DE2428277C3 - Verfahren zum Formbiegen von insbesondere* rechteckigen Drähten oder Rohren zur Herfte"unfl von rotationssymmetrischen, sphärischen, insbesondere flüssigkeitsgekühlten Bauteilen, wie Düsen und Brennkammern für Raketentriebwerke und Biegemaschine zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum brmbiegen von insbesondere rechteckigen Drähten der Rohren zur Herstellung von rotationssymmetrichen, sphärischen, insbesondere flüssigkeitsgekühlen Bauteilen, wie Düsen und Brennkammern für Ra- :etentriebwerke, deren Wandung aus solchen aneinmderliegenden und miteinander verbundenen Drähpn oder Rohren besteht, und auf eine Biegemaschine

zur Durchführung dieses Verfahrens.

Im Raketenbau ist es bekannt, flüssigkeitsgekühlte Brennkammern und Schubdüsen aus in Umfangsrichtung aneinander angeordneten und fest miteinander verbundenen Rohren aufzubauen. Wegen der Querschnittsveränderungen der Schubdüsen und gegebenenfalls auch der Brennkammern müssen dabei die in Längsrichtung verlaufenden Rohre entweder ihren Querschnitt entsprechend der jeweiligen Durchmes-

servariierung verändern oder aber es müssen die bei gleichbleibendem Rohrdurchmesser entstehenden Zwischenräume durch Verbindungsstege oder Füllmaterial überbrückt werden. Bei Hochdruckbrennkammern sind aus Festigkeitsgründen entweder druckfeste Außenmäntei oder Bandagen erforderlich. Ein mehrschichtiger Wandaufbau aus verschiedenen Werkstoffen kann aber Anlaß für unerwünschte Wärmespannungen sein. Andererseits ist die Herstellung von Rohren mit den erforderlichen großen Durch-

ao messerveränderungen kompliziert und teuer.

Durch die britische Patentschrift 794660 ist eine Brennkammer mit Schubdüse bekannt, bei der die Wandung aus in Umfangsrichtung aneinanderliegenden Rohren mit rundem, quadratischem oder sonstigem Querschnitt aufgebaut ist, die sich spiralförmig von dem einen bis zum anderen Ende des Bauteils erstrecken, wobei die jeweilige Steigung dieser Spirale stets durchmesset abhängig ist, und zwar ist sie bei größerem Durchmesser flacher und bei kleinerem Durchmesser steiler. Die Verbindung der in Umfangsrichtung aneinanderliegenden Rohre erfolgt entlang der Raumform durch Schweißen oder Löten. Wie die Rohre fertigungstechnisch in ihre räumlich sphärische Gestalt gebracht werden, ist in der zitierten

britischen Patentschrift nicht offenbart.

Es ist Aufgabe voiliegqnder Erfindung, ein Verfahren zum Formbiegen derart gestalteter Rohre vorzuschlagen und eine Biegemaschine zur Durchführung dieses Biegeverfahrens zu schaffen.

Bei der Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung so verfahren, daß die Rohre einzeln durch Fixieren des vorderen Rohrendes und durch fortlaufende zwangsweise Ausrichtung des Rohres entlang der Raumkurve in bezug auf die jeweilige Rohrsteigung, den jeweiligen Krümmungsradius und die jeweilige Tangente zur Erzeugenden der Raumform des fertigen Bauteils und durch zu den vorgenannten Parametern gleichzeitige sinngemäße Nachführung des hinteren Rohrendes formgebogen werden. I

Zur Durchführung dieses Verfahrens wird gemäß der Erfindung eine Biegemaschine vorgeschlagen, die erfindungsgemäß aus einem Biegeformkörper mit mindestens einer Biegenut mit Biegeflanke entsprechend der gegebenen Raumgeometrie des herzustellenden Bauteils und aus einer zur Halterung und Nachführung des hinteren Endes des zu biegender Rohres dienende Spann- und Einstellvorrichtung ir Form eines kombinierten Kardan-Drehgelenks mi Spannschloß besteht, das auf einem Werkzeugschiit ten vorgesehen ist, der an einem Ende des Biegeform körpers senkrecht zur zentralen Langsachse desselbei verläuft, wobei Biegeformkörper und Werkzeug schlitten gegeneinander von einer Stellvorrichtun] steuerbar antreibbar sind.

Beim Biegen eines Rohres wird gemäß der Erfin dung so verfahren, daß beim Biegevorgang der jewei Iige Steigungswinkel des Rohres an dessen momenta nem Abrollpunkt auf der Biegeflanke mit Hilfe de

ersten, mit der Längsachse der Führung des Werkzeugschlittens zusammenfallenden Kardanachse des Kardan-Drehgelenks eingestellt wird, daß ferner mittels der zweiten Kardanachse das Rohr an seinem momentanen AbroHpunkt auf dem Grund der Biegenut senkrecht zum jeweiligen Krümmungsradius eingestellt wird und daß mittels der Drehachse des Kardan-Drehgelenks das Rohr über den Drehwinkel um seine Längsachse geschwenkt und dabei tangierend zur Erzeugenden des Innenmantels des fertigen "> Bauteils eingestellt wiiü, wobei das Kardan-Drehgelenk abhängig von der fortschreitenden Abwicklung des Rohres an der Biegeflanke bzw. auf dem Grund der Biegenut gleichzeitig auf der geradlinigen Führungsbahn für den Werkzeugschlitten jeweils im ¹S Schnittpunkt zwischen dieser und der jeweiligen Steigungstangente, die senkrecht zum jeweiligen Krümmungsradius verläuft, positioniert wird.

Die zwangläufigen Relativbewegungen des Biegj- und Fonnkörpers und des Werkzeugschlittens gegen- *° einander können im Rahmen der Erfindung derart sein, daß der Biegeformkorper eine Drehbewegung ausführt, während der Werkzeugschlitten sich bei stillstehender Geradführung hin und her bewegt oder

durchlaufend gleichem Querschnitt auch tür Bauteile mit über ihre Länge variablem Durchmesser erlaubt. Der Wandaufbau des fertigen Bauteiles bleibt weitgehend bestimmt durch die Grundeigenschaf ten des fertigen Ausgangsmaterials »Rohr« und dessen Werkstoff sowie die Güte der Verbindungsart; dies sind jedoch einfach überschaubare Qualitätsfaktoren, so daß durch die Erfindung auch eine größere Betriebssicherheit und lange Lebensdauer gegeben sind.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 und la den Biegevorgang für ein Rohr in Seitenansicht, dazu

Fig. 2 und 2a den Biegevorgang für ein Rohr in Draufsicht,

Fig. 3 und 3a die Stellung eines Rohres beim Biegevorgang in bezug auf die Erzeugende bzw. Hüllkurve,

Fig. 4 die Biegemaschine in Seitenansicht,
Fig. 5 das Kardan-Drehgelenk in Perspektive, Fig. 6 das Kardan-Drehgelenk im Längsschnitt. Einen Teil der Biegemaschine bildet ein parabolischer Biegeformkörper 1 mit einer eingefrästen Biegenut 2 mit Biegeflanke la entsprechend der gegebe-

aber, daß der Biegeformkörper stillsteht, während die ²5 nen Raumgeometrie des herzustellenden Bauteils. Geradführung des Werkzeugschlittens eine Drehbe- Die Biegenut 2 dient zum Formbiegen jeweils eines wegung ausführt. Rohres 3, dessen vorderes Ende 3a an einer feststein Ausgestaltung der Erfindung ist das Kardan- henden Halterung 4 (Fig. 4) befestigt wird. Das hin-Drehgelenk mit einer Handhabe versehen. Diese tere Ende 3b (Fig. 6) des Rohres 3 wird durch ein Handhabe dient ?ur manuellen Betätigung des 30 Sj.annschloß 5, zu dem eine Spannschraube 5a und Kardan-Drehgelenks um die erste und zweite Kar- geteilte Spannbacken 5ί> gehören, gehalten. Das danachse und die Drehgelenkachse. Spannschloß 5 ist Teil eines kombinierten Kardan-

Die Stellvorrichtung zur Steuerung der Relativbe- Drehgelenks 6. Dieses besteht aus vier Hauptteilen, wegungen zwischen dem Biegeformkörper und dem und zwar aus einem Gabelteil 7, einem Gelenkteil 8 Werkzeugschlitten als Träger des Kardan-Drehge- 35 mit Gelenkzapfen 8a, dem bereits erwähnten Spannlenks für die erforderlichen Parameter zur Erzeugung schloß 5 und einer Handhabe 9. Der Gabelteil 7 des der erwünschten Raumfoim für die einzelnen Rohre Kardangelenks ist über eine erste Kardanachse L60 besteht gemäß einem weiteren Merkmal der Erfin- mittels Kugellager 10 in einem Werkzeugschlitten 11, dung aus folgenden Einrichtungen: der verschiebbar in einer Geradführung 12 angeord-

Aus einer Steuereinrichtung, z. B. in Form einer mit 40 net ist, schwenkbar gelagert. Die Längsachse L12 der einer Lagersäule für den Biegeformkörper fest ver- Geradführung 12, die zusammenfällt mit der ersten bi «denen Steuerkurvenscheibe und aus einem dem Kardanachse L6a, ist senkrecht zur zentralen Längs-Biegeformkörper zugeordneten, auf der Steuerkur- achse Ll des Biegsformkörpers 1 gerichtet und venscheibe abrollenden Taststift, der einen elektri- schneidet diese. Der Gelenkteil 8 des Kardan-Drehschen Steuerwertgeber betätigt, dem ein elektrisch- 45 gelenks 6 ist über Nadellager 13 im Gabelteil 7 des hydraulischer Steuerwertempfänger nachgeschaltet Kardan-Drehgelenks 6 schwenkbar gelagert. Die ist, der seinerseits einen hydraulischen Servozylinder diesbezügliche Schwenkachse bildet die zweite Karsteuert, in dem ein Servokolben gleitet, durch den der danachse L6b, die senkrecht auf der ersten Achse Werkzeugschlitten antreibbar ist. L6a steht. Die Handhabe 9 mit dem Gehäuse 5c des

Die Erfindung vermittelt ein realistisches Verfah- 50 Spannschlosses 5 weist kardanseitig einen Drehzapfen ren und eine für die Praxis geeignete Maschine zur 14 auf, der über ein zentrales Nadellager 15 im Ge Herstellung von im Gattungsbegriff beschriebenen !enkteil 8 um die Drehachse L6c schwenkbar ist. Bauteilen mit all ihren Vorteilen gegenüber anderen Das kombinierte Kardan-Drehgelenk 6 zusammen

Bauweisen, z.B von Rohren mit variablen Durch- mit der Geradführung 12 für den Werkzeugschlitten messern tew. Querschnitten in Brennkammer- und 55 11 erlaubt die steigungs- und tangentengerechte Em-Schubdüsenlängsachse. Das erfindungsgemäße Ver- stellung des Rohres 3 entlang der Biegekurve fur jeden Punkt auf derselben durch nachfolgende vier Parameter:

1. Durch die erste Kardanachse L6a ist die jeweilige Steigung ß,, ß. ... des zu biegenden Rohres (3) bezogen auf seinen momentanen Abmllpunkt auf der

fahren und die danach konzipierte Biegemaschine ermöglichen die exakte Reproduktion so schwierig geformter Rohre auf relativ einfache Weise und mit kurzer Fertigungszeit für die einzelnen Rohre.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bauteile, wie Brennkammern und Schubdüsen, weisen im Vergleich zu den nach bekannten Herstellungsweisen gefertigten Brennkammern und Schubdüsen bei zumindest gleicher Festigkeit ein geringeres Baugewicht auf. Auch die Herstellungskosten sind vergleichsweise niedriger, da das erfindungsgemäße Verfahren die Verwendung von Rohren mit

Biegeflanke la der Biegenut 2 einstellbar.

2. Durch die zweite Kardanachse Lbh wird über den jeweiligen Winkel y,. Y₁.. . wie die Fig. 2 und 2 a demonstrieren, das Rohr 3 in bezug auf seinen momentanen Abrollpunkt auf der Biegekurve tangential b/w. rechtwinkelig zum jeweiligen Krümmungsradius K,. K. ... eingestellt.

3. EHe jeweilig»; tangentiaJe Einstellung des im Querschnitt rechteckigen Rohres 3 in bezug auf die Erzeugende E erfolgt durch das Drehgelenk, d.h. durch die Drehung der Handhabe 9 mit dem Spannschloß um die Drehachse L6c über den jeweiligen Drehwinkel O₁, O₂... Diese Einstellung des Rohres 3 zur jeweiligen Tangente TE der Erzeugenden E zeigen die Fig. 3 und 3a. Hierbei steht die nach innen zeigende Fläche 3c des Rohres 3 senkrecht auf dem jeweiligen Krümmungsradius JC₁, K₂...

4. Beim Biegen des Rohres 3 führt der Biegeform körper 1 eine Drehbewegung ε aus, die in ihrer Größe dem Spiralwinkel des fertig gebogenen Rohres entspricht. Jedem Punkt ε,, Z₂ ... dieser Drehbewegung ist ein Punkt Ä,, A₂ ... auf der Bahn der Geradführung 12 des Werkzeugschlittens U zugeordnet. Die Steuerung dieser Zuordnung geschieht in Abhängigkeit von der Drehung ε bzw. vom Drehwinkel über eine Zwangssteuerung, die im wesentlicben aus einer mit dem Biegeformköirper 1 oben fest verbundenen Kurvenscheibe 16, einem Taststift 17, der auf einen elektrischen Steuerweitgeber 18 einwirkt, einem der Geradführung 12 bzw. dem Werkzeugschlitten 11 zugeordneten elektrischen Steuerwertempfänger 19 und einem Servozylinder 20a mit Servokolben 20 b besteht, der den Werkzeugschlitten 11 antreibt.

Durch die vom momentanen Drehwinkel ε,, ε₂ ... des Biegeformkörpers 1 abhängige Ansteuerung der Punkte J?,, A₂... auf der Bahn der Geradführung 12 des Werkzeugschlittens 11 wird daher in Verbindung

mit den dazugehörigen Winkeln y,, y₂ ... die jeweilige Lage des Rohres 3 in der Biegenut 2 in bezug auf den momentanen Abrollpunkt tangierend so positioniert, daß das Rohr 3 stets in die Steigungstangente fällt, d.h. senkrecht zum jeweiligen Krümmungsradius J?,,

>° R₂... liegt und dabei den jeweiligen Steigungswinkel /J₁, ß₂ ... einnimmt. Die Kurvenscheibe 16 ist daher so geformt, daß abhängig vom jeweiligen Drehwinkel ε,, B₂ ... des Biegeformkörpers 1 der Werkzeugschlitten 11 auf seiner Bahn der Geradführung 12 Punkt

¹S für Punkt so gesteuert wird, daß sich das Kardan-Drehgelenk 6 jeweils auf dem Schnittpunkt zwischen der senkrecht auf dem jeweiligen Krümmungsradius K₁, K₂ .. liegenden Steigungstangente und der vorgenannten Führungsbahn befindet.

*° Der Antrieb des um eine feststehende Lagersäule 21 drehbaren Biegeformkörpers 1 erfolgt durch einen Elektromotor 22 über eine Welle 23 mit einem Antriebsritzel 24, das in einen mit dem Biegeformkörper 1 fest verbundenen Innenzahnkranz 25 eingreift.

Gesteuert wird die gesamte Biegemaschine über ein Steuerpult 26.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Fonnbiegen von insbesondere rechteckigen Drähten oder Rohren zur Herstellung von rotationssymmetrischen, sphärischen, insbesondere flüssigkeitsgekühlten Bauteilen, wie Düsen und Brennkammern für Raketentriebwerke, deren Wandung aus solchen aneinanderliegenden und miteinander verbundenen Drähten oder Rohren besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (3) einzeln durch Fixieren des vorderen Rohrendes und durch fortlaufende zwangsweise Ausrichtung des Rohres (3) entlang der Raumkurve in bezug auf die jeweilige Rohrsteigung, den jeweiligen Krümmungsradius und die jeweilige Tangente zur Erzeugenden der Raumform des fertigen Bauteils und durch zu den vorgenannten Parametern gleichzeitige sinngemäße Nachführung des hinteren Rohrendes formgebogen werden.

2. Biegemaschine, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Biegeformkörper (1) mit mindestens einer Biegenut (2) mit Biegeflanke (2 a) entsprechend der gegebenen Raumgeometrie des herzustellenden Bauteils und für das hintere Ende des zu biegenden Rohres (3) eine dem Biegeformkörper (1) zugeordnete Spann- und Einstellvorrichtung in Form eines kombinierten Kardan-Drehgelenks (6) mi Spannschloß (5), das auf einem Werkzeugschlitten (11) vorgesehen ist, der an einem Ende des Biegeformkörpers (1) senkrecht zur zentralen Längsachse (Ll) desselben läuft, wobei Biegeformkörper (1) und Werkzeugschlitten (11) gegeneinander von einer Stellvorrichtung steuerbar antreibbar sind.

3. Biegemaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kardan-Drehgeieak (6) mit einer Handhabe (9) versehen ist.

4. Biegemaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die automatisch arbeitende Stellvorrichtung im wesentlichen aus folgenden Einrichtungen besteht: aus einer Steuereinrichtung, z. B. in Form einer mit einer Lagersäule (21) für den Biegeformkörper (1) fest verbundenen Steuerkurvenscheibe (10) und aus einem dem Biegeformkörper (1) zugeordneten, auf der Steuerkurvenscheibe (16) abrollenden Taststift (17), der einen elektrischen Steuerwertgeber (18) betätigt, dem ein elektrisch-hydraulischer Steuerwertempfänger (19) nachgeschaltet ist, der seinerseits einen hydraulischen Servozylinder (20a) steuert, in dem ein Servokolben (20b) gleitet, durch den der Werkzeugschlitten (11) antreibbar ist.