DE3150426C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Biegevorrichtung nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Eine Biegevorrichtung dieser Art ist beispielsweise aus der DE-OS 16 27 548 bekannt, die eine Sonderform vielseitiger und einfach zu handhabender Maschinen offenbart, bei denen ein auf zwei Widerlagern abgestütztes Rohr durch einen zwischen die Widerlager einfahrenden Stempel gebogen wird. Die Widerlager sind dabei in einer Würfelform ausgebildet, die einerseits eine Auskehlung mit weitem Radius und andererseits eine Schräg­ fläche aufweist, die wahlweise als Aufnahme für das zu biegende Rohr dienen können und es insbesondere auch erlauben, direkt aneinander anschließende Biegungen in unterschiedlichen Biegeebenen auszuführen. Die Abmessungen der Widerlager und deren Verstellmöglichkeiten entsprechen den Anforderungen an eine vielseitig und einfach einzusetzende Biegevorrichtung.

Eine ähnliche Biegevorrichtung ist aus der CH-PS 5 36 145 be­ kannt, mit der an durchlaufenden Rohren Ausbuchtungen mit einem Hauptbogen und zwei Gegenbögen auf jeder Seite an Rohren herge­ stellt werden können. Die Widerlager erhalten zu diesem Zweck die Form von Kreisscheiben bzw. Kreissektorscheiben mit Hohlkeh­ len in Torusform, ausgelegt auf die gewünschten Gegenbögen.

Derartige Biegevorrichtungen eignen sich gut für eine bruchlose, den Innenquerschnitt erhaltende Verformung bei Rohren niedriger oder mittlerer Qualität. Für Rohre mit höheren Anforderungen, insbesondere für starkwandige Rohre mit bezüglich ihres Durch­ messers klein vorgegebenem Biegeradius, wie etwa einem Biege­ radius von weniger als einem doppelten Rohrdurchmesser, sind Techniken vorauszusetzen, die das Fließverhalten des Werkstoffs und die Materialverteilung beim herzustellenden Rohrbogen stär­ ker berücksichtigen. In dieser Hinsicht ist für Rohre mit hohen Anforderungen insbesondere das Dornbiegeverfahren eingesetzt worden, bei dem ein Bogen über einen gekrümmten Dorn gedrückt wird und dabei sowohl eine Aufweitung wie auch eine Krümmung erhält. Dieses hochentwickelte und bewährte Verfahren ist aller­ dings in seiner Arbeitsgeschwindigkeit begrenzt. Überdies er­ zielt das Dornbiegeverfahren zunächst nur gleichförmig gekrümmte Bögen, während für Schweiß- und Prüfzwecke häufig Bögen mit zylindrischen Rohrenden verlangt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der auch starkwandige, enggekrümmte Rohrbögen hoher Qualität in einfachen und schnellen Arbeitsgängen hergestellt werden können.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Es hat sich nämlich gezeigt, daß das Grund­ prinzip der mit Widerlagern arbeitenden Biegevorrichtungen sich überraschend gut für die bisher hierzu außer Betracht gelassenen Fälle starkwandiger Rohre mit engen Radien verwenden läßt, wenn bei einer entsprechenden Biegevorrichtung für einen hinreichenden Abstandsradius der Aufnahme von ihrer Schwenkachse gesorgt ist und eine formschlüssige Anpassung der Widerlager- Aufnahmen gewährleistet wird. Ein solcher Abstandsradius bzw. Abstand führt nämlich dazu, daß die Aufnahme insbesondere zu Beginn des Biegevorgangs eine starke Einwärtsbewegung ausführt, d. h. eine Stauchbewegung in Längsrichtung des zu biegenden Rohres auf den Stempel und das andere Widerlager zu.

Diese Einwärtsbewegung wird dem zu biegenden Rohr insbesondere zu Beginn des Biegevorgangs mitgeteilt, bei dem die auf das Rohr wirkenden Kräfte im wesentlichen quer zur Aufnahme gerich­ tet sind. Die Einwärtsbewegung hat zur Folge, daß das Rohr in einen mittleren Bereich gestaucht wird. Damit läßt sich erreichen, daß der Rohrbogen schließlich an der Außenbogenform eine im wesentlichen ungeminderte Wandstärke erhält und daß er an der Innenbogenform noch verdickt ist, was für die Bela­ stung der Rohrbögen in typischen Einsatzfällen durchaus er­ wünscht ist. Insbesondere die Biegebeanspruchung von Rohrbögen führt zu der Forderung nach einer steifen Innenbogenform.

Wichtig für diesen Stauchvorgang ist allerdings, daß die Aufnah­ men des Widerlagers den zu biegenden Rohrabschnitt fest erfassen und ihm die gewünschten Stauchkräfte mitteilen können. Dies wird mit einer formschlüssigen Anpassung der Aufnahme an das zu biegende Rohr erreicht.

Wesentlich ist dabei auch, daß die Vorrichtung Rohrbögen mit geraden Schenkelverlängerungen schafft, was für Verbindungen mit geraden Rohrenden, etwa für Schweißverbindungen mit maschi­ neller Verschweißung wie auch für die gerätetechnische Überprü­ fung von Schweißnähten überaus vorteilhaft ist.

Ein Rohrbiegeverfahren anderer Art für dickwandige Metallrohre ist aus der DE-AS 11 77 908 bekannt, welches in mehreren Schritten durchgeführt wird, bei denen der Bereich eines Rohr­ bogens jeweils wechselnd auf der Innen- oder Außenseite erhitzt und gegensinnig gebogen wird, um damit jeweils eine Stauchung und damit eine Wandverdickung zu erzielen. Bei der Durchführung des Verfahrens dienen Auflageformen, Biegerollen und auch ein Gestell mit Biegewangen und einem zwischen diesem hindurchbeweg­ baren Stempel dazu, dem Rohr eine präzisierte Form geben - wobei sich die Wandstärke des Rohrbogens durch die gezielte Wärme- und Biegebehandlung ergibt.

Aus der DE-OS 16 52 838 ist ferner eine Vorrichtung zum Biegen und zum gleichzeitigen Stauchen von Metallteilen, insbesondere aus Flachstahl, bekannt, bei der das zu verformende Teil zwi­ schen zwei schwenkbaren Werkzeugschenkeln durch einen Niederhal­ ter einknickbar ist. Die Werkzeugschenkel führen eine Schwenkbe­ wegung um einen gemeinsamen Drehpunkt aus und sind mit Ausneh­ mungen ausgestattet, die eine wulstartige Verdickung des Werk­ stücks im Biegebereich ausformen.

Aus der US-PS 30 42 099 ist in Verfahren zum Biegen von Rohren ohne eine Abplattung im Biegebereich zu entnehmen, bei dem das Rohr, insbesondere ein Rechteckrohr, zunächst an den paral­ lel zur Biegeebene liegenden Seiten eingequetscht wird, wonach es dann mit einem Werkzeug aus Stempel und Widerlagern gebogen bzw. geknickt werden kann. Das dabei erzielte Rohr erfährt dabei im Krümmungsbereich allerdings einen stark verengten Innenquerschnitt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus dem Anspruch 2, wonach das Rohr so hintergriffen wird, daß eine völlig schlupffreie Übertragung der Schubkräfte erzielt wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung nach dem Anspruch 3 stellt sicher, daß der Rohrbogen im Innenbogenbereich eine ausreichende Verdickung erhält und auch am Außenbogenbereich zumindest nicht wesentlich dünner wird.

Eine Ausgestaltung nach dem Anspruch 4 schließlich erfaßt den Fall einer präzisen Ausformung eines 180°-Bogens, der dabei gerade Schenkelverlängerungen beliebig vorgebbarer Länge haben kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrie­ ben. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1, 2 und 3 schematisierte Darstellung der Biegevorrichtung und eines zu biegenden Rohres in aufeinander­ folgenden Arbeitsphasen (zum Teil schnittbildlich) und

Fig. 4 vergrößerte Maßskizze zum gebogenen Rohr.

In den Fig. 1, 2 und 3 ist die mit ihren funktionswesentlichen Teilen und einem zu biegenden Rohr dargestellte Vor­ richtung insgesamt gezeigt. Diese Biege­ vorrichtung 1 ist im vorliegenden Fall eine hydraulische Presse mit einem Stempel 2 nach Art eines Niedergängers bei Gesenken und mit zwei an ortsfesten Böcken 3 und 4 abgestützten Widerlagern 5 bzw. 6, die um senkrecht zur Zeichenebene ausgerichtete Achsen 7 bzw. 8 parallel zur Zeichenebene verschwenkbar sind.

Die gesamte Anordnung ist im vorliegenden Fall zweckmäßig (aber nicht notwendigerweise) symmetrisch zu einer senk­ rechten Mittelebene ausgebildet, in der auch eine dem Stempel 2 zuzuordnende Wirklinie 9 liegt.

Der Stempel 2 hat in der zeichnungsgemäßen Ansicht einen U-förmigen Umriß, der etwa dem Achsenverlauf des zu biegenden Rohres entspricht.

Dementsprechend ist vorgesehen, daß der Stempel 2 etwa die Innenseite des fertigen Rohrbogens aufnehmen kann, worin die gekrümmte Innenbogenform des Rohres eingeschlossen ist.

Dementsprechend ist der Stempel nicht nur in seiner Umriß­ form der Krümmung des Rohrbogens angepaßt, sondern auch (mit einer Hohlkehle bzw. Halbkreis-Nut 10) dem Quer­ schnitt des Rohres.

Auch die Widerlager 5 und 6 weisen eine Gestaltung auf, die die Formung des Rohres berücksichtigt. Die in Fig. 1 noch miteinander fluchtenden Oberkanten der Widerlager 5 und 6 weisen konkave Aufnahmen 11 bzw. 12 auf, die auch als etwa halbzylindrische Hohlkehlen ausgebildet sind. So­ mit liegt ein zu biegendes Rohr 13 in der Ausgangslage gemäß Fig. 1 mit seinen beiden Endbereichen formschlüssig in den Aufnahmen 11 und 12 und wird dann von oben in seinem Mittelteil durch den Stempel 2 erfaßt, der im Andruckbereich auch schon eine passende Querschnittsform darbietet.

Die Fig. 2 und 3 zeigen, daß der niedergehende Stempel 2 das Rohr in der Mitte nach unten durchbiegt, wobei beid­ seits kürzer werdende gerade Schenkelenden auf den Widerlagern 5 und 6 abgestützt bleiben und das zu biegende Rohr an den niedergehenden Stempel anformen, bis ein Bogen von 180° erzielt und der Bogen zwischen den nun zueinander parallelen Auflagen der Widerlager 5 und 6 nach unten herausdrückbar ist (Fig. 3).

Dieser Biegevorgang veranschaulicht einige geometrische Bedingungen, die bei der Biegevorrichtung 1 einzuhalten sind. Bei einem Abstand A zwischen den Achsen 7 und 8 der Widerlager 5 und 6 müssen die einander zugewandten Teile der Widerlager innerhalb eines Radius vom halben Abstand A von der Achse liegen, damit die Widerlager nicht zusammenstoßen.

Noch wichtiger ist ein in der Zeichnung mit B bezeichneter Abstandsradius B der Aufnahmen 11 und 12 von den zugehörigen Widerlager-Achsen 7 bzw. 8, wobei dieser Radius den kürzesten Abstand bezeichnet, daß sich zwischen der (gedachten) Achse der Achszapfen und der tiefsten (Boden-) Linie der Aufnahmen 11 und 12 ergibt.

Dieser Abstandsradius bzw. Abstand B ist für das Biegen von 180°-Bögen in bezug auf den Abstand A so zu wählen, daß sich die beiden Abstandsradien und der Außendurchmesser des Rohr­ bogens gerade zu dem Abstand A ergänzen.

Eine solche Festlegung gilt allerdings nicht für Bögen mit einem kleineren Krümmungswinkel. Würde etwa ein 90°-Bogen nach Fig. 2 bereits die gewünschte Endform ergeben, dann könnte der Abstand A kleiner angesetzt wer­ den. Dieses kann im Sinne eines im Krümmungsbereich stärker gestauchten und damit durch Wandverstärkung und Material­ verformung besser verfestigten Rohrbogens erwünscht sein.

Einer Verkleinerung des Abstandsradius B sind dagegen Grenzen gesetzt. Diese liegen in der Größenordnung von einem Viertel des Achsabstands A, auch wenn die Anforde­ rungen an den herstellenden Rohrbogen Toleranzen zu­ lassen, zumal die zur Formung des Rohrbogens vorgesehene Stauchung auch bei kleineren Abstandsradien zu finden ist, dort allerdings keine ausreichende Wirkung erzeugt. Erst in der genannten Größenordnung erreicht die Stauch­ wirkung ein zufriedenstellendes Ausmaß.

Eine eher abstrakt-geometrische Darstellung des Biege­ vorgangs ergibt sich aus Fig. 4, in der in vergrößertem Maßstab zwei Zustände des zu biegenden bzw. gebogenen Rohrs überdeckend eingezeichnet sind. Sowohl das Rohr und seine Anordnung bezüglich der Biegevorrichtung wie auch die Biegevorrichtung selbst sollen hier symmetrisch angenommen werden, so daß sich die Dar­ stellung auf den mittleren Bereich und eine vollständige (rechte) Hälfte von Rohr und Vorrichtung beschränken kann.

Das unverformte Rohr 13 liegt zwischen dem Stempel 2, der allerdings lediglich durch einen Innenlängslinie 14 der Hohlkehle 10 und einen Achsenpunkt 15 für die Bogenform des Stempels 2 gekennzeichnet ist, und den Widerlagern 5 und 6 auf, von denen allerdings das Wider­ lager 6 - aus den erwähnten Symmetriegründen - ganz fehlt und das Widerlager 5 lediglich durch seine Achse 7 und seinen Abstandsradius B gekennzeichnet ist. Der sich mit dem Abstandsradius B um die Ache 7 ergebende Kreisbogen 16 ist eingezeichnet. Auf diesem Kreisbogen 16 bewegt sich ein senkrecht über der Achse 7 liegender Auflage­ punkt 17 des Widerlagers 5 und auch (bei Vernachlässigung eines Schlupfes) ein dort aufliegender Punkt des Rohres 13. Bei Herstellung eines 180°-Bogens würde der Punkt 17 einen Viertelbogen im Gegenuhrzeigersinn durch­ laufen.

Die Verformungen und der Bewegungsablauf werden aus der überlagerten Darstellung des verformten Rohres 13′ deutlich. Der Stempel 2 ist dabei niedergegangen, so daß die Bogenachse nun am Punkt 15′, die Bogenlinie nun an der Linie 14′ liegt.

Beim Niederdrücken legt sich das Rohr mit seiner Rohr­ innenform an die Kennlinie 14′ an. Die Neigung eines Rohrs beim Biegen, sich quer zur Biegeebene oval zu verformen, wird hier bekannterweise durch die engsitzende, bereits erwähnte Hohlkehle des Stempels 2 bekämpft; überdies sind gleichfalls bekannte Mittel wie querschnittsversteifende Füllteile oder -mittel und auch Warmbehandlungen anwend­ bar.

Für den vorliegenden Fall ist allerdings weniger die Querschnittsverformung als die Verformung des Bogens parallel zu seiner Achse von Interesse.

Von Haus aus führt ein zwischen mehr oder weniger fest­ stehenden Widerlagern auf ein Rohr niedergehender Stempel dazu, daß letzteres im Bogenbereich gestreckt wird und an Wandstärke verliert, wobei die Streckung natürlich den Außenbogen mehr betrifft als den Innenbogen. Wie in der Zeichnung vermerkt, soll sich hier ein Außenbogen mit einem Radius R ergeben, wenn die Rohrachse einen Bogen mit dem Radius a erhält. Der Bogenwinkel sei α und die Außenbogenlänge ist l _b . Würde man sich etwa die Enden des Rohres 13 ortsfest gehalten vorstellen, dann würde das verformte Rohr 13′ bei einer Absenktiefe h _t ins­ gesamt, insbesondere aber im Außenbogenbereich gestreckt und damit geschwächt werden.

Dem wird durch die Form der Widerlager entgegengewirkt, und zwar insbesondere durch einen hinreichend großen Ab­ standsradius B, welcher zu der aus Fig. 4 ersichtlichen Stauchbewegung führt.

Wenn der Stempel 2 um h _t abgesenkt ist und das Rohr die Zwischen- oder Endform des Rohres 13′ mit einem Bogen­ winkel α und daran anschließenden geraden Schenkelver­ längerungen angenommen hat, ist auch das Widerlager 3 aus seiner Ursprungslage bewegt, und zwar um den Winkel a/2. Der Punkt 17 liegt jetzt bei 17′. Aus der Dar­ stellung wird deutlich, daß hier ein beträchtlicher Weg des Auflagepunktes 17 zum Krümmungsbereich des Rohres hin stattgefunden hat, der zu einem Stauchdruck auf das Rohr führt und in der Lage ist, selbst an der Bogen­ außenform anstelle der herkömmlichen Streckung eine Stauchung zu bewirken und damit die Verformung in der gewünschten Weise zu verändern und auch nach Wahl be­ herrschbar zu machen.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß der Stauchvorgan am Beginn des Biegevorgangs besonders stark ist, wenn etwa zwischen den Punkten 17 und 17′ schon bei kleinen Winkeln eine starke Auslenkung (insbesondere bei großem Abstands-Radius B) eintritt, während bei fortschreitender Auslenkung bis zur 90°-Grenzlage eine schwächerwerdende Annäherung an den mittleren, vom Stempel 2 durchlaufenden Bereich stattfindet.

Die geometrischen Zusammenhänge führen auf nichtlineare, trigonometrische Abhängigkeiten, auf deren Ableitung es hier nicht ankommt, zumal auch bei unfixierter Auflage des Rohres ein gewisser Schlupf je nach den Material­ eigenschaften und den Kräften zu berücksichtigen ist. Dieser Schlupf ist von den Auflagerkräften am Widerlager abhängig und damit am Anfang (bei quer zum Widerlager ge­ richteter Verformkraft) geringer als in der Nähe einer 180°-Endverformung, bei der der Stempel zunehmend parallel zum Widerlager niedergeht.

Um den Schlupf des Rohres 13 gegenüber den Widerlagern besser zu beherrschen, können geeignete form- oder kraft­ schlüssig wirkende Kupplungsmittel vorgesehen sein. Eine besonders einfache und auch die Handhabung nicht beein­ trächtigende Maßnahme in dieser Hinsicht ist ein aus Fig. 2 in der Schnittdarstellung des Widerlagers 6 ersichtlicher Anschlag 18, der die hohlkehlenförmige Auf­ nahme 12 rückwärtig abschließt und das Ende des Rohrs 13′ hintergreift, so daß ein Stauchdruck vollständig über­ tragen werden kann, ein Schlupf in entgegengesetzter Richtung, etwa im Sinne eines Herausdrückens des fertigen Rohres 13′′ in Fig. 3 aus der Vorrichtung 1 aber unbe­ hindert bleibt.

Aus der Geometrie gemäß Fig. 4 ist ohne weiteres ersicht­ lich, daß ein relativ großer Abstandsradius B zu starken Stauchbewegungen führt. Die Wahl dieses Radius ist aller­ dings normalerweise schon unter baulichen Gesichtspunkten nicht unbegrenzt vergrößerbar. Überdies ist jedenfalls bei größeren Bogen, insbesondere beim 180°-Bogen, die aus Fig. 3 ersichtlich geometrische Zuordnung zu berück­ sichtigen, bei der die beiden Abstandsradien der Widerla­ ger 5 und 6 und der Durchmesser der Außenbogenform sich zu dem Achsabstand A ergänzen sollen. Der Achsabstand A ist aber auch mit Rücksicht auf die Länge des zu ver­ formenden Rohrs 13 nicht willkürlich über diese hinaus vergrößerbar, um hier geeignete Auflagebedingungen zu erhalten.

Insgesamt ist hier mit einer konstruktiv einfachen und leicht zu bedienenden Vorrichtung die Möglichkeit zur Herstellung hochwertige Rohrbögen, insbesondere kritischer Rohrbögen mit engem Bogenradius und starken, hochbelast­ baren Wandungen gegeben, wobei sich eine überaus hohe Arbeitsgeschwindigkeit ergibt und wobei zum Antrieb Pressen herkömmlicher Art zur Verfügung stehen. Die Verformungsvoraussetzungen und -ergebnisse sind für den Fachmann gut vorhersehbar und überschaubar. Überdies ist es vorteilhaft, daß der Rohrbogen dabei an seiner Innenbogenform eine stärkere Stauchung erhält, die der Biegebelastung in einem Leitungszug, etwa infolge thermischer Ausdehnungen der Leitungen begegnet. Die hier als Ausgangsrohr 13 vorzusehenden Rohrteile bedürfen in den meisten Fällen keiner besonderen Vorbearbeitung, sie können sogar mit ungeschrägten Enden (wie auch in der Zeichnung dargestellt) eingesetzt werden. Darüber hinaus können einzelne oder auch mehrere Bögen in lang durchlaufende Rohrabschnitte aufeinanderfolgend oder in wählbaren Abständen angebracht werden.

Claims (4)

1. Biegevorrichtung für Rohre aus Metall, mit zwei im Abstand voneinander angeordneten Widerlager und einem zwischen den Widerlagern angeordneten, der Innenbogenform des zu biegenden Rohrs in Krümmung und Querschnitt angepaßten Stempel, wobei die Widerlager zylindrisch ausgekehlte Aufnahmen aufweisen und auf der dem Stempel abgewandten Seite der Aufnahmen mit Abstand von diesem um jeweils eine quer zur Biegeebene liegende Achse schwenkbeweglich gelagert sind und wobei der Stempel und die Widerlager relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Auskehlung der Aufnahmen (11, 12) dem zu biegenden Rohr (13) formschlüssig angepaßt ist und daß der Abstand (B) der Aufnahmen (11, 12) von deren Achse (7, 8) jeweils nicht kleiner als ein Viertel des Abstands (A) der Achsen (7, 8) voneinander ist.

2. Biegevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerlager (5, 6) jeweils einen ein Rohrende hintergrei­ fenden Anschlag (18) aufweisen.

3. Biegevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand (B) der Aufnahmen (11, 12) von deren Achse (7, 8) jeweils nicht kleiner als der Innenradius (R-D) der Innenbo­ genform ist.

4. Biegevorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand (A) der Achsen (7, 8) voneinander der doppelten Summe vom Radius (R) der Außenbogenform und vom Abstand (B) der Aufnahmen (11, 12) entspricht.