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Walzvorrichtung zum Kaltbiegen von Rohren Es sind Vorrichtungen zum
Kaltbiegen von Rohren mit großem Durchmesser bekannt, die eine die Rohrwandung von
innen nur im Bereich der äußeren, zu streckenden Biegung dünner walzende, lose drehbare
Preßwalze aufweisen, deren in einem angetriebenen Walzenkopf gelagerte Achse vermittels
dieses auf einer zur Rohrinnenwand exzentrischen Kreisbahn umläuft.
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Während die Wandfläche des Rohres, welche sich auf der Außenseite
der Biegung befindet, dünner gewalzt wird, wird die Stärke der gegenüberliegenden
Wandung nicht wesentlich geändert. Dadurch verlängert sich die Wandung des Rohres
auf der gewalzten Seite, also dem äußeren Bogen entlang, am meisten, während die
Verfonnung des Metalls an dem Innenbogen praktisch Null ist. Die Verlängerung des
Außenbogens gegenüber dem Innenbogen bestimmt den Krümmungsradius, der nur von der
Walztiefe abhängig ist. Durch Regeln der Walztiefe ist es also möglich, mit dem
gleichen Werkzeug die verschiedensten gewünschten Biegungsradien zu erzielen.
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In einfachen Maschinen erfolgt diese Regelung nach Anhalten der Maschine
durch Ändern der Exzentrizität der Walze. Bei vervollkommneten Maschinen kann die
Regelung des Krümmungsradius während des Laufes durchgeführt werden.
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Trotz des Dünnerwalzens der Rohrwandung sinkt die Festigkeit des Rohres
aus den folgenden GrÜnden nicht: Das Walzen bewirkt ein Härten des Metalls, wodurch
dieses eine größere Festigkeit erhält; außerdem ist die Bruchfestigkeit in einer
kreisbogenfönnigen Linie größer als in einer geraden Mantellinie eines zylindrischen
Hohlkörpers.
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Obwohl das Walz-Biegeverfahren unbestreitbare Vorteile bietet, weisen
die bekannten Maschinen zum Biegen von Rohren durch exzentrisches Walzen gewisse
Nachteile auf, auf deren Behebung - hauptsächlich durch Verbessern des Walzenkopfes
- die vorliegende Erfindung abzielt.
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Bei einer bekannten Maschine sind drei Preßwalzen vorgesehen, die
sämtlich am Vorgang des Walzens teilnehmen, und zwar in einem exzentrisch zum inneren
Kreis des Rohres verlaufenden Kreis. Eine periodische Veränderung der Relativstellungen
der Walzen ist nicht vorgesehen, so daß mit dieser bekannten Maschine keine einwandfreien
Ergebnisse erzielt werden können; denn die Stellung der Drehachse des Walzenkopfes
in bezug auf die Achse des inneren Rohrabschnittes liegt nicht genau fest, und die
drei Walzen müssen das gleiche Profil aufweisen.
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Andere bekannte Maschinen dieser Art weisen einen feststehenden Stützteil
auf, wobei zwischen diesein und der Innenfläche der Walzenhülse eine erhebliche
Reibung auftritt, die hohen Energieverbrauch und starke Erwärmung der Stützhülse
verursacht sowie die Gefahr des Festfressens mit sich bringt.
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Das Ziel der Erfindung ist darauf gerichtet, unter Vermeidung der
genannten Nachteile den Arbeitsvorgang zu vervollkommnen und zu vereinfachen.
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Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Preßwalze
in einem zentrisch im Rohr auf Stützwalzen drehbaren Walzenkopf gelagert und in
diesem im Umlauftakt radial vor und zurück verschiebbar ist.
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Auf diese Weise wird eine unnütze Reibung vermieden, wodurch die Erwärmung
herabgesetzt, die erforderliche Antriebsenergie verringert und die Gefahr des Festfressens
herabgesetzt, gleichzeitig aber die Leistung erhöht wird; außerdem wird die Biegekapazität
vergrößert, weil nunmehr ein gegenüber den bisherigen Vorrichtungen wesentlich geringerer
Biegedurchmesser, nämlich gleich dem zweifachen Rohrdurchmesser, erreichbar ist.
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Der Abstand zwischen der Achse der Preßwalze und der Ebene durch die
Achsen der beiden Stützwalzen ändert sich periodisch bei jeder Umdrehung des Walzenkopfes
in derselben Weise, wie sich der Abstand der beiden Walzen bei einer einzigen, gegenüber
der Preßwalze, angeordneten Stützwalze ändert. Die Änderung des Abstandes zwischen
den einander
gegenüberliegenden Walzen kann durch mechanische Mittel,
z. B. Exzenter, Schwinggetriebe od. dgl., durch hydraulische Mittel usw. bewirkt
werden.
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Die Zahl der Walzen kann an sich beliebig groß sein, wenn auch nachfolgend
als Ausführungsbeispiel ein Walzenkopf mit einer Preßwalze und zwei Stützwalzen
beschrieben wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Richtung der Exzentrizität
der die Preßwalze tragenden Welle festliegen oder geändert werden. Im ersteren Falle
verläuft die exzentrische Bewegung stets auf diejenige Mantellinie des Rohres zu,
in welcher bei der Biegung der äußere Bogen des Rohres liegen soll, bzw. von dieser
Mantellinie weg. Im zweiten Fall wird die Änderung der Exzentrizität durch eine
relative Drehung der exzentrischen Welle der Preßwalze gegenüber dem Walzenkopf
erzielt.
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Das zur Erläuterung des Grundsatzes der Erfindung in den Zeichnungen
dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht dem zweiten Fall.
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Fig. 1 ist ein durch die Achse verlaufender Längsschnitt durch
ein Rohr mit eingesetztem Walzenkopf während des Biegens und des Walzens und Fig.
2 ein zugehöriger Querschnitt; Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt und Fig. 4
einen Querschnitt einer bei dem Walzenkopf nach Fig. 1 und 2 verwendbaren
Vorrichtung für die Regelung der Stellung der Preßwalze.
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Der in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 und 2 dargestellte
Walzenkopf 1 besteht aus einem zyhndnschen Körper mit Einsparungen für die
Unterbringung der Preßwalze 2 und zwei Stützwalzen 3, die sich frei in Nadellagern
um ihre Welle 4 bzw. Achse 5
drehen können.
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Die Welle 4 weist einen Exzenter 6 auf, um den sich die Preßwalze
2 dreht. Dieser Exzenter ist auf den außeren Biegungsbogen an der Walzstelle gerichtet.
Dadurch ist es möglich, an dieser Stelle die größte Walztiefe zu erreichen.
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Der Exzenter 6 der Welle 4 kann während der Umdrehung des Walzenkopfes
konstant in der gleichen Richtung gehalten werden, beispielsweise durch das Eingreifen
der Welle 4 über eine Verzahnung in einen in der Mitte fest angebrachten Achsbolzen.
Wenn auch das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel, bei dem die Welle 4
bei der Umdrehung des Walzenkopfes eine periodische Winkeländerung erfährt, besonders
zweckmäßig ist, so bestehen auch viele andere Ausführungsmöglichkeiten.
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Das zu biegende Rohr 7 wird von zwei in der Zeichnung nicht
dargestellten Backen gehalten, die zum Abstützen beim Walzen der Rohrwandung durch
die Preßwalze 2 dienen.
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Die Regelung der Walztiefe wird durch Änderung der Winkelamplitude
der periodischen Schwenkui#g der Welle 4 der Preßwalze 2 bei jeder Umdrehung des
Walzenkopfes 1 erzielt. Je größer der Schwenkwinkel ist, um so größer ist
die Walztiefe.
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Die mittlere Winkelgeschwindigkeit des Mittelbolzens 8 stimmt
genau mit derjenigen des Walzenkopfes 1 überein, d. h., einer voll-ständigen
Umdrehung des ersteren Organs entspricht eine vollständige Umdrehung des zweiten,
da sich diese Teile gemeinsam drehen. Jedoch führt der Mittelbolzen 8 eine
Schwenkbewegung gegenüber dem Walzenkopf 1 aus, der sich mit konstanter Geschwindigkeit
dreht. Diese Schwenkbewegung wird über Zahnräder 9 und 10 auf die
Welle 4 übertragen, deren Exzenter 6 die Preßwalze 2 trägt, und bewirkt,
daß sich die Walze 2 periodisch der zu walzenden Wandung des Rohres 7 nähert,
und zwar bei jeder Drehung des Walzenkopfes 1 in dem Augenblick, in welchem
die Preßwalze 2 senkrecht über die Mantellinie des Rohres hinweggeht, welche nach
dem Walzen den äußeren Bogen der Krümmung des gebogenen Rohres darstellt.
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Wenn sich die Preßwalze 2 auf der gegenüberliegenden Seite befindet,
also über der Mantellinie, welche den inneren Bogen der Krümmung des gebogenen Rohres
darstellt, liegt sie nicht mehr gegen die Rohrwandung an, weil sich der Exzenter
6 der Welle 4 durch seine entgegengesetzte Bewegung von dieser Wandung entfernt
hat. Mit anderen Worten, dank der Schwenkbewegung des Exzenters 6 erreicht
die Walztiefe bei jeder Umdrehung einmal ihr Maximum, und alle dem Maximum der Walztiefe
entsprechenden Punkte liegen in Längsrichtung hintereinander auf der Linie, die
dem äußeren Bogen der Krümmung des gebogenen Rohres entspricht.
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Wenn also der Schwenkwinkel des Exzenters der Welle 4 annähernd Null
ist, wird das Rohr nicht gewalzt und bleibt gerade. Mit der Vergrößerung dieses
Winkels vergrößert sich auch die Walztiefe.
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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Schwenkung durch
den Mittelbolzen 8 über die Zahnräder 9 und 10 auf den Exzenter
6 übertragen. Es ist jedoch auch möglich, diese Übertragung über ein flexibles
System erfolgen zu lassen, beispielsweise über ein doppeltes Kardangelenk, welches
das Ende des Mittelbolzens 8 mit dem Ende der die Preßwalze 2 tragendenWelle
4 verbindet und die Schwenkbewegung überträgt-Fig. 3 und 4 zeigt eine Vorrichtung,
mit deren Hilfe eine Schwenkung des Mittelbolzens 8, der einen Teil der beschriebenen
Vorrichtung bildet und in Fig. 1
und 2 dargestellt ist, bewirkt werden kann.
Diese Vorrichtung bezweckt, die Amplitude der Schwenkungen des Mittelbolzens
8 zu regeln. Hierzu ist an dem dem Walzenkopf 1 gegenüberliegenden
Ende, der Maschine ein zylindrisches Gehäuse 61 angeordnet, in dessen Mitte
das rückwärtige Ende 62 des Mittelbolzens 8 mündet, das die Schwenkbewegungen
auf die Welle 4 mit der Preßwalze 2 überträgt.
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Mit dem Bolzenende 62 ist eine Abtriebsschwinge 63 fest
verbunden, die ihrerseits über ein Gelenk 64 mit einer in der Länge veränderbaren
Koppel 65 verbunden ist. Die letztere kann durch ein Spannschloß
66 verlängert oder verkürzt werden, damit die Vorrichtung genau auf den Innendurchmesser
des zu biegenden Rohres 7 eingestellt werden kann. Das andere Ende der Koppel
65 trägt eine Gleitrolle 67 und ist mit dem Steg 68, der auf
der Hohlwelle 69 befestigt ist, über eine Verbindungsgtange 70 und
Gelenke 71
und 72 verbunden. Die Hohlwelle 69 ist fest an den
Walzenkopf 1 angeschlossen.
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Das Gelenksystem aus der Koppel 65, der Verbindungsstange
70, der Abtriebsschwinge 63 und dem Steg 68 bildet zusammen
mit dem Lagergelenk 73
und den drei Gelenken 64, 71 und 72 ein
verformbares Gelenkviereck einer Doppelschwinge, dessen vier Hebel ihre Längen bei
der Umdrehung um das Lagergelenk 73 beibehalten und dessen Winkel sich lediglich
ändern. Die Winkeländerung erfolgt durch die Annäherung oder Entfernung des die
Gleitrolle 67
tragenden Gelenkes 71 von dem Lagergelenk 73.
Wenn
sich beispielsweise das Gleitrollengelenk 71 auf das Lagergelenk
73 zu verschiebt, vergrößert sich der
Winkel zwischen der
Abtriebsschwinge 63 und dem Steg 68, während eine Verschiebung des
Gleitrollengelenkes 71 in entgegengesetztem Sinne eine Verringerung dieses
Winkels zur Folge hat. Dadurch ergibt sich innerhalb eines beschränkten Winkelbereiches
eine periodische Schwenkbewegung des Mittelbolzens 8 mit seinem rückwärtigen
Ende 62 innerhalb der Hohlwelle 69. Da der Mittelbolzen
8 seine Schwenkbewegung auf den Exzenter 6, der die Preßwalze 2 trägt,
übermittelt, kann die Walztiefe progressiv von der einen bis zur anderen Stelle
der gewalzten Fläche geändert werden.
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Um eine periodische Änderung zwischen dem bewegten Gleitrollengelenk
71 und dem festen Lagergelenk 73 zu erzielen, beschreibt das Gleitrollengelenk
71 einen Kreis, dessen Mittelpunkt gegenüber der festliegenden Achse des
Lagergelenkes 73 exzentrisch ist.
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Wenn der Mindestabstand zwischen dem Gleitrolleng- plenk 71 und dem
Lagergelenk 73 festliegt, hat die Winkelamplitude der Schwenkung des Mittelbolzens
8 gegenüber der Hohlwelle 69 stets den gleichen Wert. Infolaedessen
ist die Walztiefe dem äußeren Bogen entlang stets die gleiche, so daß der Krümmungsradius
konstant bleibt.
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Um während des Laufes der Maschine den Krümmungsradius nach Wunsch
zu ändern, muß der Schwenkwinkel des Exzenters 6 und daher die Winkelschwenkung
des Mittelbolzens 8 über sein rückwärtiges Ende 62 verändert werden.
Hierzu genügt es, die Amplitude, der Abstandsänderungen zwischen dem Gleitrollengelenk
71 und dem Gleitrollengelenk 73 zu ändern. Mit anderen Worten, es
genügt, die Exzentrizität des von dem Gleitrollengelenk 71 beschriebenen
Kreises gegenüber der festen Achse des Lagergelenkes 73 zu regeln.
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Wenn die Exzentrizität Null ist, erfolgt kein Walzen. In dem Maße
wie die Exzentrizität der Bahn des bewegten Gleitrollengelenkes 71 gegenüber
der festen Achse des Lagergelenkes 73 vergrößert wird, vergrößert sich auch
die Walztiefe.
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Die praktische, Durchführung der Veränderung der Exzentrizität ist
aus Fig. 3 zu erkennen. Im Innern des festen zylindrischen Gehäuses
61 kann in Richtung von dessen Längsachse ein Ring 74 verschoben werden.
Das Verschieben dieses Ringes 74 findet mittels einer Schraube 75 mit Handgriff
76 statt.
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Die Innenwandung des beweglichen Ringes 74 ist als nockenförmige Ablaufbahn
77 konisch ausgebildet, wobei die Konusachse zur Achse des rückwärti-
j
gen Endes 62 des Mittelbolzens 8 der Maschine geneigt ist.
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Da die mit dem Gelenk 71 verbundene Gleitrolle 67 im
Innern des Ringes 74 abläuft, ermöglicht es, die Neigung der Konusachse durch Längsverschleben
des Ringes 74 mit Hilfe des Handgriffes 76 im Gehäuse 61 die Exzentrizität
zu ändern.
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In der in Fig. 3 dargestellten Lage erreicht die Exzentrizität
ihr Maximum, da die Gleitrolle 67 ihre dem rückwärtigen Ende 62 des
Mittelbolzens 8 am weitesten angenäherte Stellung einnimmt. Wenn sich der
Ring 74 nach rechts verschiebt, wird der Abstand der Gl.eitrolle 67 von der
Achse des Bolzenendes 62
größer, und wenn die Gleitrolle auf der weitesten
Stelle des Ringes 74 aufliegt, fällt die Umlaufbahn der Gleitrolle 67 mit
einem Kreis um die Achse des Bolzenendes 62 zusammen, und die Schwenkung
ist Null. Infolgedessen findet kein Walzen um eine exentrische Achse statt, weil
keine Exentrizität vorhanden ist.
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Um ein Rohr 7 zu biegen, wird stets von der Null-Stellung ausgegangen.
Während dann das Rohr in den Klemmbacken vorbewegt wird, wird der Handgriff
76
g gedreht, um den Ring 74 nach links in Fig. 3 zu ziehen, also nach
hinten in die Vorrichtung. Die Bewegung des Ringes 74 wird unterbrochen, sobald
die dem zu erreichenden Biegungsradius entsprechende Stellung erreicht ist.
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Die Gleitrolle 67 liegt durch die Zentrifugalkraft ge e, gen
die Innenseite und konische Fläche des Ringes 74 an. Dasselbe kann auch durch eine
nicht dargestellte Feder erreicht werden.