DE4331609A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Biegen von Rohren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Biegen von Rohren, die während des Biegevorganges mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, welche mit einem Druck beaufschlagt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung mit Mitteln zum Abdichten der beiden Rohrenden und zum Aufbau eines Flüssigkeitsdruckes im Rohr.

Zum Biegen von Rohren mit einem kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt ist es bekannt, Biegevorrichtungen mit Biegebacken einzusetzen, über welche das Rohr in die gewünschte Form gebogen wird. Um zu verhindern, daß beim Biegen der kreisförmige bzw. rechteckige Querschnitt im gekrümmten Teil des Rohres in einen ovalen Querschnitt übergeht bzw. im Zugbereich einschnürt, werden Biegedorne verwendet, über die sich während des Biegevorganges das Rohr hinwegschiebt. Derartige Biegedorne stützen zwar das Rohr von innen her ab, entwickeln jedoch eine verhältnismäßig starke Reibung im Rohr.

Gegenstand der EP-PS 99 714 ist ein Rohrbiegeverfahren, bei dem das Rohr mit einer Druckflüssigkeit gefüllt wird. Die einzige Biegekraft soll dabei auf die an den Enden des Rohres angebrachten Kappen zur Einwirkung gebracht werden, wobei das Rohr ohne Hilfe eines Formwerkzeugs gebogen wird. Abgesehen davon, daß dieses Verfahren keine hohen Stückzahlen erlaubt, hat es den Nachteil unbefriedigender Maßhaltigkeit der fertig gebogenen Rohre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen Rohre industriell in großen Stückzahlen je Zeiteinheit gefertigt werden können, die über ihre ganze Länge und insbesondere in den Krümmungsbereichen frei von Formfehlern und Faltenbildungen sind, einen gleichbleibenden Wandstärkenverlauf haben und höchste Maßgenauigkeit besitzen.

Bei einem Verfahren zum Biegen von Rohren, die während des Biegevorganges mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, welche mit einem Druck beaufschlagt wird, ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgesehen, daß während des Biegevorgangs durch einen von außen einwirkenden Umformdruck zusätzlich eine Zugkraft auf das Rohr einwirkt.

Die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung mit Mitteln zum Abdichten der beiden Rohrenden und zum Aufbau eines Flüssigkeitsdruckes im Rohr zeichnet sich dadurch aus, daß für die Durchführung des Biegevorgangs eine Formpresse vorgesehen ist, an der die beiden Rohrenden erfassende und abdichtende Spannorgane schwenkbar angelenkt sind, die jeweils einen Kanal zur Zuführung der unter Druck stehenden Flüssigkeit sowie Mittel zur Zugbelastung des Rohres während des Biegevorganges aufweisen.

Die wesentlichen Merkmale der Erfindung liegen somit darin, daß die Rohre in einem Formwerkzeug gebogen werden, wobei zum Aufbau einer inneren Stützkraft ein verhältnismäßig großer Flüssigkeitsdruck im Rohr aufgebaut wird, der während des gesamten Biegevorgangs konstant gehalten wird, wobei gleichzeitig eine Zugspannung erzeugt wird. Auf diese Weise können Rohre hergestellt werden, die höchsten Ansprüchen bezüglich Wiederholgenauigkeit, Maßhaltigkeit und konstanten Wandstärke genügen. Aufgrund ihrer großen Stückleistung eignet sich die Vorrichtung hervorragend zur Integration in eine Fertigungsstraße.

Die erfindungsgemäß hergestellten Rohre haben beispielsweise eine U-Form mit zwei kurzen, parallel zueinander verlaufenden Schenkeln und dienen beispielsweise zur Konstruktion von Heizungen oder für den Einbau in Kraftfahrzeuge.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist.

Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer zum Einlegen eines Rohres geeigneten Ausgangsstellung,

Fig. 2 die Ansicht der Vorrichtung der Fig. 1 während des Absenkens des Obergesenks,

Fig. 3 die Vorrichtung der Fig. 1 und 2 während des eigent­ lichen Biegevorganges,

Fig. 4 eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des rechten Formwerkzeugs mit Spannorgan während des Biegens,

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung nach Abschluß des Biegevorgangs um 90°,

Fig. 6 eine nochmals vergrößerte Ausschnittsdarstellung in einem der Fig. 4 entsprechenden Zustand,

Fig. 7 eine nochmals vergrößerte Ansicht eines Spannorgans beim Einschieben in ein Rohrende,

Fig. 8 eine der Fig. 7 entsprechende Darstellung im einge­ spannten Zustand des Rohrendes,

Fig. 9 einen Längsschnitt durch eines der beiden Zylinderge­ häuse mit Spannorgan,

Fig. 10 eine perspektivische und teilweise aufgeschnittene Dar­ stellung des Zylindergehäuses mit Spannorgan kurz vor dem Erfassen des Rohrendes,

Fig. 11 eine der Fig. 10 entsprechende Darstellung mit einge­ spanntem Rohrende und

Fig. 12 eine den Fig. 10 und 11 entsprechende Darstellung des Zylindergehäuses beim Aufbringen einer Zugbelastung auf das Rohr.

Wie die Fig. 1 bis 3 zeigen, hat die Vorrichtung zum Biegen von Rohren eine hydraulische Formpresse 10 mit zwei Ständern 12, die auf ein Unterteil 14 aufgeschraubt sind. Die beiden Ständer 12 tragen über je einen Gegenhalterzylinder 16 ein Untergesenk 18. Von jedem Ständer 12 erstrecken sich zwei parallele Säulen 20 nach oben, zwischen denen ein U-förmiger Schwenkträger 22 für ein Zylindergehäuse 24 befestigt ist. Aus jedem Zylindergehäuse 24, das um eine horizontale Achse 26 schwenkbar im Schwenkträger 22 gelagert ist, ragt ein Spannorgan 28 heraus. Auf den insgesamt vier Säulen 20 ist das Oberteil 30 der Formpresse 10 mit Hilfe eines nicht gezeigten Hydraulikzylinders vertikal verstellbar geführt. Das Oberteil 20 trägt ein Obergesenk 32, dessen als Halbschale ausgebildeter Mittelteil dem halbschalenförmigen Untergesenk 18 entspricht und an den sich an den beiden äußeren Ecken je eine noch zu erläuternde Gegenbacke 34 anschließt.

Im Bereich der Achse 26 trägt jedes der beiden Zylindergehäuse 24 eine Biegehalbschale 36, die der Gegenbacke 34 am Obergesenk 32 gegenüberliegt.

Fig. 9 zeigt im Längsschnitt den Aufbau des Zylindergehäuses 24 und des Spannorgans 28. Das Zylindergehäuse 24 hat drei Anschlußbohrungen 38, 40 und 42 für Hydraulik-Druckleitungen. Die Anschlußbohrung 38 führt in einen Druckraum 44, der auf der in Fig. 9 linken Seite durch eine Wand 46 und auf der gegenüberliegenden Seite durch die Fläche 48 eines doppeltwir­ kenden Spannkolbens 50 begrenzt wird. Die Kolbenstange 52 des doppeltwirkenden Spannkolbens 50 hat einen durchgehenden Kanal 54 für die Zuführung einer unter Druck stehenden Flüssigkeit, beispielsweise Wasser. An das aus dem Zylindergehäuse 24 hervorstehende Ende 86 der Kolbenstange 52 kann ein entsprechender Druckanschluß angebracht werden.

Die Anschlußbohrung 40 führt in einen Druckraum 56, der an seiner in Fig. 9 linken Seite durch eine Fläche 58 des Spannkolbens 50 begrenzt ist, die größer als die Fläche 48 ist. Die rechte Seite des Druckraumes 56 ist durch die freie Stirnfläche 60 eines doppeltwirkenden Hydraulikkolbens 62 begrenzt, der auf dem Kolbenstangenteil 52′ des Spannkolbens 50 verschiebbar gelagert ist. In dem Druckraum 56 ist ein Anschlagring 64 befestigt, der als Wegbegrenzung für den Spannkolben 50 und den Hydraulikkolben 62 dient.

Die dritte Anschlußbohrung 42 führt in einen Druckraum 66, der einerseits durch den Hydraulikkolben 62 und andererseits durch eine im Zylindergehäuse 24 befestigte Wand 68 begrenzt ist.

Auf das aus dem Zylindergehäuse 24 hervorstehende Ende 70 der hohlzylindrischen Kolbenstange 72 des Hydraulikkolbens 62 ist eine Buchse 74 aufgeschraubt, die in ihrem freien Ende radial bewegliche Spannsegmente 76 trägt. Zur Radialverschiebung der Spannsegmente 76 dient ein konischer Spreizdorn 78, der am Ende des Kolbenstangenteils 52′ des Spannkolbens 50 befestigt ist Wenn der Spreizdorn 78 gegen die konische Auflaufflächen aufweisenden Spannsegmente 76 axial nach innen verschoben wird, weitet er die Spannsegmente 76 radial nach außen auf, so daß ihre gezahnten Spannflächen 80 das Ende eines Rohres 82 gegen einen Spannring 84 drücken, der in die Buchse 74 eingeschraubt ist. Der soeben erläuterte Spannvorgang ist in den Fig. 7 und 8 deutlich zu erkennen.

Ein zu biegendes Rohr 82 mit kreiszylindrischem Querschnitt aus Metall wird zunächst in die Halbschale des Untergesenkes 18 ge­ legt, worauf die Rohrenden durch die beiden Spannorgane 28 erfaßt und abgedichtet werden. Hierzu wird zunächst bei jedem Zylindergehäuse 24 über die Anschlußbohrung 38 der Druckraum 44 beaufschlagt, so daß der Spannkolben 50 mit seiner Kolbenstange 52 in Fig. 9 nach rechts verschoben wird. Dadurch wird der Spreizdorn 78 in das entsprechende Ende des Rohres 82 geschoben (vgl. Fig. 7, 8 und 10). Anschließend wird über die Anschlußbohrung 40 der mittlere Druckraum 56 beaufschlagt, wodurch der Hydraulikkolben 62 mit seiner Kolbenstange 72 in Richtung auf das Rohrende verschoben wird. Die Spannsegmente 76 laufen dabei auf dem Spreizdorn 78 auf und klemmen das Ende des Rohres 82 gegen den Spannring 84. Die beiden Enden des Rohres 82 sind nun mit einer vergleichsweise geringen Länge (etwa 10mm) fest eingespannt und nach außen abgedichtet (vgl. auch Fig. 11).

Vor dem Biegevorgang wird der Druckraum 44 drucklos geschaltet, so daß die beiden Kolben 50 und 62 gegeneinander verriegelt und schwimmend im Zylindergehäuse 24 gelagert sind. Wenn nun über die Anschlußbohrung 42 Drucköl in den Druckraum 66 geleitet wird, kann auf das eingespannte Rohr 82 eine Zugbelastung ausgeübt werden.

Für den eigentlichen Biegevorgang wird nun über den Kanal 54 Wasser unter hohem Druck in der Größenordnung von 200 bar in das Rohr 82 geleitet. Der Druckspeicher der Gegenhalterzylinder 16 wird ebenfalls mit Druck beaufschlagt. Jetzt wird das Oberteil 30 der Formpresse 10 nach unten gefahren (Fig. 2), so daß das Rohr 82 zwischen dem Obergesenk 32 und dem Untergesenk 18 eingeschlossen ist. Bei einem weiteren Herabfahren des Oberteils 30 und mit diesem des Untergesenks 18 beginnt der eigentliche Biegevorgang an den beiden Enden des Rohres 82 (Fig. 3). Wie die Fig. 4 bis 6 zeigen, drücken dabei die beiden Gegenbacken 34 die Rohrenden gegen die Biegehalbschalen 36, wodurch das jeweilige Zylindergehäuse 24 um die Achse 26 geschwenkt wird. Das entsprechende Rohrende wird auf diese Weise um die Biegebacke 34 gebogen, bis der in Fig. 5 gezeigte Winkel (hier 90°) erreicht ist. Während dieses Vorganges wird der Druckspeicher der Gegenhalterzylinder 16 langsam entleert, so daß diese nach unten gedrückt werden und gleichzeitig eine Rückfederung des Rohres 82 begrenzen.

Während des erläuterten Biegevorganges wird durch einen Druck im Druckraum 66 eine Zugbeanspruchung im Rohr 82 erzeugt, die wesentlich für eine faltenfreie Biegung, eine gleichbleibende Wandstärke des Rohres 82 und eine gute Maßhaltigkeit nach dem Biegen verantwortlich ist. Dabei wird durch den Wasserdruck im Rohr 82 von bis zu 250 bar eine gute Stützwirkung erzeugt.

Nach dem Biegevorgang werden die Spannorgane 28 wieder geöffnet, wozu der Druck im mittleren Druckraum 56 weggenommen wird und über die Anschlußbohrung 42 der Druckraum 66 beaufschlagt wird. Zum Zurückfahren der beiden Kolben 50 und 62 wird der Druckraum 44 beaufschlagt.

Nachdem anschließend das Oberteil 30 der Formpresse 10 wieder nach oben zurückgefahren worden ist, kann das U-förmig gebogene Rohr 82 herausgenommen werden.

Mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung lassen sich ausgezeichnete Ergebnisse erzielen, wie praxisnahe Versuche gezeigt haben. Bei Rohren mit kreiszylindrischem Querschnitt haben sich nur sehr geringe Wand-stärken-verringerungen im Biegebereich ergeben, die kleiner als 2/10 mm waren. Entsprechendes gilt für die Rundheit der Rohrenden und den geringeren Abfall an den Rohrenden, die nur leicht schräg zueinander verlaufen. Trotz eines vollkommen fettfreien Biegevorganges ist der Verschleiß der Maschinenteile nur sehr gering. Das mit hohem Druck eingespeiste Wasser hat neben der Erzeugung einer Stützkraft eine kühlende Wirkung. Eine günstige Beschickungsmöglichkeit der Vorrichtung und kurze Rüstzeiten bei Rohrlängenwechsel haben sehr geringe Taktzeiten zur Folge.

Claims (8)

1. Verfahren zum Biegen von Rohren, die während des Biegevorganges mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, welche mit einem Druck beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Biegevorgangs durch einen von außen einwirkenden Umformdruck zusätzlich eine Zugkraft auf das Rohr einwirkt.

2. Vorrichtung zum Biegen von Rohren mit Mitteln zum Abdichten der beiden Rohrenden und zum Aufbau eines Flüssigkeitsdruckes im Rohr, dadurch gekennzeichnet, daß für die Durchführung des Biegevorganges eine Formpresse (10) vorgesehen ist, an der die beiden Rohrenden erfassende und abdichtende Spannorgane (28) schwenkbar angelenkt sind, die jeweils einen Kanal (54) zur Zuführung der unter Druck stehenden Flüssigkeit sowie Mittel zur Zugbelastung des Rohres (82) während des Biegevorganges aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spannorgane (28) um eine horizontale Achse (26) schwenkbar gelagert sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Spannorgan (28) an einem um die horizontale Achse (26) schwenkbar gelagerten, das jeweilige Rohrende abstützende Form­ werkzeug angebracht ist, das eine Biegehalbschale (36) hat, der eine Gegenbacke (34) am Obergesenk (32) der Formpresse (10) gegenüberliegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnete daß das Untergesenk (18) der Formpresse (10) auf wenigstens einem Gegenhalterzylinder (16) abgestützt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes Spannorgan (28) zur Zugbelastung des Rohres (82) mittels eines Hydraulikkolbens (62) in einem Zylindergehäuse (24) verschiebbar gelagert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem doppeltwirkenden Hydraulikkolben (62), dessen aus dem Zylindergehäuse (24) herausragende, hohlzylindrische Kolbenstange (72) am freien Ende (70) Spannsegmente (76) trägt, ein doppeltwirkender Spannkolben (50) verschiebbar gelagert ist an dessen Kolbenstange (52′) ein die Spannsegmente (76) aufweitender Spreizdorn (78) befestigt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylindergehäuse (24) drei Anschlußbohrungen (38, 40, 42) für die Kolben (50, 62) betätigende Druckleitungen hat.