DE2559695B2

DE2559695B2 - Vorrichtung zum Warmbiegen von Metallrohren

Info

Publication number: DE2559695B2
Application number: DE2559695A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Dai Ichi High Frequency Co Ltd
Current assignee: Dai Ichi High Frequency Co Ltd
Priority date: 1974-07-23
Filing date: 1975-07-22
Publication date: 1979-04-12
Also published as: NL177088C; US4122697A; SE7508339L; DE2559696A1; DE2532735B2; NL7508788A; SE415002B; DE2559696C2; NL177088B; US4062216A; DE2559695A1; DE2532735A1; DE2532735C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Warmbiegen von Metallrohren, mit Einrichtungen zum Vorschieben und Führen des Metallrohrs in dessen Längsrichtung, eine sich in Vorschubrichtung anschließenden, das Metallrohr umgebenden Heizeinrichtung mit einer unmittelbar dahinter angeordneten, das Metallrohr ebenfalls umgebenden Kühleinrichtung sowie mit einem dem das in Vorschubrichtung vordere Ende des Metallrohrs haltenden Biegearm, der um eine in der Ebene der Heizeinrichtung liegende Schwenkachse frei drehbar ist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DD-PS

92889 bekannt und in Fig. 1 schematisch dargestellt. Im Betrieb dieser Vorrichtung wird ein Metall- bzw. Stahlrohr 1 zunächst zwischen der Führungseinrichtung bzw. den Führungsrollen 3 und 4 und dann durch die Heizeinrichtung 5, beispielsweise einen ringförmigen Hochfrequenz-Induktionsofen, geführt. Das Rohr ist an seinem nachlaufenden Ende auf dem Auflagerblock 2 der Vorschubeinrichtung abgestützt. In bestimmten Fällen wird das Stahlrohr 1 am einen Ende oder zwischen seinen Enden mittels des Spannfutters 9 an dem um die Schwenkachse 8 drehbaren Biegearm 7 befestigt. Das mittels der Vorschubeinrichtung kontinuierlich längs einer Geraden vorgeschobene Rohr 1 wird mittels der Heizeinrichtung 5

ι"' auf eine Temperatur erhitzt, bei der das Rohr plastisch verformbar ist. Unmittelbar danach wird das Rohr mittels einer Kühleinrichtung 6 abgekühlt. In dem erhitzten Bereich wird das Rohr 1 infolge der Schubkraft der Vorschubeinrichtung und der durch den Bie-

-" gearm 7 bewirkten Führung einem Biegemoment unterworfen und infolgedessen im Sinne des gewünschten Biegens plastisch verformt. Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann man daher ein Stahlrohr mit hohem Wirkungsgrad biegen, ohne daß eine aufwendige

-?> Wärmebehandlung erforderlich ist. Man kann diese Wirkung auch erzielen, wenn diese Vorrichtung für andere Biegearbeiten an Metallrohren oder Metallbändern herangezogen wird. Insbesondere wird keine Biegeform oder Biegeschablone benötigt; man kann

in das Rohr in jedem gewünschten Krümmungsradius biegen.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung hat den Nachteil, daß als Führungseinrichtung zahlreiche Rollen und ein über ein festes Gestell mit der Vorschub-

i") einrichtung verbundener Biegearm erforderlich sind, damit bei der Ausübung eines Biegemoments auf das langgestreckte Werkstück ein Widerstand gegen unerwünschte Bewegungen vorhanden ist. Infolgedessen kann die Vorrichtung nur mit hohen Kosten herge-

4(i stellt werden; es ist auch schwierig, sie als transportable Vorrichtung zum Biegen von Werkstücken auf der Baustelle auszubilden. Weiterhin kann die Biegevorrichtung beschädigt werden, wenn auf das Stahlrohr ein Schub ausgeübt wird, bevor das Rohr genügend

■r> hoch erhitzt worden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Biegevorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die ohne Führungsrollen und ohne einen mit der Vorschubeinrichtung an einem gemeinsamen Geld stell befestigten Biegearm das Warmbiegen von Metallrohren auch mit hoher Präzision gestattet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Einrichtungen zum Vorschieben und Führen des Metallrohrs aus einem Vorschubarm be-

v> stehen, der sich etwa rechtwinklig zur Vorschubrichtung in der Biegeebene erstreckt und an dem eine das hintere Ende des Metallrohrs haltende Klemmeinrichtung angeordnet ist, wobei der Vorschubarm durch mindestens eine parallel zur Vorschubrichtung

M) verlaufende Führungsschiene geführt und durch ein parallel zu der Führungsschiene wirkendes, im Bereich der Schwenkachse des Biegearms festgehaltenes Zugelement bewegbar ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den

h^r> Unteransprüchen enthalten.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß durch die Vermeidung der Führungsrollen und der Befestigung des Biegearms und der

Vorschubeinrichtung an einem gemeinsamen festen Gestell geringere Herstellungskosten anfallen und zudem die Vorrichtung leichter gebaut werden kann, so daß sie auch traasportabel sein kann, ohne daß dadurch die Präzision des Biegens Schaden nimmt. Weiterhin wird die erfindungsgemäße Vorrichtung durch den Vorschub in nur einem sehr kleinen Teil belastet, der so fest ausgebildet v*rden kann, daß er vor einer Beschädigung auch im Falle eines Bedienungsfenlers geschützt ist.

Im nachfolgenden Ausführungsbeispiel wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in Draufsicht eine bekannte Biegevorrichtung,

Fig. 2 in Draufsicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 3 in Vorderansicht, teilweise im Schnitt, die Vorrichtung gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine Erläuterung des Prinzips der Vorrichtung gemäß Fig. 2,

Fig. 5 in Draufsicht eine Abänderung der Vorrichtung gemäß Fig. 2, und

Fig. 6 in einer Draufsicht die Vorrichtung gemäß Fig. 5, die so abgeändert worden ist, daß sie transportierbar und hier auf der Ladeplattform eines Lastkraftwagens gezeigt ist.

In Fig. 4 ist ein Punkt A bezeichnet, an dem das Biegen des Rohrs 1 beginnt, mit Punkt B das nachlaufende Ende des Rohrs 1, mit Punkt C sein vorlaufendes Ende, mit Punkt D ein Punkt, der mit dem Punkt B übereinstimmen oder etwas hinter ihm angeordnet sein kann, mit Punkt E ein Punkt des Rohrs 1, der beim Beginn des Biegens nahe bei dem Punkt A liegt, mit Punkt O der Biegemittelpunkt und mit Punkt H eine ringförmige Heizeinrichtung mit daran angebrachter Kühleinrichtung. Diese den Punkt A umgebende, ringförmige Heizeinrichtung kann mit der Heizeinrichtung 5 der Vorrichtung gemäß Fig. 1 im wesentlichen identisch sein. Zur Führung des vorlaufenden Endes des Rohrs 1 dient ein Biege- bzw. Schwenkarm S, der ein Dreieck OEC bildet. An dem nachlaufenden Ende des Rohrs 1 kann ein Vorschubbzw. Schwenkarm 7" befestigt werden, der ein Dreieck O 'BD bildet. Die Heizeinrichtung H dient zum Erhitzen des Rohrs 1 auf einer schmalen Fläche. Unmittelbar nach ihrem Erhitzen wird diese Fläche wieder abgekühlt. Der Schwenkarm S ist um den Punkt O verschwenkbar. Die die Enden O und O'derSchwenkarme S und T verbindende Strecke ist vor dem Ausüben des Biegemoments auf das Rohr 1 zu dessen Mittelachse X-X parallel. Wenn daher der Abstand des Punkte O und O' von der Linie X-X dem Biegeradius R entspricht und auf die Enden O und O' der Schwenkarme 5 und T Zugkräfte P ausgeübt werden, wobei das Rohr 1 durch die Heizeinrichtung H erhitzt wird, wird das Rohr 1 gebogen. Vor dem Beginn der Erhitzung an dem Punkt A werden auf die Punkte O und O' Zugkräfte ausgeübt, so daß ein Fiegemoment erzeugt wird. Infolgedessen wird das Rohr 1 gemäß der dicken Linie CA in Fig. 4(a) verformt.

Die Linie DA stellt den ungebogenen Teil des Werkstückes dar. Dieser Teil kann etwas ausgelenkt werden und daher leicht gekrümmt sein.

Wenn man nun die auf die Punkte O und O' einwirkende Zugkraft P mit dem Biegeradius R am Punkt A das Biegemoment M erzeugt, dann ist stets: M=PR

Bei konstanter Erhitzungstemperatur am Punkt A ist daher auch das Moment M konstant, so daß der Biegevorgang fortgesetzt werden kann, wenn das Rohr 1 bei konstanter Kraft P vorgeschoben wird. Wenn dagegen der Abstand des Punktes B bzw. B' ■'> von der Geraden X-X = δ ist, dann verändert sich dieser Abstand δ proportional der Länge BA, d. h., der Abstand δ wird allmählich kleiner, wenn die Länge BA auf Null geht. Diese geht aus Fig. 4(b) hervor.

κι Daher muß man gewöhnlich bei fortschreitendem Biegevorgang die Länge O'B des Schwenkarms T verändern und dafür sorgen, daß die Länge bzw. die Kurve BA die Linie X-X am Punkt A berührt. Im vorliegenden Fall wird jedoch das Rohr während des

ι -> Biegevorganges am Punkt A örtlich erhitzt, so daß auf das Rohr 1 nur ein sehr kleines Biegemoment ausgeübt zu werden braucht, d. h. daß die Auslenkung an dem Rohrende B im Vergleich zu der Rohrlänge AB sehr klein ist. Beispielsweise beträgt bei einem Rohr

2» mit einem Außendurchmesser von 165,2 mm, einer Wandstärke vor. 5 rr.rn und einer Länge vor. 5,5 rn die an dem Rohrende B beim Biegevorgang auftretende Auslenkung nur 5 cm. Dieser Betrag entspricht nur 1 % der Rohrlänge AB und kann daher fast ver-

r> nachlässigt werden.

Man kann daher einen gewünschten Biegevorgang mit einer Vorrichtung durchführen, die so ausgebildet ist, daß sie die vorstehend genannten Bedingungen erfüllt. Für Biegevorgänge, die mit hoher Präzision,

«ι ohne eine derartige Auslenkung, durchgeführt werden sollen, wird eine zusätzliche Maßnahme angewendet, die nachstehend erläutert wird. Da das in dem Rohr erzeugte Biegemoment M im wesentlichen gleichmäßig und konstant ist, d. h. im wesentlichen gleich PR

r> ist, wie vorstehend erläutert, und die Kurve BA zu einem Kreisbogen mit konstantem Krümmungsradius ρ wird, braucht man nur dafür zu sorgen, daß sich der Punkt B des Rohrendes auf dem genannten Kreisbogen bewegt. In diesem Fall berührt die Linie

-ι» X-X stets die Kurve BA, so daß der Biegeradius R konstant gehalten und eine Auslenkung am Rohrende praktisch vermieden wird.

In den Fig. 2 und 3 ist eine Vorrichtung dargestellt, welche gemäß dieser Lehre ausgebildet ist. Das Stahl-

■n rohr 1 wird von höhenverstellbaren Rollen 85 getragen. Der Schwenkzapfen für den Schwenkarm 7 wird von einem Träger 86 getragen, an dessen oberem Teil eine Seilscheibe 87 drehbar gelagert ist, die mit der Schwenkachse 8 bzw. der Linie O-O des Schwenk-

Ki arms 7 konzentrisch oder annähernd konzentrisch ist. Der untere Teil des Trägers 86 endet in einem Lager für die Seilscheibe 87. Der Vorschub- bzw. Schwenkarm 88 entspricht im wesentlichen dem in Fig. 4 gezeigten Schwenkarm T. Auf dem Schwenkarm 88

γ-, ist ein Tragstück 89 montiert, das einen Drehzapfen 91 trägt, um den eine Nabe 90 über einen kleinen Winkel schwenkbar gelagert ist. Die Nabe 90 trägt einen mit ihr einstückigen Kern 92.

Das vordere Rad des Kernes 92 sitzt frei verschieb-

w) bar in dem Stahlrohr 1, während das hintere Ende des Kerns denselben Durchmesser hat wie das Stahlrohr 1, so daß das Ende des Rohrs und der Kern 92 durch eine Klemmeinrichtung 93 zusammengehalten werden können. Der Schwenkarm 88 ist mit Stützen

ι,-, 94 versehen, in denen zwei Paare von Rollen 95 gelagert sind. Der Schwenkarm 88 trägt ein Tragstück 97, in dem eine Seilscheibe 96 drehbar gelagert ist, sowie eine Winde 98. Ein Seil bzw. Zugelement 99 ist um

die Seilscheiben 87 und 96 herumgeführt und kann mittels der Winde 98 aufgewickelt werden. Führungsschienen 100 und 101 halten den Schwenkarm 88 in einer Stellung, in der er zu der Linie X-X rechtwinklig oder annähernd rechtwinklig ist. Die Rollen 95 der Stützen 94 greifen an beiden Seiten der Führungsschiene 100 an. Die andere Führungsschiene 101 dient zum Führen der Rollen 102, die am unteren Ende des Rahmens der Winde 98 vorgesehen sind. Der Schwenkarm 88 und die Stützen 94 sind um einen kleinen Winkel verschwenkbar. Die Seilscheiben 87 und 96 sind so angeordnet, daß die ihre Drehachse verbindende Gerade zu den Führungsschienen 100, 101 parallel und ihr Abstand von der Mittelachse des Stahlrohrs 1 gleich dem Biegeradius ist. Weiterhin ist ein Hochfrequenztransformator Iö3 für die Heizeinrichtung 5 und eine Gewindespindel 104 gezeigt, die in dem Schwenkarm 88 drehbar gelagert ist, das Tragstück 89 im Gewindeeingriff durchsetzt und mit der Welle eines Motors 105 verbunden ist. Im Bereich des Werkstückes ist ein Detektor 106 angeordnet, auf dem eine mit dem Stahlrohr 1 in leichter Berührung stehende Rolle 107 drehbar gelagert ist und der bei einer Auslenkung des Werkstückes ein dieser Auslenkung entsprechendes Signal abgibt. Ein mit dem Auslenkungsdetektor 106 und dem Motor 105 elektrisch verbundener Signalwandler 108 steuert die Drehrichtung des Motors 105 in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Auslenkungsdetektors.

Der mit der drehbaren Nabe 90 einstückige Kern 92 ermöglicht die Erzeugung eines genügend großen Biegemoments, ohne daß während des Biegevorganges die Neigung des Schwenkarms 88 verändert wird, selbst wenn der Kern 92 nur lose in dem Stahlrohr 1 sitzt. Nach dem Biegevorgang kann man den Kern 92 leicht aus dem Stahlrohr 1 herausziehen, wenn man die Nabe 90 etwas gedreht und dadurch den Kern gelockert hat. Man kann das nachlaufende Ende des Stahlrohrs 1 auch mit einem Spannfutter einspannen, das ebenso ausgebildet ist wie das Spannfutter 9 für das vorlaufende Ende. Die Verwendung des Kerns 92 erleichtert jedoch die Abnahme des Stahlrohrs 1 nach dem Biegevorgang und ist auch vorteilhaft, um eine Berührung des Stahlrohrs 1 mit der Heizeinrichtung 5 zu verhindern.

In der zuletzt beschriebenen Vorrichtung wird das Stahlrohr 1 mit konstanter Geschwindigkeit bewegt; es wird ein Biegemoment direkt in dem Rohr erzeugt, indem das Seil bzw. Stahlseil 99 mittels der Winde 98 aufgewickelt wird. Infolgedessen wirken auf die Seilscheiben 87 und 96 gegensinnige Zugkräfte ein, welche das Rohr 1 zu verbiegen trachten. Dabei wird das Stahlrohr 1 mittels der Heizeinrichtung 5 erhitzt, so daß das Rohr in seinem erhitzten Teil ständig gebogen wird. Diese Maßnahmen genügen zum Biegen von Rohren mit normaler Präzision. Zum Biegen mit hoher Präzision verwendet man eine Steuereinrichtung, beispielsweise die Gewindespindel 104.

Diese Steuereinrichtung hat die Aufgabe, die Mittelachse des Drehzapfens 91 für die Nabe (entsprechend dem Rohrende B in Fig. 4) im wesentlichen auf der Kurve bzw. dem Kreisbogen BA zu führen, so daß selbst bei einer Auslenkung des Stahlrohrs 1 dessen Mittellinie an der mittels der Heizeinrichtung 5 erhitzten Stelle A im wesentlichen mit der ursprünglichen Mittellinie .Y-.Yin Berührung und daher der Biegeradius R des Rohrs 1 konstant bleibt. Wenn daher das Stahlrohr 1 im Sinne einer Verschiebung der Rolle 107 ausgelenkt wird, gibt der Auslenkungsdetektor 106 ein positives Signal ab, das über den Signalwandler 108 den Motor 105 veranlaßt, im Vorwärtssinn zu laufen, so daß über die Gewindespindel 104 der

"> Drehzapfen 91 für die Nabe 90 zu der Linie X-X hin vorgeschoben und die Rolle 107 daher im wesentlichen nicht aus ihrer eingestellten Lage herausgedrückt wird. Wenn sich das Stahlrohr 1 dagegen von der Rolle 107 wegzubewegen trachtet, gibt der Auslen-

i» kungsdetektor 106 ein negatives Signal ab, so daß eine der vorstehend beschriebenen entgegengesetzte Verstellung erfolgt. Beim Biegen von Rohren werden diese im allgemeinen nur langsam vorgeschoben und daher auch nur sehr langsam in der oben beschriebe-"> nen Weise aasgelenkt, so daß man mit Hilfe der beschriebenen Steuereinrichtung eine sehr stabile Regelung erzielen kann.

Die in Fig. 5 dargestellte Biegevorrichtung ist im wesentlichen ebenso ausgebildet wie die Vorrichtung

-'Ii gemäß den Fig. 2 und 3. Der Unterschied besteht darin, daß die Führungsschienen 100, 101 an ihrem rechten Ende von je einem Drehgelenk 109,110 getragen werden, das so angeordnet ist, daß seine Drehachse in der Ebene der Heizeinrichtung 5, d. h. auf

2"> der Linie OA in Fig. 4, liegt. An ihrem linken Ende sind die Führungsschienen 100,101 durch Schrauben und Muttern 112 an U-Profil-Trägern 111 befestigt. Der Winkel zwischen diesen Führungsschienen 100, 101 und der ursprünglichen Mittelachse bzw. -linie

in X-X des Stahlrohrs 1 wird so eingestellt, daß er gleich dem Winkel ⁰Z₂ zwischen den Linien BA und X-X ist. Dabei ist ρ der Winkel BNA; der Krümmungsmittelpunkt N des Bogens BA ist in Fig. 4(a) gezeigt. Infolgedessen ist die Auslenkung am Mittelpunkt

ti des linken Endes des Stahlrohrs 1 [B in Fig.4(a)] gleich ρ. Danach wird der Biegevorgang durchgeführt.

Zur Durchführung der genannten Einstellung wird das Stahlrohr 1 an seinem vorlaufenden und hinteren

w Ende an den Schwenkarm 7 und 88 befestigt; bei gelockerten Schrauben und Muttern 112 wird mittels der Winde 98 auf die Schwenkarme 7,88 eine vorherbestimmte Zugkraft ausgeübt. Dann werden die Führungsschienen 100,101 so verschwenkt, daß der Win-

3 kel zwischen dem Stahlrohr 1 und seiner ursprünglichen Mittellinie X-X gleich ^e/₂ beträgt. Danach wird die Winde 98 abgestellt und werden die Schrauben und Muttern 112 festgezogen. Man kann die Werte für ρ und δ ohne weiteres aus dem Krümmungsradius

>ii und der Auslenkung von Balken berechnen, auf die ein einfaches Moment ausgeübt worden ist.

Eine weitere Abänderung ist in Fig. 6 dargestellt. Hier ist der Schwenkarm 88 der Vorrichtung gemäß Fig. 5 in zwei Teile 88 und 88' geteilt, die miteinander verbunden sind. Die Rolle 85 ist beweglich, und das Tragstück 86 für den Schwenkarm 7 ist auf einer Scheibe 86' befestigt. Diese ist über einen Winkel von 90° um die Schwenkachse O des Schwenkarms 7 im Gegensinn des Uhrzeigers verschwenkbar, so daß das

bo Tragstück bzw. der Träger 86 aus der in Fi g. 5 gezeigten Stellung im Gegensinn des Uhrzeigers um 90° verschwenkt und auf die Ladefläche 114 eines Lastwagens oder dergleichen gelegt werden kann. Wenn daher die Rolle 85 auswärts von der Führungsschiene

b5 100 und parallel zu ihr und der Schwenkarm 88' einwärts von der Führungsschiene 101 und parallel zu ihr angeordnet wird, kann man diesen Arm einwandfrei auf die Ladefläche legen.

7 8

Mit 115 und 116 sind kreisförmige Schienen be- lastet werden. Die Heizeinrichtung 5 ist in Fig. 6 nicht

zeichnet, auf denen sich nicht gezeigte Stützrollen ab- gezeigt. Sie kann an dem Hochfrequenztransformator

walzen können, die in dem Schwenkarm 7 drehbar ge- befestigt sein. Diese Anordnung kann auf geeignete

lagert sind und verhindern, daß das Tragstück 86 und Weise verfahrbar angeordnet und im Betrieb der Vor-

die Scheibe 86' mit dem Eigengewicht des Arms 7 be- ϊ richtung mit dieser verbunden werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Warmbiegen von Metallronren, mit Einrichtungen zum Vorschieben und Führen des Metallrohrs in dessen Längsrichtung, einer sich in Vorschubrichtung anschließenden, das Metallrohr umgebenden Heizeinrichtung mit einer unmittelbar dahinter angeordneten, das Metallrohr ebenfalls umgebenden Kühleinrichtung sowie mit einem das in Vorschubrichtung vordere Ende des Metallrohrs haltenden Biegearm, der um eine in der Ebene der Heizeinrichtung liegende Schwenkachse frei drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Vorschieben und Führen des Metallrohrs (1) aus einem Vorschubarm (88) bestehen, der sich etwa rechtwinklig zur Vorschubrichtung in der Biegeebene erstreckt und an dem eine das hintere Ende des Metallrohrs haltende Klemmeinrichtung (93) angeordnet ist, wobei der Vorschubarm durch mindestens eine parallel zur Vorschubrichtung verlaufende Führungsschiene (100; 101) geführt und durch ein parallel zu der Führungsschiene wirkendes, im Bereich der Schwenkachse des Biegearms festgehaltenes Zugelement (99) bewegbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anordnen der Klemmeinrichtung (93) am Vorschubarm (88) über eine auf einem Drehzapfen (91) in der Biegeebene schwenkbar gelagerte Nabe (90) erfolgt, wobei der Drehzapfen längs des Vorschubanns verschiebbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschiene (100; 101) um ein in der Ebene der Heizeinrichtung (5) angeordnetes Drehgelenk (109; 110) in der Biegeebene schwenkbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschieben des Drehzapfens (91) durch einen im Bereich der Heizeinrichtung (5) angeordneten Auslenkungsdetektor (106) gesteuert ist, und zwar jeweils in einem der Auslenkung des Metallrohrs (1) entgegengesetzten Sinn.