung der drei Walzrollen wird so eingestellt, dass damit der theoretische Biegeradius eines zu biegenden Profils erreicht wird. Die Biegung des Profils erfolgt also durch eine konische Volumensverschiebung im Bereich der ausgewalzten Wandung des Rundrohres im Bereich der Biegeachse, die der Walzachse entspricht.
Wichtig bei der vorliegenden Erfindung ist außerdem, dass für ein und die gleiche Maschine stets nur ein einfacher Schubschlitten ausreicht, dem ein entsprechender Drehantrieb zugeordnet ist. Es bedarf also nicht für unterschiedliche Profilformen oder unterschiedliche Profildurchmesser entsprechend angepasste Schubschlitten und Drehvorrichtungen. Eine solche Drehvorrichtung ist nur bei der 3D-Biegung von Rundrohren erforderlich.
Vom kleinstmöglichen Biegeradius kann aufgrund der Werkzeugwechseleinrichtung auf beliebig große Biegeradien stufenlos und übergangslos umgeschaltet werden, dank der auf dem Werkzeugwechsler angeordneten unterschiedlich dimensionierten Mittelrollen.
Geht es um das 3D-Rundrohr-Biegen benötigt man eine Drehvorrichtung für das Rundrohr und es ist möglich, übergangslos im 3D-Raum um 360° jede beliebige Kurve oder Biegung des Rundrohres zu erzielen. Es bedarf hierbei keiner Extrawerkzeuge, wie sie eigentlich im Stand der Technik bei Rundrohr-Biegemaschinen bekannt sind.
Derartige bekannte Rundrohr-Biegemaschinen verwenden nämlich ein sogenanntes Wickelkernwerkzeug, bei dem das zu biegende Rundrohr zwischen einem Spannbacken und einem Wickelkernwerkzeug eingespannt wird und über das Drehmoment des Wickelkerns um den Wickelkernherum gebogen wird. Eine solche bekannte Rundrohr-Biegemaschine hat den entscheidenden Nachteil, dass pro Biegeradius und pro Biegeposition ein eigenes und separates Wickelkernwerkzeug verwendet werden muss, was mit hohem Maschinenaufwand und Kosten verbunden ist. Derartige Wickelkern-Werkzeuge werden in großen Regalen aufbewahrt und wahlweise von Hand in den Biegeprozess eingebunden oder mit mehrstufigen Werkzeugen bewältigt.
Diese Nachteile vermeidet die Erfindung.
Aufgrund des erfindungsgemäß verwendeten Werkzeugwechslers und den darauf angeordneten Mittelrollen kann in jeder beliebigen Richtung jeder beliebige Biegeradius nacheinander folgend und stufenlos an einem Rundrohr angeformt werden.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Merkmale ist es deshalb erstmals möglich, die beschriebene Biegemaschine und das dazugehörende Verfahren mit einer gleichen Genauigkeit auszustatten, wie es vorher beim Kernwickel-Biegen der Fall war. Aufgrund des in der Biegeachse induzierten Fließprozesses im Bereich der Wandung des zu biegenden Profils oder Rundrohres kommt es zu einer wesentlichen Verbesserung der Biegequalität, weil Mikro- und Makrorisse und andere schädliche Störungen im Wandaufbau des zu biegenden Profils keine nachteilige Rolle mehr im Biegeprozess spielen, weil derartige Störungen durch Auslösen des Fließvorganges in der Biegeachse überwunden werden.
Für eine bestimmte Rohrabmessung bezogen auf einen Durchmesser und eine bestimmte Wandungsstärke können mit einem einzigen Werkzeugwechsler alle überhaupt vorstellbaren Biegeoperationen ausgeführt werden.
Bei unterschiedlichen Wandstärken und gleichem Rohrdurchmesser wird lediglich der Dornschaft ausgewechselt. Das heißt, für jede Rohrabmessung ist nunmehr nur noch ein einziger Werkzeugsatz auf dem Werkzeugwechsler notwendig.
Bei besonders dünnen, mit kleinem Querschnitt versehenen Rohren, wird das Rohr in einem sogenannten Führungskanal vollumfänglich einlaufseitig geführt, um Ausknickungen zu vermeiden.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.
Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
Es zeigen:
1: eine Draufsicht auf eine Biegemaschine zum Rundrohr-Biegen gemäß D-D
2: eine gleiche Draufsicht auf die Maschine in abgewandelter Ausführungsform
3: eine Seitenansicht der Maschine nach 2
4: eine vergrößerte Ansicht des Werkzeugwechslers
5: eine Draufsicht auf den Werkzeugwechsler nach 4
6: eine erste Draufsicht auf den Werkzeugwechsler nach Vollendung des ersten Arbeitsschrittes
7: eine Ansicht der Anordnung nach 6 und gedrehtem Rohr um 90 Grad
8: eine Draufsicht auf den Werkzeugwechsler vor Beginn des zweiten Arbeitsschrittes
9: die Draufsicht der Anordnung nach dem zweiten Arbeitsschritt
10: eine Ansicht der Biegezone mit dem Bogen des Rundrohres entsprechend der Darstellung nach 7 mit Führungsrollen
11: die Draufsicht in der Ebene D-D entsprechend der Darstellung in 9 mit entsprechend ausgebildeter Mittelrolle
12: die Darstellung der Möglichkeit der Anbringung unterschiedlicher Wechselbögen in der Draufsicht
13: die Darstellung (gleich Draufsicht) mit am Werkzeugwechsler eingeschwenkten, vierten Walzrolle als Ausgangsposition für das lineare Auswalzen
14: die Rückansicht des Werkzeugwechslers in der Linie E-E gemäß 5
15: schematisiert eine Kontur-Studie (Stirnansicht) des Rundrohres mit Darstellung der lastübertragenden Anlage der Walzrollen und der Mittelrolle mit Angabe unterschiedlicher Volumensverschiebungen bei einem Innenradius von 20 Millimeter der Mittelrolle und einem Durchmesser von 40 Millimeter für das zu biegende Rundrohr.
In den 1 bis 3 ist im Wesentlichen die gleiche Rundrohr-Biegemaschine dargestellt, wobei die Ausführungsform nach 1 sich geringfügig von der Ausführungsform nach den 2 und 3 unterscheidet.
Eine Brücke 1 der Biegemaschine ist über mehrere Maschinenfüße 34 auf einer beliebigen Aufstellebene aufgestellt und auf der Brücke sind mehrere Führungsrollen 12 im Abstand hintereinanderliegend angeordnet, um das zu biegende Rundrohr 13 der Biegezone an einem entsprechend ausgebildeten Biegekopf 16 zuzuführen.
Am hinteren Ende der Brücke ist hierbei ein Schubschlitten 2 angeordnet, der in den Pfeilrichtungen 3 bewegbar ist und der an seinem vorderen Ende einen Spannkopf 4 aufweist, der das hintere Ende des zu biegende Rundrohres 13 aufnimmt.
Der Spannkopf 4 ist drehbar im Schubschlitten 2 gelagert, wobei dem Schubschlitten 2 ein Schubschlittenantrieb 8 zugeordnet ist. Gleichzeitig ist am Schubschlitten 2 eine Drehvorrichtung 5 angeordnet, die im Wesentlichen aus einem Antriebsmotor 6 besteht, der über einen Zahnriemen 7 den Spannkopf 4 drehend antreibt, so dass das gesamte Profil in Pfeilrichtung 36 (s. 3) drehbar ausgebildet ist.
Der Längsantrieb des Schubschlittens 2 erfolgt über den Antriebsmotor 9, der über ein entsprechendes Ritzel 10 mit einer fest auf der Brücke 1 angeordneten Zahnstange 11 kämmt.
Am hinteren Bereich der Brücke 1 ist eine Dornstangenstation 14 angeordnet, die im Wesentlichen aus einem Dornstangenhalter besteht, der in der eingezeichneten Pfeilrichtung 3 beweglich ist. Die Dornstange 15 trägt an ihrem vorderen Bereich einen Dornschaft 43 (s. 11) dessen vorderes Ende stets in der Biegeachse 50 (s. 10) gehalten wird. Auf diese Weise wird durch den Dornschaft der Innenraum des Profils gegenüber den einwirkenden Walzkräften abgestützt.
Der Biegekopf 16 gemäß den 1 bis 3 besteht im Wesentlichen aus dem erfindungsgemäßen Werkzeugwechsler 20, welcher als Drehscheibe 35 ausgebildet ist und an dem eine Mehrzahl von unterschiedlich dimensionierten Mittelrollen 23 angeordnet sind.
Jeweils eine Mittelrolle 23, die auf dem Werkzeugwechsler 20 angeordnet ist, befindet sich während des Biegeprozesses in Eingriff mit dem zu biegenden Rundrohr 13, wobei dieser Mittelrolle 23 gegenüberliegend (s. beispielsweise 1 und 2) eine Walzrolle 21 angeordnet ist.
Auslaufseitig (in Richtung der X-Achse) ist im Abstand von der miniaturisierten Walzrolle 21 eine Messrolle 22 angeordnet.
Sowohl die Walzrolle 21 als auch die Messrolle 22 sind in den eingezeichneten Pfeilrichtungen jeweils mit einem Antrieb 24, 25 versehen, der die beiden Rollen 22, 23 vom zu biegenden Profil zustellt und wegstellt.
Wichtig ist, dass der Werkzeugwechsler 20 sowohl in Pfeilrichtung 26 im Bereich seiner Drehachse drehend angetrieben ist und zusätzlich heb- und senkbar (d. h. zu- und wegstellbar) von der Biegeachse 50 ausgebildet ist. Es wird hierbei ein Drehantrieb 18 verwendet, der über ein zugeordnetes Kegelrad 30 (s. 2) drehend angetrieben ist. Auf diese Weise wird die Drehrichtung 31 für den Werkzeugwechsler 20 erzeugt.
Gleichzeitig ist der Werkzeugwechsler 20 (der als Drehscheibe 35 ausgebildet ist) auch in Pfeilrichtung 27 heb- und senkbar oder verschiebbar ausgebildet, was durch einen Schubzylinder 19 erfolgt, der die gesamte Antriebsachse 17 des Werkzeugwechslers 20 in der Pfeilrichtung 27 verschiebbar ausbildet. Es wird hierbei eine Schubhülse 47 verwendet, die drehbar über den beschriebenen Drehantrieb 18 angetrieben ist, während die Antriebsachse 17 in Pfeilrichtung 27 verschiebbar in der Schubhülse 47 gehalten ist und das Drehmoment über eine Nut-Federverbindung auf die Antriebsachse 17 übertragen wird.
Zur Abstützung dieser Schub-Drehlagerung der Antriebsachse 17 ist diese in einem Trägerkasten 28 gelagert, der seinerseits mit dem Maschinengehäuse 29 verbunden ist.
Einlaufseitig sind noch der Biegeachse 50 vorgeordnete Stützrollen 32 vorgesehen, welche das Profil an der Einlaufseite am Umfang abstützen.
Die 4 und 5 zeigen eine Ansicht und eine Draufsicht auf den erfindungemäßen Werkzeugwechsler 20. Hierbei ergeben sich weitere Einzelheiten. Es ist erkennbar, dass am Umfang des Werkzeugwechslers insgesamt 4 unterschiedliche Mittelrollen 23, 23', 23'', 23''' angeordnet sind.
Hierbei ist erkennbar, dass die Mittelrolle 23 sich gerade in Eingriff mit dem zu biegenden Rundrohr 13 (im Bereich der X-Linie nach 4) befindet und dass die anderen Mittelrollen 23', 23'', 23''' sich außer Eingriff mit dem Rundrohr 13 befinden.
Die Berührungsfläche der unterschiedlichen Rollen liegt auf einer gemeinsamen Ebene, wie dies am Besten aus 5 zu erkennen ist. Die durch die Mittelrolle 23'' gezogene horizontale Linie berührt hierbei alle Biegekonturen der damit fluchtenden weiteren Mittelrollen 23''', 23' und 23. Die einzelnen Mittelrollen 23 sind hierbei im Bezug zur Drehachse des Werkzeugwechslers exzentrisch nach außen versetzt, um zu gewährleisten, dass keine Kollision zwischen dem zu biegenden Rundrohr 13 und den nicht mit dem Rundrohr in Eingriff befindlichen Mittelrollen 23', 23'' und 23''' stattfindet.
Die 5 zeigt auch, dass das Rundrohr 13 während des Biegeprozesses in Pfeilrichtung (Drehrichtung 36) gedreht werden kann und hierbei freidrehbar um 360° ausgebildet ist.
Ferner zeigen die Pfeilrichtungen 27, dass der gesamte Werkzeugwechsler 20 in senkrechter Richtung zur X-Achse (s. 5) von dem zu biegenden Profil wegstellbar und zustellbar ausgebildet ist. Er ist im Übrigen frei drehbar, wie dies durch die Drehrichtung 31 angegeben ist.
Die 4 zeigt, dass die einzelnen Mittelrollen 23 jeweils in Lagerschilden 33 gelagert sind, und der Größenunterschied der unterschiedlichen Mittelrollen 23 ist evident. Durch Vergleich der unterschiedlichen Durchmesser in 4 bezüglich der unterschiedlichen Mittelrollen 23 ergibt sich, dass die Mittelrolle 23 einen „etwa normalen" Durchmesser aufweist und ein optimales Auswalzverhältnis zu den gegenüberliegend angeordneten Walzrollen (21, 21', 21'', 21''') ausbildet. Ein solches optimales Verhältnis ist z. B. ein Durchmesserverhältnis von 4:1.
Wenn beispielsweise mit der Mittelrolle 23 nach 4 ein erster Bogen gebogen wurde, reicht es aus, das Rundrohr 13 um einen Winkel von 90° zu drehen und mit der genannten Mittelrolle 23 weiterzubiegen.
Die anderen Mittelrollen auf dem Werkzeugwechsler 20 haben andere Biegeaufgaben. Beispielsweise hat die Mittelrolle 23''' eine Biegeaufgabe, wie sie anhand der 11 näher erläutert wird, denn diese trägt einen Ausschnitt 42, der nur bei dieser. Mittelrolle 23''' vorkommt. Zweck des Ausschnittes 42 ist, den bereits vorhandenen Bogen in den Bereich der Führungsschultern in diesem Ausschnitt 42 aufzunehmen.
Die kleiner dimensionierte Mittelrolle 23' ist in der Lage, engstmögliche Biegeradien zu biegen und wird beispielsweise an Stelle der größer dimensionierten Mittelrolle 23 oder in Abfolge der Mittelrolle 23 in Eingriff mit dem Rundrohr 13 gebracht.
Schließlich ist die Mittelrolle 23'' als Walzrolle ausgebildet, d. h., wenn eine solche Walzrolle in Eingriff mit dem zu biegenden Profil gebracht wird, entspricht diese Mittelrolle 23'' (eigentlich die Walzrolle 23'') den übrigen Walzrollen 21, 21', 21'' und es wird damit ein linearer (ein gerader in X-Richtung ausgerichteter) Auswalzvorgang an dem zu biegenden Profil ausgeführt, wie dies anhand der 13 noch später erläutert wird.
Aus dieser Beschreibung ergibt sich die Universalität des verwendeten Werkzeugwechslers 20, denn es können beliebige Biegewerkzeuge in Form unterschiedlich dimensionierter Mittelrollen auf diesem Werkzeugwechsler am Umfang verteilt und versetzt zueinander angeordnet werden.
Anhand der 10 und 11 wird nun eine erste Biegeaufgabe erläutert, wobei noch zusätzlich dargestellt ist, dass einlaufseitig eine Anzahl von Stützrollen 32 vorgesehen sind, die am Umfang verteilt angeordnet das zu biegende Profil zwischen sich einschließen. Es soll während des Biegevorgangs nicht einlaufseitig durch den Widerstand des Walzprozesses ausweichen können.
Die 10 zeigt nun, dass drei gleichdimensionierte Walzrollen 21, 21' und 21'' im Umfangsbereich von 270° sich an dem zu biegenden Rundrohr 13 lastübertragend anlegen und gleichzeitig dem gegenüberliegend der Walzrolle 21 die erfindungsgemäße Mittelrolle 23''' vorgesehen ist, die nun zur Biegung engster Radien geeignet ist. Sie erlaubt es, dass das gebogene Profil im Winkel von 90° aus der Biegeebene heraussteht, was durch den angegebenen Ausschnitt 42 ermöglicht wird.
Es wurde also zunächst in einem ersten Biegeschritt der Bogen 40 durch die Mittelrolle 23' mit engstem Radius gebogen. Soll nun an den Bogen 40 ein Folgebogen 41 angeschlossen werden, der um 90°, d. h. also im rechten Winkel zu dem Bogen 40 ausgebildet ist, ist es notwendig, eine andere Mittelrolle, nämlich die Mittelrolle 23''' in Eingriff zu bringen, weil diese einen Ausschnitt 42 trägt, durch den der um 90° nach oben abtragende Bogen 40 heraussteht.
Es erfolgt dann der zweite Biegevorgang zur Anbringung des Folgebogens 41 wobei aus der Darstellung nach 10 und 11 erkennbar ist, dass insgesamt die drei Walzrollen 21, 21', 21'' lastübertragend an dem zu biegenden Rundrohr in der Biegeachse 50 angeordnet sind. Jeder Walzrolle 21, 21', 21'' ist ein Antrieb zugeordnet, der es ermöglicht, dass jede Walzrolle 21 senkrecht zu der jeweiligen Drehachse der zugeordneten Walzrolle zu- und wegstellbar ist und zusätzlich kann noch jede Walzrolle 21, 21', 21'' konisch zugestellt werden, um eine entsprechende konische Auswalzung der Wandstärke zu erreichen, wie dies anhand der 15 später noch dargestellt wird.
Wichtig ist nun, dass man an den beiden Bögen 40 und 41 unmittelbar einen um 90° versetzt hierzu angeordneten Bogen stufenlos anschließen kann, indem einfach das Rundrohr in Pfeilrichtung 36 gedreht wird, wie dies in 5 dargestellt ist. Damit kann ein linker und rechter Doppelbogen stufenlos hergestellt werden. Man biegt jedoch immer auf die gleiche Seite, so wie dies in 11 dargestellt ist.
Der Ausschnitt 42 ist sowohl auf der vorderen als auch auf der Rückseite der Mittelrolle 23''', so dass man immer nach oben oder unten gleichen Bogen um 90° biegen kann.
Voraussetzung hierbei ist, dass der Ausschnitt 42 sich immer in der gleichen Nullstellung der Mittelrolle 23''' befindet und dies wird dadurch erreicht, dass die Mittelrolle 23''' stets über einen Federzug in der Mittelstellung gehalten wird.
Während die 11 die Biegung von Doppelbögen darstellte, zeigt die 12 die Biegung von Wechselbögen. Hierbei ist im Übrigen mit Vergleich zur 11 erkennbar, dass der Dornschaft 43 stets in der Biegeachse 50 gehalten wird und hierbei Schmierkanäle 44 vorgesehen sind, die ein geeignetes Schmiermedium in den Innenumfang des zu biegenden Rundrohres 13 zuführen.
Ein solcher Wechselbogen, wie in 12 in der Mitte dargestellt, ist mit der dargestellten Enge von Radien normalerweise mit herkömmlichen Biegemaschinen nicht herstellbar. Hier setzt die Erfindung ein, die vorsieht, dass eine relativ klein dimensionierte Mittelrolle 23' den miniaturisiert ausgebildeten Walzrollen 21, 21', 21'' gegenüberliegt, wobei diese Walzrollen 21, 21', 21'' so stark miniaturisiert sind, dass sie ohne lastübertragende Achsen in zugeordneten Lagerbetten gehalten sind, wie dies am Besten aus 14 zu erkennen ist.
Die Darstellung der Volumensverschiebung in 15 bezieht sich auf den engen Radius des Doppelbogens der in 12 in der Mitte dargestellt ist.
12 zeigt die schrittweise Hintereinanderfolge der Anbringung eines Wechselbogens an dem Rundrohr 13, wobei zunächst ein erster Bogen an dem Rundrohr 13' gebogen wurde. Danach wird der Werkzeugwechsler 20 geöffnet, indem der Werkzeugwechsler in Pfeilrichtung 27 von der Biegeachse 50 weggestellt wird. Danach wird das Rohr um ein kurzes Maß in der Richtung der X-Achse nach vorne geschoben. Das Rundrohr 13 wird um 180° in die Stellung nach 13'' gedreht und danach um das gleiche Maß in der X-Achse zurück verschoben.
Danach wird das Walzsystem geschlossen, wodurch der Werkzeugwechsler 20 wieder mit seiner Mittelrolle 23' in Eingriff mit dem Rundrohrprofil 13'' kommt. Ferner werden die Walzrollen 21, 21' nach vorherigem Lüften von dem Profil 13'' wieder in Kontakt mit dem Rundrohr 13'' gebracht und der Biegeprozess beginnt wieder. Sobald der Biegeprozess beginnt und die Walzrollen 21, 21', 21'' gegenüber der Mittelrolle 23' den Auswalzvorgang beginnen, läuft die Messrolle 22 in ihre Stellung 22''' und tastet das zu biegende Profil ab, um es in einen Wechselbogen 41 einmünden zu lassen.
Was anhand der 11 als Doppelbogen 41 bezeichnet wurde, gilt nun für die 12 dergestalt, dass der dort gebogenen Folgebogen nun als Wechselbogen 41 ausgebildet ist.
Die Bewegung der Mittelrolle 23 erfolgt hierbei in den Pfeilrichtungen 38, während die Bewegung der Messrolle in Pfeilrichtung 37 erfolgt. Die Walzrolle 21 wird in Pfeilrichtung 38 bewegt.
Die anderen Walzrollen 21', 21'' bewegen sich jeweils in senkrechten Richtungen hierzu in Form einer Luftbewegung und einer Anlegebewegung an das zu biegende Profil, je nach Arbeitsschritt.
Anhand der 13 wird nun der Vorgang eines linearen Auswalzens eines Rundrohres 13 dargestellt. Ein solches lineares Auswalzen meint, dass die Wandstärke des Rundrohres über den Umfang von 360° gleichmäßig vermindert wird und zwar direkt im Anschluss an einen Bogen, z. B. den Bögen 40, 41. Hierbei ist wichtig, dass nun nicht mehr eine Mittelrolle 23 in Eingriff mit dem zu biegenden Profil im Bereich der Biegeachse 50 kommt, sondern dass die dort in Eingriff kommende Mittelrolle 23'' in gleicher Dimension ausgebildet ist wie die übrigen Walzrollen 21. D. h. alle Rollen 21, 23'' sind als Miniaturrollwalzkörper ausgebildet, die bevorzugt achslos gelagert sind und in zugeordneten lastübertragenden Lagerbetten gehalten sind. Dadurch können bei geringstem Durchmesser der genannten Rollen 21, 21', 21'', 23'' sehr große Flächenpressungen bei relativ geringen Walzkräften übertragen werden. Dies ist einmalig im Stand der Technik, denn bisher war es nicht möglich, direkt im Anschluss an ein oder mehrere Bögen 40, 41 ein wandstärkenvermindertes Auswalzen des Profils in linearer Richtung zu erzeugen.
Die 13 zeigt deshalb, wie anstatt einer größer dimensionierten Mittelrolle eine gleich wie die Walzrollen 21, 21', 21'' dimensionierte Walzrolle 23'' in Eingriff gebracht wird, so dass sich dann alle vier Rollen gleichmäßig und lastübertragend sowie wandstärkenverdünnend am Umfang des Rundrohres 13 anlegen.
Die weiteren Einzelheiten dieses linearen Auswalzens werden anhand der 15 später erläutert.
Die 14 zeigt eine Ansicht des Werkzeugwechslers 20 mit der Drehscheibe 35, wo erkennbar ist, dass die Mittelrolle 23 sich in Biegeeingriff mit dem Rundrohr 13 befindet, während sich die Mittelrollen 23', 23'' und 23''' außer Eingriff befinden. Ferner ist erkennbar, dass lastübertragende Achsen an der Mittelrolle 23''' und der Mittelrolle 23 lastübertragend in zugeordneten Lagerschilden 23 drehbar gelagert sind.
Die sehr klein dimensionierte Mittelrolle 23'' hat lediglich der Lagensicherung dienende Drehzapfen 49, die in zugeordneten Freistellungen 51 verschiebbar gehalten sind, wobei diese Freistellungen im Bereich von Halterungen 48 ausgebildet sind. Die Lastübertragung erfolgt deshalb nicht über die Drehzapfen 49, sondern über ein Lagerbett 52, in dem die Mittelrolle 23'' (die als Walzrolle ausgebildet ist) drehbar gehalten ist. Ein solches Lagerbett ist z. B. aus einem Stahl- oder Keramikmaterial ausgebildet, welches eine entsprechende Schmierung aufweist und die kleindimensionierte Walzrolle 23'' ist als Keramikkörper ausgebildet, der lastübertragend in dem Lagerbett 52 gehalten ist.
Damit kann festgestellt werden, dass die Mittelrollen 23, 23' und 23''' mit lastübertragenden Achsen in zugeordneten Lagerschilden 33 gelagert sind, während die kleindimensionierte Mittelrolle 23'' achslos in einem Lagerbett 52 lastübertragend gehalten ist.
Die Halterung der Mittelrolle 23'' erfolgt hierbei im Bereich der Lagerschilde 33, die ihrerseits durch zwei entgegengesetzt gespannte Spannschrauben 53 zusammengehalten werden, so dass das gesamte Lagerbett 52 zusammen mit der Halterung 48 leicht auswechselbar ausgebildet ist.
Auf diese Weise kann ein lineares Auswalzen geschehen, wenn die Mittelrolle 23'' entsprechend der 13 aus dem Rundrohr 13 ein Linearrohr 45 verminderter Wandstärke 45 ausformt. Ergänzend wird noch zu 14 angemerkt, dass die Schub-Drehlagerung des Werkzeugwechslers 20 dadurch erfolgt, dass die Antriebsachse 17 in der Schubhülse 47 aufgenommen ist und die Schubhülse 47 mit einem Drehlager 46 verbunden ist und die Drehung der Schubhülse 47 erfolgt auf die Antriebsachse 17 über ein Nut-Feder-System.
Anhand der 15 wird nun die konische Zustellung der einzelnen Walzrollen 21, 21', 21'' in Verbindung mit einer Mittelrolle 23 dargestellt.
Die am Innenumfang des Rundrohres 13 eingetragenen Maßzahlen beziehen sich auf die nach der Auswalzung erzielte Wandstärke.
Beispielsweise kann bezüglich der Walzrolle 21' ausgeführt werden, dass die linke Seite eine Eindringtiefe 56 von 0,34 Millimeter in eine Rohrkontur 54' erfährt, während die rechte Seite eine Eindringtiefe von 1 Millimeter erfährt. Die am Innenumfang eingezeichneten Maßzahlen bezeichnen die noch verbleibenden Wandstärken, die sich nach dem Auswalzen an dem verformten Rundrohr ergeben.
Es ist erkennbar, dass die Walzrollen 21, 21', 21'' die Rohrkontur 54 ergeben, während die entsprechende Mittelrolle 23 eine Rohrkontur 55 ergibt.
Die eingetragenen Zahlen beziehen sich auf ein Ausführungsbeispiel, bei dem das zu biegende Rundrohr 13 einen Durchmesser von 40 Millimeter aufweist und mit einem Innen-Radius von 20 Millimeter gebogen wird.
Das hier dargestellt Rundrohr weist eine Wandstärke von 2 Millimeter auf, wobei die angegebenen äußeren Maßzahlen im Maßstab von 2:1 dargestellt sind.
Im Innenbereich, d. h. also gegenüberliegend zur Mittelrolle 23 verbleibt die Wand stärke annähernd unverändert auf einer Stärke von 2 Millimeter, während in den sich anschließenden Bereichen die Wandstärke linear abnimmt, wie dies durch die Maßzahlen 1,66, 1,33, 1,0 und 0,67 (dies sind die Restwandstärken, die nach dem Auswalzprozess übrig bleiben) dargestellt ist. Damit ist die obere Hälfte des Bogens (180 Grad) beschrieben. Die untere Hälfte des Bogens (die verbleibenden anderen 180 Grad) ist spiegelbildlich ausgebildet. Diese Zahlen werden durch eine mathematische Formel für Volumensverschiebungen berechnet.

1: Brücke
2: Schubschlitten
3: Pfeilrichtung
4: Spannkopf
5: Drehvorrichtung
6: Antriebsmotor
7: Zahnriemen
8: Schubschlitten-Antrieb
9: Antriebsmotor
10: Ritzel
11: Zahnstange
12: Führungsrolle
13: Rundrohr
14: Dornstangenstation
15: Dornstange
16: Biegekopf
17: Antriebsachse
18: Drehantrieb
19: Schubzylinder
20: Werkzeugwechsler
21: Walzrolle (Minirollwalzkörper)
22: Messrolle
23: Mittelrolle
24: Antrieb (Walzrolle 21)
25: Antrieb (von 22)
26: Drehachse (von 20)
27: Pfeilrichtung (von 20)
28: Trägerkasten (für 20)
29: Maschinengehäuse
30: Kegelradgetriebe
31: Drehrichtung
32: Stützrollen
33: Lagerschild (von 23)
34: Maschinenfuß
35: Drehscheibe
36: Drehrichtung
37: Pfeilrichtung (von 22)
38: Pfeilrichtung (von 23)
39: Pfeilrichtung
40: Bogen (von 13)
41: Folgebogen (von 13)
42: Ausschnitt (von 23)
43: Dornschaft
44: Schmierkanal
45: Linearrohr (verminderter Wandstärke)
46: Drehlager
47: Schubhülse
48: Halterung
49: Drehzapfen
50: Biegeachse
51: Freistellung
52: Lagerbett
53: Spannschraube
54: Rohrkontur (von 21)
55: Rohrkontur (von 23)
56: Eindringtiefe (für 21')

Claims

Verfahren zum dreidimensionalen Biegen von Rundrohren und/oder Profilen nach dem Freiform-Biegeverfahren (auch Mehr-Rollen-Biegeverfahren genannt), bei dem das zu biegende Profil an seinem hinteren Ende in einem in Längsrichtung (X-Richtung) verfahrbaren Schubschlitten gehalten ist und dort gegebenenfalls drehbar gehalten ist, und mit seinem vorderen Ende in der Biegezone gehalten wird, wobei der Innenraum durch einen in der Biegezone mitgeführten Dornschaft abgestützt wird und die Biegezone durch mindestens eine Mittelrolle, und einer (bezüglich der Y-Ebene) gegenüberliegend angeordnete Walzrolle gebildet ist, ferner mindestens aus zwei gegenüberliegenden, in der Z-Ebene angeordneten weiteren Walzrollen und mindestens einer auslaufseitig im Abstand angeordneten Biegerolle gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine oder mehrere Mittelrollen (23) auf einem gemeinsamen drehbar angetriebenen Werkzeugwechsler (20) angeordnet sind, so dass entsprechend der Drehung des Werkzeugwechslers wahlweise jeweils eine bestimmte Mittelrolle (23) in Eingriff mit dem zu biegenden Rohr oder Profil gebracht wird.
Verfahren zum zwei- oder dreidimensionalen Biegen von Rundrohren und/oder zum zweidimensionalen Biegen von Profilen nach dem Freiform-Biegeverfahren (auch Mehr-Rollen-Biegeverfahren genannt), bei dem das zu biegende Profil an seinem hinteren Ende in einem in Längsrichtung (X-Richtung) verfahrbaren Schubschlitten gehalten ist und dort gegebenenfalls drehbar gehalten ist, und mit seinem vorderen Ende in der Biegezone gehalten wird, wobei der Innenraum durch einen in der Biegezone mitgeführten Dornschaft abgestützt wird und die Biegezone durch mindestens eine Mittelrolle, und einer (bezüglich der Y-Ebene) gegenüberliegend angeordneten Stützrolle und mindestens einer auslaufseitig im Abstand angeordneten Biegerolle gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine oder mehrere Mittelrollen (23) auf einem gemeinsamen drehbar angetriebenen Werkzeugwechsler (20) angeordnet sind, so dass entsprechend der Drehung des Werkzeugwechslers wahlweise jeweils eine bestimmte Mittelrolle (23) in Eingriff mit dem zu biegenden Rohr oder Profil gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem gemeinsamen Werkzeugwechsler (20) angeordneten Mittelrollen (23, 23', 23'', 23''') unterschiedlich dimensioniert und/oder ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugwechsler als Drehscheibe (20) drehend angetrieben und zusätzlich in axialer Richtung heb- und senkbar ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedlich dimensionierte Mittelrollen sofort und unmittelbar nacheinander folgend in einem laufenden Prozess in Eingriff mit dem zu biegenden Profil gebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während des laufenden Prozesses der Prozess angehalten wird, die Mittelrolle außer Eingriff mit dem zu biegenden Profil gebracht wird und durch Drehung des Werkzeugwechslers eine andere Mittelrolle in Eingriff mit dem zu biegenden Profil gebracht wird und dann der Biegeprozess fortgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein lineares Auswalzen durch Hinzunahme einer vierten Walzrolle auf dem Werkzeugwechsler erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass lineare (also längsgestreckte, gerade) stufenlos ineinander übergehende Rohrstücke stückweise gebogen werden, die ausgewalzt sind und eine verminderte Wandstärke aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil von allen Seiten, d. h. am vollen Umfang von insgesamt vier Walzrollen formgebend umfasst ist und diese Walzrollen symmetrisch eine gleichmäßige bzw. eine annährend gleichmäßige Verdünnung des Querschnittes eines Rundrohres ausführen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegung des Profils durch eine konische Volumenverschiebung im Bereich der ausgewalzten Wandung des Rundrohres im Bereich der Biegeachse erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines Wechselbogens an einem Rundrohr (13), in einem ersten Arbeitsschritt zunächst ein erster Bogen an dem Rundrohr (13') gebogen wird, dass in einem zweiten Arbeitsschritt der Werkzeugwechsler (20) geöffnet wird, indem der Werkzeugwechsler in Pfeilrichtung (27) von der Biegeachse (50) weggestellt wird, dass in einem dritten Arbeitsschritt das Rundrohr um ein kurzes Maß in der Richtung der X-Achse nach vorne geschoben wird, dass in einem vierten Arbeitsschritt das Rundrohr (13') um 180° in die Stellung nach (13'') gedreht wird und danach in einem fünften Arbeitsschritt um das gleiche Maß in der X-Achse zurück verschoben wird, dass in einem sechsten Arbeitsschritt das Walzsystem geschlossen wird, wodurch der Werkzeugwechsler (20) wieder mit seiner Mittelrolle (23') in Eingriff mit dem Rundrohrprofil (13'') kommt, wobei die Walzrollen (21, 21') nach vorherigem Lüften von dem Profil (13'') wieder in Kontakt mit dem Rundrohr (13'') gebracht werden und der Biegeprozess wieder beginnt und dass in einem siebten Arbeitsschritt der Biegeprozess wieder beginnt und die Walzrollen (21, 21', 21'') gegenüber der Mittelrolle (23') den Auswalzvorgang ausführen, wobei die Messrolle (22) (in ihre Stellung (22''') läuft und) das zu biegende Profil abtastet, um es in einen Wechselbogen (41) einmünden zu lassen.
Vorrichtung zum dreidimensionalen Biegen von Rundrohren und/oder Profilen nach dem Freiform-Biegeverfahren (auch Mehr-Rollen-Biegeverfahren genannt), bei dem das zu biegende Profil an seinem hinteren Ende in einem in Längsrichtung (X-Richtung) verfahrbaren Schubschlitten gehalten ist und dort gegebenenfalls drehbar gehalten ist, und mit seinem vorderen Ende in der Biegezone gehalten ist, wobei der Innenraum durch einen in der Biegezone mitgeführten Dornschaft abgestützt ist und die Biegezone durch mindestens eine Mittelrolle, und einer (bezüglich der Y-Ebene) gegenüberliegend angeordnete Walzrolle gebildet ist, ferner mindestens aus zwei gegenüberliegenden, in der Z-Ebene angeordneten weiteren Walzrollen und mindestens einer auslaufseitig im Abstand angeordneten Biegerolle gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Mittelrollen auf einem gemeinsamen drehbar angetriebenen Werkzeugwechsler angeordnet sind, so dass entsprechend der Drehung des Werkzeugwechslers wahlweise jeweils eine bestimmte Mittelrolle in Eingriff mit dem zu biegenden Profil gebracht wird.
Vorrichtung zum zwei- oder dreidimensionalen Biegen von Rundrohren und/oder zum zweidimensionalen Biegen von Profilen nach dem Freiform-Biegeverfahren (auch Mehr-Rollen-Biegeverfahren genannt), bei dem das zu biegende Profil an seinem hinteren Ende in einem in Längsrichtung (X-Richtung) verfahrbaren Schubschlitten gehalten ist und dort gegebenenfalls drehbar gehalten ist, und mit seinem vorderen Ende in der Biegezone gehalten wird, wobei der Innenraum durch einen in der Biegezone mitgeführten Dornschaft abgestützt wird und die Biegezone durch mindestens eine Mittelrolle, und einer (bezüglich der Y-Ebene) gegenüberliegend angeordneten Stützrolle und mindestens einer auslaufseitig im Abstand angeordneten Biegerolle gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine oder mehrere Mittelrollen (23) auf einem gemeinsamen drehbar angetriebenen Werkzeugwechsler (20) angeordnet sind, so dass entsprechend der Drehung des Werkzeugwechslers wahlweise jeweils eine bestimmte Mittelrolle (23) in Eingriff mit dem zu biegenden Rohr oder Profil gebracht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugwechsler als drehangetriebene Drehscheibe ausgebildet ist, und sowohl einen Drehantrieb als auch einen Schubantrieb aufweist
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzrollen als freigeführte Wälzkörper ausgebildet sind, die in einem lastaufnehmenden Lagerbett gelagert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Ausübung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 geeignet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens die Walzrollen als frei geführte Miniaturrollwalzkörper ausgebildet sind, die lastübertragend in einem Lagerbett angeordnet sind, und bei relativ geringen Walzkräften hohe Flächenpressungen erzielen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Mittendurchmesser der Walzrolle und dem Mittendurchmesser der Messrolle (Biegerolle) im Bereich von 25 bis 50 Millimeter liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass annähernd im Winkel von 270° am Umfang verteilt mindestens drei Walzrollen am zu biegenden Profil lastübertragend angelegt sind und eine konische Volumenverschiebung des zu biegenden Rundrohres in Richtung auf die zentral angeordnete Mittelrolle bewirken und dass die konische Volumenverschiebung der drei Walzrollen so eingestellt ist, so dass damit der theoretische Biegeradius eines zu biegenden Rundrohres erreicht wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegekopf (16) im Wesentlichen aus dem Werkzeugwechsler (20) besteht, der als Drehscheibe (35) ausgebildet ist und an dem eine Mehrzahl von unterschiedlich dimensionierten Mittelrollen (23) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeweils eine Mittelrolle (23), die auf dem Werkzeugwechsler (20) angeordnet ist, während des Biegeprozesses in Eingriff mit dem zu biegenden Rundrohr (13) befindet, wobei dieser Mittelrolle (23) gegenüberliegend eine Walzrolle (21) angeordnet ist und dass auslaufseitig (in Richtung der X-Achse) im Abstand von der miniaturisierten Walzrolle (21) eine Messrolle (22) angeordnet ist, die das gebogene Rundrohr abtastet
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Walzrolle (21) als auch die Messrolle (22) jeweils mit einem Antrieb (24, 25) versehen sind, der die beiden Rollen (21, 23) vom zu biegenden Rundrohr zu- und wegstellt
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugwechsler (20) im Bereich seiner Drehachse drehend angetrieben und zusätzlich heb- und senkbar (d. h. zu- und wegstellbar) von der Biegeachse 50 ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang des Werkzeugwechslers insgesamt 4 unterschiedliche Mittelrollen (23, 23', 23'', 23''') angeordnet sind
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelrollen (23) im Bezug zur Drehachse des Werkzeugwechslers exzentrisch nach außen versetzt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Mittelrolle (23'') als Walzrolle ausgebildet ist, und in ihrer Größe den übrigen Walzrollen (21, 21', 21'') entspricht und dass damit ein linearer (ein gerader in X-Richtung ausgerichteter) Auswalzvorgang an dem zu biegenden Rundrohr ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass drei gleich dimensionierte Walzrollen (21, 21' und 21'') im Umfangsbereich von 270° sich an dem zu biegenden Rundrohr 13 lastübertragend anlegen und gleichzeitig dem gegenüberliegend der einen Walzrolle (21) die erfindungsgemäße Mittelrolle 23'' angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzrolle (21, 21', 21'') ein Antrieb zugeordnet ist, der es ermöglicht, dass jede Walzrolle senkrecht zu der jeweiligen Drehachse der zugeordneten Walzrolle zu- und wegstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass jede Walzrolle (21, 21', 21'') dem Profil konisch zustellbar ist, um eine entsprechende konische Auswalzung der Wandstärke zu erreichen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzrollen (21, 21', 21'') ohne lastübertragende Achsen in zugeordneten lastaufnehmenden Lagerbetten gehalten sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang des zu verdünnenden Profils mindestens vier gleich dimensionierte Rollen gleichmäßig und lastübertragend, sowie wandstärkeverdünnend am Umfang des Rundrohres (13) anlegen.