DE2738394C2

DE2738394C2 - Verfahren zum Biegen von Rohren oder ähnlichen Werkstücken sowie Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens

Info

Publication number: DE2738394C2
Application number: DE2738394A
Authority: DE
Inventors: Leonardus Johannes Cornelis Hermans; Marinus Johannes Berkel & Rodenrijs Hofstede; Jan Willem de Dordrecht Koe
Original assignee: Cojafex Bv Rotterdam Nl
Current assignee: Cojafex Bv Rotterdam Nl
Priority date: 1976-09-03
Filing date: 1977-08-25
Publication date: 1982-02-11
Also published as: FR2363383B1; BE858351A; IT1085973B; USRE30639E; DE2738394A1; JPS6025208B2; JPS5358959A; NL165667C; US4151732A; GB1587888A; NL7609864A; FR2363383A1; NL165667B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Biegen von Rohren oder diesen ähnlichen Werkstücken, bei dem das Rohr in Längsrichtung kontinuierlich einer Biegestelle zugeführt wird, an der das Rohr in einer Querzone mit veränderbarer Temperaturverteilung erhitzt wird, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens.

Beim Biegen von Rohren tritt in der Regel eine Verringerung der Wanddicke an der Außenseite der Biegung und eine Vergrößerung der Wanddicke an der Innenseite auf. Das Maß der Änderung der Wanddicke hängt stark von dem Biegeradius und der Art und Weise ab, mit der das Biegen durchgeführt wird.

Bei einem von altersher bekannten Biegeverfahren, bei dem der zu biegende Teil des Rohres, erhitzt oder nicht erhitzt, um eine Schablone gebogen wird, ist die Verringerung der Wanddicke an der Außenseite sehr groß. Bei einem bekannten Biegeverfahren der eingangs genannten Art, bei dem es sich um ein neueres Verfahren handelt, vgl. US-PS 39 02 344, und bei dem die Biegung fortschreitend in einer schmalen, erhitzten Querzone erfolgt, ist die Verringerung der Wanddicke an der Außenseite zwar demgegenüber beträchtlich geringer, in der Regel aber dennoch weit größer, als es technisch oder ökonomisch tragbar ist. Außerdem ist die Vergrößerung der Dicke an der Innenseite der Biegung dabei häufig größer, als es bei dem erwähnten altbekannten Biegeverfahren der Fall ist

Eine Verringerung der Wanddicke an der Außenseite kann aus Festigkeitserwägungen nur in einem bestimmten Ausmaß toleriert werden, und zwar am ehesten noch bei kleinen Werten des Verhältnisses R/D (Biegeradius/ Rohrdurchmesser). Eine Vergrößerung der Wanddicke an der Innenseite ist, wenn es sich um Festigkeitserwägungen handelt, in gewissem Ausmaß sogar erwünscht Es gibt aber auch Instanzen, die vorschreiben, daß die Wanddicke des gebogenen Rohrs an der dünnsten Stelle zumindest gleich der Nenn-Wanddicke des zu biegenden Rohres ist Da in der Praxis, insbesondere bei Rohren, die Dickenverringerung an der außen liegenden Wand am wichtigsten ist wird nachstehend hauptsächlich auf die Beherrschung der Wanddickenverringerung der Außenwand eingegangen.
Soll eine Biegung hergestellt werden, bei der zu erwarten ist, daß die Dickenverringerung der Λ-ißenwand 15% wird, und ist dabei gefordert daß die Dickenverringerung nicht mehr als 5% der Nenn-Wanddicke sein darf, dann muß das Ausgangsrohr eine Wanddicke haben, die mit Sicherheit 10% größer als die Nenn-Wanddicke ist Nun werden in der Praxis meistens Standardrohre mit einer Wanddicke gewalzt, die 8 bis 10% größer als die Nenn-Wanddicke ist. Wird nun unter Anwendung des bekannten Verfahrens der eingangs genannten Art gebogen und hat man beim Biegen »Glück«, so kann es durchaus möglich sein, daß man bei Verwendung eines normalen Standardrohres innerhalb der erlaubten Toleranz bleibt. Daß ein brauchbares Ergebnis erhalten wird, ist jedoch nicht sicher. Wenn man sicher zu gehen wünscht, ist man gezwungen, im Walzwerk Speziairohre mit größerer Wanddicke herstellen zu lassen. Praktisch bedeutet dies, daß man Rohre beziehen muß, deren Wandstärke 25% bis 30% über der Nenn-Wanddicke liegt, wenigstens an der Stelle, die die Außenwand bei der Biegung bildet, falls Rohre mit exzentrischer Bohrung benutzt werden. Es ist ersichtlich, daß derartige Rohre wesentlich schwerer und teurer sind und daß derartige Rohre oftmals nur nach längeren Lieferfristen erhältlich sind.

Äußerst wünschenswert ist es daher, über ein Biegeverfahren zu verfügen, mit dem man, ausgehend von normalen Standardrohren, Biegungen herstellen kann, bei denen die Verringerung der Wanddicke innerhalb der normalen zusätzlichen Wanddickenmarge bleibt, die man mit 8 bis 10% bei den normalen

to Standardrohren zur Verfügung hat. Dies bedeutet also, daß beim Biegen die Forderung zu erfüllen wäre, daß die Verringerung der Wanddicke innerhalb von 8% bleibt, wenn sichergestellt sein soll, dali die Wanddicke an der Außenbiegung mindestens gleich groß bleibt wie die Nenn-Wanddicke oder noch größer ist als diese.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Biegeverfahren anzugeben, bei dessen Durchführung gewährleistet ist, daß beim Biegen die Verringerung der Wanddicke an der Außenseite des Bogens ein bestimmtes Ausmaß, das man zu tolerieren gewillt ist, nicht überschreitet, daß insbesondere also beim Biegen von Rohren die Wanddicke an der Außenseite des Rohrbogens einen vorbestimmten Wert nicht unterschreitet.

fc5 Die Lösung dieser gestellten Aufgabe basiert auf dem allgemeinen Gedanken, daß zum Beherrschen der Wanddickenänderungen in der Biegezone ein Zustand geschaffen wird, bei dem die neutrale Linie (d. h. die

Linie, wo die Druck- und Zugspannungen im Werkstoff ineinander übergehen) so dicht wie möglich an der Außenwand zu liegen kommt Liegt die neutrale Linie im »Herzen« der Außenwand, so wird die Außenwand ihre ursprüngliche Wanddicke beibehalten. Liegt die neutrale Linie radial außerhalb des Herzens der Außenwand, ζ. B. im Bereich der äußeren Wandoberfläche oder noch weiter radial außen, so entsteht sogar eine Verdickung. Der Biegeprozeß muß daher derart gesteuert werden, daß die neutrale Linie dort liegt, wo sie im Interesse der Beherrschung der Wanddickenänderung am meisten erwünscht ist.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung ist die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwin- is digkeiten des Rohres vor sowie hinter der Biegestelle ermittelt werden und daß das Verhältnis der beiden Geschwindigkeiten zum Verändern der Temperaturverteilung in der Querzone benutzt vird. Aus dem Geschwindigkeitsvergleich resultiert unmittelbar die Größe einer gegebenenfalls eingetretenen Wanddikkenverringerung oder, wenn man von einem bekannten Wert der Wanddicke ausgeht, den man vor dem Biegevorgang leicht messen (z. B. Ultraschallmessung) oder den Herstellerangaben entnehmen kann, die Größe der in dem benachbarten Bereich nach dem Biegen verbleibenden Wanddicke. Weicht dieser Wert von einem gewünschten Wert ab, wird die örtliche Erhitzung der Querzone so verändert, daß die Abweichung vom Sollzustand einen gewünschten Bereich nicht überschreitet.

Obwohl oben ausschließlich vom Biegen von Rohren die Rede war und auch nachstehend die Anwendung für das Biegen von Rohren behandelt wird, und zwar Abstand hauptsächlich zur Beherrschung der Wanddickenverrin- 3"> gerung der Außenwand, ist das Verfahren nicht nur für das Biegen von Rohren anwendbar, sondern auch für das Biegen anderer langgestreckter Gegenstände, z. B. X-Balken.

Die Änderung der Temperaturverteilung in der erhitzten Querzone kann durch quer zur Rohrlängsrichtung erfolgendes Verstellen von die Wärme zur Querzone zuführenden Mitteln erfolgen, wobei sich eine entsprechende Verschiebung der neutralen Linie ergibt. Bei dem bekannten Verfahren der eingangs genannten ιϊ Art, das in der US-PS 39 02 344 aufgezeigt ist, ist zwar ebenfalls eine Verstellung der die beheizte Querzone erhitzenden Wärmequelle und damit eine Veränderung der Temperaturverteilung in der Querzone vorgesehen. Im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Verfahren wird dabei jedoch lediglich im Hinblick auf das Vermeiden von z'i hohen Temperaturen auf der Außenseite des Bogens und zu tiefen Temperaturen an der Innenseite eine Voreinstellung der Lage der Wärmequelle relativ zum Rohr durchgeführt, die beim Biegevorgang v> unverändert beibehalten wird. Von einer Verstellung der Wärmequelle während des Biegens ist jedoch keine Rede, geschweige denn davon, eine Verstellung aufgrund bestimmter Messungen durchzuführen, wie dies beim erfindungsgemäßen Verfahren der Fall ist. t>o

Durch die DE-OS 21 12 019 ist zwar bereits ein Rohrbiegeverfahren bekannt, bei dem während des Biegevorgangs aufgrund von dabei vorgenommenen Messungen eine Verstellung einer das Rohr in einer Querzone erhitzenden Wärmequelle vorgesehen ist. tv> Abgesehen davon, daß es sich dabei nicht um ein Verfahren zum Beherrschen der Wanddicke des zu bieeenden Rohrs handelt, sondern um ein Verfahren zum Beherrschen der Größe des Biegeradius, wird bei diesem bekannten Verfahren die Wärmequelle auch nicht in quer zum Rohr verlaufender Richtung, sondern in Rohrlängsrichtung verschoben, so daß keine Änderung der Temperaturverteiiung in der erhitzten Querzone bewirkt wird, sondern lediglich eine Längsverschiebung dieser Querzone.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren gestaltet sich das Messen der Geschwindigkeit des Rohrs vor der Biegestelle einfach, da diese Geschwindigkeit gleich der Geschwindigkeit ist, mit der das Rohr der Biegestelle zugeführt wird. Die Messung der Geschwindigkeit hinter der Biegestelle gestaltet sich etwas schwieriger, u. a. auch wegen der hohen Temperatur in der Nähe der Biegestelle. Optische Meßmethoden wären daher nicht ohne weiteres anwendbar, da vorausgehend auf dem Rohr angebrachte Markierungsstriche unter Umständen bei der Erhitzung beschädigt werden könnten oder gar verschwinden könnten. Beim Biegen des Rohres zu einem Kreisbogen kann man jedoch die Geschwindigkeit eines bestimmten Wandteils aus dem Abstand des Wandteils vom Krümmungsmittelpunkt und aus der Rotationsgeschwindigkeit des den betreffenden Wandteil mit dem Mittelpunkt verbindenden Radius ableiten. Bei Anwendung eines Schwenkarms, an dem das voreilende Ende des zu biegenden Rohres befestigt ist, ist diese Rotationsgeschwindigkeit der Drehgeschwindigkeit des Schwenkarms gleichzustellen. Als Abstand zwischen der Drehachse des Schwenkarms und dem betreffenden Wandteil kann man, wenn man große Genauigkeit zu erzielen wünscht, den Abstand zwischen der Drehachse und dem Herzen des genannten Wandteils_ berücksichtigen. Dieses Herz liegt in einem

von der Mittellinie des Rohres, wobei D

D-S

der Rohrdurchmesser und S die Wanddicke sind. Die Wanddicke kann erforderlichenfalls an dem kalten Rohr auf einfache Weise gemessen werden, z. B. mit Ultraschall, in der Praxis genügt aber meistens die Einführung der Nenn-Wanddicke.

Wird die Geschwindigkeitsmessung auf diese Weise an der Außenwand des Rohrbogens ausgeführt, so muß man darauf vertrauen können, daß der Biegeradius R des Bogens während des Biegens konstant bleibt. Mit bekannten Verfahren kann man den Biegeradius sehr genau konstant halten, wobei außerdem die Ovalität des gebogenen Rohrs vernachlässigbar klein bleibt. Dadurch liegt die Stelle des Herzens der Außenwand des Rohrs an der Biegestelle genau fest. Diese Biegeverfahren sind daher äußerst geeignet, um als Basis bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu dienen.

Die Erfindung wird durch eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens weitergebildet. Diese Vorrichtung ist bei einer Rohrbiegemaschine, die eine Vorschubeinrichtung zum kontinuierlichen Zuführen des Rohres, einen zum Erhitzen der Querzone vorgesehenen, das Rohr umgebenden Erhitzungsring, wobei zum Verändern der Temperaturverteilung das Rohr und der Erhitzungsring relativ zueinander quer zur Zuführrichtung des Rohrs durch eine Verstelleinrichtung verschiebbar sind, und einen das Rohr an seinem vorderen Ende klemmenden Schwenkarm, der in der Ebene des Erhitzungsrings gelagert ist, aufweist, erfindungsgemäß gelöst durch eine Meßeinrichtung zum Ermitteln der Geschwindigkeit des Rohrs vor der Biegestelle bzw. dem Erhitzungsring und einer weiteren Meßeinrichtung zum Ermitteln der zu der

Geschwindigkeit des Rohrs nach der Biegestelle bzw. dem Erhitzungsring proportionalen Rotationsgeschwindigkeit des Schwenkarms, durch ein das Verhältnis aus den gemessenen Geschwindigkeiten bildendes System und durch einen Vergleicher, der bei Abweichen des gebildeten Verhältnisses von einem vorbestimmten Wert die Verstelleinrichtung betätigt, wobei das relativ zueinander erfolgende Verschieben des Rohrs und des Erhitzungsrings der Erhitzungsring ausführt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert, deren einzige Figur eine schematisch vereinfachte Blockdarstellung eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zeigt.

In der Figur ist eine Rohrbiegemaschine mit dem zu biegenden Rohr 1 gezeigt, das an der Stelle 3 z. B. durch Klemmung an dem Schwenkarm 2 befestigt ist. Durch eine Vorschubeinrichtung wird das Rohr fortschreitend in der Richtung der Biegung nach links bewegt, wobei eine schmale Querzone durch einen das Rohr umgebenden Erhitzungsring 4, z. B. einen Induktor, erhitzt wird, in welcher Zone die Verformung beziehungsweise Biegung fortschreitend erfolgt. Eine Meßeinrichtung 6 mißt die Geschwindigkeit V, mit der das Rohr vorgedrückt wird, eine Meßeinrichtung 5 mißt die Wanddicke S des noch ungebogenen Rohres auf dem Wandteil, der beim Biegen an der Außenseite der Biegung zu liegen kommt, und eine weitere Meßeinrichtung 7 mißt die Rotationsgeschwindigkeit W des Schwenkarmes. In der Zeichnung sind ferner der Biegeradius R und der äußere Rohrdurchmesser D sowie die Wanddicken S und Su beziehungsweise vor und nach dem Biegen angegeben. Die von den Meßeinrichtungen 5, 6 und 7 erhaltenen Meßsignale werden in ein logisches System 9 eingeführt, worin auch als konstante Werte der Biegeradius R und der äußere Rohrdurchmesser D eingeführt werden. Die eingeführten Signale werden im System 9 gemäß der nachstehenden Formel verarbeitet

worin Su die Wanddicke an der Außenwand der Biegung nach dem Biegen darsteiit. Bemerkt wird, daß man bei dem Einführen von Sin das System 9, wenn die Stelle der Messung verhältnismäßig weit von der Stelle der Biegung liegt und Streuungen von S über die Länge des Rohres erwartet werden können, derart eine Verzögerung anwenden kann, daß der gemessene Wert von S sich erst effektiv fühlbar machen wird, wenn die gemessene Stelle des Rohres die Stelle der Biegung beinahe erreicht hat. Das Ausgangssignal—wird in einem Vergleicher 10 mit dem erwünschten Wert — verglichen; bei Abweichung zwischen den beiden

κι Werten wird ein Signal nach der Verstelleinrichtung 11 für den Erhitzungsring 4 derart gesandt, daß dieser in einer Richtung senkrecht zu der Längsachse des ungebogenen Rohres verschoben wird, bis das erwünschte Verhältnis ^- erreicht ist. Diese Verstellung

kann selbstverständlich auch von Hand erfolgen. In der

sij
obigen Formel für das Verhältnis -— ist in dem rechten

Teil angenommen, daß das Herz des Außenwandteiles in der Biegung sich in dem gleichen Abstand von der Herzlinie des Rohres wie das Herz des noch ungebogenen Wandteiles befinden wird.

Statt der obengenannten Formel können auch andere

Formeln Anwendung finden, wenn man von mehreren gemessenen Größen ausgeht, wie der Geschwindigkeit an der Außenseite (Außenwand) des gebogenen Wandteiles der Außenbiegung oder dem Abstand von der Außenseite des gebogenen Wandteiles bis zum Mittelpunkt vom Biegeradius. Die Einführung von

j(i derartigen Größen kann bedeuten, daß das logische

System 9 das Verhältnis ^:— aus einer quadratischen

Gleichung ableiten muß. All diese Messungen basieren darauf, daß die Wanddickenänderung in der Außenbie- i^r, gung durch Messung der Verlängerung in axialer Richtung bestimmt werden kann, die der Wandteil in der Außenbiegung während des Biegens erfährt. Das Resultat dieser Bestimmung wird dann benutzt, um erforderlichenfalls den Spannungszustand in der erhitzen ten Zone derart zu ändern, und zwar vorzugsweise durch Änderung des Erhitzungsmusters, daß dieser Wandteil die erwünschte Dicke erhält.

Als Werkstück kann auch ein I-Balken Anwendung finden, wenn man die Dicke von einer der beiden 5 Flanschen zu beherrschen wünscht. Es kann dabei vorkommen, daß man gerade an der Innenseite der Biegung eine bestimmte Flanschenverdickung wünscht — dies im Zusammenhang mit einer Belastung, welcher der gebogene Balken später unterworfen werden wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Biegen von Rohren oder diesen ähnlichen Werkstücken, bei dem das Rohr in Längsrichtung kontinuierlich einer Biegestelle zugeführt wird, an der das Rohr in einer Querzone mit veränderbarer Temperaturverteilung erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeiten des Rohrs vor sowie hinter der Biegestelle ermittelt werden und daß das Verhältnis der beiden Geschwindigkeiten zum Verändern der Temperaturverteilung in der Querzone benutzt wird.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Rohrbiegemaschine, die eine Vorschubeinrichtung zum kontinuierlichen Zuführen des Rohres, einen zum Erhitzen der Querzone vorgesehenen, das Rohr umgebenden Erhitzungsring, wobei zum Verändern der Temperaturverteilung das Rohr und der Erhitzungsring relativ zueinander quer zur Zuführrichtung des Rohrs durch eine Verstelleinrichtung verschiebbar sind, und einen das Rohr an seinem vorderen Ende klemmenden Schwenkarm, der in der Ebene des Erhitzungsrings gelagert ist, aufweist, gekennzeichnet durch eine Meßeinrichtung (6) zum Ermitteln der Geschwindigkeit (V) des Rohrs (1) vor der Biegestelle bzw. dem Erhitzungsring (4) und einer weiteren Meßeinrichtung (7) zum Ermitteln der zu der Geschwindigkeit des Rohrs nach der Biegestelle bzw. dem Erhitzungsring proportionalen Rotationsgeschwindigkeit (W)O^s Schwenkarms (2), durch ein das Verhältnis aus den gemessenen Geschwindigkeiten (V, W) bildendes System (9) und durch einen Vergleicher (10), der bei Abweichen des gebildeten Verhältnisses von einem vorbestimmten Wert die Verstelleinrichtung (11) betätigt, wobei das relativ zueinander erfolgende Verschieben des Rohrs und des Erhitzungsrings der Erhitzungsring ausführt.