EP4259355A1 - Anordnung, verfahren und richteinheit zum rundbiegen des endbereichs mit den beiden enden spitzgebogener rohre mit einer 3-walzen-biegemaschine - Google Patents

Anordnung, verfahren und richteinheit zum rundbiegen des endbereichs mit den beiden enden spitzgebogener rohre mit einer 3-walzen-biegemaschine

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Publication number
EP4259355A1
EP4259355A1 EP21839043.3A EP21839043A EP4259355A1 EP 4259355 A1 EP4259355 A1 EP 4259355A1 EP 21839043 A EP21839043 A EP 21839043A EP 4259355 A1 EP4259355 A1 EP 4259355A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring device
straightening unit
straightening
roller
tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21839043.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Kapp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Theodor Graebener GmbH and Co KG
Original Assignee
Theodor Graebener GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Theodor Graebener GmbH and Co KG filed Critical Theodor Graebener GmbH and Co KG
Publication of EP4259355A1 publication Critical patent/EP4259355A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D5/00—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves
    • B21D5/01—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves between rams and anvils or abutments
    • B21D5/015—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves between rams and anvils or abutments for making tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/08—Making tubes with welded or soldered seams
    • B21C37/0822—Guiding or aligning the edges of the bent sheet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D5/00—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves
    • B21D5/006—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves combined with measuring of bends

Definitions

  • pointed-bent tubes are understood to mean tubes that are made from a bent sheet of metal that is rounded over a large part of the circumference with an approximately constant radius, but which is bent on both sides of the joint at which the open ends of the sheet are connected to one another (e.g welded), has a connection area that is still unbent or has only a small, insufficient curvature, which encompasses the two ends.
  • the invention relates to 3-roll bending machines which are suitable for bending pipes with a large diameter and with which, according to the prior art, only pointed-bent pipes can be produced.
  • 3-roll bending machines which are used, for example, for the production of offshore pipes, in boiler construction and in general apparatus construction.
  • such pipes are often further processed as pointed-bent pipes and installed and used at their places of use.
  • the 4-roller bending machines are significantly more expensive to purchase (investment costs).
  • Such pipes usually have diameters between 4 m and 12 m, ie radii that vary between 2 m and 6 m.
  • the usual wall thicknesses of such pipes are between 100 mm and 200 mm.
  • the lengths of such pipes are usually a maximum of 5 m, in particular between 1 m and 4.5 m.
  • Steel is used in particular as the material, which is not only available relatively inexpensively, but is also easy to process further, in particular by welding, for example around which To connect longitudinal joint extending longitudinally of the pipe after the bending process and/or to connect several pipes to one long pipe. In practice, however, any other or more special materials are also used, in particular composite materials and stainless steel.
  • the object of the invention is to increase the usability of a 3-roller bending machine by providing an arrangement, a method and a straightening unit that enable the production of a high-quality tube geometry using the top roller of a 3-roller bending machine .
  • An arrangement according to the invention for round bending the connection area with the ends of pointed-bent tubes with a 3-roll bending machine a) a 3-roller bending machine with a height-adjustable upper roller, a straightening element and two lower rollers, b) a straightening unit with (at least) one height-adjustable punch, which is arranged to project through a free space between the lower rollers, and c) a measuring device for determining the radius of a tube arranged in the 3-roller bending machine, at least in a tube section which extends between the support points of the tube on the two lower rolls.
  • Such an arrangement makes it possible to position a pointed-bent tube on the bottom rolls in such a way that the abutting side is oriented downwards and is located between the bottom rolls.
  • the distance between the lower rollers is adjustable and is set relative to one another in such a way that the pointed-bent section is completely visible and accessible from the underside.
  • the pointed-bent end can be bent round within the 3-roll bending machine through the interaction of the upper roll with the at least one straightening element, the straightening unit and the measuring device.
  • the approaching one another can be achieved by moving the top roller with the straightening element in the direction of the ram (in particular downwards), by moving the ram of the straightening unit in the direction of the top roller with the straightening element, or by a combination of these two movements.
  • the ram with or without an associated lifting unit—is arranged such that it can be folded, moved or otherwise temporarily removed, in particular around the area between the two lower rollers and/or a crossbeam to which the ram is attached to be able to use it temporarily for other purposes.
  • the two bottom rolls of a 3-roll bending machine are usually mounted in separate bearing stands, which support shafts or axles of the bottom rolls.
  • the straightening unit is preferably designed in such a way that it can be positioned between the corresponding bearing stands.
  • the measuring device is an optical measuring device and/or the measuring device is arranged to interact with the straightening unit and/or the top roller.
  • a laser measuring device is particularly suitable as an optical measuring device, preferably a laser measuring device with which a large number of measuring beams can be emitted simultaneously or sequentially at a very short cycle rate in order to determine the curvature and in particular the radius of a surface from the measured distances. It is additionally pointed out that other measuring devices can also be used or can be used as an alternative, in particular wave-based measuring devices, such as ultrasonic measuring devices.
  • a cooperating arrangement of measuring device and straightening unit means in particular that the measuring device and the straightening unit and/or the measuring device and the top roller are coupled to one another - for example by means of a controller - in such a way that, based on measured values from the measuring device, control commands are sent to the straightening unit and/or can be sent to the top roller, for example to move or control the punch and/or the top roller in a targeted manner in such a way that a radius within a target tolerance is achieved.
  • the straightening unit has a traversing unit that can be moved in at least one horizontal direction.
  • a possibility of movement in an axial direction of the rollers can be provided, i.e. parallel to the axes of rotation of the lower rollers and the upper roller.
  • a corresponding displacement unit can be implemented in particular by means of a carrier designed as a carriage, which is arranged on a suitable frame so that it can be displaced.
  • Such a carriage can be designed to slide or have roller bearings. Due to the lower friction, roller bearings are preferred, in particular by means of rollers.
  • a traversing unit can be dispensed with entirely if a sufficient number of height-adjustable stamps with measuring devices assigned to the stamps are provided over the length of a pipe to be processed.
  • a punch can be provided, for example at a distance of 500 mm from each other, in order to roundly bend a tube with pointed ends and with a length of several meters over the entire length in the area of the pointed ends.
  • the invention also relates to a method for round bending the connection area with the ends of pointed-bent pipes, in which a pipe with the pointed-bent ends oriented downwards is arranged between the upper roller and the two lower rollers of a 3-roll bending machine, with between the upper roller and the pipe at least one straightening element is positioned and wherein a) using a straightening unit with at least one height-adjustable stamp, which is arranged to project through a free space between the bottom rollers, the distance between the straightening element and the stamp is reduced in order to bend the ends - by applying force - and b) the radius of the ends produced by bending is determined using a measuring device.
  • steps a) and b) are repeated one after the other until the radius determined by means of the measuring device is within a desired value range.
  • a target value range for the radius between 4.01 m and 3.99 m can be specified in order to then repeat steps a) and b) until a radius in the target value range is reached for the first time . If during an application of the method it is found that the target value range is first exceeded and then fallen below, the target value range has been missed. It is then advisable to adapt the procedure for processing other identical tubes by increasing the force in smaller ones discrete steps and/or the setpoint range is selected to be larger.
  • the straightening unit is designed to be movable in the longitudinal direction of the tube to be bent, and the method is repeated several times in order to bend the ends in the area of different length sections.
  • This embodiment has already been described above in connection with a traversing unit, which is realized in particular by means of a traversing carriage. It is particularly suitable in connection with a - compared to the 3-roller bending machine - compact straightening unit with a traversing unit and at least one stamp, which has a significantly shorter length than the upper roller and the two lower rollers.
  • the radius is also determined with the measuring device while the ends of a tube are being bent. It is necessary to select a suitable measuring device and to align it and position it relative to the other elements of an arrangement according to the invention in such a way that the measuring device can determine and process a sufficient number of measured values even during bending so that the radius can be determined.
  • the sharp-bent ends of a pipe can be bent quickly and precisely, in particular by continuously increasing the bending force until the measured radius is within a target value range.
  • a straightening unit for rounding the connection area with the ends of pointed-bent pipes together with a 3-roller bending machine, in particular with the top roller of such a 3-roller bending machine, the straightening unit having a height-adjustable stamp and at least one measuring device for determining the Has radius of the tube in an effective range of the stamp.
  • the measuring device must be designed and arranged in such a way that it is directed towards a surface of a pointed end to be machined, which changes its curvature under the influence of an effective surface of the punch.
  • This can be done in particular by arranging the active surface and the stamp in the same orientation on the straightening unit in such a way that the stamp and the measuring device can be used at the same time.
  • a laser measuring device is particularly suitable as a measuring device, which can emit measuring beams, in particular a fan-shaped bundle of rays, and determine the distance and a resulting geometry, in particular radii.
  • the measuring device has a laser measuring device and/or the stamp is functionally coupled to a traversing unit, by means of which the stamp—in addition to a vertical direction—is also slidably mounted perpendicular to the vertical direction.
  • the stamp in addition to a vertical direction—is also slidably mounted perpendicular to the vertical direction.
  • Fig. 1 shows an arrangement with a 3-roller bending machine and a straightening unit before the forming of the connection area with the two ends of a pointed-shaped pipe and
  • FIG. 2 shows the arrangement from FIG. 1 during or at the end of a reshaping of the connection area with the two ends of the pipe.
  • Figures 1 and 2 show an arrangement according to the invention with a 3-roller bending machine 10, of which a first bottom roll 12, a second bottom roll 14 and the lower part of a top roll 16 are shown.
  • the two lower rollers 12, 14 are arranged symmetrically in relation to the upper roller 16.
  • the upper roller is arranged centrally above the two lower rollers 12, 14, and the lower rollers both have the same diameter.
  • the diameter of the lower rollers is between 500 and 1,500 mm, in particular 1060 mm.
  • the diameter of the top roller 16 is larger and is between 900 mm and 2,000 mm, in particular around 1,320 mm.
  • the arrangement also includes a straightening unit 18 which is arranged between the two bottom rollers 12, 14 viewed in the horizontal direction.
  • the straightening unit 18 essentially comprises a frame 20 and a lifting unit 22 with a stamp 24 which is designed to be movable in the direction of the double arrow 26 (here: in the vertical direction).
  • FIG. 1 shows the punch 24 in a lower position before a bending process, ie the contact surface 36 of the punch 24 is not in contact with the outside A of a tube 30 that is still to be bent, of which only the lower section is shown.
  • the tube 30 is still unbent over a certain length, starting from the two ends 28a, 28b. Nevertheless, the ends 28a, 28b are connected to one another in the area of the inside I by welding. This results in a gap in the area of the outside A of the ends 28a, 28b.
  • the aim of the bending process is to bend the unbent end sections, which extend in an area between the two support points A1, A2 of the tube 30 on the lower rollers 12, 14 to the ends 28a, 28b, to bend in such a way that the radius is approximately the same as that of the remaining outer surface A of the tube 30.
  • the stamp 24 is shown in FIGS. 1 and 2 as a rectangle only as an example.
  • the stamp 24 has a contact surface 36 which at least partially makes contact with the outside of the tube 30 during the bending process.
  • the contact surface 36 can also have any other desired shape, in particular a curved shape.
  • a straightening element 32 is arranged between the top roller 16 and the inside I of the tube 30 .
  • the aligning element 32 has an approximately rectangular cross-sectional shape and a groove-like recess 34 oriented inwards in cross-section. This results in two contact areas K1, K2 between the straightening element 32 and the inside I of the pipe 30.
  • the frame of the straightening unit 20 is formed by a carrier 38 with a rectangular cross section, on which a cross member 40 is mounted.
  • the carrier 38 is fastened in two bearing stands, not shown in the figures, which form the basis for the bearing of all the rolls 12, 14, 16.
  • the cross member 40 is U-shaped and is mounted on rollers 42 perpendicular to the plane of the drawing so that it can be moved relative to the carrier 38 in the manner of a carriage.
  • a drive unit 44 is arranged on the crossbeam 40, which provides both a drive for moving the crossbeam 40 relative to the beam 38 and a drive for moving the ram 24 in the direction of the double arrow 26.
  • the combination of the crossbeam 40 and the drive unit 44 can be regarded as a traversing unit insofar as it enables the stamp 24 to be moved perpendicularly to the plane of the drawing.
  • the measuring device 46 With the measuring device 46, distances and the resulting curvature or the respective radius of the outside A of the pipe 30 can be detected within a fan-shaped measuring area 48, represented by a dashed trapezoid.
  • the measuring device 46 is arranged in such a way that the curvature of the outside can also be recorded while the stamp 24 is acting on the pipe 30 .
  • Figure 2 shows the stamp 24 in an upper position with contact to the outside A of the two ends 28a, 28b of the already bent tube 30.
  • the bending process is already complete because on the outside A of the tube 30 there is a contour with a constant radius is formed, which also extends over the connection area between the support points A1, A2.
  • Both the straightening element 32 with the top roller 16 and the stamp 24 of the straightening unit 18 can serve as counter bearings when the bending forces are applied.
  • the measuring device is preferably used—at least then—when a bending force is no longer acting on a pipe 30 that is located in the 3-roller bending machine 10 and is subjected to a bending force.
  • a bending force is no longer acting on a pipe 30 that is located in the 3-roller bending machine 10 and is subjected to a bending force.
  • an iterative procedure is necessary in order to achieve a target value range for a radius in the area of the outside A of a tube 30, in which bending processes and measurements alternate. If a target value range is reached, the bending process can be completed and the punch 24 of the straightening unit 18 can be lowered. If the pipe 30 is to be processed at several points by the straightening unit 18, the ram 24 is moved by the traversing unit to the next point of use after the target value range has been reached, and the process is then repeated there in the same way.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung, ein Verfahren und eine Richteinheit (18) zum Rundbiegen des Verbindungsbereichs mit den Enden (28a, 28b) spitzgebogener Rohre (30) zusammen mit einer 3-Walzen-Biegemaschine (10). Eine erfindungsgemäße Anordnung zum Rundbiegen des Verbindungsbereichs mit den Enden (28a, 28b) spitzgebogener Rohre (30) mit einer 3-Walzen-Biegemaschine (10) umfasst: a) eine 3-Walzen-Biegemaschine (10) mit einer höhenverstellbaren Oberwalze (16), einem Richtelement (32) und zwei Unterwalzen (12, 14), b) eine Richteinheit (18) mit einem höhenverstellbaren Stempel (24), der einen Freiraum zwischen den Unterwalzen (12, 14) durchragend angeordnet ist und c) eine Messvorrichtung (46) zur Bestimmung des Radius eines in der 3-Walzen-Biegemaschine (10) angeordneten Rohres (30) zumindest in einem Rohrabschnitt, der sich zwischen Auflagepunkten (A1, A2) des Rohres auf den beiden Unterwalzen (12, 14) erstreckt.

Description

Anordnung, Verfahren und Richteinheit zum Rundbiegen des Endbereichs mit den beiden Enden spitzgebogener Rohre mit einer 3-Walzen- Biegemaschine
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung, ein Verfahren und eine Richteinheit zum Rundbiegen des Endbereichs mit den beiden Enden spitzgebogener Rohre mit einer 3-Walzen-Biegemaschine, insbesondere unter Nutzung der Oberwalze einer 3-Walzen-Biegemaschine. Unter spitzgebogenen Rohren werden in diesem Zusammenhang Rohre verstanden, die aus einem gebogenen Blech hergestellt sind, das über einen Großteil des Umfangs mit einem etwa konstanten Radius rundgebogen ist, das aber beidseitig der Stoßstelle, an der die offenen Enden des Blechs miteinander verbunden sind (beispielsweise verschweißt), einen noch ungebogenen oder mit nur geringer, unzureichender Krümmung versehenen Verbindungsbereich aufweist, der die beiden Enden umfasst.
Insbesondere betrifft die Erfindung 3-Walzen-Biegemaschinen, die zum Biegen von Rohren mit großem Durchmesser geeignet sind und mit welchen sich gemäß Stand der Technik nur spitzgebogene Rohre herstellen lassen. Im Speziellen wird in diesem Zusammenhang auf 3-Walzen- Biegemaschinen verwiesen, die beispielsweise zur Herstellung von Offshore-Rohren, im Kesselbau und im allgemeinen Apparatebau eingesetzt werden. Derartige Rohre werden gemäß Stand der Technik häufig als spitzgebogene Rohre weiterverarbeitet und an ihren Einsatzorten installiert und benutzt. Alternativ ist es aus der Praxis bekannt, solche Rohre mit einer 4-Walzen-Biegemaschine vollständig rund herzustellen. Die 4-Walzen- Biegemaschinen sind allerdings deutlich teurer in der Anschaffung (Investitionskosten). Derartige Rohre weisen üblicherweise Durchmesser zwischen 4 m und 12 m auf, d.h. Radien, die zwischen 2 m und 6 m variieren. Übliche Wandstärken solcher Rohre liegen zwischen 100 mm und 200 mm. Die Längen solcher Rohre sind üblicherweise maximal 5 m, insbesondere zwischen 1 m und 4,5 m. Als Werkstoff kommt insbesondere Stahl zum Einsatz, der nicht nur relativ kostengünstig verfügbar, sondern auch gut weiterverarbeitbar ist, insbesondere durch Veschweißen, beispielsweise um den sich in Längsrichtung des Rohres erstreckenden Längsstoß nach dem Biegevorgang zu verbinden und/oder um mehrere Rohre zu einem langen Rohr miteinander zu verbinden. In der Praxis kommen aber auch beliebige andere oder speziellere Werkstoffe zum Einsatz, insbesondere Verbundwerkstoffe und Edelstahl.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nutzbarkeit einer 3-Walzen- Biegemaschine zu erhöhen, indem eine Anordnung, ein Verfahren und eine Richteinheit zur Verfügung gestellt werden, welche die Erzeugung einer qualitativ hochwertigen Rohrgeometrie unter Nutzung der Oberwalze einer 3-Walzen-Biegemaschine ermöglichen. Insbesondere soll mit der Erfindung ein Rundbiegen der spitzgebogenen Enden eines Rohres möglich sein, das mit einer 3-Walzen-Biegemaschine hergestellt wurde und deren Stoß zwischen den Enden bereits verbunden wurde, insbesondere durch Schweißen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere Vorteile und praktische Ausführungsformen der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Eine erfindungsgemäße Anordnung zum Rundbiegen des Verbindungsbereichs mit den Enden spitzgebogener Rohre mit einer 3-Walzen- Biegemaschine umfasst a) eine 3-Walzen-Biegemaschine mit einer höhenverstellbaren Oberwalze, einem Richtelement und zwei Unterwalzen, b) eine Richteinheit mit (mindestens) einem höhenverstellbaren Stempel, der einen Freiraum zwischen den Unterwalzen durchragend angeordnet ist und c) eine Messvorrichtung zur Bestimmung des Radius eines in der 3- Walzen-Biegemaschine angeordneten Rohres zumindest in einem Rohrabschnitt, der sich zwischen Auflagepunkten des Rohres auf den beiden Unterwalzen erstreckt.
Eine solche Anordnung ermöglicht es, ein spitzgebogenes Rohr derart auf den Unterwalzen zu positionieren, dass die Stoßseite nach unten orientiert ist und sich zwischen den Unterwalzen befindet. Vorzugsweise ist der Abstand der Unterwalzen zueinander verstellbar und derart zueinander eingestellt, dass der spitzgebogene Abschnitt vollständig von der Unterseite her ersichtlich und zugänglich ist. In diesem Fall kann durch Zusammenwirken der Oberwalze mit dem mindestens einen Richtelement, der Richteinheit und der Messvorrichtung das spitzgebogene Ende innerhalb der 3- Walzen-Biegemaschine rundgebogen werden. Dies kann manuell, teilautomatisiert oder vollautomatisiert erfolgen, indem durch relatives Aufeinanderzufahren der Oberwalze mit dem Richtelement auf den Stempel der Richteinheit eine Biegung bewirkt wird und die aus der Biegung resultierende Krümmung mit Hilfe der Messvorrichtung gemessen wird. Das aufeinander Zufahren kann dadurch erfolgen, dass die Oberwalze mit dem Richtelement in Richtung Stempel (insbesondere nach unten) verfahren werden, dass der Stempel der Richteinheit in Richtung der Oberwalze mit dem Richtelement verfahren wird oder durch eine Kombination dieser beiden Bewegungen. Es ist insoweit sowohl möglich, die Oberwalze mit dem Richtelement als Widerlager zu verwenden als auch den Stempel als Widerlager zu verwenden. Es kann in einer praktischen Ausführungsform vorgesehen sein, dass der Stempel - mit oder ohne zugeordnete Hubeinheit - klappbar, verfahrbar oder anderweitig temporär entfernbar - angeordnet ist, insbesondere um den Bereich zwischen den beiden Unterwalzen und/oder einem Querträger, an welchem der Stempel befestigt ist, temporär anderweitig nutzen zu können.
Üblicherweise sind die beiden Unterwalzen einer 3-Walzen-Biegemaschine in separaten Lagerständern gelagert, welche Wellen oder Achsen der Unterwalzen lagern. Die Richteinheit ist vorzugsweise so gestaltet, dass diese zwischen den entsprechenden Lagerständern positionierbar ist.
In einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist die Messvorrichtung eine optische Messvorrichtung, und/oder die Messvorrichtung ist mit der Richteinheit und/oder der Oberwalze zusammenwirkend angeordnet.
Als optische Messvorrichtung kommt insbesondere eine Lasermessvorrichtung in Betracht, vorzugsweise eine Lasermessvorrichtung, mit welcher eine Vielzahl von Messstrahlen gleichzeitig oder in sehr kurzer Taktrate sequentiell aussendbar sind, um aus den gemessenen Strecken die Krümmung und insbesondere den Radius einer Oberfläche zu bestimmen. Es wird ergänzend darauf hingewiesen, dass alternativ auch andere Messvorrichtungen verwendbar bzw. einsetzbar sind, insbesondere wellenbasierte Messvorrichtungen, wie z.B. Ultraschallmessvorrichtungen.
Unter einer zusammenwirkenden Anordnung von Messvorrichtung und Richteinheit wird insbesondere verstanden, dass die Messvorrichtung und die Richteinheit und/oder die Messvorrichtung und die Oberwalze - beispielsweise mittels einer Steuerung - derart miteinander gekoppelt sind, dass ausgehend von Messwerten der Messvorrichtung Steuerbefehle zu der Richteinheit und/oder zu der Oberwalze aussendbar sind, beispielsweise um den Stempel und/oder die Oberwalze zielgerichtet so zu bewegen bzw. zu steuern, dass ein Radius innerhalb einer Soll-Toleranz erzielt wird.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung weist die Richteinheit eine in mindestens einer horizontalen Richtung verfahrbare Verfahreinheit auf. So kann beispielsweise eine Verfahrmöglichkeit in einer axialen Richtung der Walzen vorgesehen sein, d.h. parallel zu den Drehachsen der Unterwalzen und der Oberwalze. Eine derartige Verfahrbarkeit ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Stempel einer Richteinheit zur Bearbeitung eines Rohres mehrfach an verschiedenen Positionen verwendet werden soll, ohne dass das zu bearbeitende Rohr und die 3-Walzen-Biegemaschine bewegt werden müssen. Eine entsprechende Verfahreinheit kann insbesondere mittels eines als Schlitten ausgebildeten Trägers realisiert sein, der auf einem geeigneten Gestell verfahrbar angeordnet ist. Ein solcher Schlitten kann gleitend oder wälzgelagert ausgebildet sein. Aufgrund der geringeren Reibung bevorzugt sind Wälzlagerungen, insbesondere mittels Rollen.
Alternativ oder in Ergänzung zu einer Verfahreinheit können auch mehrere höhenverstellbare Stempel und mehrere Messvorrichtungen vorgesehen sein. Dadurch kann auf eine Verfahreinheit ganz verzichtet werden, wenn über die Länge eines zu bearbeitenden Rohres ausreichend viele höhenverstellbare Stempel mit den Stempeln zugeordneten Messvorrichtungen vorgesehen sind. In diesem Fall kann, beispielsweise in einem Abstand von jeweils 500 mm zueinander, jeweils ein Stempel vorgesehen sein, um ein Rohr mit spitzgebogenen Enden und mit einer Länge von mehreren Metern über die gesamte Länge im Bereich der spitzgebogenen Enden rund zu biegen.
Es wird auch auf die Möglichkeit verwiesen, nur einen Stempel mit einer ausreichend großen Länge vorzusehen, der es ermöglicht, das zu biegende Rohr über eine ausreichend große Länge derart zu biegen, dass es mit Abschluss der Bearbeitung über die vollständige Länge rundgebogen ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Rundbiegen des Verbindungsbereichs mit den Enden spitzgebogener Rohre, bei welchem ein Rohr mit den spitzgebogenen Enden nach unten orientiert zwischen der Oberwalze und den zwei Unterwalzen einer 3-Walzen-Biegemaschine angeordnet wird, wobei zwischen der Oberwalze und dem Rohr mindestens ein Richtelement positioniert ist und wobei a) unter Verwendung einer Richteinheit mit mindestens einem höhenverstellbaren Stempel, der einen Freiraum zwischen den Unterwalzen durchragend angeordnet ist, der Abstand zwischen dem Richtelement und dem Stempel verringert wird, um die Enden - durch Kraftbeaufschlagung - zu biegen und b) der durch das Biegen erzeugte Radius der Enden mittels einer Messvorrichtung ermittelt wird.
Auf die vorstehend bereits in Verbindung mit der Anordnung beschriebenen Vorteile und optionalen weiteren technischen Merkmale der Anordnung, die auch in Verbindung mit der Durchführung des Verfahrens realisierbar sind, wird hiermit noch einmal verwiesen.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Schritte a) und b) nacheinander so oft wiederholt, bis der mittels der Messvorrichtung ermittelte Radius innerhalb eines Sollwert-Bereiches liegt. So kann beispielsweise ein Sollwert-Bereich für den Radius zwischen 4,01 m und 3,99 m vorgegeben werden, um die Schritte a) und b) dann so oft zu wiederholen, bis zum ersten Mal ein Radius in dem Sollwert-Bereich erreicht ist. Zeigt sich während einer Anwendung des Verfahrens, dass der Sollwert-Bereich zunächst überschritten und dann unterschritten wird, ist der Sollwert-Bereich verfehlt worden. Es ist dann empfehlenswert, das Verfahren für die Bearbeitung weiterer baugleicher Rohre anzupassen, indem die Erhöhung der Kraft in kleineren diskreten Schritten erfolgt und/oder der Sollwert-Bereich größer gewählt wird.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Richteinheit in Längsrichtung des zu biegenden Rohres verfahrbar ausgebildet, und das Verfahren wird mehrmals wiederholt, um die Enden im Bereich unterschiedlicher Längenabschnitte zu biegen. Diese Ausführungsform wurde vorstehend bereits in Verbindung mit einer Verfahreinheit beschrieben, die insbesondere mittels eines verfahrbaren Schlittens realisiert ist. Sie eignet sich vor allem in Verbindung mit einer - im Vergleich zur 3-Walzen-Biegemaschine - kompakt bauenden Richteinheit mit einer Verfahreinheit und mindestens einem Stempel, die eine deutlich geringere Länge aufweist als die Oberwalze und die beiden Unterwalzen.
Es ist weiter bevorzugt, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren der Radius mit der Messvorrichtung auch während des Biegens der Enden eines Rohres ermittelt wird. Dazu ist es erforderlich, eine geeignete Messvorrichtung zu wählen sowie diese derart auszurichten und relativ zu den übrigen Elementen einer erfindungsgemäßen Anordnung zu positionieren, dass die Messvorrichtung auch während des Biegens ausreichend viele Messwerte ermitteln und verarbeiten kann, dass der Radius ermittelbar ist. In diesem Fall lässt sich durch gleichzeitiges Messen und Nachsteuern des Stempels bzw. der Oberwalze mit dem Richtelement ein zügiges und präzises Biegen der spitzgebogenen Enden eines Rohres erreichen, insbesondere indem die Biegekraft kontinuierlich erhöht wird, bis der gemessene Radius innerhalb eines Sollwert-Bereiches liegt.
Schutz wird ferner beansprucht für eine Richteinheit zum Rundbiegen des Verbindungsbereichs mit den Enden spitzgebogener Rohre zusammen mit einer 3-Walzen-Biegemaschine, insbesondere mit der Oberwalze einer solchen 3-Walzen-Biegemaschine, wobei die Richteinheit einen höhenverstellbaren Stempel und mindestens eine Messvorrichtung zur Ermittlung des Radius des Rohres in einem Wirkbereich des Stempels aufweist. Damit ist gemeint, dass die Messvorrichtung dazu ausgebildet und derart anordenbar oder angeordnet sein muss, dass sie auf eine Fläche eines zu bearbeitenden spitzgebogenen Endes gerichtet ist, die unter Einwirkung einer Wirkfläche des Stempels ihre Krümmung verändert. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass die Wirkfläche und der Stempel in gleicher Orientierung derart an der Richteinheit angeordnet sind, dass der Stempel und die Messvorrichtung gleichzeitig nutzbar sind. Wie schon erwähnt, eignet sich als Messvorrichtung insbesondere eine Lasermessvorrichtung, welche Messstrahlen, insbesondere ein fächerartiges Strahlenbündel aussenden und die Entfernung sowie eine sich daraus ergebende Geometrie, insbesondere Radien, ermitteln kann.
In einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Richteinheit weist die Messvorrichtung eine Lasermessvorrichtung auf, und/oder der Stempel ist funktional mit einer Verfahreinheit gekoppelt, mittels welcher der Stempel - zusätzlich zu einer Hochrichtung - auch senkrecht zur Hochrichtung verschiebbar gelagert ist. Auf die damit verbundenen Vorteile, insbesondere in Verbindung mit einem als Schlitten ausgebildeten Träger, die vorstehend bereits erwähnt wurden, wird hiermit noch einmal verwiesen.
Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Anordnung mit einer 3-Walzen-Biegemaschine und einer Richteinheit vor der Umformung des Verbindungsbereichs mit den beiden Enden eines spitzgeformten Rohres und
Fig. 2 die Anordnung aus Fig. 1 während bzw. am Ende einer Umformung des Verbindungsbereichs mit den beiden Enden des Rohres. Die Figuren 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer 3- Walzen-Biegemaschine 10, von welcher eine erste Unterwalze 12, eine zweite Unterwalze 14 und der untere Teil einer Oberwalze 16 dargestellt sind. Wie aus Figur 1 erkennbar ist, handelt es sich vorliegend um eine symmetrische Anordnung der beiden Unterwalzen 12, 14 gegenüber der Oberwalze 16. Die Oberwalze ist insoweit mittig über den beiden Unterwalzen 12, 14 angeordnet, und die Unterwalzen weisen beide den gleichen Durchmesser auf. In der gezeigten Ausführungsform liegt der Durchmesser der Unterwalzen zwischen 500 und 1.500 mm, insbesondere bei 1060 mm. Der Durchmesser der Oberwalze 16 ist größer und liegt zwischen 900 mm und 2.000 mm, insbesondere bei ca. 1.320 mm.
Es wird klargestellt, dass eine symmetrische Anordnung für die Realisierung der Erfindung nicht erforderlich ist.
Die Anordnung umfasst darüber hinaus eine Richteinheit 18, die in horizontaler Richtung betrachtet zwischen den beiden Unterwalzen 12, 14 angeordnet ist. Die Richteinheit 18 umfasst im Wesentlichen ein Gestell 20 und eine Hubeinheit 22 mit einem Stempel 24, der in Richtung des Doppelpfeils 26 (hier: in Hochrichtung) verfahrbar ausgebildet ist.
Figur 1 zeigt den Stempel 24 in einer unteren Stellung vor einem Biegevorgang, d.h. der Stempel 24 weist mit seiner Kontaktfläche 36 keinen Kontakt zur Außenseite A eines noch zu biegenden Rohres 30 auf, von welchem nur der untere Abschnitt dargestellt ist. Wie aus Figur 1 erkennbar ist, ist das Rohr 30 ausgehend von den beiden Enden 28a, 28b über eine bestimmte Länge noch ungebogen. Dennoch sind die Enden 28a, 28b im Bereich der Innenseite I durch Verschweißen miteinander verbunden. Dadurch ergibt sich im Bereich der Außenseite A der Enden 28a, 28b ein Spalt. Ziel des Biegevorgangs ist es, die ungebogenen Endabschnitte, welche sich in einem Bereich zwischen den beiden Auflagepunkten A1 , A2 des Rohres 30 auf den Unterwalzen 12, 14 jeweils bis zu den Enden 28a, 28b erstrecken, derart zu biegen, dass sich in etwa der gleiche Radius ergibt wie bei der übrigen Außenfläche A des Rohres 30.
Der Stempel 24 ist in den Figuren 1 und 2 nur exemplarisch als Rechteck dargestellt. Der Stempel 24 weist eine Kontaktfläche 36 auf, die während des Biegevorgangs zumindest teilweise Kontakt zur Außenseite des Rohres 30 herstellt. Die Kontaktfläche 36 kann, anders als in den Figuren dargestellt, auch jede andere beliebige Form aufweisen, insbesondere eine gekrümmte Form.
Zwischen der Oberwalze 16 und der Innenseite I des Rohres 30 ist ein Richtelement 32 angeordnet. Das Richtelement 32 weist eine in etwa rechteckige Querschnittsform und eine im Querschnitt nach innen orientierte, hohlkehlenartige Ausnehmung 34 auf. Dadurch ergeben sich zwei Kontaktbereiche K1 , K2 zwischen dem Richtelement 32 und der Innenseite I des Rohres 30.
Das Gestell der Richteinheit 20 ist durch einen im Querschnitt rechteckigen Träger 38 gebildet, auf welchem ein Querträger 40 gelagert ist. Der Träger 38 ist in zwei in den Figuren nicht dargestellten Lagerständern befestigt, welche die Basis für die Lagerung aller Walzen 12, 14, 16 bildet. Der Querträger 40 ist u-förmig ausgebildet unter über Rollen 42 senkrecht zur Zeichenebene nach Art eines Schlittens verfahrbar gegenüber dem Träger 38 gelagert. Auf dem Querträger 40 ist eine Antriebseinheit 44 angeordnet, welche sowohl einen Antrieb zum Verfahren des Querträgers 40 relativ zum Träger 38 bereitstellt als auch einen Antrieb zum Verfahren des Stempels 24 in Richtung des Doppelpfeils 26. Die Kombination aus dem Querträger 40 und der Antriebseinheit 44 kann insoweit als Verfahreinheit angesehen werden, als sie ein Verfahren des Stempels 24 senkrecht zur Zeichenebene ermöglicht.
An dem Stempel 24 ist eine Messvorrichtung 46 in Form einer Lasermessvorrichtung angeordnet, die nur schematisch als Rechteck dargestellt ist. Mit der Messvorrichtung 46 lassen sich innerhalb eines fächerförmigen Messbereichs 48, dargestellt durch ein gestricheltes Trapez, Abstände und daraus resultierend die Krümmung bzw. der jeweilige Radius der Außenseite A des Rohres 30 erfassen. Dabei ist die Messvorrichtung 46 so angeordnet, dass die Krümmung der Außenseite auch während des Einwirkens des Stempels 24 auf das Rohr 30 erfasst werden kann.
Figur 2 zeigt den Stempel 24 in einer oberen Stellung mit Kontakt zur Außenseite A der beiden Enden 28a, 28b des bereits gebogenen Rohres 30. Wie erkennbar ist, ist der Biegevorgang bereits abgeschlossen, weil an der Außenseite A des Rohres 30 eine Kontur mit konstantem Radius ausgebildet ist, die sich auch über den Verbindungsbereich zwischen den Auflagepunkten A1 , A2 erstreckt. Im Ergebnis wurde der Verbindungsbereich des spitzgebogenen Rohres gemäß Fig.1 durch das gezielte Aufbringen von Biegekräften - durch Zusammenwirken der Oberwalze 16 mit dem Richtelement 32 und dem Stempel 24 der Richteinheit 18 - ein Rundbiegen des Verbindungsbereichs bewirkt. Dabei können sowohl das Richtelement 32 mit der Oberwalze 16 als auch der Stempel 24 der Richteinheit 18 als Gegenlager beim Aufbringen der Biegekräfte dienen.
Die Messvorrichtung wird vorzugsweise - zumindest auch dann - verwendet, wenn keine Biegekraft mehr auf ein Rohr 30 einwirkt, das sich in der 3- Walzen-Biegemaschine 10 befindet und von einer Biegekraft beaufschlagt ist. Es ist daher in der Praxis in den meisten Fällen ein iteratives Vorgehen erforderlich, um einen Sollwert-Bereich für einen Radius im Bereich der Außenseite A eines Rohres 30 zu erreichen, bei welchem sich Biegeprozesse und Messungen abwechseln. Ist ein Sollwert-Bereich erreicht, kann der Biegevorgang abgeschlossen und der Stempel 24 der Richteinheit 18 abgesenkt werden. Wenn das Rohr 30 an mehreren Stellen mittels der Richteinheit 18 bearbeitet werden soll, wird der Stempel 24 mittels der Verfahreinheit jeweils nach Erreichen des Sollwert-Bereichs zu der nächsten Einsatzstelle verfahren, und das Verfahren wird dann dort in gleicher Art und Weise wiederholt. Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
10 3-Walzen-Biegemaschine
12 Unterwalze (erste)
14 Unterwalze (zweite)
16 Oberwalze
18 Richteinheit
20 Gestell
22 Hubeinheit
24 Stempel
26 Doppelpfeil
28a, 28b Ende
30 Rohr
32 Richtelement
34 Ausnehmung
36 Kontaktfläche
38 Träger
40 Querträger
42 Rolle
44 Antriebseinheit
46 Messvorrichtung
48 Messbereich
A Außenseite
A1, A2 Auflagepunkt
I Innenseite
K1 , K2 Kontaktbereich
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Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zum Rundbiegen des Verbindungsbereichs mit den Enden (28a, 28b) spitzgebogener Rohre mit einer 3-Walzen-Biegemaschine (10), umfassend a) eine 3-Walzen-Biegemaschine (10) mit einer höhenverstellbaren Oberwalze (16), einem Richtelement (32) und zwei Unterwalzen (12, 14), b) eine Richteinheit (18) mit einem höhenverstellbaren Stempel (24), der einen Freiraum zwischen den Unterwalzen (12, 14) durchragend angeordnet ist und c) eine Messvorrichtung (46) zur Bestimmung des Radius eines in der 3-Walzen-Biegemaschine (10) angeordneten Rohres (30) zumindest in einem Rohrabschnitt, der sich zwischen Auflagepunkten (A1 , A2) des Rohres auf den beiden Unterwalzen (12, 14) erstreckt.
2. Anordnung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (46) eine optische Messvorrichtung (46) ist.
3. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (46) mit der Richteinheit (18) und/oder der Oberwalze (16) zusammenwirkend angeordnet ist.
4. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Richteinheit (18) eine in mindestens einer ho- rizontalen Richtung verfahrbare Verfahreinheit aufweist. . Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere höhenverstellbare Stempel (24) und mehrere Messvorrichtungen (46) vorgesehen sind. . Verfahren zum Rundbiegen des Verbindungsbereichs mit den Enden spitzgebogener Rohre (30), bei welchem ein spitzgebogenes Rohr (30) mit dem Verbindungsbereich und den Enden (28a, 28b) nach unten orientiert zwischen der Oberwalze (16) und den Unterwalzen (12, 14) einer 3-Walzen-Biegemaschine angeordnet wird, wobei zwischen der Oberwalze (16) und dem Rohr (30) mindestens ein Richtelement (32) positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass a) unter Verwendung einer Richteinheit (18) mit einem höhenverstellbaren Stempel (24), der einen Freiraum zwischen den Unterwalzen (12, 14) durchragend angeordnet ist, der Abstand zwischen dem Richtelement (18) und dem Stempel (24) verringert wird, um die Enden zu biegen und b) der durch das Biegen erzeugte Radius in dem Verbindungsbereich mit den Enden (28a, 28b) mittels einer Messvorrichtung (46) ermittelt wird.
7. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) und b) nacheinander so oft wiederholt werden, bis der mittels der Messvorrichtung (46) ermittelte Radius innerhalb eines Sollwert-Bereiches liegt. - 16 - Verfahren nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Richteinheit (18) in Längsrichtung des zu biegenden Rohres (30) verfahrbar ausgebildet ist und das Verfahren mehrmals wiederholt wird, um den Verbindungsbereich mit den Enden (28a, 28b) im Bereich unterschiedlicher Längenabschnitte zu biegen. Verfahren nach einem der drei vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius mit der Messvorrichtung (46) während des Biegens des Verbindungsbereichs mit den Enden (28a, 28b) ermittelt wird. Richteinheit zum Rundbiegen des Verbindungsbereichs mit den Enden (28a, 28b) spitzgebogener Rohre (30) zusammen mit der Oberwalze (16) einer 3-Walzen-Biegemaschine (10), wobei die Richteinheit (18) einen höhenverstellbaren Stempel (24) und mindestens eine Messvorrichtung (46) zur Ermittlung des Radius des Rohres (30) in einem Wirkbereich des Stempels (24) aufweist. Richteinheit nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (46) eine Lasermessvorrichtung aufweist. Richteinheit nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (24) funktional mit einer Verfahreinheit gekoppelt ist, mittels welcher der Stempel (24) senkrecht zur Hochrichtung verschiebbar gelagert ist.
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