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EP 1 149 640 B1 |
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EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Hinweis auf die Patenterteilung: |
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23.06.2004 Patentblatt 2004/26 |
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Anmeldetag: 06.04.2001 |
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Biegevorrichtung für dünnwandige Metallrohre
Bending apparatus for thin-walled metal pipes
Dispositif de pliage pour tuyaux métalliques à paroi mince
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Benannte Vertragsstaaten: |
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AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR |
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Priorität: |
27.04.2000 DE 10020727
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Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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31.10.2001 Patentblatt 2001/44 |
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Patentinhaber: ThyssenKrupp Stahl AG |
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47166 Duisburg (DE) |
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Erfinder: |
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- Flehmig, Thomas, Dr.-Ing.
40885 Ratingen (DE)
- Kneiphoff, Uwe, Dipl.-Ing.
46535 Dinslaken (DE)
- Scheuvens, Dieter
46147 Oberhausen (DE)
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(74) |
Vertreter: COHAUSZ & FLORACK |
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Patent- und Rechtsanwälte
Bleichstrasse 14 40211 Düsseldorf 40211 Düsseldorf (DE) |
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Entgegenhaltungen: :
DE-A- 19 707 228 US-A- 2 760 545
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US-A- 1 675 574
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft eine Biegevorrichtung für dünnwandige Metallrohre aus einer
geraden Rohrführung, einer sich daran anschließenden und gegenüber der Rohrführung
verschwenkbaren Kernschablone mit Klemmleiste, und einem Dorn, der einen Dornschaft
und einen im Bereich der Kernschablone biegsamen Dornteil aufweist, der mittels eines
inneren Spannseilsmit dem Dornschaft federelastisch verspannt ist.
[0002] Biegevorrichtungen dieser und ähnlicher Art sind bekannt (Zeitschrift "Werkstatt
und Betrieb 104 (1971) 4, Seiten 271 bis 274", "Verhinderung von Faltenbildung und
Einknicken dünnwandiger Rohre beim Biegen" von Prof. Dr.-Ing. G. Öhler, Bad Dürkheim).
Unter "dünnwandig" versteht man in diesem Zusammenhang Rohre, deren Wandstärke bezogen
auf den Durchmesser und den Biegeradius klein ist, z. B. Rohre mit einer Wandstärke
von ca. 0,8 mm bei einem Durchmesser von ca. 80 mm und einem Biegeradius von ca. 120
mm. Um die beim Biegen solcher Rohre mit kleinem Biegeradius auftretenden Probleme
der Faltenbildung und der Abweichung vom Kreisprofil möglichst klein zu halten, hat
man das Rohr an seiner Innenwand im Biegebereich von innen auf verschiedenene Art
und Weise abgestützt. So gibt es abstützende Dorne in Form von Schraubenfedern mit
eng aneinanderliegenden Windungen oder Gliederdorne aus kugeligen Gelenkgliedern.
Beide Arten von Dornen haben den Nachteil, daß sie das zu biegende Rohr nicht vollflächig
abstützen. Bei Gliederdornen aus kugeligen Gelenkgliedern sind von Anfang an sowohl
am Innenbogen als auch am Außenbogen Lücken vorhanden. Bei einer Schraubenfeder, die
außen überschliffen sein kann, ergeben sich am Außenbogen mit zunehmender Biegung
größer werdende Lücken.
[0003] Ein weiteres Problem bei den bekannten Biegevorrichtungen besteht in der Einspannung
des Rohranfanges. Die Abstützung auf einem starren zylindrischen Dornkopf ist problematisch,
weil sich ein solcher Dornkopf, der für eine feste Einspannung des Rohres eine verhältnismäßig
große Einspannlänge benötigt, nicht durch das gebogene Rohr zurückziehen läßt.
[0004] Ferner ist eine Biegevorrichtung der eingangs genannten Art bekannt (DE 197 07 228
A1), die allerdings nicht für dünnwandige Rohre im vorbeschriebenen Sinn, sondern
für Rohre mit sehr kleinen Durchmessern bestimmt ist. Bei dieser Biegevorrichtung
besteht der biegsame Dornteil aus mehreren kugeligen Gelenkgliedern, die gemeinsam
mit dem Dornschaft mittels des inneren Spannseils federelastisch verspannt sind. Bei
dieser Biegevorrichtung wird das zu biegende Rohr in dem nicht zu biegenden, vor dem
biegsamen Dornteil liegenden Abschnitt nur von außen zwischen der Kernschablone und
der Klemmleiste eingespannt. Beim Biegevorgang wird der Dorn nicht mitgenommen, sondern
ist axial fixiert. Würde man versuchen, mit einer solchen Biegevorrichtung dünnwandige
Rohre zu biegen, dann würde das Rohr infolge der notwendigen großen radialen Einspannkräfte
radial eingedrückt werden.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Biegevorrichtung der eingangs genannten
Art zu schaffen, die mit einer kurzen Einspannlänge des Rohranfanges auskommt und
die die Herstellung einer Krümmung mit über die gesamte Länge kreisförmigem Querschnitt
erlaubt.
[0006] Diese Aufgabe wird mit einer Biegevorrichtung der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, daß der Dorn als biegsamen Dornteil eine Schraubenfeder aufweist, die axial
zwischen einem kugeligen Spannkopf und dem Dornschaft angeordnet ist, wobei das zu
biegende Rohr zwischen dem Spannkopf und der Kernschablone mit ihrer Klemmleiste kraftschlüssig
einklemmbar ist.
[0007] Bei der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung ermöglicht der Spannkopf eine feste Einspannung
des Rohranfanges auf verhältnismäßig kurzer Länge, weil sich wegen der kugeligen Form
des Spannkopfes eine hohe Klemmkraft problemlos aufbringen läßt. Da im Bereich des
Rohranfanges eine Biegung nicht erfolgt, spielt hier das Problem der Einschnürung,
wie es beim Stand der Technik mit im Biegebereich eingesetzten, kugeligen Gelenkgliedern,
auftritt, keine Rolle. Die kugelige Form des Spannkopfes erlaubt es allerdings, daß
der Spannkopf über das gekrümmte Rohr ohne Klemmung zurückgezogen werden und dabei
eine Glättungswirkung und Nachprofilierung insbesondere am Außenbogen des gekrümmten
Bereichs ausüben kann, wo wegen der sich beim Biegevorgang leicht öffnenden Schraubenfeder
die Entstehung kleiner Einschnürungen zwischen den geöffneten Windungen naturgemäß
nicht vollständig verhindert werden kann. Insgesamt läßt sich also mit der erfindungsgemäßen
Biegevorrichtung bei kurzer Einspannlänge des Rohranfanges ein dünnwandiges Rohr biegen,
ohne daß im Endprodukt vom kreisförmigen Querschnitt abweichende Querschnitte vorhanden
sind.
[0008] Um sowohl am Innenbogen als auch am Außenbogen die Bildung von Falten und Einschnürungen
so gering wie möglich zu halten, sollte die Schraubenfeder im ungebogenen Zustand
zumindest außenseitig eine glatte zylindrische Stützfläche bilden.
[0009] Die axiale Vorspannung der Schraubenfeder läßt sich dadurch einstellen, daß das Druckstück
an einer Druckfeder abgestützt ist, die ihrerseits an einer am Spannseil widergelagerten
Stellschraube abgestützt ist.
[0010] Für die Ausbildung des Spannkopfes gibt es mehrere Möglichkeiten. Der Spannkopf kann
aus einem geschlitzten Außenring und einem inneren Stütz- und Spannkonus bestehen,
der beim Biegevorgang selbstspannend auf den Außenring wirkt. Bei dieser Alternative
wird die auf das Rohr beim Biegevorgang ausgeübte Ziehkraft auf den Spannring und
den Spannkonus übertragen und im Sinne einer Spreizung des Außenringes und damit einer
festeren Klemmwirkung ausgenutzt, während die vom Zugmittel beim Rückholen des Spannkopfes
ausgeübte Kraft im Lösungssinne wirkt. Alternativ dazu kann der Spannkopf auch aus
mehreren, insbesondre zwei kugeligen Gliedern bestehen, die eine starre Baueinheit
bilden. Wegen der mittigen Einschnürung und der Abrundungen kommt es auch in diesem
Fall zu keinen Verklemmungen im Rohrbogen beim Zurückziehen des Spannkopfes. Diese
Lösung zeichnet sich bei einfachem konstruktivem Aufbau vor allem durch eine optimale
Führung und besonders gute Nachprofilierungseigenschaften aus.
[0011] Nach einer Ausgestaltung der Erfindung verläuft das Spannseil exzentrisch durch das
Rohr am Innenbogen entlang. Auf diese Art und Weise wird sichergestellt, daß der zu
biegende Abschnitt des Rohres fest gegen die Innenseite des Innenbogens der Schraubenfeder
gedrückt wird.
[0012] Im folgenden wird die Erfindung anhand einer zwei Ausführungsbeispiele darstellenden
Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt die Biegevorrichtung nach dem Biegevorgang
im axialen Halbschnitt.
[0013] Die Biegevorrichtung besteht aus einer feststehenden geraden Rohrführung 1, einer
sich daran anschließenden verschwenkbaren Kernschablone 2 mit einer Klemmleiste 3
und einem im Bereich der Kernschablone 2 angeordneten Dorn 4 mit sich daran anschließendem,
im Bereich der Rohrführung 1 befindlichen Dornschaft 5. Der Dorn 4 besteht aus einem
biegsamen Dornteil 4a in Form einer Schraubenfeder und einem kugeligen Spannkopf 4b
aus vorzugsweise zwei kugeligen Gliedern, die eine starre Baueinheit bilden. Der biegsame
Teil 4a des Dorns 4, sein Spannkopf 4b und der Dornschaft 5 sind axial über ein Spannseil
6 mit Kopfstück 6a vorgespannt. Dazu dient eine zwischen dem als Druckstück dienenden
Dornschaft 5 und einer am Spannseil 6 angeschlagenen Spannschraube 7 angeordnete Druckfeder
8. Am Spannseil 6 greift ein Zugelement 9 an, über das der Dorn 3 nach dem Biegevorgang
zurückgezogen werden kann.
[0014] Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung ist folgende:
[0015] Bei um 90° gegenüber der in der Zeichnung dargestellten Stellung zurückgeschwenkter
Kernschablone 2 fluchten die Rohrführung 1 und die Kernschablone 2 miteinander. In
diesem Zustand wird ein zu biegendes Rohr R in die Rohrführung 1 eingeschoben, bis
es mit seinem Anfang im geraden Auslaufteil der Kernschablone 2 liegt. Anschließend
wird der Dorn 4 mit seinem Dornschaft 5 eingeschoben, bis der Spannkopf 4b im Bereich
des geraden Auslaufteiles der Kernschablone 2 liegt. Dann wird das Rohrende mittels
der Klemmleiste 3 zwischen dem Spannkopf 4b, dem geraden Auslaufteil der Kernschablone
2 und der Klemmleiste 3 eingespannt. In dieser Phase bildet die Schraubenfeder 4a
eine geschlossene zylindrische Stützfläche. Dann wird die Kernschablone 2 verschwenkt
und dabei das Rohr R gebogen. Wie die Zeichnung zeigt, wird während des Biegevorganges
die Schraubenfeder 4a durch das Spannseil 6 gegen den Innenbogen der Kernschablone
2 gedrückt. Deshalb bleiben die einzelnen Windungen des als Schraubenfeder ausgebildeten
Dornteils 4a am Innenbogen lückenlos aneinander liegen. Am Außenbogen tun sich dagegen
Schlitze auf, was für die Formgebung des Rohres R von Nachteil ist, weil das Rohr
R sich in diesem Bereich leicht einschnüren kann.
[0016] Nach Abschluß der Phase des Biegevorganges wird nach Lösen der Klemmleiste der Dorn
4 unter Beibehaltung der Stellung der Kernschablone 2 zurückgezogen. Die Zugkraft
wird vom Zugglied 9 in das Zugseil 6 eingeleitet. Zu einem Verklemmen im Rohrbogen
kann es trotz der starren Baueinheit der kugeligen Glieder wegen ihrer guten axialen
Führung an axial versetzten Stellen und ihrer Form nicht kommen. Ihre Abrundungen
und ihre mittige Einschnürung geben einerseits genügend Freiraum für das gebogene
Rohr und wirken andererseits beim Zurückholen nachprofilierend auf das Rohr R ein.
Es versteht sich, daß bei mehr als zwei kugeligen Gliedern, z. B drei Gliedern das
mittlere Glied mit seiner Kontur zumindest am Innenbogen zurückspringen muß.
[0017] Nachdem die Klemmleiste 3 gelöst ist, werden der Dorn 6 mit dem Dornschaft 5 aus
dem Rohr R herausgezogen und das gebogene Rohr R der Biegevorrichtung entnommen. Nach
Zurückschwenken der Kernschablone 2 in ihre Ausgangsstellung kann ein neues Rohr in
die Biegevorrichtung eingeschoben werden.
[0018] Das Ausführungsbeispiel der Figur 2 unterscheidet sich von dem der Figur 1 nur im
Spannkopf. Soweit Übereinstimmungen bestehen, sind dieselben Bezugszeichen für die
Einzelteile wie bei Figur 1 verwendet.
[0019] Der Spannkopf 14 besteht aus einem geschlitzten, kugeligen Außenring 14a und einem
Stütz- und Spannkonus 14b, auf den das federbelastete Kopfstück 6a des inneren Spannseils
6 einwirkt.
Die Arbeitsweise der Biegevorrichtung des Ausführungsbeispieles der Figur 2 entspricht
weitgehend derjenigen des Ausführungsbeispiels der Fig. 1, so daß nur noch auf die
unterschiedliche Wirkung des Spannkopfes eingegangen wird:
[0020] Wird nach Einklemmen des Rohranfangs zwischen dem Spannkopf 14 und der Klemmleiste
3 die Kernschablone 2 entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt, dann wird das von der
Kernschablone 2 und der Klemmleiste 3 gehaltene Rohr R mitgenommen und über den axial
festliegenden Dorn 4 hinweggezogen. Wegen des konischen Sitzes des Spannkopfes 14
sorgen die dabei wirksamen Zugkräfte dafür, daß die Klemmkraft verstärkt wird.
[0021] Nach vollendetem Biegevorgang wird die Klemmleiste 3 gelöst und der Dorn mit dem
Spannkopf 14 durch das gebogene Rohr R zurückgezogen. Dabei wird die Klemmwirkung
des Spannkopfes 14 aufgrund des konischen Sitzes wegen der jetzt entgegengesetzt wirkenden
Kräfte aufgehoben.
1. Biegevorrichtung für dünnwandige Metallrohre (R) aus einer geraden Rohrführung (1),
einer sich daran anschließenden und gegenüber der Rohrführung (1) verschwenkbaren
Kernschablone (2) mit Klemmleiste (3), und einem Dorn (4), der einen Dornschaft (5)
und einen im Bereich der Kernschablone (2) biegsamen Dornteil (4a) aufweist, der mittels
eines inneren Spannseils (6) mit dem Dornschaft (5) federelastisch verspannt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (4) als biegsamen Dornteil (4a) eine Schraubenfeder aufweist, die axial
zwischen einem kugeligen Spannkopf (4b, 14) und dem Dornschaft (5) angeordnet ist,
wobei das zu biegende Rohr (R) zwischen dem Spannkopf (4b, 14)) und der Kernschablone
(2) mit ihrer Klemmleiste (3) kraftschlüssig einklemmbar ist.
2. Biegevorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (4a) im ungebogenen Zustand zumindest außenseitig eine glatte
zylindrische Stützfläche bildet..
3. Biegevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2
dadurch gekennzeichnet, daß der als Druckstück wirhende Dornschaft (5) an einer Druckfeder (8) abgestützt ist,
die ihrerseits an einer am Spannseil (6) widergelagerten Spannschraube (7) abgestützt
ist.
4. Biegevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3
dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkopf (14) aus einem geschlitzten Außenring (14a) und einem inneren Stütz-
und Spannkonus (14b) besteht, der beim Biegevorgang selbstspannend auf den Außenring
(14a) wirkt.
5. Biegevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkopf (4b) aus mehreren kugeligen Gliedern besteht, die eine starre Baueinheit
bilden.
6. Biegevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5
dadurch gekennzeichnet, daß das Spannseil (6) exzentrisch durch das Rohr (R) am Rohrinnenbogen entlang verläuft.
1. A bending device for thin-walled metal tubes (R), comprising a straight tube guide
(1), an adjoining core template (2) which is swivellable in relation to said tube
guide (1), with said core template (2) comprising a clamping strip (3), and a mandrel
(4) comprising a mandrel shaft (5) and a mandrel part (4a) which is bendable in the
region of the core template (2), with said mandrel part (4a) being elastically tensioned
to the mandrel shaft (5) by means of an inner tensioning cable (6),
characterised in that
the mandrel (4) comprises a helical spring as a bendable mandrel part (4a), with said
helical spring being arranged axially between a spherical tensioning head (4b, 14)
and the mandrel shaft (5), wherein the tube (R) to be bent can be clamped in a non-positive
way between the tensioning head (4b, 14) and the core template (2) with its clamping
strip (3).
2. The bending device according to claim 1,
characterised in that
in its non-bent state, the helical spring (4a) forms a smooth cylindrical support
surface at least on the outside.
3. The bending device according to claim 1 or 2,
characterised in that
the mandrel shaft, which acts as a thrust piece (5), is supported by a compression
spring (8), which in turn is supported by an adjusting screw (7) which abuts the tensioning
cable (6).
4. The bending device according to any one of claims 1 to 3,
characterised in that
the tensioning head (14) can comprise a slotted outer ring (14a) and an inner support-
and tensioning cone (14b) which during the bending process exerts a self-tensioning
action on the outer ring (14a).
5. The bending device according to any one of claims 1 to 3,
characterised in that
the tensioning head (4b) comprises several spherical elements which form a rigid constructional
unit.
6. The bending device according to any one of claims 1 to 5,
characterised in that
the tensioning cable (6) extends eccentrically through the tube (R) along the inner
curve.
1. Appareil à cintrer pour tubes métalliques à paroi mince (R), constitué d'un guide-tube
droit (1), d'un gabarit à noyau (2) qui s'y raccorde et peut pivoter par rapport au
guide-tube (1) avec une éclisse de serrage (3), et d'un mandrin (4) qui présente un
arbre de mandrin (5) et une partie de mandrin (4a) souple dans la zone du gabarit
à noyau (2), ladite partie étant serrée de manière élastique au moyen d'un câble tendeur
interne (6) avec l'arbre de mandrin (5), caractérisé en ce que le mandrin (4) présente comme partie de mandrin souple (4a) un ressort hélicoïdal,
qui est agencé axialement entre une tête de serrage sphérique (4b, 14) et l'arbre
de mandrin (5), le tube à cintrer (R) pouvant être bloqué à force entre la tête de
serrage (4b, 14) et le gabarit à noyau (2) avec son éclisse de serrage (3).
2. Appareil à cintrer selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ressort hélicoïdal (4a) forme au moins extérieurement à l'état non cintré une
surface d'appui cylindrique lisse.
3. Appareil à cintrer selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'arbre de mandrin (5) agissant en pièce de pression est en appui sur un ressort
hélicoïdal (8) qui s'appuie, pour sa part, sur une vis de serrage (7) aboutée sur
le câble de serrage (6).
4. Appareil à cintrer selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tête de serrage (14) est constituée d'une bague externe fendue (14a) et d'un cône
d'appui et de serrage interne (14b), qui opère par auto-serrage sur la bague externe
(14a) lors de l'opération de cintrage.
5. Appareil à cintrer selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tête de serrage (4b) est constituée de plusieurs éléments sphériques qui forment
une structure rigide.
6. Appareil à cintrer selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le câble de serrage (6) s'étend de manière excentrique à travers le tube (R) le long
de l'arc interne du tube.