DE3000170A1

DE3000170A1 - Kern fuer ein zu biegendes rohr

Info

Publication number: DE3000170A1
Application number: DE19803000170
Authority: DE
Inventors: Theodor Chur Molz
Original assignee: W ECKOLD AG
Current assignee: W ECKOLD AG
Priority date: 1980-01-04
Filing date: 1980-01-04
Publication date: 1981-07-09
Also published as: FR2473919A1; JPS56105824A; US4378689A; GB2069896A; FR2473919B1; DE3000170C2; JPS6328693B2; GB2069896B

Description

Beschreibung zum Patentgesuch

der Firma Walter Eckold AG, CH-7202 Trimmis-Station

betreffend:

"Kern für ein _zu biegendes Rohr"

Die Erfindung betrifft einen Kern für ein zu biegendes Rohr.

Um beim Biegen von Rohren deren Ausknicken zu verhindern, befindet sich im Rohr mindestens an der jeweils der Biegebeanspruchung unterworfenen Stelle ein sich dem Rohr möglichst genau anpassendes Füllelement. Als solches Füllelement wird insbesondere bei Biegeanlagen für zylindrische Rohre, bei denen das Rohr um eine drehbare Scheibe herumgezogen wird, ein stationärer Dorn verwendet. Man hat auch kettenartig aus zueinander gelenkigen Gliedern aufgebaute Kerne oder Pakete aus relativ zueinander verschieblichen flexiblen Bändern als Füllung versucht. Alle diese Kerne sind nur für Biegeradien bis zu einer bestimmten unteren Grenze verwendbar, da sich sonst die Kerne nicht mehr entnehmen lassen. Will man enger biegen, muß das Rohr mit Sand, Kolophonium, einem bei niedriger Temperatur schmelzenden Metall oder ähnlichem gefüllt und nach dem Biegen wieder geleert werden. Dies ist aber eine sehr zeitaufwendige Methode.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen aus miteinander gelenkig gekoppelten Gliedern bestehenden Kern für zu biegende Rohre zu schaffen der die Rohre unter zuverlässiger Verhinderung des Abknickens oder der Faltenbildung während des Biegens abstützt, aber trotzdem nach dem Biegen leicht entnehmbar ist.

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Die erfindungsgnmäß vorgesehene Lösung der Aufgabe ergibt sich aus dem .-kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 .

Erfindungsgemäß ist mithin eine biegsame"Seele" in Form des Drahtseils vorgesehen, das die erheblichen Zugbelastungen in Rohrachsrichtung aufnimmt. Auf dem Seil sind expandierbare Spreizglieder aufgereiht, die in Anlage mit der Rohrinnenwandung gebracht werden, indem zugeordnete Keilglieder gegeneinander geschoben werden und dabei mittels ihrer KeiLflachen die Spreizglieder expandieren. Der Expansionsweg kann dabei si groß bemessen werden, daß er die beim Biegen eintretende Rohrverengung übersteigt, so daß der Kern nach Lösen der Verkeilung wieder kontrahiert herausgezogen werden kann. Für sehr enge Biegeradien kann man, wenn das zu biegende Rohr Wandungen parallel zur Biegeachse aufweist, innen und außen je ein flexibles Band mit einlegen, das den Spalt zwischen aufeinanderfolgenden Spreizgliedern überbrückt.

Die Unteransprüche definieren bevorzugte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung; die Bedeutung der in ihnen genannten Merkmale ergibt sich im einzelnen und im Zusammenhang aus der nachfolgenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen.

Fig„ 1 zeigt perspektivisch, teilweise geschnitten, einen gemäß der Erfindung aufgebauten Kern für Rohre mit Rechteckquerschnitt,

Fig. 2 zeigt in zu Fig. 1 analoger Darstellung einen Kern für zylindrische Rohre,

Fig. 3 stellt das Spannhülsenende des Kerns gemäß Fig. 1 im Schnitt dar,

Fig. 4 zeigt das anschlagseitige Ende des Kerns nach Fig. 3 und

Fig. 5 illustriert die Deformation des Kerns nach Fig, 1, 3 und 4 während des Rohrbiegevorgangs.

Der grundsätzliche Aufbau des Kerns soll zunächst anhand der Fig. 1 erläutert werden.

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Auf einem Stahldrahtseil 10 sind lose die Keilglieder 12 und die Spreizglieder 14 alternierend aufgereiht. Jedes Kettenglied 12 ist in sich gelenkig um eine Achse senkrecht zur Ebene, in der das Rohr zu biegen ist. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Kern für ein Rohr mit Rechteckquerschnitt bestimmt, so daß die Biegeebene auch des Kerns festgelegt ist und deshalb Gelenkigkeit nur um eine Achse erforderlich ist. Aus diesem Grunde ist ein Zapfengelenk vorgesehen, bestehend aus einer Rolle 16 und zu deren Mantelfläche komplementären zylindersektorförmigen Lagerschalen 18 in den der Rolle 16 zugewandten Flächen 19 zweier Halbkeilglieder 20, die untereinander identisch sind, jedoch spiegelbildlich zueinander auf dem Drahtseil 10 angeordnet sind. Wenn die Rolle 16 in den Lagerschalen 18 aufgenommen ist, haben die beiden Flächen 19 einen Abstand voneinander, der ein Kippen der Halbkeilglieder auf der Rolle 16 entsprechend dem maximal gewünschten Biegeradius des Rohres zuläßt (vgl. Fig. 5). Die Rolle 16 weist eine Bohrung 22 quer zu ihrer Achse auf, die mit gerade soviel Spiel das Drahtseil 10 umschließt, daß die Rolleinoch lose verschieblich sind; die zur Bohrung 22 koaxialen Bohrungen 24 der Halbkeilglieder 2 0 sind etwas größer bemessen, so daß das Kippzentrum immer von der .Rollenachse bestimmt wird und das Drahtseil 10 auch bei gebogenem Kern noch keine Berührung mit den Bohrungen 24 erreicht.

Jedes Halbkeilglied hat die Form eines Pyramidenstumpfes mit den Flächen 19 als Grundfläche. Die Pyramidenseiten 26 verlaufen unter einem Winkel von 60° gegen die Grundfläche 19. Sie dienen als Keilflächen zum Expandieren der Spreizglieder■14.

Jedes Spreizglied 14 umfaßt ebensoviele Segmente 30 wie die Halbkeilglieder Keilflächen aufweisen, im Ausführungsbeispiel also vier Segmente. Im kontrahierten Zustand bilden die Segmente 30 eines Spreizgliedes einen vollständigen Ring mit einer Außenkontur entsprechend der Innenkontur des zu biegenden Rohres, so daß sich im Ausführungsbeispiel ein äußerer rechteckiger Umriß ergibt. Die Trennebenen zwischen .den Segmenten könnten bezüglich der Rechteckaußenkontur diagonal verlaufen; aus Fertigungsgründen ist es aber bevorzugt, die Trennebenen - in Fig. 1 mit 32 markiert - in die Symmetrieebenen des zu biegenden Rohres zu legen, so daß

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jedes Segment, gesehen auf die Achse des Seils 10, L-Form aufweist. Dann nehmen nämlich auch bei nichtquadratischem Rohrquerschnitt alle Segmente gleiche Umrißform an.

An der dem Drahtseil 10 zugewandten L-Kante weisen die Segmente zu den Keilflächen 26 komplementäre Gegenkeilflachen 34 auf, und zwar unter entgegengesetzt gleichen Winkeln, so daß zwei aufeinanderfolgende Keilglieder mit ihren einander zugewandten Keilflächen gemeinsam auf die Segmente des dazwischenliegenden Spreizgliedes einwirken. Die Segmente jedes Spreizgliedes sind elastisch in die kontrahierte Lage vorgespannt. Hierfür sind im Ausführungsbeispiel elastische Ringe 36 vorgesehen, die in Umfangsnuten 38 der Segmente eingelegt sind; hierfür kann man handelsübliche O-Ringe verwenden.

Werden die Keilglieder in noch zu beschreibender Weise gegeneinander geschoben, so expandieren sie die Spreizglieder entgegen der Vorspa-nung der O-Ringe 36, und zwar solange, bis die Deckflächen 40 der Pyramidenstümpfe zweier benachbarter Keilglieder zur Anlage kommen. Die jeweils unmittelbar benachbarten Halbkeilglieder, die gemeinsam einem Spreizglied zugeordnet sind, können dann mit diesem zusammen als ein "Kettenglied" angesehen werden, das über die jeweils außen anliegenden. Rollen 16 gegenüber den nächstbenachbarten "Kettengliedern" gelenkig ist.

Die Abmessung der Spreizglieder im kontrahierten Zustand bestimmt zusammen mit dem durch die Höhe der Pyramidenstümpfe bestimmten Spannweg die Differenz zwischen der kontrahierten und der expandierten Größe der Kernkontur. Diese Differenz muß groß genug sein, um nach dem Biegevorgang - der mit einer Verengung des Rohres in-der Biegeebene verbunden ist - den Kern herausziehen zu können, wenn die Spannvorrichtung wieder gelöst worden ist.

Der Keilwinkel - also der Winkel, unter dem die Flächen 26 gegen die Achse des Seils 10 verlaufen - muß einerseits groß genug sein, um eine Selbsthemmung auszuschließen, d.h. die Kontraktion der Spreizglieder zu ermöglichen, andererseits ist aber auch erwünscht, daß ein so geringer Anteil wie möglich von den beim Biegevorgang auf die Spreizglieder wirkenden Querkräften über die Keilflächen in eine Zugbelastung des Seils 10 transformiert wird. Der angegebene

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Winkel von 30 liegt in einem Bereich, innerhalb dessen zwischen beiden Forderungen ein vernüftiger Kompromiß erreichbar ist.

Nach Expansion der Spreizglieder haben deren einander zugewandte Stirnflächen 42 einen Abstand voneinander entsprechend dem Maß, um das die beiden zugeordneten Keilglieder mit ihren Lagerschalten weniger als halbzylindrisch ausgearbeitet sind. Bei der Biegung des Rohres nähern die Stirnflächen 42 benachbarter Keilglieder sich einander auf der dem Biegemittelpunkt zugewandten Seite des Drahtseils 10, und um auch enge Biegeradien zu ermöglichen, sind die Stirnflächen auf dieser Seite zweckmäßigerweise keilartig abgeschrägt, wie mit Abschrägungswinkel "ß" in Fig. 4 angedeutet; es ist anzumerken, daß - wenn eine solche Abschrägung vorgesehen ist - die Segmente nur noch paarweise miteinander identisch sind, vorausgesetzt, man wählt die Trennebenen wie oben erläutert; bei diagonalen Trennebenen ergäben sich vier unterschiedliche Segmente.

Bevor die Mittel zum Spannen des Kerns beschrieben werden, soll noch die Ausführung der Keil- und Spreizglieder für zylindrische Rohre unter' Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert werden.

Während bei Rechteckquerschnittrohren in aller Regel nur ein Biegen in einer einzigen Ebene vorgesehen wird und daher Biegsamkeit des Kerns auch nur in dieser Ebene verlangt wird, so daß man als Gelenke die beschriebenen Rollen 16 verwenden kann, ist bei zylindrischen Rohren sehr häufig ein Biegen um mehrere, räumlich zueinander schiefstehende Achsen erforderlich. Das bedeutet, daß anstelle der Rollen 16 hier Kugeln 46 vorzusehen sind. Entsprechend sind·die Lagerschalen 48 der Keilglieder hohlsphärisch ausgebildet. Für die Keilflächen .kann man dieselbe Konfiguration wählen wie für Rechteckrohre oder aber auch eine größere Anzahl von zusammenwirkenden Keilflachen und dementsprechend auch eine größere Anzahl von Spreizgliedsegmenten vorsehen; dargestellt sind hier sechs Keilflächen 50 und sechs Segmente 52, deren Außenumriß zweckmäßigerweise so ausgelegt ist, daß die Segmente im expandierten Zustand eine Kreis mit dem Innenradius des zu biegenden Rohres definieren. Schließlich ist noch anzumerken, daß die Abschrägung mit dem Winkel "ß" hier bei allen Segmenten vorzusehen ist, weil sich

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^; r Kern in sich verdrehen kann und gleichwohl eine Biegung um den engstzulässigen Radius erlauben· muB.

Während man bei Rechteckquerschnittrohren zweckmäßigerweise auf der Innen- und/oder der Außenseite des Kerns bezüglich des Biegemittelpunktes ein dünnes, flexibles Stahlblechband 5 4 bzw. 5 6 einlegen wird, welche Bänder nach dem Biegen zerst herausgezogen werden, ist dies natürlich bei zylindrischen Rohren nicht möglich.

In Fig. 3 und 4 erkennt man die Spanneinrichtungen. Gemäß Fig. 4 ist auf dem einen Ende des Drahtseils 10 ein Anschlagstück 60 befestigt, z.B. aufgeschrumpft. Das Anschlagstück weist Keilflächen 62 auf, die mit dem nächstgelegenen Spreizglied 14' zusammenwirken, und nimmt im übrigen die Zugbelastung in Richtung der Seilachse auf. Die Bänder 54 und 56 erstrecken sich noch über das Anschlagstück hinaus bis in den Bereich des Rohres 64 hinein, der nicht vom Kern abzustützen ist.

Fig. 3 zeigt das andere Ende des Kerns. Das Seilende ist hier fest, z.B. ebenfalls durch Aufschrumpfen, mit einem Spannstück 65 verbunden, bestehend aus einem Führungsabschnitt 66 mit unrundem, z.B. quadratischem Querschnitt und einem Gewindebolzenabschnitt Der Führungsabschnitt 66 ist in einem als Führung ausgebildeten Kanal 69 eines Druckendstücks 70 aufgenommen und der Kanal 69 ist durch eine aufgeschraubte Deckplatte 72 verschlossen. Die Außenkontur des mit der Deckplatte 72 verbundenen Druckendstücks paßt in das Rohrende und ist an der den Gliedern des Kerns zugewandten Stirnseite mit Keilflächen 74 versehen, die mit dem nächstgelegenen Spreizglied 14" ähnlich zusammenwirken wie das Anschlagstück 60 mit dem Spreizglied 14'. . ·

Auf das freie Ende des Gewindebolzenabschnitts 68 ist eine Spannhülse 76 aufgeschraubt, die an dem Druckendstück anliegt und beim Weiterschrauben das Druckendstück längs des Drahtseils 10 in das Rohr hineinpreßt unter Zusammenschieben der Kernglieder, wobei - wie oben erläutert - die Expansion der Spreizglieder bewirkt wird. Die Spannhülse 76 ist an ihrem freien Ende geschlossen, und mit dem freien Ende des Gewindebolzenabschnitts 68 ist ein Kragen

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78 fest verbunden, z.B. aufgestiftet oder mittels eines zum Hülsengewinde entgegengesetzte Steigung ("Linksgewinde") aufweisenden Gewindes aufgeschraubt. Der Kragen läuft beim Anziehen der Spannhülse 7 6 schließlich auf deren geschlossenes Ende auf, wodurch der Benutzer feststellt, daß die gewünschte Verkürzung des Kerns - notwendig für die Expansion aller Spreizglieder - erfolgt ist. Zugleich dient der Kragen 78 dazu, ein unbeabsichtigtes vollständiges Abschrauben und eventuell das Verlorengehen der Spannhülse zu verhindern.

Man erkennt in Fig. 3 noch einen am Ende des Bandes 54 befestigten Griff 80, an dem das Band leicht herausgezogen werden kann, wenn die Spannhülse wieder losgeschraubt und damit die Expansion der Spreizglieder aufgehoben worden ist. Sollten sich trotz Verwendung von Schmierstoffen in allen Teilen des Kerns einmal Spreizglieder im gebogenen Rohr festgeklemmt haben, kann man den Kern durch leichte Hammerschläge etwas lockern.

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Claims

Patentansprüche

Kern für ein zu biegendes Rohr, bestehend aus gelenkig miteinander gekoppelten Gliedern, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Drahtseil UO) loste in sich gelenkige Keilglieder und zwischen aufeinanderfolgenden Keilgliedern quer zur Seilerstreckung expandierbare Spreizglieder angeordnet sind, und daß die Keilglieder in Seilerstreckungsrichtung unter Expansion der Spreizglieder zusammenschiebbar sind.

2. Kern für ein zu biegendes Rohr nach Anspruch .1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Keilglied einen mindestens in der Biegeebene des Rohres runden Querschnitt aufweisenden Gelenkkörper und beidseits je ein Halbkeilglied mit zum Querschnitt des Gelenkkörpers komplementärer 'Lagerfläche umfaßt.

3. Kern für ein zu biegendes Rohr nach Anspruch 2 für Rohre mit Rechtockquerschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkkörper Zylinderform aufweisen.

•1. Kern für ein zu biegendes Rohr nach Anspruch 2 für Rohre mit rundem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkkörper Kugel form aufweisen.

b. Kern für ein zu biegendes Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Spreizglied aus einer Mehrzahl von Ringsegmenten besteht, deren gemeinsame Außenkontur im wesentlichen komplementär zum Innenprofil dor- zu biegenden Rohre ist.

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6. Kern für ein zu biegendes Rohr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das aus den Ringsegmenten 2usammengeset2te Spreizglied im Bereich seines Durchbruchs beidseits einer zur Seilachse senkrechten Symmetrieebene ebensoviele ebene Keilflächen aufweist wie Segmente vorgesehen sind, und daß die Keilflächen komplementär zu GegenkeiIflachen der benachbarten Keilglieder ausgebildet sind.

7. Kern für ein zu biegendes Rohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilwinkel in der Größenordnung von 30° liegen.

8. Kern für ein zu biegendes Rohr nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsegmente mittels elastischer Elemente in Richtung auf die Seilachse vorgespannt sind.

9. Kern für ein zu biegendes Rohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Elemente mindestens einen, alle Ringsegmente des betreffenden Spreizglieds umspannenden O-Ring umfassen,

10. Kern für ein zu biegendes Rohr nach Anspruch 9 gekennzeichnet durch zwei O-Ringe pro Spreizglied.

11. Kern für ein zu biegendes Rohr nach einem der Ansprüche 1-10 dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizglieder sich in Richtung auf den Biegemittelpunkt des Rohres keilartig verjüngend ausgebildet si]

12. Kern für ein zu biegendes Rohr nach einem der Ansprüche 1-11 dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtseil an einem Ende fest mit einem. Anschlagstück verbunden und am anderen Ende fest mit einem Gewindebolzenstück verbunden ist, auf das eine die Glieder zusammen schiebende Spannhülse aufschraubbar ist.

13. Kern für ein zu biegendes Rohr nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagstück zugleich als Keilglied ausgebildet ist.

14. Kern für ein zu biegendes Rohr nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Gliedern zugewandtes Stirncindtoil der Spannhülse zugleich als Keilglied ausgebildet ist.

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!5. Kern für ein zu biegendes Rohr nach einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch eine Anschlaganordnung zur Begrenzung des Spannweges.

16c Kern für ein zu biegendes Rohr nach Anspruch 3 und 5, gekennzeichnet durch- gemeinsam mit dem Kern in das zu biegende Rohr einführbare und nach dem Biegen vor Entnahme des Kern herausziehbare flexible Bänder.

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