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Die Erfindung betrifft einen Biegedorn mit zumindest zwei relativ zueinander in Richtung der Mittellängsachse des Biegedorns verschiebbaren Konus- oder Keilkörpern, die jeweils paarweise gegen ein diese umfangsseitig einschließendes Aufweitelement anliegen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Biegevorrichtung zum Einbringen von Rohrbögen in insbesondere gerade Rohre mittels eines Biegedorns.
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Eine für ein Rohrelement bestimmte Biegevorrichtung mit einem Biegedorn besteht grundsätzlich aus einem Dornschaft mit zumindest einem relativ zu diesem beweglich angeordneten Dornelement. Eine solche Biegevorrichtung ist beispielsweise Gegenstand der
DE 197 07 228 A1 , bei welcher der Dornschaft und das Dornelement durch ein flexibles Verbindungsteil miteinander verbunden sind. Hierdurch kann sich der Biegedorn einem nahezu beliebigen Krümmungsradius anpassen, um dadurch das unerwünschte Einfallen der Rohrwandung zu verhindern. Das Verbindungsteil wird beispielsweise aus einem Stahl-, Gummi- oder Faserseil hergestellt, wobei alternativ auch eine Kette oder eine Feder einsetzbar sein kann.
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Die
GB 2 140 338 A offenbart ebenfalls bereits eine Biegevorrichtung, bei der mehrere Dornelemente mittels eines zumindest abschnittsweise als flexibles Zugseil ausgeführten Verbindungselements an dem Dornschaft fixiert sind.
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Durch die
US 4,123,930 A ist es zudem bekannt, einen Biegedorn derart auszuführen, dass die einzelnen Dornelemente in eine jeweilige Aussparung des hinteren Dornelements bzw. des Dornschafts einschwenkbar sind, um so den gewünschten Radius zu erreichen.
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Die
DE 1 090 933 B bezieht sich auf einen Biegedorn mit einem biegsamen Ende für Rohre und andere Hohlprofile, die die Rohrwandung vor und in der Biegestelle abzustützen. Der Biegedorn besteht aus einem starren Schaft, der das ungebogene Rohr etwa bis zur Biegestelle ausfüllt, mit einem biegsamen Fortsatz, der in die Rohrkrümmung hineinragt und diese auf einer gewissen Länge ausfüllt.
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In der Praxis werden die Arbeitsschritte zur Herstellung von gebogenen Rohren einerseits sowie zur Aufweitung eines Endabschnitts des zuvor gebogenen Rohrs mit dem Ziel, diese zugleich als Anschlussflansch für weitere Rohrelemente zu nutzen, mit Hilfe unterschiedlicher Vorrichtungen durchgeführt. Somit ergibt sich ein erheblicher Aufwand für den Materialfluss sowie dessen Steuerung. Weiterhin entstehen grundsätzlich zusätzliche Personalkosten.
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Zwar ist durch die
DE 73 24 077 U eine Rundbiegevorrichtung bekannt, durch die Blechzuschnitte um einen Biegedorn herumgebogen werden und mit der zugleich eine Rohraufweitung mittels eines Aufweitelements von innen in derselben Vorrichtung durchgeführt werden kann. Jedoch kann mit dieser Vorrichtung kein Rohrbogen hergestellt, sondern lediglich ein ebener Blechzuschnitt zu einem Rohr gebogen werden. Hierzu sind schwenkbare Druckbacken an zwei zangenartig gegeneinander bewegbaren Hebellagern vorgesehen, die um eine Schwenkachse beweglich sind. Mithilfe einer parallel zur Mittellängsachse des Biegedorns verfahrbaren Schweißvorrichtung wird eine Verbindungsschweißnaht an dem zu einem Rohrschuss gebogenen Blechzuschnitt angebracht und dieser so zu einem Rohr verschweißt. Um dabei eine einwandfreie Kalibrierung des Rohrschusses zu erhalten, ist der Biegedorn als Aufweitelement ausgebildet. Dieser hat eine ortsfest gehaltene Führungsstange, auf der mehrere Konusringe verschiebbar angeordnet sind. Jeweils zwischen zwei Konusringen sitzt dabei ein Spreizring aus einem elastisch nachgiebigen Werkstoff. Die Spreizringe sind von einem längsgeschlitzten Mantel eingeschlossenen, der den Außenumfang des Biegedorns bildet. Über einen Druckzylinder können die Konusringe auf der Führungsstange relativ zueinander verschoben werden, um die Spreizringe in Radialrichtung aufzuweiten und so über den Mantel eine Druckkraft gegen den Innenumfang des Rohrs aufzubringen. Das Rohr wird dadurch auf die gewünschte Kreisquerschnittsform kalibriert.
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Als nachteilig erweist sich dabei jedoch, dass die Herstellung von Rohrbögen mit einer solchen Vorrichtung grundsätzlich nicht möglich ist. Vielmehr bezieht sich der Biegedorn bei dieser Vorrichtung auf das Biegen von ebenen Blechzuschnitten und nicht auf das Biegen von Rohren zu Rohrbögen.
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Ferner betrifft die
DE 197 49 369 A1 noch eine Werkzeugvorrichtung zum Biegen von Rohren mit einem biegsamen Dorn zur Abstützung im Rohrinneren, wobei der Biegevorgang zwischen wenigstens einem formenden Werkzeugteil, das zumindest im Wesentlichen quer zur Rohrachse bewegt wird, und wenigstens einem Gegenwerkzeugteil, das dem formenden Werkzeugteil gegenüberliegt, erfolgt. Die Vorrichtung umfasst weiterhin im hinteren Bereich einen Aufweitdorn, der zur Aufweitung in das dortige Ende des Rohrs eingeführt werden kann. Der Gliederdorn und der Aufweitdorn sind in Achsrichtung des Rohrs in Vorwärts- und Rückrichtung beweglich, sodass sie in das Innere des Rohrs verschiebbar bzw. aus diesem herausziehbar angeordnet sind.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Biegen von Rohren und das abschnittsweise Aufweiten zumindest eines Rohrabschnitts in einer Vorrichtung zu vereinen. Weiterhin soll eine nahezu beliebige Querschnittsform mittels des Aufweitelements realisierbar sein. Außerdem ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Biegevorrichtung zum Einbringen von Rohrbögen in insbesondere gerade Rohre zu schaffen.
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Die erstgenannte Aufgabe wird mit einem Biegedorn gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 13 betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also ein Biegedorn vorgesehen, bei dem das Aufweitelement mehrere am Umfang verteilte Spreizkörper aufweist, die in einer Ruheposition entlang einer durch die Mittellängsachse des Biegedorns verlaufenden Kontaktebene gegeneinander anliegen und in einer Aufweitposition einen definierten Spalt einschließen. Hierdurch wird eine wesentliche Verbesserung der zur Übertragung der Verformungskraft erforderlichen Spreizkraft erreicht, indem die einzelnen Spreizkörper radial nach außen bewegt werden. Im Gegensatz zu der durch den Stand der Technik bekannten geschlitzten Hülse werden die Körper durch die Spreizkörper so in eine definierte Position gebracht, sodass die erreichbare Genauigkeit wesentlich erhöht wird und ein Verformungswiderstand nicht auftritt. Weiterhin können auf diese Weise problemlos auch solche Querschnittserweiterungen realisiert werden, deren Querschnittsform von einer Kreisform abweicht, insbesondere also beispielsweise ovale oder auch eckige Querschnittsformen. Weiterhin kann die Erweiterung auch auf einzelne Umfangsbereiche beschränkt werden, um so beispielsweise eine parallel zur Längsachse verlaufende schmale Aufweitung zur Festlegung der Winkelstellung des so hergestellten gebogenen Rohrs zu einem Anschlusselement zu nutzen. Die Betätigung des Spreizkörpers erfolgt dabei mittels der relativen axialen Verlagerung benachbarter Konus- oder Keilkörper, worunter im Folgenden auch solche Körper verstanden werden sollen, die zumindest abschnittsweise die Form beispielsweise eines Kegels, eines Kegelstumpfs, einer Pyramide, eines Pyramidenstumpfs oder auch weiterer Körper aufweisen, deren Seitenebenen sich nicht in einem gemeinsamen Punkt schneiden, sodass also die Steigung in Bezug auf einzelne Spreizkörper abweichen kann.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird dadurch erreicht, dass der Biegedorn zur Herstellung von Rohrbögen zumindest ein relativ zu einem Dornschaft schwenkbeweglich angeordnetes Dornelement aufweist, um so mit demselben Biegedorn zugleich die gewünschte Rohrbiegung des zuvor geraden Rohrs, beispielsweise auch in verschiedenen Biegeebenen, einbringen und anschließend oder zugleich die Querschnittserweiterung in bestimmten Rohrabschnitten, die nicht zwingend mit den Endbereichen zusammenfallen, durchführen zu können. Eine Änderung der Position des Biegedorns innerhalb des Rohrs ist dabei nicht erforderlich. Vielmehr können die beiden Arbeitsschritte in derselben Vorrichtung in unmittelbarer Abfolge der Produktionsschritte durchgeführt werden, um so den Zeitaufwand für die Bearbeitung zu minimieren. Dabei wird der Biegedorn in an sich bekannter Weise zur Rohrbiegung eingesetzt.
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Dadurch, dass die Spreizkörper aus einem inkompressiblen Material, insbesondere aus einem Metall bestehen, wird zudem eine unerwünschte Verformung bei einer äußeren Krafteinwirkung auf den Spreizkörper, wie sie beispielsweise bei dem Biegevorgang auftritt, vermieden. Insbesondere wird also der Spreizkörper nicht durch die Biegekräfte verformt, was anderenfalls zu einem Einfallen des Rohrinnendurchmessers führen und das Herausziehen des Biegedorns wesentlich erschweren würde. Zugleich wird aber auch die gewünschte Geometrie des aufgeweiteten Bereichs mit zuverlässig reproduzierbarer Genauigkeit erreicht. Zudem ergibt sich so ein eindeutiges Verhältnis zwischen dem axialen Abstand der Konus- oder Keilkörper zueinander und der radialen Verlagerung der Spreizkörper, wodurch der Steuerungsaufwand deutlich reduziert ist.
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Einzelne Spreizkörper können umfangsseitig abweichende Gestaltungen aufweisen, um so beispielsweise ein nicht-rotationssymmetrisches Rohrprofil zu erzeugen. Eine andere besonders vorteilhafte Ausführungsform wird hingegen auch dadurch realisiert, dass die Spreizkörper als Gleichteile ausgeführt oder am Umfang gleich verteilt oder einzeln austauschbar sind, sodass das Aufweitelement modular aus den einzelnen Spreizkörpern zusammengesetzt werden kann und diese insbesondere auch bei Verschleiß bedarfsweise ausgetauscht werden können. Die Spreizkörper können darüber hinaus auch eine als Führung dienende Ausformung, beispielsweise nach dem Nut und Feder-Prinzip, aufweisen, um so beispielsweise die relative axiale Verlagerung der Spreizkörper zu verhindert.
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Die Spreizkörper könnten mit zumindest einem der Konus- oder Keilkörper derart verbunden sein, dass ein Herausfallen einzelner Spreizkörper auch dann ausgeschlossen ist, wenn sich der Biegedorn außerhalb des Rohrs befindet und ein Gegenlager für die Spreizkörper fehlt. Besonders einfach ist hingegen eine Ausgestaltung, bei welcher die Spreizkörper durch einen elastischen Ring zusammengehalten werden.
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Eine andere ebenfalls besonders Erfolg versprechende Abwandlung wird auch dadurch erreicht, dass jeder Konus oder Keilkörper zumindest abschnittsweise eine polygonale Querschnittsform mit einer der Anzahl der Spreizkörper entsprechenden Anzahl von Flächen aufweist, also mehrere dem Spreizkörper zugewandte ebene Kontaktflächen, um so die Kraftübertragung weiter zu verbessern und insbesondere eine Verlagerung, beispielsweise ein Verkippen der Spreizkörper relativ zu den Konus- oder Keilkörpern in Umfangsrichtung, zu verhindern.
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Weiterhin hat es sich bereits als besonders Erfolg versprechend erwiesen, wenn die Spreizkörper jeweils eine Umfangsfläche mit einem Radius aufweisen, welcher dem gewünschten Innendurchmesser des herzustellenden Rohrs entspricht. Dadurch, dass die Umfangsfläche der Soll-Geometrie der herzustellenden Querschnittserweiterung entspricht, wird eine wesentliche Verbesserung der Qualität durch eine optimale Maßhaltigkeit erreicht. Beispielsweise entspricht also der Radius des Kreisbogens einer jeweiligen Umfangsfläche des Spreizkörpers dem Innenradius des Rohrs mit der herzustellenden Querschnittserweiterung, der somit größer ist als der Radius des Biegedorns.
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Bei einer weiteren besonders praxisnahen Abwandlung, bei welcher ein erster Konus- oder Keilkörper mit einer rohrförmigen Dornstange und ein zweiter Konus- oder Keilkörper mit einem durch die Dornstange hindurchgeführten Dornstangengegenlager verbunden ist, wird die Betätigung des Aufweitelements in einfacher Weise an dem stirnseitigen Ende durch eine relative Verschiebung des koaxial angeordneten Dornstangengegenlagers gegenüber der diese einschließenden rohrförmigen Dornstange möglich, sodass die Handhabung wesentlich vereinfacht ist. Insbesondere kann die relative axiale Position problemlos von dem Bedienpersonal visuell überprüft werden.
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Die Krafteinleitung zur relativen axialen Verlagerung kann manuell oder automatisiert erfolgen. Beispielsweise eignet sich hierzu ein hydraulischer oder pneumatischer Hubkolben.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die das Aufweitelement einschließenden Konus- oder Keilkörper mittels einer Gewindespindel in Achsrichtung des Biegedorns voneinander weg oder zueinander hin beweglich.
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Der Biegedorn dient in der Praxis zur Herstellung von Rohrbögen, wobei bevorzugt das Dornelement um eine Achse quer zur Mittellängsachse des Biegedorns schwenkbeweglich ist, um so auch enge Biegeradien problemlos abbilden zu können. Hierzu ist das Dornelement zumindest abschnittsweise sphärisch, insbesondere als ein Kugelkopf ausgeführt.
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Weiterhin hat es sich bereits als besonders praxistauglich erwiesen, wenn das Dornelement mittels eines Verbindungselements mit einem im Wesentlichen konkaven Abschnitt an einem im Wesentlichen konvexen vorderen Endabschnitt des Dornschafts insbesondere lösbar fixiert ist, sodass ein kompakter und universell einsetzbarer Biegedorn geschaffen wird, welcher problemlos an unterschiedliche Einsatzbedingungen angepasst werden kann.
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Die zweitgenannte Aufgabe, eine Biegevorrichtung zum Einbringen von Rohrbögen in insbesondere gerade Rohre mittels eines Biegedorns der Biegevorrichtung zu schaffen, welcher zur Herstellung der Rohrbögen zumindest ein relativ zu einem Dornschaft quer zur Biegedornlängsachse schwenkbeweglich angeordnetes Dornelement aufweist, wird erfindungsgemäß durch zumindest zwei auf einem Dornstangengegenlager angeordnete, relativ zueinander in Richtung der Mittellängsachse des Biegedorns verschiebbare Konus- oder Keilkörper gelöst, die jeweils paarweise gegen ein diese umfangsseitig einschließendes Aufweitelement anliegen, wobei das Aufweitelement mehrere am Umfang gleichverteilte Spreizkörper aufweist, die in einer Ruheposition entlang einer durch die Mittellängsachse des Biegedorns verlaufenden Kontaktebene gegeneinander anliegen und in einer Aufweitposition einen definierten Spalt einschließen. Hierdurch wird nicht nur eine direkte Kraftübertragung von den radial nach außen beweglichen Spreizkörpern auf die Rohrinnenwandung, sondern zudem eine nahezu beliebige Formgebung bei der Querschnittserweiterung des Rohrs erreicht, die zugleich oder im Anschluss an den Biegevorgang des Rohrs erfolgen kann.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in einer geschnittenen Darstellung in
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1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Biegedorn;
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2 eine entlang der Linie II-II in 1 geschnittene, vergrößerte Ansicht.
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Der erfindungsgemäße Biegedorn 1 wird nachstehend anhand der 1 und 2 in einer geschnittenen Draufsicht sowie in einem vergrößerten Querschnitt näher dargestellt. Der Biegedorn 1 hat zur Herstellung von nicht gezeigten Rohrbögen ein relativ zu einem Dornschaft 2 quer zu einer Mittellängsachse 3 des Biegedorns 1 schwenkbeweglich angeordnetes Dornelement 4, welches mittels eines Verbindungselements 5 mit einem im Wesentlichen konkaven Abschnitt 6 an einem im Wesentlichen konvexen vorderen Endabschnitt 7 des Dornschafts 2 gehalten ist. Um das Rohr partiell aufzuweiten, hat der Biegedorn 1 zwei auf einem Dornstangengegenlager 8 angeordnete, relativ zueinander in Richtung der Mittellängsachse 3 verschiebbare Keilkörper 9, 10 mit gegenläufiger Steigung, gegen deren Außenseite ein Aufweitelement 11 formschlüssig anliegt. Das Aufweitelement 11 besteht dabei aus mehreren am Umfang gleichverteilt angeordneten Spreizkörpern 12, die durch einen elastisch verformbaren Ring 13 zusammengehalten werden. Die Spreizkörper 12 liegen entlang einer durch die Mittellängsachse 3 des Biegedorns 1 verlaufenden Kontaktebene 14 gegeneinander an, und sind zum Aufweiten des Rohrs radial nach außen beweglich. Um dabei eine hohe Genauigkeit zu erreichen, haben die Keilkörper 9, 10 umfangsseitig eine Polygonform mit einer der Anzahl der Spreizkörper 12 entsprechenden Anzahl von Flächen und eine Durchbrechung, welche das gegenüber einer Dornstange 15 verschiebbare Dornstangengegenlager 8 formschlüssig aufnimmt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Biegedorn
- 2
- Dornschaft
- 3
- Mittellängsachse
- 4
- Dornelement
- 5
- Verbindungselement
- 6
- konkaver Abschnitt
- 7
- konvexer Endabschnitt
- 8
- Dornstangengegenlager
- 9
- Keilkörper
- 10
- Keilkörper
- 11
- Aufweitelement
- 12
- Spreizkörper
- 13
- Ring
- 14
- Kontaktebene
- 15
- Dornstange
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19707228 A1 [0002]
- GB 2140338 A [0003]
- US 4123930 A [0004]
- DE 1090933 B [0005]
- DE 7324077 U [0007]
- DE 19749369 A1 [0009]
