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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Biegen
eines länglichen
Profilkörpers,
vorzugsweise eines Rohres, aus thermoformbarem Kunst- und/oder Verbundstoff.
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In
einem herkömmlichen
Verfahren zum Biegen von thermoformbaren Kunst- und Verbundstoffen
mit unterschiedlichen Geometrien wird z.B. ein zunächst gerades
Rohr in eine Negativform eingelegt. Danach wird die Form mit dem
Rohr erwärmt, bis
die Spannungen im Rohr abgebaut sind und anschließend wieder
abgekühlt.
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Die
meisten gängigen
Verfahren zum Biegen von polymeren Rohren folgen dabei dem gleichen Grundprinzip,
zuerst das Rohr zu erwärmen,
anschließend
zu formen und letztlich durch Kühlung
die Form zu fixieren. Daneben sind z. B. aus der
DE 197 20 567 und der
EP 0 504 488 weitere Rohrbiegeeinrichtungen
und -verfahren bekannt, in denen das umgebogene Rohr stationär mit Klemm-
oder Druckwerkzeugen gehalten und durch Betätigung einzelner Biege- und
Verdreheinheiten verbogen wird. Diese Verfahren und Einrichtungen
erweisen sich beim Biegen von Kunststoffrohren in der Praxis als
unvorteilhaft, da sie jeweils nur unter hohem Zeit- und Personalaufwand
durchgeführt,
bzw. bedient werden können.
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Die
bisher bekannten Verfahren erster Art sind mit den folgenden Nachteilen
verbunden:
Unabhängig
von den Kosten für
das zu verarbeitende Rohmaterial entstehen hohe Anlagenkosten durch die
Anfertigung der individuellen Negativformen.
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Für jede zu
formende Geometrie ist eine eigene Negativform anzufertigen. Dies
mag bei hohen Stückzahlen
z.B. bei der Serienfertigung eines bestimmten Formteils weniger
relevant sein, jedoch stellen die Aufwendungen für die Anfertigung der Negativform
im Verhältnis
zu den Materialkosten gerade bei Kleinserien oder Musterteilen einen
hohen Kostenfaktor dar. In einer Negativform kann zeitgleich nur ein
einzelnes Rohrstück
bzw. nur eine begrenzte Anzahl von Rohren bearbeitet werden. Das
führt zu
langen Zykluszeiten, einem hohen Energieaufwand zum Beheizen der
Formen und Rohre auf die Erweichungstemperatur, sowie zu einem hohen
Personalaufwand, um die Rohteile in die Negativformen einzulegen
und nach erfolgter Umformung wieder herauszunehmen.
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Üblicherweise
werden die Rohre in einem Ölbad,
einem Warmluftofen oder mittels Heißdampf bis zu einer Erweichungstemperatur
des verwendeten Kunst- oder Verbundstoffs aufgeheizt. Dies geht
einher mit einem hohen sicherheitstechnischen Aufwand, um das Bedienpersonal
vor den Gefahren im Umgang z.B. mit dem Hochdruckheißdampf zu schützen. Auch
für das
Erhitzen des wärmeübertragenden Öls werden
erhebliche Mengen an Energie benötigt,
zudem belastet das verbrauchte Öl
bei der Entsorgung die Umwelt. Die Gestaltungsfreiheit hinsichtlich
der Biegekontur ist bei der Verwendung von Negativformen für dreidimensionale
Geometrien erheblich eingeschränkt.
Das Biegen sehr kleiner Biegeradien ist nur in bestimmten Bereichen
(Anfangs- und Endbereiche des Rohres) möglich, da sich die Biegeeinlage
nicht mehr entfernen lässt,
wenn die Biegeradien zu klein geraten. So können z.B. lange ("endlose") Spiralen mit Biegeeinlage
nicht in einer Negativform gefertigt werden.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik hat sich die Erfindung das Ziel gesetzt,
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Biegen eines länglichen Profilkörpers, vorzugsweise
eines Rohrs, aus thermoformbaren Kunst- und Verbundstoffen bereitzustellen,
die sich von herkömmlichen
Verfahren und Vorrichtungen durch geringere Werkzeugkosten, eine
frei wählbare
Biegekontur, einen geringeren Energie- und Personalaufwand, kürzere Bearbeitungszyklen
und die Möglichkeit
einer kurzfristigen und kostengünstigen
Mustererstellung unterscheiden.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird gelöst
durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und einer Vorrichtung nach Anspruch
11.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
betrifft das Biegen eines länglichen
Profilkörpers,
vorzugsweise eines Rohres, aus thermoformbarem Kunst- und Verbundstoff,
mit den Verfahrensschritten: Fördern
des länglichen
Profilkörpers
in einer Vorschubrichtung, vorzugsweise in axialer Richtung des
Profilkörpers,
Aufheizen der zu biegenden Bereiche des Profilkörpers und Verbiegen der aufgeheizten
Biegebereiche des Profilkörpers,
anschließend
Abkühlen der
gebogenen Bereiche des Profilkörpers
und Ablängen
des Profilkörpers.
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Ein
länglicher
Profilkörper
wird während
des Transports durch eine Heizeinrichtung örtlich erhitzt und erreicht
die Biegeeinrichtung im aufgeheizten Zustand. Dabei werden gerade
nur die Bereiche eines Profilkörpers
erhitzt, die auch anschließend
gebogen werden sollen. Die zum Heizen erforderliche Energie wird
dadurch gezielt eingesetzt und verringert den Heizenergiebedarf
des erfindungsgemäßen Biegeverfahrens
erheblich im Vergleich zu herkömmlichen
Anwendungen. Mit dem gezielten Aufheizen der zu biegenden Bereiche
des zu bearbeitenden Profilkörpers,
und gerade durch das gezielte Verbiegen der aufgeheizten Bereiche
ist die Biegekontur frei wählbar
und es entfällt
die Notwendigkeit einer Negativform. Vor allem dann, wenn Kleinserien
oder nur Musterteile gefertigt werden sollen, machen sich die deutlich
geringeren Anlagenkosten gegenüber herkömmlichen
Verfahren bemerkbar. Geometrische Änderungen an einer zu erstellenden
Biegekontur lassen sich durch geringfügige Änderungen an den Einstellungen
der Heiz- und Biegeeinrichtungen bewerkstelligen. So ist das kurzfristige
und kostengünstige
Erstellen von Mustern möglich.
Das örtlich
begrenzte Aufheizen der Biegebereiche erfordert einerseits einen
geringeren sicherheitstechnischen Aufwand, andererseits schont es
das umliegende, nicht zu biegende Material.
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Eine
noch höhere
Bearbeitungsgeschwindigkeit und noch kürzere Zykluszeiten können erreicht werden,
wenn der Profilkörper
während
des Biegens weitergefördert
wird.
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In
einem bevorzugten, diskontinuierlichen Verfahren können Mehrfachlängen ungebogener
Polyamidrohre in vorgegebenen Arbeitsschritten zu gebogenen Fertigteilen
verarbeitet werden.
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Es
ist besonders vorteilhaft, den Profilkörper, vorzugsweise während des
Vorschubs, im Wesentlichen um dessen Achse zu verdrehen. So lassen
sich in Zusammenwirkung mit einer steuerbaren Biegevorrichtung im
Anschluss an die Heizvorrichtung komplexe räumliche Geometrien, z.B. eine
Spiralform mit geringem Steigungswinkel erzeugen.
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Um
die Biegegenauigkeit zu erhöhen,
erweist es sich als günstig,
den Profilkörper
zu verdrehen, wenn der Profilkörper
nicht gebogen wird. Wenn die Biegeeinrichtung mit dem Profilkörper während der
Verdrehung in Kontakt ist, können
ungewollte Verformungen die Folge sein.
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Ein
besonders hilfreicher Arbeitsschritt ist das Abmessen der Vorschublänge des
Profilkörpers. So
können
weitere Arbeitsgänge,
z.B. die Verdrehung des Profilkörpers
und das Zustellen einer Biegeeinrichtung zur Erzeugung der Biegekontur
in Abhängigkeit
des ermittelten Vorschubs gesteuert werden.
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Eine
besonders materialschonende Biegung erfolgt um eine Krümmungsachse,
die im Wesentlichen senkrecht auf einer Ebene steht, in der die
Vorschubachse liegt.
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In
einer vorteilhaften Ausführung
wird der Profilkörper
vorzugsweise in unmittelbarer Nähe,
bevorzugt kurz nach dem Biegen gekühlt. Das gebogene Profilstück wird
in seiner Endform fixiert, ohne dass es sich nach dem eigentlichen
Biegevorgang ungewollt (z.B. durch sein Eigengewicht) verbiegen kann.
Dadurch kann eine hohe Biegegenauigkeit erzielt werden.
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Bei
Hohlprofilkörpern
werden Biegeeinlagen eingesetzt, um den Querschnitt des Hohlprofilkörpers beim
Biegen zu erhalten.
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In
einer bevorzugten alternativen Ausführungsform kann anstelle der
Biegeeinlage eine Füllung
des Hohlprofilkörpers
mit einem flüssigen
oder gasförmigen
Medium erfolgen.
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Dadurch
lässt sich
im Inneren des Hohlkörpers
ein Druck erzeugen, der den auf den Querschnitt einwirkenden Biegekräften entgegenwirkt
und die Bildung von Knicken verhindert.
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Die
Biegeeinlage wird vorzugsweise bei Hohlkörperprofilen verwendet, deren
Wandstärke weniger
als ein Viertel des Außenquerschnitts
beträgt,
da bei diesen dünnwandigen
Hohlkörperprofilen
eine hohe Knickgefahr während
des Biegens besteht.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
betrifft das Biegen eines länglichen
Profilkörpers,
vorzugsweise eines Rohrs, wobei der Profilkörper in einer Vorschubrichtung,
vorzugsweise in axialer Richtung, transportierbar ist, und eine
Heizeinrichtung zum örtlichen
Aufheizen der zu biegenden Bereiche des Profilkörpers und eine Biegeeinrichtung
zum Biegen der aufgeheizten Biegebereiche des Profilkörpers umfasst,
wobei die Biegeeinrichtung in Vorschubrichtung nach der Heizeinrichtung,
vorzugsweise in unmittelbarer Nähe
der Heizeinrichtung, angeordnet ist. In gleicher Weise wie beim
oben beschriebenen Verfahren entfällt durch die erfindungsgemäße Biegevorrichtung
die Notwendigkeit einer Negativform. So ergeben sich analog zum
vorgenannten Verfahren ähnliche
Vorteile gegenüber
herkömmlichen
Biegevorrichtungen.
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Die
Erstellung komplexer, räumlicher
Biegekonturen wird grundsätzlich
begünstigt,
wenn der Profilkörper
in der Vorrichtung drehbar angeordnet ist Im Vergleich zu einer
manuellen Verdrehung lässt sich
der Profilkörper
schneller und präziser
ausrichten, wenn eine Dreheinrichtung zum Verdrehen des Profilkörpers im
Wesentlichen um seine Achse vorgesehen ist. So lässt sich eine höhere Biegegenauigkeit
erzielen.
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Darüber hinaus
erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Vorrichtung eine Messeinrichtung
aufweist, um den Verdrehwinkel des Profilkörpers beim Verdrehen zu messen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist eine Antriebseinheit zum Erzeugen des Vorschubs des Profilkörpers vorgesehen.
Dadurch verringert sich der erforderliche Personalaufwand. Ferner
erlaubt das Vorsehen einer Antriebseinheit auch eine präzise automatische
Steuerung des Materialvorschubs in der Vorrichtung.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
weist die Vorrichtung eine Messeinrichtung zum Messen des Vorschubs
des Profilkörpers
auf. In Abhängigkeit des
ermittelten Vorschubs können
z.B. die Dreheinrichtung, die Heizeinrichtung und die Biegeeinrichtung
gezielt eingestellt werden, um eine vorgegebene Biegekontur zu erstellen.
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Es
verringert den Personalaufwand beim Bedienen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
weiter, wenn zusätzlich
eine Schneidvorrichtung zum Schneiden des Profilkörpers in
eine vorgegebene Länge
vorgesehen ist. So kann z.B. ein extrudiertes oder ein aus einem
langen Rohteil geformtes Profilstück in eine vorgegebene Form
gebogen und nach erfolgter Bearbeitung zurechtgeschnitten werden. Dieser
Aspekt ist bei der Serienfertigung von Biegeteilen von großer Bedeutung.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
weist die Biegeeinrichtung zumindest zwei Biegeabschnitte auf, wobei
die Position eines ersten Biegeabschnitts im Wesentlichen fest ist,
und die Position eines zweiten Biegeabschnitts in Relation zum ersten
Biegeabschnitt veränderbar
ist. Die Auslenkung der erhitzten Biegebereiche kann alleine durch das
Zustellen des zweiten, frei positionierbaren Biegeabschnitts gesteuert
werden.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung
eine Steuereinrichtung zur Steuerung zumindest einer Einrichtung
bzw. Vorrichtung der Biegeeinlage, der Dreheinrichtung, der Schneideinrichtung,
der Antriebseinheit, der Heizeinrichtung, der Biegeeinrichtung und
der Kühleinrichtung.
Im Vergleich zur manuellen Bedienung kann dadurch bei Großserien
von Biegeteilen die Zykluszeit zur Bearbeitung einzelner Biegeteile erheblich
verringert, und die Formgenauigkeit erheblich verbessert werden.
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Wenn
die Steuereinrichtung programmierbar ist, können die erwähnten Einrichtungen
automatisch gesteuert werden, so dass z.B. komplexe Biegekonturen
bearbeitet werden, ohne dass eine Bedienperson in den Bearbeitungsvorgang
eingreifen muss. Die Aufgabe einer Bedienperson beschränkt sich dann
auf das Nachfüllen
von Rohmaterial in einen Vorratsbehälter der Vorrichtung und die
Entnahme der gebogenen Fertigteile aus einem dafür vorgesehenen Sammelbehälter.
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Es
erhöht
die Biegegenauigkeit und verkürzt die
Zyklusdauer zur Bearbeitung eines ungebogenen Profilkörpers erheblich,
wenn die Position des zweiten Biegeabschnitts durch die Steuereinrichtung
gesteuert werden kann.
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Der
Personalaufwand bei der Bedienung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird weiter verringert, wenn der Vorschub des Profilkörpers durch die
Steuereinrichtung gesteuert werden kann.
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Eine
besonders genaue Ausrichtung des Profilkörpers auf der Vorrichtung kann
erreicht werden, wenn die Drehung des Profilkörpers durch die Steuereinrichtung
gesteuert wird.
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Der
Materialvorschubs kann beim Antrieb besonders genau abgemessen werden,
wenn die Antriebseinheit über
einen Mechanismus verfügt,
um den Profilkörper
schlupffrei zu fördern.
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Für das schlupffreie
Fördern
des Profilkörpers
und das zeitgleiche Abmessen des Vorschubs hat es sich als besonders
vorteilhaft erwiesen, wenn die Antriebseinheit zumindest ein Paar
gegenläufiger,
angetriebener Rollen umfasst.
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Als
besonders günstig
erweist es sich, wenn der zweite frei positionierbare Biegeabschnitt
im Wesentlichen entlang der Vorschubrichtung verstellt werden kann.
So kann der Biegeradius effektiv verstellt werden.
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Bei
großen
Biegeradien erweist es sich als vorteilhaft, wenn der zweite frei
positionierbare Biegeabschnitt im Wesentlichen senkrecht zur Vorschubrichtung
verstellt werden kann.
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Es
fördert
die Anwendbarkeit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für komplexe
räumliche Geometrien
erheblich, wenn der zweite frei positionierbare Biegeabschnitt im
Wesentlichen um die Vorschubachse verdreht werden kann.
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Um
den Materialvorschub gezielt auf den frei positionierbaren Biegeabschnitt
zu lenken und um den Außenquerschnitt
des geschwächten
Profilkörpers
im erhitzten Zustand zu stabilisieren, erweist es sich als besonders
günstig,
wenn die Biegeeinrichtung über
einen Mechanismus verfügt,
um den Profilkörper
schlupffrei zu fördern.
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Die
Heizleistung kann besonders gezielt und wirksam auf den geförderten
Profilkörper übertragen werden,
wenn die Heizeinrichtung eine Warmluftquelle, eine thermische IR-Strahlungsquelle
oder eine Hochfrequenzquelle ist.
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Für eine besonders
effiziente Erhitzung des Profilkörpers
stellt es sich als sehr vorteilhaft heraus, die Temperatur der Heizeinrichtung
auf den zu biegenden Abschnitt des transportierten Profilkörpers einwirken
zu lassen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist die Vorrichtung eine Biegeeinlage zur Einführung in einen Hohlprofilkörper auf,
um den Querschnitt dünnwandiger
Hohlprofilkörper
beim Biegen zu bewahren.
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Eine
Biegeeinlage, bestehend aus Silikon oder Federstahl oder einem Verbund
beider Materialien, eignet sich besonders gut für den Einsatz in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
da diese Materialien besonders flexibel sind und sich einer entsprechenden
Biegekontur besonders gut anpassen.
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Bei
der Weiterförderung
des Profilkörpers während der
Biegung erweist es sich als besonders günstig, wenn ein Hohlprofilkörper von
innen mit Druck beaufschlagt wird und der Querschnitt des Hohlprofilkörpers an
zumindest einer Stelle druckdicht geschlossen ist. So entsteht während des
Förderns
weniger Reibung an der Hohlprofilkörperinnenwand als bei der Verwendung
einer herkömmlichen Biegeeinlage.
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Dazu
eignet es sich besonders, wenn die Füllung aus einem flüssigen oder
gasförmigen
Medium besteht.
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Die
bevorzugten Ausführungsbeispiele
werden nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen und Diagramme
erläutert.
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1:
Prinzipskizze des Rollbiegeverfahrens.
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2:
Schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des
Rollbiegeverfahrens.
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3:
Schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des
Rollbiegeverfahrens in Detailansicht.
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4:
Flussdiagramm des Rollbiegeverfahrens.
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5:
Ein nach dem Rollbiegeverfahren gebogenes Rohrteil.
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Verfahren und Vorrichtung
zum Biegen eines länglichen
Profils aus thermoformbaren Kunst- und Verbundstoff
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Das
mit Bezug auf 1 beschriebene Ausführungsbeispiel
bezieht sich auf ein diskontinuierliches Rollbiegeverfahren, bei
dem fertige Biegeteile aus einem langen, zunächst geraden Polyamidrohr in eine
vorgegebene Form gebogen werden. Das Verfahren kann auch kontinuierlich
angewendet werden, z.B. beim Anschluss an einen Extruder.
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1 zeigt
dabei eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung
(10) umfasst einen Vorratsbehälter (V), der Mehrfachlängen eines
zu biegenden Polyamidrohrs (1) enthält. Durch eine Positioniereinrichtung
(P) (nicht gezeigt) werden einzelne Mehrfachlängen eines zu biegenden Polyamidrohrs
(1) aus dem Vorratsbehälter
(V) automatisch entnommen und auf der Rollbiegestrecke (10)
positioniert.
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Danach
wird eine Biegeeinlage (2a) durch einen Servomotor (2b)
in das Innere des vorpositionierten Rohres (1) automatisch
eingeführt.
Die Biegeeinlage (2a) wird verwendet, um den kreisförmigen Querschnitt
des Rohres (1) beim Biegen zu bewahren, vorzugsweise wenn
die Wandstärke
des Rohres (1) weniger als ein Viertel des Außendurchmessers beträgt. Dabei
werden die Geometrie, Härte,
Wärmeleitfähigkeit
und -aufnahme, Dehnung, Positionierung, etc. der Biegeeinlage (2a)
auf das zu biegende Rohr (1) abgestimmt. Die Härte der
Biegeeinlage (2a) wird hauptsächlich in Abhängigkeit
von den Rohrabmessungen (Wandstärke,
Rohrdurchmesser, etc.) gewählt.
Als mögliche
Materialien für
die Biegeeinlage (2a) eignen sich Silikon, Federstahl und
ein Verbund der beiden genannten Materialien. Auch weitere Materialien
kommen in Frage.
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Alternativ
kann ein Hohlprofilkörper/Rohr
(1) von innen mit Druck beaufschlagt werden, allerdings sollte
der Querschnitt des Hohlprofilkörpers/Rohrs (1)
dann an zumindest einer Stelle druckdicht geschlossen sein. So sind
auch flüssige
und gasförmige Medien
als Füllung
anstelle einer Biegeeinlage (2a) denkbar, wenn das Rohre
an einem Ende abgeschweißt
wird, um einen Austritt des Mediums und den damit verbundenen Druckverlust
zu verhindern. Der aufgebaute Druck im Rohrinneren wirkt einer Querschnittsveränderung
des Rohres (1) beim Biegen entgegen.
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Das
in der Rollbiegevorrichtung fixierte Rohr (1) wird nun
in eine erste Rohrführung
(F1) eingelegt und auf die nachgeschalteten Dreh- (3),
Schneid- (4), Antriebs- (5), Heiz- (6),
Biege- (7) und Kühleinrichtungen
(8) ausgerichtet. Die grundlegenden technischen Ausführungen
der Dreh-, Schneide-, Antriebs-, Heiz-, Biege- und Kühleinrichtungen
(3, 4, 5, 6, 7, 8)
sind für den
Fachmann ohne weiteres realisierbar und werden daher im Rahmen dieser
Erfindung nicht näher beschrieben.
In der 1 werden diese Einrichtungen zunächst symbolisch
dargestellt. In den 2 und 3 sowie
an den zugehörigen
Textstellen beschränkt
sich die Beschreibung dieser Einrichtungen jeweils auf spezifische
technische Merkmale.
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Anschließend wird
das Rohr (1) über
zwei gegenläufige,
angetriebene Rollen (5a, b), mit deren Hilfe auch die Längenbemessung
erfolgt, transportiert. Die Rollen (5a, b) der Antriebseinheit
(5) sind auf das Profil (z.B. den Durchmesser) des zu fördernden
Profilkörpers
(1) ausgerichtet um einen schlupffreien Vorschub zu gewährleisten.
Die Umfangsflächen
der zwei gegenläufigen
Rollen (5a) und (5b) berühren sich zumindest abschnittsweise
und bilden auf den Umfangsflächen
jeweils eine umlaufende Nut (5c) mit einem in etwa halbkreisförmigem Querschnitt,
deren Radius in etwa dem halben Außendurchmesser des zu transportierenden
Rohrs (1) entspricht. Die Antriebsrollen (5a)
und (5b) sind austauschbar und können der Größe eines zu transportierenden
Rohrs (1) angepasst werden. Die Rollen (5a, b)
wälzen
sich schlupffrei auf der Oberfläche
des zu transportierenden Rohres (1) ab und bilden an der Kontaktfläche einen
in etwa kreisförmigen
Durchgang mit in etwa dem Durchmesser des zu fördernden Rohres (1).
Somit kann die Länge
des transportierten Rohrs in Abhängigkeit
der Umdrehung beider Rollen (5a, b) genau ermittelt werden.
Die Transportgeschwindigkeit kann variiert werden, wobei gerade Bereiche
mit höherer
Geschwindigkeit transportiert werden als Biegebereiche. Im Normalbetrieb
beträgt der
Vorschub ca. 1 m/min.
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Der
Antriebseinheit (5) mit den beiden Antriebsrollen (5a,
b) ist eine weitere Rohrführung
(F2) nachgeschaltet. Eine Dreheinheit (3) ist vorgesehen, um
das Rohr um seine eigene Achse zu drehen. Zur Erstellung von 3-D-Biegungen,
d. h. Biegungen in drei Raumrichtungen bzw. von komplexen räumlichen
Biegekonturen kann das Rohr (1) mit Hilfe der Dreheinheit
(3) um 360° um
seine eigene Achse gedreht werden. Die Drehung des Rohres (1)
erfolgt dabei vorzugsweise, wenn der Profilkörper (1) nicht gebogen
wird, um eine unkontrollierte Verformung des Profilkörpers (1)
zu verhindern. Die Dreheinheit (3) ist im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
zwischen der ersten Rohrführung
(F1) und der Antriebseinheit (5) angeordnet. Die Dreheinrichtung
(3) umfasst einen Sensor zum Messen des Verdrehwinkels
des Profilkörpers
(1) bei der Drehung.
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Zwischen
der ersten Rohrführung
(F1) und der Dreheinheit (3) ist eine Schneidvorrichtung
(4) vorgesehen, um die Mehrfachlängen des zu biegenden Rohrs
zu Fixlängen
zu verarbeiten. Die Messer der Schneidvorrichtung (4) sind
dabei so angeordnet, dass sie die Biegeeinlage (2a) beim
Abschneiden des Rohres nicht durchtrennen.
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Der
zweiten Rohrführung
(F2) ist eine regelbare Heizeinrichtung (6) nachgeschaltet,
um die zu biegenden Bereiche des Rohrs (1) während des Transports
auf die Biegetemperatur aufzuheizen. Die Biegetemperatur eines Rohres
aus Polyamid (PA 12) bestehend liegt bsplw. im Temperaturintervall
von 160°C–170°C. Über nicht
weiter dargestellte Düsen wird
Warmluft örtlich
gezielt auf die zu biegenden Bereiche des Profilkörpers (1)
aufgetragen. Die Heizeinrichtung kann alternativ aus einer thermischen IR-Strahlungsquelle
oder Hochfrequenzquelle bestehen, deren Heizleistung ausreichend
hoch ist, um auch Rohre mit größeren Wandstärken innerhalb
kürzester
Zeit auf die Biegetemperatur knapp unter der Schmelztemperatur des
verwendeten Kunst- bzw. Verbundstoffs aufzuheizen.
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Die
Biegeeinrichtung (7) schließt in Vorschubrichtung an die
Heizeinrichtung (6) an. Um den Wärmeverlust auf dem Transportweg
so klein wie möglich
zu halten, befindet sich die Biegeeinrichtung (7) in unmittelbarer
Nähe der
Heizeinrichtung (6). Der Profilkörper ist nach dem Erwärmen in
einem biegbaren zähviskosen
Zustand, so dass lange Wegstecken zur Biegevorrichtung zu vermeiden
sind. Der Bereich um die Heizeinrichtung (6) sowie der Übergangsbereich
zur Biegeeinrichtung (7) ist darüber hinaus thermisch isoliert.
In der gezeigten Ausführungsform
umfasst die Biegeeinrichtung (7) drei Biegerollen (7a,
b, d).
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Den
ersten Abschnitt der Biegeeinheit (7) bildet ein Paar entgegenlaufender,
angetriebener Biegerollen (7a, b), die sich an den Umfangsflächen zumindest
abschnittsweise berühren
und auf der Umfangsfläche
jeweils eine umlaufende Nut (7c) mit etwa halbkreisförmigem Querschnitt
ausbilden, deren Radius in etwa dem halben Außendurchmesser des transportierten
Rohrs entspricht. Die Position der Biegerollen (7a, b)
ist fest. Im Anschluss an die Biegerollen (7a, b) trifft
der transportierte Profilkörper
(1) auf die frei positionierbare Biegerolle (7d) – den zweiten
Abschnitt der Biegeeinheit (7). Dort werden die aufgeheizten,
zu biegenden Bereiche des Profilkörpers (1) durch die
Biegerolle (7d) umgelenkt. Die Biegerolle (7d)
ist in Vorschubrichtung und senkrecht dazu verstellbar und kann
um eine Achse im Wesentlichen parallel zur Vorschubachse um 360° verdreht werden.
Der Durchmesser der Biegerollen (7a, b, d) muss etwas kleiner
sein als der gewünschte
minimale Biegeradius des Rohrs (1).
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Die
Kühleinrichtung
(8) befindet sich in unmittelbarer Nähe der Biegeeinrichtung (7).
Die Kühleinrichtung
(8) verfügt über Düsen, die
nicht weiter dargestellt sind, um ein Kühlmittel gezielt auf die zu kühlenden
Bereiche aufzutragen. Das Kühlmittel
ist bsplw. Wasser mit einer Temperatur von ca. 8°C.
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Die
Positioniervorrichtung (P), die servogesteuerte Biegeeinlage (2a),
die Dreheinrichtung (3), die Schneideinrichtung (4),
die Antriebseinrichtung (5), die Heizeinrichtung (6),
die Biegeeinrichtung (7) sowie die Kühleinrichtung (8)
sind über
eine Steuereinrichtung (S) verbunden.
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Nachstehend
wird das Rollbiegeverfahren mit Bezug auf das Flussdiagramm in 4 erläutert. Das
beschriebene Beispiel betrifft ein diskontinuierliches Verfahren.
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In
einem Schritt (S1) wird ein Vorratsbehälter (V) durch eine Bedienperson
mit den zu biegenden Profilkörpern
(1), z.B. Mehrfachlängen
ungebogener Polyamidrohre bestückt.
Aus diesen Rohrlängen können einzelne
Fertigteile mit einer vorgegebenen Fixlänge gearbeitet werden. Die
Mehrfachlänge
des Rohrlängen
beträgt
dabei ein Vielfaches der Fixlänge.
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Im
Schritt (S2) entnimmt die durch die Steuereinrichtung (S) gesteuerte
Positioniervorrichtung (P) (nicht gezeigt) automatisch eine Mehrfachlänge des
ungebogenen Polyamidrohrs (1) aus dem Vorratsbehälter (V)
und positioniert sie in der Rollbiegevorrichtung (10) vor.
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Gesteuert
durch die Steuervorrichtung (S) wird eine auf die jeweiligen Rohrverhältnisse
ausgerichtete Biegeeinlage (2a) mittels eines Servomotors (2b)
im Schritt (S3) in das Innere des vorpositionierten Rohres (1)
eingeführt.
Die Aufgabe der Biegeeinlage (2b) besteht darin, den kreisförmigen Querschnitt
des Rohres (1) beim Biegevorgang zu gewährleisten.
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Im
Schritt (S4) wird das Rohr, angetrieben durch die Antriebseinheit
(5), transportiert und gleichzeitig in seiner Länge bemessen.
Das Rohr wird dabei über
die Rohrführung
(F1) genau auf die Rollen (5a, b) ausgerichtet. Der Vorschub
und die Längenbemessung
erfolgt über
die zwei angetriebenen Rollen (5a, b), die sich schlupffrei
an dem Profilkörper
(1) abwälzen.
Die Transportgeschwindigkeit des Rohrs (1) kann über die
Steuereinheit (S) gesteuert werden. So wird bei geraden Bereichen
ein höherer
Vorschub und bei Biegebereichen ein geringerer Vorschub gewählt. Der
gemessene Wert des Materialvorschubs wird an die Steuereinheit (S)
als Eingabewert elektronisch übermittelt.
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Im
Schritt (S5) werden die zu biegenden Bereiche des Rohrs (1)
durch die regelbare Heizeinrichtung (6) während des
Transports erwärmt.
Gesteuert durch die Steuereinrichtung (S) kann die Heizleistung der
Heizeinrichtung (6) genau auf die jeweiligen Erfordernisse
(Rohrdurchmesser, Wandstärke,
Biegetemperatur, Biegegeschwindigkeit, etc.) abgestimmt werden.
Während
des Vorschubs werden die zu biegenden Bereiche auf die Biegetemperatur,
d. h. in etwa 10–30%
unter der Schmelztemperatur des verwendeten Kunst- bzw. Verbundstoffs
erhitzt. Die Biegetemperatur bei dem verwendeten Polyamidrohr (PA
12) beträgt
ca. 160–170°C, wobei
die auf die zu biegenden Bereiche des Rohrkörpers einwirkende Heiztemperatur
der Heizeinrichtung (6) deutlich größer ist. Die Heizeinrichtung
(6) sitzt dazu unmittelbar vor den Biegerollen (7a,
b), da zum einen das Rohr (1) nach dem Erwärmen sehr
instabil ist (nahe am Schmelzpunkt) und zum anderen lange Wegstrecken zur
Biegevorrichtung zu vermeiden sind, die das Biegeergebnis auf Grund
der Abkühlung
des Profilkörpers
verschlechtern.
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Der
Schritt (S6) betrifft den eigentlichen Biegevorgang. Nach dem Durchlaufen
der Heizeinrichtung (6) kommt der erwärmte Biegebereich zunächst an
den festen Biegerollen (7a, b) an. Die Biegerollen (7a,
b) sind angetrieben und wälzen
an den Kontaktflächen
in entgegengesetzter Richtung ab. Die umlaufenden Nuten (7c)
bilden an der Kontaktfläche
einen kreisförmigen
Durchgang mit dem Durchmesser des zu transportierenden Rohres. Durch
die Biegerollen (7a, b) wird der transportierte Profilkörper in seiner äußeren Form
und Richtung stabilisiert und genau auf die Biegerolle (7d)
gelenkt. Während
des Durchlaufens der Biegeeinheit (7) werden die erwärmten Biegebereiche
des Rohrs (1) durch die frei positionierbare Biegerolle
(7d) umgelenkt und in die vorbestimmte Kontur gebogen.
Das Rohr (1) wird während
des Biegevorgangs ständig
weitertransportiert. Die frei positionierbare Biegerolle (7d)
ist mit der Steuereinheit (S) verbunden und wird in Abhängigkeit
des ermittelten Vorschubs des Rohres (1) zugestellt. So
kann die Biegerolle (7d) auch während des Vorschubs umpositioniert
werden, um die Biegerichtung bzw. den Biegeradius zu verändern. Im
Normalfall beträgt
die Biegegeschwindigkeit bei einer derartigen erfindungsgemäßen Vorrichtung
ca. 1 m/min. Die maximale Biegegeschwindigkeit ist abhängig von dem
Rohrdurchmesser, der Wandstärke
des Rohres (1), dem Biegewinkel, dem Biegeradius, der verwendeten
Biegeeinlage (2a), dem verwendeten Rohrmaterial und der
Biegetemperatur. Bei geringer Wandstärke des Rohres (1),
einem geringen Biegewinkel, einem hohen Biegeradius und einer hohen
Heizleistung sind Biegegeschwindigkeiten bis zu 10 m/min denkbar.
Der Biegewinkel ist in einem Bereich von 0 bis 360° wählbar. Der
minimale Biegeradius des zu biegenden Rohrs (1) ist abhängig von
dem jeweiligen Rohrdurchmesser, der jeweiligen Wandstärke, dem Biegewinkel,
der verwendeten Biegeeinlage, dem Rohrmaterial, der Transportgeschwindigkeit
und der Biegetemperatur. Als Richtwert für den minimalen Biegeradius
gilt dabei der dreifache Rohrdurchmesser. Die erhitzten Bereiche
des Rohrs (1) werden unmittelbar nach dem Biegevorgang
mit Hilfe des Kühlmittels über die
Düsen der
Kühleinrichtung
(8) auf eine Temperatur von ca. 40°C abgekühlt und dadurch in Ihrer Position
fixiert. Die fertig gebogene Biegekontur wird "eingefroren", um eine ungewollte nachträgliche Verformung
des Rohrstücks
z.B. durch sein Eigengewicht zu verhindern.
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Im
Schritt (S7) wird das Rohr – für die Erstellung
dreidimensionaler Biegungen – durch
die Dreheinheit (3) wahlweise um bis zu 360° um seine eigene
Achse gedreht. Die Dreheinheit (3) ist mit der Steuervorrichtung
(S) elektronisch verbunden und wird von dieser gesteuert. Der Verdrehwinkel
des Profilkörpers
wird während
des Verdrehens des Rohres (1) mittels eines Sensors in
der Dreheinrichtung (3) gemessen.
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Der
Profilkörper
(1) kann während
der Drehung weitertransportiert werden. Die Biegerolle (7d) wird
während
der Drehung des Profilkörpers
(1) wahlweise von der Biegestelle des Profilkörpers (1)
entfernt oder in Drehrichtung mitgeführt, um eine ungewollte Verformung
des Profilkörpers
(1) bei der Drehung zu vermeiden. Durch eine entsprechende
Programmierung der elektronischen Steuervorrichtung (S) kann eine
Positionierung bzw. Nachführung
der Biegerolle (7d) während
des Drehvorgangs vorgesehen werden. Die gedrehten Bereiche des Rohres
(1) werden durch Wiederholung der Schritte (S4) bis (S6)
ebenso transportiert und bemessen, während des Transports bis zur
Biegetemperatur erwärmt
und beim Durchlaufen der Biegeeinheit (7) umgeformt und
anschließend
in der Kühleinrichtung
(8) gekühlt. Durch
mehrfache Wiederholung der Schritte (S4) bis (S6) können komplexe
räumliche
Geometrien erstellt werden.
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Nach
dem Durchlaufen der voranstehenden Verfahrensschritte wird in einem
Schritt (S8) das Rohr (1) nach erfolgter Bearbeitung durch
die Scheideinrichtung (4) abgelängt. Während des Schneidvorgangs kann
die Biegeeinlage (2a) im Rohr verbleiben, da durch eine
geschickte Auslegung der Messer die Durchtrennung der Biegeeinlage
(2a) verhindert wird.
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Im
Schritt (S9) wird das fertig bearbeitete Rohr (1) aus der
Vorrichtung (10) ausgegeben.
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Im
diskontinuierlichen Verfahren wird ein noch nicht aufgebrauchtes
Rohrteil durch Wiederholung des Rollbiegeverfahrens ab Schritt (S4)
weiterverarbeitet.
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Ist
eine Mehrfachlänge
eines ungebogenen Rohres (1) aufgebraucht, so wird die
Biegeeinlage (2a) im Schritt (10) in die Ausgangsposition
zurückgeführt und
der Vorgang ab dem Schritt (S2) neu gestartet. Der Servomotor (2b)
der Biegeeinlage (2a) wird dabei von der Steuervorrichtung
(S) gesteuert.
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Im
Schritt (S11) werden die Biegeteile entnommen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
werden die Verfahrensschritte (S2) bis (S10) mittels einer speicherprogrammierbaren
Steuerung ausgeführt, wobei
elektronische Steuerbefehle generiert werden, die eine Steuervorrichtung
(S) den jeweiligen Vorrichtungen (3, 4, 5, 6, 7, 8)
zuweist. Die technische Umsetzung einer derartigen Steuervorrichtung
ist für
einen Fachmann ohne weiteres realisierbar und wird an dieser Stelle
nicht näher
beschrieben.
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Der
Bediener der Maschine hat nur dafür zu sorgen, dass genügend Rohmaterial
im Vorratsbehälter
(B) vorhanden ist und dass die Fertigteile nach der Ausgabe entnommen
werden.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
alle thermoformbaren Werkstoffe, besonders Kunst- und Verbundstoffe
verarbeitet werden. Der Verarbeitbarkeit sind durch die Abmessungen
eines Profilkörpers (Durchmesser,
Rohrlängen
und Wanddicken) keine Begrenzungen gesetzt.
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Das
erfindungsgemäße Biegeverfahren
lässt sich
auch leicht mit anderen vollautomatischen Arbeitsgängen wie
z.B. Steckmontage oder Anstauchen kombinieren. Bei dickwandigen
Rohren kann statt der Verwendung aus einem Vorratsbehälter z.B. direkt
von einer Spule gearbeitet werden. Das erfindungsgemäße Biegeverfahren
ist materialschonend, da nur die vorgesehenen Biegebereiche erwärmt werden.
Durch die speicherprogrammierbare Steuerung (S) des vorgenannten
erfindungsgemäßen Biegeverfahrens
ist die Herstellung von mehrfach gebogenen Rohren (1) reproduzierbar
in großen
Stückzahlen
möglich.
Weiterhin können
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
auch andere geometrische Körper
gebogen werden.
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Das
obengenannte Verfahren und die obengenannte Vorrichtung wird üblicherweise
außerhalb einer
Extrusionsstrecke eingesetzt und als diskontinuierliches Verfahren
bezeichnet. Ebenso ist ein kontinuierliches Verfahren, beispielsweise
beim Einsatz innerhalb einer Extrusionsstrecke möglich.