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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Rohrbogen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
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Derartige Reduzierbogen werden häufig als Leitungselemente oder Leitungszwischenstücke vorgesehen, bei denen neben einer Umlenkung der Leitungsführung um beispielsweise 90°gleichzeitig eine Reduzierung des Rohrquerschnitts zur Anpassung an geänderte Anschlußmaße, zur Änderung von Strömungsgeschwindigkeit und Druck durchgeleiteter Medien oder etwa zur Berücksichtigung räumlicher Anforderungen angesetzt wird. Der entsprechende Bedarf konnte allerdings in herkömmlicher Weise nur unzulänglich befriedigt werden, sei es, weil die Form und Festigkeit, etwa bei aus mehreren Formteilen zusammengeschweißten Reduzierbogen nur geringen Anforderungen genügt, sei es, weil die Herstellung umständlich und dementsprechend teuer war.
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So geht ein aus der US-PS 27 50 026 bekanntes Verfahren der eingangs bezeichneten Art von einem Rohrabschnitt aus, der zunächst über einen gekrümmten Dorn hinweg zu einem Rohrbogen gleichmäßigen Querschnitts unter gleichmäßiger Aufweitung vorgeformt und dann der Länge nach in einen sich in seinem Querschnitt verjüngenden Hohlraum eines Gesenks eingedrückt wird, um damit den eingeschobenen Rohrbogen zu seinem in Einschubrichtung vornliegenden Ende zunehmend zusammenzuquetschen. Das Gesenk ist zur nachfolgenden leichten Entnahme des fertigen Werkstücks zweiteilig ausgebildet.
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Nachteilig bei dem vorbekannten Verfahren ist zunächst, daß es die Herstellung eines Rohrbogens in einem gesonderten Arbeitsgang voraussetzt. Darüber hinaus ist seine Anwendung wegen der aufzubringenden hohen allseitigen Druckkräfte und der starken Verformungsarbeit gerade an dem Ende, das den stärksten Wandquerschnitt erhält, auf verhältnismäßig dünnwandige Rohrbogen beschränkt. Auch lassen sich Falten und Beulen in den Wandungen hierbei nicht zuverlässig vermeiden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, mit denen Reduzierbögen präziser Form, hoher Oberflächengüte und hoher Festigkeit in einem schnellen und einfachen Verfahren hergestellt werden können. Diese Aufgabe wird von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgehend mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Dieses Verfahren erlaubt es, einen Reduzierbogen in einem Arbeitsgang durch Biegen und Aufweiten eines Rohrabschnitts ohne die Gefahr von Beul- oder Stauchverformungen herzustellen, wobei der Rohrabschnitt grundsätzlich zylindrisch sein kann, ohne daß dabei die Verwendung vorgebogener Rohrabschnitte ausgeschlossen wäre. Dabei kann die Maßhaltigkeit und Ebenmäßigkeit insbesondere der Innenform des Reduzierbogens, die üblicherweise für das Produkt von größerer Bedeutung als die Außenform ist, durch die Formgebung von innen präzise vorgegeben werden. Ferner bleibt der Rohrabschnitt während seiner Verformung von außen her zugänglich und kann in geeigneter Weise erwärmt bzw. warmgehalten werden, soweit dieses nach Art, Verformungsgrad und Stärke des Materials erforderlich ist.
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Der Rohrabschnitt kann vor dem Aufschieben auf den Dorn mit einer über seine Längserstreckung sich ändernden Wandstärke versehen werden. Eine entsprechende Vorbearbeitung eines zylindrischen Rohrabschnitts läßt sich, beispielsweise durch Abdrehen, relativ leicht durchführen. Der Rohrabschnitt kann dann vorteilhafterweise mit einer Wandstärke versehen werden, die in Richtung des vorgesehenen Aufweitens überproportional zunimmt. Bei druck- und strömungsbeaufschlagten Rohren nimmt bekanntlich der Innendruck mit der Strömungsgeschwindigkeit und damit mit dem Querschnitt des Rohres ab. Das führt bisweilen, etwa bei Anforderungen an ein geringes Gesamtgewicht des Reduzierbogens, zu dem Bedürfnis, an dem weiteren Ende des Reduzierbogens auch die größte Wandstärke vorzusehen.
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Gemäß der Erfindung wird weiterhin zur Durchführung des vorbetrachteten Verfahrens eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3 nach dessen kennzeichnenden Merkmalen ausgestaltet.
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Zwar sind zum Biegen von Rohrbögen gleichförmigen Querschnitts bereits Vorrichtungen mit einem bogenformigen Biegedorn mit einem sich von einem dünneren zu einem dickeren Ende aufweitenden Querschnitt und einer Preßeinrichtung bekannt; bei ihnen ist der Biegedorn jedoch hauptsächlich oder ausschließlich an seinem dünneren Ende gehalten, indem dieses über einen Stangenteil mit einer Preßeinrichtung in Verbindung steht. Der Stangenteil ist dabei so ausgebildet, daß er gerade Rohrabschnitte aufnehmen kann, die in nicht reversierter Arbeitsrichtung längs des Stangenteils und über den Biegedorn hinweg gedrückt werden, wobei sie durch den Biegedorn eine Verformung zu einem Rohrbogen konstanten Innenquerschnitts in der Größe des Dorn-Endquerschnitts erfahren.
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Gegenüber der bekannten Vorrichtung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit der Abstimmung des Dorns auf den Innenquerschnitt des zu erzeugenden Reduzierbogens, mit der Abstützung des Dorns an seinem dickeren Ende und der Ausrichtung des dünneren Endes auf die Preßeinrichtung so gestaltet, daß sie einen reversierenden Betrieb mit einer schnellen Zuführung einzelner Rohrabschnitte und einem leichten Abnehmen der Rohrabschnitte vom Dorn erlaubt.
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Vorzugsweise ist dem dickeren Ende des Dorns eine die Abziehbewegung ausführende Auswerfeinrichtung zugeordnet. Diese Auswerfeinrichtung dient dazu, den auf dem Dorn aufsitzenden Reduzierbogen zu lösen, wonach er leicht von Hand oder durch geeignete Einrichtungen - oder auch unter Schwerkraft bei einem nach unten gerichteten Dorn - vollends vom Dorn abzuheben ist. Eine solche Auswerfeinrichtung kann natürlich auch zur Ausführung einer weitergehenden, etwa den gesamten Dorn überstreichenden Rückdrückbewegung ausgebildet sein.
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In zwei Ausführungsbeispielen ist die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen, in jeweils schematisierter Darstellung,
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Fig. 1 (Teil-)Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung.
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Fig. 2 Längsschnitt durch einen gefertigten Reduzierbogen und
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Fig. 3 Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung.
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Die in Fig. 1 schematisiert dargestellte Vorrichtung 1 besteht im wesentlichen aus einem Dorn 2 in Verbindung mit einer Preßeinrichtung etwa üblicher Art, von der lediglich eine unter einem (nicht dargestellten) niederund aufwärtsbeweglichen Preßbär befestigte Halterung 3 gezeigt ist, und einer auf einem (gleichfalls nicht dargestellten) Pressentisch angeordneten Einspanneinrichtung 4 für den Dorn 2.
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Der Dorn weist eine in einem Viertelbogen verlaufende Mittelachse 5 auf und weitet sich von seinem oberen dünneren Ende 6 symmetrisch zur Mittelachse 5 gleichmäßig bis zu seinem unteren, dickeren Ende 7 mit vertikalem Endquerschnitt gleichmäßig auf. An seinem dickeren Ende 7 setzt er sich in einem Zapfen 8 geringeren Querschnitts fort, der in einer Bohrung eines Lagerbocks 9 verdrehsicher, aber lösbar gehalten ist, wobei eine Querbohrung 10 das Hindurchstecken eines Splints oder Stifts durch Zapfen 8 und Lagerbock 9 und damit eine zuverlässige Arretierung des Zapfens ermöglicht. Die lösbare Einspannung des Dorns erlaubt einen Austausch bei Verschleiß oder bei einer Umstellung auf andere Reduzierbogenformen. Der Lagerbock 9 ist seinerseits auf einer Grundplatte 11 festgeschweißt, die ihrerseits in geeigneter Weise, z.B. horizontal versetzbar, am Pressentisch befestigt ist.
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In der in Fig. 1 dargestellten Ausgangslage befindet sich ein Rohrabschnitt 13 in einer Stellung zwischen Dorn 2 und Halterung 3, in der er mit seinem unteren Ende auf das dünnere Ende 6 des Dorns aufgesteckt ist und oben von der Halterung mit einem in den Rohrabschnitt eingeifenden kurzen Zapfenansatz 14 geführt wird. Ein Niederfahren der Halterung 3 mittels des Preßbärs führt dazu, daß der Rohrabschnitt 13 fortschreitend auf den Dorn 2 aufgeschoben und dabei gleichzeitig gebogen und (an seinem in Aufschubrichtung vorderen Ende stärker als am hinteren Ende) aufgeweitet wird. Dieses Aufweiten kann je nach Material und Wandstärke kalt erfolgen. Erforderlichenfalls sind zum Erwärmen des Rohrabschnitts 13 auf Verformungstemperatur Beheizeinrichtungen 15, 16 vorgesehen, von denen die Beheizeinrichtung 16 im Bereich des dünneren Endes 6 des Dorns 2 liegt. Die Beheizeinrichtung 16 umgibt den Rohrabschnitt 13 ringförmig, sie kann beispielsweise als Ringdüse eines Brenners ausgebildet sein. Ein Aufwärmen des Rohrabschnitts in dem die Heizeinrichtung durchlaufenden Bereich erlaubt ein Aufwärmen des auf den Dorn 2 gelangenden Teils des Rohrabschnitts, ohne daß dabei dessen rückwärtiger, die Aufschubkraft des Preßbärs übertragender Teil erweicht würde.
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Sobald der Rohrabschnitt 13 so weit auf den Dorn 2 aufgeschoben ist, daß sein Ende über das dickere Ende 7 des Dorns tritt, kann die Niederbewegung der Halterung 3, durch nicht dargestellte steuerungstechnische Mittel oder auch von Hand geschaltet, gestoppt werden, um nachfolgend eine Rückbewegung des fertiggestellten Reduzierbogens vom Dorn 2 einzuleiten. Zum Ablösen des Dorns vom Reduzierbogen dient eine Auswerfeinrichtung 18. Sie besteht aus einem Ring 19, der beweglich auf dem Zapfen 8 gelagert ist und in seinem Durchmesser leicht über den benachbarten Endquerschnitt des Dorns 2 an dessen dickerem Ende 7 übersteht. Dieser Ring 19 ist geeignet, einen über den Endquerschnitt des Dorns überstehenden Rand des fertigen Reduzierbogens zurückzudrücken, wonach die an den Dorn anliegende Innenfläche des Reduzierbogens bei der gegebenen Gesamtkonizität sofort ein Spiel gegenüber dem Dorn erhält, welches den Reduzierbogen leicht abhebbar macht. Das Abheben kann dabei von Hand oder auch maschinell durch entsprechende Einrichtungen erfolgen.
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Die Andrückbewegung des Rings 19 erfolgt mittels einer druckmittelbetätigbaren Stelleinrichtung 20, die wie der Lagerbock 9 fest auf der Grundplatte 11 angeordnet ist und über eine Stellplatte 21 sowie zwei durch Bohrungen im Lagerbock 9 hindurchgreifende Stößel 22, 23 mit den Enden letzterer gegen den Ring 19 in Andrückrichtung anschlagen kann.
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Der in Fig. 1 (verkürzt) dargestellte Rohrabschnit 13 ist zylindrisch und weist eine untere, mit einem Gehrungsschnitt versehene Endfläche 24 auf. Der Gehrungsschnitt berücksichtigt, daß der herzustellende Reduzierbogen außen eine größere Länge aufweisen wird als innen. Durch die entsprechende Vorbearbeitung mit einem Gehrungsschnitt wird insbesondere erreicht, daß der hergestellte Reduzierbogen eine zur Achse etwa senkrechte Endfläche aufweist und damit besonders gleichmäßig durch den Ring 19 zurückgedrückt werden kann. Gleichzeitig werden Verformungsarbeiten an überflüssigem Material oder aber eine unzureichende Ausnutzung des Dorns vermieden.
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Der hergestellte Reduzierbogen ist in Fig. 2 im Längsschnitt dargestellt. Die Symmetrielinie des Reduzierbogens 25 entspricht der Symmetrielinie des Dorns 2 und verläuft vorzugsweise kreisbogenförmig, etwa mit dem eingezeichneten Radius R. Gemäß der Darstellung besitzt der Reduzierbogen eine näherungsweise gleichmäßige Wandstärke. Eine solche Wandstärke setzt allerdings eine Nachbearbeitung des Reduzierbogens oder eine Vorbearbeitung des Rohrabschnitts voraus, da üblicherweise mit der Aufweitung des Rohrs auch eine Abnahme der Wandstärke einhergeht. Vorzugsweise wird, wenn die Abnahme der Wandstärke zum weiteren Ende des Reduzierbogens hin nicht akzeptabel ist, eine Bearbeitung des Rohrabschnitts 13 vor Einsatz in die Vorrichtung 1 vorgenommen. Dabei können verständlicherweise verschiedene Anforderungen an den schließlich erzielbaren Wandstärkenverlauf gestellt werden, beispielsweise eine mit der des Rohrquerschnitts einhergehende Abnahme der Wandstärke bei druck- und strömungsbeaufschlagten Reduzierbogen, bei denen der Druck mit dem Innenquerschnitt des Reduzierbogens ab- bzw. zunimmt.
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Eine zu der in Fig. 1 gezeigten alternative Vorrichtung ist in Fig. 3 dargestellt, die sich von der vorhergehenden im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß sie zur Verformung zumindest grob vorgebogener Rohrabschnitte vorgesehen ist und hierzu eine bogenförmige Zuführung zum Dorn aufweist. In dieser ist ein dem Dorn in Fig. 1 etwa entsprechender Dorn 26 in einer Einspanneinrichtung 27 gehalten, die gleichzeitig eine Lagerung 28 für eine schwenkbare Halterung 29 bildet. Die Achse der Lagerung 28 verläuft konzentrisch zur Symmetrielinie 30 des Dorns 26. Die Halterung 29 besitzt an ihrer Unterseite eine das Ende eines strichpunktierten gebogenen Rohrabschnitts 31 übergreifende Führungsfläche 32, mit der sie das hintere Ende des auf den Dorn 26 aufzuschiebenden Rohrabschnitts 31 faßt. An ihrer Oberseite ist die schwenkbare Halterung 29 über ein Gelenk 33 mit einem Schlittenteil 34 verbunden, das parallel zur Zeichnungsebene in einer Führung 35 verschiebbar ist, die unten an einem (nicht dargestellten) Preßbär befestigt ist. Gelenk 33 und Schlittenteil 34 ermöglichen die Umsetzung einer nieder und aufwärts verlaufenden Bewegung des Preßbären in eine Schwenkbewegung der Halterung 29 um deren Lagerung 28, so daß der Rohrabschnitt 31 bogenförmig auf den Dorn 26 aufschiebbar ist.
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Der Dorn 26 ist an seinem dickeren Ende über einen Zapfen 36 an einer Stützplatte 37 der Einspanneinrichtung 27 befestigt. An der Stützplatte 37 ist gleichfalls eine Auswerfeinrichtung 38 angeordnet, die mit einem beweglichen Stößel 39 durch die Stützplatte 37 hindurchgreift und gegen den Endrand des Dorns vorbeweglich ist, um nach dem Aufschieben des Rohrabschnitts 31 dessen Endkante zurückzustoßen und den gebildeten Reduzierbogen abzulösen.
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Es versteht sich, daß je nach Größe und Leistungsfähigkeit verfügbarer Preßeinrichtungen mehrere solcher Dorne zu einer gleichzeitigen mehrfachen Herstellung von Reduzierbogen einer Preßeinrichtung zugeordnet sein können. Es versteht sich ferner, daß die Relativbewegung von Dorn und Rohrabschnitt auch mit einem feststehend angeordneten Rohrabschnitt und einem in diesen einfahrenden und danach sich rückbewegenden Dorn ausgeführt werden kann, ohne daß dabei die Vorteile der schnellen, zuverlässigen und genauen Formung eines Reduzierbogens aufgegeben werden. Schließlich ist es grundsätzlich auch möglich, den Rohrabschnitt in einem vorangehenden Arbeitsgang konisch vorzuformen, so daß der Hauptarbeitsgang mit Biegen und Aufweiten auf die Endform nur noch geringere Verformungsarbeit verlangt.