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Verfahren zum Biegen dickwandiger Metallrohre auf kleinen Radius Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Biegen von dickwandigen Metallrohren auf einen
verhältnismäßig kleinen Radius. Unter dem Ausdruck »Biegen auf kleinen Radius« versteht
man die Biegung eines Metallrohres mit folgenden Kennzeichen:
Hierbei bedeutet d den äußeren Durchmesser des Rohres, e seine Wandstärke, r den
theoretischen Radius des fertigen Krümmers, a den Endwinkel am Scheitel der beiden
Krümmungsschenkel, e' die Wandstärke der Bogenrückwand.
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Von derartigen Biegearbeiten in Anwendung auf dickwandige Rohre, z.
B. bei der Herstellung von Rohrschlangen, weiß man, daß daher häufig die Wandstärke
der Rohre auf der Außenseite des Krümmers abnimmt und beim Stauchen die Wandstärke
im Innern des Krümmers im Bereich, wo das Rohr bearbeitet wird, größer wird, woraus
sich einerseits die Gefahr einer Schwächung der Widerstandsfähigkeit des Rohres
und insbesondere eine Verringerung des Rohrinnendurchmessers ergibt, die in extremen
Fällen bis zur Verschließung der Bohrung führen kann.
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Um diese nachteiligen Wirkungen zu vermeiden oder zumindest abzuschwächen,
wird bei einem bekannten Biegeverfahren derart vorgegangen, daß in einem ersten
Biegevorgang das einseitig erwärmte Rohr auf dieser erwärmten Seite gestaucht wird,
wonach in einem zweiten Biegevorgang in entgegengesetzter Richtung ein Stauchen
der Rohrwand auf der Gegenseite durchgeführt und schließlich das Rohr in die endgültige
Krümmerform gebogen wird. Bei diesem Verfahren wird also die Biegerichtung zweimal
gewechselt. Es wird beispielsweise die innenliegende Faser zunächst auf Druck, dann
beim Zurückbiegen auf Zug und beim endgültigen Biegevorgang wiederum auf Druck beansprucht;
bei der Außenfaser ist die Reihenfolge der Beanspruchungen umgekehrt. Eine derartige
zweimalige Wechselbeanspruchung ruft naturgemäß eine stärkere Schwächung des Rohrmaterials
hervor, als dies ein nur einmaliger Beanspruchungswechsel tun würde. Bei dem bekannten
Verfahren muß man außerdem die beiden Enden des Rohrkrümmers übereinanderbiegen
und anschließend natürlich wieder in eine gemeinsame Ebene zurückbiegen. Auch 'hierdurch
wird eine zusätzliche Schwächung des Rohrmaterials, aber auch eine Verkomplizierung
des Herstellungsverfahrens und der hierzu verwendeten Apparaturen hervorgerufen.
Insbesondere ist zu berücksichtigen, daß das Ausgangs-Rohrmaterial nicht immer völlig
frei ist von kleinen Fehlern, Haarrissen od. dgl. Wenn sich beispielsweise auf der
Krümmungsaußenseite des Rohres im Krümmungsbereich ein feiner Haarriß oder eine
ähnliche Oberflächenbeschädigung befindet, wie sie bei der Rohrherstellung nie ganz
vermieden werden kann, dann wird dieser Haarriß beim ersten Biegevorgang bei dem
bekannten Biegeverfahren etwas aufgeweitet, beim Zurückbiegen zwar wieder etwas
zusammengedrückt, beim dritten Biegevorgang aber erneut weiter erweitert, und zwar
infolge der zweimaligen Zugbeanspruchung naturgemäß mehr als dann, wenn nur eine
einzige, durchgehende Zugbeanspruchung der Krümmungsaußenseite des Rohres erfolgen
würde. Die Gleichmäßigkeit der Wandstärke von nach diesem bekannten Verfahren gebogenen
Rohren ist nicht vollständig befriedigend.
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Während dieses bekannte Biegeverfahren auf einem Biegen in einer einzigen
Richtung, das von einem Rückbiegevorgang unterbrochen wird, beruht, wird bei allen
anderen bekannten Biegeverfahren das Rohr nur in einer einzigen Richtung gebogen,
und zwar teils in mehreren Stufen in unterschiedlichen Biegemaschinen.
Bei
den letztgenannten bekannten Verfahren treten naturgemäß noch wesentlich größere
Ungleichmäßigkeiten in der Wandstärke auf.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Biegen
von dickwandigen Metallrohren auf einen verhältnismäßig kleinen Radius, bei dem
die geschilderten Nachteile bekannter Biegeverfahren vermieden werden, insbesondere
also eine recht gleichmäßige Wandstärke des gebogenen Rohrabschnittes gewährleistet
und bei dem die Biegerichtung nur einmal gewechselt wird, so daß nicht nur die Schwächung
des Rohrmaterials erheblich verringert, sondern auch der Aufwand für die zur Durchführung
des Verfahrens erforderlichen Maschinen herabgesetzt wird.
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Bei der Lösung dieser Aufgabe wird von dem an erster Stelle geschilderten
bekannten Verfahren ausgegangen, bei dem in einem ersten Biegevorgang das einseitig
erwärmte Rohr auf dieser Seite gestaucht wird, wonach in einem zweiten Biegevorgang
in entgegengesetzter Richtung ein Stauchen der Rohrwand auf der Gegenseite durchgeführt
und schließlich das Rohr in die endgültige Krümmerform gebogen wird. Erfindungsgemäß
wird nun der zweite Biegevorgang über die gestreckte Lage des Rohres hinaus und
dann - nach Erwärmen der zur Innenseite gewordenen Gegenseite - bis zum Erreichen
der gewünschten Endform des Krümmers fortgesetzt. Während dieses zweiten Biegevorganges
wird zweckmäßig in an sich bekannter Weise die spätere Außenseite des Krümmers gekühlt.
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Hierbei wird also, anders als bei allen bekannten Biegeverfahren,
das Rohr zunächst in der der endgültig gewünschten Biegerichtung entgegengesetzten
Richtung gebogen. Dadurch werden die vorteilhaften Wirkungen des an erster Stelle
geschilderten bekannten Verfahrens, nämlich eine Stauchung der Rohrwand auf der
schließlich zur Außenseite werdenden Seite, ebenfalls erzielt, aber mit nur einmaligem
Wechsel der Biegerichtung. Infolgedessen wirken sich Oberflächenfehler in dem Rohrrohling
wesentlich weniger aus als bei dem bekannten Verfahren. Außerdem wird, wie sich
in der Praxis gezeigt hat, die Wandstärkenverteilung des Rohres im Krümmungsbereich
wesentlich gleichmäßiger als bei nach dem bekannten Verfahren hergestellten Krümmern.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, die eine Ausführungsform
einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienenden Vorrichtung zeigt,
im einzelnen erläutert.
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F i g. 1 ist eine schematische Ansicht, welche die erste Verfahrensstufe
des Biegeverfahrens nach der Erfindung zeigt; .F i g. 2 ist eine gleichartige Ansicht
der zweiten Stufe; F i g. 3 und 4 sind Schnittansichten der F i g. 2 am Anfang und
am Ende der zweiten Biegestufe; F i g. 5 und 6 sind Draufsichten, die den Anfang
und das Ende des Biegeverfahrens zeigen; F i g. 7 ist ein Schnitt nach Linie VII-VII
der Fig. 6.
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In F i g. 1 ist ein Rohr allgemeiner Form, das mit 1 bezeichnet ist,
einer ersten, wenig ausgesprochenen Biegemaßnahme in entgegengesetztem Sinne zur
fertigen Biegung des gewünschten Krümmers unterzogen. Das Rohr 1 ist auf einer Auflageform
2 gebogen. Man sieht, daß der Teil der komprimierten Wand sich bei 3 verdickt, während
die gezogene Wandzone 4 des Rohres sich verdünnt. Die Zone 5
wird erwärmt,
um die Durchführung des Arbeitsganges zu erleichtern.
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An diesen ersten Vorgang schließt sich ein zweiter Arbeitsgang, der
in einem entgegengesetzten Krümmen des Rohres 1 bis auf ungefähr 110 oder
120° besteht, indem man die gezogene Zone 4 der F i g. 1 auf die Biegerolle
6 abstützt, wobei der vorher verdichtete Teil 3 außen liegt. Diese in entgegengesetztem
Sinne zur ersten Biegung vorgenommene Krümmung auf die Wände des Rohres 1 übt eine
Wirkung im entgegengesetzten Sinne zur ersten aus: Der Krümmerrücken 3 ist bestrebt,
sich zu verdünnen, während der Innenrücken 4 bestrebt ist, sich bei 7 zu
verdicken. Man kann dabei eine innere Biegeolive 8 vorsehen, die durch irgendein
bekanntes, in der Zeichnung nicht im einzelnen dargestelltes Mittel festgehalten
wird, oder auch diesen Arbeitsgang reit gefüllten Rohren oder mit leeren Rohren
durchführen. Bei dicken Rohren ist es zweckmäßig, das Profil der Kehle der Biegerolle
6 oval zu gestalten; indem man den Boden dieser Kehle auskehlt. So entlastet sich
die Überdicke 7 (F i g. 2) des Innenrückens gegen das Rohräußere und verlagert sich
in die in der Rolle gebildete Auskehlung, während die Rohrwände sich auf den Flanken
dieser Auskehlung abstützen. In F i g. 3 sieht man die bei 6' ausgekehlte Rolle
6, in deren Kehlung das Rohr 1 angeordnet ist, welches sich auf den Flanken
9 dieser Auskehlung abstützt. In F i g. 4 ist die relative Lage der Rolle
und des Rohres erläutert. Der Innenrücken ist teilweise in die Aussparung 6' eingedrungen.
Die überdicke 7 ist in die Aussparung 6' verlagert.
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Dann erhitzt man den so erhaltenen Krümmer mit einer sehr raschen
Heizung im Teil 7 innerhalb eines begrenzten Bereiches (schraffiert bei xoy in F
i g. 5 angedeutet). Der Krümmer wird dann auf ein Gestell 19 gebracht, auf
dem zwei Rollen 10, 11 drehbar auf den Achsen 12, 13 gelagert sind und durch
Bolzen 12 a, 13 a gehalten werden. Zwei Biegewangen 14, 15 sind auf den Achsen 16,
17 gelagert und werden durch Bolzen 16a, 17a gehalten. Auf dem Gestell ist ferner
ein Stempel 18 gelagert, der in irgendeiner bekannten, nicht in der Zeichnung
dargestellten Weise entlang der Winkelhalbierenden des Krümmers verschoben werden
kann.
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Nachdem der Krümmer so angeordnet ist, setzt man die Biegewangen
14, 15 in Tätigkeit, indem man sie durch Verschwenken um ihre Achsen einander
nähert, während gleichzeitig der Stempel 18 in Richtung des Pfeiles F vorrückt.
Wenn der Krümmerwinkel bis zur Erreichung eines bestimmten Wortes; z. B. in der
Größenordnung von ungefähr 60°, verringert ist, ist der Stempel von dem Rohr umschlossen
und übt einen Zug auf dieses in Richtung nach oben in der Zeichnung aus. Dieser
Stempel hat Gabelform; der Bogen 18a zwischen den Enden der Schenkel 18b
ist so ausgebildet, daß er dem äußeren Durchmesser des bearbeiteten Rohres entspricht,
um sein Zerdrücken zu vermeiden. Die kombinierte Wirkung der Biegewangen
14, 15 und des Stempels zwingt das Rohr 1 nach oben und veranlaßt es, zwischen
die Rollen 10, 11 zu gelangen. Die beiden so gebildeten Haarnadelschenkel
sind zueinander parallel. Man kann wahlweise den Arbeitsgang fortsetzen oder den
Stempel in entgegengesetztem Sinn zum Pfeil F freilegen, um das so erhaltene Rohr
von enger Krümmung zurückzuziehen.
Die vorstehend beschriebene Vorrichtung
stellt nur ein Ausführungsbeispiel dar. Alle Verfahrensvorgänge gemäß der Erfindung
können auf derselben Maschine zwecks Automatisierung und mit erprobten Werkzeugen
hinsichtlich der Natur des Metalls der behandelten Rohre durchgeführt werden.