DE3816940A1 - Verfahren und vorrichtung zum biegen von rohren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrich­ tung zum Biegen von Rohren, und insbesondere ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung, die es ermöglichen, ein Rohr in einem Biegeradius zu biegen, der nicht größer ist als der Rohrdurchmesser.

Eine herkömmliche Biegevorrichtung ist in der japanischen Offenlegungsschrift 38 045/1984 beschrieben und wird im folgenden anhand der Zeichnungsfigur 5 erläutert.

Bei der bekannten Vorrichtung wird der eine Endabschnitt eines zu biegenden Rohres 2 mit Hilfe einer Klemmeinrich­ tung 3 in einer seitlichen Nut 1 a einer drehbar gelagerten, U-förmigen Biegerolle 1 gehalten. Der andere Endabschnitt des Rohres 2, also derjenige, der sich auf der Seite des zu biegenden Teils befindet, greift in eine Nut 4 a eines Lager­ bocks 4 ein. Unter diesen Bedingungen wird die Biegerolle 1 in Richtung des Pfeils gedreht, wodurch das Rohr 2 so gebo­ gen wird, daß es einen Biegeradius erhält, der dem kreisrun­ den Abschnitt 1 b der Biegerolle 1 entspricht.

Im allgemeinen wird beim Biegen von Rohren der innere Teil des zu biegenden Rohrabschnitts einer Druckkraft un­ terworfen, während auf den äußeren Teil dieses Rohrab­ schnitts eine Zugkraft einwirkt. Die Differenz zwischen diesen beiden Kräften hängt von der Differenz zwischen den Umfangslängen dieser beiden Abschnitte ab. Je kleiner der Biegeradius ist, desto größer ist die Differenz der Umfangslängen. Die Dehnung des Rohmaterials und das Kom­ pressionsverhältnis werden ebenfalls größer, wodurch die Wahrscheinlichkeit dafür, daß es zur Bildung von Rissen und Falten kommt, zunimmt.

Bei dem in Fig. 6 als Beispiel schematisch dargestellten Rohr handelt es sich um eine 1D-Biegung, die an dem Rohr 2 hergestellt wird, d.h., um eine Biegung, bei der der Bie­ geradius R gleich dem Rohrdurchmesser D ist. In diesem Fall läßt sich das Kompressions/Dehnungsverhältnis im Biegeabschnitt 2 a wie folgt erhalten:

Es wird angenommen, daß die Rohrmitte die neutrale Achse ist.

Innerer Rohrumfang= 2×0,5 R×π Rohrmitte= 2×R×π Äußerer Rohrumfang= 2×1,5 R×π

Wenn die neutrale Achse 1 ist, beträgt das Verhältnis zwi­ schen den drei Werten 0,5 : 1 : 1,5. Demzufolge erleidet der Außenumfang des Rohrbiegungsabschnitts 2 a eine Dehnung von 50% und der Innenumfang dieses Abschnitts eine Kom­ pression oder Stauchung von 50%. Aus dieser theoretischen Betrachtung läßt sich schließen, daß eine 1D-Biegung nicht ohne Verwendung eines Materials mit einem Dehnungsverhält­ nis von 50% oder darüber hergestellt werden kann.

Bei dem herkömmlichen Biegeverfahren, das in Fig. 5 dar­ gestellt ist, läßt sich ein Biegevorgang nur mit einem Biegeradius von 1D oder mehr durchführen, und zwar selbst dann, wenn in das zu biegende Rohr 2 eine Kernstange ein­ geführt wird.

Die japanische Offenlegungsschrift 9888/1982 beschreibt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung ei­ nes Krümmers an einem kurzen Rohr. Bei diesem komplizier­ ten Verfahren wird an dem kurzen Rohr zunächst eine Kom­ pressions- oder Stauchbiegung durchgeführt und danach an demselben Rohr eine Zugkraft- oder Dehnungsbiegung, um den Krümmer zu erzeugen.

Da der Biegevorgang bei diesem Beispiel aus zwei separa­ ten Stufen besteht, erleidet das Rohr während der zweiten Stufe eine Dehnung, die diejenigen Biegeprozesse behindert, bei denen mit einem kleinen Biegeradius gearbeitet wird, da durch diese Verfahrensweise im Rohr Risse entstehen können. Biegevorgänge mit kleinen Biegewinkeln, beispiels­ weise von 10° oder 20°, sind besonders schwer durchzufüh­ ren. Darüberhinaus ist bei diesem Beispiel eine großvolu­ mige Biegevorrichtung erforderlich, die ziemlich unprak­ tisch ist. Schließlich ist diese Vorrichtung bzw. das Ver­ fahren, die das Biegen von Endabschnitten ermöglichen, nicht zum Biegen langer Rohrlängen geeignet, da es ein Kompressions- oder Stauchbiegen beinhaltet.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, die oben erwähnten Nachteile zu beseitigen und ein Ver­ fahren sowie eine Vorrichtung zum Biegen von Rohren zu schaffen, die es ermöglichen, ein Rohr mit einem Radius zu biegen, der nicht größer ist als 1D, und zwar selbst dann, wenn das Material nur ein kleines Dehnungsverhält­ nis aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß, was das Verfahren anbelangt, durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, und was die Vorrichtung anbelangt, durch die Merkmale des Anspruchs 2.

Erfindungsgemäß wird dabei, während eine Biegerolle in der Rohrbiegeeinrichtung gedreht wird, ein Rohrbiegeab­ schnitt, der zwischen einer Druckplatte und einem Block­ körper gehalten wird, rund um den kreisrunden Teil der Biegerolle gebogen, wenn dieser Abschnitt zwischen den beiden genannten Teilen austritt, und der Außenumfangs­ teil des Rohres, der der Kompressions- oder Stauchkraft einer Preßeinrichtung unterworfen wird, wird in der Wei­ se verändert, daß sein Dehnungsverhältnis eingeschränkt wird, während gleichzeitig sein Innenumfangsteil so ver­ ändert wird, daß unter der die Dehnung bewirkenden Zugkraft eines Blockkörpers und eines Kernstabs Faltenbildung ver­ hindert wird. Demzufolge ermöglicht es die Erfindung, ein Rohr mit einem Biegeradius von 1D oder kleiner selbst dann zu biegen, wenn das Rohrmaterial ein kleines Dehnungsver­ hältnis aufweist.

Darüberhinaus läßt sich die Erfindung einfach dadurch in die Praxis umsetzen, daß die Druck- oder Preßeinrichtung, die in einer herkömmlichen Rohrbiegemaschine Verwendung findet, modifiziert wird, so daß keine komplizierte und aufwendige Ausrüstung benötigt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Rohrbie­ gevorrichtung,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Maschine von Fig. 1, die den Betriebszustand nach dem Biegen darstellt,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines gebogenen Rohres,

Fig. 4 eine Seitenansicht des wesentlichen Teils einer anderen Ausführungsform des Rohrpreßmechenismus der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 5 eine Seitenansicht einer herkömmlichen Rohrbiege­ vorrichtung, und

Fig. 6 eine schematische Ansicht eines mit der herkömm­ lichen Vorrichtung gebogenen Rohres.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Biegevorrichtung, die eine U-förmig geboge­ ne Biegerolle 10 aufweist, welche so gelagert ist, daß sie sich um den Mittelpunkt 0 ihres kreisrunden Teils drehen kann. Auf ihrer Umfangsoberfläche ist diese Rolle mit einer halbrunden Nut 10 a versehen, die dem Außendurch­ messer des zu biegenden Rohres 11 entspricht. Das Rohr 11 hat eine abgeschrägte stirnseitige Oberfläche 11 b auf der Seite seines Biegeabschnitts 11 a. Ein Klemmkörper 12, der gegenüber der einen Seite der Rohrbiegerolle 10 angeordnet ist, weist eine halbrunde Nut 12 a auf, mit der das Rohr 11 in Eingriff kommt. Der Klemmkörper 12 ermöglicht es, daß der eine Endabschnitt des Rohres 11 auf der Biegerolle 10 gehalten wird.

Eine Druckplatte 13 hält den anderen Endabschnitt, d.h. den auf der Krümmungsteilseite 11 a befindlichen Abschnitt des Rohres 11. Diese Druckplatte 13 ist nahe an der Biege­ rolle 10 so angeordnet, daß sie sich senkrecht bewegen kann, und weist eine halbrunde Nut 13 a auf, mit der die dem Außen­ krümmungsumfang entsprechende untere Hälfte des Abschnit­ tes des Rohres 11, der sich auf der Seite des Krümmungs­ teils 11 a befindet, in Eingriff kommt. Ein Blockkörper 14 weist eine halbrunde Nut 14 a auf, die dazu dient, die dem Innenkrümmungsumfang entsprechende obere Hälfte des Ab­ schnittes des Rohres 11 zu halten, der sich auf der Seite des Krümmungsteils 11 a befindet. Das eine Ende dieses Blockkörpers 14 hält den Abschnitt des Rohres 11 auf der Krümmungsteilseite 11 a und damit in Eingriff mit der Nut 10 a der Biegerolle 10.

Ein Druckzylinder 15, der auf derselben Achse wie das Rohr 11 angeordnet ist, ist mit einer Kolbenstange 15 a versehen, deren Ende mit einem zylindrischen Rohrstößel 16 verbunden ist, der in die Nuten 13 a, 14 a der Druckplatte 13 bzw. des Blockkörpers 14 eingesteckt werden kann. Die Spitze des Rohrstößels 16 weist eine abgeschrägte Stirnfläche 16 a auf, welche symmetrisch zu der abgeschrägten stirnseitigen Ober­ fläche 11 b des Rohres 11 auf der Krümmungsteilseite 11 a ausgebildet ist und auf die Außenkrümmungsumfangsseite der abgeschrägten Stirnfläche 11 b eine Druckkraft ausübt, wäh­ rend das Rohr 11 gebogen wird, um dadurch die Dehnung des Außenkrümmungsumfangs des Rohres zu beschränken. Eine Kern­ stange 17 steht mit dem genannten zylindrischen Rohrstößel 16 in gleitender Berührung und ist an ihrem einen Ende mit einer Faltenkontrollvorrichtung 18 verbunden. Das andere Ende der Kernstange 17, die mit dem Rohrstößel 16 in Berüh­ rung steht, ist mit dem einen Ende einer Betätigungsstange 19 verbunden, die sich durch den axialen Kern der Kolben­ stange 15 a des Druckzylinders 15 erstreckt. Das äußere En­ de der Betätigungsstange 19 ist an einem nicht dargestell­ ten Hydraulikzylinder befestigt. In gewissen Fällen braucht die abgeschrägte Oberfläche 16 a nicht zu der abgeschrägten Oberfläche 11 b symmetrisch zu sein.

Im folgenden wird nun das Verfahren zum Biegen des Roh­ res 11 mit Hilfe einer Vorrichtung der oben beschriebe­ nen Konstruktion erläutert.

Zunächst wird der Klemmkörper 12 geöffnet und die Druck­ platte 13 in Richtung des Pfeils A 2 in Fig. 1 weggenom­ men. Daraufhin wird der eine Endabschnitt des zu biegen­ den Rohres 11 mit der seitlichen Nut 10 a der Biegerolle 10 in Eingriff gebracht und der Klemmkörper 12 so gehandhabt, daß das Rohr 11 an der Biegerolle 10 festliegt. Dabei wird die abgeschrägte stirnseitige Oberfläche 11 b des Rohres 11 in die in Fig. 1 dargestellte Lage gebracht. Danach wird die Druckplatte in Richtung des in Fig. 1 gezeigten Pfeils A 1 versetzt, woraufhin der ganze Rohrkrümmungsteil 11 a mit Hilfe der Druckplatte 13 und des Blockkörpers 14 von unten bzw. oben eingefaßt wird. Daraufhin werden die Kernstange 17 und die Faltenkontrollvorrichtung 18 in das Rohr 11 an der Öffnung auf der Krümmungsteilseite 11 a eingesetzt und der Druckzylinder 15 wird vorgeschoben, um die Spitze der abgeschrägten Stirnfläche 16 a des Rohrstößels 16 mit der­ jenigen der abgeschrägten Oberfläche 11 b des Rohres 11 in Eingriff zu bringen und auf diese Weise auf letztere eine Druckkraft auszuüben.

Wenn in diesem Zustand die Biegerolle 10 in Richtung des in Fig. 1 gezeigten Pfeils B gedreht wird, wird der Krüm­ mungsteil 11 a des Rohres 11 längs des kreisrunden Teils 11 b der Biegerolle 10 gebogen, wodurch sich der in Fig. 1 dargestellte Zustand ergibt. Während dieses Vorgangs wird der Krümmungsteil 11 a des Rohres 11 entlang der Nut des kreisrunden Teils der Biegerolle 10 gebogen, sobald er aus den entsprechenden Nuten 13 a und 14 a der Druckplatte 13 und des Blockkörpers 14 austritt. Gleichzeitig übt der Rohrstößel 16, der sich schneller vorschiebt als das Rohr, wie oben erläutert austritt, durch Druckwirkung auf die Außenkrümmungsumfangsseite des Rohrkrümmungsab­ schnitts 11 a eine Kompressions- oder Stauchkraft aus, um der Tendenz zur übermäßigen Dehnung des Außenkrüm­ mungsumfangsabschnitts entgegenzuwirken, die sonst vor­ herrschend sein würde, wodurch verhindert wird, daß der Außenkrümmungsumfangsabschnitt zu dünn wird.

Andererseits wird die Innenumfangswand der Innenkrüm­ mungsumfangsseite des Rohrkrümmungsteils 11 a durch die Kernstange 17, die Faltenkontrollvorrichtung 18 und den Blockkörper 14 gehalten, so daß sie an der Innenum­ fangswand in dem Maße entlangstreichen, wie die obige Austrittsbewegung des Rohrkrümmungsteils 11 a stattfin­ det. Dies bedeutet, daß die Wand einer Zugspannung aus­ gesetzt wird, die so wirkt, daß ihre Stauchung verrin­ gert wird. Als Folge dessen können Riß- und Faltenbil­ dung auf dem Krümmungsteil 11 a des Rohres 11 vermieden werden, wodurch es möglich wird, ein Rohr mit einem Biegeradius von 1D oder kleiner selbst dann zu biegen, wenn das Rohrmaterial ein kleines Dehnungsverhältnis aufweist.

Im folgenden werden einige Ergebnisse mitgeteilt, die beim Biegen eines Rohres mit Hilfe des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens erhalten worden sind.

Beim Biegen eines Rohres mit einem Durchmesser von 48,6 mm und einer Dicke von 2,0 mm, hergestellt aus NSS442M3 (mit einem Dehnungsverhältnis von 30%) um einen Winkel von 90°, mit einem Biegeradius von R35, wurde festge­ stellt, daß eine Dickenreduzierung von ca. 25% auf dem Außenkrümmungsumfangsabschnitt stattfand. Dies bedeutet, daß ein Rohr leicht mit einem Biegeradius gebogen werden kann, der nicht größer als der Rohrdurchmesser ist, ohne daß Risse oder Falten im Rohr entstehen.

Wenn der Biegevorgang des Rohres 11 durchgeführt ist, wird der Klemmkörper 12, der dann die in Fig. 2 darge­ stellte Stellung einnimmt, gelöst, und die Druckplatte 13 wird in Richtung des Pfeils A 2 versetzt, so daß das gebo­ gene Rohr herausgenommen werden kann. Fig. 3 zeigt ein auf diese Weise erhaltenes Produkt.

In diesem Stadium weist das Rohr 11 auf der Seite des Krümmungsabschnitts 11 a eine unregelmäßige stirnseitige Oberfläche 11 c auf, die durch eine nachfolgende Weiter­ behandlung geglättet werden kann.

Bei dem obigen Beispiel ist die stirnseitige Oberfläche des Rohres 11 auf dem Krümmungsseitenteil 11 a als schie­ fe oder abgeschrägte Oberfläche ausgebildet. Das Rohr 11 läßt sich jedoch auch biegen, wenn die stirnseitige Ober­ fläche gerade gelassen wird. In diesem Fall würde die stirnseitige Oberfläche eine etwas kompliziertere Konfi­ guration als in Fig. 3 dargestellt erhalten.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen Druckmechanismus zum Biegen von Rohren bzw. Rohr­ teilen. Bei dieser Ausführungsform ist die Druckplatte 13 auf einem Fundament 20 so gelagert, daß sie in Längsrich­ tung des Rohres 11 gleiten kann. Die Druckplatte 13 läßt sich so ausbilden, daß sie mit Hilfe des Druckzylinders 15, der auf dem Fundament 20 angebracht ist, vorwärts und rück­ wärts bewegt werden kann. In der Rohreingriffsnut 13 a der Druckplatte 13 ist eine Stufe 21 ausgebildet, die mit der Spitze der abgeschrägten stirnseitigen Oberfläche 11 b des Rohres 11 in Berührung tritt, um eine axiale Kompressions- oder Stauchungskraft zu erzeugen, die auf den Außenkrüm­ mungsumfangsteil des Rohres einwirkt, sobald das Rohr ge­ bogen wird. Mit dieser Ausführungsform wird eine Wirkung erzielt, die ähnlich derjenigen ist, wie sie durch die vorhergehende Ausführungsform erhalten wird.

Claims (2)

1. Verfahren zum Biegen von Rohren, gekenn­ zeichnet durch die folgenden Schritte:

• a) Festklemmen des einen Endabschnitts eines zu biegen­ den Rohres auf einer Biegerolle;
• b) Festhalten des anderen Endabschnitts des Rohres, der sich auf der anderen Krümmungsseite des Rohres befin­ det, mit Hilfe einer Druckplatte und eines Blockkör­ pers in sandwichartiger Weise;
• c) Einschieben einer Kernstange in den Krümmungsteil des Rohres; und
• d) Biegen des Rohres durch Drehen der Biegerolle, wobei der äußere Krümmungsumfangsabschnitt so unter Druck gesetzt wird, daß er mit Hilfe einer Druckbeaufschla­ gungseinrichtung zusammengepreßt wird.

2. Vorrichtung zum Biegen von Rohren, gekenn­ zeichnet durch eine Biegerolle (10) mit einem kreisrunden Abschnitt (10 b) zum Biegen der Rohre, einen Klemmkörper (12) zum Festklemmen des einen Endabschnitts eines zu biegenden Rohres (11) an der einen Seite der Biegerolle (10), eine Druckplatte (13), die neben der Biegerolle (10) angeordnet ist und den Krümmungsteil halten kann, der sich auf dem anderen Endabschnitt des zu biegenden Rohres (11) an seinem Außenkrümmungsumfangs­ teil befindet, einen Blockkörper (14), der sich neben der Biegerolle (10) befindet und den Krümmungsteil des zu bie­ genden Rohres (11) an seinem Innenkrümmungsumfangsteil halten kann und auf ihn Zugkräfte ausübt, eine Kernstange (17), die in den Krümmungsteil auf dem anderen Endab­ schnitt des zu biegenden Rohres (11) eingesteckt ist und durch eine Druckbeaufschlagungsvorrichtung (15), die mit dem Randteil des Außenkrümmungsumfangsteils des anderen Endabschnitts des zu biegenden Rohres (11) in Eingriff bringbar ist, um diesen Außenkrümmungsumfangsteil so un­ ter Druckkraft zu setzen, daß er zusammengepreßt wird.