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Die
Erfindung betrifft eine Biegevorrichtung für dünnwandige Rohre aus Metall,
insbesondere Stahl, mit einer geraden Rohrführung und einer sich daran
anschließenden
und gegenüber
der Rohrführung
verschwenkbaren Biegerolle, auf der das Rohr mit einem Klemmelement
fixierbar ist.
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In
der Automobilindustrie werden bei der Herstellung von Karosserien
in Space-Frame-Bauweise zunehmend offene Profile durch dünnwandige Rohre
(Hohlprofile) ersetzt. Diese Rohre sind in ihrer Form so konzipiert,
daß einerseits
ein minimales Gewicht unter höchster
Ausnutzung des Materials erreicht wird und andererseits durch Anpassung
der Querschnitte über
die Rohrlänge
lokal kritische Dehnungen bei der späteren Weiterverarbeitung insbesondere
durch Innenhochdruckumformen (IHU) vermieden werden.
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Für das Biegen
dünnwandiger
Rohre mit engstem Biegeradius hat sich das Ziehbiegen bewährt. Bei
einer dafür
geeigneten, bekannten Biegevorrichtung der eingangs genannten Art
(
DE 100 20 727 C1 ),
mit der allerdings nur Rohre gebogen werden können, die über ihre gesamte Länge eine
konstante Querschnittsform haben, besteht die gerade Rohrführung aus
einem relativ zur verschwenkbaren Biegerolle stationär angeordneten
massiven Körper mit
einer geraden Bohrung, die über
ihre gesamte Länge
einen konstanten Querschnitt hat. Die Biegerolle ist im Querschnitt
schalenförmig
ausgebildet und der Kontur des zu biegenden Rohres angepaßt. Mit
einer solchen Biegevorrichtung läßt sich
nur ein Rohr mit über
die Biegelänge
konstantem Querschnitt biegen. Kegelförmige Rohre oder Rohre mit
in ihrer Längsrichtung
abgesetzten Querschnitten lassen sich damit nicht biegen. Ein weiterer
Nachteil beim Einsatz der bekannten Biegevorrichtung besteht darin,
daß das
zu biegende Rohr durch die gegenüber
der Biegerolle stationäre
Rohrführung
gezogen wird, wobei es aufgrund der Relativbewegung zwischen Rohr
und Rohrführung
zu einem erheblichen Abrieb an der Rohroberfläche kommen kann, was sich vor
allem bei galvanisch verzinkten Rohren oder bei Rohren mit optisch
anspruchsvoll gestalteter Oberfläche
störend
bemerkbar macht. In drastischen Fällen kann es sogar zu Prozeßstörungen kommen, wenn
sich abgeschabtes Oberflächenmaterial
auf der Innenseite der Rohrführung
absetzt.
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Eine
aus der Praxis bekannte, sehr ähnliche Biegevorrichtung
unterscheidet sich von der beschriebenen Biegevorrichtung vor allem
darin, dass die gerade Rohrführung
aus zwei Teilen besteht, und zwar einer geraden, mit dem zu biegenden
Rohr mitwandernden, starren Gleitschiene und einem geraden, relativ
zur Biegerolle stationären
Faltenglätter. Wie
bei der anderen Biegevorrichtung haben auch bei dieser Biegevorrichtung
die beiden Teile der Rohrführung über ihre
gesamte Länge
einen konstanten Querschnitt, so daß nur Rohre mit über ihre Länge konstantem
Querschnitt gebogen werden können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Biegevorrichtung für dünnwandige
Rohre aus Metall, insbesondere Stahl, zu schaffen, mit der es auch
möglich
sein soll, Rohre mit in Rohrlängsrichtung
unterschiedlichem Querschnittsprofil, z.B. ein konisches Rohr, zu
biegen. Insbesondere soll sie es ermöglichen, Rohre auch mit kleinen
Biegeradien unter möglichst
geringer Oberflächenbelastung
zu biegen.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Biegevorrichtung der eingangs genannten Art
dadurch gelöst,
daß die
Rohrführung
auf einem relativ zur Biegerolle stationären Führungsbett verschiebbar gelagert
ist und in eine um die Biegerolle biegsame innere Schalenhälfte und
eine äußere Schalenhälfte geteilt
ist, wobei die beiden Schalenhälften
der Außenkontur
des zu biegenden Rohres angepaßt
sind.
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Bei
der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung
wandert beim Biegen des Rohres die Rohrführung mit dem Rohr, so daß sich keine
Relativbewegung zwischen Rohrführung
und Rohr ergibt. Die Oberfläche
wird somit beim Biegevorgang schonend durch die an der Biegung beteiligten
Vorrichtungselemente behandelt. Wegen des Einsatzes von der Außenkontur
des zu biegenden Rohres angepaßten Schalenhälften ist
es möglich,
auf ein und derselben Biegevorrichtung (Biegerolle, Führungsbett)
Rohre mit unterschiedlichen Außenkonturen
und Dimensionen mit ein- und
demselben Biegeradius zu biegen. Ausgetauscht werden müssen dafür nur die
das Rohr unmittelbar aufnehmenden Schalenhälften. So eignet sich die Biegevorrichtung
sowohl für
das Biegen von Rohren mit über
die Rohrlänge
konstantem Rohrquerschnitt, insbesondere zylindrische Rohre, aber
auch für
Rohre mit in Längsrichtung
von der Zylinderform abweichender Querschnittsform, wie z.B. konische
Rohre. Für
diese abweichenden Rohrformen brauchen dann nur entsprechend konturierte Schalenhälften eingesetzt
zu werden.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung ist die äußere Schalenhälfte biegesteif.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sollte die innere Schalenhälfte geschwindigkeitssynchron
zum Innenbogen des Rohres antreibbar sein. In entsprechender Weise
sollte auch die äußere Schalenhälfte geschwindigkeitssynchron
zum Außenbogen
antreibbar sein. Konstruktiv lässt
sich dieser Antrieb leicht dadurch verwirklichen, dass die innere
Schalenhälfte
an der Biegerolle angekuppelt ist, so dass sie von der sich drehenden
Biegerolle mitgenommen wird, sowie dadurch, dass die äußere Schalenhälfte an
der inneren Schalenhälfte
angekuppelt ist, so dass auch sie von der sich drehenden Biegerolle,
in diesem Fall mittelbar über
die innere Schalenhälfte
mitgenommen wird. Durch diese geschwindigkeitssynchrone Mitbewegung
der Schalenhälften mit
dem zu biegenden Rohr wird sichergestellt, daß es tatsächlich nicht zu einer Relativbewegung
zwischen dem Rohr und den Schalenhälften kommt.
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Für die Ausbildung
der biegsamen inneren Schalenhälfte
gibt es mehrere Möglichkeiten,
beispielsweise kann sie aus kompaktem, aber elastischem Kunststoff
bestehen. Vorzugsweise besteht die biegsame innere Schalenhälfte aber
aus einem Paket von Lamellen, insbesondere aus Blech, die in Längsrichtung
der Schalenhälfte
hintereinander liegen und bei Biegung um die Biegerolle sich aufblättern. Bei
dieser Ausgestaltung können
die Lamellen auf einem biegsamen Blech, insbesondere Federblech,
mit Formschluß aufgereiht
sein. Das gezielte Auf spreizen wird begünstigt, wenn die Lamellen an ihren
der Biegerolle zugewandten Rändern
im Axialquerschnitt keilförmig
verjüngt
sind. Beim Biegevorgang brauchen die Lamellen selbst sich dann nicht
zu verbiegen. Alternativ können
die Lamellen unterseitig mit Stoffschluß auf einem biegsamen Träger befestigt
sein. Dabei entfällt
dann die keilförmige
Verjüngung.
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Vorzugsweise
weist die innere biegsame Schalenhälfte ein formsteifes Front-
und Heckteil auf. Insbesondere das formsteife Frontteil erleichtert
das Einspannen des vorderen Rohrabschnittes mittels des Klemmelementes.
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Besonders
bei dünnwandigen
Rohren mit vergleichsweise großem
Durchmesser sollte in das Rohr ein der Rohrinnenkontur angepaßter und
mit dem Rohr wandernder Dorn eingelegt werden, der mindestens ab
dem Bereich der biegsamen inneren Schalenhälfte biegsam ist. Ähnlich der
biegsamen Schalenhälfte
kann auch der Dorn aus einem Paket von Lamellen, insbesondere aus
Blech, bestehen, die in Längsrichtung
der Schalenhälften
hintereinander liegen und bei Biegung um die Biegerolle sich aufblättern. Ähnlich der
biegsamen Schalenhälfte weist
auch der biegsame Dorn vorzugsweise ein formsteifes Frontteil im
Bereich des formsteifen Frontteils der inneren Schalenhälfte und
ein segmentiertes Heckteil im Bereich des formsteifen Heckteils der
inneren Schalenhälfte
auf. Die Segmentierung des Heckteils des Dorns erleichtert sein
Herausziehen aus gebogenen Rohrabschnitten. Die Segmente sollten
deshalb hinsichtlich ihrer Dicke so dimensioniert sein, dass sie
durch das gekrümmte
Rohr passen. Alternativ kann das Heckteil aus einem biegsamen Abschnitt
aus Elastomer bestehen.
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Das
der Ziehvorrichtung zugrunde liegende Prinzip besteht erfindungsgemäß in einem
Verfahren zum Biegen, insbesondere Ziehbiegen eines langgestreckten
Körpers,
insbesondere eines dünnwandigen
Rohres, mit einstellbarem Biegeradius um ein Biegewerkzeug, bei
welchem Verfahren der zu biegende Körper dem Biegewerkzeug zugeführt wird,
indem für
einen konstanten Biegeradius die Lage der Mittelachse des zu biegenden
Körpers
zur ursprünglichen
Lage am Anfang des Biegens beibehalten oder für einen veränderlichen Biegeradius zur
ursprünglichen
Lage parallel verlagert wird, wobei der Biegeradius durch Einstellung
der Neigung der Mittelachse zu derjenigen Ebene erfolgt, die senkrecht
zur Biegeebene und am Anfang der Biegung liegt. Dieses Verfahren
eignet sich für verschiedenformatige
Körper, insbesondere
zylindrische Körper
und konische Körper.
Die Neigung der Mittelachse des zu biegenden Körpers kann während des
Biegens kontinuierlich oder diskontinuierlich verändert werden.
Dadurch erhält
man einen gebogenen Körper
mit über
seine Länge
kontinuierlich oder diskontinuierlich sich veränderndem Biegeradius.
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So
ist auch die erfindungsgemäße Vorrichtung
für die
Durchführung
des Verfahrens geeignet. Um gebogene Rohre mit konstantem Biegeradius herzustellen,
wird eine Rohrführung
verwendet, deren Achse senkrecht zu derjenigen Radialebene der Biegerolle
liegt, in der der Biegevorgang beginnt, während zur Herstellung von gebogenen
Rohren mit nicht konstantem Biegeradius eine Rohrführung verwendet
wird, deren Achse nicht senkrecht zu derjenigen Radialebene der
Biegerolle liegt, in der der Biegevorgang beginnt.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher
erläutert.
Im einzelnen zeigen:
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1 eine Biegevorrichtung
in Seitenansicht mit in einer Rohrführung eingespanntem konischem Rohr
zum Biegen des Rohres mit konstantem Biegeradius unmittelbar vor
Beginn des Biegevorgangs,
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2 die Biegevorrichtung gemäß 1 im Schnitt am Anfang des
Biegevorgangs,
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3 die Biegevorrichtung gemäß 1 im Schnitt am Ende des
Biegevorgangs,
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4 eine Biegerolle mit einem
stationären Führungsbett
der Biegevorrichtung der 1 in
perspektivischer Darstellung,
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5 eine biegsame innere Schalenhälfte mit
formsteifem Front- und Heckteil in perspektivischer Darstellung,
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6 zwei Lamellen aus der
biegsamen inneren Schalenhälfte
in Seitenansicht,
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7 eine äußere biegesteife Schalenhälfte in
perspektivischer Darstellung,
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8 einen biegsamen Dorn mit
formsteifem Frontteil und segmentiertem Heckteil in perspektivischer
Darstellung
und
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9 die Biegevorrichtung gemäß 1 mit einem in einer abgewandelten
Rohrführung
eingespanntem zylindrischen Rohr zum Biegen des Rohres mit nicht
konstantem Biegeradius unmittelbar vor Beginn des Biegevorgangs
im Schnitt.
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Die
Biegevorrichtung des Ausführungsbeispiels
1 bis 8 ist für
das Ziehbiegen von Rohren 1 mit konstantem Biegeradius
ausgelegt. Die Rohre 1 können zylindrisch oder andersformatig
sein. Im Ausführungsbeispiel
haben sie eine konische Form.
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Die
Biegevorrichtung weist eine Biegerolle 2 auf, die in Richtung
eines Pfeils P1 angetrieben wird. Am Außenumfang
weist sie eine U-förmige
Nut 2a auf. Neben der Biegerolle 2 ist ein Führungsbett 3 stationär angeordnet.
Das Führungsbett 3 weist
einen U-förmigen
Führungskanal 3a mit
bodenseitigen Nuten 3b1 , 3b2 auf . Er verläuft senkrecht zur Radialebene
der Biegerolle 2, an der die Biegung beginnt. Auf der Biegerolle 2 ist
ein Mitnehmer- und
Montagestück 4 angeordnet.
In dem Führungskanal 3a des Führungsbettes 3 ist
eine Rohrführung 5 mit
einer biegsamen inneren Schalenhälfte 5a verschiebbar angeordnet.
Als weiteres Teil der Rohrführung 5 ist über der
inneren Schalenhälfte 5a eine äußere biegesteife
Schalenhälfte 5b angeordnet.
Die beiden Schalenhälften 5a, 5b sind
in ihrer Innenkontur der Außenkontur
des konischen Rohres 1 derart angepasst, dass die Achse
der Rohrführung 5 und
damit auch die Achse des Rohres 1 senkrecht zur Radialebene
der Biegerolle 2 liegt, an der die Biegung beginnt.
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Die
innere Schalenhälfte 5a ist
frontseitig über
das Mitnehmer- und Montagestück 4 an
der Biegerolle 2 angekuppelt, während die äußere Schalenhälfte 5b heckseitig
an der inneren Schalenhälfte 5a angekuppelt
ist, so dass bei Drehung der Biegerolle 2 beide Schalenhälften synchron
mitwandern.
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Zur
Biegevorrichtung gehört
ferner ein z.B. als Klemmbacke ausgebildetes Klemmelement 6, das
mit in der Zeichnung nicht dargestellten Mitteln am Mitnehmer- und
Montagestück 4 befestigbar
ist.
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Die
biegsame innere Halbschale 5a besteht aus einem formsteifen
Frontteil 7, einem biegsamen Mittelstück 8 und einem formsteifen
Heckteil 9. Alle Teile 7, 8, 9 der
inneren Schalenhälfte 5a sind
der Kontur des konischen Rohres 1 angepaßt. Wie
vor allem 4 zeigt, besteht
das biegsame Mittelstück 8 aus
einem Paket von Blechlamellen 8*, die mit profilierten
und geschlitzten Füßen 8a1 , 8a2 in
Schlitzen 8b1 , 8b2 eines
bis unter das formsteife Front- 7 und Heckteil 9 reichenden
Federbleches 8c eingesetzt sind. Mit den Füßen 8a ist
die innere Schalenhälfte 5a in
den Nuten 3b1 , 3b2 des
Führungskanals 3a geführt. Die
Lamellen 8* des Paketes 5a sind, wie in 5 übertrieben für zwei Funktionsstellungen
dargestellt ist, an ihren den Füßen 8a1 , 8a2 zugekehrten Bereichen
leicht keilförmig
verjüngt,
damit die Lamellen 8* beim Biegeprozeß, ohne selbst sich zu verbiegen,
sich auffächern
können.
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Der
in 7 dargestellte Biegedorn 10 ist
in das konische Rohr 1 einsetzbar und deshalb in seiner Kontur
dem Rohr 1 angepaßt.
Er besteht aus einem formsteifen Frontteil 10a und in runde
Scheiben segmentierten Heckteil 10b, sowie einem aus Blechlamellen
bestehenden Mittelteil 10c. Die drei Teile 10a, 10b, 10c sind
durch nachgiebige Zugseile 10d, 10e zusammengehalten,
so daß sich
die Blechlamellen im Falle der Biegung aufspreizen können.
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Um
mit der Biegevorrichtung ein Rohr 1 biegen zu können, wird
das Rohr 1 bei geradeaus gerichteter Rohrführung 5,
wie in 1 dargestellt,
in die innere Schalenhälfte 8 eingelegt.
In das Rohr 1 kann vorher oder auch später der Dorn 1 eingesetzt werden.
Anschließend
wird mit dem Klemmelement 6 der Rohranfang gemeinsam mit
dem formsteifen Frontteil 10a des Dorns 10 am
Mitnehmer- und Montagestück 4 befestigt
und eingeklemmt. Abschließend
wird die Rohrführung 5 durch
Aufsetzen der biegesteifen, äußeren Schalenhälfte 5b zugefahren. Das
zu biegende Rohr 1 liegt dann mit seiner Achse rechtwinklig
zur Radialebene der Biegerolle 2, an der die Biegung beginnt.
Wird nun die Biegerolle 2 in Drehung versetzt, dann wird
das Rohr 1 mitsamt der beiden Schalenhälften 5a, 5b der
Rohrführung 5 vorgezogen,
wobei die innere Schalenhälfte 5a unter Spreizen
der Lamellen 8* um die Biegerolle 2 herumgebogen
wird, so dass das eingespannte Rohr 1 auf seinem Innenbogen
während
des Biegens durch die Lamellen des biegsamen Mittelstückes 8 nahezu vollflächig abgestützt wird.
Dadurch wird eine Faltenbildung in der Wandung des Rohres 1 verhindert.
Die äußere Schalenhälfte 5b läuft dagegen
geradeaus weiter. Beide Schalenhälften 5a, 5b werden
also synchron mit dem zu biegenden Rohr 1 bewegt, so daß es an
der Oberfläche
des Rohres 1 praktisch zu keiner Relativbewegung kommt.
Auf diese Art und Weise lassen sich auch Rohre mit einem großen Durchmesser/Wanddickenverhältnis oberflächenschonend
und ohne Faltenbildung mit vergleichsweise kleinen Biegeradien biegen.
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Die
Biegevorrichtung des Ausführungsbeispiels
der 9 ist für das Biegen
von Rohren 1* mit nicht konstantem Biegeradius ausgelegt.
Die Rohre können
beliebige Formate haben. Im Ausführungsbeispiel
sind sie zylindrisch.
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Der
konstruktive Aufbau dieser Biegevorrichtung ist bis auf die Rohrführung 5* identisch
mit dem des beschriebenen Ausführungsbeispiels.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
liegt die Achse A* der Rohrführung 5* und
damit auch die des zu biegenden Rohres 1* nicht parallel
zum Führungsbett 3 und auch
nicht senkrecht zu der Radialebene E* der Biegerolle 2,
an der die Biegung des Rohres 1* beginnt.
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Mit
der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung
lassen sich Rohre verschiedenen Formates mit verschiedenen Biegeradien
biegen. Für
einen Format- und/oder Biegeradienwechsel braucht nur die Rohrführung 5, 5* ausgewechselt
zu werden.