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Die
Erfindung betrifft eine Biegevorrichtung mit einem biegesteifen
Träger und Kontaktelementen zum Erzeugen von Biegungen
in einem Rohr, insbesondere bei einem Rohr großen Durchmessers.
Solche Rohre werden bei Rohrleitungen wie Pipelines verwendet, die
große Mengen an Flüssigkeiten oder Gasen über
weite Strecken führen. Die transportierten Medien sind
unter anderem Erdöl, Chemikalien und/oder Trinkwasser.
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Weltweit
existieren Rohrleitungen zum Führen von sowohl flüssigen
als auch gasförmigen Stoffen über große
Strecken. Diese Rohrleitungen sind im Allgemeinen aus Abschnitten
einzelner Rohre mit Längen von 12 bis 18 Metern zusammengesetzt.
Die Rohre weisen zumeist einen Durchmesser von 30 bis weit über
75 Inch auf und sind zu einer Rohrleitung zusammengeschweißt
auf der Erdoberfläche, unterirdisch und/oder im Wasser
verlegt. Häufig folgen die Rohrleitungen der allgemeinen
Kontur der Erdoberfläche. Der Verlauf der Rohrleitungen
kann insbesondere in seiner horizontalen und vertikalen Erstreckung
auch umgeleitet oder in sonstiger Weise um Hindernisse herumgeführt
sein.
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Eine
große Herausforderung bei der Planung und dem Bau von derartigen
Rohrleitungen besteht darin, die Enden der einzelnen Rohre mit qualitativ hochwertigen
Schweißverbindungen zu fügen. Um der Kontur der
Erdoberfläche zu folgen und etwaige Hindernisse in dem
Verlauf der Rohrleitungen zu umgehen, sind Richtungsänderungen
in der Rohrleitung notwendig. Beim Erzeugen der Richtungsänderungen
wird weitestgehend versucht, auf Schweißverbindungen zu
verzichten. Richtungsänderungen in Rohrleitungen können,
gerade bei Rohren mit einem großen Durchmesser, durch Verschweißen
einzelner Rohrstücke erzeugt werden. Um die Anzahl der Schweißverbindungen
zu minimieren und die Zuverlässigkeit der Rohrleitungen
somit zu erhöhen, muss die Richtungsänderung in
dem Rohr durch Biegen des Rohrs erzeugt werden.
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Wie
es bei Rohren großen Durchmessers üblich ist,
wird eine Biegung erreicht, indem zahlreiche kleine, angeordnete
Biegeschritte in dem Rohr durchgeführt werden. Der gewünschte
Biegeradius wird also in Form eines Polygons erzeugt. Bei einer solchen
Biegesystematik hat die Bedienungsperson die vollständige
Kontrolle über die Anzahl der zu erzeugenden inkrementellen
und/oder schrittweisen Biegungen, über den Abstand zwischen
den inkrementellen und/oder schrittweisen Biegungen sowie über
das Ausmaß jeder inkrementellen und/oder schrittweisen
Biegung in dem Rohr. Erfahrene Bedienungspersonen können
die Rohrbiegemaschinen effizient steuern, um präzise Biegungen
in den Rohren zu erzeugen und dabei die Anzahl der beschädigten oder
fehlerhaft gebogenen Rohre zu minimieren, die in einer Verschwendung
von Zeit und Rohstoffen wie Energie und Rohre resultieren.
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Nach
jedem Biegevorgang müssen Rohr und Biegevorrichtung relativ
zueinander mit hoher Präzision bewegt werden. Dabei ist
sowohl eine Bewegung des Rohres in der Biegevorrichtung als auch eine
Bewegung der Biegevorrichtung selbst möglich. Die letztere
Variante hat den Nachteil, dass das Rohr erneut in der Biegevorrichtung
ausgerichtet werden muss. Das Bewegen der Rohre mit großem
Durchmesser, das präzise Versetzen der Dorne und die Kontrolle
der erzeugten Biegung sind mit einem hohen personellen Aufwand und
Energiebedarf verbunden.
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Aufgrund
der Größe der zu biegenden Rohre sind Biegevorrichtungen
im Allgemeinen in ihrer Art massiv und werden hydraulisch betrieben.
Eine Biegevorrichtung ist allgemein aus der
US 3,834,210 und der
US 5,092,150 bekannt. Solche Biegevorrichtungen
haben Vorrichtungen zum Greifen des Rohres, zum Bewegen des Rohres
in der Biegevorrichtung und zum Erzeugen der Biegung in dem Rohr. Diese
Einrichtungen werden alle unter der Steuerung einer Bedienungsperson
hydraulisch betrieben.
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Die
Druckschrift
DE 600
28 484 T2 zeigt eine konventionelle Biegevorrichtung, die
zum Erzeugen von Biegungen in einem Rohr großen Durchmessers angepasst
ist. Die Biegevorrichtung enthält im Allgemeinen einen
verstärkten Rahmen, an dem die Komponenten gegen relative
Bewegung verankert sind. Der Rahmen der Biegevorrichtung besitzt
zur besseren Transportierbarkeit Gleisketten. Die Hauptkomponenten
der Rohrbiegeeinrichtung umfassen ein Biegewerkzeug, einen Dorn,
auch Mandrel genannt, eine Abstützeinrichtung und einen
Befestigungsschuh. Das Biegewerkzeug ist ein fester und in Bezug
auf den Rahmen stationärer Körper mit einer dem
Rohr zugewandten, gekrümmten Fläche, wobei das
Biegewerkzeug während des Biegevorgangs gegen das Rohr
gedrückt wird. Die Abstützeinrichtung wird während
des Biegevorgangs durch einen hydraulischen Druck betätigt
und in Richtung des Biegewerkzeugs verschwenkt. Der Befestigungsschuh fixiert
derweil das Rohr. In den Arbeitsbereichen der Biegevorrichtung werden
während des Biegevorgangs mittels des Biegewerkzeugs, der
Abstützeinrichtung und des Befestigungsschuhs Kräfte
auf das Rohr übertragen, sodass sich dieses verformt. Der Dorn
ist eine starre, mit Gliedern versehene Konstruktion, die es zulässt,
dass das Rohr gebogen wird, ohne die kreisförmige Art des
Rohres an der Biegestelle zu verändern. Derartige Dorne
sind im Stand der Technik bekannt.
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Wie
bereits die oben genannte Biegevorrichtung zeigt, weisen Biegevorrichtungen üblicherweise drei
Arbeitsbereiche auf, in denen die zum Biegen des Rohres benötigten
Kräfte auf des Rohr übertragen werden. Beim Biegevorgang
erfolgt in einem Arbeitsbereich eine aktive Krafteinleitung mittels
eines Hydraulikzylinders. Die übrigen passiven Arbeitsbereiche
dienen als Widerlager und sind über den Rahmen mit dem
aktiven Arbeitsbereich verbunden. Die
DE 696 03 499 T2 zeigt
eine Biegevorrichtung, bei der der mittlere der drei Arbeitsbereiche
als aktiver Arbeitsbereich ausgeführt ist.
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Zum
Biegen derartiger Rohre mit großem Durchmesser müssen
große Kräfte aufgebracht werden. Entsprechend
groß und massiv müssen die notwendigen Biegevorrichtungen
und der Dorn ausgeführt sein. Das für den Einsatz
derartig großer Biegevorrichtungen benötigte Equipment
wie beispielsweise Dieselaggregate, Hydraulikpumpen und Dorne ist ebenfalls
von großem Volumen und großer Masse. Insgesamt
ist festzustellen, dass der Betrieb derartiger Biegevorrichtungen
beim Transport und am Einsatzort hohe Anforderungen an den Platzbedarf stellt.
Zu den hohen Kosten der Logistik addieren sich die Kosten für
Verbrauchsstoffe, insbesondere Treibstoffe und Energieträger.
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Den
Arbeitsaufwand reduzierend ist aus der
DE 600 28 484 T2 außerdem
ein Verfahren zur Automatisierung einer Biegevorrichtung und eine
Steuerung mit einem programmierbaren Prozessor bekannt. Gerade um
inkrementelle und/oder schrittweise Biegungen mit einem hohen Grad
an Wiederholbarkeit und Genauigkeit durchzuführen, ist
eine Automatisierung erforderlich. Bei einer höheren Qualität sollte
die Dauer des gesamten Biegevorgangs reduziert werden und so gleichzeitig
das Transportgewicht und der Energiebedarf der Biegevorrichtung verringert
werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Biegevorrichtung zu
schaffen, die ein geringes Transportgewicht aufweist und mittels
derer Rohre automatisiert, mit einem hohen Grad an Wiederholbarkeit
und Genauigkeit, bei geringem Arbeitsaufwand und geringem Energiebedarf
gebogen werden können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Biegevorrichtung
gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß ist
also eine Biegevorrichtung vorgesehen, welche zumindest mit ihren
für die Funktion der Biegemaschine wesentlichen Teilen vollständig
in dem Inneren des zu biegenden Rohres positionierbar ist. Hierdurch
ist es möglich, dass die Biegevorrichtung die zum Biegen
des Rohres notwendigen Kräfte von innen auf das Rohr aufbringt. Hierdurch
ist es einerseits möglich, auf einen Dorn und/oder Mandrel
zu verzichten, da die Biegevorrichtung selber zugleich die innere
Form des Rohres stützt und die Biegung in dem Rohr erzeugt.
Dies führt zu einem geringen Arbeitsaufwand und auch einem
geringen Energiebedarf. Des Weiteren werden Beschädigungen
einer außen am Rohr aufgebrachten Beschichtung, beispielsweise
einer Lackierung, Isolierung und/oder Kunstharzverstärkung,
prinzipbedingt vermieden.
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Günstig
ist es, dass an dem Träger der Biegevorrichtung zumindest
drei Kontaktelemente vorgesehen sind, wobei zwei Kontaktelemente
auf einer ersten Seite des Trägers an den Enden des Trägers und
ein Kontaktelement auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden
zweiten Seite des Trägers in der Mitte des Trägers
angeordnet sind. Hierdurch ist es möglich, dass die Biegevorrichtung
wie eine Wippe innerhalb des Rohres beweglich ist. Darüber
hinaus ist es günstig, dass die Kontaktelemente an der
inneren Oberfläche des Rohrs insbesondere formschlüssig
anlegbar sind. Hierdurch ist es möglich, dass sich die
Biegevorrichtung bei der Einleitung der zum Biegen notwendigen Kräfte
in das Rohr der inneren Oberfläche des Rohres anpasst und
so eine Beschädigung des Rohres vermieden wird. Die Kontaktelemente
bestehen aus einer Gummiart und/oder einem Kunststoff mit angemessener
Shore-Härte.
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Vorteilhaft
ist es, dass die Kontaktelemente eine insbesondere als Blattfeder
ausgebildete Federung aufweisen. Hierdurch ist es möglich,
die Kontaktelemente gedämpft an das Rohr anzulegen. Auch
ist es möglich, dass sich die Kontaktelemente der Oberflächengeometrie
des Rohres anpassen, was zu einem sicheren Halt der Biegevorrichtung
führt und das Material des Rohres schont. Dabei ist es
besonders günstig, dass die Biegevorrichtung und/oder zumindest
ein Kontaktelement in der Geometrie eines mittels der Biegevorrichtung
zu erzeugenden Biegewinkels und/oder Biegeradius des Rohres ausgestaltet ist.
Hierdurch ist es möglich, dass der zu biegende Bereich
des Rohres an dem Arbeitsbereich anliegt, wodurch Verwölbungen,
Faltungen oder andere ungewünschte Verformungen des Rohres
vermeidbar sind. Dieser Arbeitsbereich ist entsprechend der Geometrie
der zu erzeugenden Biegung vorgeformt.
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Es
ist sinnvoll, dass zumindest zwischen dem Träger und einem
Kontaktelement eine Presse zur Erzeugung der auf das Rohr wirkenden
und die Biegung bewirkenden Kräfte angeordnet ist. Die Presse
kann als Gewindetrieb ausgeführt sein; günstig
ist es, dass die Presse als Hydraulikzylinder ausgeführt
ist. Hierdurch ist es möglich, dass die notwendigen Kräfte
von einer Hydraulikpumpe außerhalb oder innerhalb des Rohres
erzeugt und mittels Rohr- und/oder Schlauchleitungen zu exponierten
Kontaktflächen geführt werden, um die Kräfte
dort mittels der Platz sparend anzuordnenden Hydraulikzylinder auf das
Rohr zu übertragen. Dabei kann die Anzahl der Hydraulikzylinder
entsprechend der zum Biegen benötigten Kräfte
gewählt werden. Besonders dienlich ist es, die Hydraulikzylinder
an einem und/oder an beiden Enden des Trägers anzuordnen,
da so mittels des langen Hebelarms der Biegevorrichtung mit relativ
kleinen Kräften ein großes Biegemoment erzeugt werden
kann.
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Vorteilhaft
ist es, dass das Kontaktelement aus einem festen und/oder elastischen
Material besteht. Hierdurch ist es möglich, hohe Kräfte
auf das Rohr zu übertragen, beispielsweise mittels Kontaktelementen
aus Holz und/oder Stahl. Bei elastischen Werkstoffen wie beispielsweise
Kunststoffen oder Gummi ist es möglich, dass sich die Kontaktelemente exakt
an dem Rohr anlegen, wodurch ein sicherer Halt der Biegeeinrichtung
im Rohr gewährleistet ist.
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Vorteilhaft
ist es, dass die Biegevorrichtung in ihrer Längserstreckung
eine konvexe Geometrie aufweist. Hierdurch ist es möglich,
dass sich die Biegevorrichtung auch in dem gekrümmten Rohr
bewegen kann. Dabei richtet sich die geometrische Ausbildung der
Biegevorrichtung in Abhängigkeit von dem Durchmesser des
Rohres nach dem minimal zulässigen Biegeradius für
große Rohre.
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Besonders
günstig ist es, dass die Biegevorrichtung in dem Rohr mittels
eines an der inneren Oberfläche des Rohrs anlegbaren Fahrwerks
beweglich ist. Hierdurch ist es möglich, dass die nach
jedem Biegeschritt notwendige Relativbewegung zwischen der Biegevorrichtung
und dem Rohr ohne eine Bewegung des Rohres möglich ist.
Da das Rohr nicht von der Biegevorrichtung zugleich gehalten und
bewegt werden muss, kann die Biegevorrichtung sehr viel kleiner
und leichter ausgeführt werden. Dabei ist die Biegevorrichtung
in dem Rohr sehr viel präziser zu positionieren.
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Eine
günstige Ausführung der Erfindung ist es, dass
das Fahrwerk aus mehreren über den Umfang und/oder die
Länge der Biegevorrichtung verteilte Räder aufweist,
wobei zumindest ein Rad mit einem Antrieb verbunden ist. Hierdurch
ist es möglich, dass die Relativbewegung der Biegeeinrichtung
in dem Rohr präzise kontrollierbar ist. Dies betrifft sowohl
Bewegungen entlang als auch um die Längsachse des Rohres.
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Für
die vollständig automatisierte Durchführung der
Biegung ist es günstig, dass die Presse eine Messeinrichtung
aufweist, mittels derer der Hubweg der Presse erfassbar ist, und/oder
das Fahrwerk einen Wegzähler besitzt, mittels dessen die
in dem Rohr zurückgelegte Wegstrecke erfassbar ist. Hierdurch
ist es möglich, dass nach dem Einführen der Biegevorrichtung
in das Rohr die Biegevorrichtung selbstständig die vorab
programmierte Position im Rohr anfährt und dort in dem
Rohr eine erste Biegung erzeugt, um sich dann automatisch und ohne
ein Eingreifen eines Bedieners zur nächsten Biegeposition fortzubewegen.
Die einzelnen Biegungen werden automatisch durchgeführt,
wobei mittels der Messeinrichtung eine ständige Kontrolle
der erzeugten Biegungen möglich ist.
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Für
die Überprüfung und Dokumentation der durchgeführten
Biegungen ist es günstig, dass die Biegevorrichtung zumindest
eine Einrichtung zur Bestimmung der Querschnittsgeometrie des Rohres aufweist.
Hierdurch ist es möglich, die Querschnittsgeometrie vor,
während und/oder nach der Biegung beispielsweise mittels
Ultraschall oder mittels eines Laserstrahls zu bestimmen und so
durch den Biegevorgang erzeugte Abweichungen der Querschnittsgeometrie
von einem Sollmaß festzustellen. Die Bestimmung der Querschnittsgeometrie
kann dabei an jeder beliebigen Stelle der Längserstreckung
des Rohres, beispielsweise mittels einer beliebigen Anzahl von Distanzmessungen über
den gesamten Umfang des Rohres vorgenommen werden. Aus diesen Messwerten
kann beispielsweise bei einem Rohr mit kreisrunder Querschnittsgeometrie
die Ovalität errechnet werden. Dies ist insbesondere für
die Qualität der Biegung gegenüber dem Stand der
Technik, bei dem zumeist nur eine einmalige Messung der Ovalität
nach dem Biegen eines Rohres manuell durchgeführt wird,
vorteilhaft, da eine derartige Messung automatisierbar und dokumentierbar
ist.
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Es
ist zeitgemäß, dass die Biegevorrichtung eine
Steuerungsautomatik aufweist. Hierdurch ist es möglich,
dass die Biegevorrichtung automatisiert, mit einem hohen Grad an
Wiederholbarkeit und Genauigkeit, bei geringem Arbeitsaufwand und
geringem Energiebedarf Biegungen in Rohren mit großem Durchmesser
erzeugen kann. Besonders Erfolg versprechend ist es, dass die Steuerungsautomatik
der Biegevorrichtung insbesondere drahtlos mit einem als Benutzerschnittstelle
dienenden, außerhalb des Rohres einsetzbaren Bedienfeld
verbunden ist. Hierdurch ist es möglich, dass der Bediener
jederzeit die Kontrolle über die Biegevorrichtung hat und
sich dabei außerhalb von Gefahrenbereichen aufhalten und frei
bewegen kann. Für stationäre Einsätze
oder Revisionsfälle ist es günstig, dass die Steuerungsautomatik
mit dem Bedienfeld über eine elektrische Leitung verbunden
ist.
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Vorteilhaft
ist es, dass die Steuerungsautomatik der Biegevorrichtung einen
Prozessor aufweist und programmgesteuert ist. Hierdurch ist es möglich, dass
die Biegevorrichtung die Vielzahl einzelner Biegungen eines Rohres
ohne zwischenzeitliches Eingreifen eines Bedieners automatisiert
durchführt. So kann die Biegung des Rohres mit einem hohen
Grad an Wiederholbarkeit und Genauigkeit bei geringem Arbeitsaufwand
erzeugt werden.
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Günstig
ist es, dass der Träger aus insbesondere genormten Stahlprofilen
zusammengesetzt ist, welche mittels Schweißnähten
verbunden sind. Hierdurch ist es möglich, die Biegevorrichtung
kostengünstig herzustellen. Die Schweißnähte
sind dabei vorzugsweise als Stumpfnähte ausgeführt.
Solche Schweißnähte sind leicht ausführbar
und können große Kräfte übertragen.
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Die
Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen
zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon
in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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Diese
zeigt in
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1 eine
längs geschnittene Darstellung eines Rohres mit einer Biegeeinrichtung
in Bewegung zu der ersten Biegeposition;
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2 eine
längs geschnittene Darstellung des Rohres mit der Biegeeinrichtung
in einer Biegeposition am Ende eines Biegebereichs;
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3 eine
längs geschnittene Darstellung des Rohres mit der Biegeeinrichtung
in der letzten Biegeposition;
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4 eine
im Bereich eines Endes der Biegevorrichtung quer geschnittene Darstellung
des Rohres mit der Biegeeinrichtung;
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5 eine
im Bereich der Mitte der Biegevorrichtung quer geschnittene Darstellung
des Rohres mit der Biegeeinrichtung.
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1 zeigt
ein Rohr (2) mit einer in dem Rohr (2) positionierten
Biegevorrichtung (1). Die Biegevorrichtung (1)
besteht aus einem Träger (3), der drei Arbeitsbereiche
(4) mit Kontaktelementen (5) umfasst, und einem
ausfahrbaren Fahrwerk (9). Das Fahrwerk (9) liegt
mit mehreren über den Umfang und/oder die Länge
der Biegevorrichtung (1) verteilten Rädern an
der inneren Oberfläche des Rohres (2) an. Zumindest
eines dieser Räder ist mit einem Antrieb verbunden. Dieser
Antrieb ermöglicht eine Bewegung der Biegevorrichtung (1)
in dem Rohr (2). Nach dem Einsetzen der Biegevorrichtung
(1) in das Rohr (2) bewegt sich diese in Richtung
des Pfeils (11) zu einer ersten Biegeposition. Dabei berühren
die Kontaktelemente (5) die innere Oberfläche
des Rohres (2) nicht.
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2 zeigt
die Biegevorrichtung (1) beim Biegen des Rohres (2)
in der Biegeposition am Ende eines Biegebereichs. Das dargestellte
Rohr (2) hat einen Durchmesser von 36 Inch und ist zwölf
Meter lang. Die Biegevorrichtung (1) hat eine Länge
von sechs Metern. Beim Biegen des Rohres (2) ist das in 1 dargestellte
Fahrwerk (9) eingefahren und die Biegevorrichtung (1)
berührt die innere Oberfläche des Rohres (2)
in den Arbeitsbereichen. Dabei liegen die Kontaktelemente (5)
an der inneren Oberfläche des Rohres (2) an. Einige
der Kontaktelemente (5) sind mittels einer Blattfeder gegenüber
dem Träger (3) federnd gelagert. Mittels zweier
Hydraulikzylinder, die hier als Presse (6) vorgesehen sind,
stützt sich die Biegevorrichtung (1) gegen die
Innenseite des Rohres (2) ab und erzeugt die zum Erzeugen
der gewünschten Biegung notwendigen Kräfte (7).
Dabei wird in einem mittleren Bereich der Biegevorrichtung (1)
ein Biegemoment erzeugt, das ausreichend ist, um das Rohr (2)
plastisch zu verformen. Die Biegung wird dabei üblicherweise
in dem Verformungsbereich (12) erzeugt. Die Biegung hat
dabei den Biegewinkel (8).
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3 zeigt
die Biegevorrichtung (1) in der letzten Biegeposition.
In dem Rohr (2) wird mit einem Abstand von üblicherweise
dreißig Zentimetern eine Anzahl Biegungen mit einem kleinen
Biegewinkel (8) erzeugt. Dabei kumuliert der Biegewinkel
(8) des Rohres (2) und der Verformungsbereich
(12) wird länger. Die Biegevorrichtung (1)
bewegt sich nach dem Ausführen einer Biegung selbsttätig
mittels des in 1 dargestellten Fahrwerks (9)
zur nächsten Biegeposition. Der Biegevorgang wird von der
Biegevorrichtung (1) automatisch programmgesteuert durchgeführt.
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4 und 5 zeigen
geschnittene Darstellungen der Biegeeinrichtung (1) in
dem Rohr (2). Eine dargestellte Presse (6) erzeugt
eine Kraft (7) zwischen dem Träger (3)
der Biegevorrichtung (1) und dem Rohr (2). Zwischen
dem Rohr (2) und der Presse (6) beziehungsweise
dem Träger (3) der Biegevorrichtung (1)
sind Kontaktelemente (5) aus Gummi in der Kontur des Rohres
(2) angeordnet. Die Kontaktelemente (5) übertragen
die Kräfte (7) gleichmäßig auf
die innere Oberfläche des Rohres (2) und stützen
diese dabei. So wird ein unerwünschtes Beulen oder Knicken
des Rohres (2) vermieden. Der Träger (3)
ist aus genormten Stahlprofilen zusammengesetzt. Untereinander sind
die Stahlprofile über Schweißnähte (10),
die als Stumpfnähte ausgeführt sind, verbunden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 3834210 [0006]
- - US 5092150 [0006]
- - DE 60028484 T2 [0007, 0010]
- - DE 69603499 T2 [0008]