DE19529216A1 - Verfahren zur Steuerung einer Rohrbiegemaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung ei­ ner Rohrbiegemaschine sowie eine Rohrbiegemaschine.

Beim Biegen von Rohren wird das Rohr mit einer Spann­ backe seitlich gegen eine Biegeschablone gedrückt, die anschließend unter Mitnahme der Spannbacke gedreht wird. Beim Drehen der Biegeschablone wird das Rohr um die Biegeschablone herum gebogen. Der ungebogene Rohr­ abschnitt stützt sich dabei an einer Gleitschiene ab. Auf die Gleitschiene wirkt eine Vorschubvorrichtung ein, die die Gleitschiene während des Biegevorganges vorschiebt.

In DE 41 29 478 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung des Vorschubes der Gleitschiene einer Rohrbiegemaschine be­ schrieben, das als Synchronvorschub bezeichnet werden kann. Hierbei werden die Drehposition der Biegeschablo­ ne und die Vorschubposition der Gleitschiene ermittelt. Die so gewonnenen Meßgrößen werden miteinander vergli­ chen. Der Differenzwert steuert einen Druckregler, der den der Vorschubeinrichtung zuzuführenden Druck verän­ dert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuer­ verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, Rohre von höherer Qualität und Gleichmäßigkeit mit besserer Re­ produzierbarkeit zu biegen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und bei einer Rohrbiegemaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6.

Während beim Stand der Technik die Gleitschiene jeweils auf eine bestimmte Position quer zum Rohr eingestellt wird und diese Position während des gesamten Biegevor­ gangs beibehält, erfolgt nach der Erfindung eine Rege­ lung in der Weise, daß die Kraft, mit der die Gleit­ schiene das Rohr abstützt, geregelt wird, wobei die Gleitschiene quer zum Rohr derart verschoben wird, daß die Andruckkraft einen vorbestimmten Wert einnimmt und beibehält. Mit einer Regelung, deren Sollwert program­ mierbar ist, wird die Andruckkraft, mit der die Gleit­ schiene das Rohr seitlich abstützt, konstant gehalten oder nach einem Programm verändert. Vorteile bringt dieses Verfahren besonders während des Einrichtens der Biegemaschine und während des Biegeprozesses. Die Ein­ richtzeit läßt sich erheblich verkürzen, weil die ge­ samte Feinjustierung, bei der sonst Rohre probeweise gebogen werden müßten, entfällt.

Die Kraft der Gleitschienenandrückung hat über die Rei­ bung zwischen Rohr und Gleitschiene einen großen Ein­ fluß auf die Möglichkeit, Kräfte über den Gleitschie­ nenvorschub in die Biegung zu übertragen. Wandstärken-, Profil- und Außendurchmesserschwankungen des Rohres beeinträchtigen die Kraftübertragung des Gleitschienen­ vorschubes, wodurch die gewünschte Bogenqualität nicht immer erreicht wird. Erfindungsgemäß wird dieses Pro­ blem durch Regelung des Gleitschienenandrucks gelöst.

Bei Rohrprofilen mit herstellungsbedingten Toleranzen der Außenabmessungen werden bei den herkömmlichen An­ drucksystemen im Falle einer Wanddickenverstärkung Spannabdrücke erzeugt. Bei weichen Rohrmaterialien kön­ nen Deformierungen und Beschädigungen der Rohrprofil­ oberflächen erfolgen. Derartige Beeinträchtigungen des Endproduktes werden durch die Regelung des Gleitschie­ nenandrucks ebenfalls vermieden. Im Falle einer Wand­ stärken- oder Außendurchmesserverjüngung wird die Gleitschiene automatisch nachgestellt, so daß die Ge­ fahr, daß das Rohr an der Gleitschiene rutscht, mit der Folge der Oberflächenverkratzung und einer Verringerung der Bogenqualität, eliminiert wird.

Bei der erfindungsgemäßen Rohrbiegemaschine ist eine Einrichtung zur Erfassung des Istwertes der von dem Andruckzylinder aufgebrachten Andruckkraft vorgesehen und es ist ein Regler vorhanden, der den Istwert der Andruckkraft entsprechend einem Sollwert nachregelt, der von einem Sollwert-Generator erzeugt wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh­ rungsbeispiels.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Rohrbiege­ maschine in Draufsicht und

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Regelung des Gleit­ schienenandruckes.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Rohrbiegemaschi­ ne weist eine auf einem (nicht dargestellten) Maschi­ nentisch drehbar montierte Biegeschablone 10 auf. Die mit vertikaler Drehachse 11 angeordnete Biegeschablone 10 hat im wesentlichen die Form ein zylindrischen Kör­ pers, an dessen Umfangsfläche eine Biegerille 12 ausge­ bildet ist, die den Querschnitt des zu biegenden Rohres 13 etwa zur Hälfte aufnimmt. An der Biegeschablone 10 ist eine Gegenspannbacke 14 befestigt, mit der eine Spannbacke 15 zusammenwirkt, um gemeinsam das Rohr 13 zu umgreifen und für den Biegevorgang festzuspannen. Die Spannbacke 15 ist an einem Schwenkarm 16 ange­ bracht, der um eine Achse schwenkbar ist, welche mit der Drehachse 11 der Biegeschablone 10 zusammenfällt. An diesem Schwenkarm 16 ist die Spannbacke 15 radial bewegbar, um das Rohr einzuspannen oder freizugeben.

Der ungebogene Abschnitt 13a des Rohres 13 wird von ei­ ner Andrückvorrichtung 17 abgestützt. Die Andrückvor­ richtung weist einen Schlitten 18 auf, der durch einen am Maschinengestell abgestützten Andruckzylinder 37 in Richtung des Doppelpfeiles 19 quer zu dem Rohrabschnitt 13 verfahrbar ist. Der Schlitten 18 trägt einen Unter­ schlitten 20, der in Längsrichtung zu dem ungebogenen Rohrabschnitt 13a, also in Richtung des Doppelpfeiles 21, verfahrbar ist, sowie einen Zylinder 22 zum Bewegen des Unterschlittens 20. Der Zylinder 22 ist an dem Schlitten 18 fest angeordnet und in ihm ist der Kolben 23 bewegbar, dessen Kolbenstange 24 an dem Unterschlit­ ten 20 angreift, um diesen zu verschieben. Der Zylinder 22 weist eine Arbeitskammer 25 und eine Rückhubkammer 26 auf, die durch den Kolben 23 getrennt sind.

An der Biegeschablone 10 ist ein Positionsgeber 30 an­ geordnet. Der Positionsgeber 30 weist beispielsweise einen Drehwinkelkodierer auf, der die Drehposition der Biegeschablone 10 angibt. Die Biegeschablone 10 wird von einem (hydraulischen) Antrieb 31 gedreht.

An dem Unterschlitten 20 ist in der Nähe der Biegescha­ blone 10 eine Gleitschiene 32 angebracht, die von der der Biegeschablone abgewandten Seite her gegen das Rohr 13 drückt und den ungebogenen Rohrabschnitt 13a beim Biegevorgang abstützt. Ferner ist an dem Unterschlitten 20 ein Schubelement 35 angebracht, das an dem rückwär­ tigen Teil des ungebogenen Rohrabschnitts 13a angreift. Das Schubelement 35 kann eine Klemmbacke 36 aufweisen, um den Rohrabschnitt 13a fest einzuspannen. Es ist so ausgebildet, daß es an dem Rohr gleitfrei angreift. Das Schubelement 35 und die Klemmbacke 36 sind für das Druckbiegen erforderlich. Wenn kein Druckbiegen ausge­ übt wird, wird die Vorschubkraft ausschließlich von der Gleitschiene 32 auf das Rohr 13 übertragen.

Beim Biegevorgang wird das gerade Rohr zwischen Spann­ backe 15 und Gegenspannbacke 14 eingespannt. Dann wird die Biegeschablone 10 nach einem vorgegebenen Programm gedreht, wobei das Rohr um die Biegeschablone herumge­ zogen wird und gleichzeitig der gerade Rohrabschnitt 13a nach vorne bewegt wird. Während des Biegevorganges wird der Unterschlitten 20 parallel zum Rohrabschnitt 13a durch den hydraulischen Zylinder 22 vorgeschoben.

Der Andruckzylinder 37 enthält einen Kolben 38, der mit seiner Kolbenstange 39 gegen den Schlitten 18 drückt und diesen Schlitten zusammen mit der Gleitschiene 32 quer zu dem ungebogenen Rohrabschnitt 13a verschieben kann. Der Raum des Andruckzylinders 37 wird von dem Kolben 38 unterteilt in die Arbeitskammer 37a und die Rückhubkammer 37b. Die Arbeitskammer 37a ist mit einer Leitung 40 und die Rückhubkammer 37b mit einer Leitung 41 verbunden.

Gemäß Fig. 2 sind die Leitung 40, die an die Arbeits­ kammer 37a angeschlossen ist, und die Leitung 41, die an die Rückhubkammer 37b angeschlossen ist, mit einem Regelventil 42 verbunden, das drei unterschiedliche Stellungen A, B und C einnehmen kann. In der darge­ stellten Stellung A verbindet das Ventil 42 die Leitun­ gen 40 und 41 mit einem Schaltventil 43, das mit einer Pumpe 44 und einem Sumpf 45 verbunden ist und zwischen einer Durchlaßstellung und einer Sperrstellung umge­ schaltet werden kann. Die Stellung B des Ventils 42 dient für den schnellen Vorschub und die Stellung C für den Rückhub des Kolbens 38.

In der Stellung A des Regelventils 42 werden die Durch­ lässe zu den Leitungen 40 und 41 proportional zu dem Signal einer Steuerleitung 48a verändert. Wenn das Si­ gnal der Steuerleitung 48a klein ist, sind der zur Lei­ tung 40 führende Drosselquerschnitt und der mit der Leitung 41 verbundene Drosselquerschnitt ebenfalls klein. Je größer das Signal der Steuerleitung 48a ist, um so größer wird der mit der Leitung 40 verbundene Drosselquerschnitt und um so größer wird der mit der Leitung 41 verbundene Drosselquerschnitt. Die Drossel­ querschnitte in Zulauf und Ablauf sind stets gleich. Die Drücke zu beiden Seiten des Kolbens werden gegen­ läufig zueinander verändert.

An die Leitung 40 ist ein Druckwandler 46 angeschlos­ sen, der ein Stromsignal erzeugt, welches dem hydrauli­ schen Druck in der Leitung 40 entspricht. An die Lei­ tung 41 ist ein Druckwandler 47 angeschlossen, der ein Stromsignal erzeugt, das dem hydraulischen Druck in der Leitung 41 entspricht. Die Ausgänge der beiden Druck­ wandler 46 und 47 sind mit einem Regler 48 verbunden, der an die Steuerleitung 48a das Steuersignal für das Differentialventil 42 liefert. Der Regler 48 berechnet aus den Drücken in den Kammern 37a und 37b und den Grö­ ßen der beiden Kolbenflächen A1 und A2 den Istwert Fi der Vorschubkraft, die auf den Schlitten 18 einwirkt.

Der Regler 48 ist ferner mit einem Sollwert-Generator 49 verbunden, welcher einen Sollwert Fs der Vorschub­ kraft an den Regler 48 liefert. Dieser Sollwert Fs der Vorschubkraft variiert beispielsweise in Abhängigkeit von dem Drehwinkel α der Biegeschablone 10, der vom Positionsgeber 30 geliefert wird.

Der Sollwert-Generator 49 enthält mehrere Kurven, die den Sollwert Fs der Andruckkraft in Abhängigkeit vom Drehwinkel α der Biegeschablone 10 angeben. An dem Sollwert-Generator kann die jeweils gewünschte Kurve ausgewählt werden. Ferner kann an dem Sollwert-Genera­ tor der Wert α für den Start und das Ende der Rohrbear­ beitung eingegeben werden. Der Sollwert-Generator 49 liefert dann in Abhängigkeit von α den jeweils zugehö­ rigen Sollwert Fs, von dem der Istwert Fi subtrahiert wird. Dieser Regler, der beispielsweise ein PID-Regler ist, liefert über die Steuerleitung 48a ein Regelsignal an die Regelstrecke, die hier aus dem Differentialven­ til 42 und dem Andruckzylinder 37 besteht.

Der Druck P1 in der Leitung 40 und der Druck P2 in der Leitung 41 werden dem jeweiligen Wandler 46 bzw. 47 zugeführt. Das Ausgangssignal des Wandlers 46 wird mit einem Wert multipliziert, der der Fläche A1 des Kolbens 38 entspricht. Das Ausgangssignal des Wandlers 47 wird mit einem Wert multipliziert, der der Größe der Fläche A2 des Kolbens 38 entspricht. Dadurch werden die Pro­ dukte P1 × A1 und P2 × A2 gebildet. Jedes dieser Pro­ dukte ist ein Maß für eine der beiden Kräfte, die ge­ gensinnig zueinander auf den Kolben 38 einwirken. Die beiden Produkte werden voneinander subtrahiert, so daß der Istwert Fi der Vorschubkraft entsteht. Dieser Ist­ wert wird von dem Sollwert Fs subtrahiert, um das Steu­ ersignal für die Steuereinheiten 48a zu bilden.

Beim Einlegen eines Rohres in die Rohrbiegemaschine ist der Schlitten 18 in der Rückzugsposition. Wenn das Rohr eingelegt ist, wird der Schlitten so weit vorgeschoben, bis die eingestellte Andruckkraft, mit der die Gleit­ schiene 32 gegen das Rohr drückt, erreicht ist. Beim nachfolgenden Biegevorgang wird diese Andruckkraft ent­ weder konstantgehalten oder nach einem vorgegebenen Programm, z. B. von Abhängigkeit vom Biegewinkel α, ver­ ändert.

Claims (8)

1. Verfahren zur Steuerung einer Rohrbiegemaschine, die eine drehbare Biegeschablone (10), eine das Rohr (13) gegen die Biegeschablone (10) drückende Spannbacke (15) und eine an dem ungebogenen Rohr­ abschnitt (13a) angreifende, quer zu diesem Rohr­ abschnitt bewegbare Gleitschiene (32) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der Gleitschiene (32) quer zum Rohr (13) durch eine Regeleinrichtung derart ver­ ändert wird, daß die Andruckkraft einen vorbe­ stimmten Wert einnimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
aus einem Sollwert-Generator (49) ein Sollwert (Fs) für die Andruckkraft ausgegeben wird,
der Istwert (Fi) der Andruckkraft ermittelt wird, und
die Gleitschiene (32) in eine Position bewegt wird, in der der Istwert (Fi) dem Sollwert (Fs) entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Biegewinkel (α) der Biegescha­ blone (10) gemessen und der Sollwert (Fs) entspre­ chend dem Biegewinkel (α) verändert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Istwert (Fi) der Andruckkraft dadurch ermittelt wird, daß die Drücke (P1, P2) in einem die Gleitschiene (32) bewegenden Andruckzy­ linder (37) auf beiden Seiten des Kolbens (38) erfaßt werden und aus den Drücken unter Berück­ sichtigung der Größen der beiden Kolbenflächen (A1, A2) der Istwert (Fi) der Andruckkraft bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drücke (P1, P2) im Andruckzylinder (37) auf beiden Seiten des Kolbens (38) gegenläufig zuein­ ander verändert werden.

6. Rohrbiegemaschine zum Biegen eines Rohres (13), mit einer von einem Antrieb (33) drehbaren Biege­ schablone (10), einer das Rohr (13) gegen die Bie­ geschablone (10) drückenden Spannbacke (15) und einer seitlich gegen den ungebogenen Rohrabschnitt (13a) drückenden, mindestens einen hydraulischen Andruckzylinder (37) quer zum Rohr (13) bewegbaren Gleitschiene (32), dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (46, 47) zur Erfassung des Istwertes (Fi) der von dem Andruckzylinder (37) aufgebrachten Andruckkraft (F) vorgesehen ist, und daß ein Regler (48) den Istwert (Fi) der Andruck­ kraft entsprechend einem Sollwert (Fs) nachregelt, der von einem Sollwert-Generator (49) geliefert wird.

7. Rohrbiegemaschine nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung zur Erfassung des Istwertes (Fi) der Andruckkraft zwei Drucksensoren (46, 47) aufweist, die die Drücke (P1, P2) zu beiden Seiten des Kolbens (38) erfassen.

8. Rohrbiegemaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (48) ein Regelven­ til (42) mit stetiger Drosselkennlinie steuert, welches die Drücke (P1, P2) zu beiden Seiten des Kolbens (37) gegenläufig zueinander verändert.