DE19926330A1 - Biegedorn für eine Biegevorrichtung und Biegeverfahren für Rohre - Google Patents
Biegedorn für eine Biegevorrichtung und Biegeverfahren für RohreInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Biegedorn für eine Biegevorrichtung sowie ein Biegeverfahren für Rohre, insbesondere Rohre, die ein großes Durchmesser-Wandstärke-Verhältnis haben und mit kleinem Radius, z. B. in der Größenordnung des Rohrdurchmessers gebogen werden sollen. Dafür wird ein Biegedorn (5, 6) eingesetzt, an dessen starrem Kopf (5) ein Paket (6) aus federelastischen Lamellen (6a, 6b) aus Blech befestigt ist. Um bei Erhaltung einer guten Stützwirkung die Biegsamkeit des Biegedorns (5, 6) zu verbessern, weisen die Lamellen (6a) mit Ausnahme der äußeren Lamellen (6b) fensterartige Ausnehmungen (6c) auf.
Description
Die Erfindung betrifft einen Biegedorn für eine
Biegevorrichtung für Rohre, bestehend aus einem starren
Kopf und einem daran mit nur einem Ende befestigten Paket
von übereinander geschichteten, flexiblen Lamellen, das
senkrecht zur Lamellenebene unter Gleiten der Lamellen
aufeinander biegsam ist.
Solche Biegedorne werden in Biegevorrichtungen für Rohre
eingesetzt, um beim Biegevorgang das Rohr von innen
abzustützen. Durch diese Abstützung soll einem Einknicken
des Rohres, einer Wellenbildung am inneren Biegebogen,
Abplattungen am Außenbogen, einer Ovalverformung des
Querschnittes und einer Rückfederung des Rohres nach dem
Biegevorgang entgegengewirkt werden. Die Gefahr, daß es
zu den vorgenannten Effekten bei nicht eingesetztem
Biegedorn kommt, ist vor allem bei Rohren groß, die ein
großes Verhältnis von Außendurchmesser zur Wandstärke
haben und mit einem vergleichsweise kleinen Radius, z. B.
in der Größenordnung des Rohrdurchmessers, gebogen werden
sollen. Typische Wandstärken solcher Rohre liegen z. B.
bei 1,5 mm bei einem Rohrdurchmesser von 150 mm.
Zum Stand der Technik gehören verschiedenartige
Biegedorne, mit denen nicht alle vorgenannten Nachteile
vermieden werden können.
Bei einem als Gliederdorn ausgebildeten Biegedorn
(DE 197 07 228 A1) sind an einem starren Kopf mehrere
massive Glieder in Reihe angeordnet und gelenkig
miteinander verbunden. Die Gelenke werden gebildet von
aufeinander gleitenden Gliederflächen, von denen die
Gliederfläche des einen Gliedes konvex und die
Gliederfläche des anderen Gliedes konkav ausgebildet ist.
Mit einem solchen Biegedorn wird zwar wegen der massiven
Ausbildung der Glieder im Bereich eines jeden Gliedes der
kreisförmige Querschnitt des an ihm abgestützten Rohres
während des Biegevorgangs erhalten, jedoch nicht auf der
gesamten axialen Länge des Bogens. Dies liegt daran, daß
das Rohr wegen der konvexen (kugeligen) Form der Glieder
nur an axial versetzten schmalen Ringzonen abgestützt
wird. In den nicht abgestützten Bereichen kann sich das
Rohr also unerwünscht verformen, sei es Abplatten, sei es
Falten.
Diese nicht erwünschte Verformung des Rohres beim Biegen
soll durch einen anderen bekannten massiven Innendorn
(EP 0 856 367 A2) vermieden werden. In diesem Fall
besteht der Biegedorn aus Kunststoff (Polyurethan)und ist
massiv ausgebildet. Der Nachteil eines solchen Biegedorns
besteht zum einen darin, daß die Biegefähigkeit eines
massiven Biegedorns nicht ausreicht, um Rohre mit kleinen
Biegeradien zu biegen, und zum anderen darin, daß ein
Kompromiß zwischen der Biegefähigkeit des Biegedorns und
der Formstabilität für die Abstützung gemacht werden muß.
Soll eine hohe Formstabilität gewährleistet sein, muß man
große Biegekräfte aufbringen. Je größer der
Rohrdurchmesser ist, desto größer muß dann die Biegekraft
sein. Es versteht sich, daß aus diesem Grunde dem Einsatz
eines solchen Dorns für Rohre mit großem Durchmesser
schnell Grenzen gesetzt sind.
Schließlich ist ein Biegedorn der eingangs genannten Art
bekannt (JP 619 8349), bei dem zwischen äußeren, an der
Rohrinnenseite anliegenden Platten aus Federstahl ein
Paket bildende übereinandergeschichtete flexible Lamellen
aus Kunststoff angeordnet sind. Da die einzelnen Lamellen
aufeinander gleiten können, ist die für den Biegevorgang
aufzuwendende Biegekraft im Vergleich zu dem anderen
Biegedorn aus massivem Kunststoffmaterial kleiner.
Dennoch ist die aufzuwendende Biegekraft unerwünscht
hoch, insbesondere wenn Rohre mit großem Querschnitt und
kleinem Biegeradius gebogen werden sollen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Biegedorn zu
schaffen, bei dessen Einsatz das Rohr ohne allzu große
Biegekraft ohne Abplattungen oder andere unerwünschte
Verformungen gebogen wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Biegedorn
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die aus
Blech bestehenden Lamellen bis auf die im Paket außen
liegenden Lamellen jeweils einen mittigen, sich in
Längsrichtung des Paketes erstreckenden, fensterartigen
Ausschnitt aufweisen, derart, daß die Lamellen unter
Bildung eines Hohlkörpers sich mit ihren schmalen
Randbereichen teilweise überdecken.
Obgleich der erfindungsgemäße Biegedorn aus Lamellen
besteht, ist er wegen des dafür gewählten Werkstoffes
"Blech" formstabil und läßt sich verhältnismäßig leicht
biegen, weil die mittigen Lamellen sich nicht über den
gesamten Querschnitt erstrecken.
Vorzugsweise wird für das Blech der Lamellen ein
verschleißfester Werkstoff mit einem hohen E-Modul, einer
hohen Festigkeit und einem kleinen Reibbeiwert gegenüber
dem Rohrwerkstoff ausgewählt. Dafür eignen sich Bronze,
vor allem aber Stahl, insbesondere Federstahl.
Der Biegedorn kann in verschiedener Weise ausgestaltet
sein.
Nach einer ersten Ausgestaltung sind die Ausschnitte in
den ausgeschnittenen Lamellen an deren nicht befestigten
Enden offen. Nach einer alternativen Ausgestaltung sind
sie an den nicht befestigten Enden geschlossen. Das
geschlossene Ende kann vorteilhaft für die Abstützung des
in der Praxis möglicherweise besonders stark belasteten
Endes sein.
Die für das Biegen erforderliche Biegekraft kann weiter
dadurch verringert werden, daß mindestens einige Lamellen
an ihrer dem inneren Biegebogen zugewandten Seite quer zu
ihrer Längsrichtung verlaufende Kerben aufweisen. Auch
kann die Biegekraft dadurch vermindert werden, daß
zwischen den einzelnen aufeinander gleitenden Lamellen
ein Gleitmittel vorgesehen ist.
Um das Einführen des Biegedorns in ein Rohr zu
erleichtern, kann das freie Ende des Paketes kugelartig
abgerundet, schräg angeschnitten oder spitz zulaufend
sein.
Da der Biegedorn mit seinem Kopf in das Rohr eingeführt
werden muß, muß er dem Querschnitt des Rohres angepaßt
sein. Um gleichwohl die Lamellen möglichst einfach am
Kopf befestigen zu können, kann er an seiner dem Paket
zugewandten Seite gabelförmig oder kammerartig
ausgebildet sein, wobei ein Teil der Lamellen zwischen
den Gabelästen bzw. den Kammzähnen befestigt ist und die
übrigen Lamellen an den befestigten Lamellen befestigt
sind.
Da sich die Lamellen beim Biegevorgang gegeneinander mit
der Folge verschieben, daß die am Außenbogen liegende
Lamelle gegenüber der am Innenbogen liegenden Lamelle
bezogen auf die zur Rohrachse senkrechte Ebene
zurückbleibt, würde die Abstützung in diesem Bereich
verloren gehen, wenn nicht nach einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen wäre, daß die
Lamellen eine abgestuft unterschiedliche Länge haben,
derart, daß die Lamellen auf der Seite mit dem großen
Biegebogen die größte Länge und die Lamelle auf der Seite
mit dem kleinen Biegebogen die kleinste Länge hat.
Um ein Aufspreizen der federelastischen Lamellen zu
vermeiden, ist nach einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung vorgesehen, daß die Lamellen an ihren freien
Enden durch eine an den äußeren Lamellen angeschlagene
Feder zusammengehalten werden.
Üblicherweise erfolgt das Rohrbiegen in einer
Biegevorrichtung mit einem Biegedorn derart, daß das
Biegen abschnittsweise erfolgt, wobei der Biegedorn dann
entsprechend axial umpositioniert werden muß. Die
Erfindung erlaubt dagegen ein Biegen in einem Zuge, d. h.
ohne Umpositionieren des Biegedorns. Dementsprechend
betrifft die Erfindung weiter ein Verfahren zum Biegen
eines Rohres unter Verwendung eines erfindungsgemäßen
Biegedorns in einer Biegevorrichtung mit einer
feststehenden Aufnahme für das Rohr mit eingeführtem
Biegedorn, einem auf der Seite des kleinen Biegebogens
feststehend angeordneten Stützkörper und einem um die
Mitte des Biegebogens schwenkbaren Führungsstück für das
Rohr. Ein solches Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, daß das Rohr und der verwendete
Biegedorn, der sich über die gesamte Länge des
Biegebogens erstreckt, während des gesamten Biegevorgangs
axial fixiert ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist
möglich geworden, weil wegen der besonderen Ausgestaltung
des Biegedorns die erforderlichen Biegekräfte relativ
klein sind, so daß die aufzuwendenden Biegekräfte auch
trotz der größeren axialen Länge, über die die Lamellen
aufeinander während des Biegevorgangs gleiten, nicht
unbeherrschbar groß werden.
Wird, wie bei diesem Verfahren das Rohr beim Biegevorgang
axial fixiert gehalten, dann wandert beim Biegevorgang
der biegewirksame Bereich um die Mitte des Biegebogens.
Entsprechend lang muß deshalb der flexible Biegedorn
ausgelegt sein. Mit einem kürzeren Biegedorn kommt ein
alternatives Verfahren der Erfindung aus. Bei diesem
Verfahren kommt eine Biegevorrichtung mit einer
feststehenden Aufnahme für das Rohr mit eingeführtem
Biegedorn, einem auf der Seite des kleinen Biegebogens
angeordneten, insbesondere um die Mitte des Biegebogens
drehbeweglichen Stützkörper und einem um dieselbe Mitte
des Biegebogens schwenkbaren Führungsstück für das Rohr
zur Anwendung. Ein solches Verfahren ist erfindungsgemäß
dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr und der verwendete
Biegedorn, der sich mit seinem biegsamen Teil mindestens
über den biegewirksamen Bereich des Biegebogens
erstreckt, während des gesamten Biegevorgangs derart
axial frei beweglich oder gesteuert geführt werden, daß
der biegsame Teil des Biegedorns im biegewirksamen
Bereich des Biegebogens verbleibt.
Bei diesem Verfahren kann das Rohr gesteuert oder frei
beweglich entsprechend seinen verschiedenen
Bahngeschwindigkeiten am Innenbogen und am Außenbogen den
Bahngeschwindigkeiten des auf das Rohr einwirkenden
Vorrichtungsteilen im Sinne einer möglichst kleinen
Relativbewegung angepaßt werden. Durch die axiale
Bewegung des Rohres läßt sich der biegewirksame Bereich
räumlich fixieren, so daß man mit einem sich nur über
eine kleine Länge des Biegebogens erstreckenden flexiblen
Biegedorn auskommt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein
Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher
erläutert. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine Biegevorrichtung mit zum Biegen eingeführtem
Rohr und eingestecktem Biegedorn unmittelbar vor
dem Biegevorgang im Halbschnitt und isometrischer
Darstellung,
Fig. 2 die Biegevorrichtung gemäß Fig. 1 am Ende des
Biegevorgangs in Seitenansicht und im Halbschnitt,
Fig. 3 einen Biegedorn in isometrischer Darstellung und
im axialen Halbschnitt in der Biegeebene,
Fig. 4 die obere Hälfte eines Lamellenpaketes des
Biegedorns gemäß Fig. 3 in isometrischer
Darstellung,
Fig. 5 die untere Hälfte des Lamellenpaketes des
Biegedorns gemäß Fig. 3 in isometrischer
Darstellung,
Fig. 6 eine Lamelle des Biegedorns gemäß Fig. 3 in
Ausschnitt und in Seitenansicht,
Fig. 7 eine Biegevorrichtung mit zum Biegen eingeführtem
Rohr und eingestecktem Biegedorn unmittelbar vor
dem Biegevorgang im Halbschnitt und isometrischer
Darstellung in einer zu Fig. 1 alternativen
Ausführung
und
Fig. 8 die Biegevorrichtung gemäß Fig. 7 am Ende des
Biegevorgangs in Seitenansicht und im Halbschnitt.
Die Biegevorrichtung gemäß Fig. 1 und 2 besteht aus einer
feststehenden Aufnahme 1, einem auf der Seite des kleinen
Biegebogens feststehend angeordneten Stützkörper 2 und
einem um die Mitte A des Stützkörpers 2 verschwenkbaren
Führungsstück 3. In der in Fig. 1 dargestellten
Ausgangsstellung für den Biegevorgang befindet sich ein
zu biegendes Rohr 4 in der Aufnahme 1 und erstreckt sich
über das Führungsstück 3 hinaus. In dem Rohr 4 ist ein
Biegedorn eingesetzt.
Wie die Fig. 3 bis 6 zeigen, besteht der Biegedorn aus
einem starren Kopf 5 und einem daran befestigten Paket 6
von aufeinander geschichteten Lamellen 6a, 6b. Zur
Befestigung des Paketes 6 am Kopf 5 weist der Kopf 5 zwei
Gabeläste 7, 8 auf. Zwischen diesen Gabelästen 7, 8 sind
die Lamellen 6a mit Ausnahme der jeweils äußeren, etwas
verkürzten Lamellen 6b mit Schraubenbolzen befestigt. Die
Befestigung der äußeren Lamellen 6b erfolgt mittels
Schraubenbolzen an den anderen Lamellen 6a. Wie vor allem
die Fig. 3 und 5 zeigen, weisen die Lamellen 6a mit
Ausnahme der äußeren Lamellen 6b fensterartige
Aussparungen 6c auf, die zum freien Ende des Paketes 6
offen sind. Die äußeren Lamellen 6b sind vollflächig
ausgebildet, so daß die aufeinander geschichteten
Lamellen 6a, 6b einen Hohlkörper bilden, bei dem die
einzelnen Lamellen 6a, 6b einander überdecken und sich
aufeinander abstützten. Im Bereich der Aussparungen 6c
können die Lamellen 6a, 6b quer zur Biegeebene verlaufende
Rillen 6d aufweisen. Die Aussparungen 6c und die Rillen
6d begünstigen die Biegsamkeit des Paketes 6.
Der Fig. 3 ist weiter zu entnehmen, daß die Lamellen 6a,
6b an ihrem freien Ende durch eine Zugfeder 9
zusammengehalten werden. Ferner ist dieser Figur zu
entnehmen, daß die Lamellen 6a, 6b eine unterschiedliche
Länge haben. Die in der Zeichnung unten dargestellten
Lamellen, die an der Seite des kleinen Biegebogens
liegen, haben die kürzeste Länge, während die Lamellen,
die an der gegenüberliegenden Seite, also an der Seite
des großen Biegebogens liegen eine größere Länge haben.
Mit dieser unterschiedlichen Länge wird erreicht, daß im
gebogenen Zustand die Enden im wesentlichen in einer
Radialebene der Schwenkachse liegen. Dies ist für die
Stützwirkung vorteilhaft, weil bei gleich langen Lamellen
sich eine axiale Versetzung der Enden zueinander ergibt
und damit die Abstützung teilweise verloren geht, wie in
Fig. 2 dargestellt ist.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 7 und 8 unterscheidet
sich von dem der Fig. 1 und 2 darin, daß der Stützkörper
2' um die Mitte A des Biegebogens drehbar ist, das Rohr
4' nicht axial fixiert ist, sondern nachgeschoben wird
und der flexible Teil 6' des Biegedorn 5', 6' eine
vergleichsweise kurze Länge hat.
Für ein erstes Biegeverfahren gemäß der Erfindung wird
das Rohr 4 axial fixiert gehalten. Der Stützkörper 2 ist
drehfest. Der Biegedorn 5, 6 ist ebenfalls axial fixiert
und sein flexibles Paket 6 hat eine Länge, die sich über
die gesamte Länge des zu biegenden Bogens des Rohres 4
erstreckt, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Eine
solche Konfiguration ermöglicht es, daß beim Biegevorgang
der Biegedorn 5, 6 nicht entsprechend dem Biegefortschritt
nachgesetzt werden muß. Deshalb läßt sich das Verfahren
einfach und schnell durchführen und führt auch nicht zu
einer Innenbeschädigung des Rohres 4, was bei Verfahren,
die ein Umsetzen des Biegedorns erforderlich machen,
passieren kann.
Bei einem zweiten Biegeverfahren gemäß der Erfindung mit
einer Vorrichtung entsprechend den Fig. 7 und 8 ist
dagegen ein Umsetzen des Biegedorns 5, 6 gegenüber dem
Rohr 4 entsprechend dem Biegefortschritt erforderlich.
Dafür wird er mit seinem flexiblen Paket 6' im
biegewirksamen Bereich der Vorrichtung gehalten, das
heißt im Anfangsabschnitt des Biegebogens. Das Rohr 4'
muß deshalb entsprechend dem Biegefortschritt
nachgeschoben werden. Dieses Nachschieben wird
erleichtert durch den mitwandernden Stützkörper 2'. Der
Vorteil dieses Verfahrens besteht vor allem darin, daß
wegen der kurzen Länge des flexiblen Paketes 6' des
Biegedorns 5' die aufzuwendende Biegekraft klein ist und
die unerwünschte Relativbewegung zwischen Rohrinnenwand
und Biegedorn auf den kurzen biegewirksamen Bereich
beschränkt ist.
Claims (12)
1. Biegedorn für eine Biegevorrichtung für Rohre,
bestehend aus einem starren Kopf (5, 5) und einem daran
mit nur einem Ende befestigten Paket (6, 6') von
übereinander geschichteten, flexiblen Lamellen (6a, 6b),
das senkrecht zur Lamellenebene unter Gleiten der
Lamellen (6a, 6b) aufeinander biegsam ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die aus Blech bestehenden Lamellen (6a, 6b) bis auf die im
Paket (6) außen liegenden Lamellen (6b) jeweils einen
mittigen, sich in Längsrichtung des Paketes (6, 6')
erstreckenden, fensterartigen Ausschnitt (6c) aufweisen,
derart, daß die Lamellen (6a, 6b) unter Bildung eines
Hohlkörpers sich mit ihren schmalen Randbereichen
teilweise überdecken.
2. Biegedorn nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Blech der Lamellen (6a, 6b) aus einem verschleißfesten
Werkstoff mit einem hohen E-Modul, einer hohen Festigkeit
und einem kleinen Reibbeiwert gegenüber dem Rohrwerkstoff
wie Stahl, insbesondere Federstahl, oder Bronze besteht.
3. Biegedorn nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Ausschnitte (6c) in den ausgeschnittenen Lamellen
(6b) an deren nicht befestigten Enden offen sind.
4. Biegedorn nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Ausschnitte (6c) in den ausgeschnittenen Lamellen
(6b) an deren nicht befestigten Enden geschlossen sind.
5. Biegedorn nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens einige Lamellen (6a, 6b) an ihrer dem inneren
Biegebogen zugewandten Seite quer zu ihrer Längsrichtung
verlaufende Kerben (6d) aufweisen.
6. Biegedorn nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen den einzelnen aufeinander gleitenden Lamellen
(6a, 6b) ein Gleitmittel vorgesehen ist.
7. Biegedorn nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
das freie Ende des Paketes (6) kugelartig abgerundet,
schräg angeschnitten oder spitz zulaufend ist.
8. Biegedorn nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Kopf (5) an seiner dem Paket (6) zugewandten Seite
gabelförmig oder kammartig ausgebildet ist und daß ein
Teil der Lamellen (6a) zwischen den Gabelästen (7, 8) oder
den Kammzähnen befestigt ist und die übrigen Lamellen
(6b) an den befestigten Lamellen (6a) befestigt sind.
9. Biegedorn nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Lamellen (6a, 6b) eine abgestuft unterschiedliche
Länge haben, derart, daß die Lamelle (6b) auf der Seite
mit dem großen Biegebogen die größte Länge und die
Lamelle auf der Seite mit dem kleinen Biegebogen die
kleinste Länge hat.
10. Biegedorn nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Lamellen (6a, 6b) an ihren freien Enden durch eine an
den äußeren Lamellen (6b) angeschlagene Feder (9)
zusammengehalten werden.
11. Verfahren zum Biegen eines Rohres unter Verwendung
eines Biegedorns nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in
einer Biegevorrichtung mit einer feststehenden
Aufnahme (1) für das Rohr (4) mit eingeführtem Biegedorn
(5, 6), einem auf der Seite des kleinen Biegebogens
feststehend angeordneten Stützkörper (2) und einem um die
Mitte (A) des Biegebogens schwenkbaren Führungsstück (3)
für das Rohr (4),
dadurch gekennzeichnet, daß
das Rohr (4) und der verwendete Biegedorn (5, 6), der sich
über die gesamte Länge des Biegebogens erstreckt, während
des gesamten Biegevorgangs axial fixiert sind.
12. Verfahren zum Biegen eines Rohres (4') unter
Verwendung eines Biegedorns (5', 6'), nach einem der
Ansprüche 1 bis 10 in einer Biegevorrichtung mit einer
feststehenden Aufnahme (1') für das Rohr (4') mit
eingeführtem Biegedorn (5', 6'), einem auf der Seite des
kleinen Biegebogens angeordneten und um die Mitte (A) des
Biegebogens drehbweglichen Stützkörper (2') und einem um
dieselbe Mitte (A) schwenkbaren Führungsstück (3') für
das Rohr (4'),
dadurch gekennzeichnet, daß
das Rohr (4') und der verwendete Biegedorn (5', 6'), der
sich mit seinem biegsamen Paket (6') mindestens über den
biegewirksamen Bereich des Biegebogens erstreckt, während
des gesamten Biegevorgangs derart axial frei beweglich
oder gesteuert geführt werden, daß das biegsame Paket
(6') des Biegedorns (5', 6') im biegewirksamen Bereich
verbleibt.
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