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Die Erfindung betrifft ein Innenbiegewerkzeug für Rohre, insbesondere Mehrschichtverbundrohre, mit einem vorgegebenen Innendurchmesser. Ebenso betrifft die Erfindung eine Verwendung eines zylindrischen Grundkörpers als Innenbiegehilfe sowie ein Verfahren zum Biegen eines Rohres, insbesondere Mehrschichtverbundrohres.
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Bei der Verlegung und Installation von Rohren müssen diese bei Richtungswechseln gebogen werden. Dabei kommt es auf die Einhaltung von minimalen Radien und minimalen Durchmesserveränderungen an, um die Strömungseigenschaften eines Fluides durch das Rohr nicht nachteilig zu beeinflussen. Dieses gilt insbesondere bei der Verlegung von Rohren einer Trinkwasseranlage, aber auch für Heizungsanlagen oder einer Gasversorgungsanlage. Beim Biegen von Rohren ohne Innenbiegewerkzeug kann es zu ungewünschten äußeren Abflachungen oder zu inneren Knicken des Rohres kommen, wenn der Biegeradius einen bestimmten Wert unterschreitet. Da das Biegen in aller Regel auf der Baustelle manuell durchgeführt wird, ist ein Innenbiegewerkzeug ein wichtiges Hilfsmittel.
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Im Stand der Technik werden bisher Innenbiegewerkzeuge in Form einer wendelförmig gebogenen metallischen Feder, einer sogenannten Biegefeder eingesetzt. Dabei wird bevorzugt verzinkter Stahl zur Herstellung einer Biegefeder verwendet. Beim Einsatz dieser Biegefeder treten aber die folgenden Nachteile auf.
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Die aus einem verzinkten Draht gewickelten Biegefedern beschädigen beim Einschieben in das Rohr, während des Biegens und/oder beim anschließenden Herausziehen die Oberfläche der inneren Oberfläche, also insbesondere eines Inliners. Insbesondere bei Systemen, bei denen die Rohre mittels Verpressen mit Fittingen verbunden werden, bilden die inneren Oberflächen einen Teil des Abdichtungssystems, so dass Beschädigungen an den inneren Oberflächen zu Undichtigkeiten führen können. Für derartige Systeme werden oftmals Mehrschichtverbundrohre verwendet, die aus außen und innen liegenden Kunststoffschichten und einer davon eingeschlossenen Metallschicht, insbesondere aus Aluminium bestehen. Die Beschädigungen der inneren Oberfläche sind insbesondere Längsriefen durch das Verschieben des Innenbiegewerkzeugs und Abdrücke der einzelnen Windungen vor allem in außen liegenden Segmenten der Innenoberfläche im Bereich der Biegung selbst. Denn das harte Metall der Biegefeder drückt sich leicht in die Kunststoffoberfläche ein.
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Mit der Biegefeder können zudem Fremdpartikel mit in das Rohr, insbesondere in das Trinkwasserrohr eingebracht werden. Diese können sowohl auf der Oberfläche liegen wie auch zwischen den Windungen der Feder eingeklemmt sein, die sich beim Biegen öffnen und dann ins Rohr gelangen. Eine solche Verunreinigung ist insbesondere bei Trinkwasserleitungen unerwünscht.
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Grundsätzlich kann es eine hygienisch einwandfreie Biegefeder aus Metall nicht geben, da nur die Außenseite der Windungen gereinigt werden kann. Verschmutzungen wie normaler Bauschmutz wie Staub, aber auch Fäkalkeime, Öle oder Rostschutzmittel können somit insbesondere während des Biegens durch Öffnen der Windungen in das Innere des Rohres gelangen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein verbessertes Innenbiegewerkzeug sowie ein verbessertes Verfahren zum Biegen von Rohren anzugeben.
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Das zuvor aufgezeigte technische Problem wird erfindungsgemäß zunächst durch ein Biegewerkzeug für Rohre, insbesondere Mehrschichtverbundrohre, mit einem vorgegebenen Innendurchmesser, mit einem zylinderförmigen Grundkörper gelöst, wobei der zylinderförmige Grundkörper einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner als der Innendurchmesser des zu biegenden Rohres ist, und wobei der Grundkörper aus einem flexiblem Material hergestellt ist.
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Darüber hinaus wird das technische Problem erfindungsgemäß durch die Verwendung eines zylinderförmigen Grundkörpers als Innenbiegewerkzeug für Rohre, insbesondere Mehrschichtverbundrohre, mit einem vorgegebenen Innendurchmesser gelöst, wobei der zylinderförmige Grundkörper einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner als der Innendurchmesser des zu biegenden Rohres ist, und wobei der Grundkörper aus einem flexiblem Material hergestellt ist.
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Schließlich wird das aufgezeigte technische Problem durch ein Verfahren zum Biegen eines Rohres, insbesondere Mehrschichtverbundrohres, mit einem vorgegebenen Innendurchmesser gelöst, bei dem ein zylinderförmiger Grundkörper eines Innenbiegewerkzeugs zumindest in den zu biegenden Abschnitt des Rohres eingeführt wird, bei dem das Rohr zusammen mit dem zylinderförmigen Grundkörper gebogen wird und bei dem anschließend der zylinderförmiger Grundkörper aus dem Rohr herausgezogen wird, wobei die gebogene Form des Rohres im Wesentlichen beibehalten wird.
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Somit kommt ein Innenbiegewerkzeug mit einem zylindrischen Grundkörper beim Biegen des Rohres zum Einsatz, der eine glatte Oberfläche aufweist und aus einem vollen Material besteht. Unter einem zylindrischen Grundkörper wird insbesondere ein Rundstab verstanden. Unter einer zylindrischen Form wird im Rahmen der Erfindung auch eine Form auch leichte Abweichungen von einer reinen zylindrischen Form mit graduell unterschiedlichen Radien über die Längserstreckung verstanden. Die Erfindung gibt somit im Unterschied zu einer bekannten Biegefeder einen im Wesentlichen zylindrischen Vollkörper an, dessen Oberfläche leicht von gegebenenfalls vorhandenen Verunreinigungen befreit werden kann.
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Der Grundkörper besteht aus einem flexiblem Material, das sich elastisch verformen lässt und nach einer Belastung wieder in seine ursprüngliche Form zurück gebracht werden kann oder von selbst zurückkehrt. Durch das flexible Material werden während des Biegens des Rohres Abflachungen und Knicke in der Rohrwandung vermieden. Insbesondere bewirkt das flexible Material beim Biegen des Rohres, dass das Innenvolumen im Bereich der Biegung einen im Wesentlichen unveränderten Querschnitt aufweist und das Rohr auch im Bereich der so hergestellten Biegung strömungstechnisch im Wesentlichen gleich bleibt.
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Die glatte Oberfläche ermöglicht zudem ein Biegen des Rohres und ein anschließendes Herausziehen aus dem Rohr ohne Beschädigung der innen liegenden Oberfläche des Rohres. Denn während des Biegens des Rohres und des anschließenden Herausziehens liegt die glatte Oberfläche des zylindrischen Grundkörpers an der glatten Innenoberfläche des Rohres an, so dass auch bei starken Biegekräften keine Verletzungen der Innenoberfläche des Rohres auftreten.
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Eine für die meisten Anwendungen geeignete Länge des Grundkörpers beträgt ca. 100 bis 150 cm. Der Durchmesser ist bevorzugt ca. 1 mm kleiner als der Innendurchmesser des zu biegenden Rohres und liegt beispielsweise im Bereich von 10 bis 15 mm. Als minimaler Biegeradius hat sich ein Wert in der Größe vom zweifachen Durchmesser des Grundkörpers als bevorzugt herausgestellt.
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In bevorzugter Weise ist der Grundkörper aus einem thermoplastischem Material, insbesondere aus einem thermoplastischen Polyurethan (TPU) hergestellt. Dieses Material ist besonders gut geeignet, da der daraus hergestellte zylindrische Grundkörper leicht gebogen und verformt und somit leicht aus einem fertig gebogenen Rohr unter Beibehaltung der gebogenen Form des Rohres herausgezogen werden kann.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Grundkörper aus einem gesundheitlich und hygienisch unbedenklichen Material hergestellt ist. Dieses gilt insbesondere für das zuvor genannte thermoplastische Polyurethan, aber auch andere Materialien sind hierfür geeignet. Somit kann das Innenbiegewerkzeug auch bei Rohren von Trinkwasseranlagen eingesetzt werden. Die entsprechenden Vorgaben beispielweise durch die Leitlinie zur hygienischen Beurteilung von organischen Materialien in Kontakt mit Trinkwasser (KTW-Leitlinie) oder durch das DVGW Arbeitsblatt W270 des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches e. V. können somit eingehalten werden.
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Die zuvor beschriebene Innenbiegehilfe soll zudem für eine Mehrzahl von verschiedenen Rohren geeignet sein. So gibt es beispielsweise Kunststoffrohre mit Außendurchmesser von 16 mm oder 20 mm, die jeweils einen anderen Innenaufbau aufweisen oder aus verschiedenen Materialien bestehen. Damit sind unterschiedliche Wandstärken bei gleichen Außendurchmesser verbunden, so dass die Innendurchmesser variieren. So können beispielsweise Rohre der Klasse 16 mm Außendurchmesser Innendurchmesser zwischen 11,5 mm und 12,1 mm aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der beschriebenen Innenbiegehilfe ist der Außendurchmesser des Grundkörpers kleiner als der kleinsten Innendurchmesser einer Mehrzahl von Rohren, die zu einer Klasse von Rohren mit gleichen Außendurchmessern aber mit unterschiedlichen Innendurchmessern gehören. Dabei wird dann durch eine geeignete Wahl des Materials und durch Einhaltung eines minimalen Biegeradius sichergestellt, dass das Rohr beim Biegen weder kollabiert oder einknickt, wenn der Innendurchmesser des Rohres groß ist, und dass die Innebiegehilfe nach dem Biegen nicht in dem gebogenen Abschnitt festklemmt und nur erschwert oder gar nicht herausgezogen werden kann, wenn der Innendurchmesser klein ist.
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In bevorzugter Weise ist für eine Innenbiegehilfe mit einem Außendurchmesser (AD) ein minimaler Biegeradius (BR
min) der zu biegenden Rohre (
20) vorgegeben, sind der Innendurchmesser (ID) und die Wandstärke (W) des Rohres vorgegeben und liegt der Wert eines Parameters τ im Bereich von 0,25 bis 0,35, insbesondere 0,27 bis 0,33, wobei der Parameter τ berechnet wird nach der Formel
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Dieser Wertebereich hat sich als vorteilhaft herausgestellt, um eine Innenbiegehilfe für eine Klasse von Rohren mit gleichen Außendurchmessern aber unterschiedlichen Innendurchmessern zu dimensionieren. Innenbiegehilfen, deren Parameter τ in den genannten Wertebereichen liegt, können für Rohre mit unterschiedlichen Innendurchmessern innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs eingesetzt werden.
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Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn der minimale Biegeradius (BRmin) in Abhängigkeit vom Durchmesser (D) des Rohres bestimmt wird, wobei vorzugsweise der minimale Biegeradius (BRmin) gleich dem 2-fachen des Durchmessers (D) des Rohres ist. Somit kann für alle Rohre auch für unterschieldiche Klassen von Rohren, die Dimensionierung des Grundkörpers der Innenbiegehilfe in einfacher und zuverlässiger Weise erfolgen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen
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1 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Innenbiegewerkzeug für Rohre in Form einer Biegefeder,
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2 ein Rohr in einer geschnittenen Seitenansicht nach einer Bearbeitung mit Hilfe der Biegefeder nach 1,
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3 ein erfindungsgemäßes Innenbiegewerkzeug, das teilweise in ein Rohr eingeführt ist,
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4 das gebogenes Rohr mit eingesetztem Innenbiegewerkzeug und
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5 das gebogene Rohr mit teilweise herausgezogenem Innenbiegewerkzeug.
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1 zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes Innenbiegewerkzeug 2 aus einer Biegefeder, die aus einem verzinkten Metalldraht gebogen ist. An jeder Stelle der Längsachse kann diese Biegefeder gebogen werden und ein Rohr von innen stützen, so dass das Rohr nicht abknicken oder abflachen kann.
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2 zeigt ein Rohr 4 in einer geschnittenen Seitenansicht, nachdem das Rohr 4 wieder in eine etwa gerade Form zurückgebogen und aufgeschnitten worden ist. Das dargestellte Rohr ist eine Mehrschichtverbundrohr mit einer außen liegenden Kunststoffschicht 4a, einer innen liegenden Kunststoffschicht 4c und einer dazwischen liegenden Metallschicht 4b aus Aluminium. An der innen liegenden Oberfläche des Rohres 4 sind zum einen Längsriefen 6 zu erkennen, die durch das Verschieben der Biegefeder 2 entlang des Rohres 4 entstanden sind. Des Weiteren sind Abdrücke bzw. Eindrücke 8 der Windungen der Biegefeder 2 an der Innenseite des Rohres 4 zu erkennen, die insbesondere im Bereich der Biegung und der damit verbundenen starken Anlagekräfte zwischen der Biegefeder 2 und dem Rohr 4 ergeben haben.
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Die Erfindung will gerade solche Beeinträchtigungen der Innenoberfläche von Rohren verhindern.
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In den 3 bis 5 wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Innenbiegewerkzeugs 10 für ein Rohr 20 gezeigt, das vorliegend ebenfalls als Mehrschichtverbundrohr ausgebildet ist. Das Rohr 20 weist einen vorgegebenen Innendurchmesser D1 auf. Das Innenbiegewerkzeug 10 wird durch einen zylinderförmigen Grundkörper 12 realisiert, wobei der zylinderförmige Grundkörper 12 einen Außendurchmesser D2 aufweist, der kleiner als der Innendurchmesser D1 des zu biegenden Rohres 20 ist. Der Grundkörper 12 ist aus einem flexiblem Material hergestellt, so dass der Grundkörper 12 bei der nachfolgend beschriebenen Biegung im Wesentlichen seinen vorgegebenen Querschnitt beibehält und während des Biegens ein Abknicken oder Abflachen des Rohres 20 verhindert.
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Der Grundkörper 12 besteht aus einem thermoplastischen Material, insbesondere aus einem thermoplastischen Polyurethan (TPU). Dieses Material ist besonders für die Anforderungen eines Innenbiegewerkzeugs geeignet. Zusätzlich ist dieses Material auch gesundheitlich und hygienisch unbedenklich, da es insbesondere für Trinkwasseranwendungen zugelassen ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Biegen eines Rohres 20, insbesondere Mehrschichtverbundrohres, wird durch die Abfolge der 3 bis 5 erläutert.
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Im ersten in 3 gezeigten Schritt wird der zylinderförmige Grundkörper 12 des Innenbiegewerkzeugs 10 in den zu biegenden Biegebereich 22 des Rohres 20 eingeführt.
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Im zweiten in 4 dargestellten Verfahrensschritt wird das Rohr 20 zusammen mit dem zylinderförmigen Grundkörper 12 gebogen, wobei das Material des Innenbiegewerkzeugs 12 im Biegebereich 22 ein Abknicken oder Abflachen des Rohres 20 verhindert.
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Gemäß 5 wird der zylinderförmige Grundkörper 12 nach dem Biegen des Rohres 20 herausgezogen, wobei die gebogene Form des Rohres 20 im Wesentlichen beibehalten wird. Durch das Material des Rohres 20 kann es zu elastischen Rückstellungen bzw. Rückfederungen kommen, aber die gebogene Form bleibt in vorgegebenem Maße erhalten.
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Im Folgenden wird eine Möglichkeit der Dimensionierung einer erfindungsgemäßen Innenbiegehilfe für einzelne Klassen von Rohren (20) erläutert. Innerhalb einer Klasse von Rohren weisen die Rohre (20) einen gleichen Außendurchmesser von beispielsweise 16 mm oder 20 mm auf. Man spricht auch von 16er oder 20er Rohren.
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Aufgrund von verschiedenen Materialien und/oder Schichtaufbauten variieren aber die Wandstärken der Rohre. Dadurch können Rohre einer Klasse unterschiedliche Innendurchmesser aufweisen.
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Daher sind Innenbiegewerkzeuge bevorzugt so ausgebildet, dass der Außendurchmesser (AD) des Grundkörpers (12) kleiner als der kleinsten Innendurchmesser (IDmin) einer Mehrzahl von Rohren (20) ist, die zu einer Klasse von Rohren (20) mit gleichen Außendurchmessern aber mit unterschiedlichen Innendurchmessern (ID) gehören.
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Die Dimensionierung der Innenbiegehilfe kann vorzugsweise durch die folgende mathematische Bedingung durchgeführt werden.
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Ein minimaler Biegeradius (BR
min) der zu biegenden Rohre (
20), der Innendurchmesser (ID) und die Wandstärke (W) des Rohres (
20) seien vorgegeben. Ein Parameter τ wird nach der Formel
berechnet. Wenn der Wert des Parameters τ im Bereich von 0,25 bis 0,35, insbesondere 0,27 bis 0,33 liegt, dann ist die so dimensionierte Innenbiegehilfe geeignet, für eine Mehrzahl von Rohren einer Klasse von Außendurchmessern mit unterschiedlichen Innendurchmessern eingesetzt zu werden.
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Dabei ist vorliegend der minimale Biegeradius (BRmin) gleich dem 2-fachen des minimalen Biegeradius (BRmin).
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Das nachfolgende Beispiel dient der weiteren Erläuterung.
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In Tab. 1 sind für drei verschiedene Typen (Typ 1 bis 3) von Rohren zu den Klassen 16 und 20 mit einem nominalen Außendurchmesser von 16 mm bzw. 20 mm für die untere Toleranzstärke der Innendurchmesser (ID) und die Wandstärke (W) des Rohres angegeben.
untere Toleranzgrenze |
| ID Rohr | Wandstärke Rohr |
16 | 20 | 15 | 20 |
Typ 1 | 11,78 mm | 15,26 mm | 2,1 mm | 2,28 mm |
Typ 2 | 11,6 mm | 14,35 mm | 2,45 mm | 3 mm |
Typ 3 | 11,5 mm | 14,25 mm | 2,15 mm | 2,73 mm |
Tab. 1
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In Tab. 2 sind für die gleichen drei verschiedene Typen (Typ 1 bis 3) von Rohren für die obere Toleranzstärke der Innendurchmesser (ID) und die Wandstärke (W) des Rohres angegeben.
obere Toleranzgrenze |
| ID Rohr | Wandstärke Rohr |
16 | 20 | 16 | 20 |
Typ 1 | 12,02 mm | 15,5 mm | 2,3 mm | 2,48 mm |
Typ 2 | 11,8 mm | 14,55 mm | 265 mm | 3,2 mm |
Typ 3 | 11,8 mm | 14,65 mm | 2,45 mm | 3,13 mm |
Tab. 2
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Tab. 3 gibt die Außendurchmesser für die Biegehilfen für die Klassen 16 und 20 die Außendurchmesser (AD) für die untere und die obere Toleranzgrenze an.
| untere Toleranz | obere Toleranz |
Biegehilfe 16 | 10,7 mm | 11,3 mm |
Biegehilfe 20 | 13,7 mm | 14,3 mm |
Tab. 3
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In der Tab. 4 sind dann jeweils für die untere Toleranz und die obere Toleranz zu jeweils drei verschiedenen Typen der Klassen 16 und 20 die verwendeten Werte der Faktoren in der Formel zur Berechnung des Parameters τ sowie den damit errechneten Wert für den Parameter τ an.
| Rohr ID | Verhältnis Biegehilfe AD/Rohr ID | Wandstärke (W) | min. Biegeradius 2 × ad | Wert τ |
untere Toleranz 16 | Typ 1 | 11,78 mm | 0,91 | 2,1 mm | | 0,33 |
Typ 2 | 11,6 mm | 0,92 | 2,4 mm | 2 | 0,31 |
Typ 3 | 11,5 mm | 0,93 | 2,15 mm | 2 | 0,33 |
untere Toleranz 20 | Typ 1 | 15,26 mm | 0,90 | 2,20 mm | 2 | 0,31 |
Typ 2 | 14,35 mm | 0,95 | 3 mm | 2 | 0,28 |
Typ 3 | 14,25 mm | 0,96 | 2,73 mm | 2 | 0,30 |
obere Toleranz 16 | Typ 1 | 12,02 mm | 0,94 | 2,3 mm | 2 | 0,32 |
Typ 2 | 11,8 mm | 0,96 | 2,5 mm | 2 | 0,30 |
Typ 3 | 11,8 mm | 0,96 | 2,45 mm | 2 | 0,31 |
obere Toleranz 20 | Typ 1 | 15,5 mm | 0,92 | 2,48 mm | 2 | 0,30 |
Typ 2 | 14,55 mm | 0,98 | 3,2 mm | 2 | 0,28 |
Typ 3 | 14,65 mm | 0,98 | 3,13 mm | 2 | 0,28 |
Tab. 4
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Es ergibt sich, dass der Wert des Parameters τ in einem engen Wertebereich bewegt und gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung im Bereich von 0,25 bis 0,35, insbesondere 0,27 bis 0,33 liegt.