Vorrichtung zum Biegen von in Umfangsrichtung geschlossenen Hohlprofilen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Biegen von in Umfangsrichtung geschlossenen Hohlprofilen mit einer Profil- wand, die Wandquerschnittsbereiche mit unterschiedlichem Abstand von der Achse der auszuführenden Biegung aufweist, umfassend ein Biegewerkzeug mit wenigstens einem der Außenseite der Profilwand zugeordneten Druckelement.
Eine derartige Biegevorrichtung ist durch die EP 0 928 646 bekannt geworden.
Zum Biegen von in Umfangsrichtung geschlossenen Rohren und Profilen sind verschiedene Biegevorrichtungen bekannt, bei denen in das Werkstück eine über der Dehngrenze des Werkstoffes liegende Kraft eingeleitet wird, die dann durch die Gestaltfestigkeit der Werkstücke eine partielle Streckung des Werkstückes auf der Außenseite und eine Stauchung auf der Innenseite und somit eine Biegung bewirkt. Diesen Biege- verfahren sind durch die Gestaltfestigkeit Grenzen gesetzt, da beim Überschreiten der Gestaltfestigkeit ein Reißen, Ein- dellen oder Ausknicken des Materials die Folge sind. Gleichzeitig ist die Anzahl der Freiheitsgrade beschränkt. Maschinen, die dieses Verfahren insbesondere bei Rohren anwenden, sind als Dornbiegemaschinen, Biegepressen und Mehrrollenbie- gemaschinen bekannt . Dabei erlauben die Dornbiegemaschinen und Biegepressen nur Biegungen, deren Radien von den Werkzeugformen vorbestimmt sind. Mehrrollenmaschinen ermöglichen variable Radien mit wendeiförmigem Verlauf, jedoch ist hier ein relativ großes Radius-/Rohrdurchmesserverhältnis (5 bis 10) erforderlich.
Beim Abrollstreckbiegen bzw. Rundbiegen erfolgt die formgebundene Gestalterzeugung durch Rotation einer Kernrolle bei gleichzeitiger Biegemomentenerzeugung durch Andruck des Profils an die Kernrolle. Beim Abrollstreckbiegen erfolgt eine zusätzliche Überlagerung einer axialen Zugspannung.
Aus der EP 0 928 646 ist eine Biegemaschine bekannt, bei der das Rohr oder das Profil durch zwei Matrizen geschoben wird, wobei eine der beiden Matrizen räumlich beweglich ist und damit das Werkstück, z.B. ein in Umfangsrichtung geschlossenes kreisförmiges Rohr, verformt werden kann. Bei allen bekannten Verfahren und Maschinen können durch die äußere Zug- oder Biegekrafteinleitung entweder Risse oder andere
Beschädigungen an dem Werkstück, das gebogen werden soll, eintreten und durch den Rückfedereffekt unkontrollierte Verformungen entstehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Biegevorrichtung und ein Biegeverfahren zu schaffen, das bei der Biegung von in Umfangsrichtung geschlossenen Hohlprofilen auf axiale Zugspannungen verzichtet und die Biegung von beliebigen Formen zulässt .
Diese Aufgabe wird betreffend der Vorrichtung dadurch gelöst, dass das Biegewerkzeug wenigstens ein zumindest einem Druckelement zugeordneten und in Längsrichtung des Hohlprofils in dessen Inneres eingeführtes Gegendruckelement aufweist, wobei wenigstens ein Druckelement und wenigstens ein diesem zugeordnetes Gegendruckelement unter Quetschen zumindest eines bezogen auf die Achse der Biegung außenliegenden Wandquerschnittsbereichs der Profilwand in deren Querschnittsrichtung relativ zueinander bewegbar sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat damit den Vorteil, dass in Umfangrichtung geschlossene Hohlprofile in ein und derselben Biegevorrichtung mit unterschiedlichen Biegungsradien hergestellt werden können. Ein Gegendruckelement, hier ein Dorn, wird über eine Dornstange in das zu biegende Hohl- profil längs der Hohlprofilachse soweit eingeschoben und anschließend lagefixiert, bis der Dorn mit seinem vorderen freien Ende dem beweglichen Druckelement gegenüberliegt. Ein zwischen dem Druckelement und dem Gegendruckelement angeordneter Wandquerschnittsbereich des zu biegenden Hohlprofils wird so stark gequetscht, bis sich die gewünschte Biegung am Hohlprofil einstellt. Durch das Quetschen wird die Profil - wand an der gequetschten Stelle oder über einen Längenab-
schnitt am Hohlprofil dünner und an dem gequetschten Hohl- profilabschnitt gegenüberliegenden Hohlprofilabschnitt kann das Hohlprofil gestaucht werden, d.h., es kann eine Materialverdichtung bzw. eine Materialverdickung erfolgen. Wird während eines Biegevorganges das zu biegende Hohlprofil noch verdreht, so kann auch die Biegerichtung, in die ein Hohl- profil gebogen werden soll, beeinflusst werden.
Erfindungsgemäß wird das zur Biegung vorgesehene geschlossene Hohlprofil durch eine radial gerichtete Krafteinleitung auf das Hohlprofil in verschiedenen Wandquerschnitts- bereichen unterschiedlich stark gequetscht, so dass am Hohl- profil eine Biegung durch Materialdehnung und Material - Stauchung entsteht. Die Kraft kann über einen Stempel oder eine Rolle gegen einen im Hohlprofil innenliegenden Dorn aufgebracht werden und das Material des Hohlprofils zwischen Stempel bzw. Rolle und Dorn wird in einem vorgegebenen Ausmaß über den Umfang des Hohlprofils gesehen unterschiedlich stark gequetscht. Während eines Biegevorganges kann das zu biegende Hohlprofil je nach Bedarf abschnittsweise oder kontinuierlich in axialer Richtung des Hohlprofils gesehen mehr oder weniger stark durch die erfindungsgemäße Biegevorrichtung geschoben werden.
Gemäß dem erfindungsgemäß ausgestalteten Verfahren wird bei einem Hohlprofil (Rohr) die den Außendurchmesser bildende Wand zwischen zwei Werkzeugen abschnittsweise durch Vorschub des zu biegenden Werkstückes (Hohlprofil) gestaucht, d.h. gequetscht. Damit wird die zur Biegung benötigte Streckung durch Stauchung (Quetschung) der Wandung auf einer Seite des Werkstückes bewirkt . Das Material wird in radialer Richtung gestaucht (gequetscht) und bewirkt demzufolge eine Dehnung in axialer Richtung, so dass bei einem in Umfangsrichtung
geschlossenen Hohlprofil eine Biegung eintritt. Auf der gegenüberliegenden Seite, beispielsweise einer Rohrwand, tritt infolgedessen ebenfalls eine Stauchung in der üblichen Art und Weise ein. Bei diesem Verfahren kann der Grad der Biegung relativ genau durch die entsprechende Krafteinwirkung eingestellt werden, wobei gegenüber dem Stand der Technik keine Rückfederung erfolgt und die Gefahr der Überdehnung vermieden wird. Infolgedessen ist auch die Material - Oberfläche in einem optisch besseren Zustand, und es werden keine zusätzlichen Werkzeuge wie beispielsweise Faltenglätter benötigt, um die Oberfläche auch in einem optisch guten Zustand zu halten. Durch Drehen des geschlossenen Hohlprofils und anschließendem Stauchen können beliebige Biege- formen hergestellt werden. Durch die Einstellung des Vorschubs und damit der Größe der Abschnitte ist ebenfalls auf einfache Weise die Biegung, d.h. das Biegeausmaß bzw. die Biegerichtung, beeinflussbar. Der Vorschub ist dabei nicht nur intermittierend, sondern kann auch kontinuierlich erfolgen.
Qualitativ hochwertigere Oberflächen werden bei zu biegenden Hohlprofilen dann erreicht, wenn die Krafteinleitung quer über eine obere und/oder eine untere Rolle erfolgt. Um dem Hohlprofil beliebige Formen geben zu können, können verschiedene Biegungen dadurch erreicht werden, dass gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Krafteinleitung über die Rollenfläche unterschiedlich ist. Durch die einseitige Stauchung (Quetschung) des Hohlprofils, beispielsweise auf der Oberseite, erfolgt nur in einem Randbereich die Stauchung (Quetschung) des Materials und damit die Längenänderung in diesem Bereich, so dass eine entsprechende Krümmung des Hohlprofils bewirkt werden kann.
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In bevorzugten verschiedenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung ist das mindestens eine Druckelement als bewegbarer Stempel oder bewegbare Stempel und/ oder als eine bewegbare Rolle oder bewegbare Rollen und das Gegendruckelement als dem oder den Stempeln oder der oder den Rollen gegenüberliegender Dorn ausgebildet, der zumindest abschnittsweise am Innenumfang des Hohlprofils anliegend positioniert ist.
In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung sind eine oder mehrere Rollen parallel zum axialen Verlauf des Hohlprofils oder mit einer Rollendrehachse quer zum axialen Verlauf des Hohlprofils verlaufend drehbar gelagert .
Der oder die Stempel oder die eine oder mehrere Rollen sind über ihre Erstreckung quer zum axialen Verlauf des Hohl- profils unterschiedlich stark druckbeaufschlagbar, so dass mit dieser Druckeinstellung unterschiedliche Biegerichtungen an einem zu biegenden Hohlprofil erzeugt werden können.
Weiterhin kann die Biegerichtung eines zu biegenden Hohlprofils dadurch beeinflusst werden, dass das Hohlprofil in der Biegerichtung über Haltemittel, wie ein Spannfutter, während eines Biegevorgangs ortsfest gehalten, axial verschoben und/ oder um eine Achse des Hohlprofils gedreht wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung weist die Biegevorrichtung ein ortsfestes Hohlprofil-Führungsgehäuse auf. Um das Hohlprofil-Führungsgehäuse herum ist eine Exzentereinheit drehbar angeordnet und unabhängig von der Exzentereinheit ist an der Exzenter-
einheit das oder die Druckelemente drehbar gelagert angeordnet .
Das oder die Druckelemente können in ihrer Zuordnung zum Hohlprofil-Führungsgehäuse unabhängig von der Exzentereinheit verstellbar sein. Die Exzentereinheit kann aus einem ersten und einem zweiten im Querschnitt gesehen übereinander angeordneten kreisförmigen relativ zueinander verdrehbaren Rohren gebildet sein. Die kreisförmigen Rohre sind in einer Ausführungsform in jeder Verdrehstellung fixierbar.
Das oder die Druckwerkzeuge können bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung über eine oder mehrere Keilstangen oder einen oder mehrere Konusringe in ihrer Zuordnung zum Hohlprofil-Führungsgehäuse verstellbar sein.
Sind die Druckelemente um das Hohlprofil-Führungsgehäuse rotierbar angeordnet, so kann die Materialquetschung über den Umfang eines Hohlprofils gesehen relativ gleichmäßig erfolgen.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Exzentereinheit hydraulisch oder über ein Getriebe verstellbar ist.
Bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Biegen von in Umfangsrichtung geschlossenen Hohlprofilen wird die Aufgabenstellung dadurch gelöst, dass die Hohlprofile gebogen werden, indem ein bezogen auf die Achse der Biegung außenliegender Wandquerschnittsbereich der Profilwand in Querschnittsrichtung beidseitig beaufschlagt und dabei gequetscht und in Profillängsrichtung gelängt wird und indem ein bezogen auf die Achse der Biegung innenliegender Wand-
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Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen das Funktions- prinzip und eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung stark schematisiert. Die einzelnen gezeichneten Merkmale sind nicht maßstäblich zu verstehen. Merkmale der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung sind so dargestellt, dass ihr erfindungsgemäßer Aufbau deutlich gezeigt werden kann.
Es zeigt :
Fig. 1 das Biegeprinzip einer erfindungsgemäßen Biegevorrichtung im Längsschnitt;
Fig. 2 einen Schnitt gemäß II-II von Fig. 1 ;
Fig. 3 das Prinzip einer erfindungsgemäßen Biegevorrichtung im Längsschnitt mit als Rollen ausgebildeten Druckelementen;
Fig. 4 einen Schnitt IV- IV gemäß Fig. 3 ;
Fig. 5 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Biegevorrichtung;
Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein Biegewerkzeug der Biegevorrichtung von Fig. 5 ;
Fig. 7 eine Detailansicht von Druckelementen einer erfindungsgemäßen Biegevorrichtung im Längsschnitt;
Fig. 8 eine Ansicht VIII-VIII gemäß Fig. 7;
Fig. 9 eine Detailansicht von Druckelementen einer erfindungsgemäßen Biegevorrichtung mit Konushülsen;
Fig.10 eine Ansicht X-X von Fig. 9;
Fig.11 einen weiteren Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Biegewerkzeug einer Biegevorrichtung im Bereich der Druckelemente ;
Fig.12a eine Prinzipdarstellung von einer Exzentereinheit einer erfindungsgemäßen Biegevorrichtung in neutraler Stellung; und
Fig.12b eine Prinzipdarstellung einer Exzentereinheit einer erfindungsgemäßen Biegevorrichtung in Ausnutzung der maximalen Exzentrizität.
Fig. 1 zeigt mit 10 ein Biegeprinzip für eine erfindungsgemäße Biegevorrichtung mit einer Matritze 11, durch die ein kreisförmiges Rohr 12 hindurchgeschoben werden kann. Die Matritze 11 hält und stabilisiert das Rohr 12 in seiner Ausrichtung. Die Matritze 11 ist ortsfest angeordnet. In dem Rohr 12 ist ein Dorn 13 angeordnet, der sich an den Innenumfang des Rohrs 12 anlegt und im Durchmesser so groß ist, wie der freie Rohrdurchmesser des Rohres 12. Der Dorn 13 ist mit einer Dornstange 14 fest verbunden, über die der Dorn 13 lagefixiert wird und während eines Biegeprozesses unverrückbar im Rohr 12 angeordnet ist. Das Rohr 12 lässt sich in Pfeilrichtung 15 durch die Matritze 11 und über den Dorn 13 hinweg verschieben. Ein in Pfeilrichtungen 16 beweglicher Stempel 17 ist am Ende der Matritze 11 so angeordnet, dass er bei einem Druck auf das Rohr 12 ebenfalls auf den Dorn 13 drückt, der ein zum Stempel 17 ausgebildetes Gegenlager bil-
17 in Pfeilrichtungen 16 so stark auf den Außenumfang des Rohres 12 gedrückt wird, dass das Rohr 12 im Bereich der Berührungsanlage des Stempels 17 am Rohraußenumfang gequetscht wird. Der Stempel 17 umschließt das Rohr 12 im Wesentlichen bis zur Hälfte des Umfangs, und über diesen Bereich bewirkt der Stempel eine Stauchung, Quetschung in radialer Richtung und eine Dehnung des Rohres 12 in axialer Richtung. Die dem Stempel 17 gegenüberliegende Umfangsflache des zu biegenden Rohres 12 liegt in der Matritze 11.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Biegeprinzips 20. Eine Matritze 21 führt ein zu biegendes kreisförmiges Rohr 22 auch unter Krafteinleitung achsstabil, und ein im Rohr 22 angeordneter Dorn 23, der über eine Dornstange 24 ortsfest fixierbar ist, gewährleistet, dass auch unter Krafteinwirkung auf den Außenumfang des Rohres 22 dessen ursprünglicher Rohrdurchmesser bzw. Rohrform nicht verändert wird.
Das kreisförmige Rohr 22 kann kontinuierlich in Pfeilrichtung 25 durch die Matritze 21 zur Biegung des Rohres 22 hindurchgeschoben werden. In Pfeilrichtung 26 drehen sich auf dem Außenumfang des Rohres 22 Rollen 27, die an die Außenkontur des Rohres 22 angepasst sind. Die Rollen 27 können über ihre Rollenflächen 28 unterschiedlich stark auf den Außenumfang des Rohres 22 drücken und damit unter Quetschung das kreisförmige Rohr 22 biegen.
Fig. 4 zeigt das in Fig. 3 dargestellte Biegeprinzip in der Ansicht IV-IV. Das Rohr 22 ist über den Dorn 23 in seiner Form stabilisiert, und auf den Außenumfang des Rohres 22 drücken die Rollen 27 über ihre Rollenflächen 28 unterschiedlich stark, so dass eine gewünschte Biegung am Rohr 22
erzeugt werden kann. Die Rollen 27 können unterschiedlich stark aufeinander zu verschoben werden und sich in jeder Zuordnung in Pfeilrichtung 26 drehen. In der Fig. 4 ist strichpunktiert noch die Drehachse der Rollen 27 eingezeichnet. Es ist auch möglich, die Drehachse der Rollen 27 aus der in der Figur gezeigten Lage zu kippen, damit die für die Quetschung eines Hohlprofils notwendige Kraft unterschiedlich stark über die Rollenfläche gesehen auf das zu biegende Hohlprofil eingeleitet werden kann.
Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Biegevorrichtung 30 in Seitenansicht mit einem Biegewerkzeug 31 zur Biegung von kreisförmigen Rohren 32. In das kreisförmige Rohr 32 ist in Längsrichtung des Rohres 32 ein Dorn eingeschoben, dessen Dornstange 34 an der Biegevorrichtung 30 in einer gewünschten Stellung lagefixierbar ist. Das Rohr 32 kann in Pfeilrichtung 35 durch das Biegewerkzeug 31 hindurchgeschoben werden. Über einen Antriebsriemen 36, der mit einem Drehantriebsmotor 37 für das Biegewerkzeug 31 verbunden ist, kann das Biegewerkzeug 31 um das kreisförmige Rohr 32 rotieren. Mit 38 ist eine Versteilvorrichtung für eine Exzentereinheit der • Biegevorrichtung 30 eingezeichnet, mit der das Biegewerkzeug 31 mit seiner Rotationsachse aus der Längsachse des kreisförmigen Rohres 32 herausverschoben werden kann. In einer neutralen Stellung der Biegevorrichtung 30 ist die Rotationsachse des Biegewerkzeuges 31 mit der Längsachse des zu biegenden Rohres 32 deckungsgleich. Wird die Rotationsachse zur Längsachse des Rohres 32 verschoben, so drückt das Biegewerkzeug 31 unterschiedlich stark auf Wandquerschnittsbereiche der Profilwand des zu biegenden Rohres 32. Über ein Spannfutter 39 wird das zu biegende Rohr 32 in der Biegevorrichtung 30 gehalten, und über eine Rohrvorschubeinheit 40 kann das zu biegende Rohr 32 durch das Biegewerkzeug 31 hin-
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