DE19926330C2 - Biegedorn für eine Biegevorrichtung und Biegeverfahren für Rohre - Google Patents

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 6-198349 (A) Patentabstracts of Japan M-1090 October 20 1994 Vol. 18/No. 950), 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. Bei einem solchen Verfahren wird das Rohr und der verwendete Biegedorn, der sich über die gesamte Länge des Biegebogens erstreckt, während des gesamten Biegevorgangs axial fixiert gehalten. 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 zum Biegen eines Rohres unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Biegedorns kommt eine Biegevorrichtung mit einer feststehenden Aufnahme für das Rohr mit eingeführtem Biegedorn, einem auf der Seite des kleinen Biegebogens angeordneten, und um die Mitte des Biegebogens drehbeweglichen Stützkörper und einem um dieselbe Mitte des Biegebogens schwenkbaren Führungsstück für das Rohr zur Anwendung. Bei einem solchen Verfahren werden 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, 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 Vorrichtungsteiles 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. Die Lamellen 6a mit Ausnahme der äußeren Lamellen 6b weisen fensterartige Aussparungen 6c auf, die zum freien Ende des Paketes 6 offen sind. Der einfacheren Darstellung wegen ist dies nur in den Fig. 3 und 5 gezeigt. 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 Anspruch 1 oder 2, 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), wobei 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 drehbeweglichen Stützkörper (2') und einem um dieselbe Mitte (A) schwenkbaren Führungsstück (3') für das Rohr (4'), wobei 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.