DE19616484A1 - Verfahren zum Kaltbiegen von hohlen Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kaltbiegen von hohlen Werkstücken aus Metall, wie Rohren oder ähnlichen Hohlprofilen, mittels einer Biegevorrichtung, wobei das Werkstück mit seinem einen Ende an einer Halterung eingespannt wird, an einer Biegeschablone abgestützt wird und mittels einer im Biegeradius verfahrbaren Biegebacke entsprechend der Form der Biegeschablone gebogen wird und wobei das Werkstück mindestens im Bereich der zu erzeugenden Biegung innenseitig unterstützt wird.

Das Kaltbiegen von Rohren oder Hohlprofilen ähnlicher Art auf einem Biegeautomaten erfordert bei dünnwandigen Rohren eine Unterstützung des Rohres oder Profiles durch einen Biegedorn, eine Kugel oder dergleichen. Die Aufgabe des Biegedorns oder dergleichen ist es, zum einen den Einfall des Rohres oder Profiles an der der Biegeschablone abgewandten Außenseite zu verhindern, an der die Biegebacke angreift. Zum anderen ist es die Aufgabe des Biegedornes, eine möglichst gleichbleibende Wandstärke zu gewährleisten. Der Biegedorn oder dergleichen muß in das Innere des Rohres oder Profiles eingesetzt werden, wobei die Anordnung eines solchen Biegedorns oder dergleichen aufwendig ist und zudem Beschädigungen des zu biegenden Materials durch den Biegedorn nicht vollständig auszuschließen sind.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren eingangs bezeichneter Art zu schaffen, mit dem unter Vermeidung eines Biegedorn oder dergleichen ein Einfallen der Rohr­ wandung beim Biegen vermieden wird und eine gleichbleibende Wandstärke gewährleistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß das Werkstück mindestens im Bereich der zu erzeugenden Biegung oder auch über seine gesamte Länge mit einem Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit, gefüllt wird, so daß der Hohlraum des Werkstückes vollständig mit Fluid gefüllt ist, und daß das Fluid während des Biegevorganges unter hohem Druck von einigen hundert Bar gehalten wird.

Das Prinzip des Kaltbiegens mittels Innenhochdruck­ unterstützung basiert auf den Gedanken, das Rohr oder Profil durch ein in dessen Innerem befindliches Fluid, beispielsweise Wasser, zu unterstützen. Das Fluid wird in das Innere des Rohres oder Profiles eingebracht und unter Hochdruck gesetzt, wobei sich ein Druck von 300 bar als ausreichend erwiesen hat. Die dadurch auf die Innen­ wand des Rohres oder Profiles ausgeübten Kräfte wirken, ähnlich wie bei einem Biegedorn, dem Einfall des Rohres oder Profiles und der Verjüngung der Wandstärke entgegen. Das Verfahrensprinzip kann so eingesetzt werden, daß das Rohr oder Profil vollständig mit dem Fluid befüllt wird, bevor der Biegevorgang eingeleitet wird. Während des gesamten Umformprozesses (Biegens) verbleibt das Fluid in dem Rohr oder Profil. Gegebenenfalls kann durch Erhöhung des Druckes des Fluides das Rohr oder Profil während des Umformprozesses unterstützt werden.

Alternativ ist es auch möglich, das Fluid durch einen im Inneren des Rohres oder Profiles verschiebbaren Dichtkeil nur im Bereich des Umformprozesses einzubringen, wobei auch dann der Druck während der Verformung des Rohres oder Profiles konstant gehalten oder auch erhöht werden kann. Durch den hervorragenden Formschluß zwischen Fluid und Rohr- oder Profilinnenwandung kann eine gleichmäßige Kraftverteilung erfolgen, wodurch das Umformergebnis wesentlich verbessert ist. Beschädigungen des zu biegenden Materials durch einen Biegedorn oder dergleichen werden vollständig ausgeschlossen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist in seiner Anwendung sehr flexibel, da sich das Fluid der jeweils gegebenen Geometrie anpaßt und der erforderliche Innendruck sich in einfacher Weise dosieren läßt.

Bevorzugt ist zudem vorgesehen, daß das Fluid unter einem hohen Druck von 200 bis 600 bar, vorzugsweise 250 bis 350 bar gehalten wird.

Eine unter Umständen bevorzugte Weiterbildung wird darin gesehen, daß das Werkstück von seinem halterungsseitigen Ende her mit Fluid gefüllt wird und das andere Ende dicht verschlossen wird.

Alternativ ist es auch möglich, daß das Werkstück von seinem halterungsseitigen Ende mit Fluid gefüllt wird und mittels einer an der Halterung fixierten Dichtung jenseits der Biegestelle abgedichtet wird, die nach Art eines Tauchkolbens im Werkstück angeordnet und an der Halterung mittels eines den Hohlraum des Werkstückes durchsetzenden flexiblen Zugankers gehalten wird.

Zudem ist es auch möglich, daß das Werkstück mehrwandig ausgebildet wird, wobei zwischen den Wandungen ein Hohlraum (Ringspalt) verbleibt und daß der Hohlraum während des Biegevorgangs ebenfalls mit Fluid gefüllt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt auch die Möglichkeit zu, doppelwandige oder mehrwandige Rohre zu verformen, wobei zwischen den konzentrischen Rohrwandungen beispielsweise ein Ringspalt ausgebildet ist, der ebenfalls mit Fluid gefüllt wird. Durch das in dem Zwischenraum (Ringspalt) befindliche Fluid ist es möglich, auch das Außenrohr optimal zu unterstützen, so daß auch doppelwandige Rohre oder dergleichen in der angegebenen Weise gebogen werden können. Durch den Wegfall des Biegedornes ist es möglich, das Rohr durch eine Innenspanneinrichtung zu spannen und zu dichten, welche gleichzeitig die halterungsseitige Abdichtung des Rohrendes übernimmt. Das Verfahren ist mit einer automatisch betreibbaren Biegemaschine zu betreiben, wobei z. B. eine automatisch Rohrabschlußeinheit den vollautomatischen Betrieb der Biegemaschine und somit eine vollständige Kapselung derselben ermöglicht. Die Kapselung der Biegemaschine erfolgt beispielsweise mittels einer Schutzhaube, so daß die Sicherheit des Bedienungspersonals gewährleistet ist. Beim Einsatz in einer Produktionsstraße und im vollautomatischen Betrieb muß die Abdichtung des freien Rohrendes automatisiert werden. Hierzu kann ein Handhabungsautomat das entsprechende Rohrstück greifen, es in eine Überwurf­ mutter einführen und es mit einem Füllstück verschließen. Um die Dichtigkeit und Sicherheit auch für höchste Innendrücke zu gewährleisten, kann das Rohrende um das Füllstück gebördelt und über einen Bajonettverschluß an der Überwurfmutter gesichert werden. Das Füllstück kann in seiner Geometrie in der Art ausgebildet sein, daß die durch den Innenhochdruck erzeugte Kraft die Dichtwirkung erhöht, so daß der Rohrabschluß praktisch selbstsichernd ist.

Um den reibungslosen Ablauf zu gewährleisten, können mehrere Abdichteinheiten zum Einsatz kommen. Ein in das Füllstück, welches an der maschinenseitigen Halterung angeordnet ist, eingebrachtes Rückschlagventil ermöglicht es, das Befüllen und Entleeren des Rohres mit dem Fluid vorzunehmen. Durch das Lösen beispielsweise des Bajonett­ verschlusses läßt sich das Füllstück dem gebogenen Rohr entnehmen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Verbesserung der Biegequalität durch gleichmäßige Kraft­ einleitung gewährleistet. Es wird auch eine geringere Wandstärkenverjüngung durch die gleichmäßige Kraftein­ leitung realisiert. Es ist auch das Biegen von doppel­ wandigen Rohren möglich. Eine Beschädigung des Rohr­ innenmantels durch ein Biegedorn oder dergleichen ist auszuschließen.

Eine bevorzugte Weiterbildung wird darin gesehen, daß in das Werkstück ein Schlauch eingesteckt wird und das Fluid in den Schlauch eingefüllt wird.

Bei dem Schlauch kann es sich beispielsweise um einen Hydraulikschlauch handeln, der ausreichend belastbar ist und der in seinem Außendurchmesser weitestgehend dem Innendurchmesser des zu formenden Werkstückes angepaßt ist.

Auch hier basiert das Prinzip des Kaltbiegens mittels Innenhochdruckunterstützung auf dem Gedanken, das Rohr oder Profil durch ein in dessen Innerem befindliches Fluid zu unterstützen. Das Fluid wird in das Innere des Schlauches gefüllt, der wiederum das Innere des Rohres oder Profiles stützt. Das Fluid wird unter Hochdruck gesetzt, wobei sich ein Druck von beispielsweise 300 bar als ausreichend erwiesen hat. Die hierdurch auf die Innenwandung des Rohres oder Profiles ausgeübten Kräfte wirken, ähnlich wie bei einem Biegedorn, dem Einfall des Rohres oder Profiles und der Verjüngung der Wandstärke entgegen. Das Verfahrensprinzip kann so eingesetzt werden, daß das Rohr oder Profil vollständig, d. h. über seine gesamte Länge, mit dem Fluid (und dem Schlauch) befüllt wird, bevor der Biegevorgang eingeleitet wird. Während des gesamten Umformprozesses (Biegens) verbleibt das Fluid unter Hochdruck in dem Rohr oder Profil. Ggf. kann durch Erhöhung des Druckes des Fluides das Rohr oder Profil während des Umformprozesses unterstützt werden. Es ist auch möglich, den Schlauch und damit das Fluid nur in den Bereich des Rohres oder Profiles einzubringen, der einer Verformung beim Biegen unterliegt.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß in das Werkstück von der Halterungsseite her ein am einen Ende geschlossener Schlauch eingesteckt wird, der vom anderen Ende mit Fluid gefüllt wird.

Bevorzugt ist vorgesehen, daß das ungebogene Werkstück in die Spannbacke der Halterung eingespannt wird, nachfolgend der Schlauch von der Halterungsseite her in das Werkstück eingeschoben wird, wobei der Schlauch an der Wandung des Werkstückes anliegt, daß danach der Schlauch mit Fluid unter hohem Druck gefüllt wird, das Werkstück mittels der Biegebacke entsprechend der Form der Biegeschablone gebogen wird, das Fluid aus dem Schlauch abgezogen wird, der Schlauch aus dem Werkstück herausgezogen wird und das Werkstück aus der Halterung entnommen wird.

Auch kann vorgesehen sein, daß das Werkstück mehrwandig ausgebildet ist, wobei zwischen den Wandungen ein Hohlraum verbleibt, der während des Biegevorganges ebenfalls mit Fluid gefüllt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nachstehend anhand von Schemazeichnungen erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Ausgangsrohr in Ansicht;

Fig. 2 eine Spann- und Abdichtvorrichtung im Schnitt gesehen;

Fig. 3 desgleichen im Schnitt III-III der Fig. 2 gesehen;

Fig. 4 eine Biegevorrichtung in der Ausgangsstellung;

Fig. 5 desgleichen nach Abschluß des Biegevorganges;

Fig. 6 und 7 eine Variante in der Ansicht gemäß Fig. 4 bzw. 5.

Fig. 8 bis 13 eine Variante des Verfahrens im zeitlichen Ablauf nacheinander.

Anhand der Ausführungsbeispiele ist ein Verfahren zum Kaltbiegen von Rohren 1 erläutert. Zum Biegen des Rohres 1 ist eine Biegevorrichtung erforderlich, die aus einer maschinenseitigen Halterung 2 für das eine Ende des Rohres 1, einer Biegeschablone 3 und einer Biegebacke 4 besteht. Die Biegeschablone 3 weist ein Rinnenprofil auf, in welches das Rohr 1 einlegbar ist, so daß der Rohrmantel innenseitig der Biegung unterstützt ist. Außenseitig der Biegung ist die Biegebacke 4 angeordnet, die um eine Drehachse 5 im Biegeradius verfahrbar ist und entlang der Außenseite des Rohres 1 aus der Position gemäß Fig. 4 bzw. Fig. 6 in die Position gemäß Fig. 5 bzw. Fig. 7 verfahrbar ist. Um ein Einfallen des Rohres auf der Krümmungsaußenseite zu vermeiden, ist eine innenseitige Unterstützung des Rohres 1 während des Biegevorganges erforderlich.

Hierzu wird das Rohr 1 mindestens im Bereich der zu erzeugenden Biegung (bei Fig. 6 und 7) oder auch über seine gesamte Länge (bei Fig. 4 und 5) mit einem Fluid, beispielsweise Wasser unter hohem Druck gefüllt. Der Hochdruck ist durch die Pfeile 6 verdeutlicht. Beispielsweise kann das Fluid unter einem Druck von ca. 300 bar stehen. Das Fluid kann durch die maschinen­ seitige Halterung bei 7 in den Hohlraum des Rohres 1 eingefüllt und auch diesem wieder abgezogen werden. Das andere Ende (bei 8) des Rohres 1 ist durch ein entsprechendes Verschlußelement druckdicht verschlossen (siehe Fig. 2 bis 5).

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 und 7 ist das Rohr 1 ebenfalls von seinem halterungsseitigen Ende bei 2 her über eine Anschlußstelle 7 mit Fluid befüllbar. An der Halterung 2 ist eine Dichtung 9 fixiert, die jenseits der Biegestelle innerhalb des Rohres 1 angeordnet ist. Die Dichtung 9 funktioniert nach Art eines Tauchkolbens. Sie ist an der Halterung 2 mittels eines den Hohlraum des Rohres 1 durchsetzenden flexiblen Zugankers 10 gehalten.

Bei der Variante nach Fig. 8 bis 13 ist zum Biegen des Rohres 1 eine Biegevorrichtung erforderlich, die aus einer maschinenseitigen Halterung 2 (Spannbacke oder dergleichen) für das eine Ende des Rohres 1, einer Biegeschablone 3 und einer Biegebacke 4 besteht. Die Biegeschablone 3 weist ein Rinnenprofil auf, in welches das Rohr 1 einlegbar ist, so daß der Rohrmantel innenseitig der Biegung unterstützt ist. Außenseitig der Biegung ist die Biegebacke 4 angeordnet, die um eine Drehachse 5 im Biegeradius verfahrbar ist und entlang der Außenseite des Rohres 1 aus der Position gemäß Fig. 8 in die Position gemäß Fig. 11 und zurück in die Position gemäß Fig. 13 verfahrbar ist. Um ein Einfallen des Rohres auf der Krümmungsaußenseite zu vermeiden, ist eine innenseitige Unterstützung des Rohres 1 während des Biegevorganges erforderlich. Hierzu wird in das Rohr 1 mindestens im Bereich der zu erzeugenden Biegung oder auch über seine gesamte Länge ein Schlauch 11, vorzugsweise ein Hydraulikschlauch, eingeschoben, wobei der Außendurchmesser des Schlauches 11 dem Innendurchmesser des Rohres 1 eng angepaßt ist. Sobald der Schlauch seine Sollposition erreicht hat, wie in Fig. 9 gezeigt, wird in den Schlauch Fluid unter Hochdruck eingefüllt, beispielsweise unter einem Druck von 300 bar. Der in diesem Zustand im Schlauchinneren erzeugte Hochdruck ist durch die Pfeile 6 verdeutlicht. Der Schlauch 11 ist an seinem der Haltevorrichtung (2) abgewandten Ende geschlossen. Dieses Ende ist mit 12 bezeichnet. Der Schlauch 11 wird von seinem halterungsseitigen Ende her mit Fluid befüllt. Das Fluid kann auch von diesem Ende her wieder abgezogen werden. Nach der Befüllung des Schlauches wird die Biegebacke 4 um die Achse 5 geschwenkt, so daß das Rohr 1 entsprechend der Kontur der Biegeschablone 3 verformt wird. Dies ist aus der Abfolge der Fig. 10 und 11 zu ersehen. Nach Beendigung des Biegevorganges kann das Fluid aus dem Schlauch 11 abgezogen werden. Die Biegebacke 4 fährt in die Ausgangsposition gemäß Fig. 9 zurück und das gebogene Rohr 1 kann aus der Vorrichtung entnommen werden.

Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.

Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offen­ barten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.

Claims (8)

1. Verfahren zum Kaltbiegen von hohlen Werkstücken, aus Metall wie Rohren oder ähnlichen Hohlprofilen, mittels einer Biegevorrichtung, wobei das Werkstück mit seinem einen Ende an einer Halterung eingespannt wird, an einer Biegeschablone abgestützt wird und mittels einer im Biegeradius verfahrbaren Biegebacke entsprechend der Form der Biegeschablone gebogen wird und wobei das Werkstück mindestens im Bereich der zu erzeugenden Biegung innenseitig unterstützt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück mindestens im Bereich der zu erzeugenden Biegung oder auch über seine gesamte Länge mit einem Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit, gefüllt wird, so daß der Hohlraum des Werkstückes vollständig mit Fluid gefüllt ist, und daß das Fluid während des Biegevorganges unter hohem Druck von einigen hundert Bar gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid unter einem hohen Druck von 200 bis 600 bar, vorzugsweise 250 bis 350 bar gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Werkstück von seinem halterungs­ seitigen Ende her mit Fluid gefüllt wird und das andere Ende dicht verschlossen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Werkstück von seinem halterungs­ seitigen Ende mit Fluid gefüllt wird und mittels einer an der Halterung fixierten Dichtung jenseits der Biegestelle abgedichtet wird, die nach Art eines Tauchkolbens im Werkstück angeordnet und an der Halterung mittels eines den Hohlraum des Werkstückes durchsetzenden flexiblen Zugankers gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück mehrwandig ausge­ bildet wird, wobei zwischen den Wandungen ein Hohlraum (Ringspalt) verbleibt und daß der Hohlraum während des Biegevorganges ebenfalls mit Fluid gefüllt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in das Werkstück ein Schlauch eingesteckt wird und das Fluid in den Schlauch eingefüllt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in das Werkstück von der Halterungsseite her ein am einen Ende geschlossener Schlauch eingesteckt wird, der vom anderen Ende mit Fluid gefüllt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das ungebogene Werkstück in die Spannbacke der Halterung eingespannt wird, nachfolgend der Schlauch von der Halterungsseite her in das Werkstück eingeschoben wird, wobei der Schlauch an der Wandung des Werkstückes anliegt, daß danach der Schlauch mit Fluid unter hohem Druck gefüllt wird, das Werkstück mittels der Biegebacke entsprechend der Form der Biegeschablone gebogen wird, das Fluid aus dem Schlauch abgezogen wird, der Schlauch aus dem Werkstück herausgezogen wird und das Werkstück aus der Halterung entnommen wird.