DE3523025A1 - Verfahren und vorrichtung zum biegen von langgestreckten metallischen werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Biegen von langgestreckten metallischen Werkstücken, beispiels­ weise von Rohren oder kompakten Profilen, bei dem das Werkstück an einer Seite eingespannt oder gehalten ist und über einen Biegedorn in eine vorgegebene Kontur ge­ bogen wird. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Zum Biegen von langgestreckten metallischen Werkstücken werden unterschiedlichste Verfahren angewendet. Beispiels­ weise kann das Werkstück um einen Biegedorn gezogen wer­ den, wozu vom Stand der Technik weitgehend automatisch arbeitende Vorrichtungen bekannt sind. Daneben kann die angestrebte Formgebung von langgestreckten Werkstücken auch dadurch erreicht werden, daß mit Hilfe eines Werk­ zeuges eine einseitige Schlagbeanspruchung durchgeführt und damit das Werkstück durch ungleichmäßige Deformation gekrümmt wird. Letzteres Arbeitsverfahren ist vom Stand der Technik als sogenanntes "Dengeln" bekannt, wozu bei­ spielsweise in der DE-PS 6 89 018 und der DE-PS 7 19 986 entsprechende Vorrichtungen vorgeschlagen sind.

Bei der Anwendung der bekannten Biegeverfahren auf Roh­ re oder Stäbe als langgestreckte metallische Werkstük­ ke, läßt sich bisher nicht immer ein befriedigendes Er­ gebnis erreichen. Insbesondere gefüllte Rohre für soge­ nannte Rohrheizkörper (RHK), die im Innenraum einen zen­ tralen Stromleiter und darum ein keramisches Pulver als Wärmeleiter aufweisen, lassen sich nicht in einfacher Weise biegen. Im allgemeinen werden derartige Rohrheiz­ körper mit der Pulverfüllung auf den vorgegebenen Soll­ durchmesser gewalzt, wodurch neben der angestrebten Ver­ dichtung des wärmeleitenden Pulvers in unerwünschter Weise der Rohrmantel verfestigt wird. Um anschließend solche Rohre überhaupt biegen zu können, muß daher das gewalzte Gesamtrohr zunächst einer Weichglühung unterzo­ gen werden.

Auch beim Biegen kompakter metallischer Profile, bei­ spielsweise Rechteckstäbe, steht üblicherweise die Ma­ terialhärte des Werkstoffes, die durch die Vorbearbeitung des Halbzeuges aufgrund des Verfestigungseffektes erzielt wurde, störend dem Biegevorgang entgegen. Dies macht sich bei Stäben insbesondere in einer Rückfederung nach dem Biegen bemerkbar. Bei maschineller Fertigung läßt sich deswegen normalerweise nur durch einen mehrmaligen Biege- und Korrekturvorgang eine hinreichende Genauigkeit der geforderten Kontur erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Biegeverfahren und eine zugehörige Vorrichtung anzugeben, mit denen repro­ duzierbar gearbeitet werden können.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß gleichzeitig mit dem Ziehen um den Biegedorn impulsweise Druckkräfte auf die Zugzone des Werkstückes ausgeübt werden.

Mit der Erfindung läßt sich nun das Biegen langgestreck­ ter Werkstücke in bisher nicht erreichbarer Qualität durchführen. Die Anpassung des Werkstückes an die ge­ forderte Kontur wird im wesentlichen durch Ziehen des einseitig eingespannten oder gehaltenen Werkstückes um einen Biegedorn erreicht. Durch das impulsweise Über­ lagern der Druckkräfte auf den Zugzonenbereich werden nunmehr die entstehenden Spannungen unmittelbar wieder abgebaut, so daß beim Biegen die geforderte Formgenauig­ keit leicht erreichbar ist.

Bei der Erfindung liegt die Frequenz der impulsweise ausgeübten Druckkräfte unterhalb von 1 KHz, vorzugsweise zwischen 50 und 200 Hz; die Stärke der dabei verwendeten Druckkräfte liegt zwischen 1 und 50 kN, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 25 kN. Vorteilhafterweise wirken die Druckkräfte über ein Zwischenstück gleichmäßig auf die beim Biegen beanspruchte Zugzone ein.

Insbesondere zum Biegen von Rohren als langgestreckte Werkstücke kann vorteilhafterweise der Biegedorn und/oder das Zwischenstück gleichzeitig ein Gesenk für den Rohr­ abschnitt bilden, womit eine definierte Querschnittsver­ änderung für das Werkstück erzielt werden kann. Ist das Werkstück speziell ein Rohr, das mit keramischen Pulver gefüllt ist, läßt sich nunmehr neben dem Biegen im glei­ chen Arbeitsgang auch die geforderte Verdichtung des Pulvers erreichen. Dies ist deswegen von Bedeutung, da sich ansonsten die durch die Zugbeanspruchungen entste­ henden Dichteverminderungen störend bemerkbar machen und zu Ungleichmäßigkeiten in der Pulverfüllung, wie etwa Hohlräumen, führen könnten.

Aber auch bei kompakten Profilen als langgestreckte Werkstücke, wie z. B. Rechteckstäben, ist das erfindungs­ gemäße Verfahren vorteilhaft anwendbar. Durch die Ein­ wirkung der Druckkräfte auf die Zugzone und deren Über­ lagerung auf die beim Biegen erzeugten Zugspannungen läßt sich die Rückfederung des Materials wesentlich einschrän­ ken. Dadurch ist nunmehr die Möglichkeit gegeben, Werk­ stücke maschinell ohne Nachbearbeitung genauer als bisher biegen zu können.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dem Biegedorn ein Zwischenstück zugeordnet, auf das während des Biege­ vorganges über hydraulische oder pneumatische Hilfsein­ richtungen impulsweise Druckkräfte ausgeübt werden. Dabei ist der Biegedorn ein Formteil, das mit einer Spannsta­ tion für das Werkstück versehen ist und dem das Zwischen­ stück gegenüber liegt. Biegedorn und/oder Zwischenstück umgrenzen vorteilhafterweise mit ihren dem Werkstück zu­ gewandten Arbeitsflächen bereichsweise einen Aufnahmezy­ linder od. dgl. für den Werkstückquerschnitt. Insbesondere das Zwischenstück kann durch eine drehbare Rolle gebildet sein, die einen glatten Umfang, aber auch einen Umfang mit konkaven oder konvexen Profil haben kann. Daneben kann das Zwischenstück durch eine Hammerfinne gebildet sein.

Besonders vorteilhaft ist bei der Erfindung, daß Biege­ dorn und/oder Zwischenstück austauschbar sind. Dadurch läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung für verschie­ denartige Anforderungen leicht modifizieren.

Die weiteren Hilfseinrichtungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen aus an sich bekannten Bauteilen, wie insbesondere einem Hydraulikzylinder, der über einen von einem Motor angetriebenen Impulsgenerator gesteuert werden kann. Die Größe der ausgeübten Druckkräfte und die Biegegeschwindigkeit sind dann durch den Ölförderstrom der hydraulischen Einrichtungen einstellbar und aneinan­ der anpaßbar.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Aus­ führungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen die

Fig. 1 und 2 einen Seitenriß und eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Biegeverfahrens.

Fig. 3 einen Schnitt durch die Biegestation speziell für das Biegen von sogenannten Rohrheizkörpern und

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Biegestation speziell für Kupfer-Leiter mit Flachprofil.

Es wird zunächst anhand der Fig. 1 und 2 der Aufbau der Biegevorrichtung beschrieben, welche in entsprechen­ der Modifizierung gemäß Fig. 3 zum Inpulsbiegen von Rohr­ heizkörpern oder gemäß Fig. 4 zum Impulsbiegen von Flach­ profilen verwendet werden kann.

Die verwendete Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Tisch 1 mit Arbeitsfläche, auf der ein Biege­ dorn 10 mit zugehörigen Hilfsmitteln einerseits (sog. Biegefinger) und eine Einrichtung 20 zum Aufbringen von Druckkräften andererseits mit entsprechenden Hilfsmitteln angebracht ist. Die Kraftübertragung erfolgt beim Aus­ führungsbeispiel speziell hydraulisch. Die zugehörigen Hydraulikkreisläufe mit den Steuermitteln sind nicht dargestellt.

Unter dem Arbeitstisch 1 ist eine Trageeinrichtung ange­ bracht, die im wesentlichen aus einer Grundplatte 2 und zugehörigen Verstrebungen 3 besteht. Aus Fig. 1 ist er­ sichtlich, daß der Biegedorn 10, der weiter unten im einzelnen beschrieben wird, einen Steckbolzen 13 auf­ weist, der in eine, in den Tisch 1 eingepaßte Welle 5 einfügbar ist. Mittels eines Zwischenstückes 6 ist die Welle 5 mit der Anschlußwelle 7 eines Schwenkzylin­ ders 8 verbunden; dem Schwenkzylinder ist ein Schnecken­ getriebe 9 zur Einstellung des Biegewinkels zugeordnet.

Den beschriebenen Einheiten sind weiterhin Schalter und dgl., insbesondere zur berührungslosen Erfassung der Be­ wegung von Schwenkzylinder 8 und Schneckengetriebe 10 zugeordnet, die nachfolgend nicht weiter beschrieben werden.

Das Zusammenwirken des Schneckengetriebes 9 und Schwenk­ zylinders 8 mit damit verbundenem Biegedorn 10 ist im einzelnen aus der Draufsicht nach Fig. 2 erkennbar. Es wird deutlich, daß der Biegedorn 10 ein abgekröpftes Formteil 15 mit zugehörigen Spannmitteln 16 für das Werk­ stück bildet. Ein langgestrecktes Werkstück 30 läßt sich darin derart einspannen, daß es formschlüssig am finger­ artig ausgebildeten Biegedorn 10 anliegt und sich gegen einen Festanschlag abstützt, so daß bei Aktivierung des Schwenkzylinders ein Biegevorgang eingeleitet wird.

Der Biegeeinrichtung mit Biegefinger 10 ist eine Einrich­ tung 20 zur Aufbringung von impulsweisen Druckkräften zugeordnet. Diese besteht an ihrem vorderen Ende aus einem Zwischenstück 21, das beispielsweise als dreh­ bare Rolle ausgebildet sein kann und sich in zugehörigen Halterungsmitteln 22 und 23 befindet. Die gesamte Ein­ heit ist über eine Halterung 24 mit einem Hydraulikzy­ linder 25 verbunden. Dazwischen können Kopplungsein­ richtungen 26 vorhanden sein, die Meßmittel für eine Wegnahme und dgl. aufweisen. Der Druckzylinder 25 ist an einen (nicht dargestellten) Hydraulikkreislauf ange­ schlossen.

In Fig. 3 ist die beschriebene Vorrichtung speziell zum Impulsbiegen von sogenannten Rohrheizkörpern (RHK) mo­ difiziert. Rohrheizkörper bestehen üblicherweiser aus einem Cu-Hohlrohr, das im Innern eine zentrisch, elek­ trisch beheizbare Heizwendel aufweist, welche durch ein elektrisch isolierendes, wärmeleitendes Pulver gegenüber der metallischen Rohrwandung isoliert gehalten wird. Beispielsweise wird als Wärmeleiter Magnesiumoxid- (MgO)-Pulver verwendet. Derartige Rohrheizkörper werden durch Walzen auf den Solldurchmesser gebracht. Durch den Walzvorgang tritt eine Verfestigung der Rohrwandung auf. Um einen derartigen Rohrheizkörper biegen zu können, muß­ te er bisher im Ofen weichgeglüht oder über seine Kon­ taktstifte aufgeheizt werden.

In Fig. 3 ist ein solcher Rohrheizkörper zwischen zwei Rollen, von denen die Rolle 11 die Formrolle des Biege­ fingers 10 und die Rolle 21 das impulsweise beaufschlag­ te Zwischenstück darstellen, formschlüssig eingebracht. Dabei weisen beide Rollen 11 und 21 auf ihrem Umfang Innenprofile auf.

Beim Rohrheizkörper 30 bedeuten im einzelnen 31 die Wandung, 32 die Heizwendel und 33 das darum befindliche MgO-Pulver als Wärmeleiter. Der Rohrheizkörper 30 ist in die Biegevorrichtung nach Fig. 1 eingespannt und wird über den als Formstück ausgebildeten Biegefinger 10 in die vorgegebene Kontur gebogen. Gleichzeitig mit dem Ziehen um den Biegefinger 10 werden erfindungsgemäß auf die Zugzone impulsweise Druckkräfte ausgeübt.

Es hat sich gezeigt, daß durch das beschriebene Impuls­ biegeverfahren die gewalzten Rohrheizkörper bereits unge­ glüht gebogen werden können. Daneben ergibt sich durch die ausgeübten Druckkräfte gleichermaßen eine Verdichtung des im Rohr befindlichen Pulvers und insbesondere dessen gleichmäßige Verteilung im Biegebereich. Dadurch läßt sich die unerwünschte Bildung von Leerräumen, wie z. B. Luftkanäle, Risse oder andere Unregelmäßigkeiten, durch die ein Durchbrennen des Rohrheizkörpers erfolgen könnte, vermeiden. Je nach gewünschtem Verdichtungsgrad kann durch entsprechende Steuerung die Impulsbeaufschlagung nur im Verlauf des Biegevorganges als auch im Vor- und Rücklauf erfolgen. In jedem Falle entfällt der bisher notwendige zusätzliche Verdichtungsvorgang des Pulvers in einem für den einzelnen Rohrheizkörper spezifischen Gesenk, das beim Stand der Technik für jeden Rohrtyp separat herge­ stellt werden muß.

In der Fig. 4 ist einer Rolle 12 des Biegedornes 10 ein solches Zwischenstück 40 zugeordnet, das in etwa als Ham­ merfinne ausgebildet ist. Die Hammerfinne 40 ist wiederum mit dem oben beschriebenen Hydraulikzylinder 25 verbun­ den. Zwischen Biegedorn 10 und Hammmerfinne 40 ist ein Stab 35 als rechteckiges Flachprofil eingebracht, der gebogen werden soll.

Beim Biegen werden in oben beschriebener Weise im­ pulsartige Schläge auf den Zugzonenbereich des Stabes 35 ausgeübt, wodurch dieser Zone Druckspannungen überla­ gert werden. Es hat sich gezeigt, daß bei einem derarti­ gen Biegevorgang die bisher störende Rückfederung des Ma­ terials wesentlich eingeschränkt werden kann. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, genaue Profile als langgestreck­ te Werkstücke auch maschinell ohne Nachbearbeitung biegen zu können.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist besonders vor­ teilhaft, daß zur Durchführung des angegebenen Verfahrens bekannte, automatisch arbeitende Steuerungsmittel einge­ setzt werden können. Damit sind sowohl die Biegeparameter hinsichtlich Zuggeschwindigkeit und Zugspannung aber auch die Schlagparameter, hinsichtlich Frequenz und Größe der der Druckkräfte im einzelnen einstellbar und auf das zu verformende Werkstück abstimmbar.

Die beschriebene Vorrichtung kann in einfacher Weise für unterschiedliche Rohrheizkörper und Profile als zu bie­ gende Werkstücke modifiziert werden. Für die Flexibilität der Vorrichtung ist wichtig, daß der Biegedorn und/oder das Zwischenstück in einfacher Weise auswechselbar sind. Es können somit jeweils Einzelteile geeigneter Abmes­ sungen und Geometrie, die für die unterschiedlichsten Materialien und Bedürfnisse angepaßt sind, eingesetzt werden.

Claims (16)

1. Verfahren zum Biegen von langgestreckten metalli­ schen Werkstücken, beispielsweise von Rohren oder kompakten Profilen, bei dem das Werkstück an einer Seite eingespannt oder gehalten ist und über einen Biegedorn ein eine vorgegebene Kontur gebogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Biegen um den Biegedorn impulsweise Druckkräfte auf die Zugzone des Werkstückes ausgeübt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Frequenz der impuls­ weise ausgeübten Druckkräfte unterhalb von ca. 1 KHz, vorzugsweise im Bereich zwischen 50 und 200 Hz liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die impulsweise ausge­ übten Druckkräfte eine Stärke zwischen 1 und 50 kN, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 25 kN, aufweisen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die impulsweise ausge­ übten Druckkräfte über ein Zwischenstück gleichmäßig auf die beim Biegen beanspruchte Zugzone einwirken.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß beim Biegen von Rohren der Biegedorn und/oder das Zwischenstück gleichzeitig ein Gesenk für den Rohrabschnitt bilden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch das Gesenk beim Biegen gleichermaßen Querschnittsveränderungen des Werkstückes vorgenommen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß beim Biegen die Frequenz der impulsweise ausgeübten Druckkräfte und die Biegege­ schwindigkeit aufeinander abgestimmt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, wobei das Werk­ stück ein Rohr ist, daß mit einem keramischen Pulver gefüllt ist, dadurch gekennzeich­ net, daß durch das Biegen des Rohres durch die impulsweise ausgeübten Druckkräfte gleichermaßen eine Verdichtung des Pulvers erfolgt.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Biegeverfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 8, mit wenig­ stens einer Spann- oder Halteeinrichtung für das Werk­ stück, einem Biegedorn und zugehörigen Steuermitteln, dadurch gekennzeichnet, daß dem Biegedorn (10) ein Zwischenstück (21, 40) zugeordnet ist, auf das während des Biegevorganges über hydraulische oder pneumatische Hilfseinrichtungen (20, 25) impulsweise Druckkräfte ausgeübt werden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Biegedorn (10) ein Formteil ist, das mit einer Spann- oder Halte­ station (15 bis 16) für das Werkstück versehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Biegedorn (10) und/oder Zwischenstück (21) mit ihren dem Werkstück (30, 12) zuge­ wandten Arbeitsflächen bereichsweise einen Zylinderquer­ schnitt umgrenzen.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Biegedorn (10) und/oder Zwischenstück (21, 40) austausch­ bar sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Zwischenstück eine Rolle (21) ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rolle (21) auf ihrem Umfang ein konkaves oder konvexes Profil hat.

15. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Zwischenstück eine Hammerfinne (40) ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stärke der Druck­ kräfte auf das Zwischenstück (21, 40) durch die Einstel­ lung des Druckes in der hydraulischen oder pneumatischen Hilfseinrichtung (25) einstellbar ist.