-
Verfahren zum Warmverformen von Hohlkörpern Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zum Warmverformen von Hohlkörpern kleiner Wandstärke und
relativ großen Trägheitsmoments in bezug auf eine Querachse, insbesondere zum Warmbiegen
von Rohren mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 50 mm und einer
Wandstärke- in der Größenordnung von 3 mm. Dabei bildet in bekannter Weise ein relativ
kalt bleibender Teil des Hohlkörpers einen Träger für einen anderen warm zu verformenden
Teil des Hohlkörpers, der erhitzt wird, d. h., bei der Warmverformung stützt sich
dieser letztgenannte Teil gegen den gleichzeitig mehr oder weniger kalt verformten
Teil ab. Beim Warmbiegen von Rohren wird z. B. zweckmäßig nur der Teil erhitzt,
der den inneren Krümmungsbogen bilden soll, wobei der den äußeren Krümmungsbogen
bildende Teil relativ kalt bleibt. Der Widerstand des relativ kalt bleibenden Teiles
gegen die Verformung, z. B. Biegung, ist um so größer, je größer sein Trägheitsmoment
in bezug auf die zur Achse der Verformung bzw. Krümmung parallele Querachse seines
Querschnittes ist, d. h. im Falle von Rohren ist dieser Widerstand um so größer,
je größer der Durchmesser dieses Rohrbeiles ist.
-
Wenn z. B. im Falle von Hohlkörpern ein zylindrisches Rohr gekrümmt
werden soll, kann das Rohr zufolge seiner zylindrischen Form dem Biegevorgang einen
sehr großen Widerstand entgegensetzen. Um diesen Widerstand zu verringern, erhitzt
man eine bestimmte Zone des Rohres, z. B. diejenige, die dem inneren Bogen entspricht,
derart,
daß die nachfolgend zum Biegen auszuübende Kraft im wesentlichen
nur noch den Widerstand des kalt bleibenden Teiles des Rohres zu überwinden hat
und gegen die Außenseite der Krümmung gerichtet ist. In diesem Fall geht hinsichtlich
des durch das Rohr geleisteten Widerstandes alles so vor sich, als ob .man die äußere
Wand des Rohres der Achse des zu biegenden Rohres nähert, so daß man wie mit einem
Rohr von kleinerem Radius arbeitet. Damit jedoch in manchen Fällen diese Biegekraft
noch in erträglichen Grenzen bleibt und nicht eine unerwünschte Verformung des Rohres
herbeiführt, könnte man sich veranlaßt sehen, die Temperatur der erhitzten Zone
zu stark zu-steigern, wodurch diese Zone übermäßig erweicht würde. Diese soll jedoch
während des Biegevorganges noch eine gewisse Festigkeit oder Formhaltigkeit behalten,
die gewährleistet, daß sie sich nach außen und nicht nach innen verschiebt, wodurch
sonst der Querschnitt des Rohres vermindert würde. Andererseits ist die vom erhitzten
Teil des Rohres dusch Strahlung abgegebene Wärme der vierten Potenz seiner absoluten
Temperatur proportional. Wenn unter diesen Verhältnissen ein Rohr mit geringer Wandstärke
vorliegt, gibt es seine Wärme zu schnell ab, und dies ist ein weiterer Grund, daß
das Rohr während des Biegevorganges die gewünschte Dehnbarkeit nicht behalten kann.
-
Für ein Rohr mit gegebenem Radius und gegebener Dicke wurde festgestellt,
daß eine geeignet gewählte Erhitzung des dem inneren Krümmungsbogen entsprechenden
Rohrteiles dazu ausreicht, ohne sonstige Vorsichtsmaßnahmen eine befriedigende Krümmung
des Rohres mit einem verhältnismäßig kleinen inneren Krümmungsradius von z. B. dem
il/2fachen des Rohrdurchmessers zu gewährleisten. Wenn jedoch das Rohr einen verhältnismäßig
großen Durchmesser von z. B. der Größenordnung von 5o mm besitzt und seine Wandstärke
verhältnismäßig klein, z. B. in der Größenordnung von 3 mm, ist, liefert das Verfahren,
das in der Erwärmung eines bestimmten Rohrteiles besteht, bevor dieses der biegenden
Kraft unterworfen wird, bei kleinen Krümmungsradien keine genügend befriedigenden
Resultate.
-
Um diesem Übelstand abzuhelfen, wurde das Verfahren nach der Erfindung
entwickelt, bei dem vor dem eigentlichen Warmverformen der Hohlkörper oder das Rohr
einer ersten Verformung unterworfen werden, die eine Verminderung des mechanischen
Widerstandes bezweckt, der durch die Form des Hohlkörpers der nachfolgenden Warmverformung
entgegengesetzt wird.
-
Genauer gesagt, besteht im Falle eines zylindrischen Rohres von großem
Durchmesser ein erster Arbeitsgang darin, dem Rohr ovalartigen, länglichru:nden
oder eiförmigen Querschnitt zu geben, derart, daß das Trägheitsmoment, seines beim
Biegen den äußeren Krümmungsbogen bildenden, relativ kalt bleibenden Teiles in bezug
auf die zur Achse der Krümmung parallele Querachse seines Querschnittes, das einen
Maßstab für den durch das Rohr der Biegung entgegengesetzten Widerstand darstellt,
verringert und auf die Größe des Trägheitsmoments eines zylindrischen Rohres gebracht
wird, das einen kleineren Radius besitzt und dessen Biegung mit den früher vorgeschlagenen
Mitteln bewerkstelligt werden kann.
-
Vermöge dieser vorangehenden Formgebung des Hohlkörpers, die das Trägheitsmoment
oder den Widerstand des Hohlkörpers herabsetzt, bleibt die Temperatur, auf die später
ein bestimmter Teil des Rohres gebracht werden muß, in erträglichen Grenzen. Grundsätzlich
soll diese Temperatur so groß sein, daß die Zone begrenzter Fließbewegungen des
Metalls bei einem Druck von ioo kg/em2 überschritten wird. Die auf diese Temperatur
gebrachten Teile des Rohres spielen bei dem vom gesamten Körper der nachfolgenden
Biegung entgegengesetzten Widerstand keine merkliche Rolle mehr und behalten dennoch
während dieses anschließenden Biegevorganges eine genügende Festigkeit bzw. Formhaltigkeit,
die gewährleistet, daß ihre Verschiebung nach der Außenseite des Rohres hin ohne
Faltenbildung vor sich geht und nicht nach der Innenseite, und daß die Wandstärke
des Rohres an dieser Stelle zunimmt.
-
Andererseits ist zu bemerken, daß mm Falle von Rohren mit dünnen Wandungen
die ovalartige oder eiförmige Gestalt eine bessere Aufrechterhaltung der Temperatur
in der erhitzten Zone gewährleistet, und zwar vermöge der Annäherung und gegenseitigen
Ausrichtung der 'leidem Rohrwandun.gen zueinander und daß sie in diesen Wandungen
einen Temperaturgradienten aufrechterhält, der vom Widenstandsgradhenten abhängig
ist, den diese Wandungen halben müssen, um einer Verschii-ebung der Wandungen nach
dem Ro'hrrinern zu Widerstand zu leisten.
-
Die nachstehende Beschreibung veranschaulicht beispielsweise an Hand
der Zeichnung die Art und Weise der Ausführung der Erfindung, und zwar zeigt Fig.
i einen Querschnitt eines Rohres mit verhältnnsmäßiig großem Durchmesser und; ziemlich
geringer Wandstärke, das gebogen werden soll, Fig. 2 einen Querschnitt des gleichen
Rohres, das abgeflacht wunde, um ihm einem länglichrunden Querschnitt zu geben,
Fig. 3 eine abgeänderte Formgebung des Rohces zu einem eiförmigen Querschnitt, Eig.
4 @dias Rohr mit eiförmigem Querschnitt in ,der Biegemaschine, Eig.4a einen Schnitt
nach der Linie 4-4 der Fig. 4, Fig.5 den in der Maschine nach Fig.4 hergestellten
Rohrkrümmer, Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 der Rig. 5, Fi.g. 7 dien Rohrkrümmer
nach Fig. 5, nachdem seine Schenkel einander genähert wurden, Fig. 8 einen Schnitt
nach der Linie 8-8 der Fig. 7, Fig. 9 dreh Arbeitsgang, durch den der Krümmer wieder
seinen kreiisförmigen Querschnitt erhält, und
Fig. io'einen Schnitt
nach der Linie io-io dies Krümmers nach Fig. 9.
-
Wve aus Iden Zeichnungen ersichtlich, beginnt man, wenn ein zylindrisches
Rohr a von verhältnismäßig großem Durchmesser in der Größenordnung von z. B. 5o
mm gekrümmt werden soll, dessen Wandstärke gleich oder kleiner als z. B. 3 mm ist,
gemäß der Erfindung -damit, diesies Rohr abzuflachen, um ihm entweder Iden ovalartigen
Querschnitt gemäß Fig. 2 zu geben, bei dem die runden Teeile einen Durchmesser von
z. B. nicht mehr als" 38 mm haben, oder um ihm vorzugsweise die in Fig. 3 gezeigte
Eiform zu geben. Diese Abflachung -dies Rohres wird ganz oder zum Teil in dien Bereich
des geraden Rohres durchgeführt, der später ,dem gekrümmten Teil :entsprechen soll.
-
Das auf diese Weise verformte Rohr wird diann durch diie Blegemasichine
bekannter Bauart, die in Fig.4 gezeigt ,Ist, geführt, wonach gemäß drein vorstehend
genannten Patent 804 155 die dunere Zone der Krümmung auf eine höhere Temperatur
als der äußere Krümmungsbogen gebracht wird, und zwar entweder vor ,dem Biegevorgang
oder während; dies Biegevorganges. Die anzuwendenide Temperatur soll ebenso groß
stein wie diiiejenüge, die bei einem zylindrischen Rohr angewendet würde, ,dessen
Durchmesser dien maximalen Durchmesser Bier gekrümmten Teeile des abgeflachten Rohres
gleich wäre, d. h. 38 mm bei :dem gewählten Beispiel, so daß d!ie Temperatur,das
Biegen des Rohres mit einem kleinen Krümimun@garadius gestattet, d. h. einem Radius,
der kleiner als das 11/2-fache des Rohrdurchmessers eist. Der bei der Erhitzung
relativ kalt bleibende Rohrteil, der heim Biegevorgang :dien äußeren Krümmungsbogen
bildet, besitzt zufolge seines verminderten Durchmessers in Bezug auf .eine zur
Achsre Bier Krümmung pyarallelle Querachse seines Querschnittes ein vermindertes
Trägheitsmoment. Demgemäß 'leistet er auch entsprechend geringeren Widerstand gegen
die Biegung, und -das ganze Rohr 'kann praktisch mit ,dien gleichen Kräften und
mit den gleichen Temperaturen am inneren Krümmungs'bogen verformt werden, wie sie
bei :einem. Rohr von nur 38 mm Durchmesser' anzuwenden wären.
-
Die Vorrichtung nach Fig. 4 besteht im wesentlichen in an sich bekannter
Weise aus ebner Biegerolle b. Die Nut oder Hohlkehle der Rolle eist in ihrer Form
,dien Rohrquerschnitt, und, zwar entweder dem ovalartigen Querschnitt nach Fig.2
odier dien eiförmigen Querschnitt nach Fng.3 und 4a angepaßt und läßt leinen kleinen
Spielraum an den Seidenwandungen und über der Unterseihe, um ,dem Metall dies Rohres
zu erlaubten, s!nch nach der Außenseihe des Rohres zu verschieben. Das Röhr wird
in die Nut durch Rollen c eingeführt, und ein Mütnehm.erarm d bewirkt, daß das Rohr
um dit Rolle b gebogen wird. Nach Beendigung :dies Arbeitsganges. erhält man einten
Krümmer, wie er in Felg. 5 gezeigt -ist, -dies:sien Querschnitt die in Fi:g. 6 gezeugte
Form besitzt.
-
Wiie ersichtlich, werden die Wandungen a1 und a2 des Rohres bei dem
Biegevorgang etwas verdickt, dl. h. nach außen geschoben, und zwar vermöge des Spielraumes,
dien das entsprechend gewählte Profil der Rolle b (Fig. 4a) zu diesem Zweck frenläBt,
und es entsteht eine stärkere Verdickung bei d3 zufolge der Formung des Krümmers.
-
Der bei diesem Arbeitsgang erzielte Krümmer wei's't schön einen verhältnismäßig
kleinen Krümmungsraadius auf. Wenn erwünscht, kann man diesen Krümmungseadius noch
verringern, ,indem man nun die beiden Schenkel ,des Krümmers einander nähert, nachdiem
man zuvor die innere Krüm= mungszone und gegebenenfalls auch die äußere Krümmungszone
des Krümmers gemäß dem Verfahren nach Patent 804 i55 erhitzt hat.
-
Der Aribeitsgang führt dann zu einem Krümmer, wie Ier in Fig. 7 ündI
8 gezeigt ist. Wie ersichtlich, ist durch diesen Arbeitsgang eine beträchtliche
Verringerung des Krümmungsradius der Krümmung herbeigeführt worden, wobei gleichzeitig
eine weitere kleine Verdickung der Wandlungen i1 und,.a2"unid@ eine Verlängerung
des eiförmigen Querschnitrbes dadurch entstanden sind:, .d:aß sich der am inneren
Krümmungsbogen gelegene verfcktie Teil a3 nach der Außenseite des Rohres verschoben
hat. In jedem Falle ist der Durchtritbsquerschp:itt im Rohrinnern in ib@ezug auf
die Höhe der Krümmung gegenüber dem anfänglichen Querschnitt des Rohres nicht merklich
verringert worden, und die Schenkel dies so hergestellten Krümmers können einandrer
beliebig genähert werden, ohne daß sich die Wandstärke der äußeren Wand verringert.
-
Es kann noch ein letzter Arbeitsgang vorgenommen werden, wenn man
den Rohrquerschnitt in dem gekrümmten Bereich auf seine Kreisform zurückführen will'.
Zu ,diesem Zweck wird ein Krümmer gemäß Fig. 7, gegebenenfalls nach vorherigem Erhitzen
bestimmter Zonen des Krümmers, in eine feste Form e eingebracht, die stich dem inneren
Krümmungs!bogen anpaBt und deren Nut vorzugsweiisie einem rkxelsförrnigen Querschnitt
des Rohres entsprn,cht. Während: ,die ,beiden Schenkel f1 und f2 des Krümmers zwischen
den festen Wandungen g1 und g2 gehalten werden, übt man auf den äußeren Krümmungsbagen
,dies Krümmers in dier-Pfeil.r'vchtung eine Kraft A aus, ,die dazu ausreicht, den
.eiförmigen Querschnitt in die Kreisform zurückzufühiren, wie sie für das Ende dieses
Arbeitsganges in voll ausgezogenen Linien in Eilg. io gezeigt ist.
-
- Selbstverständlich könnenAibänderungen an vorstehenden Maßnahmen
:getroffen werden, ohne den Ra'hm'en der Erfindung zu verlassen; insbesondere könnte
man reine Wärmebehiandlun@g des Rohreis vor oder während des ersten Verformu.ngsganges
vorsehen.