DE3912244C2 - - Google Patents
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- DE3912244C2 DE3912244C2 DE19893912244 DE3912244A DE3912244C2 DE 3912244 C2 DE3912244 C2 DE 3912244C2 DE 19893912244 DE19893912244 DE 19893912244 DE 3912244 A DE3912244 A DE 3912244A DE 3912244 C2 DE3912244 C2 DE 3912244C2
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- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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- B21D11/06—Bending into helical or spiral form; Forming a succession of return bends, e.g. serpentine form
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Biegen von stangen
förmigem Material, insbesondere von Hohlmaterialien bereichsweise
in die Form einer Schraubenlinie, mit einem um seine Längsachse
drehbaren, eine stetige Außenfläche aufweisenden Wickeldorn,
mit Einspannmitteln zum Festspannen des zu biegenden Materials
an einem Endbereich des Wickeldorns, sowie mit einer eine
umfängliche Nut aufweisende Rolle, deren Rollenebene etwa quer
zur Längsachse des Wickeldorns verläuft, wobei die Rolle linear
längs der Längsachse des Wickeldorns programmgesteuert vorschiebbar
ist, wobei durch eine Überlagerung der Drehbewegung des
Wickeldorns und der Vorschubbewegung der Rolle das Material
schraubenlinienförmig gewickelt wird, und wobei die Rolle derart
vom Wickeldorn in radialer Richtung beabstandet ist, daß das
quer zum Wickeldorn zuführbare Material zwischen der Außenfläche
des Wickeldorns und der das Material teilweise umfänglich
umgreifenden Ringnut der Rolle spielfrei aufgenommen ist.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 21 27 306 bekannt.
Bei der daraus bekannten Wickelmaschine für Schraubenfedern
wird Vollmaterial, nämlich Federstahl, in warmen Zustand
schraubenlinienförmig um einen Wickeldorn gewickelt.
Die eine umfängliche Nut bildende Rolle ist als zylindrische
Rolle ausgebildet, die an ihrem Vorderende, also, in Arbeitsrichtung
gesehen, vor dem zu wickelnden Material, mit einem
peripheren, eine Schulter bildenden Flansch versehen ist. Diese
Rolle bzw. deren Flansch dient als ein vorderer Anschlag des
Materials im unmittelbaren Nahbereich des Wickeldorns und
arbeitet nicht als Biegerolle. Der eigentliche Biegevorgang
wird von einer seitlich im Abstand zum Wickeldorn etwa vertikal
stehenden zylindrischen Hülse bewerkstelligt, die in Arbeits-
oder Vorschubrichtung gesehen, hinter dem Material angeordnet
ist. Die Drehachse der Hülse verläuft etwa senkrecht zur etwa
horizontal verlaufenden Längsachse des Wickeldornes, so daß
die als eigentliches Biegewerkzeug arbeitende Hülse bei einem
stangenförmigen Material mit kreisförmigem Querschnitt lediglich
punktuell über eine Mantellinie am Material anliegt. Dies führt
in nachteilhafter Weise bereits bei Vollmaterialien zu einer
Abflachung im Bereich des Einwirkens der als Biegewerkzeug
arbeitenden Hülse.
Mit einer solchen Vorrichtung sind Hohlmaterialien, wie Rohre,
nicht zu wickeln, da das punktuelle Einwirken der Hülse zu einer
Verformung der Querschnittskontur unweigerlich führt.
Ferner nachteilig an dieser Vorrichtung ist, daß das eigentliche
Biegewerkzeug seitlich versetzt von der Stelle ist, an der das
Material an den Wickeldorn angelegt wird. Das bedeutet, das
Material durchläuft eine freie ungeführte Laufstrecke zwischen
seitlich versetzter, als Biegewerkzeug arbeitenden Hülse und
der als Führungsrolle oder vorderer Anschlag dienenden Rolle
in unmittelbarer Nähe des Wickeldorns. Insbesondere beim Biegen
von Hohlmaterialien ist es möglich, daß sich dieses in diesem
nicht geführten freien Laufbereich verformt oder durch Nachfedern
des Materials formverändert.
Ferner ist nachteilig, daß diese Vorrichtung durch die seitlich
versetzte Anordnung des Biegewerkzeuges baulich sehr aufwendig
ist und sperrig baut.
Aus der DD 2 06 632 ist eine Vorrichtung zum Herstellen von
Wendeln aus Bandmaterial bekannt. Auf dem Wickeldorn ist ein
Körper aufgebracht, der eine schraubenlinienförmige Nut aufweist,
die der Schraubenlinie des endfertigen Materials entspricht.
Das Bandmaterial wird in diese schraubenlinienförmige Nut
eingeführt und entsprechend geformt. Mit dieser Vorrichtung
ist nur diese eine Schraubenlinienform des auf den Wickelkörper
aufgebrachten Körpers zu bewerkstelligen.
Aus der DE 34 38 398 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung
bekannt, bei der ein gerades Rohr mit einer Drehvorrichtung
wendelförmig über einen Dorn gewickelt wird. In der Außenfläche
des Dorns ist eine Wendelnut vorhanden, in welche das Rohr beim
Drehen des Dorns mittels Rollen eingedrückt wird. Die Rollen
sind mit einer auf dem Dorn drehfest geführten Vorschubhülse
verbunden.
Nachteilig an einer derartigen Vorrichtung ist, daß mit dieser
Vorrichtung nur eine einzige Art von Wendel hergestellt werden
kann, nämlich diejenige, die der in der Außenfläche des Dorns
vorgesehenen Wendelnut entspricht. Die Vorrichtung ist darüber
hinaus kompliziert aufgebaut, da zum Abnehmen der Wendel vom
Dorn der Dorn in Segmente zerlegbar sein muß, um den Durchmesser
so weit zu reduzieren, daß das fertig gewendelte Rohr überhaupt
vom Dorn abgenommen werden kann.
Aus der DE 23 58 727 B2 ist eine Rohrbiegemaschine mit einem
fliegend angeordneten Biegekopf bekannt. Beim Biegevorgang ist
das rohrförmige Material von zwei gegenüberliegenden Rollen
jeweils etwa um zwei gegenüberliegende Umfangshälften formschlüssig
umfaßt. Damit das Rohr aus der Biegeebene herausgebogen
werden kann, um möglicherweise eine schraubenlinienförmige Form
zu erreichen, muß das Rohr entsprechend abschnittsweise gedreht
werden.
Aus der DE-PS 4 37 939 ist eine Vorrichtung zum Winden von Rohren
in Schraubenform bekannt, bei der der Dorn an seiner Außenfläche
mit einer schraubenförmigen Nut versehen ist, in die das zu
windende Rohr mittels einer Rolle gedrückt wird. Auch hierbei
ist nachteilig, daß nur eine einzige Art an Schraubenlinienform
erzeugt werden kann, die der schraubenförmigen Nut im Dorn
entspricht.
Aus der DE-PS 2 31 836 ist eine Vorrichtung zum Biegen eines
Rohres in eine Schraubenlinie bekannt, wobei das Rohr mittels
einer Biegerolle in einen an seiner Außenseite mit einer
entsprechend konturierten eingeschnittenen Nut versehenen Körper
gedrückt wird. Auch mit dieser Vorrichtung ist nur eine einzige
Art an Schraubenlinie zu erreichen, nämlich die, die der
eingeschnittenen Nut entspricht.
Eine weitere bekannte Technik zum Herstellen von schraubenlinig
förmig gewickelten Rohren ist die sogenannte 3-Rollen-Biegetechnik.
Bei der 3-Rollen-Technik sind drei Rollen in einer
Ebene derart angeordnet, daß deren Rollenachsen parallel
zueinander verlaufen und die Rollenmittelpunkte jeweils an
Ecken eines Dreiecks angeordnet sind. Zwei Rollen dienen als
Gegendruckrollen, die so voneinander beabstandet sind, daß
eine Tangentiallinie, die beide Umfangsflächen der Rollen
berührt, durch die in diese gedachte Tangentiallinie hinein
reichende Umfangskante der Biegerolle "durchgebogen" wird.
Ein Rohr, das zwischen der ersten Gegendruckrolle und der
Biegerolle und dann anschließend zwischen der Biegerolle und
der zweiten Gegendruckrolle durchgeführt wird, erhält die
Form eines Kreisbogens. Da die drei Rollen in einer Ebene
liegen würde, falls genügend Rohrmaterial zwischen den drei
Rollen durchgeschoben wurde, so daß ein gesamter Kreisbogen
entsteht, der Anfang des Rohres wieder auf die erste Gegendruck
rolle stoßen. Um eine Schraubenlinie zu erzeugen, sind in Durchlauf
richtung des Rohres nach der zweiten Gegendruckrolle gesehen,
Ablenkkeile oder Ablenkbleche vorgesehen, die die Schleife
des gebogenen Kreismaterials soweit aus der Rollenebene anheben,
daß das vorderste Ende nicht auf das nachgeschobene Material
stößt. Bei einer solchen Vorrichtung entsteht eine Schraubenlinie
mit eng aneinanderliegenden Schleifen. Sollen die einzelnen
Schleifen der Schraubenlinie in Längsrichtung voneinander beabstandet
sein, so muß in einem zweiten nachfolgenden Bearbeitungsvorgang
die Schraubenlinie auseinandergezogen werden. Dieser Vorgang ist
sehr aufwendig und es ist äußerst schwierig, einen definierten
Abstand zwischen den einzelnen Schleifen der Schraubenlinie zu erhal
ten. Dieser nachträgliche Bearbeitungsvorgang ist sehr schwierig
durchzuführen, da durch die eng aneinanderliegenden Schleifen
der Schraubenlinie es nur sehr schwierig möglich ist, überhaupt ein
Biegewerkzeug anzusetzen, das das Rohrmaterial umgreift.
Ferner ist nachteilig an der Drei-Rollen-Biegetechnik, daß
die Schraubenlinie aus dem Biegewerkzeug herauswächst und daher
besondere Vorkehrmaßnahmen getroffen werden müssen, die Schraubenlinie
formstabil in Stützvorrichtungen aufzunehmen. Wächst die Schraubenlinie
beispielsweise in horizontaler Richtung aus der Biegevorrich
tung, so wird die Schraubenlinie üblicherweise an einer horizontal
verlaufenden Stange aufgelegt. Dabei besteht die Gefahr, daß
an der an sich kreisrunden Schraubenlinie aufgrund der Schwerkraft
eine elliptische oder eiförmige Deformierung stattfindet.
Ferner ist nachteilig, daß diese Biegetechnik bei Schraubenlinien
mit kleinen Radien, bei denen beispielsweise der Radius der
Schleife kleiner ist als der zweifache Rohrdurchmesser, wobei
die Rohrdurchmesser im Bereich von 10 mm liegen, nicht mehr
erfolgreich durchgeführt werden kann.
Ferner ist nachteilig, daß das Material, wie bereits erwähnt,
zwei getrennten, aufeinanderfolgenden Verformungsgängen unter
worfen werden muß, nämlich einmal dem Biegevorgang und an
schließend dem Auseinanderziehvorgang der Schraubenlinie, so daß bei
Produkten, bei denen eine ganz bestimmte vorgegebene Anordnung
verlangt wird, diese Technik nicht zum Erfolg führt. So kann
es beispielsweise möglich sein, daß der lichte Innendurchmesser
einer Schleife, der beim ersten Biegevorgang mit der Drei-Rollen-
Technik noch relativ maßgenau hergestellt werden konnte, beim
anschließenden Ziehen in Längsrichtung der Schraubenlinie wieder
verändert werden kann.
Beim Biegen von Hohlmaterialien, wie Rohre, können Deformie
rungen im Querschnittsbereich auftreten, die das Strömungsbild
einer Flüssigkeit, die die Schraubenlinie durchströmt, verändern.
Eine solche "gequetschte" Stelle kann den Strömungswiderstand
einer Schraubenlinie negativ beeinflussen. Da solche Schraubenlinien, die
von einem Medium durchströmt werden, meist zum Wärmetausch
herangezogen werden, sind dann solchen Fehlstellen, möglicherweise
erhöhter Korrosion, ausgesetzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, daß mit
konstruktiv einfachen Mitteln ein stangenförmiges Material,
insbesondere Hohlmaterialien in Form einer Schraubenlinie
gewickelt werden können, wobei die Außenkonturhaltigkeit des
Materials, insbesondere bei Hohlmaterialien, gewährleistet sein
soll.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Nut
der Rolle derart ausgebildet ist, daß bei an das Material
angelegter Rolle dieses etwa um die Hälfte desjenigen Umfangs
von der Rolle umgriffen ist, der vom Wickeldorn abgewandt ist,
und das Material etwa am Scheitelpunkt der anderen Umfangshälfte
am Wickeldorn liegt, wobei eine nachlaufende Flanke der Nut
das Material hintergreift, daß die Vorschubbewegung CNC-gesteuert
ist, und daß die Rolle als Biegerolle arbeitet.
Durch Vorsehen dieser Form der Nut wird das Material um etwa
die Hälfte dessen Umfangs umgriffen und formhaltig geführt.
Die Biegerolle arbeitet als eigentliches Biegewerkzeug, wobei
dies unmittelbar am Wickeldorn erfolgt, so daß freier Lauf des
Materials nach Verlassen der arbeitenden Rolle mit der Gefahr
von Verformungen ausgeschlossen ist.
Der Außendurchmesser des Wickeldorns legt den lichten Innendurchmesser
der Schraubenlinie fest, so daß ein exakt vorgegebenes
Maß vorhanden ist. Das Vorschieben der arbeitenden Rolle längs
der Längsachse des Wickeldorns führt zu einer genau vorbestimmten
Steigung der Schleifen der Schraubenlinie im Hinblick auf die Wickel
dornlängsachse und auch zu einem genau definierten Abstand
dieser einzelnen Schleifen untereinander. Durch Variation der
Vorschubgeschwindigkeit der Rolle ist es möglich, während
eines einzigen Bearbeitungsvorganges, eine Schraubenlinie zu erzeugen,
die verschieden beabstandete Schleifen bzw. verschiedene Stei
gungen aufweist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, eine
Schraubenlinie zu Beginn, bei großer Vorschubgeschwindigkeit der
Rolle mit weit voneinander beabstandeten Schleifen zu biegen,
anschließend in einem mittigen Bereich durch langsamen Vorschub
der Rolle und entsprechend schneller Drehung des Dorns sehr
eng aneinanderliegende Schleifen mit geringer Steigung zu
erzeugen, und abschließend in einer Endphase eine in axialer
Richtung gedehnte Endschleife zu erzeugen. An den in axialer
Richtung gedehnten Schleifen der Schraubenlinie können dann beispiels
weise einfach zugänglich Werkzeuge für einen weiteren Bearbei
tungsvorgang angelegt werden. Durch die spielfreie Aufnahme
des Materials zwischen der Außenseite des Wickeldorns und der
umlaufenden Ringnut der Rolle, wird das Material unter gleich
bleibenden Biegebedingungen verformt bzw. gezogen, so daß
über die Gesamtlänge der erzeugten Schraubenlinie gleichmäßige Quer
schnitte erhalten werden. Dies ist insbesondere beim Biegen
von Hohlmaterialien, wie Rohren, erstrebenswert, so daß beim
Durchströmen einer Flüssigkeit durch die erzeugte Schraubenlinie
mit verschiedenartigen Schleifensteigungen, dennoch gleiche
Durchströmungsbedingungen, soweit sie vom Innenquerschnitt
des Rohres beeinflußt werden, vorherrschen. Der Einsatz von
CNC-gesteuerten Verschiebevorgängen ermöglicht eine genau
vorherbestimmbare Biegeabfolge mit hoher Maßgenauigkeit, die
bei der Herstellung von Massenwaren reproduzierbare Ergebnisse
ermöglichen. Durch Vorsehen einer Einspannvorrichtung an einem
Ende des Biegedorns können die zu bearbeitenden Materialien
lagegerecht an einem Ende des Wickeldorns fixiert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der
Wickeldorn an einem Ende fest mit einem die Einspannmittel
tragenden Element verbunden.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß beispielsweise bereits
mit einer Biegung versehene Materialien in einer exakt definier
ten Lage zum Wickeldorn eingespannt werden können, so daß der
Übergang von dieser bereits vorhandenen Biegung, zu der durch
die erfindungsgemäße Vorrichtung zu erzeugenden Schraubenlinie exakt
lagedefiniert ist.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Element
als senkrecht stehende Scheibe aufgebildet, von deren Mittel
punkt der Wickeldorn waagrecht vorspringt.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß auf der Scheibe verschieden
artig gestaltete Rohrenden in verschiedenen Drehstellungen
angebracht werden können, d.h. die Relativlage der zu erzeugen
den Schraubenlinie zu einem geraden oder auch bereits vorgebogenen
Ende, kann exakt eingestellt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist die Scheibe mit einem CNC-gesteuerten Antrieb verbunden,
dessen zentrale Steuerung auch den Vorschub der Rolle steuert.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß durch das Zusammenspiel
von Drehgeschwindigkeit des Wickeldorns und Vorschubgeschwindig
keit der Rolle, der Biege- oder Wickelvorgang flexibel an das
jeweilige Material und die gewünschte Form angepaßt werden
kann. Kann ein bestimmtes Material, beispielsweise ein Kupfer
rohr, mit einer bestimmten Geschwindigkeit bestmöglichst verformt
werden, so kann beim Übergang von einem Wickeldorn mit einem
relativ großen Durchmesser auf einen Wickeldorn mit einem
geringen Durchmesser durch Reduzierung der Umdrehungsgeschwin
digkeit die entsprechend günstigsten Bedingungen wieder herge
stellt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist das der Scheibe gegenüberliegende Ende des Wickeldorns in
einer Buchse gelagert, die zum Abnehmen des um den Wickeldorn
umwickelten Materials von diesem Ende wegbewegbar ist.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der Wickeldorn während
eines Bearbeitungsvorganges an beiden Enden gelagert ist.
Nach Beendigung des Wickelvorgangs wird die Buchse wegbewegt,
meist seitlich verschwenkt, so daß nach Lösen der Einspann
mittel die gebogene Schraubenlinie samt den möglicherweise bereits
vorhandenen besonders geformten Enden einfach vom Dorn abgezogen
werden kann.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird
die Rolle von einem Block getragen, der wiederum lösbar von
einem auf einer Gleitschiene längs der Wickeldornachse ver
fahrbaren Schlitten getragen wird.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß durch einfaches Auswechseln
des Blockes mit den entsprechenden Rollen die Vorrichtung
einfach an verschiedene Arbeitsbedingungen angepaßt werden
kann. Durch entsprechend massige Ausbildung des Schlittens
bzw. der Gleitschiene können die beim Biegevorgang auftretenden
Kräfte gleichmäßig verteilt werden. Es kann dann ein auf einem
Maschinenbett verfahrbarer Schlitten mit verschiedenen Blöcken
arbeiten, so daß Umrüstzeiten auf verschiedene Produkte sehr
kurz sind.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung ist die Rolle in radialer Richtung des Wickeldorns
hin und her verschiebbar.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß zum einfachen Einlegen
des zu biegenden Materials zwischen die Rolle und dem Wickeldorn
deren Abstand vergrößert werden kann, bevor dann die Rolle
soweit auf den Wickeldorn zugestellt wird, daß das Material
spielfrei dazwischen aufgenommen ist. Diese Zustellmöglichkeit
ermöglicht auch gewisse Materialtoleranzen zwischen einzelnen
Chargen an zu verarbeitenden Materialien auszugleichen. Es ist
dadurch beispielsweise auch möglich, die Biegerolle jeweils
bis zum Erreichen eines bestimmten Druckes des zwischen Rolle
und Wickeldorn eingespannten Materials zuzustellen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist der Block um eine senkrecht zur Wickeldornachse stehende
Achse fliegend auf dem Schlitten gelagert, so daß die Rollen
achse entsprechend der Verschwenkstellung des Blockes um diese
Achsen unter einem Winkel β zur Wickeldornachse verläuft.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß das Material bereits etwa
entsprechend der Steigung der Windungen der Schraubenlinie schräg
bzw. unter einem Winkel zur Achse des Wickeldorns ver
laufend zugeführt werden kann, so daß das Material sehr schonend
über die innere nachlaufende Flanke der Biegerolle bei deren
Vorschubbewegung gleiten kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Schlitten
über eine parallel zur Wickeldornachse verlaufenden Gewindespindel
verschiebbar, wobei der Vorschub der Gewindespindel über die zentrale
Steuerung veränderbar ist, und dadurch der
Abstand und die Steigung der Windungen der Schraubenlinie einstellbar
sind.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß eine exakt steuerbare
präzise Vorschubbewegung des Schlittens samt Block und Rolle
längs des Wickeldorns erreichbar ist. Auch diese Maßnahme
trägt zur Maßgenauigkeit der resultierenden Schraubenlinie bei.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist beim Biegen von Hohlmaterial, wie Rohre, Bremsleitungen
und Kühlleitungen vorgesehen, im Hohlmaterial einen Stützdorn
anzuordnen, der bis in den Bereich zwischen Rolle und Wickeldorn
reicht.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Hohlkörper unter sehr
genauer Formstabilität, d.h. unter Beibehaltung des kreis
förmigen Querschnittes gebogen werden können. Dadurch können
auch dann ggf. sehr kleine Rohre mit relativ hoher Geschwindig
keit gebogen werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß das
Rohr beim Ziehen zusammenfällt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist die Halterung des Stützdornes mit den die Rollen tragenden
Block fest verbunden.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß gleichzeitig mit der
Verschwenkstellung des fliegend gelagerten Blockes sich auch
die Verschwenkstellung des Stützdornes im Hinblick auf die
Längsachse des Wickeldorns gleichsinnig verändert. Dadurch
ist es dann möglich, bei verschiedenen Steigungswinkeln der
Schraubenlinie jeweils mit hohen Geschwindigkeiten zu arbeiten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
sind im Block in Zuführrichtung vor der Rolle weitere, niveau
gleiche Stützrollen vorgesehen.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß das quer zum Wickeldorn
zugeführte Material exakt geführt zu der die Biegung verur
sachende Rolle transportiert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter
Ausführungsbeispiele in Zusammenhang mit den beiliegenden
Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine ausschnittsweise stark schematisierte Seiten
ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beim
Verarbeiten eines Vollmaterials,
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Draufsicht der
erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Verarbeitung
eines Hohlmaterials in Form eines Rohres, und
Fig. 3 einen stark schematisierten vereinfachten Schnitt
längs der Linie III-III in Fig. 1.
Eine in Fig. 1 bis 3 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung
10 weist ein auf einem festen Grund stehendes Maschinenbett
12 auf, das an seiner Oberseite mit einer Gleitschiene 14
versehen ist.
Auf der Gleitschiene 14 ist ein Schlitten 16 aufgenommen, der
mit einer Gewindespindel 18 verbunden ist. Durch Drehen der
Gewindespindel 18, im folgenden auch kurz als Gewindespindel bezeichnet, um ihre Achse 20 kann der Schlitten 16
mit bestimmter Vorschubgeschwindigkeit längs der Gleitschiene
14, wie dies in Fig. 1 durch einen Pfeil 21 angedeutet ist,
verschoben werden.
Die Spindel 18 ist mit einem hier nicht näher dargestellten
CNC-gesteuerten Antrieb verbunden, so daß der Vorschub des
Schlittens 16 nach einem ganz bestimmten Programmablauf erfolgt.
Auf dem Schlitten 16 ist ein Block 22 aufgenommen, der über
eine etwa rechteckförmige Bodenplatte 24 auf der Oberseite
des Schlittens 16 aufliegt.
Die Bodenplatte 24 ist über hier nicht näher bezeichnete
Schraubverbindungen (siehe Fig. 2) mit dem Schlitten 16 ver
bunden.
Die Schraubverbindung ist dabei derart, daß der Block 22 um
die Schraubverbindung 26, d.h. um deren vertikale Achse ver
schwenkbar ist. Die drei anderen Schraubverbindungen laufen
daher in Langlochöffnungen 28, 28′ und 28′′, deren Form und
Krümmungsradien Kreisbogensegmente von Kreisen um die Schwenk
achse 26 entsprechen. Der Sinn und Zweck dieser fliegenden
Lagerung des Blockes wird später erläutert.
Von der Bodenplatte 24 des Blockes 22 erhebt sich ein Träger
block 30, der mit einer in Draufsicht T-förmigen Aussparung 32
(siehe Fig. 2) versehen ist.
In der T-förmigen Aussparung 32 ist eine T-förmige Gleitführung
34 aufgenommen, deren in Richtung der Spindel 18 aus dem
Trägerblock 30 herausragendes Teil einen U-Träger 36 aufgenommen
enthält.
Die Gleitführung 34 samt damit verbundenem U-Träger 36 sind
höhenverschiebbar im Trägerblock 30 aufgenommen, wie dies in
Fig. 1 durch einen Pfeil 37 angedeutet ist. Die Höhenverschieb
barkeit wird durch hier nicht näher dargestellte hydraulische
Mittel bewerkstelligt.
Im U-Träger 36 ist eine Rolle 38 aufgenommen, deren Welle 39
parallel zur Spindel 18 verläuft. Durch Anheben bzw. Absenken
der Gleitführung 34 kann auch die Rolle 38 angehoben bzw.
abgesenkt werden.
Die Rolle 38 ist mit einer umfänglichen Ringnut 43 versehen,
die ein etwa halbkreisförmiges Profil aufweist.
Oberhalb der Rolle 38 ist ein Wickeldorn 50 angeordnet, der
parallel zur Spindel 18 verläuft und der lotrecht fluchtend
mit der Welle 39 der Rolle 38 ist.
An seinem in der Darstellung von Fig. 1 linken Endbereich 52
ist der Wickeldorn 50 mit einer Scheibe 56 verbunden (siehe
insbesondere auch Fig. 3), wobei die Wickeldornachse 51 durch
den Mittelpunkt der Scheibe 56 geht. Der Wickeldorn 50 steht
dazu senkrecht zur Fläche der Scheibe 56.
Die Scheibe 56 ist auf der Seite, die dem Wickeldorn 50 gegen
überliegt, mit einem hier nicht näher dargestellten Antrieb
verbunden, der ebenfalls, wie zuvor in Zusammenhang mit der
Spindel 18 beschrieben, CNC-gesteuert ist.
Auf der Scheibenfläche, von der der Wickeldorn 50 absteht,
und im Bereich des scheibenseitigen Endbereichs 52 des Wickel
dorns 50 sind Einspannmittel 54 vorgesehen, um das um den
Wickeldorn 50 zu wickelnde Material fest einzuspannen.
Das zu biegende bzw. zu wickelnde Material besteht in der Dar
stellung von Fig. 1 und 3 aus einem Vollmaterial 64, in der
Darstellung von Fig. 2 jedoch aus einem Hohlmaterial 64′,
nämlich einem Rohr.
Die Materialien 64, 64′ sind an ihrem Endbereich 65 bzw. 65′
schon mit Biegungen versehen, so daß die Einspannmittel 54
eine entsprechend darauf abgestimmte Form aufweisen, um dieses
Ende fest auf der Scheibe 56 festzulegen. Dazu sind beispiels
weise Spannbacken 68 und 69 vorgesehen, wobei die Spannbacke
69 über einen Kolben 70 einer auf der Scheibe 56 fest montierten
Kolben-Zylinder-Einheit hin und her bewegbar ist, wie dies in
Fig. 2 und 3 durch einen Doppelpfeil 71 angedeutet ist.
Am der Scheibe 56 gegenüberliegenden Ende 58 ist der Wickeldorn
50 in einer Buchse 59 aufgenommen, so daß der Wickeldorn 50 an
beiden Enden gelagert ist.
Die Buchse 59 ist, wie insbesondere aus Fig. 2 zu entnehmen,
über einen Arm 60 mit einem Schwenkzapfen 61 verbunden. Die
Buchse 59 kann daher um die lotrechte Achse 62 des Schwenk
zapfens 61 aus der in Fig. 2 mit durchgezogenen Linien darge
stellten Stellung, in der das Ende 58 des Wickeldorns 50 in
der Buchse aufgenommen ist, in eine um 90° entgegen dem Uhrzei
gersinn verschwenkte Stellung gebracht werden, wie dies in
Fig. 2 durch einen Pfeil 63 angedeutet ist, wonach sie sich
in der in Fig. 2 mit unterbrochenen Linien angedeuteten Stellung
befindet.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung 10 ist wie folgt:
Ein Ende des zu bearbeitenden Materials 64, 64′ wird in die Einspannvorrichtung 54 auf der Scheibe 56 gebracht und dort fest eingespannt.
Ein Ende des zu bearbeitenden Materials 64, 64′ wird in die Einspannvorrichtung 54 auf der Scheibe 56 gebracht und dort fest eingespannt.
Das Material 64, 64′ verläuft von der Einspannvorrichtung 54
unterhalb des Endbereichs 52 des Wickeldorns 50 hindurch und
verläuft quer zur Wickeldornachse 51 von der Vorrichtung 10
seitlich gerichtet weg (siehe auch Fig. 3).
Der Schlitten 16 befindet sich dabei in seiner, in der Darstel
lung von Fig. 1 möglichst weiten linken Position, d.h. die
Rolle 38 kommt unterhalb des Endes 52 des Wickeldorns 50 zum
Liegen.
Durch Ausfahren der Gleitführung 34 wird die Rolle 38 so weit
angehoben, daß sie sich von unten an das Material 64 bzw.
64′ anlegt. Die Nut 43 umgreift dabei etwa die Hälfte des im
Querschnitt kreisförmigen Materials 64 bzw. 64′. An seinem
höchsten Querschnittsumfangspunkt liegt das Material an einer
in der Darstellung von Fig. 1 unteren Mantellinie 45 des
stabförmigen, im Querschnitt runden Wickeldornkörpers an. Zur
besseren Zuführung des Materials zwischen die Rolle 38 und
den Wickeldorn 50 sind in Zuführrichtung vor der Rolle 38
zwei gleich ausgebildete Stützrollen 40, 41 vorgesehen (siehe
insbesondere Fig. 2 und 3), die niveaugleich zur Rolle 38
angeordnet sind.
Beim eigentlichen Biegevorgang wird die Scheibe 56 in der
Darstellung von Fig. 3 im Uhrzeigersinn verdreht, wie dies
durch einen Pfeil 54 angedeutet ist. Gleichzeitig bewegt die
Spindel 18 den Schlitten 16 samt Block 22 und der darin aufge
nommenen Rolle 18 von der Scheibe 56 weggerichtet längs der
Wickeldornachse 51.
In der Darstellung von Fig. 1 bewegt sich somit die Rolle von
links nach rechts, in der Darstellung von Fig. 3 auf den
Betrachter zu. Durch die Überlagerung der Vorschubbewegung
der Spindel 18 und der Drehbewegung der Scheibe 56 wird das
Material 64, 64′ engliegend um die Außenfläche des Wickeldorns
50 gewickelt, wobei bei gleichbleibender Drehgeschwindigkeit
der Scheibe 56 sowie bei gleichbleibender Vorschubgeschwindig
keit der Spindel 18 eine gleichförmige Schraubenlinie mit gleichblei
bender Steigung und gleichbleibenden Abständen erzeugt.
In der Darstellung von Fig. 1 wurde die Rolle 38 während eines
Zeitabschnittes Δt1 mit einer konstanten Vorschubgeschwindig
keit V1 von links nach rechts bewegt, so daß Schleifen mit
einem Neigungswinkel α zur Wickeldornachse entstanden sind,
die untereinander einen konstanten Abstand S aufweisen.
Ab einem Zeitpunkt t2 wurde eine größere Vorschubgeschwindigkeit
V2 gewählt, wodurch die anschließenden Schleifen der Schraubenlinie
einen geringeren Neigungswinkel aufweisen und größer voneinander
beabstandet sind.
Ist der Biegevorgang in der in Fig. 1 dargestellten Position
beendet, so wird die Gleitführung 34 abgesenkt und der Schlitten
16 verfährt wieder nach links.
Die Buchse 59 wird, wie dies aus Fig. 2 zu entnehmen, entgegen
dem Uhrzeigersinn in die durch unterbrochene Linien angedeutete
Position verschwenkt, so daß die in Fig. 1 erzeugte
Schraubenlinie 67, nach dem die Einspannmittel 54 gelöst wurden, von
der Scheibe 56 weggerichtet vom Wickeldorn 50 abgezogen und
einer weiteren Verarbeitung zugeführt werden können.
Danach wird dieser Vorgang wiederholt.
In der Draufsicht von Fig. 2 ist ein Biegevorgang eines Rohres
dargestellt, der mit der identischen Vorrichtung wie in Fig. 1
und 3 durchgeführt wird.
Damit das Hohlmaterial 64′ unter Beibehaltung eines möglichst
kreisrunden Querschnittes um den Wickeldorn 50 gelegt werden
kann, ist in Zuführrichtung ein Stützdorn 74 eingebracht, der
in der Darstellung von Fig. 2 unten über die Wickeldornlängs
mittelachse 51 hinausreicht, so daß die längere Außenseite
des zu ziehenden Materials 64′ über diesen vorstehenden Dorn
formstabil gezogen wird.
Der Block 22 ist derart verschwenkt, daß die Welle 39 der
Rolle 38 bzw. deren Achse 42 unter einem Winkel β zur Wickel
dornachse 51 verläuft. Durch diese Anstellung der Achse der
Biegerolle 38 kann das Hohlmaterial 64′ reibungsfreier über die
den Biegedruck ausübende Flanke 47 (siehe Fig. 1) der Biege
rolle 38 bewegt werden, d.h. das Rohrmaterial 64′ wird beim
Übergleiten über die Außenkante der Flanke 47 nicht deformiert.
Die Halterung des Stützdornes 74 ist derart mit dem fliegend
gelagerten Block 22 gekoppelt, daß dieser der Verschwenkstellung
des Blockes 22 folgt.
Der Stützdorn 74 wird entsprechend der Vorschubgeschwindigkeit
der Spindel 18 längs des Wickeldorns 50 verfahren.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gleichermaßen zur Biegung
von Schraubenlinien aus Vollmaterialien mit kleinen und großen Schraubendurchmessern
geeignet.
Insbesondere bei Schraubenradien, die geringer sind als das
Zweifache des Rohrdurchmessers, können hervorragende formstabile
Biegeergebnisse erzielt werden.
So können beispielsweise mit der in Fig. 1 bis 3 dargestellten
Vorrichtung Rohre mit 8 mm Außendurchmesser zu Schraubenlinien mit
25 mm Durchmesser exakt und reproduzierbar gebogen werden,
wobei bereits an einem Ende kompliziert geformte Bögen vorhanden
sind. Eine solche Schraubenlinie dient beispielsweise in Kraftfahr
zeugen dazu, warmes Kühlwasser durch eine Scheibenwaschanlage
zu führen, um dadurch die Scheibenwaschflüssigkeit zu erwärmen.
Der Wickeldorn 50 ist lösbar mit der Scheibe 56 verbunden, so
daß je nach lichtem Innendurchmesser der zu erzeugenden Schraubenlinie
ein Wickeldorn mit einem entsprechenden Außendurchmesser
montiert wird.
Claims (13)
1. Vorrichtung zum Biegen von stangenförmigem Material (64,
64′), insbesondere zum Biegen von Hohlmaterialien, bereichsweise
in die Form einer Schraubenlinie (67, 67′),
- - mit einem um seine Achse (51) drehbaren, eine stetige Außenfläche aufweisenden Wickeldorn (50),
- - mit Einspannmitteln (54) zum Festspannen des zu biegenden Materials (64, 64′) an einem Endbereich (52) des Wickeldorns (50),
- - sowie mit einer eine umfängliche Nut (43) bildenden Rolle (38), deren Rollenebene etwa quer zur Achse (51) des Wickeldorns (50) verläuft, wobei die Rolle (38) linear längs der Achse (51) des Wickeldorns (50) programmgesteuert vorschiebbar ist, und wobei durch eine Überlagerung der Drehbewegung des Wickeldorns (50) und der Vorschubbewegung der Rolle (38) das Material (64, 64′) schraubenlinienförmig gewickelt wird, und wobei die Rolle (38) derart vom Wickeldorn (50) in radialer Richtung beabstandet ist, daß das quer zum Wickeldorn (50) zuführbare Material (64, 64′) zwischen der Außenfläche des Wickeldorns (50) und der das Material (64, 64′) teilweise umfänglich umgreifenden Ringnut (43) der Rolle (38) spielfrei aufgenommen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Nut (43) der Rolle (38) derart ausgebildet ist,
daß bei an das Material (64, 64′) angelegter Rolle (38)
dieses etwa um die Hälfte desjenigen Umfangs von der Rolle
(38) umgriffen ist, der vom Wickeldorn (50) abgewandt ist,
und das Material (64, 64′) etwa am Scheitelpunkt der anderen
Umfangshälfte am Wickeldorn (50) liegt, wobei eine nachlaufende
Flanke (47) der Nut (43) das Material (64, 64′)
hintergreift, daß ferner die Vorschubbewegung CNC-gesteuert
ist, und daß die Rolle (38) als Biegerolle arbeitet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wickeldorn (50) an einem Ende (52) fest mit
einem die Einspannmittel (54) tragenden Element (56)
verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Element als senkrecht stehende Scheibe (56)
ausgebildet ist, von deren Mittelpunkt der Wickeldorn
(50) waagrecht vorspringt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Scheibe (56) mit einem CNC-gesteuerten Antrieb
verbunden ist, dessen zentrale Steuerung auch den
Vorschub der Rolle (38) steuert.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das der Scheibe (56) gegenüberliegende Ende
(58) des Wickeldorns (50) in einer Buchse (59) gelagert
ist, die zum Abnehmen des um den Wickeldorn (50) gewickelten
Materials (64, 64′) von diesem Ende (58)
wegbewegbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rolle (38) von einem Block
(22) getragen ist, der wiederum lösbar von einem auf
einer Gleitschiene (14) längs der Wickeldornachse (51)
verfahrbaren Schlitten (16) getragen wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rolle (38) in radialer Richtung des Wickeldorns
(50) hin und her verschiebbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Block (22) um eine senkrecht zur
Wickeldornachse (51) stehende Achse (26) fliegend auf
dem Schlitten (16) gelagert ist, so daß die Rollenachse
(42) entsprechend der Verschwenkstellung des Blockes
(22) um die Achse (26) unter einem Winkel (β) zur
Wickeldornachse (51) verläuft.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schlitten (16) über eine parallel
zur Wickeldornachse (51) verlaufende Gewindespindel (18)
verschiebbar ist, wobei die Drehzahl der Gewindespindel (18)
über eine zentrale Steuerung veränderbar
ist und dadurch der Abstand und die Steigung der Windungen
der Schraubenlinien (67, 67′) einstellbar sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß beim Biegen von Hohlmaterial (64′),
wie Rohre, Bremsleitungen und Kühlleitungen, im Hohlmaterial
(64′) ein Stützdorn (74) vorgesehen ist, der
bis in den Bereich zwischen Rolle (38) und Wickeldorn
(51) reicht.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Halterung des Stützdorns (74) mit dem die Rolle
(38) tragenden Block (22) fest verbunden ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß im Block (22) in Zuführrichtung
des Materials (64, 64′) vor der Rolle (38) weitere, als
niveaugleiche Stützrollen (40, 41) ausgebildete Rollen vorgesehen sind.
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