DE3000170C2

DE3000170C2 - Dorn für ein zu biegendes Rohr

Info

Publication number: DE3000170C2
Application number: DE3000170A
Authority: DE
Inventors: Theodor Chur Molz
Original assignee: W ECKOLD AG TRIMMIS CH
Current assignee: W ECKOLD AG TRIMMIS CH
Priority date: 1980-01-04
Filing date: 1980-01-04
Publication date: 1984-09-06
Also published as: FR2473919B1; DE3000170A1; GB2069896A; FR2473919A1; US4378689A; GB2069896B; JPS56105824A; JPS6328693B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Dorn für ein zu biegendes Rohr gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

LJm 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 I üllele ment. Als solches Füllelement wird insbesondere bei Biegeanlagen für zylindrische Rohre, bei denen das Rohr um eine drehbare Scheibe herumgezogen wird, eine stationärer Dorn verwendet Man hat auch kettenariig aus zueinander gelenkigen Gliedern aufgebaute Kerne oder Pakete aus relativ zueinander verschieblichen flexiblen Bändern als Füllung versucht Alle diese Kerne bzw. Dorne sind nur für Biegeradien bis zu einer bestimmten unteren Grenze verwendbar, da sich sonst

to die Kerne nicht mehr entnehmen lassen. Will man enger biegen, muß das Rohr mit Sand, Kolophonium, einem bei niedriger Temperatur schmelzenden Metall oder ähnlichen gefüllt und nach dem Biegen wieder geleert werden. Dies ist aber eine sehr zeitaufwendige Methode.

Ein Dorn mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen ist aus der US-PS 20 57 359 bekannt Hier ist jedes Keilglied mit den benachbarten Keilgliedern durch einen Gelenkzapfen verbunden, so daß sich eine Art Kette ergibt; die segmentartig ausgebildeten Spreizglieder werden durch eine Spannschraube sämtlich um denselben Weg längs dieser Kette verschoben und dadurch in Anlage an die Rohrinnenwand gebracht. Ein solcher Dorn ist für dünnwandige Rohre geeignet, bei denen die Gefahr der Faltenbildung gering ist; denn nur dann ist der konstruktionsbedingt große Abstand der einzelnen Abstützstellen des Rohres zulässig.
Ein Rohrbiegedorn anderer Konstruktion ist aus der

jo FR-OS 23 99 292 bekannt Hier sind auf einem Seil lose Scheibchen aufgefädelt, zwischen denen je ein offener elastischer Siahlring angeordnet ist. Werden die Scheibchen durch Verkürzen der Seillänge gegeneinander gezogen, sollen sie die Stahlringe in Anlage an die Rohrinnenwand bringen, um dadurch das Rohr beim Biegen abzustützen. In diesem gespannten Zustand stellt der Dorn dann aber einen gewissermaßen massiven Zylinder dar, der erhebliche Biegekräfte auch bei dünnwandigen Rohren erfordert, und es ist zu erwarten, daß der Dorn nach dem Biegen nur unter erheblicher Mühe aus dem gebogenen Rohr wieder herausziehbar ist.

Ein weiterer Rohrbiegedorn ähnlicher Bauart, der zu noch größeren Biegekräften und noch schwerwiegenderen Problemen beim Herausziehen führen dürfte, ist aus der US-PS 40 86 803 bekannt.

Während die Ausbildung nach der US-PS 20 57 359 wenigstens für dünnwandige Rohre brauchbar ist, die um auch kleinere Radien zu biegen sind, dürften die beiden weiteren bekannten Konstruktionen allenfalls für Biegungen um sehr große Radien brauchbar sein, dann allerdings eine gute Abstützung gewährleisten.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rohrbiegedorn der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 definierten Gattung zu schaffen, der eine gute Abstützung auch dickwandiger, um enge Radien zu biegender Rohre gewährleistet und trotzdem nach der Biegung leicht entnehmbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

bo Bei der Erfindung 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 wer-

h5 den, indem zugeordnete Keilglicder gegeneinander geschoben werden und dabei mittels ihrer Keilflächcn die Spreizfeder expandieren. Der Hxpansiorsweg kann dabei so groß bemessen werden, daß er die beim Biegen

eintretende Rohrverengiing übersteigt, se» chiIi der Kern nach Ixisen der Verkeilung wieder kontrahiert herausgezogen werden kann.

Bei Biegungen in einer Kbene genügen zylindrische Gelenkkörper, bei Biegungen in mehreren Ebenen sind kugelige Gelenkkörper erforderlich.

Die Unteransprüche definieren bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.

Die Erfindung ist im folgenden anhand einer Zeichnung bspw. erläutert.

Fig. 1 zeigt perspektivisch, teilweise geschnitten, einen Dorn für Rohre mit Rechteckquerschnitt,

F i g. 2 zeigt in zu F i g. 1 analoger Darstellung einen Dorn bzw. Kern für zylindrische Rohre,

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

F i g. 4 zeigt das anschlagseitige Ende des Kerns nach F i g. 3 und

F i g. 5 illustriert die Deformation des Kerns nach F i g. 1,3 und 4 während des Rohrbiegevorgangs.

Der grundsätzliche Aufbau des Dorns bzw. Kerns soll zunächst anhand der F i g. 1 erläutert werden.

Auf einem Stahldrahtseil 10 sind lose die Keilglieder 12 und die Spreizglieder 14 alternierend aufgereiht. Jedes Keilglied 12 ist in sich gelenkig um eine Achse senkrecht zur Ebene, in der das Rohr zu biegen ist. Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 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 dieser»; 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 Ro¹Ie 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. F i g. 5). Die Rolle bzw. der Gelenkkörper 16 weist eine Bohrung 22 quer zu ihrer Achse auf, die mit gerade soviel Spiel das Drahtseil 10 umschließt, daß die Rollen noch lose verschicblich sind; die zur Bohrung 22 koaxialen Bohrungen 24 der Halbkeilglieder 20 sind etwas größer bemessen, so dal) ons 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 32 in die Symmetrieebenen des zu biegenden Rohres zu legen, se daß jedes Segmenl, gesehen auf die Achse des Seils 10, L-Form aufweist. Lann nehmen nämlich auch bei nichtquadratischem Kohrqucr.schniti alle Segmente gleiche I Jmrißforni .in.

An der dem Drahtseil 10 zugewandten L-Karilc weisen die Segmente zu den Keilflüchen 26 komplementäre Gcgeiikeiiriächeii 34 auf. und /war unter entgegenge-

■> setzt gleichen Winkeln, so daß zwei aufeinanderfolgende Keilglicdcr mit ihren einander zugewandten Keilflächen gemeinsam auf die Segmente des dazwischenliegenden Spreizgliedes einwirken. Die Segmente jedes Spreizgliedes sind elastisch in die kontrahierte Lage

ίο vorgespannt. Hierfür sind im Ausführungsbeispiel elastische Ringe 36 vorgesehen, die in Uinfangsnuten 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 Vorspannung der O-Ringe 36, und zwar solange, bis die Deckflächen bzw. Stirnseiten 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 Zur.tand bestimmt zusammen mit dem durch die Höhe der Pyramidenstümpfe bestimmten Spannweg die Differenz zwischen der kontrahierten und der expandier-

jo ten Größe der Kernkoniur. 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 Spannmittel wieder gelöst worden sind.

J5 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 Winkel von 30° liegt in einem Bereich, innerhalb dessen zwisehen beiden Forderungen ein vernünftiger Kompromiß erreichbar ist.

Nach Expansion der Spreizglieder haben deren einander zugewandte Stirnflächen 42 einen Abstand voneinander entsprechend dem Maß, um das die beiden

so zugeordneten Keilglieder mit ihren Lagerschalen 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; um auch enge Biegeradien zu ermöglichen, sind die Stirnflächen auf dieser Seite zweckmäßigerweise keilartig abgeschrägt, wie mit Abschrägungswinkel »/?« in Fig.4 angedeutet. Es ist anzumerken, daß — wenn eine solche Abschrägung vorgesehen ist — die Segmente nur noch

bo 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 F i g. 2 erläutert werden.

Während bei Rcchteckauerschnittrohren in aller Rp-

gel 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 Gelenkkörper 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 bzw. kugelige Gelenkkörper 46 vorzusehen sind. Entsprechend sind die Lagerschalen 48 der Keilglieder hohlsphärisch ausgebildet. Für die Keilflächen kann man dieselbe Konfiguration wählen wie bei Rechteckrohren oder aber auch eine größere Anzahl von zusammenwirkenden Keilflächen und dementsprechend auch eine größere Anzahl von Spreizgliedscgmenten vorsehen; dargestellt sind hier sechs Keilflächen 50 und sechs Segmente 52, deren Außenumriß zweckmäßigerweise so ausgelegt ist, daß die Segmente im expandierten Zustand einen Kreis mit dem Innenradius des zu biegenden Rohres definieren. Schließlich ist noch anzumerken, daß die Abschrägung mit dem Winkel »//« hier bei allen Segmenten vorzusehen ist. weil sich der Kern in sich verdrehen kann und gleichwohl eine Biegung um den engstzulässigen Radius erlauben muß.

Während man bei Rechteckquerschnittrohren zweckmäßigerweise auf der Innen- und bzw. oder der Außenseite des Kerns bezüglich des Biegemittelpunktes ein dünnes, flexibles Stahlblechband 54 bzw. 56 einlegen wird, welche Bänder nach dem Biegen zuerst herausgezogen werden, ist dies natürlich bei zylindrischen Rohren nicht möglich.

In F i g. 3 und 4 erkennt man die Spannmittel. 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 60 hinaus bis in den Bereich des Rohres 64 hinein, der nicht vom Kern abzustützen ist.

F i g 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 68. 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 70 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 Sprei/glieder bewirkt wird. Die Spannhülse 76 ist an ihrem freien linde geschlossen: mit dein freien linde des Ciewindebol/enabschnitts 68 ist ein Kn-.gcn b/.w. Anschlag 78 fest verbunden, z. B. aufgestiftet oder mittels eines zum Hülsengewinde entgegengesetzte Steigung (»Linksgewinde«) aufweisenden Gewindes aufgeschraubt. Der Kragen läuft beim Anziehen der Spannhülse 76 schließlich auf deren geschlossenes Ende auf.

wodurch der Benutzer feststellt, daß die gewünschte Verkürzung des Kerns — notwendig für die Expansion al'er Spreizglieder — erfolgt ist. Zugleich dient der Kragen 78 dazu, ein unbeabsichtigtes vollständiges Abschrauben und eventuell das Verlorengehen der Spannhülse zu verhindern.

Man erkennt in F i g. 3 noch einen am Ende des Bandes 54 befestigten Griff 80, an dem das Band leicht herausgezogen werden kann, wenn die Spannhülse v/ieder 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.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dorn für ein zu biegendes Rohr, bestehend aus gelenkig miteinander gekoppelten Keilgliedern und aus mit diesen jeweils zusammenwirkenden sowie diese jeweils umgebenden Spreizgliedern, die durch axial relativ zueinander erfolgendes Verschieben von Keilgliedern und Spreizgliedern betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die gelenkige Kopplung der Keilglieder (12) durch zwischen ihnen angeordnete, mit jeweils benachbarten Keilgliedern zusammenwirkende zylindrische oder kugelige Gelenkkörper (16; 46) erfolgt und daß das relative Verschieben zwischen den Keilgliedern und den Spreizgliedern (14,14', 14") dadurch erfolgt, daß die Keüglieder und die Gelenkkörper lose auf einem Drahtseil (10) aufgereiht und auf diesem gegeneinander bewegbar sind, wobei jedes Keilglied aus zwei spiegelbildlich mit ihren kleineren Stirnseiten (40) einander gegenüberliegenden Halbkeilgliedern (20) besteht.

2. Dorn für ein zu biegendes Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegeneinanderbewegen der Keilglieder (12) und der Gelenkkörper (16; 46) dadurch erfolgt, daß das Drahtseil (10) an seinem einen Ende mit einem Anschlagstück (60) und an seinem anderen Ende mit einem Gewindebolzenabschnitt (68) fest verbunden ist, auf den eine Spannhülse (76) aufschraubbar ist.

3. Dorn für ein zu biegendes Rohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagstück (60) zugleich als eines der Keilglieder (12) ausgebildet ist.

4. Dorn für ein zu biegendes Rohr nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülse (76) an einem Druckendstück (70) anliegt, das zugleich als eines der Kcilgliedcr (12) ausgebildet ist.

5. Dorn für ein zu biegendes Rohr nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindebolzenabschnitt (68) an seinem freien Ende mit einem Anschlag (78) für die Spannhülse (76) fest verbunden ist.

6. Dorn für ein zu biegendes Rohr nach Anspruch 1, bei dem jedes Spreizglied aus einer Mehrzahl von Ringsegmenten besteht, deren gemeinsame Außenkontur im wesentlichen komplementär zum Innenprofil des zu biegenden Rohres ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsegmente (30, 52) durch elastische Elemente in Richtung auf das Drahtseil (10) vorgespannt sind.

7. Dorn für ein zu biegendes Rohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Elemente von mindestens einem alle Ringsegmente des betreffenden Spreizgliedes umspannenden O-Ring (36) gebildet sind.