DE102016105838B4

DE102016105838B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Nachbiegen eines vorgeformten Rohres

Info

Publication number: DE102016105838B4
Application number: DE102016105838.6A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Schäuble
Original assignee: HAEUSLER HOLDING AG
Current assignee: HAEUSLER HOLDING AG
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2024-08-22
Anticipated expiration: 2036-04-01
Also published as: DE102016105838A1

Abstract

Vorrichtung (1) zum Nachbiegen der geraden Enden eines vorgeformten Rohres (5), das aus einer zu einem offenen Zylinder umgeformten Blechplatte hergestellt wurde, mit einer Rolle (4), die während des Nachbiegeprozesses in einem Innenraum des vorgeformten Rohres (5) angeordnet ist, und zwei Rollen (3a, 3b), die von außen gegen das vorgeformte Rohr (5) drücken, dadurch gekennzeichnet, dass- eine erste Biegevorrichtung (2a) vorgesehen ist, die eine erste der von außen gegen das vorgeformte Rohr (5) drückenden Rollen (3a, 3b) und eine erste Schwenkeinrichtung (7) umfasst, mit der der Winkel der ersten Rolle (3a) relativ zum Rohr (5) verstellt werden kann sind, um ein erstes gerades Ende des vorgeformten Rohres (5) gegen die Kontur einer im Innenraum angeordneten Rolle (4) zu drücken und das erste Ende entsprechend zu verformen, und dass- eine zweite Biegevorrichtung (2b) vorgesehen ist, die eine zweite der von außen gegen das vorgeformte Rohr (5) drückenden Rollen (3a, 3b) und eine zweite Schwenkeinrichtung (7) umfasst, mit der der Winkel der zweiten Rolle (3b) relativ zum Rohr (5) verstellt werden kann sind, um ein zweites gerades Ende des vorgeformten Rohres (5) gegen die Kontur der im Innenraum angeordneten Rolle (4) zu drücken und das zweite Ende entsprechend zu verformen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachbiegen der geraden Enden eines vorgeformten Rohres gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Geschweißte Rohre werden teilweise aus Blechplatten hergestellt, die durch Walzen oder Pressen zu einem offenen Zylinder umgeformt und anschließend durch Schweißen zum fertigen Rohr gefügt werden. Beim Umformen der Blechplatten werden nicht alle Bereiche des Blechs in gleichem Maße verformt. Die Randbereiche des Schlitzrohres entlang des Längsspalts werden nicht umgeformt, wodurch so genannte „gerade Enden“ entstehen. Um die geraden Enden nachzubearbeiten, sind aus dem Stand der Technik verschiedene Verfahren bekannt.
Bei einem ersten bekannten Verfahren, wie es in den 1a und 1b dargestellt ist, wird das vorgeformte, Rohr 5 in eine Presse eingelegt, die ein oberes Presswerkzeug 16 und zwei untere Presswerkzeuge 15a, 15b aufweist. Zum Nachbiegen der Randbereiche 10a, 10b des Rohres 5 werden die unteren Presswerkzeuge 15a, 15b in einer vertikalen oder einer Schwenkbewegung gegen das Oberwerkzeug 16 zugestellt. Dadurch werden die Randbereiche 10a, 10b nachgebogen, und das Rohr 5 erhält schließlich den gewünschten kreisrunden Querschnitt, wie in 1b dargestellt ist. Dieser Pressvorgang wird schrittweise über die gesamte Länge des Rohres 5 wiederholt. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, dass zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Formschritten eine oft wellenförmige Übergangszone entsteht. Darüber hinaus ist die maximale Wandstärke der mit diesem Verfahren bearbeitbaren Rohre relativ klein.
Ein zweites bekanntes Verfahren zum Nachbearbeiten der geraden Enden eines vorgeformten Rohres ist in den 2a und 2b dargestellt. Bei diesem Verfahren werden die geraden Enden eines Rohres 5 mit Hilfe einer Nachbiegemaschine nachbearbeitet, die eine obere Rolle 4 und eine untere Rolle 17 aufweist. Die Kontur der Oberund der Unterrolle 17 entspricht dabei in etwa der gewünschten Form des fertigen Rohres 5. Zur Nachbearbeitung der geraden Enden wird das Rohr 5 in die Nachbiegemaschine eingelegt und die Unterrolle 17 wird rotierend angetrieben, wodurch das Rohr 5 in Längsrichtung durch die Rollenanordnung gezogen und dabei über seine gesamte Länge nachgebogen wird. Nach dem ersten Zug wird der Abstand zwischen der Oberrolle 4 und der Unterrolle 17 verringert und das Rohr 5 in einem zweiten Zug (wobei es sich in die Gegenrichtung bewegt) nachbearbeitet. In der Regel genügen insgesamt 1 bis 3 Züge, um das Rohr 5 nachzubiegen. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, dass insbesondere bei kleineren Rohren mit hoher Wandstärke die bearbeiteten Längskanten der Rohre durch den punktuell auftretenden hohen Druck der Unterrolle 17 beschädigt werden, was zu Problemen beim nachfolgenden Schweißprozess führen kann. Darüber hinaus wird für jeden Rohrdurchmesser ein eigenes Ober- und Unterwerkzeug benötigt, wodurch das Verfahren relativ viele verschieden Werkzeuge benötigt Die Werkzeuge müssen schließlich auch noch getauscht werden.
Die DE 831 534 B offenbart eine Vorrichtung zum Nachbiegen eines vorgeformten Rohres mit einer inneren Rolle, die während des Nachbiegeprozesses in einem Innenraum des Rohres angeordnet ist, und zwei Rollen, die von außen gegen das vorgeformte Rohr drücken, um es zu fixieren. Beim Nachbiegen eines vorgeformten Rohres greift ein konischer Vorsprung einer Druckrolle in den Längsspalt des Rohres ein und drückt die Randbereiche des Rohres gegen die Kontur der inneren Rolle. Durch den auf die Kanten des Rohres ausgeübten hohen Druck können die Kanten allerdings leicht beschädigt werden.
Die US 5 865 053 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Herstellen vorgeformter Rohre, die durch Biegen von Blechplatten zu einem offenen Zylinder hergestellt werden. Ein damit hergestelltes vorgeformtes Rohr ist jedoch nur in einem mittleren Abschnitt zylindrisch gekrümmt. Die Randbereiche bleiben gerade und bilden so genannte „gerade Enden“.
Weitere Biegevorrichtungen zum Biegen von Rohren ergeben sich aus den Druckschriften DE 27 16 940 A1 , GB 950 719 A , DE 35 03 939 A1 und DE 10 2008 055 780 A1 .
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Nachbiegen eines vorgeformten Rohres zu schaffen, mit der ein solches Rohr möglichst genau nachgebogen werden kann, insbesondere ohne das Rohr zu beschädigen. Entsprechend können mit der vorliegenden Erfindung deutlich dickwandigere Rohre bearbeitet werden als mit den bekannten Nachbiegeverfahren. Darüber hinaus sollte die erfindungsgemäße Nachbiegevorrichtung möglichst universell für verschiedenste Rohrdurchmesser einsetzbar sein.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 sowie im Patentanspruch 8 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Nachbiegen von vorgeformten Rohren vorgeschlagen, das aus einer zu einem offenen Zylinder umgeformten Blechplatte hergestellt wurde, mit einer Rolle, die während des Nachbiegeprozesses in einem Innenraum des vorgeformten Rohres angeordnet ist, und zwei Rollen, die von außen gegen das vorgeformte Rohr drücken. Die erfindungsgemäße Nachbiegevorrichtung umfasst ferner eine erste Biegevorrichtung, die eine erste der von außen gegen das vorgeformte Rohr drückenden Rollen und eine erste Schwenkeinrichtung umfasst, mit der der Winkel der ersten Rolle relativ zum Rohr verstellt werden kann sind, um ein erstes gerades Ende des vorgeformten Rohres gegen die Kontur der im Innenraum angeordneten Rolle zu drücken und das erste Ende entsprechend zu verformen, und außerdem eine zweite Biegevorrichtung, die eine zweite der von außen gegen das vorgeformte Rohr drückenden Rollen und eine zweite Schwenkeinrichtung umfasst, mit der der Winkel der zweiten Rolle relativ zum Rohr verstellt werden kann sind, um ein zweites gerades Ende des vorgeformten Rohres gegen die Kontur der im Innenraum angeordneten Rolle zu drücken und das zweite Ende entsprechend zu verformen. Eine solche Nachbiegevorrichtung kann die gegenüberliegenden, geraden Randbereiches eines noch ungeschweißten, vorgeformten Rohres besonders schonend umformen und ist insbesondere für verschiedene Rohre unterschiedlicher Durchmesser universell einsetzbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden beide von außen gegen das vorgeformte Rohr drückenden Rollen rotierend angetrieben. Alternativ könnte das Rohr auch mittels eines anderen Antriebs in Längsrichtung bewegt werden, z. B. durch rotierend angetriebene ein- und/oder auslaufseitige Vorschubrollen oder mittels einer auf das Rohr wirkenden Druck- oder Zugvorrichtung. In diesem Fall könnten sich die beiden von außen gegen das vorgeformte Rohr drückenden Rollen rein passiv mitdrehen.
Die erfindungsgemäße Nachbiegemaschine umfasst vorzugsweise ein Oberwerkzeug, insbesondere eine Oberrolle, und zwei Unterwerkzeuge, nämlich die beiden von außen gegen das vorgeformte Rohr drückenden Rollen der ersten und zweiten Biegevorrichtung.
Die Rollen der Biegevorrichtungen sind quer zur Längsrichtung des Rohres und/oder in der Höhe verstellbar.
Die Schwenkachse der Schwenkeinrichtung verläuft vorzugsweise in Längsrichtung des Rohres.
Außerdem ist vorzugsweise eine Stelleinrichtung vorgesehen, mit der der Abstand der Rollen zu einer vertikalen Mittelachse des Rohres verstellt werden kann. Wenn der Abstand der Rollen zur vertikalen Mittelachse während der verschieden Durchgänge des Nachbiegeprozesses verstellt wird, wird die Verformungskraft an verschiedenen Stellen in die Rohroberfläche eingeleitet und dadurch der Randbereich des vorgeformten Rohres weniger stark beansprucht. Insbesondere kann dadurch verhindert werden, dass sich der Umfang der Rollen in die Oberfläche der Randbereiche eindrückt und Riefen entstehen.
Ferner kann auch eine Stelleinrichtung vorgesehen sein, mit der der Abstand der Rollen relativ zu einem Oberwerkzeug verstellt werden kann. Dadurch kann die zu erzeugende Rohrform sowie der von den Rollen auf das Rohr ausgeübte Druck während der Nachbearbeitung variiert werden.
Eine erfindungsgemäße Nachbiegemaschine umfasst gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowohl eine Schwenkeinrichtung zum Verstellen des Schwenkwinkels der einzelnen Rollen, eine erste Stelleinrichtung zum Variieren des Abstands der Rollen zueinander, sowie eine zweite Stelleinrichtung zum Variieren der Position der Rollen in Relation zu einem Oberwerkzeug.
Die erfindungsgemäße Nachbiegevorrichtung umfasst vorzugsweise eine Steuereinheit, die den Schwenkwinkel der Rollen, den Abstand der Rollen zueinander und/oder die vertikale Position der Rollen während des Nachbiegeprozesses ein oder mehrere Male automatisch verstellt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Position der beiden Rollen hinsichtlich ihres Schwenkwinkels, ihres Abstandes zur Mittelachse und/oder ihres Abstandes zu einem Oberwerkzeug nach jedem Zug verstellt. Ein nachfolgender Zug wird dann mit der geänderten Einstellung durchgeführt. Bei einem Zug handelt es sich um einen Bearbeitungsschritt, bei dem das Rohr im Wesentlichen über seine gesamte Länge bearbeitet wird.
Die Rollen der erfindungsgemäßen Nachbiegevorrichtung sind vorzugsweise an ihrer zum Rohr zeigenden Abrollfläche zylindrisch bis ballig bzw. konvex ausgeführt. Sie sind vorzugsweise derart ausgelegt, dass sie entlang einer linienförmigen Bahn auf der Oberfläche des Rohres abrollen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Nachbiegen eines vorgeformten Rohres mittels einer vorstehend beschriebenen Nachbiegemaschine, bei dem das Rohr in einem ersten Zug im Wesentlichen über seine gesamte Länge nachgebogen wird, wobei die Rolle der ersten Biegevorrichtung gegen einen ersten Randbereich, und die Rolle der zweiten Biegevorrichtung gegen einen zweiten Randbereich des vorgeformten Rohres drückt. Nach einem ersten Zug wird vorzugsweise der Schwenkwinkel der beiden Rollen und/oder der Abstand der beiden Rollen zueinander und/oder die vertikale Position der beiden Rollen verstellt und das Rohr in einem zweiten Zug mit geänderter Position der Rollen nachbearbeitet. Dieser Nachbiegevorgang wird wiederholt bis das gerade Ende umgeformt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1a, 1b schematische Darstellungen einer aus dem Stand der Technik bekannten Presse zum Nachbiegen eines vorgeformten Rohres;
2a, 2b schematische Darstellungen einer aus dem Stand der Technik bekannten Rollenbiegemaschine zum Nachbiegen eines vorgeformten Rohres;
3a-3c schematische Darstellungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Nachbiegen eines vorgeformten Rohres in verschiedenen Zuständen während eines Nachbiegeprozesses; und
4 eine seitliche, perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Nachbiegemaschine.

Ausführungsformen der Erfindung
Bezüglich der Erläuterung der 1a, 1b und 2a, 2b wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.
Die 3a-3c zeigen schematische Darstellungen einer erfindungsgemäßen Nachbiegemaschine 1 in verschiedenen Betriebszuständen während eines Nachbiegeprozesses. Die dargestellte Nachbiegemaschine dient im Wesentlichen dazu, die sogenannten „geraden Enden“ eines zu einem Rohr 5 umgeformten Blechs nachzubiegen, um sie in gewünschter Weise zu krümmen.
Die erfindungsgemäße Nachbiegemaschine 1 umfasst im vorliegenden Fall ein Joch 6 mit einer Rolle 4, die im Innenraum des Rohres 5 angeordnet ist. Die Rolle 4 ist nicht angetrieben und läuft rein passiv im Innenraum des Rohres 5. Die erfindungsgemäße Nachbiegemaschine umfasst ferner 2 Biegevorrichtungen 2a, 2b, die jeweils eine Rolle 3a, 3b aufweisen, welche von außen gegen die Randbereiche 10a, 10b drücken, um zu bewirken, dass sich die Randbereiche 10a, 10b an die Kontur der Rolle 4 angleichen.
Die Biegevorrichtungen 2a, 2b umfassen jeweils einen Antrieb zum Antreiben der zugehörigen Rolle 3a bzw. 3b. Die einzelnen Biegevorrichtungen 2a, 2b sind jeweils um eine in Längsrichtung des Rohres 5 zeigende Achse schwenkbar gelagert (siehe Pfeil A) und können ferner in horizontaler Richtung x aufeinander zu bzw. voneinander weg sowie in vertikaler Richtung z verstellt werden.
Bei einem Nachbiegeprozess wird das Rohr 5 in mehreren Zügen, jeweils im Wesentlichen über seine gesamte Länge, durch die Nachbiegemaschine 1 bewegt, wobei die Rollen 3a, 3b gegen die Oberfläche der seitlichen Randbereiche 10a, 10b drücken und diese verformen. Die Anzahl der Züge bzw. Schritte ist vorzugsweise ungerade und kann beispielsweise zwischen 3 und 9 Zügen betragen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Rohr 5 in drei Zügen nachbearbeitet. Dabei zeigt 1a einen Zustand, in dem die seitlichen Randbereiche 10a, 10b noch relativ gerade sind. Die Längskanten befinden sich in einem relativ großen Abstand zur Rolle 4. Nachdem das Rohr in die Nachbiegemaschine 1 eingesetzt wurde, werden die beiden Rollen 3a, 3b an die seitlichen Randbereiche 10a, 10b angelegt und das Rohr 5 dann durch Antrieb der beiden Rollen 3a, 3b im Wesentlichen über seine gesamte Länge durch die Maschine 1 hindurch bewegt. Nach dem ersten Zug bzw. Umformschritt werden der Schwenkwinkel der Rollen 3a, 3b, die vertikale Höhe z der Rollen 3a, 3b sowie der horizontale Abstand x der Rollen 3a, 3b verstellt, um die seitlichen Randbereiche 10a, 10b stärker gegen die Rolle 4 zu drücken. Das Rohr 5 wird danach durch entsprechenden Antrieb der Rollen 3a, 3b in die Gegenrichtung bewegt. Nach dem zweiten Zug werden dann nochmals der Schwenkwinkel, die vertikale Position z als auch die horizontale Position x der Rollen 3a, 3b verstellt, und das Rohr 5 dann in einem dritten Umformschritt nachbearbeitet. Die Durchführung des Nachbiegeprozesses bei verschiedenen Positionseinstellungen der Rollen 3a, 3b hat den Vorteil, dass die Randbereiche 10a, 10b des Rohres 5 weniger stark belastet werden und an der Oberfläche des Rohres 5 keine Rillen entstehen.
Zur Steuerung der Rollenantriebe als auch der Stellantriebe zum Verstellen der Rollenposition ist vorzugsweise eine herkömmliche Steuerung, wie z. B. eine CNC-Steuerung, vorgesehen.
4 zeigt nochmals eine seitliche Ansicht einer erfindungsgemäßen Nachbiegemaschine mit einer Rolle 4 und zwei Rollen 3a, 3b. Die Positionseinstellung der Rollen 3a, 3b erfolgt vollautomatisch durch eine Steuereinheit. Zum Verstellen des Schwenkwinkels der Rollen 3a, 3b ist eine Stelleinrichtung 7, zum Verstellen der vertikalen Position z der Rollen 3a, 3b eine Stelleinrichtung 8 und zum Verstellen der horizontalen Position x der Rollen 3a, 3b eine Stelleinrichtung 9 vorgesehen. Die einzelnen Stelleinrichtungen 7-9 für die Positionsverstellung können vorzugsweise unabhängig voneinander angesteuert werden.

Claims

Vorrichtung (1) zum Nachbiegen der geraden Enden eines vorgeformten Rohres (5), das aus einer zu einem offenen Zylinder umgeformten Blechplatte hergestellt wurde, mit einer Rolle (4), die während des Nachbiegeprozesses in einem Innenraum des vorgeformten Rohres (5) angeordnet ist, und zwei Rollen (3a, 3b), die von außen gegen das vorgeformte Rohr (5) drücken, dadurch gekennzeichnet, dass - eine erste Biegevorrichtung (2a) vorgesehen ist, die eine erste der von außen gegen das vorgeformte Rohr (5) drückenden Rollen (3a, 3b) und eine erste Schwenkeinrichtung (7) umfasst, mit der der Winkel der ersten Rolle (3a) relativ zum Rohr (5) verstellt werden kann sind, um ein erstes gerades Ende des vorgeformten Rohres (5) gegen die Kontur einer im Innenraum angeordneten Rolle (4) zu drücken und das erste Ende entsprechend zu verformen, und dass - eine zweite Biegevorrichtung (2b) vorgesehen ist, die eine zweite der von außen gegen das vorgeformte Rohr (5) drückenden Rollen (3a, 3b) und eine zweite Schwenkeinrichtung (7) umfasst, mit der der Winkel der zweiten Rolle (3b) relativ zum Rohr (5) verstellt werden kann sind, um ein zweites gerades Ende des vorgeformten Rohres (5) gegen die Kontur der im Innenraum angeordneten Rolle (4) zu drücken und das zweite Ende entsprechend zu verformen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Innenraum angeordnete Rolle (4) als ein Oberwerkzeug vorgesehen ist und die beiden von außen gegen das vorgeformte Rohr (5) drückenden Rollen (3a, 3b) als Unterwerkzeug dienen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jede der Biegevorrichtungen (2a, 2b) eine Stelleinrichtung (8) vorgesehen ist, mit der der Abstand (x) der von außen gegen das vorgeformte Rohr (5) drückenden Rollen (3a, 3b) zueinander verstellt werden kann.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jede der Biegevorrichtungen (2a, 2b) eine Stelleinrichtung (9) vorgesehen ist, mit der der Abstand (z) der von außen gegen das vorgeformte Rohr (5) drückenden Rollen (3a, 3b) zu der im Innenraum angeordneten Rolle (4) verstellt werden kann.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die den Schwenkwinkel der von außen gegen das vorgeformte Rohr (5) drückenden Rollen (3a, 3b) und/oder den Abstand der von außen gegen das vorgeformte Rohr (5) drückenden Rollen (3a, 3b) zueinander und/oder den Abstand der Rollen (3a, 3b) zuder im Innenraum angeordneten Rolle (4) während des Nachbiegeprozesses ein oder mehrere Male automatisch verstellt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit die Position der beiden von außen gegen das vorgeformte Rohr (5) drückenden Rollen (3a, 3b) nach jedem Zug automatisch verstellt.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von außen gegen das vorgeformte Rohr (5) drückenden Rollen (3a, 3b) an ihrer Abrollfläche zylindrisch bis bauchig ausgeführt sind.
Verfahren zum Nachbiegen eines vorgeformten Rohres (5) mittels einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - das Rohr (5) in einem ersten Zug im Wesentlichen über seine gesamte Länge nachgebogen wird, wobei die von außen gegen das vorgeformte Rohr (5) drückende Rolle (3a) der ersten Biegevorrichtung (2a) gegen einen ersten Randbereich (10a) des vorgeformten Rohres (5) und die von außen gegen das vorgeformte Rohr (5) drückende Rolle (3b) der zweiten Biegevorrichtung (2b) gegen einen zweiten Randbereich (10b) des vorgeformten Rohres drückt und - der Schwenkwinkel der beiden von außen gegen das vorgeformte Rohr (5) drückenden Rollen (3a, 3b) und/oder der Abstand der beiden von außen gegen das vorgeformte Rohr (5) drückenden Rollen (3a, 3b) zueinander und/oder der Abstand der beiden von außen gegen das vorgeformte Rohr (5) drückenden Rollen (3a, 3b) in vertikaler Richtung nach dem ersten Zug verstellt, und das Rohr (5) in einem zweiten Zug nachgebogen wird.