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Verfahren zum Biegen Von Rohren od. dgl. aus Metall Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Biegungen in Rohren aus Metall, und zwar
befaßt sich die Erfindung vornehmlich mit der Behandlung solcher Rohre, deren Durchmesser
im Verhältnis zu ihrer Wandstärke groß ist. Die Erfindung ist daher insbesondere
bei der Herstellung von Blasmusikinstrumenten von Bedeutung, deren Hauptkörper aus
einem Metallrohr besteht, das eine oder mehrere Biegungen aufweist. Das übliche
Verfahren zur Formung eines Rohres für ein Blasinstrument der erwähnten Art besteht
darin, daß von einem Metallblech ausgegangen wird, aus dem das Rohr geformt werden
soll, und dann das Blech von Hand in einer großen Zahl aufeinanderfolgender Arbeitsvorgänge
in ein Rohr gebogen wird.
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Wird ein Rohr in dieser Weise gebogen, so wird auf das Rohr ein Biegungsmoment
ausgeübt, und zwar für gewöhnlich in der Form von Kräften., die in entgegengesetzten
Richtungen auf die Außenwandungen des Rohres einwirken; wenn dabei das Rohr gebogen
wird, entsteht eine neutrale Achse, die etwa durch den Schwerpunkt des Rohres hindurchgeht.
Alle Wandungsteile des Rohres, die auf der einen Seite dieser neutralenAchse liegen,
werden daher auf Zug und die auf .der .anderen Seite liegenden Teile auf Druck beansprucht.
Unter der Einwirkung der Zugbeanspruchung findet lediglich eine Dehnung des Materials
statt; die Druckbeanspruchung .dagegen hat zur Folge, daß sich die dünne Wandung
ausbeult und einknickt. Die Druckkraft, welche von der dünnen Rohrwandung aufgenommen
werden kann, wobei das Rohr nach Art einer Strebe beansprucht wird, ist sehr klein;
die Folge davon ist, daß sofort bei Ausübung eines Biegungsmomentes auf das Rohr
an der Innenseite
der Biegung, an der eine Druckbeanspruchung auftritt,
sich kleine Falten bilden.
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Bei dem üblichen Herstellungsverfahren müssen daher diese Falten oder
Runzeln von Hand wieder ausgeschlagen werden, worauf das Rohr geglüht und dann um
einen weiteren Abschnitt :gebogen wird. Um die endgültige Biegung zu erzeugen, sind
daher zahlreiche Schritte des aufeinanderfolgenden Biegens und Ausbeulens mit dazwischenliegendem
Glühen erforderlich; :das Verfahren als solches ist daher sehr zeitraubend.
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Ein Mittel zur Vermeidung des Entstehens solcher Runzeln in der auf
der Innenseite der Biegung liegenden Rohrwandung besteht darin,, auf das Rohr ein
Biegungsmoment auszuüben, ohne in seiner Wandung irgendeine nennenswerte Druckbeanspruchung
entstehen zu lassen. Es sind bereits die verschiedenartigsten Vorschläge gemacht
worden, um diese Bedingung zu erfüllen. Wenngleich einige dieser Maßnahmen sich
bei relativ kleinen Rohrdurchmessern als erfolgreich erwiesen haben, so entstehen
doch erhebliche Schwierigkeiten, wenn Rohre mit großem Durchmesser und dünnen Wandungen
zu bearbeiten sind, bei denen :das Verhältnis des Durchmessers zur Wandstärke größer
ist als ungefähr 35 zu r.
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Rohre der erwähnten Art werden in der Praxis für die verschiedensten
Zwecke verwendet, so beispielsweise als Kniestücke mit großem Durchmesser für Brennstoff-
und Ölbehälter in Flugzeugen, als Rohrleitungen insbesondere für Flugzeuge und Schnellboote
und auch als Brennstoff- und Zusatzluftverteilungs- öder Ringleitungen, bei Gasturbinen.
Man hat schon lange nach einem geeigneten Verfahren zum Biegen von Rohren dieser
Art gesucht.
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Gemäß der Erfindung wird ein Stück Rohr, welches gebogen werden. soll,
zunächst senkrecht zu seiner Längsachse so eingedrückt, daß die Abschnitte der Wandung,
welche die Innen- und die Außenfläche der Rohrkrümmung bilden, sollen, einander
genähert werden; das Rohr erhält dabei eine Form, die, im Querschnitt betrachtet.,
nach derjenigen Seite, welche in der Krümmung außen liegt, konkav ausgebildet ist.
Im Anschluß hieran wird das Rohr gegen ein Formstück gepreßt, so daß es in seiner
Achsrichtung die gewünschte Krümmung erhält; hierbei findet zweckmäßig eine Druckrolle
Anwendung., die in einem -um den Krümmungs,mittelpunkt schwenkbaren Arm drehbar
gelagert ist. Der Zweck dieser Maßnahme ist der, zu erreichen, daß sich :das zusammengedrückte
Rohr in der gleichen Weise verhält wie ein schmaler Streifen; die beiden einander
gegenüberliegenden., durch den Druck einander dicht genäherten Rohrwandungen werden
mittels der Druckrolle in Berührung miteinander gebracht und gemeinsam so gebogen,
daß sie sich der Gestalt des Formstückes- anpassen. Derjenige Wandungstei-1, welcher
die Innenseite der Biegung bildet und der infolge der auftretenden Druckbeanspruchungen
für gewöhnlich Falten bilden würde, wird unter der Einwirkung eines Biegungsmomentes,
das um eine neutrale, durch das Material der Wandung selbst hindurchgehende Achse
wirksam ist, ganz glattgebogen; -denn die Druckbeanspruchung wird auf einen Wert
herabgesetzt,, der vernachlässigt werden kann. Das gebogene, eirngepreßte Rohr wird
schließlich in eine Form gelegt, deren innere Gestalt der gewünschten äußeren Umfangsgestalt
des Rohres entspricht; es wird daraufhin Flüssigkeitgdruck zugeführt, um die Wandung
nach außen zu :biegen -und das Rohr in die gewünschte endgültige Form auszuweiten.
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Das Rohr soll innerhalb der Form so verankert sein, daß sich der innere
Rohrbogen eng an die Wandung der Form, und zwar derart anlegt, daß sich das Rohr
nicht unter der Einswirkung des ausgeübten Flüssigkeitsdruckes in Richtung nach
dem Rohrbogen hin- verschieben kann. Infolge der Ausübung des Flüssigkeitsdruckes
auf die Innenwandung des Rohres wird das Material der Außenwandung unter der Einwirkung
der vorwiegend radialen Zugbeanspruchungen gleichmäßig gestreckt. Vorausgesetzt,
:daß die Innenkrümmung des Rohres der Form genau an.gepaßt ist und sicher festgehalten
wird; kommen keine Druckbeanspruchungen zur Entstehung, die auf den inneren. Bogen
der Rohrkrümmung - einwirken könnten; die Gefahr der Faltenbildung ist daher vermieden.
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Um :das Rohr leicht in -die Form einlegen zu können, findet vorzugsweise
eine zweiteilige Form Anwendung. Damit das gebogene Rohr genau in die untere Formhälfte
paßt, bevor die Form geschlossen wird, wird das Rohr vorzugsweise halbkreis- oder
U-förmig, im Querschnitt gesehen, eingepreßt. Mit anderen Worten derjenige Teil
der Rohrwandung, der auf der Innenseite der Krümmung liegt, behält seine ursprüngliche
Form; der andere Teil der Rohrwandung wird jedoch nach innen gedrückt, so daß er
mit dem ersterwähnten: Rohrteil in Berührung kommt; :das so eingedrückte Rohr hat
also schließlich die Gestalt einer länglichen Wanne oder eines langen Troges.
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Wird in der Form der Flüssigkeitsdruck zur Anwendung gebracht, so
hat dies kaum eine Einwirkung auf jenen Teil der Wandung, der .auf der Innenseite
der Rohrkrümmung liegt; denn er wird unmittelbar von der Wandung der Form unterstützt.
Die Hauptwirkung des Druckes besteht darin, daß die Formales übrigen Teils der Rohrwandung
wieder umgekehrt und dann so gedehnt wird, d.aß er mit dem übrigen Teil der Wandung
der Form in $erührung kommt. Bei diesem Streckvorgang spielt sich also in hohem
Maße eine Kaltbearbeitung des Rohrmetalls ab, und er wird daher vorzugsweise in
zwei Abschnitten durchgeführt. In dem ersten Abschnitt wird gerade soviel Druck
zur Einwirkung gebracht, um den konkaven Wandabschnitt wieder zurückzubiegen und
eine geringe anfängliche Streckwirk ung auszuüben. Danach wird das Rohr aus der
Form herausgehoben und geglüht; anschließend wird dann die endgültige Streckung
durchgeführt. Auch die anderen Verfahrensschritte, nämlich das anfängliche Einpressendes
Rohres mit anschließendem Biegen, erfordert in hohem Maße eine Kaltbearbeitung.
Daher muß auch diesen Schritten gewöhnlich eine Glühbehandlung folgen.
Die
Durchführung des Verfahrens zum Biegen eines Rohres gemäß der Erfindung wird an
Hand der Zeichnung beschrieben.
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Fig. i bis q. zeigen aufeinanderfolgende Stadien bei der Behandlung
des Rohres; Fig. 5 und 6 zeigen schaubildlich den ersten Verfahrensschritt des Zusammenpressens
des Rohres; Fig.7 zeigt im Grundriß die Formvorrichtung und das Verfahren zum Biegen
des zusammengepreßten Rohres; Fig. 8 ist ein Querschnitt nach der Linie VIII-VIII
der Fig. 7; Fig.9 zeigt schaubildlich die zweiteilige Preßform in Offenstellung
mit einem in die untere Hälfte eingehegten gebogenen Röhr; Fig. io zeigt im Grundriß
die untere Hälfte der Preßform nach Fig. 9 mit dem teilweise im Querschnitt veranschaulichten
Rohr; Fig. i i zeigt einen Querschnitt nach der Linie XI-XI der Fig. io und veranschaulicht
den Querschnitt des in der Form liegenden zusammengepreßten Rohres.
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Das gemäß der Erfindung zur Anwendung gelangende Verfahren ist am
besten aus den Fig. i bis q. zu erkennen,- welche die aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte
bzw. Formen des bearbeiteten Rohres od. dgl. erkennen lassen. Ein gerades Stück
Rohr i, wie es in Fig. i dargestellt ist, wird zunächst eingepreßt, so daß es die
in Fig. 2 veranschaulichte Form erhält; hierbei werden die Rohrwandungen, welche
die Außenteile der Rohrkrümmung bilden, den Innenteilen auf einer Länge 2 genähert,
die dem späteren Krümmungsabschnitt entspricht. Der eingepreßte Abschnitt des Rohres
hat, wie Fig. 2 und noch deutlicher Fig. i i zeigt, etwa einen halbkreis- oder U-förmigen
Querschnitt. Das eingepreßte Rohr wird dann in der Achsrichtung in die gewünschte
Krümmung gebogen; Fig. 3 veranschaulicht das Rohr -nach h. Fig. 2 nach erfolgtem
Biegen um i8o°. Schließlich wird das in Fig. 3 dargestellte eingepreßte und gebogene
Rohr unter Anwendung hydraulischen Druckes in einer Form in die endgültige Gestalt
nach Fig. q. aufgeweitet.
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Das anfängliche Eindrücken des Rohres erfolgt in einer mechanischen
Presse. Das Rohr i wird in die Matrize 3 der Presse gelegt, die schematisch in Fig.
5 veranschaulicht ist und in der es mittels einer Patrize .4 in der in Fig. 6 veranschaulichten
Weise eingepreßt wird.
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Nach dem Glühen wird dann das in die Form nach Fig. 2 gepreßte Rohr
in einer in Fig. 7 veranschaulichten Vorrichtung gebogen. Diese Vorrichtung besteht
aus hartem Metall und weist eine Umfangsfläche 5, die der gewünschten Krümmungsform,
im vorliegenden. Fall einem Halbkreis, entspricht, auf. Die wirksame Arbeitsfläche
6 ist außerdem, wie Fig. 8 zeigt, konkav ausgebildet, um die konvexe Seite des ein!gepreßten
Rohres aufzunehmen. Im Krümmungsmittelpunkt der halbkreisförmigen Umfangsfläche
5 ist mittels eines herausziehbaren Zapfens 7 ein Arbeitshebel 8 schwenkbar -gelagert;
dieser Hebel wird aus zwei im Abstand voneinander angeordneten Seitenteileng gebildet,
zwischen denen eine Druckrolle io auf einer Achse i i gelagert ist. Die Druckrolle
hat ein konvexes Profil 12 und wirkt mit dem konkaven Profil 6 der Umfangsfläche
zusammen.
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Das eine Ende des eingepreßten Rohres wird von einem Klemmfutter 15
derart erfaßt, daß das Rohr sich längs der einen Seite in der mit i" bezeichneten
Stellung befindet; das Ende des eingepreßten Abschnittes 2 fällt dabei annähernd
mit dem Beginn der halbkreisförmigen Umfangsfläche 5 zusammen. Anschließend wird
der Arbeitshebel 8 in die Stellung 8" übergeführt, wobei seine beiden Seitenteile
9 zu beiden Seiten :des Rohres liegen; der Zapfen 7 wird nun eingesetzt. Die Druckrolle
io wirkt nun auf das Ende des eingepreßten Rohrabschnittes 2 ein. Es wird nunmehr
der Arbeitshebel 8 um den Zapfen 7 geschwenkt und .das Rohr i dadurch in die gewünschte
Form gebogen. Eine Zwischenstellung des Hebels 8 ist bei 8b veranschaulicht; in
ihr ist das-Rohr bis in die Stellung Ib gebogen worden. Ist dieser Bearbeitungsvorgang
beendet, so ist in dem Rohr eine halbkreisförmige Biegung erzeugt worden. Wie insbesondere
aus Fig. 8 zu erkennen ist, arbeiten das -Profil 12 der Druckrolle und -das Profil
6 der Vorrichtung so zusammen, daß ein Biegungsmoment entsteht, welches um eine
.durch das Material der Rohrwandung hirndurchgehende neutrale Achse wirksam ist.
Druckbeanspruchungen sind daher auf ein sehr kleines Maß herabgesetzt; infolge des
Walzvorganges können sich Runzeln oder Falten nicht bilden; das Rohr verhält sich
also wie ein dünner Metallstreifen.
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Das gebogene Rohr wird nun geglüht und danach in die untere Hälfte
i9 einer zweiteiligen, aus Messing bestehenden Preßforrn gelegt, die, wie die Fig.
9 zeigt, auf einem Sockel 2o ruht. Die Form selbst ist auch aus Fi,g. io zu erkennen.
Das eine Ende des Rohres wird durch einen Stopfen 2i mit Dichtungsring 22 verschlossen.
Die Außenwanidung des Rohres wird von einer geschlitzten Hülse 23 erfaßt, die dazu
dient, den Stopfen2i in seiner Lage zusichern. Der Stopfen 2i besitzt einen verbreiterten
Kopf 2q., der in eine entsprechende Aussparung der Preßform 2o paßt und dazu dient,
dieses Rohrende fest in seiner Stellung zu sichern. Am anderen Röhrende ist ein
Flüssgkeitseinlaßventil 25 mit einem Dichtungsring 26 eingesetzt und mittels einer
geschlitzten-Hülse 27 gesichert, die dazu dient, auch dieses Ende des Rohres zu
verankern. Infolge dieser Verankerung der beiden Rohrenden wird die innere Fläche
des Rohres in enger Berührung mit der entsprechenden Fläche der Preßform gehalten,
so daß jede Neigung zur Faltenbildung verhindert wird. Fig. i i zeigt :den Querschnitt
des Rohres innerhalb der Preßform und sehr deutlich auch das enge Anliegen und .die
Verformung der äußeren Rohrwandung.
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Liegt das Rohr in seiner richtigen Stellung in der unteren Hälfte
der Preßform ao, so wird die obere Formhälfte 30 gesenkt, wobei sie sich
auf Führun!gsstreben 31 unter der Einwirkung des mittels eines Zylinders 32 ausgeübten
hydraulischenDruckes bewegt. Zu Beginn des Arbeitsvorganges, der
erforderlich
ist, um das Rohr aufzuweiten, wird Flüssigkeit zunächst unter geringem Druck mittels
eines Rohres 32 zugeführt, das an das Einlaßventil 25 angeschlossen ist. Um die
im Innfern des Rohres eingeschlossene Luft abzulassen, weist der Stopfen 2i einen
engen Kanal 33 auf, der mit einem kleinen Hahn 34 versehen ist; .an diesen Hahn
ist eine Gummileitung 35 angeschlossen, durch die beim Ablaßvorgang austretende
Flüssigkeit abgeleitet werden kann.
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Sobald das Ablassen der Luft beendet ist, wird der Hahn geschlossen
und. der Druck der hydraulischen Flüssigkeit so weit erhöht, daß die anfängliche
Aufweitung des Rohres erfolgt. Anschließend wird der Druck wieder abgeschaltet und
das Rohr aus der Preßform entfernt und geglüht. Schließlich wird das Rohr erneut
in die Preßform eingesetzt, um endgültig aufgeweitet zu werden. Das einte Ende wird
wieder durch Iden Stopfen 2 i und die geschlitzte Hülse 23 verschlossen und gesichert;
das andere Ende jedoch, in dem sich das Einlaßventil25 befindet, bleibt frei verschiebbar
in der Preßform; zu welchem Zweck die geschlitzte Hülse 27 durch eine verschiebbar
engepaßte Rundhülse ersetzt wird. Der volle hydraulische Druck wird dann auf ,die
Innenseite des Rohres zur Einwirkung gebracht, so daß die Wandung an der Außenseite
der Rohrkrümmung mit der Wandung der Preßform in Berührung kommt. Diese Ausdehnung
macht es unter Umständen erforderlich, daß ein kurzes, zusätzliches Stück Rohrlänge
in die Preßform hineingezogen wird; aus diesem Grunde darf das eine Rohrende nicht
verankert sein. Ist das Rohr endgültig aufgeweitet worden, so wird es der Preßform
entnommene und. erneut geglüht. Die Rohrenden, welche in der Preßform eingeklemmt
worden waren, werden abgeschnitten. Nach endgültiger Oberflächenbehandlung, z. B.
Schwabbeln, ist das Rohr gebrauchsfertig.
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Bei der Herstellung von Musikinstrumenten hat das zu biegende Rohr
selten auf seiner ganzen Länge die gleiche Bohrungsweite; für gewöhnlich verjüngt
es sich vielmehr von einem Ende zum anderen. Diese Rohrverjüngung hat die Herstellung
eines solchen Rohres von Hand noch besonders erschwert. Blei Verwendung des Verfahrens
nach der Erfindung jedoch kann als Ausgangsmaterial ein gewöhnliches Rohr verwendet
werden, das auf seiner ganzen Länge den gleichen Durchmesser hat; die erforderliche
Rohrverjüngung wird dann beim Preßvorgang in der entsprechend ausgestalteten Preßform
erzeugt; bei der endgültigen Ausweitung .des Rohres dehnt sich dann das Rohr so
aus, daß es die entsprechende Verjüngung erhält.
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Die Biegung des Rohres braucht auch nicht notwendigerweise die Form
eines Kreisbogens zu haben. Die Umfangsfläche 5 kann jede beliebige, so beispielsweise
eine parabolische oder hyperbolische Gestalt haben. In diesen Fällen kann natürlich
der Arbeitshebel 8 nicht einfach schwenkbar gelagert sein, vielmehr muß er die Druckrolle
um eine entsprechend geformte Führungsbahn leiten. Auch dis zweiteilige Preßform
muß dann der betreffenden Krümmungsform entsprechen.
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Wie schon erwähnt, ist das beschriebene Verfahren besonders vorteilhaft
bei der Herstellung von Musikinstrumenten anwendbar. Die so erziehbaren Resultate
sind denen weit überlegen, die mit Hilfe der bekannten Verfahren zum Biegen der
Rohre von Hand erreicht werden; vor allem sind die Erzeugnisse gleichförmiger. Mit
dem neuen Verfahren ist es zum ersten Male möglich geworden, große. Bohrungen aufweisende
Teile und Biegungen von Saxophonen, Baßtrompeten, Trompeten, Euphonien und ähnlichen
Instrumenten aus gewöhnlichen, nahtlosen Messingrohren herzustellen.
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Wenn auch in der vorstehenden Beschreibung die Probleme der Erfindung
in bezug auf die Herstellung eines Musikinstrumentes beschrieben wurden, so leuchtet
doch ein, daß ähnliche Aufgaben auch bei der Herstellung anderer industrieller Erzeugnisse
zu lösen sind, bei denen Rohre gebogen werden müssen, die einen im Verhältnis zu
ihrer Wandstärke großen Durchmesser haben. Das beschriebene Verfahren ist besonders
geeignet, um Rohre zu biegen, .diel aus Messingoder andieren ziehbaren bzw. formbaren
Metallen, z. B. einer der bekannten Leichtmetallegierungen; bestehen.