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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum maschinellen Biegen von Stäben,
insbesondere von Rohren, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1
angegebenen Merkmalen. Ein solches Verfahren ist als Zugumformungsbiegen
oder Dornbiegen aus der
EP
0 384 477 B1 bekannt. Das bekannte Verfahren bedient sich
einer Maschine, in welcher ein zu biegendes Rohr gelagert wird.
Die bekannte Maschine hat ein Biegewerkzeug, welches um eine Achse – die
Biegeachse – drehbar ist. Eine Spannvorrichtung ist Teil
des Biegewerkzeuges. In der Spannvorrichtung kann das zu biegende
Rohr für den Biegevorgang eingespannt werden. An die Spannvorrichtung
anschließend hat das Biegewerkzeug eine Mantelfläche,
welche ein Abschnitt einer Rotationsfläche ist. Ein Ende
dieser Rotationsfläche geht tangential in die Spannvorrichtung über.
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Beim
Zugumformungsbiegen wird das Biegewerkzeug um einen vorgegebenen
Winkel um die Biegeachse geschwenkt. Dabei wird die Spannvorrichtung
eben falls um die Biegeachse verschwenkt und zieht das Rohr hinter
sich her. Damit der zum einen Ende aus der Spannvorrichtung herausragende
hintere Abschnitt des Rohres beim Verschwenken der Spannvorrichtung
nicht mit verschwenkt wird, ist ein Biegewiderlager vorgesehen,
an welchem der hintere Abschnitt des Rohres anliegt. Durch das Zusammenwirken
des schwenkenden Biegewerkzeuges mit dem Biegewiderlager wird der
zu biegende Rohrabschnitt auf die Mantelfläche des Biegewerkzeugs
gewickelt, deren Kontur die Gestalt des Bogens bestimmt, insbesondere
dessen Krümmung bzw. Radius.
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Da
das Rohr nach dem Biegen etwas zurückfedert, genügt
es nicht, das Biegewerkzeug um den für das Rohr vorgesehenen
Biegewinkel zu schwenken, vielmehr muss das Biegewerkzeug um einen
zusätzlichen kleinen Winkel, den Überbiegewinkel,
geschwenkt werden, um die Rückfederung des Rohres zu kompensieren,
so dass das Rohr nach dem Rückfedern um den Überbiegewinkel
genau den gewünschten Biegewinkel (Soll-Biegewinkel) aufweist.
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Der
Biegeradius des Rohres wird durch die Krümmung der Mantelfläche
des Biegewerkzeugs und durch die Rückfederung des Rohres
bestimmt. Die Rückfederung hat zur Folge, dass der tatsächliche
Radius des Bogens im Rohr größer ist als der von
der Mantelfläche des Biegewerkzeugs vorgegebene Radius.
Das Maß, um welches der tatsächliche Biegeradius
größer ist als der vom Biegewerkzeug vorgegebene
Radius, wird als die Radiusaufweitung bezeichnet. Sie hängt
vor allem vom Werkstoff und von den Querschnittsabmessungen des
Rohres, vom Radius des Biegewerkzeuges sowie vom Biegewinkel ab
und beeinflusst die Maßhaltigkeit des gebogenen Rohres.
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Die
Maße des gebogenen Rohres werden von der Biegeaufgabe vorgegeben.
Entscheidend für die Maßhaltigkeit eines gebogenen
Rohres ist die Lage der beiden Endpunkte des Rohres, die Ausrichtung
der Endabschnitte des Rohres und die Lage der Schnittpunkte der
geraden Abschnitte des Rohres, welche paarweise einen Bogen begrenzen,
nämlich die Schnittpunkte der Mittellinien der geraden
Abschnitte des Rohres. Die Lage der Endpunkte des Rohres und der
Rohrgeradenschnittpunkte hängt von der Radiusaufweitung
ab. Die Lage der Rohrendpunkte zueinander hängt darüber
hinaus von der im Verlauf des Biegevorgangs auftretenden Streckung
des Rohres ab. Diese kann für das vordere Rohrende zu Null
angesetzt werden, da der vor dem ersten Biegevorgang über
die Spannvorrichtung hinausragende gerade Rohrabschnitt – der
vordere gerade Rohrabschnitt – keine Streckung erfährt.
Die Streckung beeinflusst aber die Lage des hinteren Endes des Rohres,
indem sich die Streckungen, die beim Biegen jedes einzelnen Bogens
auftreten, über das Rohr addieren und es verlängern,
so dass der Abstand des hinteren Rohrendes von dem Rohrgeradenschnittpunkt,
welcher dem zuletzt gebogenen Bogen zugeordnet ist, zu groß wird.
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Die
WO 2007/121985 offenbart
ebenfalls ein Verfahren zum maschinellen Zugumformungsbiegen von Stäben,
insbesondere von Rohren, in welchem der Stab in eine Spannvorrichtung
eingespannt wird. Die Spannvorrichtung unterteilt den Stab in einen
vorderen Abschnitt, welcher in der Spannvorrichtung steckt und gegebenenfalls über
diese vorsteht, und in einen demgegenüber hinteren Abschnitt,
in welchem angrenzend an die Spannvorrichtung ein Bogen erzeugt
werden soll. Damit das möglich ist, ist ein Biegewiderlager
vorhanden, an welchem sich der gerade hintere Abschnitt des Stabes
abstützen kann, wenn die Spannvorrichtung zum Durchführen
des Biegevorganges verschwenkt wird. Die Spannvorrichtung zieht
den hinteren Abschnitt des Stabes hinter sich her und am Biegewiderlager
entlang, gegen welches der Stab mit der zum Biegen erforderlichen
Kraft drückt. Dabei hängt die Länge,
um welche das hintere Ende des Stabes gezogen wird, vom Biegewinkel,
von der Krümmung des Bogens und von der Streckung des Stabes
ab.
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Bei
einem solchen Biegevorgang wird eine Größe gemessen,
die ein Maß für die durch das Zugumformungsbiegen
hervorgerufene Radiusaufweitung des Bogens des Stabes ist, und zwar
während sich der Stab noch in der Biegemaschine befindet.
Diese Größe oder eine davon abgeleitete Größe
wird in einem Rechner gespeichert. Für folgende Biegevorgänge
der gleichen Biegeaufgabe wird der Einfluss der Radiusaufweitung
auf den Abstand benachbarter Stabgeradenschnittpunkte voneinander
kompensiert, wenn die Biegeaufgabe mehrere Bögen im Stab
vorsieht. Sieht die Biegeaufgabe nur einen einzigen Bogen im Stab
vor, dann wird der Einfluss der Radiusaufweitung auf den Abstand
zwischen den Stabenden und dem einzigen Stabgeradenschnittpunkt
kompensiert. Im Falle, dass die Biegeaufgabe mehrere Bögen
im Stab vorsieht, kann nicht nur der Einfluss der Radiusaufweitung
auf den Abstand be nachbarter Stabgeradenschnittpunkte voneinander kompensiert
werden, sondern auch der Abstand zwischen den Stabenden und den
ihnen benachbarten Stabgeradenschnittpunkten. Die Kompensation erfolgt
jeweils durch Anpassen der Längen der zwischen je zwei einander
benachbarten Bögen vorgesehenen geraden Stababschnitte
und/oder durch Anpassen der Länge des geraden Anfangsabschnittes
des Stabes und der Länge des Stabes insgesamt.
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Unter
einem Stabgeradenschnittpunkt wird der Schnittpunkt der Mittellinien
der beiden an einen Bogen angrenzenden geraden Stababschnitte oder
Rohrabschnitte verstanden. Liegen die beiden geraden Stababschnitte
oder Rohrabschnitte nicht in einer gemeinsamen Ebene, dann schneiden
sie sich nicht; in diesem Fall kommt als Stabgeradenschnittpunkt
stattdessen der Schnittpunkt der Projektion der Mittellinien in
eine gemeinsame Ebene in Betracht.
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Durch
Berücksichtigen der Radiusaufweitung gelingt es, den Abstand
der Stabgeradenschnittpunkte voneinander und den Abstand des Stabanfangs
vom benachbarten Stabgeradenschnittpunkt genau zu erhalten. Der
Abstand zwischen dem Ende des Stabes und dem ihm benachbarten Stabgeradenschnittpunkt
wird jedoch nicht nur durch die Radiusaufweitung beeinflusst, sondern
auch durch die beim Biegen eines jeden Bogens auftretende Streckung
des Stabes, welche zusammen mit der von der Radiusaufweitung herrührenden Verkürzung
der Bögen dazu führt, dass ein Stab, welcher unter
Vernachlässigung von Radiusaufweitung und Streckung für
eine bestimmte Biegeaufgabe zugeschnitten wurde, nach dem Biegen
zu lang wäre, würde er nicht um die zu erwartenden
Bogenverkürzungen und um die zu erwartenden Streckungen
des Stabes verkürzt zugeschnitten. Deshalb ist es vorteilhaft,
um einen besonders maßhaltigen gebogenen Stab zu erhalten, beim
Zuschneiden des Stabes zusätzlich zu einer aus der Radiusaufweitung
bzw. Veränderung der Bogenlänge herrührenden
Korrektur auch eine Korrektur der Länge des Stabes im Hinblick
auf die zu erwartende Streckung vorzunehmen, um zu vermeiden, dass
der letzte gerade Schenkel des gebogenen Stabes zu lang wird.
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Die
WO 2007/121985 A1 offenbart
mehrere Möglichkeiten, wie der Einfluss der Radiusaufweitung
und der Streckung eines Stabes oder Rohres beim Biegen berücksichtigt
werden kann, um beim Durchführen einer konkreten Biegeaufgabe
die Maßhaltigkeit des gebogenen Stabes bzw. Rohres wesentlich
zu verbessern. Einzelheiten dazu sind in der
WO 2007/121985 A1 offenbart.
Die Offenbarung in der
WO
2007/121985 A1 wird hiermit ausdrücklich in die
vorliegende Patentanmeldung einbezogen.
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Anstatt
durch Dornbiegen oder Zugumformungsbiegen können Stäbe
bzw. Rohre auch durch Freiformbiegen gebogen werden. Die
EP 1 342 514 A2 offenbart
eine Maschine für das Freiformbiegen. Beim Freiformbiegen
wird ein Stab bzw. Rohr durch eine Anordnung von wenigstens drei
Rollen hindurchbewegt, von welchen eine Rolle den wenigstens zwei
anderen Rollen angenähert werden kann. Durch das Annähern
der einen Rolle an die anderen Rollen kann erzwungen werden, dass
es für den Stab bzw. das Rohr keinen geradlinigen Weg durch
die Rollenanordnung gibt, so dass eine Krümmung des Stabes
erfolgt. Der Vorschub des Stabes bzw. Rohres kann dadurch erfolgen,
dass eine der wenigstens drei Rollen angetrieben wird. Es kann jedoch
auch ein gesonderter Vorschubantrieb vorgesehen sein. Das Freiformbiegen
hat den Vorteil, dass die Krümmung des Stabes bzw. Rohres
stufenlos geändert werden kann. Auch beim Freiformbiegen
gibt es ein elastisches Rückfedern des Stabes bzw. Rohres
und somit eine Radiusaufweitung, die von dem Biegeverhalten des
jeweiligen Stabes bzw. Rohres abhängt und zu einem Längenfehler
des gebogenen Stabes bzw. Rohres führen kann. Eine Streckung
des Stabes oder Rohres ist beim Freiformbiegen allerdings in den
meisten Fällen vernachlässigbar.
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Eine
konkrete Biegeaufgabe kann durch eine Auswahl folgender Parameter
charakterisiert werden:
- • Werkstoff
des Stabes oder Rohres,
- • Außendurchmesser des Stabes oder Rohres,
- • falls es sich um ein Rohr handelt, dessen Innendurchmesser
und Wandstärke,
- • falls es sich um einen Profilstab handelt, dessen
Querschnitt,
- • falls es sich um einen Hohlprofilstab handelt, auch
dessen lichter Querschnitt,
- • Biegeradius für jeden Bogen,
- • Biegewinkel für jeden Bogen,
- • Länge der an einen jeden Bogen anschließenden
geraden Stababschnitte,
- • die Winkel zwischen den Biegeebenen unterschiedlicher
Bögen
und vor allem: - • der
Abstand der Stabgeradenschnittpunkte voneinander,
- • der Abstand der Stabenden von den ihnen benachbarten
Stabgeradenschnittpunkten,
- • der Abstand der Stabenden voneinander und
- • ihre Ausrichtung relativ zueinander.
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Unter
diesen Parametern oder unter einem Teil von ihnen können
die das Biegeverhalten widerspiegelnden Zahlenwerte im Speicher
eines Steuergerätes einer Biegemaschine abgelegt und nach
Bedarf aufgerufen werden, bei einer CNC-Biegemaschine auch selbsttätig.
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Trotz übereinstimmender
Stababmessungen und übereinstimmender Werkstoffnummer können
sich Stäbe bzw. Rohre, die aus unterschiedlichen Fertigungschargen
stammen, beim Biegen unterschiedlich verhalten. Die
WO 2007/121985 A1 berücksichtigt
das folgendermaßen: Wird erstmals ein Stab bzw. Rohr, für dessen
Abmessungen und für dessen Biegeverhalten Zahlenwerte gespeichert
sind, aus einer neuen Charge gebogen, wird die bei dieser Charge
auftretende Radiusaufweitung bestimmt und mit dem entsprechenden,
für einen gleichen Biegewinkel bereits gespeicherten Zahlenwert
der Radiusaufweitung aus einer oder mehreren vorhergehenden Chargen
verglichen. Bei hinreichender Übereinstimmung mit einem
bereits gespeicherten entsprechenden Zahlenwert können
die bereits gespeicherten Zahlenwerte auch für die neue
Charge verwendet werden. Andernfalls können die bereits
gespeicherten Zahlenwerte jeweils im Verhältnis eines neu
ermittelten Zahlenwertes zu dem ihm entsprechenden bereits gespeicherten
Zahlenwert im Wege der Interpolation oder Extrapolation abgeändert
und als Satz von Zahlenwerten für eine oder mehrere Biegeaufgaben
mit Stäben bzw. Rohren der neuen Charge gespeichert werden.
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Dass
Stäbe bzw. Rohre sich beim Biegen unterschiedlich verhalten,
weil sie aus unterschiedlichen Fertigungschargen stammen, kann bei
den bekannten Biegeverfahren – auch bei dem aus der
WO 2007/12198581 bekannten
Verfahren – jedoch nicht berücksichtigt werden,
wenn die Stäbe bzw. Rohre bereits fertig zugeschnitten
zum Biegen angeliefert werden und es sich erst beim Biegen herausstellt, dass
z. B. die Streckung kleiner ausfällt als erwartet, so dass
die Stäbe bzw. Rohre für die Biegeaufgabe im Ergebnis
zu kurz sind, oder dass die Radiusaufweitung größer
ausfällt als erwartet, so dass die Stäbe bzw.
Rohre für die Biegeaufgabe im Ergebnis zu lang sind. Noch
schwieriger gestaltet es sich, beim Biegen von Rohren, deren Material
aus unterschiedlichen Fertigungschargen stammt, deren unterschiedliches
Biegeverhalten zu berücksichtigen, wenn sich an den Enden
der Rohre, die zum Biegen angeliefert werden, schon Flansche oder
irgendwelche Armaturen befinden oder wenn die Rohre an den Enden
gebördelt sind. In diesen Fällen gibt es nämlich
nicht nur dann ein Problem, wenn sich herausstellt, dass die Rohre
für die konkrete Biegeaufgabe zu kurz sind, sondern auch
dann, wenn sie zu lang sind, denn ein nachträgliches Kürzen
ihrer Länge ist in diesen Fällen nicht mehr möglich.
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Im
Rohrleitungsbau werden Rohre nämlich oftmals schon vor
ihrer Anlieferung zum Biegen auf eine vorausberechnete Länge
zugeschnitten. Dabei werden für die Berechnung der Länge
bestimmte Rohreigenschaften angenommen. Wenn sich dann jedoch beim
Biegen herausstellt, dass sich die Rohreigenschaften von den für
die Berechnung der Rohrlänge angenommenen Rohreigenschaften
unterscheiden, dann ist die berechnete Länge, auf die die
Rohre zugeschnitten sind, zu kurz, sofern deren Streckung und/oder
Radiusaufweitung beim Biegen kleiner ausfällt als angenommen,
bzw. zu lang, sofern die Streckung und/oder Radiusaufweitung größer
ausfällt als angenommen wurde. Die Streckung entsteht durch
das auch als Zug-Streckbiegen oder Dornbiegen bezeichnete Zugumformungsbiegen
und führt zu einer von den Rohreigenschaften abhängigen
Längung des Rohres. Beim Freiformbiegen kann eine eventuell
auftretende Streckung des Rohres bzw. Stabes in den meisten Fällen
vernachlässigt werden. Eine bei der Berechnung der Rohrlänge
falsch angenommene Radiusaufweitung führt ebenfalls zu
einem Längenfehler des Rohres, und zwar sowohl beim Dornbiegen als
auch beim Freiformbiegen. Wenn aber bereits Flansche an den Enden
der zum Biegen angelieferten Rohre angeschweißt sind oder
die Rohre gebördelt sind oder sich als zu kurz herausstellen,
dann konnte bisher kein passendes Rohr gebogen werden, sondern es
musste ein neues Rohr mit korrigierter Länge hergerichtet
werden. Das ist mit erheblichem Aufwand verbunden. Oftmals bemerkte
man den Längenfehler erst nach dem Biegen oder erst beim
Einbau des Rohres in eine Anlage. Dann ist der Aufwand für
den Ersatz eines nicht passenden Rohres noch erheblich größer.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
anzugeben, nach welchem in Fällen, in denen sich herausstellt,
dass Stäbe, insbesondere Rohre, welche in vorausberechneter
Länge zum maschinellen Biegen angeliefert werden und bei
welchen sich dann herausstellt, dass sie sich beim Biegen anders
verhalten als bei der Berechnung angenommen, eine Korrektur eines
Längenfehlers mit weniger Aufwand erfolgen kann als im
Stand der Technik.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch
1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die
Erfindung ist ein Verfahren zum maschinellen Biegen von Stäben,
insbesondere von Rohren, die auf eine bestimmte Ist-Länge
zugeschnitten sind, die für eine sich aus einer Biegeaufgabe
ergebende gewünschte Gestalt des gebogenen Stabes unter
einer fehlerhaften Annahme eines bestimmten Biegeverhaltens des
Stabes beim Biegen vorab ermittelt wurde.
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Erfindungsgemäß wird
geprüft, wie sich ein Stab, insbesondere ein Rohr, beim
Biegen tatsächlich verhält. Unter Berücksichtigung
des ermittelten Biegeverhaltens wird eine Soll-Länge des
Stabes – unmittelbar oder mittelbar – errechnet,
die erforderlich ist, um den Stab in der gewünschten Gestalt
zu biegen. Diese Soll-Länge wird mit der Ist-Länge
des Stabes verglichen. Die Abweichung der Soll-Länge von
der gegebenen Ist-Länge wird für den gegebenen
Stab dadurch verkleinert, dass in der Biegeaufgabe für
den zu biegenden Stab eine von der ursprünglich gewünschten
Gestalt abweichende Gestalt festgelegt wird, in welcher der Abstand
der beiden Enden des Stabes voneinander und die Ausrichtung der
beiden Enden des Stabes relativ zueinander von der ursprünglich
gewünschten Gestalt um weniger abweichen als wenn der gegebene
Stab, der die Ist-Länge aufweist, gemäß der
unveränderten Biegeaufgabe gebogen worden wäre.
Unter einer mittelbaren Berechnung der Soll-Länge wird
verstanden, dass deren Wert nicht unbedingt zahlenmäßig
ausgegeben werden muss; es genügt, wenn aus dem Vergleich
des tatsächlichen Biegeverhaltens, charakterisiert durch
zahlenmäßig erfasste Parameter wie Rückfederung,
Radiusaufweitung, Streckung und/oder Veränderung von Bogenlängen
die vorgegebene ursprüngliche Biegeaufgabe so abgewandelt
werden kann, dass bei der gegebenen Ist-Länge des ungebogenen
Stabes eine nur minimale, vorzugsweise verschwindende, Abweichung
der Lage und Ausrichtung der Endpunkte des gebogenen Stabes von
der ursprünglich geforderten Lage und Ausrichtung der Endpunkte
des gebogenen Stabes ergibt.
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Das
hat wesentliche Vorteile:
- • Mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Stab, insbesondere
ein Rohr, auch dann noch hinreichend genau gebogen werden, wenn
die tatsächliche Länge, die Ist-Länge,
des Stabes bzw. Rohres nicht den aktuellen Materialeigenschaften
entspricht. Auch dann, wenn aufgrund falsch angenommener Materialeigenschaften
der Stab bzw. das Rohr für die gegebene Biegeaufgabe zu
kurz oder zu lang hergerichtet wurde, kann der Stab bzw. das Rohr
noch passend gebogen werden. „Passend” heißt
in diesem Zusammenhang, dass die Lage des Stabanfangs bzw. Rohranfangs
und die Lage des Stabendes bzw. des Rohrendes der gewünschten
Geometrie des gebogenen Stabes bzw. Rohres entsprechen. Anders ausgedrückt:
Die Lage des Stabanfangs bzw. Rohranfangs und des Stabendes bzw.
Rohrendes relativ zueinander sind so, wie es die ursprüngliche
Biegeaufgabe vorschreibt. Entsprechendes gilt für die Ausrichtung
der beiden Enden relativ zueinander: Die Richtung der Stabanfangsgeraden
bzw. Rohranfangsgeraden und die Richtung der Stabendgeraden bzw.
Rohrendgeraden relativ zueinander sind so, wie es die ursprüngliche Biegeaufgabe
vorschreibt. Im übrigen darf die Gestalt des gebogenen
Stabes bzw. Rohres von der ursprünglich gewünschten
Gestalt abweichen, vorzugsweise nur innerhalb von vorgegebenen Maßtoleranzen.
- • Trotz dieser Abweichungen hat das gebogene Rohr bzw.
der gebogene Stab eine „passende” Gestalt: Das Rohr
kann passgenau z. B. in eine Rohrleitungsanlage eingefügt
werden, weil Lage und Orientierung seiner Enden auf die dort vorhandenen
Anschlüsse passen.
- • Die erfindungsgemäß auftretenden
Abweichungen in der Gestalt des gebogenen Stabes oder Rohres zwischen
seinen Enden sind in den meisten Fällen, zumindest innerhalb
gewisser Toleranzgrenzen, hinnehmbar. Erfah rungsgemäß sind
z. B. Toleranzen in einem Toleranzmantel von ±5 mm um die
Soll-Gestalt eines Rohres herum tolerierbar, da Rohre üblicherweise
mit einem Sicherheitsabstand zu anderen Bestandteilen einer Anlage
verlegt werden. Dieser Sicherheitsabstand kann für Zwecke
der Erfindung ausgenutzt werden, um entsprechende Toleranzen im
Verlauf eines Rohres zwischen seinen Enden zuzulassen, solange wie die
Lage und die Flucht der beiden Enden des Rohres passend sind.
- • Die Erfindung ermöglicht es, mit geringem
Aufwand Stäbe bzw. Rohre, die etwas zu kurz oder etwas
zu lang zum Biegen angeliefert werden, dennoch passend zu biegen.
- • Die Produktion von Ausschuss kann durch Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahren drastisch reduziert
werden.
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Es
mag Rohrleitungsgeometrien geben, bei denen das erfindungsgemäße
Verfahren nicht zu einem innerhalb gegebener Toleranzgrenzen maßhaltigen
gebogenen Rohr führt. Trotzdem führt auch in einem
solchen Fall die Erfindung zu einer Minimierung der Abweichungen
der beim Durchführen der erfindungsgemäß abgeänderten
Biegeaufgabe erreichbaren Gestalt von der ursprünglich
gewünschten Gestalt und somit zu einer Minimierung des
Fehlers.
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Vorzugsweise
wird die von der gewünschten Gestalt abweichende Gestalt
so festgelegt, dass die Ausrichtung und/oder der Abstand der Enden
des Stabes relativ zueinander gegenüber der ursprünglich
gewünschten Gestalt unverändert bleiben. Vorzugsweise
wird die abweichende Gestalt so festgelegt, dass sowohl die Ausrichtung
als auch der Abstand der Enden des Stabes unverändert bleiben.
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Die
gewünschte Gestalt eines Stabes oder Rohres wird zweckmäßigerweise
durch eine Biegeaufgabe vorgegeben, die durch Parameter beschrieben
werden kann, wie sie im Absatz [0012] dieser Patentanmeldung angegeben
sind. Aus der Biegeaufgabe lässt sich unter Berücksichtigung
des gegebenen, materialabhängigen Biegeverhaltens eine
Soll-Länge berechnen, die ein Stab bzw. Rohr haben soll,
welches in eine Gestalt gebogen werden soll, die durch die Biegeaufgabe
vorgegeben ist. Weicht die Ist-Länge des Stabes bzw. Rohres von
der Soll-Länge ab, wird erfindungsgemäß die
gewünschte Gestalt abgeändert, d. h., einer oder
mehrere Parame ter der Biegeaufgabe werden so verändert,
dass der Abstand der Stabenden bzw.
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Rohrenden
voneinander und deren Ausrichtung relativ zueinander erhalten bleiben,
so wie sie in der ursprünglichen Biegeaufgabe formuliert
worden sind. Im übrigen wird die Biegeaufgabe so abgeändert,
dass der Verlauf des Stabes oder Rohres zwischen seinen Enden von
dem ursprünglich gewollten Verlauf abweicht, vorzugsweise
nur innerhalb von vorgegebenen oder vorwählbaren Toleranzgrenzen
von dem ursprünglich gewollten Verlauf abweicht.
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Vor
dem Durchführen einer Biegeaufgabe an einem ersten Stab
aus einer Charge wird vorzugsweise an einem Probestab aus derselben
Charge geprüft, wie sich der Stab beim Biegen tatsächlich
verhält. Verhält sich der Probestab so, wie es
beim Berechnen der Ist-Länge der abgeschnittenen Stäbe
angenommen worden ist, dann kann die Biegeaufgabe so durchgeführt
werden, wie sie ursprünglich festgelegt worden ist. Weicht das
tatsächliche Biegeverhalten jedoch vom ursprünglich
angenommenen Biegeverhalten ab, dann wird unter Berücksichtigen
der festgestellten Abweichung im Biegeverhalten die Biegeaufgabe
erfindungsgemäß abgeändert.
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Anstatt
das Biegeverhalten an einem Probestab aus einer Charge zu prüfen,
kann man es auch beim Biegen des ersten Bogens in einem Stab überprüfen,
der die gewünschte, durch die Biegeaufgabe definierte, Gestalt
erhalten soll und entscheidet danach, ob die restliche Biegeaufgabe
unverändert durchgeführt werden kann oder ob sie
erfindungsgemäß abzuändern ist. Das hat
den Vorteil, dass man nicht wissen muss, aus welcher Charge ein
Rohr oder Stab stammt. Es hat den weiteren Vorteil, dass auch Schwankungen
im Biegeverhalten innerhalb einer Charge durch erfindungsgemäßes
Anpassen der Biegeaufgabe individuell ausgeglichen werden können.
Stellt man z. B. beim Biegen eines ersten Bogens in einem Rohr fest,
dass man für ihn einen größeren oder
kleineren Teil der vorhandenen Rohrlänge verbraucht als
ursprünglich geplant, wird der Rest der Biegeaufgabe so
abgewandelt, dass man für ihn möglichst genau
die restliche Rohrlänge verbraucht, und zwar unter der
Randbedingung, dass die Lage von Anfang und Ende des Rohres relativ
zueinander und deren Ausrichtung relativ zueinander mit der ursprünglich
festgelegten Biegeaufgabe übereinstimmen.
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In
beiden Fällen wird zweckmäßigerweise
ermittelt, welche Streckung der Stab beim Biegen erfährt, wie
groß die Rückfederung ist, die als Folge des Biegens
des Stabes auftritt, und welche Radiusänderung, insbesondere
Radiusaufweitung, beim Biegen des Stabes auftritt. Beim Freiformbiegen
kann der Radius – anders als beim Dornbiegen – nicht
nur größer, sondern auch kleiner ausfallen als
gewünscht. Wie die Streckung, die Rückfederung
und die Radiusaufweitung ermittelt werden können, kann
der Fachmann für das Beispiel des Zugumformungsbiegens
oder Dornbiegens aus der
WO 2007/121985 A1 entnehmen.
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Die
Streckung kann z. B. aus dem Überbiegewinkel Δβ oder
aus der Radiusaufweitung ra abgeleitet werden.
Ein gut brauchbarer Zahlenwert für die absolute Streckung
S, welche beim Biegen eines Bogens in einer Dornbiegemaschine auftritt,
ist der Wert S = ((Rm2π(β + Δβ))/360°) – ΔV (1)worin ΔV
die Strecke ist, um welche das hintere Ende des Stabes gezogen,
geschoben oder auf andere Weise vorwärts bewegt wird, wenn
dieser mit dem Soll-Radius Rm (bezogen auf
die Mittellinie des Stabes) um den Soll-Biegewinkel β plus
den Überbiegewinkel Δβ gebogen wird,
gemessen vor der Rückfederung um den Überbiegewinkel.
Die Strecke ΔV, um welche das hintere Ende des Stabes dabei
vorwärts bewegt wird, erhält man problemlos von
dem Weggeber, welcher der Vorschubeinrichtung für den Stab
zugeordnet ist.
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Anstatt
in einem Rechner die absolute Streckung S als Länge zu
speichern, kann man auch einen Streckungsfaktor SF speichern, der
das Verhältnis der tatsächlichen Bogenlänge
mit Streckung zur theoretischen Bogenlänge ohne Streckung
eines Bogens im Stab angibt. Als Streckungsfaktor SF kann man in
brauchbarer Näherung die Größe SF = (ΔV × 360°)/(2π(β + Δβ)Rm) (2)verwenden.
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Alternativ
kann die Streckung auch mit Hilfe der Radiusaufweitung bestimmt
werden. In diesem Fall erhält man die Streckung in guter
Näherung aus der Formel S
= ((Rm + ra)2πβ/360°) – ΔV, (3)in welcher
ra die Radiusaufweitung und ΔV
die Strecke ist, um welche das hintere Ende des Stabes infolge des Biegens
des Bogens vorbewegt wurde, gemessen vor dem Rückfedern
des Stabes. Für einen bestimmten Biegeradius Rm,
bezogen auf die Mittellinie des Stabes, insbesondere eines Rohres,
erhält man die Radiusaufweitung ra in
brauchbarer Näherung zu ra = Rm(Δβ/β) (4)
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Als
Streckfaktor SF kann man in diesem Fall die Größe
SF = (ΔV × 360°)/(2πβ(Rm + ra)) (5)verwenden.
Möglichkeiten zu einer genaueren Berechnung sind in der
WO 2007/121985 A1 angegeben.
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Eine
vereinfachte Möglichkeit, die Streckung rechnerisch zu
berücksichtigen, gibt die Gleichung S = (Rm 2πβ/360°) – ΔV (6)an. Diese
vereinfachte Gleichung lässt den Einfluss der Radiusaufweitung
auf die Streckung unberücksichtigt. Daraus kann man den
Streckfaktor SF = (360° × ΔV)/(2πβRm) (7)ableiten.
In diesem Fall ist der Streckfaktor mit der theoretischen Bogenlänge
ohne Radiusaufweitung zu multiplizieren, um einen Zahlenwert für
die absolute Streckung zu erhalten.
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Eine
Radiusaufweitung raa führt beim
Biegen eines Kreisbogens mit dem Biegewinkel β sowohl beim Dornbiegen
als auch beim Formbiegen zu einer Bogenverkürzung B1 die in guter Näherung B1= 2πβ·raa/360° (8)beträgt.
Ist die Radiusaufweitung jedoch größer als raa, nämlich rab > raa,
dann wird die Bogenverkürzung B2 = 2πβrab/360° (9)und der gebogene
Stab wäre allein wegen dieses Fehlers um B2 – B1 = 2πβ(rab – raa)/360° (10)zu lang,
wenn er nicht durch das erfindungsgemäße Verfahren
kompensiert würde. Eine Streckung kann beim Freiformbiegen
in den meisten Fällen vernachlässigt werden.
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Folglich
kann aus den vorgegebenen Daten der Biegeaufgabe und aus einer einfachen
Wegmessung an der Vorschubeinrichtung, unter Berücksichtung
des Überbiegewinkels bzw. der Radiusaufweitung, für
jeden Bogen eine zu erwartende Änderung der Position des
Stabendes relativ zum Stabanfang bequem vorab ermittelt werden.
Da der Überbiegewinkel und die Radiusaufweitung bereits
beim ersten Biegevorgang ermittelt bzw. aus dem ersten Biegevorgang
abgeleitet werden können, kann mit Hilfe des Soll-Biegewinkels β und
des Soll-Biegeradius Rm, die durch die jeweilige
Biegeaufgabe vorgegeben sind, für jeden Bogen der zu erwartende
und erfindungsgemäß zu kompensierende berücksichtigende
Lagefehler für das Stabende leicht errechnet werden. Es
hat sich gezeigt, dass – wenn die Streckung und die Bogenverkürzung
bzw. beim Freiformbiegen auch eine Bogenverlängerung für
einen Biegewinkel ermittelt wurden – sie einfach im Verhältnis
der Biegewinkel auch für andere Biegewinkel errechnet werden
können.
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Die
Streckung und die Bogenverkürzung bzw. Bogenverlängerung
werden vorzugsweise für einen bestimmten Biegewinkel auf
einen Einheits-Biegeradius normiert und für einen bestimmten
Biegeradius auf einen Einheitsbiegewinkel normiert. Daraus können
dann für eine bestimmte Biegeaufgabe mit vorgegebenem Biegeradius
Rm und Biegewinkel β die zu erwartende
absolute Streckung und die zu erwartende absolute Bogenverkürzung
bzw. Bogenverlängerung errechnet werden. Außerdem
lässt sich vorab errechnen, an welcher Position sich das
hintere Ende des Stabes nach dem Biegen eines jeden einzelnen Bogens
des Stabes befinden sollte.
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Die
sich aus den Materialeigenschaften der Stäbe oder Rohre
einer gegebenen Charge ergebende Soll-Länge des Stabes
oder Rohres für eine konkrete Biegeaufgabe kann also durch
die beim Biegen ermittelte Streckung und/oder aus der beim Biegen
ermittelten Radiusaufweitung berechnet werden.
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Wie
die Streckung bzw. der Streckfaktor auch außerhalb der
Biegemaschine an einem gebogenen Stab bestimmt werden kann, offenbart
die
WO 2007/121985
A1 .
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Die
Soll-Länge des Stabes bzw. Rohres kann abgeschätzt
werden, indem die beim Biegen aufgetretene Streckung des Stabes
und die Bogenverkürzung bzw. -verlängerung verglichen
werden mit jener Streckung des Stabes und mit jener Bogenverkürzung
bzw. -verlängerung, welche der Berechnung der Ist-Länge des
Stabes zugrunde gelegt wurde und/oder indem die beim Biegen aufgetretene
Radiusaufweitung verglichen wird mit jener Radiusaufweitung, die
der Berechnung der Ist-Länge des Stabes zugrunde gelegt
wurde. Wenn Werte der Streckung oder des Streckungsfaktors oder
der Radiusaufweitung oder der Bogenverkürzung bzw. Bogenverlängerung
für Rohre aus unterschiedlichen Chargen bekannt sind, kann
für die aktuelle Charge die Soll-Länge des Stabes
durch Interpolation oder Extrapolation ermittelt werden.
-
Die
Soll-Länge für einen Stab mit einer bestimmten
Gestalt bzw. für eine bestimmte Biegeaufgabe muss vorteilhafterweise
für Stäbe aus einer bestimmten Charge nur einmal
bestimmt werden und kann dann für alle Stäbe derselben
Charge und mit der gleichen Biegeaufgabe beibehalten werden, denn
es ist eine begründete An nahme, dass sich die Stäbe,
die aus ein und derselben Charge stammen, beim Biegen gleich verhalten.
Wenn jedoch nicht sicher ist, ob alle zu biegenden Stäbe
aus derselben Charge stammen oder wenn nicht ausgeschlossen werden
kann, dass sich Stäbe beim Biegen unterschiedlich verhalten,
obwohl sie aus derselben Charge stammen, dann kann das erfindungsgemäße
Verfahren mit Vorteil auch bei jedem Stab angewendet werden, insbesondere
so, dass beim Biegen eines ersten Bogens oder eines Teils des ersten
Bogens die relevanten Parameter ermittelt werden, die das Biegeverhalten
kennzeichnen, und dass daraufhin unter Berücksichtigung
des ermittelten tatsächlichen Biegeverhaltens die restliche
Biegeaufgabe am Stab so abgewandelt und erledigt wird, dass die
Lage der Enden des Stabes relativ zueinander und deren Ausrichtung so
sind, wie es die ursprüngliche Biegeaufgabe vorschreibt.
-
Für
das Ändern der gewünschten Gestalt des Stabes
bzw. für das Ändern der Biegeaufgabe für
den Stab kommt vor allem eine Änderung von Biegeradien
und Biegewinkeln in Betracht. Vorzugsweise wird bei wenigstens einem
Bogen in dem Stab der Biegewinkel verändert. Eine Änderung
von Biegewinkeln ist mit besonderem Vorteil auch dann möglich,
wenn ein Stab nicht nur in einer Ebene gebogen wird – dann
sind alle Biegeachsen zueinander parallel – sondern auch
dann, wenn der Stab dreidimensional gebogen wird, sodaß die
nicht alle Biegeachsen zueinander parallel sind. In diesem Fall
kann mit Vorteil auch der Winkel geändert werden, um welchen
die Biegeebene gedreht wird, auf welcher die Biegeachse jeweils
senkrechet steht. Die Maßabweichungen im Verlauf eines
Stabes, die sich durch eine Änderung der Biegeaufgabe ergeben,
werden umso kleiner sein, je mehr sich die Änderungen über
die gesamte Länge des Stabes verteilen. Die Erfindung eignet
sich deshalb vor allem für Biegeaufgaben, bei welchen in
einem Stab wenigstens zwei Bögen vorgesehen sind. Je mehr
Bögen vorgesehen sind, auf desto mehr Bögen können
die Änderungen in der Biegeaufgabe verteilt werden und
umso geringer werden sich die Änderungen in den einzelnen
Bögen und auf den Verlauf der Gestalt des Stabes insgesamt
auswirken.
-
Die
gewünschte Gestalt des Stabes wird vorzugsweise dadurch
geändert, dass darin vorhandene Etagen geändert
werden. Unter einer Rohretage wird ein Rohrabschnitt verstanden,
in welchem auf einen Bogen mit negativer Krümmung ein Bogen
mit positiver Krümmung folgt. In Fällen, in denen
z. B. die Ist-Länge eines Rohres größer
ist als seine unter Berücksichtigung des tatsächlichen
Biegeverhaltens ermittelte Soll-Länge, werden die Rohretagen
flacher ausgebildet als ursprünglich gewünscht,
wodurch der Rohrabschnitt, in welchem die jeweilige Etage liegt,
etwas verlängert wird. In Fällen, in denen die
Ist-Länge eines Rohres kürzer ist als seine Soll-Länge,
werden die Rohretagen steiler ausgebildet als ursprünglich
geplant, so dass die Rohrabschnitte, in welchen die Rohretagen liegen,
gegenüber der ursprünglichen Planung etwas verkürzt
werden. Entsprechendes gilt, wenn in einem Stab Bögen mit
positiver und negativer Krümmung aufeinander folgen.
-
Die Änderung
von Rohretagen bzw. Stabetagen eignet sich besonders als eine Maßnahme
zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
-
Die
Erfindung eignet sich besonders für das Biegen von Rohren,
kann aber auch auf das Biegen von massiven Rundstäben,
Profilstäben und Hohlprofilstäben angewendet werden,
welche hier zusammen mit Rohren als Stäbe bezeichnet sind.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl in einer
Dornbiegemaschine als auch in einer Maschine zum Freiformbiegen
angewendet werden. In einer Dornbiegemaschine, wie sie in der
EP 0 384 477 B1 und in
der
WO 2007/121985
A1 offenbart ist, wird für jeden in dem Stab zu
biegenden Bogen ein vorderer Abschnitt des Stabes in eine Spannvorrichtung
eines Biegewerkzeuges eingespannt, welche um eine Achse verschwenkbar
ist. Ein demgegenüber hinterer Abschnitt des Stabes wird
an ein in der Nachbarschaft des Biegewerkzeuges angeordnetes Biegewiderlager
angelegt. Die Spannvorrichtung wird um einen vorgewählten
Winkel und in einer solchen Richtung verschwenkt, dass der jeweils
hintere Abschnitt des Stabes gezogen wird und gegen das Biegewiderlager
drückt. Zu dem Biegewerkzeug gehört ein Dorn,
um dessen Umfangsfläche der Stab gebogen wird, wenn das
Biegewerkzeug verschwenkt wird.
-
Ein
Beispiel einer Maschine für das Freiformbiegen offenbart
die
EP 1 342 514 A2 .
In einer solchen Maschine sind wenigstens drei Rollen vorgesehen,
die um zueinander parallele Achsen drehbar sind. Der zu biegende
Stab wird so zwischen den wenigstens drei Rollen hindurchgeführt,
dass eine Rolle, welche auch als Biegeschablone bezeichnet wird,
auf der einen Seite des Stabes angeordnet ist, während die übrigen
Rollen auf der gegenüberliegenden Seite des Stabes angeordnet
sind. Von den übrigen Rollen wird die in Vorschubrichtung
des Stabes vorderste Rolle auch als Biegerolle bezeichnet, die übrigen
Rollen dienen als Stützrollen, welche ein Widerlager für
den hinteren Abschnitt des Stabes bilden. Wenn mehr als eine Stützrolle
vorhanden ist, dann bilden sie eine gerade Reihe. Zum Biegen wird
die als Biegeschablone dienende Rolle der Verbindungslinie zwischen
der Biegerolle und der ersten Stützrolle angenähert
und übt Druck auf den Stab aus, so dass er sich krümmt,
während er durch die Rollenanordnung geschoben wird. Der
Biegeradius ist umso kleiner, je weiter die als Biegeschablone dienende
Rolle gegen den Stab vorgeschoben wird. Wegen näherer Einzelheiten
wird auf die
EP 1 342
514 A2 hingewiesen, deren Inhalt hiermit ausdrücklich
in die vorliegende Patentanmeldung einbezogen wird.
-
In
einer Maschine für das Freiformbiegen, wie sie zum Beispiel
in der
EP 1 342 514
A2 offenbart ist, können bereits während
des Biegens eines ersten Bogens der tatsächlich entstehende
Radius und der tatsächlich erzielte Bogenwinkel gemessen
und mit den Vorgaben der Biegeaufgabe verglichen werden. Abweichungen
von den Vorgaben der Biegeaufgabe können dann im Verlauf
des weiteren Biegevorganges durch Anwenden des erfindungsgemäßen
Verfahrens durch Ändern des Biegewinkels und/oder durch Ändern
der Drehung von einer Biegeebene auf eine andere Biegeebene und/oder
des Biegeradius und/oder des Abstandes eines oder mehrerer Stabgeradenschnittpunkte
voneinander oder von einem Stabende so ausgeglichen werden, dass
die Lage und Ausrichtung der Stabenden relativ zueinander so sind,
wie es die ursprüngliche Biegeaufgabe fordert, bzw. den
Vorgaben der ursprünglichen Biegeaufgabe sehr nahe kommen.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten
schematischen Zeichnungen erläutert.
-
1 zeigt
ein Rohr nach einem in einer Dornbiegemaschine durchgeführten
Biegevorgang, während es noch im Biegewerkzeug und in einer
Vorschubeinrichtung gehalten ist und unter Spannung steht,
-
2 zeigt
das Rohr aus 1, welches von der Vorschubeinrichtung
und vom Biegewiderlager entkoppelt ist,
-
3 zeigt
das Rohr aus 2, noch immer in die Spannvorrichtung
eingespannt, aber durch Verschwenken der Spannvorrichtung in eine
Lage verschwenkt, in welcher der hintere Schenkel des Rohres parallel
zu seiner ursprünglichen Lage, wie in 1 angegeben,
ausgerichtet ist,
-
4 zeigt
schematisch, wie eine Kennlinie, die für einen ausgewählten
Stab die Abhängigkeit der Radiusaufweitung vom Biegewinkel
angibt, linearisiert werden kann,
-
5 zeigt
schematisch, wie die Gestalt eines Stabes oder Rohres erfindungsgemäß abgewandelt werden
kann,
-
6 zeigt
schematisch die Gestalt eines rechtwinklig gebogenen Rohres oder
Stabes in einer Seitenansicht, und zwar in seiner ursprünglich
festgelegten Sollgestalt,
-
7 zeigt
schematisch die Gestalt des Rohres bzw. Stabes aus 6 in
einer Draufsicht, senkrecht zur Seitenansicht in 6,
-
8 zeigt
in einer Ansicht entsprechend der 6, wie man
sich bei einem Biegeverhalten, welches vom ursprünglich
angenommenen Biegeverhalten abweicht, der Sollgestalt annähern
kann, wenn man das erfindungsgemäße Verfahren
anwendet, und
-
9 zeigt
das gebogene Rohr bzw. den gebogenen Stab aus 8 in
einer Draufsicht entsprechend der 6.
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1 zeigt
als Bestandteile einer Dornbiegemaschine in einer Draufsicht eine
Vorschubeinrichtung 1, ein Biegewiderlager 2,
welches als geradlinige Gleitschiene ausgebildet ist, und ein Biegewerkzeug 3,
welches um eine zur Zeichenebene senkrechte Achse 4, die
Biegeachse, verschwenkbar ist. Das Biegewerkzeug 3 hat einen
Dorn mit einer als Rotiationsfläche ausgebildeten Mantelfläche 5,
welche sich über etwas mehr als einen Dreiviertelkreis
erstreckt und im Radialschnitt eine konkave Kontur hat, welche dem
Außendurchmesser des Rohres 6 angepasst ist. Die
Rotationsfläche 5 geht tangential in eine Spannvorrichtung 7 über,
bestehend aus einem Paar Klemmbacken, zwischen welchen das Rohr 6 fest
eingespannt werden kann.
-
Zu
Beginn des Biegevorgangs ist die Spannvorrichtung 7 parallel
zum Biegewiderlager 2 ausgerichtet. Das Biegewiderlager 2 wird
an das Rohr 6 angelegt, welches mit seinem hinteren Ende
bis zu einem Anschlag 8 in der Vorschubeinrichtung 1 steckt,
die sich auf einem Vorschubschlitten befinden kann.
-
Das
Rohr
6 wird durch Verschwenken des Biegewerkzeugs
3 mit
der Spannvorrichtung
7 gebogen. Es zieht dabei den hinteren
Abschnitt des Rohres
6 an dem Biegewiderlager
2 entlang
und wickelt das Rohr
6 um die Rotationsfläche
5.
Beim ersten Biegevorgang, dargestellt in
1, kann
zunächst der erforderliche Überbiegewinkel Δβ mit
Hilfe eines Messlineals
9 bestimmt werden, welches mit
dem Biegewiderlager
2 gekoppelt ist. Die Bestimmung des Überbiegewinkels Δβ ist
in der
EP 0 384 477
B1 beschrieben, worauf hiermit Bezug genommen wird. Ist
der Überbiegewinkel Δβ bestimmt, dann
wird der Schwenkwinkel des Biegewerkzeugs
3 um den Überbiegewinkel Δβ erhöht,
um den gewünschten Soll-Biegewinkel β
1 zu
erreichen.
1 zeigt das Rohr
6 im überbogenen
Zustand. Über die Lage, in welcher sich das hintere Ende
6b des
Rohres
6 befindet, gibt ein Weggeber Auskunft, welcher
mit der Vorschubeinrichtung
1 gekoppelt ist. Danach wird
die Vorschubeinrichtung
1 zurückgezogen und vom
Ende
6b des Rohres
6 entkoppelt. Das Biegewiderlager
2 wird
quer zum hinteren Schenkel des Rohres
6 parallel zu sich
selbst zurückgezogen und erlaubt eine Auffederung des Bogens
6a.
Diesen Zustand zeigt die
2. Der Bogen
6a des
Rohres
6 ist nun spannungsfrei, sein Radius hat sich aufgeweitet.
Der Winkel zwischen den beiden Rohrschenkeln hat sich vergrößert
und beträgt jetzt 180° – β
1.
-
Als
nächstes wird das Biegewerkzeug 3 verschwenkt,
um den hinteren Schenkel des Rohres 6 in eine Ausrichtung
parallel zu seiner ursprünglichen Ausrichtung wie in 1 und
parallel zum Biegewiderlager 2 zu bringen. Diesen Zustand
zeigt die 3. In der 3 ist
zusätzlich die Lage eingezeichnet, die der hintere Rohrschenkel
im Zustand wie in 1 hatte. Infolge der Radiusaufweitung
hat sich das hintere Ende 6b um die Strecke ΔV2 in Richtung gegen die Vorschubeinrichtung 1 verlagert.
Diese Verlagerung kann mit Hilfe des Weggebers gemessen werden,
welcher mit der Vorschubeinrichtung 1 gekoppelt ist, indem
die Vorschubeinrichtung 1 bis zum Anschlag gegen das Ende 6b des
Rohres 6 vorgeschoben wird und dieses in der gleichen Referenzposition – Anschlag 8 – aufnimmt,
welche es in 1 inne hatte. Die Differenz
der Positionen der Vorschubeinrichtung 1 in 1 und – nach
dem erneuten Aufnehmen des Endes 6b des Rohres 2 – in 3 ist die
Strecke ΔV2. Daraus ergibt sich
die Radiusaufweitung ra, indem ΔV2 durch den Sinus des Biegewinkels β1 geteilt wird.
-
Anhand
der 3, in welcher auch der Rohrgeradenschnittpunkt 19 für
das gebogene Rohr eingezeichnet ist, ist zu erkennen, dass die Lage
des hinteren Schenkels des Rohres 6 nach dem Biegen und
erneutem Ausrichten parallel zur ursprünglichen Lage wie
in 1 mit dieser nicht deckungsgleich ist. Der Abstand ΔV3, quer zum Biegewiderlager 2 bzw.
quer zum hinteren Rohrschenkel gemessen, ist ein Maß für
die Radiusaufweitung, welche man erhält, indem man ΔV3 durch (1 – cosβ1) teilt.
-
Verglichen
mit dem theoretischen Fall ohne Radiusaufweitung wird der Vorschub
des Rohres 6 zur nächsten Biegeposition um die
Radiusaufweitung ra, multipliziert mit dem
Tangens des halben Biegewinkels β1 des
ersten Bogens 6a, sowie um die Radiusaufweitung ra multipliziert mit dem Tangens des halben
Biegewinkels β2 eines als Zweiten
zu biegenden Bogens, verkürzt: ΔV
= ra·tanβ1/2
+ ra·tanβ2/2, (11)worin ΔV
die zu berücksichtigende Verkürzung des Vorschubs
ist. Soll die Abhängigkeit der Radiusaufweitung vom Biegewinkel
berücksichtigt werden, wird daraus die Gleichung ΔV = ra1·tanβ1/2 + ra2·tanβ2/2 (12) worin
ra1 die zum Biegewinkel β1 gehörende Radiusaufweitung und
ra2 die zum Biegewinkel β2 gehörende Radiusaufweitung sind.
-
Mit
der ermittelten Größe ΔV gemäß den
Gleichungen (11) und (12) kann man nun mit Hilfe der Gleichungen
(1), (3) oder (6) die Streckung berechnen oder mit Hilfe der Gleichungen
(2), (5) oder (7) den Streckfaktor berechnen und mit der Streckung
bzw. mit dem Streckfaktor vergleichen, der unter Zugrundelegen der ursprünglichen
Biegeaufgabe für die Berechnung der Länge des
zu biegenden Stabes angenommen wurde und welche zur Ist-Länge
der zum Biegen angelieferten Stäbe geführt hat.
-
Eine Änderung
des Biegeverhaltens des Stabes gegenüber dem ursprünglich
angenommenen Biegeverhalten wird beim Biegen um einen bestimmten
Winkel β im Falle des Dornbiegens zu einer Veränderung der
Radiusaufweitung führen und beim Freiformbiegen ebenfalls
zu einer Veränderung der Radiusaufweitung bzw. unmittelbar
zu einer Veränderung des Radius des Bogens führen,
wenn man die Anordnung der beim Biegen auf den Stab einwirkenden
Rollen relativ zueinander gegenüber der ursprünglichen
Biegeaufgabe unverändert lässt. Die in beiden
Fällen damit einhergehende Vergrößerung
oder Verkleinerung des Biegeradius führt gegenüber
der ursprünglichen Biegeaufgabe, wenn der Biegewinkel β beibehalten
wird, zu einer Verkürzung bzw. Verlängerung des
Bogens, welche zugleich die Lage der Enden des gebogenen Stabes
relativ zueinander gegenüber der Vorgabe der ursprünglichen
Biegeaufgabe ändert, wenn die Änderung der Bogenlänge
nicht unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
kompensiert wird. Die Kompensation kann dadurch geschehen, dass
bei weiteren Bögen im Stab der Biegewinkel und/oder der
Biegeradius gegenüber der ursprünglichen Biegeaufgabe
so geändert werden, dass jedenfalls die Enden des fertig
gebogenen Stabes die in der ursprünglichen Biegeaufgabe
vorgeschriebene Lage und Ausrichtung relativ zueinander erhalten.
-
Aus
dem Vergleich des tatsächlichen Biegeverhaltens mit dem
ursprünglich angenommenen Biegeverhalten kann man in einem
Steuergerät der Biegeeinrichtung durch einen mathematischen
Algorithmus eine geänderte Gestalt des Stabes bzw. geänderte
Parameter der Biegeaufgabe, insbesondere geänderte Biegewinkel,
berechnen. Die Berechnung erfolgt erfindungsgemäß unter
der Randbedingung, dass die Lage der Enden des gebogenen Stabes
relativ zueinander und die Ausrichtung der Enden relativ zueinander
gegenüber der ursprünglichen Biegeaufgabe unverändert
bleiben. Im übrigen darf die Gestalt des gebogenen Stabes
aber von der ursprünglichen Soll-Gestalt abweichen, vorzugsweise
jedoch nur innerhalb tolerierbarer Grenzen, die umso kleiner gehalten
werden können, je mehr Bögen und insbesondere
je mehr Etagen im gebogenen Stab vorgesehen sind.
-
4 zeigt
beispielhaft eine Kennlinie 10, welche die Abhängigkeit
der Radiusaufweitung vom Biegewinkel für ein ausgewähltes
Rohr darstellt. Auf der waagerechten Achse ist der Biegewinkel β angegeben.
Auf der senkrechten Achse ist die Radiusaufweitung ra in
relativen Einheiten angegeben. Die Kurve soll lediglich schematisch
einen typischen Verlauf der Kennlinie darstellen. Es handelt sich
um eine fallende Kennlinie, welche Ähnlichkeit mit einer
Hyperbel hat. Im erfindungsgemäßen Verfahren kann
die Abhängigkeit der Radiusaufweitung ra vom
Biegewinkel β vereinfacht dadurch berücksichtigt
werden, dass die Kennlinie 10 in drei Abschnitten 11, 12 und 13 linearisiert
wird, indem die Kennlinie 10 im Bereich von 0° bis
60° durch eine steilere Gerade 11 angenähert
wird, im Bereich von 60° bis 120° durch eine weniger
steile Gerade 12 angenähert wird und im Bereich
von 120° bis 180° durch eine sehr flache Gerade 13 angenähert
wird. Die linearisierte Kennlinie kann in der Steuerung einer Rohrbiegemaschine
gespeichert sein, so dass die Steuerung beim Biegen auf sie zugreifen
kann. Für unterschiedliche Rohre oder Stäbe werden
zweckmäßigerweise individuelle Kennlinien in linearisierter
Form gespeichert.
-
5 zeigt
schematisch den Verlauf der Gestalt eines gebogenen Stabes 14,
der zwischen seinen beiden Enden 15 und 16 zwei
Etagen 17 und 18 aufweist. Es sei angenommen,
dass bei der Berechnung der Länge des Stabes ein zu niedriger
Streckfaktor zugrunde gelegt wurde, so dass der Stab, wenn er entsprechend
der ursprünglichen Biegeaufgabe gebogen wird, einen um ΔL
zu geringen Abstand zwischen seinen beiden Enden 15 und 16 hat.
Um diesen Fehler ΔL auszugleichen, werden die beiden Etagen 17 und 18 durch Verändern
der Biegewinkel etwas flacher gestaltet, wie es in 5 – aus
Gründen der Deutlichkeit übertrieben – gestrichelt
dargestellt ist. Die Abweichungen zwischen den beiden Verläufen
des Stabes sollten innerhalb tolerierbarer Grenzen liegen.
-
Die 6 und 7 zeigen
in einer Seitenansicht und in einer Draufsicht die Gestalt eines
rechtwinklig zu biegenden Stabes. Die rechten Winkel sollen mit
einem Radius von 100 mm gebogen werden. Der Radius ist in den 6 und 7 nicht
dargestellt. Der Stab ist vielmehr vereinfacht nur durch seine Stabgeraden und
deren Schnittpunkte (im Falle eines Rohres durch seine Rohrgeraden
und deren Schnittpunkte) dargestellt.
-
Der
Stabanfangspunkt
20, die Stabgeradenschnittpunkten
21,
22 und
23 sowie
der Stabendpunkt
24 sind mit ihren Koordinaten X, Y und
Z eines rechtwinkligen Koordinatensystems in der nachstehenden Tabelle 1
in mm angegeben. Tabelle 1
| Punkt/Koordinate | X | Y | Z |
| 20 | 0 | 0 | 0 |
| 21 | 0 | 0 | –300 |
| 22 | 500 | 0 | –300 |
| 23 | 500 | 600 | –300 |
| 24 | 1100 | 600 | –300 |
-
Für
diese Biegeaufgabe wurde mit einem angenommenen Streckfaktor von
0,920 und mit einer angenommenen Radiusaufweitung von 1,0 mm eine
Stablänge von 1.831,24 mm berechnet. Auf diese Länge
wurde der Stab vor dem Biegen abgeschnitten. Für das anschließende
Biegen ist demnach die Ist-Länge 1.831,24 mm.
-
Das
Biegen wird z. B. mit einer Dornbiegemaschine durchgeführt,
dessen Biegewerkzeug 3 einen Dorn mit einem Radius von
100 mm hat. Aufgrund der angenommenen Radiusaufweitung von 1 mm
wird zum Biegen des ersten Bogens, welchem der Stabgeradenschnittpunkt 21 zugeordnet
ist, das vordere Ende 20 des Stabes nicht 200 mm, sondern
199 mm vor der Mitte des Dorns im Biegewerkzeugs 3 platziert.
Bei einer Radiusaufweitung von Null wäre das vordere Endes
des Stabes in einem Abstand von 200 mm vor der Mitte des Dorns zu
platzieren gewesen. Die Radiusaufweitung von 1 mm führt
jedoch gemäß Gleichung (11) für einen Biegewinkel von
90° zu einer Verlängerung des Abstandes des ersten
Stabgeradenschnittpunktes vom Stabanfang um 1 mm·tan(90°/2)
= 1 mm.
-
Wird
jedoch nach dem Biegen des ersten Bogens festgestellt, dass der
Streckfaktor und die Radiusaufweitung tatsächlich größer
sind als angenommen, dann würden die Koordinaten des Endes 24 des
gebogenen Stabes von den in der Tabelle 1 angegebenen Koordinaten
abweichen. Das kann aber durch das erfindungsgemäße
Verfahren verhindert werden. Wird zum Beispiel nach dem Biegen des
ersten Bogens festgestellt, daß der Streckfaktor nicht
0,920, sondern 0,945 ist, und daß die Radiusaufweitung
ra nicht 1,0 mm, sondern 2,0 mm beträgt,
dann errechnet man auf der Grundlage des geänderten Biegeverhaltens
die Länge ΔL, um welche die Länge des
Stabes geändert werden müsste, um nach dem Biegen
die in der Tabelle 1 angegebenen Koordinaten aufzuweisen, wie folgt:
Aufgrund
der Gleichung (7) ergibt sich bei einem Streckfaktor SF = 0,920
und bei einer Radiusaufweitung ra = 1 m
für jeden der drei Bögen im Stab näherungsweise
eine Bogenlänge L1 des Stabes verglichen
mit dem Fall ohne Streckung (Streckfaktor SF = 1) zu L1(0,920) = 0,920·2π·90°·(100
+ 1) mm/360° = 145,93 mm.
-
Bei
einem Streckfaktor SF = 0,945 und einer Radiusaufweitung ra = 2 mm ergibt sich entsprechend L1(0,945) = 0,945·2π·90°·(100
+ 2) mm/360 = 151,3 mm.
-
Durch
den größer gewordenen Streckfaktor ist die absolute
Streckung kleiner geworden als angenommen, sodass die Länge
des Stabes infolge der geringeren Streckung des Stabes gegenüber
der Istlänge von von 1.831,24 mm zu verlängern
wäre, und zwar für jeden der drei Bögen
um ΔL1 = 151,3
mm – 145,93 mm = 5,45 mm.
-
Die
um 1 mm höher ausgefallene Radiusaufweitung erfordert für
jeden der drei 90°-Bögen hingegen eine Verkürzung
um ΔL2 = 2·1 mm·tan(90°/2)
= 2 mm.
-
Daraus
ergibt sich der Längenfehler für den gesamten
Stab zu ΔL = 3·(ΔL1 – ΔL2)
= 10,35 mm.
-
Der
Stab müsste zur Erzielung des ursprünglich gewünschten
Biegeergebnisses also um ca. 10 mm länger sein als er tatsächlich
ist. Da eine Verlängerung nicht möglich ist, wird
stattdessen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
die Biegeaufgabe verändert:
Aufgrund der ursprünglich
angenommenen Radiusaufweitung von 1,0 mm wurde das vordere Ende
21 des Stabes
199 mm vor der Mitte des Dorns im Biegewerkzeug
3 positioniert.
Tatsächlich ist der Abstand vom Stabanfang
20 zum
ersten Stabgeradenschnittpunkt also um den Betrag tan(β/2)·Δr
a länger, worin β der Biegewinkel
und Δr
a die Differenz zwischen
der tatsächlichen Radiusaufweitung und der ursprünglich
angenommenen Radiusaufweitung ist, also 1 mm. Da für einen
Biegewinkel von 90° tan(β/2) = 1 ist, ergibt sich
in Folge des geänderten Biegeverhaltens für die
Z-Koordinate des ersten Stabgeradenschnittpunktes eine Veränderung von
1 mm auf –301 mm. Die weiteren Koordinaten würden
aufgrund der beim ersten Bogen gemessenen Streckung und Radiusaufweitung
die in der Tabelle 2 angegebenen Koordinaten aufweisen, wenn man
die Biegeaufgabe wie ursprünglich geplant, also ohne Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens, durchführen würde.
Das Ergebnis wäre, dass der Endpunkt
24 des gebogenen
Stabes in Richtung der X-Koordinate um 10 mm und in Richtung der
Z-Koordinate um 1 mm von der geplanten Lage abweichen würde: Tabelle 2
| Punkt/Koordinate | X | Y | Z |
| 20 | 0 | 0 | 0 |
| 21 | 0 | 0 | –301 |
| 22 | 500 | 0 | –301 |
| 23 | 500 | 600 | –301 |
| 24 | 1090 | 600 | –301 |
-
Durch
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
die Biegeaufgabe und damit die Gestalt des gebogenen Stabes jedoch
so verändert, dass der Stabanfangspunkt
20 und
der Stabendpunkt
24 die ursprünglich geforderten
Koordinaten und Orientierung hat. Für die Koordinaten der
dazwischen liegenden Stabgeradenschnittpunkte
21,
22 und
23 werden
erfindungsgemäß jedoch geänderte Koordinaten
zugelassen, die sich aus der Tabelle 3 ergeben. Dieses Ergebnis
wird mit ei ner Länge des Stabes von 1.831 mm erzielt, welches
praktisch der Ist-Länge entspricht. Tabelle 3
| Punkt/Koordinate | X | Y | Z |
| 20 | 0 | 0 | 0 |
| 21 | 0 | 0 | –301 |
| 22 | 490 | 0 | –301 |
| 23 | 510 | 600 | –300 |
| 24 | 1100 | 600 | –300 |
-
Die 8 und 9 zeigen
in einer schematischen Darstellung entsprechend den 6 und 7 das
mit Anwendung der Erfindung tatsächlich erreichte Biegeergebnis.
Die aus der ursprünglichen Biegeaufgabe unter Zugrundelegen
des ursprünglich angenommenen Biegeverhaltens vorgegebene
Gestalt (wie in den 6 und 7) ist in
den 8 und 9 gestrichelt dargestellt. Die
davon geringfügig abweichende Gestalt des unter Anwendung
der Erfindung gebogenen Stabes ist in durchgezogenen Linien dargestellt.
Nach Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahren weist der Stab folgende Biegewinkel auf:
- Am ersten
Stabgeradenschnittpunkt 21: 90°;
- Am zweiten Stabgeradenschnittpunkt 22: 88,1°;
- Am dritten Stabgeradenschnittpunkt 23: 88,1°.
-
Der
Drehwinkel zwischen dem ersten und dem zweiten Bogen wurde wegen
der feh lerhaft angenommenen Radiusaufweitung beim ersten Bogen
um 0,1° reduziert.
-
- 1
- Vorschubeinrichtung
- 2
- Biegewiderlager
- 3
- Biegewerkzeug
- 4
- Achse
- 5
- Mantelfläche
- 6
- Rohr
- 6a
- Bogen
- 6b
- Ende
- 7
- Spannvorrichtung
- B
- Anschlag
- 9
- Messlineals
- 10
- Kennlinie
- 11
- Gerade
- 12
- Gerade
- 13
- Gerade
- 14
- Stab
- 15
- Ende
- 16
- Ende
- 17
- Etage
- 18
- Etage
- 19
- Rohrgeradenschnittpunkt
- 20
- Stabanfangspunkt
- 21
- Stabgeradenschnittpunkt
- 22
- Stabgeradenschnittpunkt
- 23
- Stabgeradenschnittpunkt
- 24
- Stabendpunkt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0384477
B1 [0001, 0045, 0060]
- - WO 2007/121985 [0006]
- - WO 2007/121985 A1 [0010, 0010, 0010, 0014, 0028, 0032, 0038, 0045]
- - EP 1342514 A2 [0011, 0046, 0046, 0047]
- - WO 2007/12198581 [0015]