DE102013103357B4

DE102013103357B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Biegen eines metallischen Rohrs

Info

Publication number: DE102013103357B4
Application number: DE102013103357.1A
Authority: DE
Inventors: Armin Zuber; Rafael Garcia Gomez; Johannes Lohn; Nils Wingenbach; Marius Rugge
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2013-04-04
Filing date: 2013-04-04
Publication date: 2015-02-05
Anticipated expiration: 2033-04-05
Also published as: DE102013103357A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Biegen eines metallischen Rohrs (1) mit einer Vorschubeinrichtung (2), mit welcher das Rohr (1) entlang seiner Längsachse (10) mit einer für das Rohr (1) vorgegebenen Nachführgeschwindigkeit vN0 verschoben werden kann, einer Heizeinrichtung (3), durch welche das Rohr (1) zum Erhitzen einer Biegezone (6) des Rohres (1) hindurchschiebbar ist, einer Biegeeinrichtung (5), durch welche das Rohr (1) nach dem Erhitzen durch die Heizeinrichtung (3) mit einem Biegemoment beaufschlagbar ist. Dabei ist weiterhin eine Steuereinheit (13) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, eine Nachführgeschwindigkeit vN des Rohres (1), welche durch die Vorschubeinrichtung (2) auf das Rohr (1) aufgebracht wird, und eine Abführgeschwindigkeit vA des Rohres (1), welche durch die Biegeeinrichtung (5) und die Vorschubeinrichtung (2) auf das Rohr (1) aufgebracht wird, während eines Heiz- und/oder Biegevorgangs derart einzustellen, dass gilt: 0,8·VN ≤ VA ≤ 0,95·VN mit 0,8·VN0 ≤ VA ≤ VN0 und mit 1,2·VN0 ≥ VN ≥ VN0.

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtung zum Biegen eines metallischen Rohrs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Biegen eines metallischen Rohrs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren sind beispielsweise aus der EP 1 857 195 A1 bekannt. Die dortige Biegevorrichtung weist eine Vorschubeinrichtung auf, mittels welcher ein darin aufgenommenes Rohr durch eine Heizeinrichtung, hindurchgeschoben werden kann. Zum Biegen des Rohres ist eine Biegeeinrichtung vorgesehen, welche mittels Biegerollen das Rohr greift und mit einem Biegemoment beaufschlagt. Für jede Biegung ist dabei das zu biegende Rohr an einem seiner geraden Enden in die Vorschubeinrichtung eingespannt, während an dem zu biegenden freien Ende die Biegeeinrichtung angreift. Zwischen Vorschubeinrichtung und Biegeeinrichtung befindet sich dabei die Heizeinrichtung, durch welche das Rohr zum Erwärmen durchgeführt ist. Das Rohr wird dabei mittels der Vorschubeinheit mit einer Nachführgeschwindigkeit V_N0 in axialer Richtung des Rohres fortbewegt, wobei die Heizeinrichtung das Rohr in der zuvor bestimmten Biegezone erwärmt. Durch die Erwärmung des Rohres ist dieses nun in der Biegezone deformierbar, so dass mittels der Biegeeinrichtung ein Biegemoment aufgebracht werden kann, wobei die Biegereinrichtung dabei das Rohr mit der Nachführgeschwindigkeit V_N0 in axialer Richtung des Rohres weiter bewegt. Das Biegemoment wird dabei so lange aufgebracht und die Biegeeinrichtung entsprechend verfahren, bis der gewünschte Biegewinkel mit dem gewünschten Biegeradius erreicht ist.
Ähnliche Vorrichtungen und Verfahren, die alle Merkmale des Oberbegriffs der Patentansprüche 1 beziehungsweise 9 aufweisen sind aus der DE 25 59 694 B2 und der DE 10 2004 003 681 A1 bekannt.
Ein durch eine solche Vorrichtung bzw. durch ein solches Verfahren gebogenes Rohr ist im Bereich der Biegezone in der 1 dargestellt. Wie daraus ersichtlich ist, hat das Rohr eine ursprüngliche Wandstärke von d₁, welche sich während des Biegevorgangs in der Biegezone jedoch verändert. Während das Rohr in der Biegezone an seinem Innenradius beziehungsweise seiner Innenkrümmung eine Wandstärkenverstärkung erfährt, tritt in der Biegezone am Außenradius beziehungsweise der Außenkrümmung des Rohres eine Wandstärkenreduzierung auf. Im Bereich des Innenradius beziehungsweise der Innenkrümmung ist somit die Wandstärke d₃ größer als die ursprüngliche Wandstärke d₁ des Rohres. Im Gegensatz dazu ist im Bereich der Biegezone die Wandstärke am Außenradius beziehungsweise der Außenkrümmung reduziert, so dass dort die Wandstärke eine Dicke d₂ aufweist, welche kleiner als die ursprüngliche Wandstärke d₁ ist. An der Außenkrümmung des gebogenen Rohres ist somit eine Wandstärkenreduzierung erfolgt, welche auch eine Reduzierung der Belastbarkeit und Stabilität des gebogenen Rohres in diesem Bereich zur Folge hat, wodurch das gebogene Rohr gegebenenfalls auftretenden Belastungen während des späteren Gebrauchs nicht standhält. Man kann daher auch sagen, dass an der Außenkrümmung des gebogenen Rohres eine Sollrissstelle vorhanden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, durch welche das Auftreten solcher Wandstärkenreduzierungen minimiert wird, so dass die Stabilität und Belastbarkeit des gebogenen Rohres erhöht ist.
Vorrichtungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1. Verfahrensgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Biegen eines metallischen Rohres weist zum einen eine Vorschubeinrichtung auf, mit welcher das Rohr entlang seiner Längsachse mit einer für das Rohr vorgegebenen Nachführgeschwindigkeit v_N0 verschoben werden kann. Zum anderen weist die erfindungsgemäße Vorrichtung sowohl eine Heizeinrichtung, durch welche das Rohr zum Erhitzen einer Biegezone des Rohres hindurchschiebbar ist, als auch eine Biegeeinrichtung auf, durch welche das Rohr nach dem Erhitzen durch die Heizeinrichtung mit einem Biegemoment beaufschlagbar ist. Erfindungsgemäß ist für die Vorrichtung auch noch eine Steuereinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, eine Nachführgeschwindigkeit V_N des Rohres, welche durch die Vorschubeinrichtung auf das Rohr aufgebracht wird und eine Abführgeschwindigkeit V_A des Rohres, welche durch die Biegeeinrichtung und die Vorschubeinrichtung auf das Rohr aufgebracht wird, während eines Heiz- und/oder Biegevorgangs derart einzustellen, dass gilt: 0,8·V_N ≤ V_A ≤ 0,95·V_N, wobei 0,8·V_N0 ≤ V_A ≤ V_N0 und 1,2·V_N0 ≥ V_N ≥ V_N0 und wobei ein Kraftsensor vorgesehen ist, der dazu ausgebildet ist, eine zwischen Vorschubeinrichtung und Biegeeinrichtung herrschende Kraft F entlang der Längsachse des Rohres während des Verschiebens des Rohres durch die Vorschubeinrichtung zu messen.
Durch eine derart ausgestaltete Vorrichtung zum Biegen eines metallischen Rohres ist es in verschiedener Art und Weise möglich, nunmehr einen Biegevorgang des Rohres durchzuführen, wobei die Wandstärkenreduzierung auf der Außenkrümmung des gebogenen Rohres minimiert ist, so dass die Stabilität und Belastbarkeit des gebogenen Rohres erhöht ist.
In einer ersten Ausführung kann das zu biegende Rohr in einem dem Biegevorgang vorgeschalteten Erwärmungsschritt in der Biegezone aufgeheizt werden, wobei die Vorschubeinrichtung das Rohr mit einer Nachführgeschwindigkeit V_N0 durch die Heizeinrichtung hindurch schiebt, während das freie Ende des Rohres durch die Biegeeinrichtung gegriffen und geführt ist. Die Biegeeinrichtung greift dabei das freie Ende derart, dass die Nachführgeschwindigkeit V_N, welche durch die Vorschubeinheit auf das Rohr aufgebracht wird und der ursprünglichen Nachführgeschwindigkeit V_N0 entspricht, entweder abgebremst wird und die Biegeeinrichtung mit einer Abführgeschwindigkeit V_A verlässt, welche kleiner ist als die Nachführgeschwindigkeit V_N0, oder aber erhöht wird, so dass die Abführgeschwindigkeit V_A weiterhin der Nachführgeschwindigkeit V_N0 entspricht. In beiden Fällen kommt es während des Verschiebens des Rohres nach dem Erhitzen in der Biegezone zu einem Materialstau, so dass durch diese Stauchung eine Wandstärkenerhöhung über die gesamte radiale Ausdehnung des Rohres im Bereich der Biegezone kommt.
Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass die Steuereinheit die Nachführgeschwindigkeit V_N und die Abführgeschwindigkeit V_A, welche mittels des durch die Biegeeinrichtung aufgebrachten Widerstandes auf das Rohr regelbar ist, derart einzustellen, dass die Abführgeschwindigkeit V_A zwischen 80% und 95% der Nachführgeschwindigkeit V_N des Rohres liegt, wobei die Abführgeschwindigkeit V_A zwischen 0,8 und 1 mal der ursprünglichen Nachführgeschwindigkeit V_N0 und die Nachführgeschwindigkeit V_N zwischen 1 und 1,2 der ursprünglichen Nachführgeschwindigkeit V_N0 entspricht. Dadurch erfährt das Rohr in seiner Biegezone, welche mittels der Heizeinrichtung erwärmt wurde und somit deformierbar ist, eine gezielte Stauchung, was zu einer gezielten Wandstärkenverdickung im Bereich er Biegezone über den gesamten radialen Umfang des Rohres führt. Nachfolgend kann das Rohr nun wie bereits aus den Stand der Technik bekannt ist, gebogen werden, wobei wiederum die Biegezone erhitzt wird. Dadurch ist die Biegezone wieder deformierbar und mittels der Biegeeinrichtung wird nunmehr, nachdem das Rohr mit seiner Biegezone die Heizeinrichtung passiert hat, mit einem Biegemoment beaufschlagt. Dabei erfährt die Biegezone im Bereich der Außenkrümmung die gewünschte eine Wandstärkenreduzierung. Diese Wandstärkenreduzierung hat nunmehr zur Folge, dass die Wandstärke der Außenkrümmung im Bereich der Biegezone nun zwar wieder abnimmt, jedoch nicht in dem aus dem Stand der Technik bekannten Maße, so dass insgesamt eine Wandstärkenverstärkung an der Außenkrümmung des gebogenen Rohren stattgefunden hat. Dies hat eine erhöhte Stabilität und Belastbarkeit des gebogenen Rohres zur Folge.
In einer zweiten Ausführung ist es natürlich auch möglich, die Wandstärkenverstärkung durch Stauchung mittels Einstellen der Nachführgeschwindigkeit V_N und der Abführgeschwindigkeit V_A und das Biegen des Rohres in einem Arbeitsschritt durchzuführen. Dazu wird das in die Vorschubeinrichtung eingespannte Rohr mit seinem freien Ende durch die Heizeinrichtung geführt und von der Biegeeinrichtung gegriffen. Das Rohr wird nunmehr mit der Nachführgeschwindigkeit V_N0 entlang seiner Längsachse verschoben, wobei die Abführgeschwindigkeit V_A solange der Nachführgeschwindigkeit V_N0 entspricht, bis die Biegezone durch die Heizeinrichtung geschoben und die Biegezone erwärmt wird. Jetzt wird durch die Steuereinheit veranlasst, das die Nachführgeschwindigkeit V_N des Rohres, welche durch die Vorschubeinrichtung auf das Rohr aufgebracht wird und die Abführgeschwindigkeit VA des Rohres, welche durch die Biegeeinrichtung und die Vorschubeinrichtung auf das Rohr aufgebracht wird, derart eingestellt werden, dass die Abführgeschwindigkeit VA zwischen 80% und 95% der Nachführgeschwindigkeit V_N des Rohres liegt, wobei die Abführgeschwindigkeit V_A zwischen 0,8 und 1 mal der ursprünglichen Nachführgeschwindigkeit V_N0 und die Nachführgeschwindigkeit V_N zwischen 1 und 1,2 der ursprünglichen Nachführgeschwindigkeit V_N0 entspricht. Hierbei ist allerdings zu beachten, dass die Längsachse des Rohres keine Gerade mehr darstellt, sondern ebenfalls gebogen ist. Dies hat zur Folge, dass die Richtungen der Nachführgeschwindigkeit V_N und der Abführgeschwindigkeit V_A des Rohres unterschiedlich sind. Jedoch wird auch in diesem Fall das Rohr während des Heiz- und Biegevorgangs gestaucht, so dass im Bereich der Biegezone wiederum eine Wandstärkenverstärkung erfolgt, die während des Biegevorgangs wieder reduziert wird. Als Endergebnis erhält man auch hierbei ein gebogenes Rohr, bei dem die Wandstärke der Außenkrümmung der Biegezone des Rohres im Vergleich zum Stand der Technik erhöht ist und somit eine Stabilitäts- und Belastungserhöhung stattgefunden hat.
Durch die Erfindung wird – wie durch die vorgenannten beiden Ausführungen beispielhaft beschrieben – die Reduzierung der Wandstärken an der Außenkrümmung in der Biegezone, also am Außenbogen, des gebogenen Rohres kompensiert, da das Rohr während des Heiz- und/oder Biegevorgangs schneller der Heizeinrichtung zugeführt wird, als die Biegeeinrichtung ein Abführen des Rohres zulässt. Die Steuerung der Nachführgeschwindigkeit V_N und der Abführgeschwindigkeit V_A kann dabei unterschiedlich erfolgen.
Zum einen kann dabei die Abführgeschwindigkeit V_A konstant gehalten werden, d.h., dass sie der ursprünglichen Nachführgeschwindigkeit V_N0 entspricht, während die Nachführgeschwindigkeit V_N erhöht wird. Zum anderen kann die Nachführgeschwindigkeit V_N während des Heiz- und/oder Biegevorgangs konstant auf der ursprünglichen Nachführgeschwindigkeit V_N0 gehalten werden, während die Abführgeschwindigkeit V_A, z.B. durch eine höhere Reibung durch die Biegeeinrichtung auf das Rohr, reduziert wird.
Allerdings sollte die Nachführgeschwindigkeit V_N maximal 20% größer sein als die Abführgeschwindigkeit V_A. Die Nachführung des Rohrmaterials für den Außenbogen durch die Stauchung resultiert nämlich auch in einer zusätzlichen Dicke der Wandstärke am Innenbogen des gebogenen Rohres. Erfolgt nämlich die Materialnachführung durch Stauchung zu schnell, wird mehr Material nachgeführt als gebogen werden kann. Dadurch weist der Bogen nicht mehr den vorgesehenen Fallraum auf, sondern ist im wahrsten Sinne des Wortes „verbogen“.
Um ein solches ungewolltes Verbiegen zu vermeiden, ist der Kraftsensor vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, eine zwischen Vorschubeinrichtung und Biegeeinrichtung herrschende Kraft F entlang der Längsachse des Rohres während des Verschiebens des Rohres durch die Vorschubeinrichtung zu messen. Dabei stellt die Steuereinrichtung die Nachführgeschwindigkeit VN und die Abführgeschwindigkeit VA des Rohres während eines Heiz- und/oder Biegevorgangs derart ein, dass die durch den Kraftsensor gemessene Kraft einen für das Rohr vorgegebenen Wert F max. unterschreitet. Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, dass niemals so viel Material durch Stauchung nachgeführt wird, dass der Biegevorgang nicht wunschgemäß durchgeführt werden kann. Der Bogen des zu biegenden Rohres weist vielmehr immer den vorgesehenen Fallraum auf, wobei die Wandstärke im Bereich des Außenbogens nunmehr erhöht ist.
Idealer Weise ist daher die Nachführgeschwindigkeit V_N zwischen 10% und 15% größer als die Abführgeschwindigkeit V_A, wobei auch hier die oben bereits erwähnten Einschränkungen der Nachführgeschwindigkeit V_N und der Abführgeschwindigkeit V_A in Bezug auf die ursprüngliche Nachführgeschwindigkeit V_N0 gelten. In der Praxis haben sich diese Geschwindigkeiten bewährt und zu sehr guten reproduzierbaren Ergebnissen geführt.
Nach einem anderen Gedanken der Erfindung ist der Heizeinrichtung eine Abkühleinrichtung nachgeschaltet. Durch eine solche Abkühleinrichtung ist es möglich, die Biegezone des zu biegenden Rohres nach deren Erwärmung vor bzw. während des Biegevorgangs wieder abzukühlen, vorzugsweise abzuschrecken. Durch eine solche Maßnahme wird das zu biegende Rohr gehärtet, was wiederum eine Qualitätssteigerung bedeutet. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Abkühleinrichtung zwischen der Heizeinrichtung und der Biegeeinrichtung angeordnet ist. Die erhitzte Biegezone ist somit relativ zeitnah nach dem Erhitzen mittels der Abkühleinrichtung abkühlbar, so dass der Schritt der Härtung erfolgen kann, ohne dass die erhitzte Biegezone bereits wesentlich auskühlen konnte, was die Qualität der Härtung herabsetzen würde.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Abkühleinrichtung als Abschreckbad ausgebildet, welches vorzugsweise aus zwei Kammern besteht, welche mit unterschiedlichen Kühlmitteldrücken beaufschlagt werden können. Durch diese Maßnahme ist es ermöglicht, die Biegezone radial über den gesamten Umfang des Rohres gleichmäßig abzukühlen, da die Wärme sehr gleichmäßig abgeführt werden kann.
Das Abschreckbad kann dabei eine Zentrierbuchse für das Rohr aufweisen, deren Abstand zu den Kammern des Abschreckbades über dessen gesamte axiale Ausdehnung äquidistant ist. Auch diese Maßnahme zielt wieder auf ein gleichmäßiges Abkühlen beziehungsweise Abschrecken der Biegezone des gebogenen beziehungsweise zu biegenden Rohres ab. Auch hierdurch ist die Qualität der Härtung nochmals erhöht.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist die Heizeinrichtung als Induktor, vorzugsweise als Ringspule ausgebildet. Durch einen solchen Induktor beziehungsweise eine solche Ringspule ist es in einfacher Weise möglich, das Rohr im Bereich der Biegezone gleichmäßig und sehr gezielt auf die gewünschte Temperatur zu erhitzen, was zugleich sehr energieeffizient durchführbar ist.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Biegeeinrichtung bewegliche Biegerollen aufweist, welche an einem Hebelarm gelagert oder von einem Roboter geführt werden. Hierdurch ist es möglich, mittels der Steuereinheit die Abführgeschwindigkeit V_A des Rohres sehr genau zu regeln, so dass die gesamte Steuerung der Anlage, insbesondere die genaue Abstimmung der Nachführgeschwindigkeit V_N und der Abführgeschwindigkeit V_A aufeinander, sehr gezielt und exakt erfolgen kann. Ein Roboter für die Führung der Biegerollen ist dabei bevorzugt, da damit verschiedene Biegeradien und Biegewinkel für unterschiedliche Rohre realisiert werden können. Ein einfacher Hebelarm zur Führung der Biegerollen ist nicht derart flexibel einsetzbar.
Um unnötige Spannungen während des Biegens des Rohres innerhalb des Rohres zu vermeiden, insbesondere, wenn große Bögen größer 45° gebogen werden müssen, ist es vorgesehen, dass die Biegeeinrichtung zusätzlich zu den Biegerollen einen Greifer aufweist, der das Rohr direkt im Anschluss an die Heizeinrichtung bzw. Abkühleinrichtung greift und die Biegeeinrichtung beim Biegen des Rohres unterstützt. Durch diesen Greifer können Spannungen abgefangen werden, so dass innerhalb der Biegezone keine zusätzlichen Spannungen aufgrund des hohen Biegemomentes über einen großen Hebelarm der an den Biegerollen der Biegeeinrichtung angreift entstehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Biegen eines metallischen Rohres zeichnet sich dadurch aus, dass das Rohr entlang seiner Längsachse verschoben wird, entlang einer Biegezone des Rohres erhitzt wird, nach dem Erhitzen mit einem Biegemoment beaufschlagt wird, wobei eine Nachführgeschwindigkeit V_N des Rohres und eine Abführgeschwindigkeit V_A des Rohres während eines Heiz- und/oder Biegevorgangs derart eingestellt wird, dass gilt: 0,8·V_N ≤ V_A ≤ 0,95·V_N mit 0,8·V_N0 ≤ V_A ≤ V_N0 und mit 1,2·V_N0 ≥ V_N ≥ V_N0 und wobei ein Kraftsensor eine zwischen Vorschubeinrichtung und Biegeeinrichtung herrschende Kraft F entlang der Längsachse des Rohres während des Verschiebens des Rohres durch die Vorschubeinrichtung misst.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen:
1: ein mit einem/einer aus den Stand der Technik bekannten Verfahren/Vorrichtung gebogenes Rohr,
2: ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgmäßen Vorrichtung mit einem darin angeordneten zu biegenden Rohr,
3 die Vorrichtung der 2 nach Abschluss des Biegevorgangs,
4: ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgmäßen Vorrichtung mit einem darin angeordneten zu biegenden Rohr,
5 die Vorrichtung der 4 nach Abschluss des Biegevorgangs,
In der 1 ist das bereits in der Beschreibungseinleitung näher erläuterte Rohr 1, welches nach dem Stand der Technik gebogen ist, dargestellt. Deutlich zu erkennen ist dabei die Wandstärkenveränderung im Bereich der Biegezone an der Außen- und Innenkrümmung. Während an der Innenkrümmung eine Wandstärkenerhöhung auf eine Dicke d₃ stattgefunden hat, welche größer ist als die ursprüngliche Wanddicke d₁ des Rohres 1, hat an der Außenkrümmung eine Wandstärkenreduzierung stattgefunden. Die Wandstärke des Rohres an der Außenkrümmung weist hierbei nur noch die Dicke d₂ auf, die geringer ist als die Wandstärke d₁ des Ausgangsrohres.
In den 2 bis 5 sind nunmehr zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, welche nachfolgend genauer und detaillierter beschrieben werden.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt 2. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einer Vorschubeinrichtung 2, einer Heizeinrichtung 3, einer Abkühleinrichtung 4, einer Biegeeinrichtung 5 und einer Steuereinheit 13. Die Vorschubeinrichtung 2 ist dabei dazu ausgebildet, ein Rohr 1 aufzunehmen und entlang seiner Längsachse 10 mit einer ursprünglichen, für das Rohr 1 vorgegebenen, Nachführgeschwindigkeit V_N0 in Richtung des Induktors 7 zu verschieben. Mit dieser Nachführgeschwindigkeit V_N0 wird das Rohr 1 durch den Induktor hindurchgeschoben und ebenfalls durch die nachfolgend angeordnete Kühleinrichtung 4 sowie die dahinter angeordnete Biegeeinrichtung 5. Wenn der Bereich des Rohres 1, welcher gebogen werden soll durch den Induktor 7 hindurchgeschoben wird, veranlasst die Steuerung 13, dass der Induktor stromdurchflossen wird und somit diesen Bereich des Rohres 1, welcher gebogen werden soll, erhitzt. Das Rohr 1 wird dabei dann von der Biegeeinrichtung 5, welche vorliegend durch einen Roboter 8 ausgebildet ist, mittels Biegerollen 9 gegriffen.
Nun bestehen zwei unterschiedliche Möglichkeiten für die weitere Vorgehensweise.
In einer ersten Vorgehensweise wird das Rohr ohne zu biegen gestaucht, so dass in einer Biegezone 6 eine Wandstärkenverdickung über den gesamten radialen Umfang des Rohres 1 erfolgt. In einem ersten Modus wird dabei die Nachführgeschwindigkeit V_N, die durch die Vorschubeinrichtung 2 auf das Rohr 1 aufgebracht wird, entsprechend der ursprünglichen Nachführgeschwindigkeit V_N0 eingestellt.
In einem ersten Modus a) wird durch die Biegerollen 9 der Biegeeinrichtung 5 dem Rohr 1 nunmehr ein erhöhter Widerstand entgegengesetzt, so dass die Abführgeschwindigkeit V_A des Rohres 1 in diesem Ausführungsbeispiel 87,5% der ursprünglichen Nachführgeschwindigkeit VN 0 entspricht, Dadurch kommt es im Bereich der Biegezone 6 zu der bereits angesprochenen Wandstärkenverdickung. Durch die Verringerung der Abführgeschwindigkeit V_A wird dabei eine Kraft F in Richtung der Vorschubeinrichtung parallel zur Längsachse 10 des Rohres 1 aufgebaut. Diese Kraft F kann mittels eines Kraftsensors 12, welcher der Biegeeinrichtung 5 zugeordnet ist, gemessen werden. Sobald die Kraft F einen für das Rohr charakteristischen Kraftwert F_max übersteigt wird die Abführgeschwindigkeit V_A wieder erhöht, indem der Widerstand, welchen die Biegeeinrichtung 5 auf das Rohr 1 ausübt, reduziert wird, bis der Kraftwert F unterhalb des für das Rohr 1 zulässigen Kraftwertes F_max gefallen ist.
In einem zweiten Modus b), wird die Nachführgeschwindigkeit V_N auf 112,5% der ursprünglichen Nachführgeschwindigkeit V_N0 erhöht, während die Abführgeschwindigkeit V_A auf dem ursprünglichen Wert der Nachführgeschwindigkeit V_N0 gehalten wird. Auch hierbei erfolgt durch die Geschwindigkeitsunterschiede eine Stauchung des Rohres 1 im Bereich er Biegezone 6, so dass es dort zu einer Wandstärkenverdickung kommt.
Nachdem das Rohr 1 nunmehr im Bereich der Biegezone 6 eine Wandstärkenverdickung erfahren hat, kann es in diesem Bereich in einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren in der erfindungsgemäßen Vorrichtung gebogen werden, indem das Biegen derart stattfindet, dass sowohl die Nachführgeschwindigkeit V_N als auch die Abführgeschwindigkeit V_A der ursprünglichen Nachführgeschwindigkeit V_N0 entsprechen.
In einer zweiten möglichen Vorgehensweis findet der Stauchungs- und Biegeprozess während eines einmaligen Verfahrens des Rohres durch die Vorschubeinrichtung 12 in einem einzigen Verfahrensschritt statt. Auch hierbei ist es möglich, die unterschiedlichen Modi a) und b), wie für die zuvor beschriebene erste Vorgehensweise, für die Nachführgeschwindigkeiten V_N und V_N0 sowie die Abführgeschwindigkeit V_A entsprechend durchzuführen. Eine entsprechende Darstellung dieses Verfahrens findet sich in der 3. Hierbei wird während des Verfahrens des Rohres 1 durch die Vorschubeinrichtung 2, nachdem ein freies Ende des Rohres durch die Biegeeinrichtung 5 bzw. durch die der Biegeeinrichtung 5 zugeordneten Biegerollen gegriffen wurde, in dem Bereich, indem es gebogen werden soll, durch die Heizeinrichtung 3 beziehungsweise den Induktor 7 erhitzt und nachfolgend in der Biegezone 6 gebogen, indem durch die Biegeeinrichtung 5 ein entsprechendes Biegemoment auf das Rohr 1 aufgebracht wird. Dadurch dass auch hierbei Geschwindigkeitsunterschiede zwischen der Nachführgeschwindigkeit V_N und der Abführgeschwindigkeit V_A, bestehen wird das Rohr 1 auch hier in der Biegezone 6, in welcher das Rohr 1 erwärmt ist, gestaucht, so dass dort über den gesamten radialen Umfang des Rohres 1 eine Wandstärkenverdickung stattfindet. Diese Wandstärkenverdickung wird im Bereich der Außenkrümmung während des Biegens wieder reduziert. Allerdings wird dadurch die Wandstärke im Bereich der Außenkrümmung des Rohres gegenüber dem Stand der Technik deutlich erhöht, so dass ein deutlich stabileres und belastbareres gebogenes Rohr 1 gebildet ist.
Um die Qualität des Rohres 1 im gebogenen Bereich zu erhöhen, ist nachfolgend der Biegezone 6 die Abkühleinrichtung 4 angeordnet, mittels welcher das erhitzte Rohr 1 nachdem es in der Biegezone gebogen wurde, abgeschreckt werden kann. Durch dieses Abschrecken erfährt das Rohr im Bereich seiner Biegung eine Härtung, so dass auch dadurch die Qualität beziehungsweise Belastbarkeit des gebogenen Rohres nochmals verbessert ist.
Obwohl in den 2 und 3 die Steuereinheit 13 an der Vorschubeinrichtung 2 angeordnet ist, bestehen natürlich auch Verbindungen der Steuereinheit 13 zu der Heizeinrichtung 3 beziehungsweise dem Induktor 7, der Abkühleinrichtung 4, der Biegeeinrichtung 5 und dem Kraftsensor 12, die allerdings der Übersichtlichkeit halber in den Figuren nicht dargestellt sind. Die Biegeeinrichtung 5 ist in den 3 und 2 als Roboter 8 ausgebildet.
Die 4 und 5 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welches im Wesentlichen der Vorrichtung der 2 und 3 entspricht. Allerdings ist bei dieser Vorrichtung zwischen der Abkühleinheit 4 und der Biegeeinrichtung 5 beziehungsweise den Biegerollen 9 ein zusätzlicher Greifer 11 angeordnet, welcher dazu ausgebildet ist, das Rohr nach Durchlaufen der Abkühleinrichtung 4 fest zu greifen. Auch dieser zusätzliche Greifer, an dem im vorliegenden Ausführungsbeispiel auch der Kraftsensor 12 angeordnet ist, wird mittels eines Roboters 5 bewegt. Aufgabe des zusätzlichen Greifers 11 ist es, während des Biegens des Rohres 1 Spannungen im Rohr 1 abzufangen, die durch den großen Hebelarm auftreten können, welcher zwischen der Biegezone 6 und der Biegeeinrichtung 5 auftreten können und die Biegeeinrichtung 5 beim Biegeprozess beziehungsweise beim Aufbringen des Biegemomentes auf das Rohr 1 zu unterstützen. Somit ist nochmals die Qualität des gebogenen Rohres 1 im Bereich seiner Biegung erhöht, da während des Biegeprozesses dort weniger Spannungen auftreten.
Bezugszeichenliste

1: Rohr
2: Vorschubeinrichtung
3: Heizeinrichtung
4: Abkühleinrichtung
5: Biegeeinrichtung
6: Biegezone
7: Induktor
8: Roboter
9: Biegerollen
10: Längsachse
11: Greifer
12: Kraftsensor
13: Steuereinheit

Claims

Vorrichtung zum Biegen eines metallischen Rohrs (1) mit einer Vorschubeinrichtung (2), mit welcher das Rohr (1) entlang seiner Längsachse (10) mit einer für das Rohr (1) vorgegebenen Nachführgeschwindigkeit v_N0 verschoben werden kann, einer Heizeinrichtung (3), durch welche das Rohr (1) zum Erhitzen einer Biegezone (6) des Rohres (1) hindurchschiebbar ist, einer Biegeeinrichtung (5), durch welche das Rohr (1) nach dem Erhitzen durch die Heizeinrichtung (3) mit einem Biegemoment beaufschlagbar ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (13) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, eine Nachführgeschwindigkeit v_N des Rohres (1), welche durch die Vorschubeinrichtung (2) auf das Rohr (1) aufgebracht wird, und eine Abführgeschwindigkeit v_A des Rohres (1), welche durch die Biegeeinrichtung (5) und die Vorschubeinrichtung (2) auf das Rohr (1) aufgebracht wird, während eines Heiz- und/oder Biegevorgangs derart einzustellen, dass gilt: 0,8·V_N ≤ V_A ≤ 0,95·V_N mit 0,8·V_N0 ≤ V_A ≤ V_N0 und mit 1,2·V_N0 ≥ V_N ≥ V_N0. und wobei ein Kraftsensor (12) vorgesehen ist, der dazu ausgebildet ist, eine zwischen Vorschubeinrichtung (2) und Biegeeinrichtung (5) herrschende Kraft F entlang der Längsachse (10) des Rohres (1) während des Verschiebens des Rohres (1) durch die Vorschubeinrichtung (2) zu messen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) dazu ausgebildet ist, die Nachführgeschwindigkeit v_N und die Abführgeschwindigkeit v_A des Rohres (1) während eines Heiz- und/oder Biegevorgangs derart einzustellen, dass die durch den Kraftsensor (12) gemessene Kraft F einen für das Rohr (1) vorgegebenen Wert F_max unterschreitet.
Vorrichtung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizeinrichtung (3) eine Abkühleinrichtung (4) nachgeschaltet ist, die vorzugsweise vor der Biegeeinrichtung (6) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühleinrichtung (4) als Abschreckbad ausgebildet ist, welches vorzugsweise aus zwei Kammern gebildet ist, welche mit unterschiedlichen Kühlmitteldrücken beaufschlagt werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschreckbad eine Zentrierbuchse für das Rohr (1) aufweist, deren Abstand zu den Kammern des Abschreckbades über dessen gesamte axiale Ausdehnung äquidistant ist.
Vorrichtung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (3) als ein Induktor (7), vorzugsweise als Ringspule, ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegeeinrichtung (6) bewegliche Biegerollen (9) aufweist, welche an einem Hebelarm gelagert oder von einem Roboter (8) geführt werden.
Vorrichtung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegeeinrichtung (6) zusätzlich zu den Biegerollen (9) einen Greifer (11) aufweist, der das Rohr (1) direkt im Anschluss an die Heizeinrichtung (3) bzw. Abkühleinrichtung (4) greift.
Verfahren zum Biegen eines metallischen Rohrs (1), wobei das Rohr (1) a) entlang seiner Längsachse (10) verschoben wird, b) entlang einer Biegezone (6) des Rohres (1) erhitzt wird, c) nach dem Erhitzen mit einem Biegemoment beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nachführgeschwindigkeit v_N des Rohres (1) und eine Abführgeschwindigkeit v_A des Rohres (1) während eines Heiz- und/oder Biegevorgangs derart eingestellt wird, dass gilt: 0,8·V_N ≤ V_A ≤ 0,95·V_N mit 0,8·V_N0 ≤ V_A ≤ V_N0 und mit 1,2·V_N0 ≥ V_N ≥ V_N0. und wobei ein Kraftsensor (12) eine zwischen Vorschubeinrichtung (2) und Biegeeinrichtung (5) herrschende Kraft F entlang der Längsachse (10) des Rohres (1) während des Verschiebens des Rohres (1) durch die Vorschubeinrichtung (2) misst.