-
TECHNISCHES
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Rohrbiegevorrichtung
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 und genauer auf eine Einrichtung zum Ausbilden von
Biegungen in Rohren großen
Durchmessers, wie etwa des Typs, der bei Rohrleitungen verwendet
wird, die Petrochemikalien und dergleichen führen. Die Erfindung bezieht
sich auch auf ein Verfahren zum Biegen eines Rohres gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 10.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Im
einem großen
Teil der Vereinigten Staaten existiert ein Netzwerk von Rohrleitungen
zum Führen von
sowohl flüssigen
als auch gasförmigen
Arten von Brenn- bzw. Kraftstoff. Die Rohrleitungen weisen im Allgemeinen
große
12 m (40 Fuß)
Abschnitte von 56 bis 91 cm (22 bis 36 Inch) Durchmesser auf, die
zusammengeschweißt
und unter der Erde vergraben sind. Natürlich folgen die Rohrleitungen
der allgemeinen Kontur der Erde. Der Verlauf der Rohrleitungen kann
auch umgeleitet oder in sonstiger Weise um Hindernisse herumgeführt sein.
-
Eine
große
Herausforderung für
die Rohrleitungsindustrie besteht darin, die Enden der einzelnen Rohre
mit hochqualitativen Schweißverbindungen
zu verbinden, um die Stärkeintegrität der verbundenen Rohre
zu gewährleisten
sowie Hohlräume
oder Schwachpunkte in der Verbindung zu verhindern, die danach undicht
werden könnten.
Statt geschweißte Verbindungen
in Rohren zu bilden, um Winkel zu bilden, werden somit die Rohre
selbst gebogen, um der Kontur der Erde zu folgen und etwaige Hindernisse
in dem Verlauf der Rohrleitung zu umgehen. Durch Biegen der Rohre
anstatt des Bildens von Verbindungen, die in einem Winkel geschweißt sind,
wird die Anzahl von Schweißver bindungen
minimiert und die Zuverlässigkeit
der Rohrleitungen erhöht.
-
Aufgrund
der Größe der Rohre,
die gebogen werden, sind die Rohrbiegeeinrichtungen im Allgemeinen
in ihrer Art massiv und werden hydraulisch betrieben. Die Bewegung
des Rohres in die Rohrbiegeeinrichtung sowie die Vorrichtung zum
Greifen des Rohrs und Ausbilden einer Biegung in diesem werden alle
unter der Steuerung einer Bedienungsperson hydraulisch betrieben.
Derartige Rohrbiegemaschinen und entsprechende Vorrichtungen sind
in dem US-Patent Nr. 5,092,150 von Cunningham, auf dem die Oberbegriffe
der Ansprüche
1 und 10 basieren, und in den US-Patenten Nr. 3,834,210 und 3,851,519
offenbart.
-
Wie
es bei Rohren großen
Durchmessers üblich
ist, wird eine Biegung in jedem Rohr erreicht, indem zahlreiche
kleine Biegungen gemacht werden, von denen jede von der anderen
beabstandet ist. Bei derartigen Rohrbiegesystemen hat die Bedienungsperson
die vollständige
Kontrolle über
die Anzahl zu machender inkrementeller bzw. schrittweiser Biegungen,
den Abstand zwischen den inkrementellen bzw. schrittweisen Biegungen
sowie das Ausmaß jeder
inkrementellen bzw. schrittweisen Biegung in dem Rohr. Erfahrene
Bedienungspersonen können
die Rohrbiegesysteme effizient steuern, um präzise Biegungen in den Rohren
zu bilden und beschädigte oder überbogene
Rohre zu minimieren, die in einer Verschwendung von Zeit und den
Rohren selbst resultieren. Wenn eine Basis an Rohrbiegeinformation von
der Bedienungsperson erhalten wurde, kann die Bedienungsperson auf
Basis der speziellen Art von Rohr, auf das eingewirkt wird, die
manuellen Bedienungselemente in einem Versuch betätigen, eine
Anzahl inkrementeller Biegungen so zu wiederholen, dass jede Biegung
identisch ist. Auch wenn die Wiederholbarkeit der Ausbildung einer
Anzahl von Biegungen in einem gewissen Maß möglich ist, treten aufgrund
der Geschicklichkeit der Bedienungsperson, Materialermüdung, Umweltbedingungen,
usw. häufig
Fehler und Unterschiede auf.
-
US-Patent
Nr. 5,862,697 von Webster offenbart eine Rohrbiegevorrichtung zum
Biegen von Rohrleitungen kleinen Durchmessers. Solche Rohrleitungen
sind kleiner als die Rohrleitungen mit einem Durchmesser von 56
bis 91 cm (22 bis 36 Inch), die für Rohrleitungssysteme zu biegen
sind, die flüssige und
gasförmige
Arten von Brenn- bzw. Kraftstoff verteilen. Rohrleitungen zur Brenn-
bzw. Kraftstoffverteilung müssen
unter Verwendung hydraulischer Einrichtungen gebogen werden, da
die Kräfte,
die von den in Webster verwendeten Elektromotoren erzeugt werden,
unzureichend sind.
-
Aus
dem Vorhergehenden ist ersichtlich, dass ein Bedarf an einem automatisierten
Rohrbiegesystem besteht, das von einem programmierten Prozessor
gesteuert wird, um inkrementelle bzw. schrittweise Biegungen mit
einem hohen Grad an Wiederholbarkeit und Genauigkeit auszubilden.
Ein weiterer Bedarf besteht an einem programmierten Prozessor und
zugehörigen
Einrichtungen, die leicht nachträglich
in ein existierendes System eingebaut werden können, um dadurch dessen Betrieb
zu automatisieren. Ein weiterer Bedarf besteht an einem programmierten
System mit niedrigen Kosten, das die Wiederholbarkeit und Qualität von Rohrbiegungen verbessert.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Rohrbiegevorrichtung, wie sie in
Anspruch 1 beansprucht ist, und auf ein Verfahren zum Biegen eines
Rohrs, wie es in Anspruch 10 beansprucht ist.
-
Gemäß der Erfindung
ist ein Rohrbiegesystem offenbart, das von einem programmierten
Prozessor so gesteuert wird, dass die Qualität und Wiederholbarkeit der
Biegungen in einem Rohr verbessert werden.
-
Gemäß der Erfindung
werden ein hydraulischer Befestigungszylinder und ein hydraulischer
Abstützeinrichtungszylinder
von einem programmierten Prozessor gesteuert. Ein Sensor, der das
Ausmaß der
Biegung in dem Rohr erfasst, liefert Informationen an den programmierten
Prozessor. Andere in dem Speicher des Prozessors gespeicherte Daten enthalten
den Winkel jeder Biegung, einschließlich des Betrags von Rückfederung,
die Anzahl von Biegungen, die in dem Rohr ausgebildet werden sollen, und
den Abstand zwischen jeder inkrementellen Biegung. Wenn die Bedienungsperson
einen Biegezyklus einleitet, aktiviert der Prozessor daher automatisch
den hydraulischen Abstützeinrichtungszylinder, um
das Rohr in eine waagerechte Position zu bewegen und somit in dieser
anzuordnen. Der hydraulische Befestigungszylinder wird aktiviert,
um ein Ende des Rohrs in seiner Position festzuklammern. Als Nächstes aktiviert
der Prozessor wieder den hydraulischen Abstützeinrichtungszylinder, um
das Rohr zu bewegen und auf diese Weise in einem vordefinierten
Winkel zu biegen, wie er durch die Winkel erfassenden Sensoren gemessen
wird. Wenn der geeignete Winkel erreicht ist, lässt es der Prozessor zu, dass
der hydraulische Druck in dem Abstützeinrichtungszylinder abgebaut
wird, wodurch die Abstützeinrichtung
in ihre vollständig
abgesenkte Position abgesenkt wird. Außerdem wird die Befestigungsklammer
bewegt, um ihren Griff an dem Rohr freizugeben. Als Nächstes steuert
der Prozessor Antriebswalzen, um das Rohr zu greifen und es axial
in dem Rohrbiegesystem um eine bestimmte Strecke zu bewegen, wie
sie durch eine Kodiereinrichtung gemessen wird, die digitale Signale
an den Prozessor überträgt. Wenn
es eine vordefinierte Strecke bewegt wurde, werden die Antriebswalzen
gestoppt, woraufhin der Prozessor beginnt, die Vorrichtung zu steuern,
um eine weitere inkrementelle Biegung in dem Rohr zu bilden. Die
Anzahl inkrementeller Biegungen, die in dem Rohr ausgebildet werden,
ist vorprogrammiert, und somit durchläuft der Prozessor jeden inkrementellen
bzw. schrittweisen Biegevorgang, bis er beendet ist.
-
Aufgrund
der Verwendung verschiedener Sensoren und Rückkopplungsdaten kann der programmierte
Prozessor das Rohrbiegesystem steuern, um äußerst präzise Biegungen auf einer wiederholbaren
Basis zu bilden.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
-
Weitere
Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden und genaueren Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ersichtlich, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt
ist, in denen gleiche Bezugszeichen in allen Ansichten im Allgemeinen
dieselben Teile bezeichnen und in denen:
-
1a eine
Seitenansicht eines Rohrbiegesystems ist, das zum automatischen
Biegen von Rohrabschnitten angepasst werden kann,
-
1b eine
Seitenansicht der Rohrbiegevorrichtung der 1a ist,
die den Vorgang des Anordnens einer Biegung im Rohr zeigt,
-
2 ein
Diagramm des Rohrbiegesystems ist, das angetriebene Walzen zum Bewegen
des Rohrs in dem Rohrbiegesystem zeigt,
-
3 eine
Vorderansicht einer Steuerkonsole ist, die als eine Bedienungspersonenschnittstelle zu
einem programmierten Prozessor verwendet wird,
-
4 schematisch
die verschiedenen Sensoren und Einrichtungen zeigt, die ein Steuersystem bilden,
das von dem programmierten Prozessor betrieben wird, und
-
5 und 6 ein
Flussdiagramm darstellen, das die programmierten Arbeitsschritte
des Prozessors zeigt.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
1a zeigt
eine konventionelle Rohrbiegeeinrichtung 10, die zum Bilden
von Biegungen in einem Rohr großen
Durchmessers angepasst ist, wie etwa Rohren 12, die bevorzugt
Durchmesser zwischen 56 und 91 cm (22 und 36 Inch) sowie andere Rohrdurchmesser
haben. Die Rohrbiegeeinrichtung 10 kann Rohre 12 von
Standardlänge
aufnehmen, die in der Industrie ungefähr 12 m (40 Fuß) beträgt. Längere Rohre
können
natürlich
von der Rohrbiegeeinrichtung 10 bearbeitet werden. Das
Rohrbiegesystem 10 enthält
im Allgemeinen einen verstärkten Rahmen,
an dem die vielen Komponenten gegen relative Bewegung verankert
sind. Der Rahmen der Rohrbiegeeinrichtung 10 hat zur Transportierbarkeit Radbahnen.
-
Die
Hauptkomponenten der Rohrbiegeeinrichtung 10 umfassen ein
Biegewerkzeug 14 mit einer unteren gekrümmten und konkaven Fläche, gegen
die das Rohr 12 während
des Biegevorgangs gedrückt
wird. Das Biegewerkzeug 14 ist in Bezug auf den Rahmen
stationär.
Wie in 1a zu sehen ist, greift das
Biegewerkzeug 14 an der oberen Fläche des Rohrs 12 an.
Auch wenn es nicht gezeigt ist, wird das Rohr 12 an seiner
unteren Fläche
(unter dem Biegewerkzeug) durch ein segmentiertes Werkzeug mit vier
Abschnitten abgestützt.
Das segmentierte Werkzeug wird hydraulisch betätigt, um das Rohr 12 so
nach oben gegen das Biegewerkzeug 14 zu drücken, dass
sich das Rohr an der Biegung während des
Biegevorgangs nicht verformt. Das segmentierte Werkzeug wird durch
dieselben Steuerungseinrichtungen hydrau lisch betätigt, die
den Betrieb des Befestigungsschuhs 18 bewirken.
-
Eine
Abstützeinrichtung 16 umfasst
das Rohr 12 und ist um eine horizontale Achse bewegbar, um
ein Ende des Rohres 12 nach oben zu bewegen, um das Rohr
um das Biegewerkzeug 14 zu biegen. Eine andere Vorrichtung
klammert das Rohr an dem Abstützende
des Rohrs 12 hydraulisch fest. Das Biegewerkzeug 14 und
die Abstützeinrichtung 16 arbeiten
in Verbindung mit einem inneren Rohrbiegedorn 20. Der Dorn 20 ist
eine starre, aber eine mit Gliedern versehene Konstruktion, die
es zulässt,
dass das Rohr 12 gebogen wird, ohne die kreisförmige Art
des Rohrs an der Biegung zusammenzudrücken oder auf andere Weise
intern zu verformen. Innere Dorne 20 sind im Stand der
Technik wohl bekannt.
-
Wie
oben angegeben, wird die Abstützeinrichtung 16 durch
einen hydraulischen Druck betätigt, um
ein Ende des Rohres 12 nach oben zu drücken, während der Rest des Rohrs 12 in
einer festen Position verbleibt. Der Rest des Rohrs 12 ist
durch die Verwendung eines Befestigungsschuhs 18 fixiert. Der
Befestigungsschuh 18 umgibt das Rohr 12 und wird
durch einen Zylinder 19 hydraulisch betätigt, um anfänglich zusammenbewegt
zu werden, um das Rohr in der festen Position festzuklammern, und
um anschließend
so gelöst
zu werden, dass das Rohr 12 axial bewegt werden kann, um
eine andere Stelle zum Ausbilden einer inkrementellen Biegung in
dem Rohr 12 festzulegen.
-
1b zeigt,
dass die Abstützeinrichtung 16 in
die Richtung des Pfeils 21 geschwenkt wird, um eine Biegung
in dem Rohr 12 um die gekrümmte Fläche in dem Biegewerkzeug 14 auszubilden.
Im Allgemeinen wird jedes Rohr einzeln an einer bestimmten Stelle
in dem Rohr mit einem bestimmten Winkel gebogen. Jede in dem Rohr 12 durch
die Rohrbiegeeinrichtung 10 angeordnete Biegung ist auf
eine bestimmte Anzahl von Graden be grenzt, um eine Beschädigung des
Rohrs 12 zu vermeiden. Rohrbiegeeinrichtungen können im
Allgemeinen während
eines einzelnen Biegevorgangs Biegungen von einem Grad oder weniger
ausbilden. Wenn eine größere Krümmung in
einem bestimmten Rohr 12 erforderlich ist, als sie mit
einem einzelnen Biegevorgang möglich ist,
muss das Rohr 12 somit einer Anzahl inkrementeller bzw.
schrittweiser Biegevorgänge
unterzogen werden, die voneinander um eine bestimmte Strecke beabstandet
sind. Wenn daher ein Rohr um insgesamt fünf Grad gebogen werden soll,
dann würde
das Rohr fünf
inkrementellen bzw. schrittweisen Biegevorgängen unterzogen werden, von
denen jeder wirksam ist, um das Rohr ein Grad zu biegen. Dieses Beispiel
trägt einer
Rückfederung
nicht Rechnung, die für
ein Rohr charakteristisch sein kann. Dieser Aspekt eines Biegevorgangs
wird unten diskutiert.
-
In
bestimmten Fällen
können
eine Winde 22 und ein Kabel verwendet werden, um das Rohr 12 zu bewegen.
Das Ende des Kabels 24 ist mit einem Haken 26 ausgestattet,
der dann, wenn er mit dem Rand des Rohrs 12 in Eingriff
gebracht ist, wirksam ist, um das Rohr 12 axial zu bewegen.
-
Wie
oben angegeben ist, wird das Rohr 12 zwischen jeder inkrementellen
Biegung um eine bestimmte Strecke axial bewegt. 2 zeigt
eine Vorrichtung zum axialen Bewegen des Rohrs 12 in Bezug
auf die Rohrbiegeeinrichtung 10, die in den 1a und 1b gezeigt
ist. Die Vorrichtung, die in 2 gezeigt
ist, ist im Detail in dem US-Patent Nr. 5,092,150 von Cunningham
beschrieben. Das Rohr 12 wird axial von einem oder mehreren
Sätzen
angetriebener Walzen bewegt, die an dem Rohr 12 zur Bewegung
von diesem angreifen. Der Rohrtransportmechanismus 28 enthält eine
erste angetriebene Walze 30, die an der Rohrbiegeeinrichtung 10 an
der Vorderseite der Abstützeinrichtung 16 montiert
ist. Die Walze 30 wird von einem umsteuerbaren hydraulischen
Motor 36 gedreht. Der Motor 36 erlaubt es, dass
die Walze 30 unter Verwendung der Hydraulikenergiequelle
der Rohrbiegeeinrichtung 10 in jede Richtung gedreht wird.
Eine zweite angetriebene Walze 32 ist an der Rohrbiegeeinrichtung 10 zwischen
der Abstützeinrichtung 16 und
dem Befestigungsschuh 18 montiert. Ein umsteuerbarer hydraulischer
Motor 36 ist auch der zweiten angetriebenen Walze 32 zugeordnet.
Bevorzugt sind beide hydraulischen Motoren 36, die mit
den jeweiligen Walzen 30 und 32 gekoppelt sind,
mit demselben Steuersystem gekoppelt, sodass sich die Walzen in
dieselbe Richtung und mit derselben Geschwindigkeit drehen.
-
Eine
Niederhaltewalze 34 enthält eine Querwelle 38,
die über
die Breite der Rohrbiegeeinrichtung 10, bevorzugt nahe
der Winde 22, drehbar gelagert ist. Jede Niederhaltewalze 34 kann
unter einem doppelwirkenden Hydraulikzylinder geschwenkt werden,
um die Walze an das Rohr 12 zu drücken und um die Walze von diesem
zu lösen.
Die Zusammenwirkung zwischen der Niederhaltewalze 34 und
der angetriebenen Walze 30 stellt zur präzisen axialen Bewegung
des Rohrs 12 einen Positionseingriff ohne Rutschen mit
dem Rohr 12 bereit.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung ist an mindestens einem der hydraulischen
Motoren der angetriebenen Walzen 30 oder 32 (oder beiden)
eine Kodiereinrichtung (in 2 nicht
gezeigt) montiert, um ein elektrisches Signal zu liefern, das der
linearen Strecke entspricht, um die sich das Rohr 12 bewegt
hat. Die Kodiereinrichtung kann alternativ an jeder der Folgewalzen
montiert sein, die das Rohr 12 berühren. In dieser Weise kann
der Abstand zwischen jeder inkrementellen Biegung in dem Rohr präzise von
einem programmierten Prozessor gesteuert werden, anstatt sich auf
Markierungen, die auf dem Rohr 12 gemacht wurden, und auf
die Einschätzung
des Bedienungspersonals zu verlassen.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung ist die Rohrbiegeeinrichtung 10 in
einer Weise automatisiert, um die Notwendigkeit menschlicher Einschätzungen
bei dem Betrieb der Rohrbiegeeinrichtung 10 zu verringern.
Es ist darauf hinzuweisen, dass viele andere und unterschiedliche
Arten und Formen von Rohrbiegeeinrichtungen in dem Gebiet bekannt
sind und nachträglich
mit der automatisierten Einrichtung der Erfindung ausgerüstet werden können. Die 3 und 4 zeigen
die Hauptkomponenten der Vorrichtung, die in der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung eingesetzt wird. Im Hinblick auf 3 ist
ein Bedienfeld 40 zur Verwendung durch eine Bedienungsperson
der Rohrbiegeeinrichtung 10 gezeigt, um den automatischen
Biegevorgang gemäß der Erfindung
einzuleiten und ansonsten zu steuern. Das Bedienfeld 40 weist
eine Anzahl von Bedienelementen zum Betreiben der Rohrbiegeeinrichtung 10 in
entweder einer manuellen Betriebsart oder einer automatischen Betriebsart
unter Steuerung eines Prozessors auf. Ein Schalter 42 kann
betätigt
werden, um das Steuersystem in entweder eine manuelle oder eine
automatische Betriebsart zu versetzen. Ein Schalter 44 kann
betätigt werden,
um die Rohrbiegeeinrichtung 10 anzuhalten, während sie
in einem Biegezyklus ist. Ein Notfall-Druck-Zug-Taster 46 kann
betätigt
werden, um aus dem gesamten System Energie zu entfernen und um dadurch
den Betrieb von jeder der Rohrbiegeeinrichtungen zu stoppen. Ein
automatischer Biegezyklus kann durch die Betätigung eines "Biegezyklus"-Schalters 48 gestartet
werden. Wenn er betätigt wird,
leuchtet ein grünes
Licht im Schalter 48 auf. Der Befestigungsschuh 18 kann
manuell durch einen Schalter 50 mit zwei Stellungen betätigt werden.
Der Befestigungsschuh 18 kann in eine angehobene Position
bewegt werden, um das Rohr in einer festen Position festzuklammern,
oder in eine abgesenkte Position, um den Befestigungsschuh 18 von
dem Rohr 12 zu lösen.
Die Abstützeinrichtung 16 kann durch
die Betätigung
eines Abstützeinrichtungs-Joystickschalters 52 in
entweder eine angehobene Position oder eine abgesenkte Position
gebracht werden. Wie oben angegeben wurde, kann das Rohr 12 durch die
Verwendung von Klemmwalzen 34 und angetriebenen Walzen 30 axial
bewegt werden. Die Klemmwalzen 34 können durch die Betätigung eines
Schalters 54 dazu veranlasst werden, gegen das Rohr 12 zu
drücken
oder von diesem gelöst
zu werden. Ein Bewegungs-Joystickschalter 56 aktiviert
die hydraulischen Motoren, die die angetriebenen Walzen 30 drehen,
um dadurch das Rohr zur geeigneten axialen Anordnung in dem Rohrbiegesystem 10 in
eine Richtung oder die entgegengesetzte Richtung zu bewegen. Die
Joystickschalter 52 und 56 sind von der Art, die
einen Handgriff hat, und das Ausmaß an Bewegung des Handgriffs
steuert die Geschwindigkeit des gesteuerten Objekts.
-
Eine
Tastatur 58 enthält
eine Anzahl von Berührungstasten
zur Eingabe von Daten in den programmierten Prozessor. Eine Anzeigeeinrichtung 60 liefert
der Bedienungsperson des Steuersystems verschiedene Anweisungen,
Eingabeaufforderungen oder Daten, die verschiedene Betriebsparameter
des Rohrbiegesystems 10 anzeigen. Das Bedienfeld 40 ist über eine
Schnittstelle elektrisch mit einem Prozessor 70 gekoppelt,
der in 4 gezeigt ist.
-
4 zeigt
schematisch die verschiedenen Komponenten des Rohrbiegesystems 72,
das gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung konstruiert ist. Der Befestigungsschuh 18 wird hydraulisch
durch einen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder 74 betätigt. Die
hydraulischen Eingangs- und Ausgangsschläuche sind nicht gezeigt. Dem
hydraulischen Befestigungszylinder 74 ist zur Steuerung des
unter Druck stehenden Hydraulikfluids, das dem Zylinder 74 zugeführt wird,
ein Magnetventil 76 zugeordnet. Das Magnetventil ist von
der Art, die Hydraulikfluid so steuern kann, dass es dem Zylinder 74 zugeführt wird,
von dem Zylinder 74 freigegeben wird, und in einer Aus-Stellung
anzuordnen ist. Wenn das Magnetventil 76 über eine
digitale Ausgangsschnittstelle 77 elektrisch betätigt wird, wird
die Quelle unter Druck stehenden Hydraulikfluids (nicht gezeigt)
mit dem Befestigungszylinder 74 verbunden. Die Größe des von
dem Befestigungszylinder 74 erfahrenen Hydraulikdrucks
wird von einem Druckwandler 78 gemessen. Eine elektrische
Ausgabe des Druckwandlers, die der Größe des Hydraulikdrucks entspricht, wird
mittels einer analogen Eingangsschnittstelle 80 zu dem
Prozessor 72 gekoppelt. Wenn das Magnetventil 76 so
gesteuert wird, dass es in einer Position geöffnet ist, wird dem Befestigungszylinder 74 Hydraulikdruck
zugeführt,
wodurch der Befestigungsschuh 18 an das Rohr 12 angeklammert
wird. Wenn ein vordefinierter Hydraulikdruck erreicht ist, wie er von
dem Wandler 78 gemessen wird, wird ein Signal zu dem Prozessor 72 gekoppelt.
Bei dem vorbestimmten Druck wird das Magnetventil 76 von
dem Prozessor 72 in der Aus-Stellung angeordnet, wodurch
der Befestigungsschuh 18 an das Rohr 12 angeklammert
gehalten wird. Durch automatisches Überwachen der Kraft, mit der
der Befestigungsschuh 18 an dem Rohr 12 festgeklammert
ist, wird eine unzulässige
Verformung oder Beschädigung des
Rohrs 12 verhindert. Wenn das Magnetventil 76 in
die andere Stellung gebracht wird, wird Hydraulikfluid von dem Zylinder 74 freigegeben,
was es erlaubt, dass der Befestigungsschuh 18 aus dem Eingriff
mit dem Rohr 12 gelöst
wird.
-
Die
Konstruktion des Befestigungsschuhs 18 ist von konventioneller
Ausgestaltung, sodass er an dem Rohr 12 unabhängig von
der anfänglichen
Ausrichtung des Rohrs festgeklammert werden kann. In der Praxis
wird der Befestigungsschuh 18 anfänglich an dem Ende des Rohrs
festgeklammert, das zu dieser Zeit über seine gesamte Länge waagerecht
oder horizontal ist. Nach der ersten inkrementellen Biegung können nicht
mehr beide Enden des Rohrs 12 in einer waagerechten oder
horizontalen Position sein. Vielmehr wird bei dem Betrieb der Rohrbiegeeinrichtung 10,
die nachträglich
mit der Erfindung ausgerüstet
ist, stets das Abstützende
des Rohrs 12 in einer waagerechten Position gehalten, während das
Befestigungsende des Rohrs 12 über die waagerechte Position
angehoben werden kann. Nach jeder inkrementellen Biegung wird das
Befestigungsende des Rohrs 12 höher angehoben, damit das Abstützende seine
waagerechte Ausrichtung beibehalten kann. Daher ist der Befestigungsschuh 18 konstruiert,
um das jeweilige Ende des Rohrs in jeder Höhe zu greifen, die es annehmen
kann, und eine solche Höhe
während
des inkrementellen Biegevorgangs präzise und fest beizubehalten.
-
Das
Biegewerkzeug 14 befindet sich zwischen dem Befestigungsschuh 18 und
der Abstützeinrichtung 16.
Die Abstützeinrichtung 16 wird
durch einen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder 82 gesteuert.
Die zu dem Abstützeinrichtungszylinder 82 gehörenden Hydraulikschläuche sind
wieder nicht gezeigt. Dennoch wird das mit dem Abstützeinrichtungszylinder 82 gekoppelte,
unter Druck stehende Hydraulikfluid durch ein Proportionalventil 84 gesteuert.
Wie wohl bekannt ist, bestimmt das Ausmaß, in dem das Proportionalventil 84 geöffnet oder
geschlossen wird, das Volumen unter Druck stehenden Fluids, das durch
dieses gekoppelt wird. Mit dieser Anordnung kann die Geschwindigkeit
oder Rate der Bewegung des Hydraulikkolbens des Zylinders 82 gesteuert werden.
Wie genauer unten beschrieben wird, wird die Rate an Bewegung der
Abstützeinrichtung 16 gemäß einem
Standardprofil gesteuert, um die Effizienz des Biegevorgangs in
Hinblick auf die Zeit zu maximieren, die erforderlich ist, um die
Abstützeinrichtung 16 zu
bewegen, und um Verschleiß und
Belastung an der Einrichtung aufgrund abrupter Start- und Stoppbewegungen
zu verringern. Das Proportionalventil 84 wird über eine
analoge Ausgangsschnittstelle 86 elektrisch gesteuert.
Das Ausmaß an
Bewegung der Abstützeinrichtung 16 wird
von einem Positionswandler 88 überwacht und anderweitig gemessen.
In der bevorzugten Form der Erfindung wird der Positionswandler 88 durch
einen Kabelausfahr-Positionswandler
gebildet, der als Modell P8510 bezeichnet wird und von Celesco,
Canoga Park, Kalifornien erhältlich
ist.
-
Der
Körper
des Positionswandlers 88 ist fixiert, aber ein Kabel 90 ist
mit der Abstützeinrichtung 16 verbunden.
Wenn die Abstützeinrichtung 16 dazu veranlasst
wird, sich entweder nach oben oder nach unten zu bewegen, wird dementsprechend
das Kabel 90 entweder ausgefahren oder zurück in den
Positionswandler 88 eingerollt. Das Ausfahren oder Zurückziehen
des Kabels 90 wird von dem Wandler 88 gemessen
und ist direkt proportional zu der Schwenkposition der Abstützeinrichtung 16.
Die Ausgabe des Positionswandlers 88 ist ein analoges Signal,
das auf der Leitung 92 zu der analogen Eingangsschnittstelle 80 gekoppelt
wird. Es ist ersichtlich, dass die Position der Abstützeinrichtung 16 direkt
proportional zu dem Ausmaß einer
Biegung ist, die in dem Rohr 12 gebildet wird. In derselben
Weise wird die Position der Abstützeinrichtung 16 und
somit der Rohrwinkel von dem Positionswandler 88 gemessen.
Das Signal von dem Positionswandler 88 wird über die
analoge Eingangsschnittstelle 80 zu dem Prozessor 72 gekoppelt.
Der Prozessor 72 kann die von dem Kabelpositionswandler 88 eingegebenen Daten
mit der Winkelinformation korrelieren, die von den Neigungsmessern 102 und 104 geliefert
wird. Mit anderen Worten kann der Prozessor 72 die Länge des
Kabels 90 bestimmen, die als ein Ergebnis des Anhebens
der Abstützeinrichtung 16 zur
Erreichung des gewünschten
resultierenden Biegewinkels ausgefahren ist. Danach muss der Prozessor 72 die
Abstützeinrichtung 16 nur
um denselben Betrag anheben, um sich sicher zu sein, dass sich derselbe
Biegewinkel ergibt. Der Kabelpositionswandler 88 ist äußerst präzise, d.h.
0,15 bis 0,18% für
einen vollständigen
Hub. Wenn diese Daten der Bedienungsperson im Voraus bekannt sind,
können
sie über
die Tastatur 58 eingegeben und in dem Computer gespeichert werden,
ohne eine anfängliche
Biegung in dem Rohr 12 auszuführen. Alternativ können die
Parameter durch eine Hilfsroutine, die die Daten von einer Diskette
liest oder Daten über
eine Datenverbindung empfängt,
in den Prozessorspeicher geladen werden.
-
Wie
oben angegeben ist, wird die lineare Bewegung des Rohrs 12 durch
angetriebene Antriebswalzen 30 und 32 gesteuert
(2). Eine Kodiereinrichtung 94 ist unmittelbar
mit einem Antriebswalzenmotor 36 (oder einer anderen Führungswalze)
zum Erfassen der Winkelbewegung von diesen gekoppelt. Die Winkeldrehung
der Welle des Motors 36 ist direkt proportional zu der
Winkelbewegung der Walze 30. Die Kodiereinrichtung 94 ist
von einer Standardausgestaltung zum Umsetzen von Winkelbewegungen des
Motors in entsprechende digitale Impulse. Zum Beispiel würde die
Kodiereinrichtung 94 für
eine Winkelbewegung von einem Grand 100 digitale Impulse ausgeben.
Für Winkelbewegungen
von weniger als einem Grad würde
eine entsprechend geringere Anzahl von Impulsen ausgegeben werden.
Der Ausgang der Kodiereinrichtung 94 koppelt die digitalen Impulse
auf einer digitalen Leitung 96 zu der analogen Eingangsschnittstelle 98.
Der Prozessor 72 ist programmiert, um die Anzahl digitaler
Impulse von der Kodiereinrichtung 94 zu zählen und
eine solche Anzahl in eine lineare Strecke zu übersetzen, um die sich das
Rohr 12 in einer axialen Richtung bewegt haben würde. Ein
Proportionalventil 100 hat die Funktion, die Geschwindigkeit
und Richtung des Motors 36, der die Walze 30 antreibt,
hydraulisch zu steuern. Das Proportionalventil 100 wird
durch die analoge Ausgangsschnittstelle 86 gesteuert.
-
Informationen
bezüglich
der Winkelausrichtung des Rohrs 12 sind erforderlich, um
den exakten Winkel, der als eine Folge jeder inkrementellen Biegung
gebildet wird, sowie die gesamte Winkelbiegung zu bestimmen, wenn
der Biegevorgang beendet ist. Ein Paar von Neigungsmessern wird
an jedem Ende des Rohrs 12 eingesetzt, um die Winkelausrichtung
von diesem zu bestimmen. Ein erster Neigungsmesser 102 ist
an dem Ende des Rohrs 12 befestigt, das von dem Befestigungsschuh 18 in
einer festen Ausrichtung gehalten wird. Ein zweiter Neigungsmesser 104 ist
an dem Ende des Rohrs befestigt, das von der Abstützeinrichtung 16 abgestützt wird.
In der bevorzugten Form der Erfindung sind die Neigungsmesser 102 und 104 durch
Permanentmagnete an den jeweiligen Enden des Rohrs 12 befestigt.
Jeder Neigungsmesser 102 und 104 überträgt Winkelinformationen
an einen Empfänger 106.
Das Neigungsmessersystem kann von der Art sein, die in dem US-Patent
Nr. 4,649,726 von Trammell et al. offenbart ist.
-
Der
zwischen den Enden des Rohrs 12 ausgebildete Winkel wird
gegebenenfalls auf einer in den Empfänger 106 eingebauten
Anzeigeeinrichtung visuell angezeigt. Es ist angedacht, dass der
Neigungsmesserempfänger 106 verwendet
wird, um Winkelinformationen über
eine Leitung zu der analogen Eingangsschnittstelle 80 an
den Prozessor 72 zu liefern. Die Leitung ist in 4 als
eine unterbrochene Linie gezeigt. Der Prozessor 72 kann
programmiert sein, um den Unterschied in den Messwerten der Neigungsmesser
zu berechnen, um den momentanen Winkel zu bestimmen, um den das
Rohr 12 gebogen oder anderweitig verformt worden ist. Dennoch
bestätigt
die Bedienungsperson ohne eine Kommunikationsverbindung zwischen
dem Neigungsmesserempfänger 106 und
dem Prozessor 72 das Ausmaß der Biegung und des Empfängers 106 während der
anfänglichen
inkrementellen Biegung visuell. Unten ist ein Verfahren beschrieben,
durch das der tatsächliche
Biegewinkel mit der Kabelausdehnung des Kabelpositionswandlers 88 korreliert
wird.
-
Wie
aus 4 ersichtlich ist, ist der Prozessor 72 mit
den verschiedenen digitalen und analogen Schnittstellen und dadurch
mit der Bedienungspersonenkonsole 40 gekoppelt. Natürlich wird
eine Energiequelle 110 verwendet, um die elektrischen Einrichtungen
mit Energie zu versorgen, die erforderlich sind, um das Rohrbiegesystem 70 zu
betreiben und zu steuern.
-
Der
Prozessor 72 ist von einer Mehrzweckart, wie etwa eine
programmierbare logische Steuereinrichtung der SLC500-Serie, die
von Allen-Bradley erhältlich
ist. Der Prozessor 72 ist programmiert, um die in dem Flussdiagramm
der 5 und 6 dargestellten Arbeitsschritte
auszuführen.
-
In
einigen Fällen
muss die Bedienungsperson des Rohrbiegesystems 70 eine
erste inkrementelle Biegung ausführen,
um verschiedene Parameter des Rohrs zu bestimmen. Wenn es nicht
im Voraus bekannt ist, muss die Bedienungsperson zum Beispiel das
Ausmaß an
Rückfederung
für die
spezielle Art von Rohr bestimmen. Die Rückfederung des Rohrs ist der
Betrag an Winkelbiegung, über
die hinaus das Rohr gebogen werden muss, sodass dann, wenn das Rohr
dann freigegeben wird, eine Biegung des gewünschten Winkels in dem Rohr
verbleibt. Wenn es zum Beispiel erwünscht ist, ein Rohr 1/4° inkrementell
zu biegen, und das Rohr eine inhärente Rückfederungseigenschaft
von 1/4° hat,
dann kann es erforderlich sein, das Rohr um einen Winkel von 1/2° zu biegen,
sodass das Rohr dann, wenn es freigegeben wird, 1/4° in den Ruhezustand
zurückkehrt. Daher
verbleibt nach dem Biegevorgang in dem Rohr eine 1/4°-Biegung.
-
Um
das Rohr 12 anfänglich
in die Rohrbiegemaschine 70 zu laden sowie um das Ausmaß an Rückfederung
und jegliche andere Parameter zu bestimmen, stellt die Bedienungsperson
die Steuerkonsole in die manuelle Betriebsart ein, wie sie durch
die Position des Schalters 42 festgelegt wird. In der manuellen
Betriebsart wird das Rohr 12 horizontal durch den Befestigungsschuh 18 eingeführt, bis
das Vorderende des Rohrs vollständig
auf der Abstützeinrichtung 16 ruht.
Dann wird der innere Dorn 20 in das Rohr gefahren, bis
er in Bezug auf das Biegewerkzeug 14 in Übereinstimmung
gebracht ist. Der Dorn 20 kann in der Weise bewegt und
positioniert werden, die in dem US-Patent Nr. 5,651,638 von Heggerud beschrieben
ist. Dann werden die Winkelneigungsmesser 102 und 104 an
den oberen Flächen
des Rohrs 12 befestigt. Dann werden die Klemmwalzen 34 durch
Betätigung
des Schalters 54 betrieben, um an dem Rohr 12 anzugreifen.
Dann betätigt
die Bedienungsperson des Systems 70 den Abstützeinrichtungs-Joystick 56,
um die Abstützeinrichtung 16 anzuheben,
bis das Rohr 12 waagerecht ist und bis es den untersten
Punkt der unteren Oberfläche
des Biegewerkzeugs 14 gerade berührt. Wenn es in dieser Position
ist, gibt die Bedienungsperson die Waagerechtangabe in die Tastatur 58 ein,
woraufhin der Prozessor die Anzeige von "Null-Rohr" veranlasst. Darüber hinaus speichert der Prozessor 72 die
waagerechte Position als eine Bezugsgröße für alle nachfolgend gemachten
Biegungen in seinem Speicher. Tatsächlich werden alle nachfolgenden
Biegungen sogar dann, wenn das Rohr 12 selbst in Bezug
auf die Schwerkraft nicht exakt waagerecht ist, in Bezug auf diese
Nicht-Null-Bezugsgröße gemacht,
sodass präzise
Biegungen in dem Rohr 12 gemacht werden. Es ist wichtig,
dass die Abstützeinrichtung 16,
sobald sie "waagerecht" ist, in einer solchen
Ausrichtung verbleibt und alle nachfolgenden Biegungen unter Verwendung
der anfänglichen
Abstützeinrichtungsausrichtung
gemacht werden.
-
Als
Nächstes
hebt die Bedienungsperson den Befestigungsschuh 18 zum
Angreifen an dem Rohr 12 an. Dieser Vorgang wird begonnen,
wenn die Bedienungsperson den Befestigungsschalter 50 in die "Hoch"-Position bewegt,
wodurch der hydraulische Befestigungszylinder 74 dahingehend
wirkt, seinen Kolben zum Festklammern des Befestigungsschuhs 18 um
das Rohr 12 auszufahren. Dies stellt die anfängliche
Position des Befestigungsschuhs 18 zum Starten jeder inkrementellen
Biegung des Rohrs 12 dar. Das segmentierte Werkzeug arbeitet
gleichzeitig mit dem Befestigungsschuh 18, sodass das segmentierte
Werkzeug an der Unterseite des Rohrs 12 unter dem Biegewerkzeug 14 angreift.
Wie oben angegeben wurde, wird die Position des Befestigungsschuhs 18 nach
der anfänglichen
inkrementellen Biegung mit jeder nachfolgenden Biegung bis zu einem
maximalen Punkt entsprechend höher
sein, an dem das Rohr in dem erforderlichen Winkel gebogen worden
ist. Anders ausgedrückt
wird der Befestigungsschuh 18 dann, wenn fünf 1/4°-Biegungen
gemacht werden sollen, bei der zweiten bis fünften Biegung 1/4° angehoben.
In dieser Weise ist das Ende des Rohrs 12 in der Abstützeinrichtung 16 bei
dem Beginn jeder inkrementellen Biegung waagerecht. Das maximale
Ausmaß,
um das ein Rohr gebogen wird, bildet einen "maximalen Biegesollwert", der mit der maximalen
angehobenen Position der Abstützeinrichtung 16 bei
dem Bilden eines Winkels in dem Rohr einschließlich jeglicher Rückfederung
des Rohrs 12 in Zusammenhang steht. Dies kann auch die
maximale Position sein, in die sich der Abstützeinrichtungszylinder 82 bewegt.
Die Bedienungsperson kann den maximalen Biegesollwert auch über die Tastatur 58 eingeben.
Jeglicher Versuch, das Rohr 12 über den maximalen Biegesollwert
hinaus zu biegen, kann eine Beschädigung des Rohrs zur Folge haben.
-
Wie
oben angegeben wurde, wird der Dorn 20 in das Rohr 12 eingeführt und
wird in Bezug auf das Biegewerkzeug 14 in Ausrichtung gebracht. Nach
jeder inkrementellen Biegung wird der Dorn 20 so radial
nach innen zurückgezogen,
dass das Rohr 12 durch die angetriebenen Walzen 30 axial
bewegt werden kann. Dann wird der Dorn 20 wieder in Ausrichtung
gebracht, wieder ausgedehnt und in dem Rohr 12 für die nachfolgende
inkrementelle Biegung eingestellt.
-
Das
Rohr 12 wird einer anfänglichen
Biegung unterzogen, indem die Bedienungsperson den Abstützeinrichtungshebel 52 in
die Hoch-Position bewegt. Die Bedienungsperson hält den Schalter 52 in einer
solchen Position, bis der Abstützeinrichtungszylinder 82 die
Abstützeinrichtung 16 nach
oben bewegt, bis das Rohr die konkave untere Oberfläche des
Biegewerkzeugs 14 "füllt", d.h. bis sich das
Rohr 12 von der Mitte des Werkzeugs 14 bis zu
seinem vorderen Rand in Berührung
mit der Werkzeugoberfläche
befindet, und bis die Neigungsmesserempfänger-Anzeigevorrichtung den
definierten Biegewinkel einschließlich jeglicher Rückfederung
anzeigt. Das Rohr 12 wird wieder durch die Abstützeinrichtung 16 in
einen solchen Winkel gedrückt, dass
dann, wenn das Rohr in eine Ruheposition zurückfedert, der gewünschte Winkel
in dem Rohr 12 verbleibt.
-
Es
ist wichtig, dass dann, wenn die maximale Aufwärtsposition der Abstützeinrichtung 16 erreicht ist,
um den gewünschten
Biegewinkel zu erreichen, die Bedienungsperson auf der Tastatur 58 einen
Hinweis an den Prozessor 72 eingibt, dass die Rückkopplungsdaten
von dem Kabelpositionswandler 88 gespeichert werden sollten.
Diese Rückkopplungsdaten,
die von dem Kabelpositionswandler 88 erzeugt werden, stehen
mit der Schwenkposition der Abstützeinrichtung 16,
die den gewünschten
Biegewinkel erzeugt, in einem direkten Zusammenhang. Wenn anschließend die
Abstützeinrichtung 16 in
eine Position geschwenkt wird, die den Wandler 88 dazu veranlasst,
das identische Rückkopplungssignal
auszugeben, dann ist es bekannt, dass genau derselbe Biegewinkel
erreicht ist. Angesichts dessen, dass äußerst präzise Sensoren und Wandler verwendet
werden, können äußerst präzise und
wiederholbare Biegungen erreicht werden.
-
Sobald
die anfängliche
Biegung vollendet ist, senkt die Bedienungsperson durch Verwendung
der Runter-Position des Befestigungsschalters 50 den Befestigungsschuh 18 ab.
Als Nächstes
senkt die Bedienungsperson durch Betätigung des Schalters 52 in
die Runter-Position die Abstützeinrichtung 16 ab. Dann
wird der Dorn 20 in dem Rohr 12 zurückgezogen,
sodass das Rohr axial bewegt werden kann.
-
Bevor
das Rohr 12 in die nachfolgende inkrementelle Biegeposition
bewegt wird, kann die Bedienungsperson den tatsächlichen in dem Rohr 12 ausgebildeten
Winkel unter Verwendung der Winkelneigungsmesser 102, 104 und
des Empfängers 106 überprüfen. Wie
oben angegeben wurde, enthält
der Empfänger 106 selbst
eine visuelle Anzeigevorrichtung zum Anzeigen des in dem Rohr 12 ausgebildeten
Winkels. Darüber
hinaus kann der Prozessor 72 programmiert sein, um die
Kabelpositionswandler-Rückkopplungsdaten
in Biegewinkel umzusetzen und die resultierenden Biegewinkel mit
der Anzeigevorrichtung 60 der Bedienungspersonen-Steuerkonsole 40 anzuzeigen.
Eine Korrelationstabelle in Software wäre effektiv, um dies zu erreichen.
Wenn das Rohr 12 nicht mit dem geeigneten Biegewinkel gebogen
ist, kann die Bedienungsperson das Rohr 12 manuell wieder
biegen, indem sie den Befestigungsschuhs 18 in Eingriff
bringt und die Abstützeinrichtung 16 weiter
anhebt, um den Biegewinkel zu erhöhen. Um nachfolgende inkrementelle
Biegungen automatisch auszuführen,
gibt die Bedienungsperson den geeigneten Biegewinkel, der die Rückfederung des
Rohrs 12 enthält,
durch Auswahl des Menüs "Eingabe von Graden" unter Verwendung
der Tastatur-Drucktasten ein. Dann kann die Bedienungsperson die
tatsächlichen
Grade pro inkrementeller Biegung unter Verwendung der "Eingabe"-Taste der Tastatur 58 eingeben.
In ähnlicher
Weise kann die Bedienungsperson die Anzahl auszuführender
Biegungen und den linearen Abstand zwischen jeder inkrementellen
Biegung eingeben.
-
Sobald
der tatsächliche
Biegungswinkel von der Bedienungsperson in den Prozessor 72 eingegeben
und in dem Speicher gespeichert ist, bewegt die Bedienungsperson
das Rohr 12 axial um eine vorbestimmte Strecke vor. Wenn
der Abstand zwischen inkrementellen Biegungen zum Beispiel 10 cm
(4 Inch) sein soll, dann findet die Bedienungsperson das geeignete
Menü und
gibt den inkrementellen Abstand zwischen Biegungen über die
Tastatur 58 ein. Wie oben angegeben wurde, wird der Winkel,
um den sich die Abstützeinrichtung 16 bewegt
und der dem Biegewinkel entspricht, von dem linearen Kabelpositionswandler 88 erfasst,
der entsprechende Signale an den Prozessor 72 liefert,
sodass die Abstützeinrichtung
in eine Position bewegt werden kann, um den gewünschten Biegewinkel zu erreichen.
Dann wird der Dorn 20 wieder für den nächsten inkrementellen Biegevorgang
neu positioniert und ausgedehnt. Das Vorhergehende stellt die anfänglichen
Erwägungen
beim Erhalten von Informationen und Parametern des speziellen Rohres
dar, das gebogen wird, sodass alle nachfolgenden Biegungen in einer entsprechende
Weise ausgeführt
werden. Wie oben angegeben wurde, kann zur Erreichung von zum Beispiel
einer 5°-Gesamtrohrbiegung
eine Anzahl inkrementeller Biegungen an verschiedenen Stellen in dem
Rohr ausgeführt
werden. In dem aufgrund der automatisierten Natur der Erfindung
jede inkrementelle Biegung gleichförmig gemacht wird, können äußerst präzise Gesamtbiegungen
erreicht werden. Dies verringert nicht nur die Anzahl von Rohren,
die beschädigt, überbogen
oder auf andere Weise unbrauchbar gemacht werden. Die automatisierte
Natur des Rohrbiegesystems 70 lässt es zu, dass die Arbeitsschritte
schneller und in einer sehr viel präziseren Weise ausgeführt werden.
-
Nachdem
die Rohrbiegeparameter in der ersten inkrementellen Biegung festgelegt
worden sind, können
alle nachfolgenden Biegungen in dem Rohr 12 automatisch
unter der Steuerung des Prozessors 72 verwirklicht werden,
der Anweisungen ausführt,
die die Funktionen verwirklichen, die in den Flussdiagrammen der 5 und 6 gezeigt
sind.
-
Es
ist darauf hinzuweisen, dass die vorhergehenden Schritte zu einem
großen
Teil ausgelassen werden können,
wenn die entsprechenden Daten und Parameter bereits bekannt sind.
Mit anderen Worten können
die Informationen dann, wenn der Bedienungsperson solche anfänglichen
Daten und Parameter bekannt sind, unmittelbar über die Tastatur 58 in
den Computer eingegeben und verwendet werden, um die erste inkrementelle
Biegung sowie die übrigen
inkrementellen Biegungen automatisch auszuführen.
-
Das
Flussdiagramm 120 der 5 und 6 zeigt
den automatischen Betrieb des Rohrbiegesystems 70, wie
er durch den programmierten Prozessor 72 gesteuert wird.
Der automatische Biegezyklus beginnt durch das Niederdrücken des
Schalters 48 durch die Bedienungsperson. Dies ist in dem Programmflussdiagramm 122 angegeben.
Als Antwort liefert der Prozessor 72 ein Ausgangssignal,
um das grüne "Autozyklus"-Licht aufleuchten
zu lassen, wie es in dem Programmflussblock 124 angegeben ist.
Die Verarbeitung geht zu dem Programmflussblock 126 weiter,
in dem die Abstützeinrichtung 16 automatisch
in die waagerechte Position bewegt wird, wie sie durch die anfängliche
inkrementelle Biegung festgelegt ist. Die Abstützeinrichtung 16 wird durch
den automatischen Betrieb des vorderen hydraulischen Abstützeinrichtungszylinders
in die waagerechte Position bewegt. Die Rückkopplung von dem Kabelpositionswandler 88 liefert
Informationen an den Prozessor 72, sodass die Bewegung
der Abstützeinrichtung 16 an
der vorprogrammierten waagerechten Position gestoppt werden kann.
Programmflussblock 128 zeigt den Ausgangsbefehl durch den
Prozessor 72 zur Betätigung
einer Ventilvorrichtung, um den vorderen Abstützeinrichtungszylinder 82 in
die waagerechte Position zu bewegen. Die waagerechte Position wird
von dem Prozessor 72 auf der Anzeigevorrichtung 60 angezeigt,
wie es in dem Programmflussblock 130 angegeben ist. Ein "Null"-Anzeigewert kennzeichnet
eine waagerechte Abstützeinrichtungsposition.
In der bevorzugten Form der Erfindung ist nach dem Vorgang des waagerechten
Ausrichtens der Abstützeinrichtung
eine Verzögerung 132 zwischengeschaltet,
um dadurch die Beendigung der Arbeit einer Routine sicher zu stellen,
bevor zu der nächsten
Software-Routine weitergegangen wird.
-
In
dem Programmflussblock 134 betätigt der Prozessor 72 das
Magnetventil 76, um zuzulassen, dass sich der Befestigungsschuh 18 in
eine Position bewegt, in der das Rohr 12 fest umklammert
wird. Der von dem Befestigungsschuh 18 auf das Rohr 12 ausgeübte Druck
wird durch den Druckwandler 78 überwacht, um einen positiven,
aber nicht beschädigenden
Griff an dem Rohr 12 zu gewährleisten. Wie oben angegeben
wurde, wurde der Prozessor 72 programmiert, um einen vorbestimmten
Druck zu speichern, der dann, wenn er erreicht und durch den Wandler 78 erfasst
ist, veranlasst, dass das Magnetventil 76 abgesperrt wird
und dadurch den Klammerdruck auf das Rohr 12 aufrechterhält. Der
Programmflussblock 136 zeigt die elektrische Befehlsausgabe durch
den Prozessor 72 zur Erreichung des vorbestimmten Klammerdrucks
von dem Befestigungsschuh 18 auf das Rohr 12.
In Reaktion auf diesen Befehl bewegt sich das segmentierte Werkzeug
unter dem Rohr 12 nach oben, um das Rohr gegen das Biegewerkzeug 14 zu
halten. Der Programmflussblock 138 zeigt die Rückkopplung
von dem Druckwandler 78 über die analoge Eingabeschnittstelle 80 zu
dem Prozessor 72, um den hydraulischen Druck während des
Befestigungsklammervorgangs zu überwachen.
In dem Programmflussblock 140 liest der Prozessor 72 aus
dem Speicher die Daten, die dem vorbestimmten Befestigungsklammerdruck
entsprechen. Dies lässt
es zu, dass der Prozessor 72 den tatsächlichen Befestigungsdruck
mit den gespeicherten Daten vergleicht und den Klammervorgang beendet,
wenn der tatsächliche
Befestigungsdruck dem gleicht, der von dem Prozessor 72 in
dem Programmflussblock 140 gelesen wird. Der Befestigungsdruck
wird auf der visuellen Anzeigevorrichtung 60 angezeigt,
wie es in dem Programmflussblock 142 angegeben ist. Nach
dem Betrieb beim Bewegen des Befestigungsschuhs 18 in eine
Klammeranordnung mit dem Rohr 12 ist wieder eine programmierte
Verzögerung 144 zwischengeschaltet.
-
Der
Programmflussblock 146 enthält diejenigen Anweisungen,
um die Abstützeinrichtung 16 dazu
zu veranlassen, sich zu dem vorbestimmten Biegesollwert zu bewegen,
um den gewünschten
inkrementellen Winkel in dem Rohr 12 zu erreichen. Wie
oben angegeben wurde, wurde der anfängliche Biegesollwert von dem
Kabelpositionswandler 88 erhalten. Der Biegesollwert wird
gemäß dem Programmflussblock 148 aus
dem Prozessorspeicher gelesen. Der Prozessor 72 gibt gemäß dem Programmflussblock 150 einen
Befehl aus, um den hydraulischen Abstützeinrichtungszylinder 82 zu
betätigen
und die Abstützeinrichtung 16 anzuheben,
um den inkrementellen Biegevorgang zu beginnen. In dem Programmflussblock 152 gibt
der Prozessor 72 Messwerte von dem Kabelpositionswandler 88 ein, um
dadurch die exakte momentane Position der Abstützeinrichtung 16 zu
bestimmen. Wie oben angegeben wurde, stellt der in dem Speicher
gespeicherte Biegesollwert den Winkel der gewünschten Biegung zusätzlich zu
einem etwaigen Rückfederungswinkel dar.
Dennoch steuert der Prozessor 72 den Abstützeinrichtungszylinder 82,
um eine Bewegung des Rohrs 12 zu veranlassen, bis der Biegesollwert
erreicht ist, wie er durch die Rückkopplung
bestimmt wird, die durch den Kabelpositionswandler 88 erzeugt
wird. Die Aufwärtsbewegung
der Abstützeinrichtung 16 ist
durch den Prozessor 72 programmiert, um sich in einer linear
zunehmenden Weise bis zu einer maximalen Geschwindigkeit nach oben
zu bewegen und sich dann in Richtung auf einen Endpunkt zu verlangsamen,
in dem die Geschwindigkeit der Bewegung der Abstützeinrichtung 16 Null
ist. Dieses dreiecksförmige
Bewegungsprofil ist im Stand der Technik wohl bekannt und wird durch
die Steuerung des Proportionalventils 84 verwirklicht.
Andere Profilformen, wie etwa ein Trapezoid und andere, können von
Fachleuten verwendet werden. Nach der Abstützeinrichtungsbewegungsroutine
ist eine programmierte Verzögerung 154 eingerichtet.
-
In
dem Programmflussblock 156 wird die Abstützeinrichtung 16 in
ihre vollständig
abgesenkte Position abgesenkt. Diese Funktion wird durch den Prozessor 72 erreicht,
der einen Befehl zur Absenkung der Abstützeinrichtung ausgibt, wie
es in dem Programmflussblock 158 gezeigt ist. In ähnlicher Weise
wie die Bewegung der Abstützeinrichtung
gemäß dem Programmflussblock 146 wird
die durch die Anweisungen des Programmflussblocks 156 veranlasste
Abwärtsbewegung
gemäß einem
dreiecksförmigen
Geschwindigkeitsprofil ausgeführt.
Nach der Abstützeinrichtungsabsenkungsroutine 156 ist
eine programmierte Verzögerung 160 zwischengeschaltet.
-
Nun
unter Bezugnahme auf 6 wird die Befestigungsklammer 18,
sobald die Abstützeinrichtung 16 in
ihre abgesenkte Position bewegt ist, in ihre vollständig zurückgezogene
Sollposition bewegt, wie es in dem Programmflussblock 170 der 6 gezeigt ist.
Der Programmflussblock 172 zeigt die tatsächliche
Ausgabe des Prozessor 72 von dem Befehl an die Befestigungsklammervorrichtung
zum Betätigen der
hydraulischen Einrichtung, um die Befestigungsklammer 18 in
ihre vollständig
zurückgezogene
Position zu bewegen. Nach den Arbeitsschritten des Programmflussblocks 170 ist
eine Verzögerung 174 zwischengeschaltet.
-
In
dem Programmflussblock 176 endet der Biegezyklus, woraufhin
der Prozessor 72 einen Befehl ausgibt, um die grüne Autozykluslampe
zu löschen.
Dies ist in dem Programmflussblock 178 gezeigt.
-
Die
Anweisungen des Programmflussblocks 180 lassen es dann,
wenn sie von dem Prozessor 72 ausgeführt werden, zu, dass das Rohr 12,
sobald der Bewegungsschalter 56 manuell betätigt wird,
eine vorbestimmte axiale Strecke inkrementiert wird. Der Bewegungsschalter 56 muss
von der Bedienungsperson nicht niedergehalten werden, sondern nur
gedrückt
werden, um dem Prozessor 78 zu signalisieren, das Rohr 12 eine
Strecke zu bewegen, die der Länge
des Rohrs zwischen inkrementellen Biegungen entspricht. Dieser Parameter
wurde anfänglich
in den Speicher des Prozessors 72 programmiert. Es sollte
darauf hingewiesen werden, dass der Arbeitsschritt des Programmflussblocks 180 ohne
Bedienungspersoneneingriff des Drückens des Schalters 56 ausgeführt werden
kann, sondern vielmehr nach dem Ende der Biegezyklusroutine 176 automatisch ausgeführt werden
kann.
-
Noch
unter Bezugnahme auf 6 sind in dem Programmflussblock 182 die
Anweisungen zum tatsächlichen
Bewegen des Rohrs 12 in Vorwärtsrichtung für die nächste Biegung
gezeigt. Um die exakte Strecke zu bestimmen, um die das Rohr 12 bewegt
werden soll, liest der Prozessor 72 den Speicher und gibt
das Bewegungsinkrement ein, wie es in dem Programmflussblock 184 angegeben
ist. Der Prozessor 72 gibt den Befehl an das Bewegungsproportionalventil 100 aus,
wie es in dem Programmflussblock 186 angegeben ist. Wie
oben angegeben wurde, kann dadurch der Motor 36 für die angetriebene
Walzen betrieben werden, um die Walze 30 zu drehen und
das Rohr 12 entsprechend um eine bestimmte Strecke zu bewegen.
Die Winkelgeschwindigkeit der Bewegung des Motors 36 kann
ebenfalls einem Geschwindigkeitsprofilweg folgen, um die Bewegung
des Rohrs ohne abrupte Start- und Stoppvorgänge schnell zu erreichen. Jegliches
Unterschießen
oder Überschießen wird
beseitigt. Sobald das Rohr 12 die axiale Bewegung beginnt,
zählt der
Prozessor 72 die Anzahl von Impulsen von der Kodiereinrichtung 94,
um die exakte Strecke zu messen, um die das Rohr 12 bewegt
wird. Dies ist in dem Programmflussblock 188 gezeigt. Sobald
das Rohr 12 um seine vorgeschriebene inkrementelle Strecke
bewegt worden ist, wird es angehalten. Die Verarbeitung fährt in dem
Entscheidungsblock 184 fort, in dem bestimmt wird, ob alle
der inkrementellen Biegungen in dem Rohr 12 vollendet worden
sind. Wenn die Entscheidung des Blocks 184 eine Bejahung
zur Folge hat, dann wird der selbsttätige inkrementelle Biegezyklus
beendet, wie es durch den Programmflussblock 186 angegeben
ist. Wenn auf der anderen Seite weitere inkrementelle Biegungen
vollendet werden müssen,
geht die Verarbeitung zu dem Programmflussblock 188 weiter.
Hier verzweigt die Verarbeitung zurück zu dem Programmflussblock 122 der 5,
in dem ein weiterer automatisierter Biegezyklus durch die Betätigung des
Startschalters durch die Bedienungsperson begonnen werden kann. Fachleute
können
es bevorzugen, mit nachfolgenden inkrementellen Biegungen ohne Bedienungspersoneneingriff
fortzufahren. In diesem Fall wird die Verarbeitung zurück zu dem
Programmflussblock 126 verzweigen und den Block 122 umgehen.
Natürlich würde in der
vollständig
automatischen Betriebsart die Autozykluslampe nicht ausgelöscht werden.
-
Auch
wenn es nicht gezeigt ist, ist der Prozessor 72 programmiert,
um die Betätigung
der Bedienfeldschalter kontinuierlich zu überwachen. Wenn zum Beispiel
während
eines Biegevorgangs der Nothaltschalter 46 oder der Biegezyklus-Stoppschalter 44 betätigt wird,
stoppt der Prozessor 72 den Betrieb. Wenn eine Betätigung des
Notausschalters 46 erkannt wird, wird die Energieversorgung 110 zu
dem Rohrbiegesystem abgeschaltet. Wenn der Biegezyklus-Stoppschalter 44 gedrückt wird,
wird der Biegezyklus unterbrochen, aber wird fortgesetzt, wenn anschließend der
Biegezyklus-Startschalter 48 gedrückt wird. Fachleute können es
nützlich
finden, den Prozessor 72 mit anderen Algorithmen zu programmieren,
um Diagnose an dem System auszuführen und
sogar um das System anfänglich
zu kalibrieren. Wie oben angegeben wurde, kann der Prozessor programmiert
sein, um Winkelinformationen unmittelbar von den Neigungsmessern
einzugeben. Diese Informationen sind momentane Daten, die unmittelbar für den Biegewinkel
charakteristisch sind, den das Rohr dann durchmacht. Diese Winkelinformationen selbst
können
verwendet werden, um zu bestimmen, wann die Schwenkbewegung der
Abstützeinrichtung gestoppt
werden sollte, wenn der gewünschte
Biegewinkel erreicht ist. In dieser Hinsicht kann es möglich sein,
auf den Kabelpositionswandler zu verzichten und sich ausschließlich auf
die Neigungsmesser zu stützen.
-
Aus
dem Vorhergehenden ist ein automatisiertes Rohrbiegesystem offenbart,
in dem viele, wenn nicht alle, der Arbeitsschritte automatisch unter der
Steuerung eines programmierten Prozessors ausgeführt werden. Durch die Verwendung
einer von einem Prozessor gesteuerten Vorrichtung sowie von Sensoren
zum Erfassen verschiedener Aspekte des Betriebs zum Zwecke des Rückkoppelns
von Informationen und Daten zu dem Prozessor können äußerst präzise Biegungen in dem Rohr
in einer wiederholten Weise gemacht werden. Auch wenn die bevorzugte
Ausführungsform
des Verfahrens und der Vorrichtung unter Bezugnahme auf ein spezielles
Rohrbiegesystem offenbart worden sind, ist darauf hinzuweisen, dass
aus Gründen
von Konstruktions- und Softwareauswahlen viele Änderungen an Details vorgenommen
werden können,
ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert
ist.