DE1188265B - Verfahren und Vorrichtung zum Biegen eines Rohres, insbesondere aus Kunststoff - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

B29c

Deutsche Kl.: 39 a2-17/02

Nummer: 1188 265

Aktenzeichen: W 30897 X/39 a2

Anmeldetag: 17. Oktober 1961

Auslegetag: 4. März 1965

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Biegen eines Rohres, insbesondere aus Kunststoff, bei dem das Rohr während des Biegevorganges zusätzlichen Stützkräften zur Vermeidung des Einknickens ausgesetzt wird.

Wird ein Rohr mit einem nicht allzu großen Radius gebogen, dann pflegt es bei einer bestimmten Beanspruchung an der nach innen gerichteten Wandungsseite, welche während des Biegevorganges unter hohen Druckbeanspruchungen steht, einzuknicken. Besonders deutlich ist dieser Knickvorgang beim Biegen von Kunststoffrohren vor allen Dingen dann zu beobachten, wenn deren Wandstärke gering ist.

Um dieses Einknicken zu vermeiden, ist es bekannt, das Rohr mit einer möglichst inkompressiblen Masse auszufüllen, damit der die Knickung bewirkenden Kraft eine genügend große Reaktionskraft entgegengesetzt wird. Versuche haben ergeben, daß dieses Ausfüllen des Rohres mit Sand, Wasser oder spiraligen Gegenständen auch Erfolg beim Biegen von Kunststoffrohren zeigt. Es ist aber viel zu umständlich, das Ausfüllen der Rohre in den Produktionsgang aufzunehmen, wenn es darum geht, eine größere Anzahl solcher Rohre zu biegen. Die Anwendung der an sich sehr vorteilhaften Kunststoffrohre in den mannigfaltigsten technischen Gebieten hängt aber zum Teil davon ab, ob es gelingt, eine bleibende Rohrbiegung auf wirtschaftlich einfache und billige Weise vorzunehmen.

Es sind schon Versuche unternommen worden, das Rohr auf verschiedene Temperaturen zu erwärmen und alsdann die Verformung mit den üblichen Werkzeugen vorzunehmen. Diese Versuche waren aber auch nur zum Teil erfolgreich, abgesehen davon, daß das Erwärmen eines Rohres auch ein umständlicher und möglichst zu vermeidender Produktionsvorgang ist.

Das Problem der Erfindung stellt sich somit darin, das bisher übliche Ausfüllen des Rohres oder Erwärmen zu vermeiden und trotzdem Rohre ohne Knickgefahr zu biegen, so daß die Rohrbiegung in Serienproduktion übernommen werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß das Rohr senkrecht zu seiner Biegeebene um einen Teilbetrag im Sinne einer Querverformung zusammengedrückt und in diesem Zustand in einem Werkzeug gebogen wird, dessen fonngebende Teile einen kleineren Abstand als der Rohrdurchmesser aufweisen. Dieses Verfahren hat besonders gute Wirkung bei Rohren aus Kunststoff, es hat sich aber gezeigt, daß nach dem gleichen Verfahren auch

Verfahren und Vorrichtung zum Biegen eines
Rohres, insbesondere aus Kunststoff

Anmelder:

Jean Walterscheid K. G.,

Lohmar (Siegkr.), Bachstr. 14-18

Als Erfinder benannt:

Hubert Geisthoff, Donrath (Siegkr.)

Rohre aus beliebig anderem Material mit dem gleichen Effekt gebogen werden können, wobei es lediglich Unterschiede in den Verformungskräften gibt. Es ist zwar bekannt, das Rohr während des Biegevorganges einer zusätzlichen Stützkraft zur Vermeidung des Flachdrückens auszusetzen. Diese Stützkraft wird so aufgebracht, daß die Biegeschiene nahe der Biegeform auf die Rohrwand auftrifft, während sie an der von der Biegeform am weitesten entfernt liegenden Stelle keine unmittelbare Berührung mit dem Rohr aufweist.

Das zu biegende Rohr liegt innenseitig plan an einer Biegeform an, die demgemäß eine Auskehlung mit dem dem Rohr entsprechenden Radius aufweist.

Von diesem Stand der Technik unterscheidet sich

die Erfindung wesentlich dadurch, daß das Rohr senkrecht zu seiner Biegeebene um einen Teilbetrag im Sinne einer Querverformung zusammengedrückt und in diesem Zustand in einem Werkzeug gebogen wird, dessen formgebende Teile einen kleineren Abstand als der Rohrdurchmesser aufweisen.

Diese Lehre geht also von der vorbekannten Stützkrafttheorie aus, denn beim Stand der Technik wird das Rohr an seiner inneren Umfangsseite zentriert und an seiner äußeren Umfangsseite durch Stützkraft ungleichmäßig belastet, damit das Ausknicken vermieden wird. Von einer gänzlichen Querverformung des Rohres, das demnach an seiner Innenumfangsseite nicht geführt ist, wie dies bei der Erfindung der Fall ist, ist demnach gar keine Rede.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß man Kunststoffrohre oder Rohre aus solchen Materialien, die sich zusammendrücken lassen und alsdann elastisch wieder ihre alte Form annehmen, biegen kann, ohne daß die Knickgefahr besteht, welche gerade bei solchen Materialien besonders groß ist.

Jedenfalls lassen sich mit den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik solche Kunstsoffrohre nicht verformen, ohne einzuknicken.

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Es wurde im Rahmen der Erfindung erkannt, daß sich, die Ränder dieser Wände in zueinander ent-

durch die Querverfonnung des ungefüllten Rohres gegengesetzten Richtungen abzukrümmen oder ab-

die Druck- und Biegezonen einer erheblichen mole- zuwinkein, damit das Rohr überhaupt zwischen die

kularen Beanspruchung unterliegen. Die dabei auf- Wände hineingedrückt werden kann. Zweckmäßiger

tretende molekulare Erwärmung in diesen Bereichen 5 ist es jedoch, den Abstand zwischen den beiden Be-

ist offenbar die Ursache dafür, daß es gelingt, Rohre grenzungswänden veränderbar zu gestalten, wobei

ohne weitere Hilfsmittel zu verformen und dabei das allerdings auch in diesem Falle der Rand der Be-

Einknicken der Rohre auszuschließen. Eigentum- grenzungswände abgekrümmt oder abgewinkelt sein

licherweise entsteht die gleiche vorteilhafte Wirkung kann.

nicht, wenn das Rohr erwärmt wird, da sich offenbar io Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung die Wärmewirkung über die gesamte Rohrwandung besteht darin, daß mindestens eine der beiden Beerstreckt und somit in der Festigkeitsrelation etwa grenzungswände entlang der zylindrischen Körperdie gleichen Werte wie bei einem nicht erwärmten achse hin- und herbewegbar geführt ist. Im einzelnen Rohr zwischen den Biege- und Druckzonen einer- Fall kann diese Führung dazu dienen, durch Anseits und den anderen Wandungsflächen andererseits 15 pressen der einen Begrenzungswand das eingelegte vorhanden sind. Eine graduelle Verbesserung wird Rohr zu verformen. Bei einem anderen Ausführungsnur dadurch erzielt, daß man lediglich die Druck- beispiel ist die bewegliche Begrenzungswand mit und Biegezonen erwärmt, beispielsweise dadurch, einem Antrieb für oszillierende Bewegungen, z. B. daß man an diesen Stellen Reibung erzielt. Es ist Kurvenscheibe, Exzenter, Schwingmagnet u. dgl., aber leicht einzusehen, daß eine Querverfonnung des 20 verbunden, so daß mit dieser Ausführungsform Rohres zusätzlich zur Biegeverformung eine viel ein- schwingende Verformungskräfte auf das Rohr ausfachere und leichtere Verfahrensmaßnahme ist, die geübt werden können,
darüber hinaus den besseren Effekt erzielen läßt. Schließlich besteht aber auch die Möglichkeit, die

Im Rahmen der Erfindung erweist es sich als Begrenzungswände schraubenlinienförmig um den vorteilhaft, die Querverformung während des Biege- 25 zylindrischen Körper anzuordnen, damit es möglich Vorganges zu wiederholen, indem beispielsweise das ist, Rohre bis zu 360° zu biegen oder sogar spiral-Rohr Schwingungsbeanspruchungen ausgesetzt wird. förmig gewundene Rohre herzustellen, ohne daß an Auf diese Weise hat man es in der Hand, die Druck- irgendeiner Stelle eine Knickgefahr besteht. Ob nun zone des zu biegenden Rohres mehr oder weniger die spiralförmigen Begrenzungswände bei der Rohrzu bearbeiten, um somit die Möglichkeit zu schaffen, 30 biegung rotieren oder stehenbleiben, ist in das ErRohre unterschiedlichen Durchmessers und verschie- messen des Fachmannes gesetzt. Festzuhalten ist dener Wandstärke unter den jeweils günstigsten Be- lediglich, daß beide der angegebenen Wege zum dingungen biegen zu können. Dabei können die Am- Biegen der Rohre gangbar sind,
plitude sowie die Frequenz der Schwingungen in Diese und weitere Merkmale der Erfindung sind breiten Grenzen veränderlich gehalten werden, wo- 35 in der Zeichnung schematisch und beispielsweise bei gemäß der Erfindung unter »Schwingung« auch dargestellt, und es zeigt

eine langsame oszillierende Bewegung verstanden F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt durch

wird. eine Rohrbiegevorrichtung,

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme der Erfindung F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine Rohrbiege-

besteht darin, daß die Querverfonnung nur bis zu 40 vorrichtung mit einem Kurvenscheibenantrieb,

einem Teilbereich des erstrebten Biegewinkels aus- F i g. 3 einen Längsschnitt durch eine Rohrbiege-

geführt und anschließend das Rohr ohne Füllung und vorrichtung mit einem Exzenterantrieb und

Querverfonnung weitergebogen wird. Es hat sich da- F i g. 4 einen Längsschnitt durch eine Rohrbiege-

bei erwiesen, daß auch dann noch keine Knick- vorrichtung mit schraubenlinienförmig angeordneten

gefahr besteht, wenn die Querverfonnung des zu 45 Begrenzungswänden.

biegenden Rohres bereits beendet worden ist. Ver- Im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 ist mit 1 ein

suche haben gezeigt, daß man beispielsweise nur zylindrischer Körper bezeichnet, um den das Rohr 4,

die Hälfte des erstrebten Winkels unter Querverfor- das im ursprünglichen Zustand eine zylindrische

mung zu biegen braucht; nimmt man das teilge- Querschnittsform besitzen möge, gebogen werden

bogene Rohr aus der Biegevorrichtung heraus, dann 5° soll. Dieser zylindrische Körper 1 ist zwischen zwei

läßt es sich von Hand ohne Knickgefahr weiter- Begrenzungsflächen 2, 3 angeordnet, die im gezeigten

biegen. Auch diese überraschende Erkenntnis und Ausführungsbeispiel die Form von Scheiben besitzen,

Wirkung kann mit Vorteil dafür ausgenutzt werden, im Prinzip aber beliebige Gestalt annehmen können.

die Serienfertigung gebogener Rohre zu beschleuni- Sämtliche Teile 1 bis 3 sind auf einer Achse oder

gen, auch bietet sich die Möglichkeit, das gebogene 55 Welle 5 angeordnet und mittels der Schraube 6 fest-

Rohr an der Montagestelle nachzubiegen. gespannt. Der Abstand zwischen den Scheiben 2, 3

Eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung ist geringer als die ursprüngliche Breite des Rohres 4. des Verfahrens, welche aus einem zylindrischen Kör- Im vorliegenden Fall ist das Rohr 4 durch die mittels per besteht, um dessen Mantelfläche das Rohr ge- der Schraube 6 bewegbare Begrenzungswand 2 quer bogen wird, ist durch zwei senkrecht zur zylindri- 60 zu der Ebene, die durch die Achse des gebogenen sehen Körperachse angeordnete Begrenzungswände Rohres verläuft, zusammengedrückt worden. Bei gekennzeichnet, deren Abstand kleiner als die Breite dieser Querverformung sind die mit 7 bezeichneten des zwischen ihnen zu biegenden Rohres ist. Gerade Stellen des Rohres am höchsten belastet worden. durch diese Abstandsdimensionierung wird erreicht, Biegt man nun in der in Fig. 1 gezeigten Stellung daß das zu biegende Rohr während des Biegevor- 65 das querverformte Rohr 4 um den zylindrischen Körganges unbedingt quer zur Biegeebene verformt perl herum, dann wird man überraschenderweise werden muß. Handelt es sich um starr zueinander feststellen, daß das sonst übliche Einknicken des angeordnete Begrenzungswände, dann empfiehlt es Rohres in seiner druckbeanspruchten Zone nicht

eintritt. Diese überraschende Wirkung scheint dadurch herbeigeführt zu sein, daß in den Zonen 7 eine plötzliche molekulare Erwärmung durch die Querverformung eintritt, die ihrerseits wiederum das sonst übliche Einknicken nicht entstehen läßt.

Man braucht die Begrenzungsscheibe 2 nicht unbedingt beweglich zu gestalten. Es genügt, wenn die Begrenzungswände 2, 3 einen definierten konstanten Abstand voneinander haben. Dann muß man aber das Rohr 4 in diesen Zwischenraum hineindrücken, damit es sich dabei verformt. Um diese Arbeit zu erleichtern, können die Ränder 8 der Begrenzungswände 2, 3 abgeschrägt, abgewinkelt oder abgekrümmt sein. Diese Abkrümmung8 erleichtert darüber hinaus das Umlegen des Rohres um den zylindrischen Körperl.

Die einfachere Verformung wird jedoch über die Schraube 6 herbeigeführt, indem man zunächst die Begrenzungswand 2 so weit zurückstellt, daß sich das noch unverformte Rohr 4 in den Zwischenraum zwischen den Begrenzungswänden 2, 3 kraftlos einlegen läßt. Durch das Anschrauben der Schraube 6 wird alsdann das Rohr 4 ohne weiteres verformt. Die Schraube 6 stellt hierbei nur Sinnbild für irgendeine Kraft dar, die ausreicht, das Rohr 4 quer zur Biegeebene zu verformen.

Es wird weiterhin im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 davon ausgegangen, daß das Rohr aus Kunststoff besteht und daß die Biegung eine bleibende Verformung sein soll. Es ist aber leicht einzusehen und in der Praxis bereits erwiesen, daß die gleiche Rohrbiegung auch bei einem Rohr aus einem anderen Material, z. B. aus Metall, angewendet werden kann. In jedem Fall wird die Knickgefahr beseitigt. Je nach Elastizität und Festigkeit des Rohrmaterials wird man jedoch höhere oder niedrigere Verformungskräfte ausüben müssen. Der Fachmann ist in der Lage, hierzu die richtigen Kraftrelationen empirisch festzustellen.

Beim Ausführungsbeispiel der F i g. 2 wird davon ausgegangen, daß das Rohr 4 während des Biegevorganges wiederholt quer zur Biegeebene verformt werden soll. Zu diesem Zweck ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein Motor 9 vorgesehen, auf dessen Wellenstumpf 10 eine hohle Nabeil befestigt ist, die ihrerseits eine Kurvenbahn 12 mittels Schrauben 13 fest trägt. Die Kurvenfläche 14 befindet sich an der inneren Planseite der Kurvenscheibe 12. Dreht sich der Wellenstumpf 10, dann drückt die Kurvenbahn 14 der Kurvenscheibe 12 die Kugeln 15 in Richtung zum Motor. Die Kugeln sind in Bohrungen 17 einer Scheibe 16 lose gelagert. Diese Scheibe 16 ist durch beispielsweise ein Keilprofil auf der Welle oder Achse 5 drehstarr und achsunbeweglich gehalten. Die axiale Festlegung erfolgt über die Gegenscheibe 18. Das Abdrücken der Kugeln 15 hat somit eine axiale Verschiebung der Achse 5 zur Folge. Mit dieser Achse 5 ist die Begrenzungswand 2 über die Schraube 6 fest verbunden. Die zum Motor 9 hin gerichtete Bewegung der Begrenzungsscheibe 2 hat demzufolge eine Querverformung des Rohres 4 zur Folge. Die Eigenelastizität des Rohres 4 wird dann ausgenutzt, die Begrenzungswand 2 mit der Achse 5 wieder zurückzubewegen, sobald die Kurvenbahn 14 einen freien Weg hierzu gibt. Das Rohr 4 wirkt somit als Feder. Je nachdem, wie rasch sich die Welle 10 dreht und wieviel Nocken auf der Kurvenbahn 14 sich befinden, wird je Zeiteinheit die Anzahl der Querverformungsbewegungen am Rohr 4 mehr oder weniger häufig sein. Das Beispiel der F i g. 2 zeigt hierbei einen Fall mit mittleren Schwingungsamplituden und mittleren Frequenzen. Diese Biegevorrichtung kann überdies mittels der Hülse 19 in einem Schraubstock 20 oder sonstigen Preßbacken festgehalten sein. Wesentlich ist, daß möglichst während der axialen Bewegung der Begrenzungswände 2 die normale Biegeverformung des Rohres erfolgt.

ίο Will man eine geringere Amplitude und dafür höhere Frequenz bei der Querverformung des Rohres 4 anwenden, dann kann es sich empfehlen, einen Schwingmagneten oder einen Rütteltisch als Antriebsmittel für die Begrenzungswand 2 anzuwenden.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist hingegen ein Fall dargestellt, bei dem es um höhere Amplituden und geringere Frequenzen geht, indem nämlich ein Exzenter 25, 26 über die Pleuelstange 24 und die feste Lasche 22 als Antriebsmittel für die bewegliche Begrenzungswand 3 dient. Die Lasche 22, die ein Gelenk 23 mit der Pleuelstange 24 bildet, ist auf der Nabe 21 der Begrenzungswand 3 befestigt. In diesem Falle ist die Welle 5 als Achse festgehalten. Diese Ausführungsform kann verwendet werden, um eine einmalige Verformung des Rohres 4 herbeizuführen, indem man beispielsweise die Exzenterbewegung abstellt, sobald der Exzenter in der gezeigten Stellung sich befindet. Man kann aber mit dieser Vorrichtung auch wiederholte Querverformungen auf das Rohr ausüben.

Schließlich ist in Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel dargestellt, welches zeigen soll, daß man Rohre auch um größere Winkel biegen kann, ohne das Einknicken des Rohres an der druckbeanspruchten Zone befürchten zu müssen. In diesem Falle sind schraubenlinienförmig ausgebildete Begrenzungsfläche 1, 2 vorgesehen, die mit dem zylindrischen Körper 1 befestigt werden. Man kann mit der Achse 5 beispielsweise einen Querhebel 27 verbinden und die gesamte Einrichtung im Lager 28 drehbar führen. Verwendet man nicht dargestellte Begrenzungseinrichtungen für das Rohr 4, dann kann durch Verdrehen der Welle 5 zu gleicher Zeit die Rohrbiegung und Rohrquerverformung herbeigeführt werden. Die Querverformung entsteht hierbei dadurch, daß beim Andrücken des Rohres an den zylindrischen Körper 1 sich das Rohr querverformen muß, da die Begrenzungswände 1, 2 wiederum einen geringeren Abstand als die Breite des ursprünglichen Rohres besitzen. Man kann auf diese Weise auch schraubenlinienförmig gewundene Rohre herstellen, wobei allerdings zu beachten ist, daß das verformte Rohr ein gewisses »Erinnerungsvermögen« hat und bestrebt ist, wieder in die ursprüngliche Form zurückzugehen. Das gebogene Rohr springt also um einen gewissen Betrag wieder auf — jedenfalls wird der endgültige Biegeradius des gebogenen Rohres immer größer als der Radius des zylindrischen Körpers 1 sein. Es konnte jedoch überraschenderweise festgestellt werden, daß das einmal auf die erfindungsgemäße Weise gebogene Rohr sich weiterbiegen läßt, ohne daß man die Querverformung ausüben muß. Bei diesem Weiterbiegen knickt das Rohr überraschenderweise nicht ein. Man kann also eine Teilbiegung produktiv vornehmen und die Endbiegung bei Montage durchführen, was insbesondere bei Verwendung von Kunststoffrohren von besonderem Vorteil ist.

Die gezeigten Ausführungsbeispiele lassen erkennen, daß zahlreiche Ausführungsformen gefunden werden können, um das erfindungsgemäße Prinzip durchzuführen. Die Erfindung beschränkt sich daher nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele, die im wesentlichen zur klaren Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen.

Claims (9)

Patentansprüche: 10

1. Verfahren zum Biegen eines Rohres, insbesondere aus Kunststoff, bei dem das Rohr während des Biegevorganges zusätzlichen Stützkräften zur Vermeidung des Einknickens ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr senkrecht zu seiner Biegeebene um einen Teilbetrag im Sinne einer Querverformung zusammengedrückt und in diesem Zustand in einem Werkzeug gebogen wird, dessen formgebende Teile einen kleineren Abstand als der Rohrdurchmesser aufweisen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querverformung während des Biegevorganges wiederholt wird, indem beispielsweise das Rohr Schwingungsbeanspruchungen ausgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querverformung nur bis zu einem Teilbereich des erstrebten Biegewinkels ausgeführt und anschließend das Rohr ohne Füllung und Querverformung weitergebogen wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, bestehend aus einem zylindrischen Körper, um dessen Mantelfläche das Rohr gebogen wird, gekennzeichnet durch zwei senkrecht zur zylindrischen Körperachse angeordnete Begrenzungswände, deren Abstand kleiner als die Breite des zwischen ihnen zu biegenden Rohres ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Begrenzungswände in zueinander entgegengesetzten Richtungen abgekrümmt oder abgewinkelt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den beiden Begrenzungswänden veränderbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden Begrenzungswände entlang der zylindrischen Körperachse hin- und herbewegbar geführt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Begrenzungswand mit einem Antrieb für oszillierende Bewegungen, z. B. Kurvenscheibe, Exzenter, Schwingmagnet, verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswände schraubenlinienförmig um den zylindrischen Körper angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Patentschrift Nr. 9439 des Amtes für Erfindungsund Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands;

Dr. Franz, »Das Kalt-Biegen von Rohren«,
Ausgabe 1961, S. 61, Springer-Verlag.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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