DE2738394A1

DE2738394A1 - Verfahren und vorrichtung zum biegen von langgedehnten gegenstaenden

Info

Publication number: DE2738394A1
Application number: DE19772738394
Authority: DE
Inventors: Leonardus Johannes Cor Hermans; Marinus Johannes Hofstede; Jan Willem De Koe
Original assignee: Cojafex BV
Current assignee: Cojafex BV
Priority date: 1976-09-03
Filing date: 1977-08-25
Publication date: 1978-03-16
Also published as: NL165667C; IT1085973B; BE858351A; JPS5358959A; US4151732A; GB1587888A; NL7609864A; NL165667B; JPS6025208B2; FR2363383A1; USRE30639E; DE2738394C2; FR2363383B1

Description

Reg.-Nr. 125 420

Cojafex B.V., Rottardam, Niederlande.

Verfahren und Vorrichtung zum Biegen von langgedehnten Gegenständen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Vorrichtung zum Biegen von langgedehnten Gegenständen, wie insbesondere Rohre, und bezweckt ein Verfahren und Vorrichtung zu verschaffen, mittels welcher die Materialdickeänderung des Querschnittes der Biegung beherrscht werden kann.

Beim Biegen von Rohren zu Biegungen tritt in der Regel eine VerdlVonng der Wand an der Aussenbiogung und eine Verdickung der Wand and der Innenbiegung auf. Das Mass der Änderung der Wanddicke hängt stark von dem Biegeradius und der Biegungsweise ab.

Bei der von altejsher bekannten Biegemethode, wobei der zu biegende Teil des Rohres, wohl oder nicht erhitzt, um eine Schabion gebogen wird, wird die Verdünnung in de Aussenbiegung sehr gross sein. Bei den neuen Biegemethoden, wie u.a. beschrieben in der holländischen Patentschrift 142.607, wobei die Kraft die die Biegung herbeiführen muss, in der Längsrichtung des Rohres ausgeübt wird und wobei die Biegung fortschreitend in einer schmalen erhitzten Zone erfolgt, wird die Verdünnung an der Aussenseite der Biegung wohl beträchtlich weniger sein, aber dennoch mehr als technisch oder ökonomisch meistens erwünscht und bisweilen gefordert wird, während die Verdickung der Innenseite der Biegung grosser als bei der von alteöier bekannten Biegemethode ist.

Eine Verdünnung der Viand an der Aussenbiegung kann aus Stärke erwägungen gewissermassen toleriert werden, und dies sogar in zunehmendem Masse bei kleineren R/D (Biegeradius/Rohrdurchmesser) Verhältnissen. Eine Verdickung der Wand der Innenbiegung ist aus Stärkeerwägungen sogar erwünscht (gemäss der sogenannten Menbr?nspannungstheorie, siehe auch DIN 2413, Seite 6, unter 4.3). Es gibt aber auch Instanzen die verlangen dass die Wand der Biegung minimal gleich der nominalen Viand des zu biegenden Rohres ist.

Da in der Praxis, insbesondere bei Rohren, die Verdünnung der Aussenbiegungswand am wichtigsten ist, wird nachstehend hauptsächlich die Beheoschung der Verdünnung der Aussenbiegungswand beschrieben werden.

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Soll eine Biegung gebogen werden, bei der erwartet werden kann dass die Verdünnung der Aussenbiegungswand 15% wird und man eine Verdünrung verlangt, die nicht mehr als 5% der nominalen Wanddicke sein darf, so muss das Ausgangsrohr eine Wanddicke haben, die gewiss 10% oberhalb der nominalen Dicke liegt. Nun werden in der Praxis meistens Standardrohre mit einer Wanddicke 8 bis 10% über dem nominalen Wert gewalzt. Wird gemäss der obengenannten neueren Methode gebogen und hat man bein Biegen "Glück", so kann es vorkommen, dass man unter Verwendung dieser normalen Standardrohre innerhalb der erlaubten Toleranz bleibt. Wenn man aber davon sicher zu sein wünscht, wird man bei dem Walzwerk Rohre mit zusätzlich dicker Wand herstellen müssen. Dies bedeutet praktisch eine Wand die 25% bis 30% über den normalen Wandabmessungen liegt, wenigstens an der Stelle wo die Aussenbiegungswand zu liegen kommt, gegebenenfalls durch Benutzung von Rohren mit exzentrischer Bohrung. Es wird deutlich se: dass derartige Rohre verhältnismässig schwerer und teuerer sind und oft eine längere Lieferzeit fordern.

Es ist deshalb aüsserst erwünscht dass man über eine Biegemethode verfügen kann, mit der ausgehend von normalen Standardrohren eine Biegung hergestellt werden kann, deren Verdünnung innerhalb der zusätzlichen Wanddickenmarge von 0 bis 10% bleibt. Dies bedeutet also, dass die Forderung dass die Verdünnung innerhalb von 8% liegen muss mit als Resultat eine Wanddicke an der Aussenbiegung gleich der nominalen Wanddicke oder sogar grosser.

Die vorliegende Erfindung ergibt eine Methode die es ermöglicht die Wanddickeänderungen während der Biegung zu behertschen, indem man diese bestimmt und erforderlichenfalls korrigiert.

Das Resultat dieser Methode läuft beim Beherrschen der Dicke der Aussenbiegungswand kurz darauf hinaus, dass ein Zustand in der Biegezone geschaffen wird, wobei die neutrale Linie (das ist die Linie wo die Druck- und Zugspannungen ineinander übergehen) so dicht wie möglich bei der Aussenbiegungswand zu liegen kommt.

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Liegt die neutrale Linie im Herzen der Aussenbiegungswand, so wird die Aussenwand ihre ursprüngliche Abmessungs(dicke) beibehalten; liegt die neutrale Linie über das Herz der Aussenbiegungswand hinaus, zum Beispiel die Aussenbiegung berührend oder noch weiter nach aussen, so entsteht sogar eine Verdickung.

Das Problem ist also den Biegeprozess derart zu steuern, dass die neutrale Linie dort liegt, wo diese am meisten erwünscht ist, um auf diese Weise die Wanddickenänderung zu beherrschen.

Das Verfahren gemäss der Erfindung, das insbesondere an die obenbeschriebene neuere Biegemethode anschliesst, ist zur Lösung des gestellten Problems dadurch gekennzeichnet, dass man zur Behenschung der Dicke eines in der Biegung liegenden Wandteiles die Langsqeschwindigkeit (Versetzung pro Zeitintervall) dieses noch ujngebogenen Wandteiles misst ehe dieser die Erhitzungsvorrichtung erreicht und ebenso die Geschwindigkeit (Versetzung pro Zeitintervall.) nachdem dieser Wandteil die Erhitzungsvorrichtung passiert hat, und in Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen den beiden genannten Geschwindigkeiten die axialen Spannungen in der erhitzten Zone derart regelt, dass die Dicke des genannten und gebogenen Wandteiles den gestellten Forderungen entspricht.

Das Verfahren ist η Lent nu' heim Biegen von Rohren anwendbar, wovon oben insbesondere die Rede war sondern auch bei anderen langgedehnten Gegenständen, z.B. I-Balken. Nachstehend wird ferner ausschliesslich die Anwendung beim Biegen von Rohren behandelt werden, wobei hauptsächlich die Verdünnung in der Aussenbiegung besprochen werden wird.

Beim erfindungsgemässen Verfahren werden also die Geschwindigkeiten oder Versetzung pro Zeitinterval vom Wandteil an der Aussenbiegung, die dieser Wandteil vor und nach dem Biegen in der schmalen erhitzten Zone besitzt, miteinander verglichen. Diese Vergleichung liefert ein Mass von den in diesem Wandteil auftretenden Wanddickenanderungen beim Biegen, welche Änderungen auf andere direkte Weise praktisch nicht gemessen werden können. Anhand dieser Vergleichung wird nun, wenn die auftretende Wandänderung zu viel von dem erwünschten Wert abweicht, in den Biegeprozess durch Änderung der Verteilung der axialen Spannungen in der Biegezone eingegriffen. Dies könnte man direkt tun, indem man die Gesamtdruckbelastung in der Biegxone vergrössert, was aber viel zu unpraktisch ist. Eine derartige methode ist in der amerikanischen Patentschrift 3.899.908

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ebenso wie in der deutschen Offenlegungsschrift 2.304.838 beschrieben. Eine Änderung in der Temperaturverteilung in der erhitzten Zone, wobei zur Minderung der Verdünnung in der Aussenbiegung, diese weniger als die Innenbiegung erhitzt wird, ist empfehlenswert. Eine derartige Änderung in der Temperaturverteilung bringt indirekt eine Änderung in der Verteilung der axialen Spannungen über das Rohr mit sich. In beiden Fällen versetzt sich zur Minderung der Verdünnung in der Aussenbiegung die neutrale Linie nach der Aussenbiegung hin . Geht nan dabei so weit, dass die neutrale Linie in das Herz des Wandteiles an der Aussenbiegung zu liegen kommt, so wird dieser Wandteil keine Längenänderung in der Längsrichtung und deshalb keine Verdünnung in der radialen Richtung erfahren.

Das Messen der Geschwindigkeit oder Versetzung pro Zeitin-IS tervalj des Wandteiles der an die Aussenbiegung zu liegen kommt, ist vor dem Biegen einfach, da diese Geschwindigkeit gleich der Geschwindigkeit ist, mit der das Rohr nach der Erhitzungsvorrichtung geführt wird. Die direkte Messung der Geschwindigkeit des diesbezüglichen Wandteiles unmittelbar nach der Biegung die in der erhitzten Zone aufgetreten ist, ist schwieriger, auch wegen der hohen Temperatur in der Nähe der Biegezone. Z.B. ist eine optische Messmethode nicht einfach anwendbar, da im voraus auf das Rohr eine Reihe Markierungsstriche angebracht werden müssen, die bei der Erhitzung die Gefahr laufen beschädigt zu 5 werden oder sogar zu verschwinden. Wird nun das Rohr gemäss einem Kreisbogen gebogen, so kann man die Geschwindigkeit des diesbezüglichen Wandteiles aus dem Abstand von diesem Wandteil bis zum Mittelpunkt des Kreises und der Drehgeschwindinkeit von Radius ableiten, der diesen Mittelpunkt mit dem diesbezüglich Wandteil verbindet. Bei Anwendung eines Schwenkarmes, an dem das vorlaufende Ende des zu biegenden Rohres befestigt ist, kann die Drehgeschwindigkeit vcra genannten Radius der Drehgeschindigkeit des Schwenkarmes gleichgestellt werden. Als Abstand von der Drehachse bis zum diesbezüglichen Wandteil kann man, wenn man grosse Genauigkeit zu erzielen wünscht, den Abstand von dieser Drehachse bis zum Herzen des genannten Wandteiles

D-S nehmen. Dieses Herz liegt in einem Abstand —5— von der Herz-

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linie des Rohres, wobei D der Rohrdurchmesser und S die V/anddicke ist. Die Wanddicke kann erforderlichenfalls an dem kalten Rohr gemessen werden, z.B. mit einer ultrasonoren Messmethode. In der Praxis genügt aber meistens die Einführung der nominalen Wanddicke.

Beim Ausführen auf diese Weise der Geschwindigkeitsmessung an dem Aussenwandteil der gebildeten Biegung muss man darauf vertrauen können, dass der Biegeradius R der Biegung während des Biegungsprozesses konstant bleibt. Mit der Methode gemäss dem holländischen Patent 142.607 kann man nun den Biegeradius sehr genau aufrechterhalten und ausserdem ist dabei die Ovalität des gebogenen Rohres vernachlässigbar. Dadurch liegt die Stelle des Herzen des Aussenwandteiles der Biegung genau fest. Deshalb ist die Biegemethode gemäss dem genannten holländischen Patent aüsserst geeignet um dabei die vorliegende Erfindung anzuwenden.

Ein Vorrichtung, mit der das Verfahren gemSss der Erfindung angewandt werden kann, kann ein logisches System enthalten, dem die nachstehenden Werte zugeführt werden: die Zufuhrgeschwindigkeit des Rohres, die Geschwindigkeit des an der Aussenbiegung liegenden Wandteiles nach dem Biegen und gegebenenfalls die Dicke dieses Wand teiles vor dem Biegen, welches System bei eingestellten Vierten von Rohrdurchmesser und Biegeradius ein Signal gibt, das das Verhältni der Wanddicken in der Aussenwand der Biegung vor und nach dem Biege andeutet und dieses Verhältnis mit dem erwünschten Verhältnis vergleicht und bei Abweichung zwischen beiden Verhältnissen ein Signal gibt, das für eine Änderung des Erhitzungsmusters der Erhitzungszone benutzt werden kann.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert werden die schematisch ein Beispiel der Vorrichtung gibt, in der die Erfindung angewandt wird.

In der Figur ist mit 1 das zu biegende Rohr bezeichnet, das bei 3 z.B. durch Klemmung an dem Schwenkarm 2 befestigt ist. Durch Aufdrücken wird das Rohr fortschreitend in der Richtung der Biegung nach links bewegt, wobei eine schmale Zone durch einen das Rohr umgebenden Erh^tzungsring, z.B. ein Induktor 4, erhitzt wird, in welcher Zone die Verformung beziehungsweise Biegung fortschreitend erfolgt. Eine Messvorrichtung 6 misst die Längsgeschwindigkeit V, mit der das Rohr aufgedrückt wird, eine Messvorrichtung 5 misst die Wanddicke S des noch ungebogenen Rohres auf dem Wandteil, der beim Biegen an die Aussenseite der Biegung zu liegen kommt, und eine

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Messvorrichtung 7 misst die Rotationsgeschwindigkeit W des Schwenkarmes. In der Zeichnung sind ferner der Biegeradius R und der äussere Rohrdurchmesser D, sowie die Wanddicken S und Su beziehungsweise vor und nach dem Biegen angegeben. Die aus 5,6 und 7 erhaltenen Messsignale werden in ein logisches System 9 eingeführt, worin auch als konstante Werte der Diegeradius R und der äussere Rohrdurchmesser D eingeführt werden. Die eingeführten Signale werden im System 9 gemäss der nachstehenden Formel verarbeitet
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Su V

S (R + Eil , _w

worin Su die Wanddicke an der Aussenwand der Biegung nach dem Biegen darstellt. Bemerkt wird, dass man bei dem Einführen von S in das System 9, wenn die Stelle der Messung verhältnismässig weit von der Stelle der Biegung liegt und Fluktuationen ¹^ von S über die Länge des Rohres erwartet werden können, bei diesem Einführen derart eine Verzögerung anwenden kann, dass der gemessene Wert von S sich erst effektiv fühlbar machen wird wenn die gemessene Stelle des Rohres die Stelle der Biegung heinahe erreicht hat. Das Ausgangssignal 3— wird in 10 mit

SU
dem erwünschten Wert ^vernlichen und bei Abweichung zwischen den beiden Werten wird ein Signal nach der Verstellvorrichtung 11 für den Erhitzungsring 4 derart gesandt, dass dieser in einer Richtung senkrecht zu der Längsachse des angebogenen Rohres

SU verschoben wird bis das erwünschte Verhältnis g— erreicht ist. Diese Verstellung kann selbstverständlich auch von Hand erfolgen.

SU In der obigen Formel für das Verhältnis ^- ist in dem rechten Teil angenommen, dass das Herz des Aussenwandteiles in der Biegung sich in dem gleichen Abstand von der Herzlinie des Rohres wie das Herz des noch ungebogenen Wandteiles befinden wird. Statt der obengenannten Formel können auch andere Formeln Anwendung finden, wenn man von mehreren gemessenen Grossen ausgeht, wie die Geschwindigkeit and der Aussenseite {Aussenwand)

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des gebogenen Wanteiles der Aussenbiegung oder der Abstand von der Aussenseite des gebogenen Uandteiles bis zum Mittelpunkt vom Biegeradius. Die Einführung von derartigen Grossen kann bedeuten dass das logische System 9 das Verhältnis ^ aus einer cjuadratischen Gleichung ableiten muss. All diese Messungen sind darauf basiert, dass die Wanddickenändarung in der Aussenbiegung durch Messung der Verlängerung in axialer Richtung bestimmt werden kann, die der Wandteil in der Aussenbiegung während des Biegens erfährt. Das Resultat dieser Bestimmung wird dann benutzt um erford lichenfalls den Spannungszustand in der erhitzten Zone derart zu ändern, und zwar vorzugsweise durch Änderung des Erhitzungsmusters, dass dieser Wandteil die erwünschte Dicke erhält.

Bemerkt wird, dass es bekannt ist ein zu biegendes Rohr über den Umfang unyleichmässig zu erhitzen und zwar an der Innenseite der Biegung eine stärkere Erhitzung als an der Aussenseite anzuwenden. Es ist aber nicht bekannt wie man die Wandverdünnung in der Aussenbieaunn kontinuierlich kontrollieren kann uri anhand dieser Kontrolle die Wanddicke zu beherrschen.

Schliesslich wird darauf hingewiesen, dass die Anwendung der Erfindung nicht auf das gegebene Beispiel beschränkt ist.

Sie kann um ein anderes Beispiel zu erwähnen auch bei dem Biegen eines I-Balkeife Anwendung finden, wenn man die Dicke von einer der beiden Flanschen zu beherrschen wünscht. Es kann dabei vorkommen, dass man gerade an der Innenseite der Biegung eine bestimmt' Flanschenverdickung wünscht, dies im Zusammenhang mit einer Belastung, welcher der gebogene Balken später unterworfen werden wird.

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ORIGINAL INSPECTED

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AO Leerseite

Claims

1/Verfahren zum Biegen von langgedehnten Gegenständen, wobei der Gegenstand fortschreitend über eine Erhitzungsvorrichtung ginausgeführt wird, die eine schmale Querzone des Gegenstands erhitzt, in welcher Zone die Biegung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass man zu.- Ueherrschung der Dicke eines.,ie, der_£iegung; liegenden Wandteiles die Längsgeschwindigkeit (Versetzung—pro- Zeitintervall) dieses noch ungebogenen Wandteiles misst, ehe dieser die Erhitzungsvorrichtung erreicht und ebenso die Geschwindigkeit (Versetzung pro Zeitintervall) nachdem dieser Wandteil die Erhitzungsvorrichtung passiert hat, und in Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen den beiden genannten Geschwindigkeiten die Verteilung der Temperatur in der erhitzten Zone durch Änderung des Erhitzungsmusters derart regelt, dass die Dicke des genannten und gebogenen Wandteiles den gestellten Forderungen en tspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zu biegende Gegenstand ein Rohr ist und die Erhitzungsvorrichtung dieses Rohr ringförmig umgibt, dadurch gekennzeichnet dass nan zur Regelung des Erhitzungsmusters die Erhitzungsvorrichtung quer zur Längsachse des ungebogenen Rohres versetzt bis das Verhältnis der genannten Geschwindigkeiten das erwünschte ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Biegung dadurch hervorgerufen wird, dass der vorlaufende Teil des Gegenstands in einem Schwenkarm festgeklemmt ist, dessen Drehpunkt in oder nahe der Ebene' der erhitzten Zone liegt, dadurch gekennzeichnet dass man die Geschwindigkeit des die Erhitzungsvorrichtung passierten, in der Biegung liegen den Wandteiles aus der Drehgeschwindigkeit des Schwenkarmes ableitet, wobei die Geschwindigkeit des noch vor der Erhitzungsvorrichtung befindlichen Wandteiles mit der Zufuhrgeschwindigkeit des ungebogenen Gegenstands nach der Erhitzungsvorrichtung übereinstimmt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man zum Erhalt der Geschwindigkeit des gebogenen in der Biegung liegenden Wandteiles, die Geschwindigkeit im Herzen dieses Wandteiles aus der Drehgeschwindigkeit des Schwenkarmes ableitet, indem man als Radius des Bogens den Abstand von der Drehachse des Schwenkarmes bis zum Herzen des genannten Wandteiles nimmt.

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ORIGINAL INSPECTED

Λ/

5.Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens gemäss Anspruch 1, umfassend ein logisches System dem die nachstehenden Werte zugeführt werden: die Zufuhrgeschwindigkeit des Rohres, die Geschwindigkeit des in der Biegung liegenden Wandteiles nach dem Biegen und gegebenenfalls die Dicke dieses Wandteiles vor dem Biegen, welches System bei eingestellten Werten von Rohrdurchmesser und Biegeradius ein Signal liefert, das das Verhältnis der Wanddicken in dem diesbezüglichen Wandteil der Biegung vor und nach dem Biegen andeutet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das

O logische System das genannte Verhältnis mit einem eingestellten gewünschten Verhältnis vergleicht und bei Absweichung zwischen den beiden Verhältnissen ein ausgehendes Signal liefert, das massgebend ist für eine anzubringende Änderung in dem Erhitzungsmuster der erhitzten Zone.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das ^ ausgehende Signal einer Verstellvorrichtung der Erhitzungsvorrichtung zugeführt wird, die das Rohr umgibt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das logische System die nachstehenden Werte: die Zufuhrgeschwindigkeit des Rohres (V), die Wanddicke (S) an dem Wandteil des Rohres, der in

i) die Aussenbiegung zu liegen konjnt, der Biegeradius (B), der Rohrdurchniesser (D) und die Winkelgeschindigkeit (W) mit der gebogen wird, zu einem Signal verarbeitet gemäss der Gleichung

Su V

, in der Su die

S (R + P^S ) _w

die Wanddicke der Aussenwand der Biegung nach dem Biegen darstellt.

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