EP0014461A1 - Biegevorrichtung für Metallrohre - Google Patents
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- EP0014461A1 EP0014461A1 EP80100574A EP80100574A EP0014461A1 EP 0014461 A1 EP0014461 A1 EP 0014461A1 EP 80100574 A EP80100574 A EP 80100574A EP 80100574 A EP80100574 A EP 80100574A EP 0014461 A1 EP0014461 A1 EP 0014461A1
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- pressure piece
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- bending
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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
- B21D7/00—Bending rods, profiles, or tubes
- B21D7/06—Bending rods, profiles, or tubes in press brakes or between rams and anvils or abutments; Pliers with forming dies
- B21D7/063—Pliers with forming dies
Definitions
- the invention relates to a bending device for metal pipes with and without plastic sheathing, in particular for installation pipes, consisting of a segment of a flat cylinder, on the circumference of which a groove defining the bending radius R 1 of the pipe is arranged and which is an abutment for the tangential mounting of the pipe to the groove is assigned, as well as from a lever which can be pivoted concentrically around the segment and on which a thrust piece with a working surface is arranged on an axis parallel to the segment axis and which has an approximately semicircular, concave cross section with the radius R o in a plane running parallel to the axes .
- a pipe bending device with a toroidal pressure piece which forms a rigid unit with an actuating lever.
- this pressure piece cannot be pivoted about a concentric axis of the cylinder segment in one pass by sliding on the tube. Rather, the pressure piece is guided on the edge of the cylinder segment on rails, so that by repeatedly levering the pressure piece around imaginary pivot axes that lie on the rails, the tube is pressed in sections into the groove of the cylinder segment.
- the pressure piece is therefore a type of molding press, the inner shape of which corresponds to the outer shape of the finished bent tube.
- GB-PS 1 384 575 discloses a bending device for the production of additional curvatures on pipes which have already been bent, the principle of which acts as a kind of kinematic reversal of the principle of action of the bending device described at the outset.
- the pressure member is fixedly arranged, and the Zylinderse g ment with the circumferential groove is hydraulically driven, against the thrust piece to pivot.
- the pressure piece is designed in the manner of a gutter, ie it runs straight in the pipe direction. This means that no other effects can be achieved than with the object described at the beginning.
- the pressure piece is formed as an essentially cuboid body made of g e, which on its side facing the tube or the segment has a working surface which is designed as a half-cylinder surface and is complementary to the tube to be bent.
- a working surface is concave, but only in relation to a cross section that lies in a plane that runs parallel to or through the axes of the segment and the pressure piece.
- the surface lines are straight.
- tubes made of soft copper can be easily bent down to a ratio of bending radius R 1 to tube diameter D of approximately 3: 1.
- this applies to installation pipes made of soft copper with outside diameters of 15, 18 or 22 mm, for example, and a wall thickness of 1.0 to 1.5 mm.
- the smallest possible bending radius is aimed at, the bending should be crease-free, but in any case without cracks.
- Another criterion is the lowest possible flattening, ie a deviation from the original circular cross-section of the pipe. In general, a flattening of about 10% of the original pipe diameter is considered tolerable.
- the pressure piece or the slide shoe If the pressure piece or the slide shoe is moved relative to the pipe about the segment axis, the pressure piece adjusts itself essentially to the pipe surface closest to the pressure piece axis in such a way that the jacket lines of the working surface run tangentially to the pipe surface. Due to the unavoidable friction, which can be reduced by lubricants but not eliminated, the pressure piece has a tendency to tilt around its axis, which increases the contact pressure due to the given geometric conditions, although the distance between the axes of the segment and the pressure piece remains unchanged remains. As a result of the considerable ratio, this process takes place on the edge of self-locking, with considerable tensile forces being exerted on the outside fibers of the tube.
- the prior art also includes a bending apparatus of the character described, wherein the pressure piece is constructed as a roller, which is a negative torus, the concave Umcardun ie sisation g of Roll is formed by a half arc. It was surprisingly found that this also does not significantly improve the conditions, apparently because the pipe to be bent bears under the influence of the considerable deformation forces on various diameters on the roller surface, so that a noticeable braking effect is also produced thereby.
- Pipes coated with plastic cannot be processed with the specified bending devices, even with large bending radii, because the sliding shoe peels off the plastic skin, so that the bent pipe would have to be discarded.
- the invention has for its object to provide a bending device of the type described in the introduction, with which pipes made of soft copper as well as hard copper as well as brass and steel pipes with the smallest possible ratio R 1 : D can be bent reliably, with as little flattening as possible and with low power requirements.
- the object is achieved in the bending device specified at the outset according to the invention in that the pressure piece is additionally concave in a plane I-I running perpendicular to the axes.
- this teaching means that the pressure piece is supported on the pipe only with two substantially semicircular lines, or that the center of the pressure piece, which is in the immediate vicinity of the pressure piece axis, is set back with respect to the pipe surface.
- the measure according to the invention in contrast to the deterioration in the conditions to be expected as a result of Hertzian relationships, leads to a significant improvement:.
- pipes made of hard copper, brass and steel with an outer diameter of 18 mm could easily be provided with a bending radius between 45 and 65 mm, whereby a hardness saving of around 30% (under otherwise the same transmission ratios) was observed for hard copper compared to soft copper.
- the pipe surface was perfect and showed no wrinkles. No impression was observed at the site of the abutment either.
- the flattening was between 0.8 and 1.2 mm, i.e. between about 4.5 and 6.7%. This is significantly less than the limit values of 10% of the pipe diameter specified in the relevant processing guidelines.
- a particularly simple to manufacture and effective embodiment of the subject matter of the invention is obtained when the working surface of the pressure piece is designed as a toroidal or toroidal surface, the large radius R 2 being between two and ten times the bending radius R 1 of the tube.
- An optimum saving of force is achieved when the large radius of the torus is between four and six times the bending radius R 1 of the tube, with a certain optimization of the ratios, for example with the ratio R 2 : R 1 at 5: 1, being observed.
- the torus surface set in relation to the circumference of the segment, extends over an angular range " ⁇ " between 40 and 50 degrees, it being expedient to arrange the axis of the pressure piece slightly eccentrically in its longitudinal direction, so that the with the Tube cooperating ends of the pressure piece form lever arms of different lengths, the length of which is designated by "X" and "Y".
- the length "Y" of the lever arm which is furthest away from the segment in the working position can be selected to be about 20-40% shorter or longer than the length "X" of the other lever arm.
- FIG. 1 and 2 show a segment 10 in the form of a flat cylinder which is provided with a circumferential groove 11 which has a semicircular cross section which is complementary to the pipe to be bent. When the tube is bent, it lies in the groove 11 so that it determines the bending radius.
- Two flanges 12 and 13 are formed on both sides of the groove 11, the outer diameter of which corresponds to the bending radius R 1 .
- An axis 14 is arranged concentrically to the groove 11 in the segment 10, which is surrounded by two hub parts 15 and 16, which protrude slightly on both sides of the segment 10 beyond its boundary surfaces.
- the segment 10 has arisen in that a smaller part has been removed on one side to form a flat stop surface 17.
- part of the flanges 12 and 13 was additionally removed along a flat surface, each but so that the bottom of the groove 11 remained unaffected.
- a base plate 20 is clamped against the stop surface 17 by means of a screw 19, which on its underside protrudes noticeably beyond the segment 10 and the axis 14 and there has a clamping surface 21 of reduced thickness for clamping the device in a vice.
- the base plate 20 contains a recess 22 which extends over the entire height of the segment 10 and is delimited on one side by an inclined surface 23 which merges approximately tangentially into the groove base.
- the recess 22 ' is on the opposite side with a Abutment 24 provided which forms a semicircular cutout 25 with a projection 26.
- the position and shape of the abutment 24 are such that a tube 27 according to FIG. 1 can be inserted into the cutout 25 and into the groove 11 such that it extends tangentially to the groove base and perpendicular to the stop surface 17.
- the point of contact of the tangent lies in a plane E1, which runs parallel to the axis 14 and to the stop surface 17.
- a forked lever 28 can be pushed onto the axis 14 in the radial direction, namely by means of a slot 29 which is adapted to the axis 14.
- the lever 28 has two legs 28a and 28b which encompass the segment 10 and the tube 27. Between the legs 28a and 28b there is also a pressure piece 30 which is pivotable on an axis 31 parallel to the axis 14 and has a working surface 32 which is semicircular in cross section, ie in a plane which is parallel to the axes 14 and 31 is trained.
- the pressure piece or the working surface is additionally concave in a plane running perpendicular to the axes 14 and 31, which is designated by 1-1 in FIG.
- a torus is a tubular ring-shaped mathematical body, which is rotated by a circle around a axis that lies in its plane and does not intersect it. It goes without saying that even slight deviations from the mathematically exact definition are permissible.
- the working surface 32 is arranged on a long side of the otherwise cuboidal pressure piece 30, the ends of the toroidal surface being well rounded at the transition points A and B into the end faces 33 and 34 .
- the lines of intersection of the torus surface with the end faces 33 and 34 are semi-circles, neglecting the rounding, which correspond to the cross section of the pressure piece 30 along the axis 31.
- the length and arrangement of the pressure piece 30 in the lever 28 are made according to FIG. 1 so that in the starting position the one transition point A lies essentially in the plane E 1 , which runs perpendicular to the tube 27 and radially to the segment axis 14.
- the other transition point B lies in a plane E2, which likewise runs radially to the segment axis 14, but encloses an angle of 45 degrees with the plane E 1 .
- the pressure piece 30, which can also be referred to as a sliding shoe, rests on the (semicircular) transition points A and B on the tube 27 when only a slight force is exerted on the lever 28 in the clockwise direction.
- a handle bar 35 through which the lever 28 is extended approximately four to five times (not shown).
- FIG. 5 shows a bending device which is largely the same, in which the working surface of the pressure piece 30 1 is composed of partial surfaces, namely three rollers 39 1 ; 39 2 and 39 3 with a half, hollow toroidal cross section.
- the working surface of the pressure piece 30 1 is composed of partial surfaces, namely three rollers 39 1 ; 39 2 and 39 3 with a half, hollow toroidal cross section.
- the two outer rollers 39 1 and 39 3 rest against the (straight) tube 27 with linear contact.
- the penetration points of the semicircular lines of contact through the plane of the drawing are highlighted by two small circles; These are the analog transition points A and 8 according to FIG. 1.
- the rollers are arranged on axes 31 1 , 31 2 and 31 3 , which run parallel to the axis 14 of the segment 10.
- the central axis 31 2 is at the same time the axis through which the pressure piece 30 1 is pivotally mounted in the lever 28, here also largely matching the object of FIG. 1.
- the pressure piece 30 1 consists of a U-shaped profile, the legs of which are penetrated by said axes 31 1 , 31 2 and 31 3 .
- the central roller 39 2 is offset to the outside with respect to the two external rollers 39 1 and 39 3 with respect to the segment axis 14.
- This offset has such a dimension that a circle tangent to the rollers in the cutting plane shown has a radius which lies between the one to eighteen times the bending radius R 1 of the tube 27, preferably between four to six times the bending radius R 1 of the tube .
- FIG. 1 A section from FIG. 1 is shown in FIG.
- the upper part of the segment 10 can be seen with the groove 11 and the stop surface 17 to which the base plate 20 is clamped by means of the screw 15.
- the tube 27 is inserted; to this extent there is complete agreement with FIG. 1.
- a retaining device 40 is arranged on the side of the base plate 20 or the abutment 24 opposite the segment 10. This consists of a pawl 41, the appearance of which is illustrated by FIG. 7.
- the pawl 41 is made of a plate and can be pivoted in a plane that runs parallel to the base plate 20 carrying the abutment 24.
- the clear distance between the base plate 20 and the pawl 41 has the dimension "s". In practice, this dimension "s" can be between half and several pipe diameters.
- the pawl 41 is pivotable about an axis 42 which is formed by a screw 43 which is screwed to the base plate 20. The distance between the base plate and the pawl 41 is maintained by a spacer sleeve 43, the screw connection being made in such a way that the pawl 41 is freely rotatable on the screw 43.
- the axis 42 runs parallel to the longitudinal axis of the tube 27.
- the pawl 41 has a bore 44 for the insertion of the screw 43, an actuating lever 45 and a pawl nose 46, the inner surface 47 of which extends essentially concentrically to the central axis of the bore 44 and thus to the pivot axis.
- a low eccentricity ensures that an increasing transverse force is exerted on the tube 27 when the actuating lever 45 is pressed down in the direction of the arrow 48. Due to this transverse force, the tube 27 is pressed away from the segment 10 into the cutout 25 of the abutment 24.
- the pawl 41 practically completely prevents both the elastic transverse movement of the tube and the slipping, so that the tube does not undulate in any case. Due to the spacer sleeve 43 or the distance "s", the pawl 41 generates a bending moment on the tube 27 which is opposite to the elastic deflection and which holds the tube 27 in the predetermined position in the groove 11. In this way, lateral movement of the tube 27 out of the groove 11 is largely eliminated, so that the flattening of the tube to an oval cross section, which otherwise occurs during bending and is not prevented by the flanges 12 or 13 (FIG. 2), is largely prevented.
- the additional device according to FIGS. 6 and 7 ensures through its interaction with the other parts of the device that the quality of the bent tube is additionally improved.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Biegevorrichtung für Metallrohre mit und ohne Kunststoffummantelung, insbesondere für Installationsrohre, bestehend aus einem Segment eines flachen Zylinders, auf dessen Umfang eine den Biegeradius R1 des Rohres bestimmende Nut angeordnet ist und dem ein Widerlager für die tangentiale Halterung des Rohres zur Nut zugeordnet ist, sowie aus einem konzentrisch um das Segment schwenkbaren Hebel, an dem auf einer zur Segmentachse parallen Achse ein Druckstück mit einer Arbeitsfläche angeordnet ist, die in einer parallel zu den Achsen verlaufenden Ebene einen etwa halbkreisförmigen, konkaven Querschnitt mit dem Radius Ro aufweist.
- Durch die US-PS 2 820 504 ist eine Rohrbiegevorrichtung mit einem torusförmigen Druckstück bekannt, welches mit einem Betätigungshebel eine starre Einheit bildet. Dieses Druckstück ist beim Biegevorgang nicht um eine konzentrische Achse des Zylindersegments in einem Durchgang unter Ausführung einer Gleitbewegung auf dem Rohr schwenkbar. Vielmehr wird das Druckstück auf dem Rand des Zylindersegments auf Schienen geführt, so daß durch mehrfaches Hebeln des Druckstücks um gedachte Schwenkachsen, die auf den Schienen liegen, das Rohr abschnittweise in die Nut des Zylindersegments hineingedrückt wird. Das Druckstück ist also eine Art Formpresse, dessen innere Form der äußeren Form des fertig gebogenen Rohres entspricht. Mit der bekannten Vorrichtuna sind absolut glatte Biegungen nicht zu erzielen, vielmehr sind Abdrücke des Druckstücks in regelmäßigen Abständen auf der Rohroberfläche zu sehen.
- Durch die GB-PS 1 384 575 ist eine Biegevorrichtung für die Herstellung zusätzlicher Krümmungen an bereits gebogenen Rohren bekannt, deren Wirkungsprinzip eine Art kinematische Umkehrung des Wirkungsprinzips der eingangs beschriebenen Biegevorrichtung darstellt. Hierbei ist das Druckstück ortsfest angeordnet, und das Zylindersegment mit der Umfangsnut ist, hydraulisch angetrieben, gegenüber dem Druckstück schwenkbar. Das Druckstück ist jedoch nach Art einer Dachrinne ausgeführt, d.h. es verläuft in Rohrrichtung geradlinig. Damit sind keine anderen Wirkungen zu erzielen, als mit dem eingangs beschriebenen Gegenstand auch.
- Durch die US-PS 3 410 125 ist gleichfalls eine Biegevorrichtung mit einem Zylindersegment und einer Umfangsnut vorbekannt, die sich gegenüber einem zweiteiligen Druckstück um die Achse des Zylindersegments verschwenken lassen. Hierbei zieht das Druckstück das Rohr in die Umfangsnut hinein. Auch hierbei ist das Druckstück in Längsrichtung des Rohres geradlinig ausgebildet, da aus ihm das zunächst gestreckte Rohr herausgezogen wird. Auch hiermit ist keine andere Wirkung zu erzielen, als mit dem eingangs beschriebenen Gegenstand auch.
- Auch bei den eingangs beschriebenen Biegevorrichtungen ist das Druckstück als im wesentlichen quaderförmiger Körper ausge-bildet, der auf seiner dem Rohr bzw. dem Segment zugekehrten Seite eine Arbeitsfläche aufweist, die als Halbzylinderfläche ausgebildet und zu dem zu biegenden Rohr komplementär ist. Eine derartige Fläche ist konkav, aber nur im Bezug auf einen Querschnitt, der in einer Ebene liegt, die parallel zu den bzw. durch die Achsen von Segment und Druckstück verläuft. Die Mantellinien sind geradlinig.
- Mit einer derartigen Biegevorrichtung lassen sich Rohre aus Weichkupfer bis hinab zu einem Verhältnis von Biegeradius R1 zu Rohrdurchmesser D von etwa 3:1 ohne weiteres biegen. Dies gilt jedenfalls für Installationsrohre aus Weichkupfer mit Außendurchmessern von beispielsweise 15, 18 oder 22 mm und einer Wandstärke von 1,0 bis 1,5 mm. Im Installationswesen wird ein möglichst kleiner Biegeradius angestrebt, wobei die Biegung faltenfrei, auf jeden·Fall aber ohne Risse erfolgen soll. Ein weiteres Kriterium ist eine möglichst geringe Abplattung, d.h. eine Abweichung vom ursprünglichen Kreisquerschnitt des Rohres. Im allgemeinen gilt eine Abplattung von etwa 10 % des ursprünglichen Rohrdurchmessers als tolerierbar.
- Fereits beim Biegen von Rohren aus Weichkupfer mittels der bekannten Biegevorrichtuna war ein erheblicher Kraftaufwand erforderlich, dessen Größe natürlich durch die Länge eines Handhebels und/oder durch ein Übersetzungsgetriebe beeinflußt werden konnte. Dieser Kraftaufwand hinterließ aber bereits Spuren am gebogenen Rohr, beispielsweise im Hinblick auf die bereits genannte Abplattung und im Hinblick auf sichtbare Eindrücke an der Stelle, an der das Rohr am Widerlager anliegt. Der hohe Kraftbedarf läßt sich etwa wie folgt erklären : in der Aus- gangsstellung von Biegevorrichtung und (geradem) Rohr liegt die Achse des Druckstücks, welches auch als Gleitschuh bezeichnet wird, in einer Ebene, die im wesentlichen senkrecht zur Rohr- und Segmentachse verläuft. Wird nun das Druckstück bzw. der Gleitschuh gegenüber dem Rohr um die Segmentachse bewegt, so stellt sich das Druckstück im wesentlichen so zu der der Druckstückachse am nächsten liegenden Rohroberfläche ein, daß die Mantel Linien der Arbeitsfläche tangential zur Rohroberfläche verlaufen. Aufgrund der unvermeidbaren Reibung, die durch Gleitmittel zwar gemindert, aber nicht aufgehoben werden kann, hat das Uruckstück die Tendenz, um seine Achse zu kippen, wodurch aufgrund der gegebenen geometrischen Verhältnisse der Anpressdruck vergrößert wird, obwohl der Abstand der Achsen von Segment und Druckstück unverändert bleibt. Infolge des beträchtlichen Obersetzungsverhältnisses spielt sich dieser Vorgang am Rande der Selbsthemmung ab, wobei erhebliche Zugkräfte auf die aussenliegenden Fasern des Rohres ausgeübt werden. Es kann angenommen werden, daß sowohl diese Zugkräfte als auch der verstärkte Anpressdruck des Druckstücks die Ursache für die verhältnismässig große Abplattung des Rohrquerschnitts bei Weichkupfer sind. Diese Abplattung ist nahezu unvermeidbar, obwohl sowohl die Umfangsnut im Segment als auch die Arbeitsfläche im Druckstück komplementär zum Rohr ausgebildet sind.
- Zum Stande der Technik gehört auch eine Biegevorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung, bei der das Druckstück als Rolle ausgebildet ist, die einen negativen Torus darstellt, d.h. die konkave Umdrehungsfläche der Rolle wird durch einen halben Kreisbogen gebildet. Es wurde überraschend festgestellt, daß auch hierdurch die Verhältnisse nicht wesentlich verbessert werden, offenbar deswegen, weil das zu biegende Rohr unter dem Einfluß der erheblichen Verformungskräfte auf verschiedenen Druchmessern an der Rollenoberfläche anliegt, so daß auch hierdurch wieder eine spürbare Bremswirkung erzeugt wird.
- Sobald die Rohre aus Weichkupfer durch Rohre aus Hartkupfer, Messing oder Stahl ersetzt werden, haben sich die Biegevorrichtungen mit den bekannten Druckstücken bei den geforderten kleinen Biegeradien als überhaupt nicht brauchbar erwiesen. Rohre aus Hartkupfer, d.h. solche Rohre, die unmittelbar aus dem Ziehvorgang des Herstellerwerks kommen, werden von Installateuren gern verwendet, weil sie eine größere Festigkeit haben und ausserdem noch preiswerter sind. Sobald ein Rohr aus Hartkupfer in eine der BiegevorrichtUngen eingesetzt wird, die für Rohre aus Weichkupfer ohne weiteres verwendbar sind, stellt sich ein ausserordentlich großer Kraftbedarf ein, der bereits nach einer geringfügigen Biegung des Rohres von etwa 10 bis 15 Grad zu einem deutlich sichtbaren Fließen des Kupfers und dann zu einem abrupten Einreißen des Rohres auf der Aussenseite führt. Ähnliche Verhältnisse stellen sich bei Messing-und Stahlrohren ein. Verhältnisse R1: D von 3:1, ja sogar von 5:1, lassen sich auf diese Weise nicht erreichen. Mit Kunststoff ummantelte Rohre lassen sich mit den angegebenen Biegevorrichtungen auch bei großen Biegeradien nicht verarbeiten, weil der Gleitschuh die Kunststoffhaut abschält, so daß das gebogene Rohr verworfen werden müßte.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Biegevorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit der sowohl Rohre aus Weichkupfer als auch aus Hartkupfer sowie Messing- und Stahlrohre mit einem möglichst kleinen Verhältnis R1: D zuverlässig, mit möglichst geringer Abplattung und bei kleinem Kraftbedarf gebogen werden können.
- Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs angegebenen Biegevorrichtung erfindungsgemäß dadurch, daß das Druckstück in einer senkrecht zu den Achsen verlaufenden Ebene I-I zusätzlich konkav ausgebildet ist. Diese Lehre bedeutet im Hinblick auf ein ungebogenes Rohr, daß sich das Druckstück nur mit zwei im wesentlichen halbkreisförmigen Linien auf dem Rohr abstützt, bzw., daß die Mitte des Druckstücks, die in unmittelbarer Nähe von der Druckstückachse liegt, gegenüber der Rohroberfläche zurückgesetzt ist.
- Es wurde überraschend gefunden, daß durch die erfindungsgemäße Maßnahme im Gegensatz zu der aufgrund der Hertz'schen Beziehungen an sich zu erwartenden Verschlechterung der Verhältnisse eine wesentliche Verbesserung eintritt : . so konnten beispielsweise Rohre aus Hartkupfer, Messing und Stahl mit einem Außendurchmesser von 18 mm ohne weiteres mit einem Biegeradius zwischen 45 und 65 mm versehen werden, wobei bei Hartkupfer gegenüber Weichkupfer noch eine Kraftersparnis von rund 30 % (unter sonst gleichen übersetzungsverhältnissen) beobachtet wurde. Die Rohroberfläche war einwandfrei und wies keinerlei Falten auf. Auch an der Stelle des Widerlagers war kein Eindruck zu beobachten. Die Abplattung lag zwischen 0,8 und 1,2 mm, d.h. zwischen etwa 4,5 und 6,7 %. Dies ist deutlich weniger als die in einschlägigen Verarbeitungsrichtlinien angegebenen Grenzwerte von 10 % des Rohrdurchmessers.
- Ein besonders einfach herzustellendes und wirksames Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird dann erhalten, wenn die Arbeitsfläche des Druckstücks als Torus-oder Toroidfläche ausgebildet ist, wobei der große Radius R2 zwischen dem Zwei- bis Zehnfachen des Biegeradius R1 des Rohres liegt. Ein Optimum an Kraftersparnis wird dann erreicht, wenn der große Radius des Torus zwischen dem Vier- und Sechsfachen des Biegeradius R1 des Rohres liegt, wobei eine gewisse Optimierung der Verhältnisse etwa beim Verhältnis R2 : R1 bei 5:1 beobachtet werden kann.
- In ganz besonders zweckmäßiger Weise erstreckt sich die Torusfläche, in Bezug zum Umfang des Segments gesetzt, über einen Winkelbereich "α" zwischen 40 und 50 Grad, wobei es zweckmäßig ist, die Achse des Druckstücks in dessen Längsrichtung geringfügig außermittig anzuordnen, damit die mit dem Rohr zusammenwirkenden Enden des Druckstücks unterschiedlich lange Hebelarme bilden, deren Länge mit "X" und "Y" bezeichnet wird. Je nach den Verformungseingenschaften des Rohres kann dabei die Länge "Y" desjenigen Hebelarms, der in Arbeitsstellung vom Segment am weitesten entfernt ist, um etwa 20 - 40 % kürzer oder länger ausgewählt werden, als die Länge "X" des anderen Hebelarms. Wenn "Y" kürzer ist als "X" ist der Anpressdruck der dem Segment am nächsten liegenden Kante des Druckstücks geringfügig kleiner als am entgegengesetzten Ende des Druckstücks, so daß das Druckstück auf dem Rohr noch leichter gleitet. Selbstverständlich hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die mit dem Rohr in Berührung stehenden Enden des Druckstücks bzw. der Torusfläche gut abzurunden, wobei es sich gezeigt hat, daß bereits ein Kantenradius von 0,5 mm ausreichend ist. Die Abrundung begünstigt das Gleiten aufgrund einer Keilwirkung für das in der Regel angewandte Schmier- und Gleitmittel.
- Im Hinblick auf das Biegen von mit Kunststoff ummantelten Metallrohren, insbesondere von Stahlrohren, hat es sich als besonders zweckmässig erwiesen, das Druckstück aus einem mechanisch hoch beanspruchbaren Kunststoff herzustellen, wie beispielsweise Polyamid. Zur Erhöhung. der mechanischen Festigkeit dieses Materials ist es besonders zweckmässig, den Kunststoff mit Glasfasereinlagen zu versehen, oder Metalleinlagen einzubetten, die vorzugsweise in Längsrichtung des Druckstücks ausgerichtet sind. Ganz besonders zweckmässig ist es hierbei, einen Kunststoff zu verwenden, der entweder von Natur aus gute Gleiteigenschaften hat oder mit Gleitmitteln versehen ist.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes und deren Vorzüge gehen aus den übrigen Unteransprüchen hervor. Dies gilt insbesondere für die Dir ' mensionierung der Länge sowie für die geometrische Anordnung des Druckstücks im Hebel, die leichter verständlich im Zusammenhang mit den Figuren erläutert werden.
- Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 7 näher beschrieben.
- Es zeigen :
- Fig. 1 einen Horizontalschnitt durch eine vollständige Biegevorrichtung mit eingesetztem Rohr in Ausgangsstellung (ausgezogen) sowie in einer Zwischenstellung (strichpunktiert) bei der Herstellung eines Rohrkrümmers von 90 Grad, und zwar entlang der Symmetrieebene I-I in Fig. 2,
- Fig. 2 eine Draufsicht auf den Gegenstand von Fig.l in Richtung des Pfeils II, wobei der das Segment und das Druckstück umgreifende, gegabelte Hebel im Bereich der Lagerstellen der Achsen teilweise geschnitten ist,
- Figur 3 eine perspektivische Ansicht des Druckstücks in vergrößertem Maßstab,
- Figur 4 eine Draufsicht auf einen fertigen Rohrkrümmer zur Erläuterung der für die Beurteilung wichtigen krit- ischen Abmessungen,
- Figur 5 einen Schnitt analog Figur 1 durch eine Variante bei der das Druckstück mit Rollen ausgestattet ist,
- Figur 6 einen Teilausschnitt aus Figur 1 mit einer Zusatzeinrichtung für größere Rohrdurchmesser, und
- Figur 7 eine Seitenansicht der Zusatzeinrichtung nach Fig. 6.
- In den Figuren 1 und 2 ist ein Segment 10 in Form eines flachen Zylinders dargestellt, welches mit einer umlaufenden Nut 11-versehen ist, die einen halbkreisförmigen Querschnitt hat, der zu dem zu biegenden Rohr komplementär ist. Beim Biegen des Rohres legt sich dieses in die Nut 11 hinein, so daß diese den Biegeradius bestimmt. Beiderseits der Nut 11 werden zwei Flansche 12 und 13 gebildet, deren Außendurchmesser mit dem Biegeradius R1 übereinstimmt. Konzentrisch zur Nut 11 ist im Segment 10 eine Achse 14 angeordnet, die von zwei Nabenteilen 15 und 16 umgeben ist, die auf beiden Seiten des Segments 10 geringfügig über dessen Begrenzungsfkächen hinausragen.
- Das Segment 10 ist dadurch entstanden, daß auf einer Seite unter Bildung einer ebenen Anschlagfläche 17 ein kleinerer Teil entfernt worden ist. An einer Umfangsstelle 18 wurde zusätzlich ein Teil der Flanschen 12 und 13 entlang einer ebenen Fläche entfernt, jedoch so, daß der Grund der Nut 11 unberührt blieb. Gegen die Anschlagiläche 17 ist mittels einer Schraube 19 eine Basisplatte 20 verspannt, die an ihrer Unterseite merklich über das Segment 10 und die Achse 14 hinausragt und dort eine in der Dicke abgesetzte Spannfläche 21 für das Einspannen der Vorrichtung in einen Schraubstock besitzt. Die Basisplatte 20 enthält eine Ausnehmung 22, die sich über die gesamte Höhe des Segments 10 erstreckt und auf einer Seite durch eine schräge Fläche 23 begrenzt ist, die in etwa tangential in den Nutengrund übergeht.Auf der gegenüberliegenden Seite ist die Ausnehmung 22'mit einem Widerlager 24 versehen, welches einen halbkreisförmigen Ausschnitt 25 mit einem Vorsprung 26 bildet. Lage un.d Form des Widerlagers 24 sind in der Weise getroffen, daß ein Rohr 27 gemäß Fig.1 so in den Ausschnitt 25 und in die Nut 11 eingesetzt werden kann, daß es tangential zum Nutengrund und senkrecht zur Anschlagfläche 17 verläuft. Der Berührungspunkt der Tangente liegt in einer Ebene E1, die durch die Achse 14 und zur Anschlagfläche 17 parallel verläuft.
- Auf die Achse 14 ist ein gegabelter Hebel 28 in radialer Richtung aufschiebbar, und zwar mittels je eines Schlitzes 29, der der Achse 14 angepaßt ist. Der Hebel 28 besitzt zwei Schenkel 28a und 28b, die das Segment 10 und das Rohr 27 umgreifen. Zwischen den Schenkeln 28a und 28b ist ausserdem ein Druckstück 30 angeordnet, welches auf einer zur Achse 14 parallelen Achse 31 schwenkbar ist und eine Arbeitsfläche 32 aufweist, die im Querschnitt, d.h. in einer Ebene, die zu den Achsen 14 und 31 parallel verläuft, halbkreisförmig ausgebildet ist. Wie aus Fig. 1 zusätzlich hervorgeht, ist das Druckstück bzw. die Arbeitsfläche zusätzlich in einer senkrecht zu den Achsen 14 und 31 verlaufenden Ebene, die in Fig.2 mit 1-1 bezeichnet ist, konkav ausgebildet, und zwar bildet die Arbeitsfläche 32 eine Torusfläche, deren großer Radius R2 dem Fünffachen des Biegeradius R1 entspricht. Der kleine Radius R der Torusfläche entspricht dabei dem Radius des Rohres 27. Der Mittelpunkt des großen Radius R2 liegt noch um ein erhebliches Maß ausserhalb des linken Bildrandes in Fig. 2. Ein Torus ist ein schlauchringförmiger mathematischer Körper, der durch Drehung eines Kreises um eine in seiner Ebene liegende, ihn nicht schneidende Achse entsteht. Es versteht sich, daß auch geringe Abweichungen von der mathematisch exakten Definition zulässig sind.
- Wie aus den Figuren 1 und 2, insbesondere aber aus Figur 3 hervorgeht, wird die Arbeitsfläche 32 auf einer Langseite des im übrigen quaderförmigen Druckstücks 30 angeordnet, wobei die Enden der Torusfläche an den übergangsstellen A und B in die Stirnseiten 33 und 34 gut abgerundet sind. Die Schnittlinien der Torusfläche mit den Stirnseiten 33 und 34 sind - unter Vernachlässigung der Abrundung - Halbkreise, die dem Querschnitt des Druckstücks 30 entlang der Achse 31 entsprechen.
- Länge und Anordnung des Druckstücks 30 im Hebel 28 sind dabei gemäß Figur 1 so getroffen, daß in der Ausgangsstellung die eine übergangsstelle A im wesentlichen in der Ebene E1 liegt, die senkrecht zum Rohr 27 und radial zur Segmentachse 14 verläuft. Die andere Obergangsstelle B liegt in einer Ebene E2, die gleichfalls radial zur Segmentachse 14 verläuft, aber mit der Ebene E1 einen Winkel von 45 Grad einschließt. In dieser Ausgangsstellung liegt das Druckstück 30, welches auch als Gleitschuh bezeichnet werden kann, an den (halbkreisförmigen) übergangsstellen A und B am Rohr 27 an,wenn nur eine geringe Kraft auf den Hebel 28 im Uhrzeigersinne ausgeübt wird. Zur Betätigung des Hebels 28 von Hand ist dieser mit einer Griffstange 35 versehen, durch die der Hebel 28 etwa auf das Vier- bis Fünffache verlängert wird (nicht dargestellt).
- Sobald auf den Hebel 28 im Uhrzeigersinne eine größere Kraft ausgeübt wird, beginnt das Druckstück 30 auf dem Rohr 27 zu gleiten und dieses in die Nut 11 hinein zu biegen. Nach einem Schwenkwinkel des Hebels 28 von etwa 70 Grad ist die in Figur 1 strichpunktiert wiedergegebene Stellung erreicht, in Bezug auf welche die Bezugszeichen mit einem (' ) versehen sind. Es ist zu erkennen, daß hierbei die Stirnseite 33' eine im wesentlichen radiale Stellung zur Segmentachse 14 beibehalten hat. Der nach Vollendung des Weges des Hebels 28 um weitere 20 Grad erzeugte Rohrkrümmer ist- ausschnittweise in Figur 4 dargestellt, aus der auch die Dimensionen R1 und Do zu ersehen sind.
- Aus Figur 3 ist noch zu ersehen, daß innerhalb des Druckstücks 30 eine Bohrung 36 für die Achse 31 ange-ordnet ist, die zwischen den beiden Stirnseiten 33 und 34 außermittig angeordnet ist, wobei die Abstände bzw. Hebelarme X und Y gebildet werden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel betrug das Verhältnis X:Y = 44:35. Zu Figur 3 wäre noch nachzutragen, daß das Aussehen der Torusförmigen Arbeitsfläche 32, die auf beiden Seiten von Flanschsektoren 37 und 38 begrenzt ist, übertrieben dargestellt ist, um die Anschaulichkeit zu verbessern.
- In Figur 5 ist eine weitgehend wirkungsgleiche Biegevorrichtung dargestellt, bei der'die Arbeitsfläche des Druckstücks 301 sich aus Teilflächen zusammensetzt, nämlich aus drei Rollen 391; 392 und 393 mit halbem, hohltorusförmigem Querschnitt. Bei der Darstellung in Figur 5, die derjenigen in Figur 1 weitgehend entspricht, liegen nur die beiden außenliegenden Rollen 391 und 393 unter linienförmiger Berührung an dem (geraden) Rohr 27 an.
- Die Durchdringungspunkte der halbkreisförmigen Berührungslinien durch die Zeichenebene sind durch zwei kleine Kreise hervorgehoben; es handelt sich um die analogen Übergangsstellen A und 8 gemäß Figur 1. Die Rollen sind auf Achsen 311, 312 und 313 angeordnet, die zur Achse 14 des Segments 10 parallel verlaufen. Die mittlere Achse 312 ist gleichzeitig diejenige Achse, durch welche auch das Druckstück 301 im Hebel 28 schwenkbar gelagert ist, wobei auch hier weitgehend Obereinstimmung mit dem Gegenstand von Figur 1 gegeben ist. Im vorliegenden Falle besteht das Druckstück 301 aus einem U-förmigen Profil, dessen Schenkel von den genannten Achsen 311, 312 und 313 durchdrungen werden.
- Sofern - wie in Figur 5 dargestellt - drei Rollen verwendet werden, ist die mittlere Rolle 392 gegenüber den beiden außenliegenden Rollen 391 und 393 in Bezug auf die Segmentachse 14 nach außen versetzt angeordnet. Dieser Versatz hat ein solches Maß, daß ein die Rollen in der gezeigten Schnittebene tangierender Kreis einen Radius besitzt, der zwischen dem wei- bis ehnfachen des Biegeradius R1 des Rohres 27 liegt, vorzugsweise zwischen dem Vier- bis Sechsfachen des Biegeradius R1 des Rohres.
- In Figur 6 ist ein Ausschnitt aus Figur 1 dargestellt. Zu erkennen ist der obere Teil des Segments 10 mit der Nut 11 und der Anschlag-fläche 17, an die mittels der Schraube 15 die Basisplatte 20 verspannt ist. Diese enthält die Ausnehmung 22 und das Widerlager 24, welches mit dem halbkreisförmigen Ausschnitt 25 versehen ist. In den Ausschnitt 25 ist das Rohr 27 eingelegt; insoweit besteht vollständige Obereinstimmung mit Figur 1. Darüberhinaus ist auf der dem Segment 10 gegenüberliegenden Seite der - Basisplatte 20 bzw. des Widerlagers 24 eine Rückhaltevorrichtung 40 angeordnet. Diese besteht aus einer Klinke 41, deren Aussehen durch die Figur 7 verdeutlicht wird. Die Klinke 41 ist aus einer Platte hergestellt und in einer Ebene schwenkbar, die zu der das Widerlager 24 tragenden Basisplatte 20 parallel verläuft. Der lichte Abstand zwischen der Basisplatte 20 und der Klinke 41 hat das Maß "s". Dieses Maß "s" kann in der Praxis zwischen dem halben und mehreren Rohrdurchmessern liegen. Die Klinke 41 ist um eine Achse 42 schwenkbar, die durch eine Schraube 43 gebildet wird, die mit der Basisplatte 20 verschraubt ist. Der Abstand zwischen Basisplatte und Klinke 41 wird durch eine Distanzhülse 43 eingehalten, wobei die Verschraubung in der Weise getroffen ist, daß die Klinke 41 auf der Schraube 43 frei drehbar ist. Die Achse 42 verläuft zur Längsachse des Rohres 27 parallel.
- Gemäß Figur 7 besitzt die Klinke 41 eine Bohrung 44 für das Durchstecken der Schraube 43, einen Betätigungshebel 45 und eine Klinkennase 46, deren Innenfläche 47 im wesentlichen konzentrisch zur Mittenachse der Bohrung 44 und damit zur Schwenkachse verläuft. Durch eine geringe Exzentrizität wird dafür Sorge getragen, daß beim Herunterdrücken des Betätigungshebels 45 in Richtung des Pfeils 48 eine zunehmende Querkraft auf das Rohr 27 ausgeübt wird. Durch diese Querkraft wird das Rohr 27 vom Segment 10 weg in den Ausschnitt 25 des Widerlagers 24 hineingedrückt.
- Durch diese zusätzliche Verspannung des Rohres 27 gegen das Widerlager 24, die in Richtung der Reaktionskraft der Biegekraft erfolgt, wird folgendes erreicht: Unter dem Einfluß der Biegekraft hat das Rohr 27 die Tendenz, sich außerhalb der eigentlichen Biegezone geringfügig elastisch zu verformen, wodurch der in Figur 6 jenseits des Segments 10 liegende Teil des Rohres 27 sich geringfügig nach links bewegt. Dies ist offenbar die Ursache dafür, daß das Rohr 27 beim Biegevorgang geringfügig in Richtung des Pfeils 49 nachrutscht. Jedenfalls zeigen sich auf der dem Segment 10 zugekehrten Seite der Rohrbiegung gelegentlich und insbesondere bei größeren Rohrdurchmessern, d.h. bei solchen oberhalb 20 mm, ohne die Zusatzeinrichtung gemäß den Figuren 6 und 7 geringfügige Welligkeiten, die das Aussehen des Rohrkrümmers ungünstig beeinflussen. Durch die Klinke 41 werden sowohl die elastische Querbewegung des Rohres als auch das Nachrutschen praktisch vollständig verhindert, so daß das Welligwerden des Rohres in jedem Falle unterbleibt. Die Klinke 41 erzeugt aufgrund der Distanzhülse 43 bzw. des Abstandes "s" ein der elastischen Ausbiegung entgegengesetztes Biegemoment auf das Rohr 27, welches das Rohr 27 in der vorbestimmten Lage in der Nut 11 festhält. Auf diese Weise ist ein seitliches Herausbewegen des Rohres 27 aus der Nut 11 weitgehend ausgeschaltet, so daß die beim Biegen ansonsten erfolgende und durch die Flanschen 12 bzw. 13 (Figur 2) nicht verhinderte Abplattung des Rohres zu einem ovalen Querschnitt weitgehend verhindert wird. Die Zusatzeinrichtung gemäß den Figuren 6 und 7 sorgt durch ihr Zusammenwirken mit den übrigen Vorrichtungsteilen jedenfalls dafür, daß die Qualität des gebogenen Rohres zusätzlich verbessert wird.
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