DE19522062A1 - Verfahren zur Steuerung einer Rohrbiegemaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung ei­ ner Rohrbiegemaschine sowie eine Rohrbiegemaschine.

Beim Biegen von Rohren wird das Rohr mit einer Spann­ backe seitlich gegen eine Biegeschablone gedrückt, die anschließend unter Mitnahme der Spannbacke gedreht wird. Beim Drehen der Biegeschablone wird das Rohr um die Biegeschablone herum gebogen. Der ungebogene Rohr­ abschnitt stützt sich dabei an einer Gleitschiene ab. Auf die Gleitschiene wirkt eine Vorschubvorrichtung ein, die die Gleitschiene während des Biegevorganges vorschiebt. Eine besondere Bedeutung kommt der gegen­ seitigen Abstimmung zwischen der Drehbewegung der Bie­ geschablone und der Vorschubbewegung der Gleitschiene zu. Wenn die Gleitschiene zu schnell oder zu langsam vorgeschoben wird, können an dem Rohr Risse, Wellungen oder ovale Verformungen entstehen. Ferner können sich Bereiche unterschiedlicher Wandstärke ausbilden.

In DE 23 04 838 C2 ist ein Rohrbiegeverfahren beschrie­ ben, bei dem der Drehwinkel der Biegeschablone und die Position der Gleitschiene ermittelt werden. Entspre­ chend der Differenz zwischen der Stauchgeschwindigkeit und der Umfangsgeschwindigkeit der Biegeschablone wird ein Istwert ermittelt, der mit einem entsprechenden Sollwert der Geschwindigkeitsdifferenzen verglichen wird. Das Vergleichsergebnis wird einem Servoventil zugeleitet, das einen der beiden hydraulischen Antriebe beeinflußt. Hierbei erfolgt eine gegenseitige Abstim­ mung von Vorschubgeschwindigkeit und Biegegeschwindig­ keit, die einander gleichgemacht oder auf ein bestimm­ tes Verhältnis eingestellt werden.

In DE 41 29 478 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung ei­ ner Rohrbiegemaschine beschrieben, das als Synchronvor­ schub bezeichnet werden kann. Hierbei werden die Dreh­ position der Biegeschablone und die Vorschubposition der Gleitschiene ermittelt. Die so gewonnenen Meßgrößen werden miteinander vergleichen. Der Differenzwert steu­ ert einen Druckregler, der den der Vorschubeinrichtung zuzuführenden Druck verändert. Wenn bei einem derarti­ gen Steuerverfahren die Ist-Position einmal hinter der Soll-Position herläuft, muß, um wieder synchron fahren zu können, die einwirkende Vorschubkraft ständig erhöht werden. Da hierbei keine Rücksicht auf das Fließverhal­ ten des Rohrmaterials genommen wird, besteht die Gefahr der Faltenbildung. Ferner besteht die Gefahr, daß die Gleitschiene an dem Rohr rutscht, weil die auftretende Vorschubkraft die Reibungskraft der Gleitschiene an der Rohroberfläche übersteigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuer­ verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, Rohre mit hoher Genauigkeit und Maßhaltigkeit schonend zu biegen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht eine Kraftregelung für die Vorschubkraft, mit der die Gleitschiene vorge­ schoben wird, vor. Bei dieser Kraftregelung wird ein Sollwert der Vorschubkraft in Abhängigkeit von dem Drehwinkel der Biegeschablone vorgegeben und der Ist­ wert der Vorschubkraft wird entsprechend dem Sollwert geregelt. Entsprechend dem programmierten Verlauf des Sollwerts wird in Abhängigkeit vom momentanen Biegewin­ kel die Vorschubkraft der Gleitschiene verändert. Das System eignet sich besonders für dickwandige Rohre und speziell für die Druckbiegetechnik, bei der der ungebo­ gene Rohrabschnitt während des Biegevorganges in Rich­ tung auf die Biegeschablone gedrückt wird, sowie für Extrembereiche. Infolge der speziellen Druckregelung wird der Kraftfluß innerhalb der Rohrwände gezielt be­ einflußt. Schwankungen des Materials, seiner Homogeni­ tät und Festigkeit wirken sich auf das Endprodukt nur sehr gering aus. Daher sind Ovalität und Faltenbildung an dem gebogenen Rohr ebenfalls gering. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens sind also gerin­ ge Wandstärkenverjüngung, geringe Ovalität und geringer Werkzeugverschleiß. Eine Folge hiervon ist die Möglich­ keit der Verringerung der Rohrwandstärke, und damit eine Materialersparnis, bei gleicher Festigkeit des fertigen Rohres. Ferner eignen sich die nach dem Ver­ fahren gebogenen Rohre ausgezeichnet für eine nachfol­ gende Hydroverformung, bei der es auf hohe Gleichmäßig­ keit des Ausgangsprodukts ankommt.

Vorzugsweise wird der Istwert der Vorschubkraft dadurch ermittelt, daß die Drücke im Zylinder auf beiden Seiten des Kolbens erfaßt werden und aus den Drücken unter Berücksichtigung der Größen der beiden Kolbenflächen der Istwert der Vorschubkraft bestimmt wird. Hierzu sind lediglich Drucksensoren an dem hydraulischen Zy­ linder für den Gleitschienenvorschub erforderlich. Al­ ternativ besteht die Möglichkeit, einen Kraftsensor in den Gleitschienenvorschub einzubauen, jedoch wird hier­ durch die Stabilität des Gleitschienenvorschubes ver­ ringert.

Zweckmäßigerweise werden die Drücke im Zylinder auf beiden Seiten des Kolbens gegenläufig zueinander ver­ ändert. Dies bedeutet, daß im Falle einer Erhöhung des Vorschubdruckes der Gegendruck verringert wird. Dadurch besteht die Möglichkeit, den maximalen Pumpendruck für den Vorschub vollständig auszunutzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren muß nicht notwendiger­ weise für einen Rohrbiegevorgang von Anfang bis Ende durchgeführt werden. Es besteht auch die Möglichkeit, das Biegeverfahren teilweise nach dem Synchronverfahren und nur in den kritischen Bereichen mit dem erfindungs­ gemäßen Verfahren, d. h. durch Kraftregelung, durchzu­ führen.

Die Erfindung betrifft ferner eine Rohrbiegemaschine. Hierbei ist eine Einrichtung zur Erfassung des Istwer­ tes der von dem Zylinder aufgebrachten Vorschubkraft vorgesehen und es ist ein Regler vorhanden, der den Istwert der Vorschubkraft entsprechend einem Sollwert nachregelt, der von einem Sollwert-Generator in Abhän­ gigkeit von dem vom Positionsgeber der Biegeschablone gelieferten Biegewinkel erzeugt wird.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Rohrbiege­ maschine in Draufsicht,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Regelung des Gleit­ schienenvorschubes und

Fig. 3 das Regelschema des Gleitschienenvorschubes.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Rohrbiegemaschi­ ne weist eine auf einem (nicht dargestellten) Maschi­ nentisch drehbar montierte Biegeschablone 10 auf. Die mit vertikaler Drehachse 11 angeordnete Biegeschablone 10 hat im wesentlichen die Form ein zylindrischen Kör­ pers, an dessen Umfangsfläche eine Biegerille 12 ausge­ bildet ist, die den Querschnitt des zu biegenden Rohres 13 etwa zur Hälfte aufnimmt. An der Biegeschablone 10 ist eine Gegenspannbacke 14 befestigt, mit der eine Spannbacke 15 zusammenwirkt, um gemeinsam das Rohr 13 zu umgreifen und für den Biegevorgang festzuspannen. Die Spannbacke 15 ist an einem Schwenkarm 16 ange­ bracht, der um eine Achse schwenkbar ist, welche mit der Drehachse 11 der Biegeschablone 10 zusammenfällt.

An diesem Schwenkarm 16 ist die Spannbacke 15 radial bewegbar, um das Rohr einzuspannen oder freizugeben.

Der ungebogene Abschnitt 13a des Rohres 13 wird von ei­ ner Nachdrückvorrichtung 17 abgestützt. Die Nachdrück­ vorrichtung weist einen Schlitten 18 auf, der in Rich­ tung des Doppelpfeiles 19 quer zu dem Rohrabschnitt 13 verfahrbar ist. Der Schlitten 18 trägt einen Unter­ schlitten 20, der in Längsrichtung zu dem ungebogenen Rohrabschnitt 13a, also in Richtung des Doppelpfeiles 21, verfahrbar ist, sowie einen Zylinder 22 zum Bewegen des Unterschlittens 20. Der Zylinder 22 ist an dem Schlitten 18 fest angeordnet und in ihm ist der Kolben 23 bewegbar, dessen Kolbenstange 24 an dem Unterschlit­ ten 20 angreift, um diesen zu verschieben. Der Zylinder 22 weist eine Arbeitskammer 25 und eine Rückhubkammer 26 auf, die durch den Kolben 23 getrennt sind.

An der Biegeschablone 10 ist ein Positionsgeber 30 an­ geordnet. Der Positionsgeber 30 weist beispielsweise einen Drehwinkelkodierer auf, der die Drehposition der Biegeschablone 10 angibt. Die Biegeschablone 10 wird von einem (hydraulischen) Antrieb 31 gedreht.

An dem Unterschlitten 20 ist in der Nähe der Biegescha­ blone 10 eine Gleitschiene 32 angebracht, die von der der Biegeschablone abgewandten Seite her gegen das Rohr 13 drückt und den ungebogenen Rohrabschnitt 13a beim Biegevorgang abstützt. Ferner ist an dem Unterschlitten 20 ein Schubelement 35 angebracht, das an dem rückwär­ tigen Teil des ungebogenen Rohrabschnitts 13a angreift. Das Schubelement 35 kann eine Klemmbacke 36 aufweisen, um den Rohrabschnitt 13a fest einzuspannen. Es ist so ausgebildet, daß es an dem Rohr gleitfrei angreift. Das Schubelement 35 und die Klemmbacke 36 sind für das Druckbiegen erforderlich. Wenn kein Druckbiegen ausge­ übt wird, wird die Vorschubkraft ausschließlich von der Gleitschiene 32 auf das Rohr 13 übertragen.

Beim Biegevorgang wird das gerade Rohr zwischen Spann­ backe 15 und Gegenspannbacke 14 eingespannt. Dann wird die Biegeschablone 10 nach einem vorgegebenen Programm gedreht, wobei das Rohr um die Biegeschablone herumge­ zogen wird und gleichzeitig der gerade Rohrabschnitt 13a nach vorne bewegt wird. Während des Biegevorganges wird der Unterschlitten 20 parallel zum Rohrabschnitt 13a durch den hydraulischen Zylinder 22 vorgeschoben.

Gemäß Fig. 2 sind die Leitung 40, die an die Arbeits­ kammer 25 angeschlossen ist, und die Leitung 41, die an die Rückhubkammer 26 angeschlossen ist, mit einem Re­ gelventil 42 verbunden, das drei unterschiedliche Stel­ lungen A, B und C einnehmen kann. In der dargestellten Stellung A verbindet das Ventil 42 die Leitungen 40 und 41 mit einem Schaltventil 43, das mit einer Pumpe 44 und einem Sumpf 45 verbunden ist und zwischen einer Durchlaßstellung und einer Sperrstellung umgeschaltet werden kann. Die Stellung B des Ventils 42 dient für den schnellen Vorschub und die Stellung C für den Rück­ hub des Kolbens 23.

In der Stellung A des Regelventils 42 werden die Durch­ lässe zu den Leitungen 40 und 41 proportional zu dem Signal einer Steuerleitung 39 verändert. Wenn das Si­ gnal der Steuerleitung 39 klein ist, sind der zur Lei­ tung 40 führende Drosselquerschnitt und der mit der Leitung 41 verbundene Drosselquerschnitt ebenfalls klein. Je größer das Signal der Steuerleitung 39 ist, um so größer wird der mit der Leitung 40 verbundene Drosselquerschnitt und um so größer wird der mit der Leitung 41 verbundene Drosselquerschnitt. Die Drossel­ querschnitte in Zulauf und Ablauf sind stets gleich. Die Drücke zu beiden Seiten des Kolbens werden gegen­ läufig zueinander verändert.

An die Leitung 40 ist ein Druckwandler 46 angeschlos­ sen, der ein Stromsignal erzeugt, welches dem hydrauli­ schen Druck in der Leitung 40 entspricht. An die Lei­ tung 41 ist ein Druckwandler 47 angeschlossen, der ein Stromsignal erzeugt, das dem hydraulischen Druck in der Leitung 41 entspricht. Die Ausgänge der beiden Druck­ wandler 46 und 47 sind mit einem Regler 48 verbunden, der an die Steuerleitung 39 das Steuersignal für das Differentialventil 42 liefert. Der Regler 48 berechnet aus den Drücken in den Kammern 25 und 26 und den Größen der beiden Kolbenflächen A1 und A2 den Istwert Fi der Vorschubkraft, die auf den Schlitten 20 einwirkt.

Der Regler 48 ist ferner mit einem Sollwert-Generator 49 verbunden, welcher einen Sollwert Fs der Vorschub­ kraft an den Regler 48 liefert. Dieser Sollwert Fs der Vorschubkraft variiert in Abhängigkeit von dem Drehwin­ kel α der Biegeschablone 10, der vom Positionsgeber 30 geliefert wird.

Fig. 3 zeigt das Regelschema. Der Sollwert-Generator 49 enthält mehrere Kurven, die den Sollwert Fs der Vor­ schubkraft in Abhängigkeit vom Drehwinkel α der Biege­ schablone 10 angeben. An dem Sollwert-Generator kann die jeweils gewünschte Kurve ausgewählt werden. Ferner kann an dem Sollwert-Generator der Wert α für den Start und das Ende der Rohrbearbeitung eingegeben werden. Der Sollwert-Generator 49 liefert dann in Abhängigkeit von α den jeweils zugehörigen Sollwert Fs, von dem in einem Subtrahierer 50 der Istwert Fi subtrahiert wird. Das Subtraktionsergebnis wird dem Regler 48 zugeführt, der beispielsweise ein PID-Regler ist. Dieser Regler lie­ fert über die Steuerleitung 39 ein Regelsignal an die Regelstrecke 51, die hier aus dem Differentialventil 42 und dem Zylinder 22 (Fig. 2) besteht.

Der Druck P1 in der Leitung 40 und der Druck P2 in der Leitung 41 werden dem jeweiligen Wandler 46 bzw. 47 zugeführt. Das Ausgangssignal des Wandlers 46 wird in einem Multiplizierer 52 mit einem Wert multipliziert, der der Fläche A1 des Kolbens 23 entspricht. Das Aus­ gangssignal des Wandlers 47 wird in einem Multiplizie­ rer 53 mit einem Wert multipliziert, der der Größe der Fläche A2 des Kolbens 23 entspricht. Der Multiplizierer 52 bildet also das Produkt P1 × A1 und der Multiplizie­ rer 53 bildet das Produkt P2 × A2. Jedes dieser Produk­ te ist ein Maß für eine der beiden Kräfte, die gegen­ sinnig zueinander auf den Kolben 23 einwirken. Ein Sub­ trahierer 54 subtrahiert die beiden Produkte voneinan­ der, so daß der Istwert Fi der Vorschubkraft entsteht. Dieser Istwert wird in dem Subtrahierer 50 von dem Sollwert Fs subtrahiert, um das Eingangssignal für den Regler 48 zu bilden.

Die Ausgangssignale der beiden Wandler 46 und 47 werden einer Fehlerauswertung 55 zugeführt, die ein Alarmsig­ nal erzeugt oder die Rohrbiegemaschine stillsetzt, wenn die Drücke P1 und P2 Abnormalitäten zeigen. Es können auch z. B. Totalausfälle des Sensors aufgezeigt werden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Steuerung einer Rohrbiegemaschine, die eine drehbare Biegeschablone (10), eine das Rohr (13) gegen die Biegeschablone (10) drückende Spannbacke (15) und eine an dem ungebogenen Rohr­ abschnitt (13a) angreifende, von einem hydrauli­ schen Zylinder (22) vorschiebbare Gleitschiene (32) aufweist, bei welchem
der jeweilige Biegewinkel (α) der Biegeschablo­ ne (10) gemessen wird,
aus einem Sollwert-Generator (49) entsprechend dem Biegewinkel (α) ein Sollwert (Fs) für die Vorschubkraft ausgegeben wird,
der Istwert (Fi) der Vorschubkraft ermittelt wird,
und die Drücke (P1, P2) im Zylinder (22) so ver­ ändert werden, daß der Istwert (Fi) dem Soll­ wert (Fs) der Vorschubkraft folgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert (Fi) der Vorschubkraft dadurch ermittelt wird, daß die Drücke (P1, P2) im Zylinder (22) auf beiden Seiten des Kolbens (23) erfaßt werden und aus den Drücken unter Berücksichtigung der Größen der beiden Kolbenflächen (A1, A2) der Istwert (Fi) der Vorschubkraft bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drücke (P1, P2) im Zylinder (22) auf beiden Seiten des Kolbens (23) gegenläufig zueinander verändert werden.

4. Rohrbiegemaschine zum Biegen eines Rohres (10), mit einer von einem Antrieb (33) drehbaren Biege­ schablone (10), einer das Rohr (13) gegen die Bie­ geschablone (10) drückenden Spannbacke (15), einer an dem ungebogenen Rohrabschnitt (13a) angreifen­ den, von einem hydraulischen Zylinder (22) ange­ triebenen Gleitschiene (32), einem Positionsgeber (30) zur Ermittlung der Drehposition der Biege­ schablone (10) und einer Einrichtung, die den Zy­ linder (22) für den Vorschub der Gleitschiene (32) in Abhängigkeit von dem Signal des Positionsgebers (30) verändert, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (46, 47, 52, 53) zur Erfassung des Istwertes (Fi) der von dem Zylinder (22) auf­ gebrachten Vorschubkraft (F) vorgesehen ist, und daß ein Regler (48) den Istwert (Fi) der Vor­ schubkraft entsprechend einem Sollwert (Fs) nach­ regelt, der von einem Sollwert-Generator (49) in Abhängigkeit von dem vom Positionsgeber (30) ge­ lieferten Biegewinkel (α) erzeugt wird.

5. Rohrbiegemaschine nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung (46, 47, 52, 53) zur Erfassung des Istwertes (Fi) der Vorschubkraft (F) zwei Drucksensoren (46, 47) aufweist, die die Drücke (P1, P2) zu beiden Seiten des Kolbens (23) erfassen.

6. Rohrbiegemaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (48) ein Regelven­ til (42) mit stetiger Drosselkennlinie steuert, welches die Drücke (P1, P2) zu beiden Seiten des Kolbens (23) gegenläufig zueinander verändert.