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WO2023017129A1 - Vorrichtung zum innenbiegen von rohren für rohrleitungen - Google Patents

Vorrichtung zum innenbiegen von rohren für rohrleitungen Download PDF

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Publication number
WO2023017129A1
WO2023017129A1 PCT/EP2022/072586 EP2022072586W WO2023017129A1 WO 2023017129 A1 WO2023017129 A1 WO 2023017129A1 EP 2022072586 W EP2022072586 W EP 2022072586W WO 2023017129 A1 WO2023017129 A1 WO 2023017129A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
base body
tool
bending
tube
tool element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2022/072586
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver Baum
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bendforce GmbH
Original Assignee
Bendforce GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bendforce GmbH filed Critical Bendforce GmbH
Priority to JP2024508790A priority Critical patent/JP7738942B2/ja
Priority to CN202280068083.0A priority patent/CN118201724A/zh
Priority to EP22765456.3A priority patent/EP4384334B1/de
Priority to MX2024001879A priority patent/MX2024001879A/es
Priority to US18/682,757 priority patent/US12453998B2/en
Priority to CA3229118A priority patent/CA3229118A1/en
Priority to AU2022327760A priority patent/AU2022327760B2/en
Publication of WO2023017129A1 publication Critical patent/WO2023017129A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D9/00—Bending tubes using mandrels or the like
    • B21D9/01—Bending tubes using mandrels or the like the mandrel being flexible and engaging the entire tube length
    • B21D9/03—Bending tubes using mandrels or the like the mandrel being flexible and engaging the entire tube length and built-up from loose elements, e.g. series of balls

Definitions

  • the invention relates to a device for the internal bending of pipes, in particular coated pipes, for pipelines with a base body that can be positioned in the pipe and has at least one bearing surface with an inner wall of a pipe to be bent on at least one side, preferably the underside, the base body having a Bearing surface opposite side, preferably the top side, on which at least one tool for introducing a bending force into the tube is movably provided, the tool being movable relative to the base body via at least one actuator for introducing the bending force.
  • tubes are used in pipelines such as pipelines that carry large volumes of liquids or gases over long distances.
  • the transported media include petroleum, chemicals and/or water.
  • Other tubes made of different materials such as copper, stainless steel, brass, etc. can also be bent.
  • the technology is particularly suitable for pipes with a wall thickness that is relatively small in relation to the diameter, as these are otherwise very difficult or impossible to bend.
  • pipelines worldwide for conducting both liquid and gaseous substances over long distances are generally composed of sections of individual pipe ranging in length from 6 to 18 meters.
  • the pipes typically range in diameter from 4 to well over 75 inches and are welded together into a pipeline on the surface, underground and/or in the water.
  • the pipelines follow the general contour of the earth's surface.
  • the course of the pipelines can, in particular, Its horizontal and vertical extent can also be diverted or guided around obstacles in some other way.
  • a major challenge when planning and constructing such pipelines is to join the ends of the individual pipes with high-quality welded joints.
  • changes in direction in the pipeline are necessary.
  • Changes in direction in pipelines can be created by welding individual pipe sections with miter cuts, especially in the case of pipes with a large diameter.
  • the change of direction in the pipe must be created by bending the pipe.
  • the curved pipes enable significantly better flexibility on the construction site and significantly tighter radii when laying the route.
  • a bend is achieved by performing numerous small, ordered bending steps in the tubing.
  • the desired bending radius is thus created in the form of a polygon, even if this is ideally not recognizable on the finished bend.
  • the operator has complete control over the number of incremental and/or incremental bends to be made, the spacing between the incremental and/or incremental bends, and the extent of each incremental and/or incremental bend in the pipe. Skilled operators can efficiently control the tube bending machines to create precise bends in the tubes while minimizing the number of damaged or misbent tubes that result in wasted time and raw materials such as energy and tubes.
  • the tube and the bending device After each bending process, the tube and the bending device must be moved relative to one another with great precision. Both a movement of the tube in the bending device and a movement of the bending device itself are possible. The latter variant has the disadvantage that the tube has to be realigned in the bending device. Moving the large-diameter pipes, precisely relocating the mandrel and controlling the bend created requires a great deal of manpower and energy.
  • benders Due to the size of the tubes to be bent, benders are generally massive in nature and hydraulically operated.
  • a bending device is generally known from US 3,834,210 and US 5,092,150. Such bending devices have devices for gripping the tube, moving the tube in the bender and creating the bend in the tube. These devices are all hydraulically operated under the control of an operator.
  • the bender generally includes a reinforced frame to which the components are anchored against relative movement.
  • the main components of the tube bender include a bending tool, a mandrel, a support device and a fastening shoe.
  • the bending tool is a solid body which is stationary with respect to the frame and has a curved surface facing the tube, the tube being pressed against the bending tool during the bending process.
  • the support device is actuated by hydraulic pressure during the bending process and pivoted in the direction of the bending tool.
  • the fastening shoe meanwhile fixes the pipe.
  • Mandrel In the working areas of the bending device, forces are transmitted to the tube during the bending process by means of the bending tool, the support device and the fastening shoe, so that the tube is deformed.
  • the mandrel is a flexible, linkage structure that allows the tube to be bent without changing the circular nature of the tube at the point of bending.
  • Mandrels of this type are known in the prior art and are generally composed of spring steel slats.
  • bending devices usually have three working areas in which the forces required to bend the tube are transmitted to the tube. During the bending process, an active application of force takes place in a work area using a hydraulic cylinder. The remaining passive working areas serve as abutments and are connected to the active working area via the frame.
  • DE 696 03 499 T2 shows a bending device in which the middle of the three working areas is designed as an active working area.
  • DE 600 28 484 T2 also discloses a method for automating a bending device and a controller with a programmable processor that reduces the amount of work involved.
  • Automation is required to perform incremental and/or step-by-step bends with a high degree of repeatability and accuracy. With a higher quality, the duration of the entire bending process should be reduced and at the same time the transport weight and the energy requirement of the bending device should be reduced.
  • a device mentioned at the outset and a corresponding method are known from DE 10 2008 060 897.
  • a bending device is provided here, which can be positioned completely inside the tube to be bent, at least with its parts that are essential for the function of the bending machine. This makes it possible for the bending device to apply the forces necessary for bending the tube to the tube from the inside. This leads to a low workload and also a low energy requirement. Furthermore, damage to a coating applied to the outside of the pipe, for example a paint finish, thermal insulation and/or synthetic resin reinforcement, is in principle avoided.
  • JP S58138523 A also discloses a bending device that performs the bend inside the pipeline. It has two active working areas (front and rear), while the middle working area is passive. The precise application of force to both separate work areas is disadvantageous here.
  • DE 10 2012 012 139 A1 discloses an internal pipe bending device in which at least three contact elements are provided on a carrier, two contact elements on a first side of the carrier at the ends of the carrier and one contact element on a second side of the carrier opposite the first side in the Center of the carrier are arranged. This makes it possible for the bending device to be movable inside the tube like a seesaw.
  • the invention is based on the object of creating a bending device with which pipes can be bent from the inside with significantly higher forces and at the same time with greater accuracy.
  • the structure of the machines should be simplified in order to achieve the longest possible service life.
  • the tool is provided as a tool element which has at least two bending force introduction sections for introducing the bending force into the tube, which can be moved relative to the base body by at least one actuator.
  • the bending energy can be optimally introduced into the tube to be bent in a particularly simple and precise manner.
  • a further teaching of the invention provides that the at least two bending force introduction sections are provided in the outer area of the tool element.
  • a further teaching of the invention provides that the tool element has a contact section which is provided between two outer bending force introduction sections, preferably in the middle. This section is preferably connected to the two surrounding sections. In this way, the tube can be supported in a simple manner during bending in order to avoid unwanted changes in shape.
  • the third contact section can be moved via one or more actuators, in particular in the radial direction.
  • the supporting effect in the area of the plastic deformation of the tube can be metered in a particularly advantageous manner.
  • a further teaching of the invention provides that the bending force introduction sections and/or contact sections are inherently elastically deformable and/or can expand. As a result, ovalization can be counteracted in a simple manner.
  • a further teaching of the invention provides that at least one elastic section is provided between the at least two bending force introduction sections, and/or the central contact section is inherently elastic in the direction of the bending to be produced.
  • the elastic section is provided by reducing the material in the tool element, preferably in the form of depressions in the tool element.
  • a preferred embodiment of this is the provision of the elastic area in the form of ribs and recesses between the ribs.
  • the ribs are particularly advantageously designed in such a way that they permit the necessary deformations and at the same time can absorb the necessary supporting forces.
  • the ribs can also assume free forms that specifically allow the desired deformations. These are determined, for example, using a topology optimization on the computer.
  • the at least one area with a reduction in material in the tool element is at least partially filled with an elastic material.
  • the ribs and recesses mentioned in particular are preferably fully or partially included filled with an elastic material. When bending, the elastic material is compressed in the ribs and thereby pushed out of the ribs. This provides additional support for particularly thin-walled pipes.
  • actuators are hydraulic cylinders or similar linear actuators such as pneumatic cylinders, threaded spindles and/or piezo elements.
  • the force can be introduced directly into the tube in a particularly effective manner and without losses.
  • a further teaching of the invention provides hydraulic cylinders with one or more pistons arranged one behind the other.
  • the pistons can be accommodated in a common cylinder block or in several separate cylinder blocks and act on a common power transmission element. This element is either part of the upper tool element or transmits the force there and is rotatably mounted relative to the upper tool in order to avoid impermissible forces on the cylinder.
  • a further teaching of the invention provides that the actuator moves the tool element away from the base body, preferably upwards, and in an arc from the base body towards the inner wall of the pipe. This ensures that there are no relative displacements between the tool and the pipe and between the actuator and the tool. Due to its elasticity, the tool precisely follows the course of the inner surface of the pipe and compresses itself to the same extent.
  • a further teaching of the invention provides that the actuators move the outer bending force introduction sections of the tool element upwards and in an arc from the base body towards the inner wall of the tube. This ensures that there are no relative displacements between the bending force introduction sections and the pipe and between the actuator and the bending force introduction sections. Due to its elasticity, the tool precisely follows the course of the inner surface of the pipe and compresses itself to the same extent.
  • the actuators and the bending force introduction sections of the tool element are arranged and designed in such a way that the outer bending force introduction sections of the tool part can be moved away from the base body, preferably upwards, and in an arc from the base body to the inner wall of the pipe with the actuators.
  • the lower contact surface is curved. In this way, the optimal bending of the tube can be specified in a simple manner.
  • a further teaching of the invention provides that a chassis for moving in the pipe is provided on the base body. This allows the bending device to be easily moved in the pipe.
  • the running gear has at least two running gear elements, preferably with rollers, which are preferably located on the end faces and/or in front of and behind the lower contact element and can be retracted, preferably via spring elements. In this way, a safe method in the interior of the tube can be made possible in a simple manner.
  • a further teaching of the invention provides that at least one running gear element is arranged in the area of the lower contact element and is arranged such that it can be moved into the main body by means of a spring force. It has been shown that this makes it possible to dispense with active raising/lowering in a simple manner.
  • a further teaching of the invention provides at least one push rod and/or push chain for pushing and pulling the bending device into and out of the pipe to be bent/bent, which is attached to a base outside the pipe and is driven from there via a mechanism can. In this way, a movement of the bending device in the pipe can be provided in a simple manner.
  • a further teaching of the invention provides that the position of the machine in the pipe can be detected via the push rod/push chain. In this way, an exact position control of the device in the pipe is possible in a simple manner.
  • a further teaching of the invention provides that the push rod/push chain is held on a base outside of the tube in a torsionally rigid manner. As a result, twisting of the bending device in the tube can be largely prevented or at least detected.
  • a further teaching of the invention provides at least one roller in the upper area of the base body and/or tool.
  • This roller is not spring-loaded like the lower rollers, but protrudes above the tool geometry at an adjustable distance. After the first bending step, the roller (rollers) simply prevents this The tool element rests against the pipe as soon as the lower rollers press the machine upwards via spring force.
  • a further teaching of the invention provides that at least one chassis element is pretensioned via at least one pretensioning element so that the base body and the tool are free in the air.
  • the prestressing element is preferably a spring element, a pneumatic cylinder or an only partially filled hydraulic cylinder, in which case the prestressing is preferably adjustable. If the weight of the machine is exceeded, e.g. if the upper tool element rests in the pipe or if the upper roller rests after the tool element has been relieved, the pre-stressed spring system begins to sink. When the tube is bent, the lower rollers of the carriage and the upper roller(s) are in contact for the movement. If you drive through a straight pipe, the upper roller can touch.
  • a further teaching of the invention provides that the tool element is essentially in full contact with the inner wall of the pipe to be bent with the at least two bending force introduction sections, preferably over the entire length of one side, preferably the upper side, of the tool element.
  • a further teaching of the invention provides that at least one contact element and/or at least one bending force introduction section is covered with elements made of plastic, brass, aluminum or wood.
  • a further teaching of the invention provides that the diameter of the tool element and/or the base body in the unloaded state is smaller than the inner diameter of the pipe, so that the device can be moved in the pipe.
  • a further teaching of the invention provides that the tool is at least partially slotted in its longitudinal direction in order to enable a slight elastic expansion in the radial direction.
  • a further teaching of the invention provides that the tool element extends at least on one side beyond an end face of the base body, so that there is at least one overhanging area.
  • a further teaching of the invention provides that the base body and/or the tool element are constructed in two parts, preferably in the form of an inner base body and an outer base body and/or an inner tool element and an outer tool element.
  • a further teaching of the invention provides that the outer base body and/or the outer tool element are provided in the form of a cover element, preferably made of plastic.
  • a further teaching of the invention provides that the tool element is constructed in several parts, the tool element being constructed from at least two bending force introduction section parts and a contact section part, which is preferably designed to be elastic, which are connected to one another.
  • the contact section part consists of at least two bars, that the bars are connected to the at least two bending force introduction section parts, and that at least two rib elements are arranged on the bars.
  • the rib elements are formed in an arc shape and are each seated on one side of the beam.
  • the connection is preferably made loose.
  • the rib elements have a positive fit with the beam. This avoids severe deformation of the ribs and achieves better support in the pipe.
  • the at least two rib elements are spaced apart so that there is an intermediate space. This allows the rib elements to move into the space and towards each other.
  • At least one elastically deformable element is provided in the intermediate space. This can deform elastically when the ribs move into the distance, support the rib elements and/or move outwards in the manner of a bead, so that the pipe to be bent is supported.
  • a further teaching of the invention provides that at least one actuator is provided in the area of the contact section part.
  • one actuator is arranged centrally under each of the at least two beams.
  • Figure 1 is a side view of a first embodiment of a bending device according to the invention in a tube to be bent
  • Figure 2 is a spatial representation of Figure 1
  • Figure 3 is a sectional view of the longitudinal axis of Figure 1,
  • FIG. 4 shows a sectional view of a part of the first embodiment of the device according to the invention transversely to the longitudinal axis
  • FIG. 5 shows a side view of a second embodiment of a bending device according to the invention with a chassis
  • FIG. 6 shows a second side view of FIG. 5
  • figure ? a side view of a third embodiment of a bending device according to the invention with chassis and push rod,
  • Figure 8 is a spatial representation of Figure 7,
  • FIG. 9 shows a three-dimensional representation of a guide for a push rod for FIGS. 7 and 8,
  • Figure 10 is a side view of a fourth embodiment of one according to the invention.
  • FIG. 11 is a spatial partial representation of FIG. 10,
  • FIG. 12 shows a side view of a fifth embodiment of a bending device according to the invention with running gear, protruding bending tool and covers for the contact sections
  • Figure 13 is a three-dimensional representation of Figure 12
  • Figure 14 is a side view of a basic design without covers for the embodiment of Figure 13,
  • Figure 15 is a three-dimensional representation of Figure 14,
  • Figure 16 is a sectional view of the longitudinal axis of Figure 13
  • Figure 17 is a side view of a sixth embodiment of one according to the invention
  • FIG. 18 is a sectional view of part of the sixth embodiment of the device according to the invention, transverse to the longitudinal axis, and
  • FIG. 19 shows a partial view of FIG. 17 in the bending state.
  • FIG. 1 shows a first pipe bending device 10 according to the invention with a base body 11.
  • the base body 11 has an underside 12 in this case.
  • the underside 12 has a lower contact surface 13 in the middle.
  • the underside 12 is preferably completely curved here. Alternatively, a partial arcuate design is also possible.
  • the arc shape is provided in such a way that the radius is narrower than the final intended radius of a finished bent tube 100.
  • the bend of the underside 12 is essentially convex.
  • the shape of the contact surface 13 can be designed as a free form in order to achieve optimal roundness of the tube after bending.
  • the base body 11 is preferably made in one piece.
  • the base body can be divided in the longitudinal direction, e.g. to make the base body 11 easier to manufacture.
  • the base body 11 has an upper side 14 which is preferably curved here with a maximum above the lower contact surface 13 .
  • the upper side 14 has a concave shape on end faces 15 of the pipe bending device 10, as is shown in FIG.
  • the base body 11 is preferably designed in such a way that it can absorb the highest possible forces and at the same time offers sufficient space for the necessary add-on parts and a tool element 21 .
  • depressions 16 are provided, which are connected to a channel 17.
  • actuators 18, here preferably hydraulic cylinders which can be extended upwards in the direction of the arrow A and retracted counter to the direction of the arrow A.
  • further depressions 19 can be provided in the region of the lower contact surface 13 in the upper side 14 between the depressions 16, in which one or more further actuators 20, here preferably a hydraulic cylinder, is arranged. This can also be extended and retracted in the direction of arrow A.
  • Connecting lines can be provided in the channel 17 between the actuators 18 for the energy supply and for the control.
  • These are preferably hydraulic lines and valves as well as cables for sensors or electrically driven actuators and for any connection of lines of the running gear.
  • a tool element 21 is arranged on the upper side 14 .
  • This has an underside 22 which preferably corresponds to the upper side 14 of the base body 11 in such a way that it can be arranged on the upper side 14 of the base body 11 .
  • the underside 22 of the tool element 21 has corresponding depressions 23 which are arranged above the depressions 16 .
  • the underside 22 has a depression 24 which is arranged correspondingly above the depression 19 when the tool element 21 is arranged on the base body 11 .
  • the depressions 23, 24 each have a contact surface 25, 26 against which a contact surface 36 of one of the actuators 18, 20 acts during its movement in the direction of arrow A and on which the actuator 18, 20 exerts a force in the direction of arrow A accordingly.
  • the tool element 21 has an upper side 27 .
  • the upper side 27 is preferably designed in such a way that it essentially corresponds to the inner radius of the tube 100 that is to be bent in the contact area with the inner wall 101 of the tube 100 .
  • the radius can be smaller or the same size, so that the tube bending device 10 can be moved in and out of the tube.
  • the radius can widen if necessary.
  • the upper side 27 preferably has two outer bending force introduction sections 28 and a central contact section 29 .
  • the outer bending force introduction sections 28 and the central contact section 29 are preferably separated from one another here by elastic deformation sections 30 .
  • the tool element 21 preferably consists of a coherent part or a plurality of parts that are mechanically connected to one another.
  • the tool element 21 is made elastic at least in the middle in order to follow the inner wall 101 of the tube 100 during bending.
  • Several elastic deformation sections 30 can also be provided next to the center of the upper part in order to introduce a stronger/different force on the inner wall 101 of the tube 100.
  • the force and position of the introduction of force from the tool element 21 to the tube 100 can be adjusted via the elasticity and original shape of the tool element 21 .
  • the elastic deformation sections 30 preferably have ribs 31 and recesses 32 which extend in the circumferential direction on the upper side 27 of the tool element 21 .
  • the recesses 32 have a width B.
  • the recesses 32 are preferably designed with different depths depending on the elasticity of the deformation section 30 to be achieved. In FIG. 3, the recesses 32 become deeper as the distance from the central contact section 29 increases.
  • the depth is preferably selected such that the distance between the deepest point 33 of the recess 32 and the underside 22 of the tool element 21 relative to the respective recess 32 is constant. Alternatively, the distances can be varied depending on the elasticity to be achieved.
  • the actuators 18, 20 are extended in the direction of arrow A, the upper side 27 of the tool element 21 is first moved against the inner wall 101 of the tube 100 until the bending force introduction sections and the middle contact section 28, 29 and, if necessary, also the upper sides 34 of the ribs 31 on the inner wall 101 issue.
  • the central contact section 29 serves to support the transformation of the tube 100 in order to prevent deformation of the tube away from the maintenance of the peripheral shape of the tube 100. It has been shown that it is advantageous if the central contact section 29 is also designed to be elastically deformable.
  • an actuator 20 preferably a hydraulic cylinder
  • an actuator 20 can be provided here, which can exert a force in the direction of arrow A via the central contact section 29 on the inner wall 101 of the tube 100 during bending .
  • the supporting effect of the central area can optionally be regulated particularly precisely via the actuator 20, e.g. for very thin-walled pipes.
  • the outer bending force introduction sections 28 and the middle contact section 29 can be designed as individual components. Between Bending force introduction sections 28 and/or the central contact section 29 can be provided with recesses/spacings.
  • an articulated connection can also be provided between the sections 28, 29 in order to enable more precise guidance.
  • the outer contact elements 28 exert a force on the inner wall 101 of the pipe 100 .
  • the outer bending force introduction sections 28 move together with the tube 100 in the direction of arrow D until the arcuate underside 12 of the base body 11 comes into contact with the inner wall 101 of the tube 100 at its outer sections 35 .
  • the tube 100 deforms both elastically and plastically.
  • the outer bending force application sections 28 move in the opposite direction to the arrow D.
  • the pipe 100 also moves in the opposite direction to the arrow D to reduce the elastic deformation until this has been reduced and only the plastic deformation of the pipe 100 remains . Meanwhile, the width B of the recesses 32 between the ribs 31 widens accordingly.
  • the underside 22 of the tool element 21 here preferably rests completely on the upper side 14 of the base body 11 again. Then the tube bending device 10 is moved in the tube 100 to the next bending point and the process described above is repeated.
  • Springs or similar return elements can be provided for returning the tool element 21 to its original position.
  • elements for guiding can be provided, which hold the tool element 21 in position relative to the base body 11, but at the same time allow the elastic movements of the tool element 21 and the movements in the vertical direction.
  • the contact surfaces 25, 26 of the depressions 23, 24 are designed in the form of a section of a cylinder or a section of a sphere. Furthermore, it is advantageous that the contact surfaces 36 of the actuators 18, 20 are also designed in the form of a section of a cylinder or a section of a sphere. It is advantageous if the shape of the contact surfaces 36 is flatter than the shape of the contact surfaces 25, 26. This is shown in FIG.
  • FIG. 5 shows a second pipe bending device 10 according to the invention with an identical structure to the first embodiment according to the invention shown in FIGS.
  • the second embodiment has a chassis.
  • This comprises a chassis element 41 on each of the end faces 15 and rollers 42 attached to the upper side 14 of the base body 11. These are arranged on a carrier (not shown) and each extend through an opening 40 in the upper side 27 of the tool element 21.
  • the chassis element 41 comprises a base body 43 which is connected to the end face 15 .
  • the base body 43 is movably connected in the direction of the arrow F to a support element 44 .
  • Rollers 45 are arranged on the support element 44, here preferably at an angle relative to the perpendicular bisector of the pipe bending device in accordance with the inner diameter of the pipe, the rollers 45 being arranged on the support element 44 via supports 46.
  • the base body 43 is connected to the support element 44 via pretensioning elements 47 which are preferably spring elements 48 which are each arranged on a guide 49 .
  • the spring elements can also be arranged independently of the guide.
  • the rollers 45 rest on the inner wall 101 of the pipe when the pipe bending device 10 is being moved.
  • the tool element 21 is pressed in the direction of the arrow A against the inner wall 101 of the pipe via the actuators 18 , 20 .
  • the tool element 21 is moved past the rollers 42 in that they move through the openings 40 .
  • the upper side 27 with the bending force introduction sections 28 reaches the upper inner wall 101 and is pressed against it.
  • the prestressing element 47 is subjected to a counterforce, so that the carrying elements 44 move in relation to the base bodies 43 in the direction of the arrow F, with the spring elements 48 preferably being compressed here.
  • the underside 12 is moved with the contact surface 13 in the direction of the pipe inner wall 101 until the contact surface 13 rests and the pipe bending process can begin as previously described. After completing the pipe bend, the procedure is reversed.
  • FIGS. 7 to 9 show a third embodiment according to the invention of a pipe bending device 10 according to the invention with an identical structure to the first and second embodiment according to the invention shown in FIGS.
  • a preferably torsionally rigid push rod 50 is provided, which is connected to an attachment element 51, for example on the end face 15 of the pipe bending device 10, for example via a joint 52.
  • the connection is suitable for transmitting thrust and tensile forces, for example in the direction of the arrow G, which are generated by a drive (not shown) and transmitted via the push rod 50 in order to move the pipe bending device 10 in the pipe 100 in the direction of the arrow G.
  • the push rod is provided here with a square cross-section, for example.
  • Figure 9 shows a base element 53, here preferably provided with rollers 54 for driving, guiding and stabilizing the push rod 50.
  • FIGS. 10 and 11 show a fourth embodiment according to the invention of a pipe bending device 10 according to the invention with an identical structure to the first and second embodiment according to the invention shown in FIGS.
  • the features of the third embodiment can be added here, but are not shown.
  • the tool element 21 is longer than the base body 11 so that there is an overhang area 60 that extends over the chassis elements 41 . This increases the bending area in a simple way, so that the surface pressure in the tube is reduced and the final desired overall bend can be achieved with fewer bending steps.
  • FIGS. 12 to 16 show a fifth embodiment according to the invention of a pipe bending device 10 according to the invention with an identical structure to the first and fourth embodiment according to the invention shown in FIGS. 1 to 4 and 10, 11. Only the ribs 31 of the tool element 21 are flat here. The features of the second and third embodiment can be added here, but are not shown.
  • the base body 11 and the tool element 21 are constructed in two parts. They each have an inner base body 11a and an outer base body 11b and an inner tool element 21a and an outer tool element 21b.
  • Inner base body 11a and inner tool element 21a form the basic structure of pipe bending device 10 and are preferably made of steel.
  • the base body 11a has a flat, non-curved underside 12 here, for example.
  • a lower cover element 61 preferably made of plastic, is provided as an outer base body 11b on an underside 12a of the base body 11a and also contains the bearing surface 13 .
  • an upper one Cover element 62 preferably made of plastic, is provided as the outer tool element 21b, the cover also having the bending force introduction sections 28.
  • the covering elements 61 and 62 can also be designed as a continuous elastic plastic part.
  • FIGS. A sixth embodiment of the device 10 according to the invention is shown in FIGS.
  • the structure of the base body, including the actuators 18, 20, corresponds to the structure set out above.
  • the tool element 21 has an upper side 27 .
  • the upper side 27 is preferably designed in such a way that it essentially corresponds to the inner radius of the tube 100 that is to be bent in the contact area with the inner wall 101 of the tube 100 .
  • the radius can be smaller or the same size, so that the tube bending device 10 can be moved in and out of the tube.
  • the radius can widen if necessary.
  • the upper side 27 preferably has two outer bending force introduction sections 28 and a central contact section 29 .
  • the bending force introduction sections 28 and the central contact section 29 are designed as individual components 60, 61.
  • the components 60 , 61 are preferably connected to one another via a connecting element 62 .
  • This connection is particularly preferably made here via a non-positive and/or positive connection.
  • the contact section element 61 is preferably constructed here from two bars 63 arranged in parallel.
  • the beams can be made in one piece or in several parts. Shown here is the one-piece design. Furthermore, several bars can also be arranged one above the other.
  • the beams 63 are preferably connected to the connecting element 62 .
  • This connection is particularly preferably made here via a non-positive and/or positive connection.
  • Rib elements 64 corresponding to the ribs 31 are arranged on the beams 63 . These are preferably designed in an arc shape. More preferably, the rib members 64 are loose on a top 65 of the beams 63 on. The ribs are preferably connected to the bar elements 63 in the radial direction by means of a form fit.
  • a distance 66 is preferably provided between two rib elements, which correspond to the recesses 32 .
  • An elastic element 67 is particularly preferably provided in this distance 66 .
  • an actuator 20' preferably a hydraulic cylinder
  • a hydraulic cylinder which exerts a force A via the central contact section 29 on the inner wall 101 of the tube 100 can exert during bending.
  • the supporting effect of the central area can optionally be regulated particularly precisely via the actuator 20', e.g. for very thin-walled pipes.
  • At least one actuator 20' is provided for this purpose below at least one bar 63.
  • the beams 63 bend as shown in FIG.
  • the rib elements 64 move towards one another and squeeze the elastic elements 67, which as a result each form a bead 68 on the outside.
  • the bead 68 presses against the pipe 100 and additionally supports it.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Innenbiegen von Rohren (100), insbesondere von beschichteten Rohren, für Rohrleitungen mit einem im Rohr positionierbaren Grundkörper (11), der an wenigstens einer Seite (12), bevorzugt die Unterseite, wenigstens eine Auflagefläche (13) mit einer Innenwand (101) eines zu biegenden Rohrs (100) aufweist, wobei der Grundköper (11) eine Auflagefläche (13) gegenüberliegende Seite, bevorzugt die Oberseite, aufweist, an der wenigstens ein Werkzeug zum Einleiten einer Biegekraft in das Rohr (100) beweglich vorgesehen ist, wobei das Werkzeug über wenigstens einen Aktuator (18, 20) zum Einleiten der Biegekraft gegenüber dem Grundkörper (11) bewegbar ist. Die Erfindung sieht dabei vor, dass das Werkzeug als ein Werkzeugelement (21) vorgesehen ist, das wenigstens zwei Biegekrafteinleitungsabschnitte (28, 29) zum Einleiten der Biegekraft in das Rohr (100) aufweist, die durch jeweils wenigstens einen Aktuator (18, 20) relativ zum Grundkörper (11) bewegbar sind.

Description

VORRICHTUNG ZUM INNENBIEGEN VON ROHREN FÜR ROHRLEITUNGEN
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Innenbiegen von Rohren, insbesondere von beschichteten Rohren, für Rohrleitungen mit einem im Rohr positionierbaren Grundkörper, der an wenigstens einer Seite, bevorzugt die Unterseite, wenigstens eine Auflagefläche mit einer Innenwand eines zu biegenden Rohrs aufweist, wobei der Grundköper eine Auflagefläche gegenüberliegende Seite, bevorzugt die Oberseite, aufweist, an der wenigstens ein Werkzeug zum Einleiten einer Biegekraft in das Rohr beweglich vorgesehen ist, wobei das Werkzeug über wenigstens einen Aktuator zum Einleiten der Biegekraft gegenüber dem Grundkörper bewegbar ist.
Diese Rohre werden bei Rohrleitungen wie Pipelines verwendet, die große Mengen an Flüssigkeiten oder Gasen über weite Strecken führen. Die transportierten Medien sind unter anderem Erdöl, Chemikalien und/oder Wasser. Es können auch sonstige Rohre aus verschiedenen Materialien wie Kupfer, Edelstahl, Messing etc. gebogen werden. Besonders geeignet ist die Technik für Rohre mit einer zum Durchmesser verhältnismäßig geringen Wandstärke, da diese sonst sehr schwierig oder gar nicht gebogen werden können.
Weltweit existieren Rohrleitungen zum Führen von sowohl flüssigen als auch gasförmigen Stoffen über große Strecken. Diese Rohrleitungen sind im Allgemeinen aus Abschnitten einzelner Rohre mit Längen von 6 bis 18 Metern zusammengesetzt. Die Rohre weisen zumeist einen Durchmesser von 4 bis weit über 75 Inch auf und sind zu einer Rohrleitung zusammengeschweißt auf der Erdoberfläche, unterirdisch und/oder im Wasser verlegt. Häufig folgen die Rohrleitungen der allgemeinen Kontur der Erdoberfläche. Der Verlauf der Rohrleitungen kann insbesondere in seiner horizontalen und vertikalen Erstreckung auch umgeleitet oder in sonstiger Weise um Hindernisse herumgeführt sein.
Eine große Herausforderung bei der Planung und dem Bau von derartigen Rohrleitungen besteht darin, die Enden der einzelnen Rohre mit qualitativ hochwertigen Schweißverbindungen zu fügen. Um der Kontur der Erdoberfläche zu folgen und etwaige Hindernisse in dem Verlauf der Rohrleitungen zu umgehen, sind Richtungsänderungen in der Rohrleitung notwendig. Beim Erzeugen der Richtungsänderungen wird weitestgehend versucht, auf Schweißverbindungen zu verzichten. Richtungsänderungen in Rohrleitungen können, gerade bei Rohren mit einem großen Durchmesser, durch Verschweißen einzelner Rohrstücke mit Gehrungsschnitten erzeugt werden. Um die Anzahl der Schweißverbindungen zu minimieren und die Zuverlässigkeit der Rohrleitungen somit zu erhöhen, muss die Richtungsänderung in dem Rohr durch Biegen des Rohrs erzeugt werden. Zusätzlich ermöglichen die Bogenrohre eine deutlich bessere Flexibilität auf der Baustelle sowie wesentlich engere Radien bei der Trassenführung.
Wie es bei Rohren großen Durchmessers üblich ist, wird eine Biegung erreicht, indem zahlreiche kleine, angeordnete Biegeschritte in dem Rohr durchgeführt werden. Der gewünschte Biegeradius wird also in Form eines Polygons erzeugt, auch wenn dieses im Idealfall am fertigen Bogen nicht erkennbar ist. Bei einer solchen Biegesystematik hat die Bedienungsperson die vollständige Kontrolle über die Anzahl der zu erzeugenden inkrementellen und/oder schrittweisen Biegungen, über den Abstand zwischen den inkrementellen und/oder schrittweisen Biegungen sowie über das Ausmaß jeder inkrementellen und/oder schrittweisen Biegung in dem Rohr. Erfahrene Bedienungspersonen können die Rohrbiegemaschinen effizient steuern, um präzise Biegungen in den Rohren zu erzeugen und dabei die Anzahl der beschädigten oder fehlerhaft gebogenen Rohre zu minimieren, die in einer Verschwendung von Zeit und Rohstoffen wie Energie und Rohre resultieren.
Nach jedem Biegevorgang müssen Rohr und Biegevorrichtung relativ zueinander mit hoher Präzision bewegt werden. Dabei ist sowohl eine Bewegung des Rohres in der Biegevorrichtung als auch eine Bewegung der Biegevorrichtung selbst möglich. Die letztere Variante hat den Nachteil, dass das Rohr erneut in der Biegevorrichtung ausgerichtet werden muss. Das Bewegen der Rohre mit großem Durchmesser, das präzise Versetzen des Dorns und die Kontrolle der erzeugten Biegung sind mit einem hohen personellen Aufwand und Energiebedarf verbunden.
Aufgrund der Größe der zu biegenden Rohre sind Biegevorrichtungen im Allgemeinen in ihrer Art massiv und werden hydraulisch betrieben. Eine Biegevorrichtung ist allgemein aus der US 3,834,210 und der US 5,092,150 bekannt. Solche Biegevorrichtungen haben Vorrichtungen zum Greifen des Rohres, zum Bewegen des Rohres in der Biegevorrichtung und zum Erzeugen der Biegung in dem Rohr. Diese Einrichtungen werden alle unter der Steuerung einer Bedienungsperson hydraulisch betrieben.
DE 600 28 484 T2 zeigt eine konventionelle Biegevorrichtung, die zum Erzeugen von Biegungen in einem Rohr großen Durchmessers angepasst ist. Die Biegevorrichtung enthält im Allgemeinen einen verstärkten Rahmen, an dem die Komponenten gegen relative Bewegung verankert sind. Die Hauptkomponenten der Rohrbiegeeinrichtung umfassen ein Biegewerkzeug, einen Dorn, auch Mandrel genannt, eine Abstützeinrichtung und einen Befestigungsschuh. Das Biegewerkzeug ist ein fester und in Bezug auf den Rahmen stationärer Körper mit einer dem Rohr zugewandten, gekrümmten Fläche, wobei das Rohr während des Biegevorgangs gegen das Biegewerkzeug gedrückt wird. Die Abstützeinrichtung wird während des Biegevorgangs durch einen hydraulischen Druck betätigt und in Richtung des Biegewerkzeugs verschwenkt. Der Befestigungsschuh fixiert derweil das Rohr. In den Arbeitsbereichen der Biegevorrichtung werden während des Biegevorgangs mittels des Biegewerkzeugs, der Abstützeinrichtung und des Befestigungsschuhs Kräfte auf das Rohr übertragen, sodass sich dieses verformt. Der Dorn ist eine flexible, mit Gliedern versehene Konstruktion, die es zulässt, dass das Rohr gebogen wird, ohne die kreisförmige Art des Rohres an der Biegestelle zu verändern. Derartige Dorne sind im Stand der Technik bekannt und in der Regel aus FederstahlleistenAblechen zusammengesetzt.
Wie bereits die oben genannte Biegevorrichtung zeigt, weisen Biegevorrichtungen üblicherweise drei Arbeitsbereiche auf, in denen die zum Biegen des Rohres benötigten Kräfte auf das Rohr übertragen werden. Beim Biegevorgang erfolgt in einem Arbeitsbereich eine aktive Krafteinleitung mittels eines Hydraulikzylinders. Die übrigen passiven Arbeitsbereiche dienen als Widerlager und sind über den Rahmen mit dem aktiven Arbeitsbereich verbunden. Die DE 696 03 499 T2 zeigt eine Biegevorrichtung, bei der der mittlere der drei Arbeitsbereiche als aktiver Arbeitsbereich ausgeführt ist.
Zum Biegen derartiger Rohre mit großem Durchmesser müssen große Kräfte aufgebracht werden. Entsprechend groß und massiv müssen die notwendigen Biegevorrichtungen und der Dorn ausgeführt sein. Das für den Einsatz derartig großer Biegevorrichtungen benötigte Equipment wie beispielsweise Dieselaggregate, Hydraulikpumpen und Dorne ist ebenfalls von großem Volumen und großer Masse. Insgesamt ist festzustellen, dass der Betrieb derartiger (Außen-) Biegevorrichtungen beim Transport und am Einsatzort hohe Anforderungen an den Platzbedarf stellt. Zu den hohen Kosten der Logistik addieren sich die Kosten für Verbrauchsstoffe, insbesondere Treibstoffe und Energieträger. Den Arbeitsaufwand reduzierend ist aus der DE 600 28 484 T2 außerdem ein Verfahren zur Automatisierung einer Biegevorrichtung und eine Steuerung mit einem programmierbaren Prozessor bekannt. Gerade um inkrementelle und/oder schrittweise Biegungen mit einem hohen Grad an Wiederholbarkeit und Genauigkeit durchzuführen, ist eine Automatisierung erforderlich. Bei einer höheren Qualität sollte die Dauer des gesamten Biegevorgangs reduziert werden und so gleichzeitig das Transportgewicht und der Energiebedarf der Biegevorrichtung verringert werden.
Eine Eingangs genannte Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren sind aus der DE 10 2008 060 897 bekannt. Hier ist eine Biegevorrichtung vorgesehen, welche zumindest mit ihren für die Funktion der Biegemaschine wesentlichen Teilen vollständig in dem Inneren des zu biegenden Rohres positionierbar ist. Hierdurch ist es möglich, dass die Biegevorrichtung die zum Biegen des Rohres notwendigen Kräfte von innen auf das Rohr aufbringt. Dies führt zu einem geringen Arbeitsaufwand und auch einem geringen Energiebedarf. Des Weiteren werden Beschädigungen einer außen am Rohr aufgebrachten Beschichtung, beispielsweise einer Lackierung, thermischen Isolierung und/oder Kunstharzverstärkung, Prinzip bedingt vermieden.
Aus der JP S58138523 A ist ebenfalls eine Biegevorrichtung bekannt, die im Inneren der Rohrleitung die Biegung durchführt. Bei ihr sind zwei aktive Arbeitsbereiche vorhanden (vorne und hinten) wohingegen der mittlere Arbeitsbereich passiv ausgeführt ist. Hier ist die genaue Krafteinleitung auf beide separaten Arbeitsbereiche nachteilig.
DE 10 2012 012 139 A1 offenbart eine Rohrinnenbiegevorrichtung bei der, an einem Träger zumindest drei Kontaktelemente vorgesehen sind, wobei zwei Kontaktelemente auf einer ersten Seite des Trägers an den Enden des Trägers und ein Kontaktelement auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Trägers in der Mitte des Trägers angeordnet sind. Hierdurch ist es möglich, dass die Biegevorrichtung wie eine Wippe innerhalb des Rohres beweglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Biegevorrichtung zu schaffen, mit der Rohre mit deutlich höheren Kräften und gleichzeitig mit einer höheren Genauigkeit von innen gebogen werden können. Zusätzlich soll der Aufbau der Maschinen vereinfacht werden um eine möglichst lange Lebensdauer zu erreichen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Werkzeug als ein Werkzeugelement vorgesehen ist, das wenigstens zwei Biegekrafteinleitungsabschnitte zum Einleiten der Biegekraft in das Rohr aufweist, die durch jeweils wenigstens einen Aktuator relativ zum Grundkörper bewegbar sind. Hierdurch lässt sich auf besonders einfache und genaue Weise die Biegeenergie optimal in das zu biegende Rohr einleiten.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens zwei Biegekrafteinleitungsabschnitte im äußeren Bereich des Werkzeugelements vorgesehen sind.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Werkzeugelement einen Kontaktabschnitt aufweist, der zwischen zwei äußeren Biegekrafteinleitungsabschnitten, bevorzugt mittig, vorgesehen ist. Dieser Abschnitt ist bevorzugt mit den beiden umliegenden Abschnitten verbunden. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise das Rohr beim Biegen abstützen, um ungewollte Formänderungen zu vermeiden.
Dabei ist vorteilhaft, dass der dritten Kontaktabschnitt über einen oder mehrere Aktuatoren, insbesondere in radialer Richtung, bewegbar ist. Hierdurch lässt sich die Stützwirkung im Bereich der plastischen Verformung des Rohres besonders vorteilhaft dosieren.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Biegekrafteinleitungsabschnitte und/oder Kontaktabschnitte in sich elastisch verformbar sind und/oder sich aufweiten können. Hierdurch kann auf einfache Weise einer Ovalisierung entgegengewirkt werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass zwischen den wenigstens zwei Biegekrafteinleitungsabschnitten wenigstens ein elastischer Abschnitt vorgesehen ist, und/oder der mittlere Kontaktabschnitt in sich elastisch in Richtung der zu erzeugenden Biegung ist.
Dabei ist vorteilhaft, dass der elastische Abschnitt durch eine Materialreduzierung im Werkezugelement, bevorzugt in Form von Vertiefungen im Werkezugelement, bereitgestellt ist. Eine bevorzugte Ausführungsform hierzu stellen das Bereitstellen des elastischen Bereichs in Form von Rippen und Aussparungen zwischen den Rippen dar. Die Rippen sind besonders vorteilhaft so ausgelegt, dass sie die notwendigen Verformungen zulassen und dabei gleichzeitig die notwendigen Stützkräfte aufnehmen können. Die Rippen können auch freie Formen annehmen, die gezielt die gewünschten Verformungen zulassen. Diese werden beispielsweise mithilfe einer Topologieoptimierung am Computer bestimmt.
Dabei ist weiterhin vorteilhaft, dass der wenigstens eine Bereich mit einer Materialreduzierung im Werkezugelement wenigstes teilweise mit einem elastischen Material gefüllt ist. Dabei sind bevorzugt insbesondere die genannten Rippen und Aussparungen vollständig oder teilweise mit einem elastischen Material gefüllt. Das elastische Material wird beim Biegen in den Rippen zusammengepresst und dadurch aus den Rippen gedrückt. Dies gibt für besonders dünnwandige Rohre eine zusätzliche Stützwirkung.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass es sich bei den Aktuatoren um Hydraulikzylinder oder ähnliche Linearaktuatoren wie beispielsweise Pneumatikzylinder, Gewindespindeln und/oder Piezoelemente handelt. Hierdurch kann die Kraft besonders effektiv und ohne Verluste direkt in das Rohr eingebracht werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht Hydraulikzylinder mit einem oder mehreren hintereinander angeordneten Kolben vor. Die Kolben können dabei in einem gemeinsamen oder mehreren getrennten Zylinderblöcken untergebracht sein und wirken auf ein gemeinsames Kraftübertragungselement ein. Dieses Element ist entweder Bestandteil des oberen Werkzeugelements oder überträgt die Kraft dort hin und ist drehbar gegenüber dem oberen Werkzeug gelagert um unzulässige Kräfte auf die Zylinder zu vermeiden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Aktuator das Werkzeugelement vom Grundkörper weg, bevorzugt nach oben, und in einem Bogen vom Grundkörper hin zur Innenwand des Rohres bewegt. Dadurch wird erreicht, dass es keine relativen Verschiebungen zwischen Werkzeug und Rohr sowie zwischen Aktuator und Werkzeug gibt. Das Werkzeug folgt durch seine Elastizität genau dem Verlauf der Rohrinnenfläche und staucht sich in gleichem Maße.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Aktuatoren die äußeren Biegekrafteinleitungsabschnitte des Werkzeugelements nach oben und in einem Bogen vom Grundkörper hin zur Innenwand des Rohres bewegen. Dadurch wird erreicht, dass es keine relativen Verschiebungen zwischen Biegekrafteinleitungsabschnitten und Rohr sowie zwischen Aktuator und Biegekrafteinleitungsabschnitten gibt. Das Werkzeug folgt durch seine Elastizität genau dem Verlauf der Rohrinnenfläche und staucht sich in gleichem Maße.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass die Aktuatoren und die Biegekrafteinleitungsabschnitte des Werkzeugelements so angeordnet und ausgeführt sind, dass mit den Aktuatoren die äußeren Biegekrafteinleitungsabschnitte des Werkzeugteils vom Grundkörper weg, bevorzugt nach oben, und in einem Bogen vom Grundkörper hin zur Innenwand des Rohres bewegbar sind. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die untere Kontaktfläche bogenförmig ausgeführt ist. Auf diese Weise kann die optimale Biegung des Rohres auf einfache Weise vorgegeben werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass an dem Grundkörper ein Fahrwerk zum Verfahren im Rohr vorgesehen ist. Hierdurch kann die Biegevorrichtung auf einfache Weise im Rohr bewegt werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Fahrwerk wenigstens zwei Fahrwerkelemente, bevorzugt mit Rollen, aufweist, die bevorzugt an den Stirnflächen und/oder vor und hinter dem unteren Kontaktelement sitzen und, bevorzugt über Federelemente, einfahrbar sind. Hierdurch kann auf einfache Weise ein sicheres Verfahren im Innenraum des Rohrs ermöglicht werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein Fahrwerkelement im Bereich des unteren Kontaktelements angeordnet ist und über eine Federkraft in den Hauptkörper einfahrbar angeordnet ist. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch auf einfache Weise auf ein aktives Anheben/absenken verzichtet werden kann.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht wenigstens eine Schubstange und/oder Schubkette zum Drücken und Ziehen der Beigevorrichtung in das bzw. aus dem zu biegenden/gebogenen Rohr vor, welche außerhalb des Rohres an einer Basis befestigt ist und von dort aus über einen Mechanismus angetrieben werden kann. Hierdurch kann auf einfache Weise eine Bewegung der Biegevorrichtung im Rohr bereitgestellt werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass über die Schubstange/Schubkette die Position der Maschine im Rohr erfasst werden kann. Hierdurch ist auf einfache Weise eine genaue Positionskontrolle der Vorrichtung im Rohr möglich.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Schubstange/Schubkette verdrehsteif an einer Basis außerhalb des Rohres gehalten wird. Hierdurch können Verdrehungen der Biegevorrichtung im Rohr weitgehend verhindert oder zumindest erfasst werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht wenigstens eine Rolle im oberen Bereich des Grundkörpers und/oder Werkzeugs vor. Diese Rolle ist nicht wie die unteren Rollen federnd gelagert, sondern steht oben mit einem einstellbaren Abstand über die Werkzeuggeometrie heraus. Nach dem ersten Biegeschritt verhindert die Rolle (die Rollen) auf einfache Weise das Anliegen des Werkzeugelements am Rohr, sobald die unteren Rollen über Federkraft die Maschine nach oben drücken.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein Fahrwerkelement über wenigstens ein Vorspannelement soweit vorgespannt ist, so dass der Grundkörper und das Werkzeug frei in der Luft sind. Bevorzugt handelt es bei dem Vorspannelement um ein Federelement, einen Pneumatikzylinder oder einen nur teilweise gefüllter Hydraulikzylinder, bei die Vorspannung bevorzugt einstellbar ist. Bei Überschreitung der Gewichtskraft der Maschine, z.B. durch Anliegen des oberen Werkzeugelements im Rohr oder durch Anliegen der oberen Rolle nach dem Entlasten des Werkzeugelements, beginnt die vorgespannte Federung einzusinken. Für die Verfahrbewegung liegen bei gebogenem Rohr die unteren Rollen des Fahrwerks sowie die obere Rolle/ die oberen Rollen an. Fährt man durch ein gerades Rohr kann die obere Rolle anliegen.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Werkzeugelement im Wesentlichen vollflächig mit der Innenwand des zu biegenden Rohres mit den wenigstens zwei Biegekrafteinleitungsabschnitten in Kontakt ist, bevorzugt über die gesamte Länge einer Seite, bevorzugt der Oberseite, des Werkzeugelements.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein Kontaktelement und/oder wenigstens ein Biegekrafteinleitungsabschnitt mit Elementen aus Kunststoff, Messing, Aluminium, Holz überzogen ist.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Werkzeugelement und/oder der Grundköper im unbelasteten Zustand im Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Rohres ist, sodass die Vorrichtung im Rohr bewegbar ist.
Eine weitere Lehr der Erfindung sieht vor, dass das Werkzeug in seiner Längsrichtung zumindest teilweise geschlitzt ist, um eine leichte elastische Aufweitung in radialer Richtung zu ermöglichen.
Eine weiter Lehre der Erfindung sieht vor, dass sich das Werkzeugelement wenigstens auf einer Seite über eine Stirnseite des Grundkörpers hinaus erstreckt, so dass wenigstens ein Überhangbereich besteht.
Eine weiter Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Grundkörper und/oder das Werkzeugelement zweiteilig, bevorzugt in Form eines inneren Grundkörpers und eines äußeren Grundkörpers und/oder eines inneres Werkzeugelement und ein äußere Werkzeugelement aufgebaut sind. Eine weiter Lehre der Erfindung sieht vor, dass der äußere Grundkörper und/oder das äußere Werkzeugelement in Form eine Überzugelements, bevorzugt aus Kunststoff, vorgesehen sind.
Eine weiter Lehre der Erfindung sieht vor, dass Werkzeugelement mehrteilig aufgebaut ist, wobei das Werkzeugelement aus wenigstens zwei Biegekrafteinleitungsabschnittsteilen und einem Kontaktabschnittsteil, der bevorzugt elastisch ausgeführt ist, aufgebaut ist, die miteinander verbunden sind.
Dabei ist vorteilhaft, dass der Kontaktabschnittsteil aus wenigstens zwei Balken besteht, dass die Balken mit den wenigstens zwei Biegekrafteinleitungsabschnittsteilen verbunden sind, und dass auf den Balken wenigstens zwei Rippenelemente angeordnet sind.
Dabei ist weiterhin vorteilhaft, dass die Rippenelemente bogenförmig ausgeformt sind, die auf jeweils einer Seite der Balken aufsitzen, Die Verbindung ist dabei bevorzugt lose ausgeführt. Alternativ ist vorteilhaft, dass die Rippenelemente über einen Formschluss zum Balken aufweisen. Dadurch wird eine starke Verformung der Rippen vermieden und eine bessere Stützwirkung im Rohr erreicht.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass die wenigstens zwei Rippenelemente einen Abstand aufweisen, sodass ein Zwischenraum besteht. Hierdurch können die Rippenelemente sich in den Zwischenraum und zueinander hinbewegen können.
Besonders vorteilhaft ist dabei, dass im Zwischenraum wenigstens ein elastisch verformbares Element vorgesehen ist. Dieses kann sich elastisch beim Bewegen der Rippen in den Abstand hinein verformen, die Rippenelemente stützen und/oder sich wulstartig nach außen bewegen, so dass eine Abstützung des zu biegenden Rohres entsteht.
Eine weiter Lehre der Erfindung sieht vor, dass im Bereich des Kontaktabschnittsteils wenigstens ein Aktuator vorgesehen ist. Vorteilhafter Weise ist jeweils ein Aktuator unter den wenigstens zwei Balken mittig angeordnet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Biegevorrichtung in einem zu biegenden Rohr, Figur 2 eine räumliche Darstellung zu Figur 1 ,
Figur 3 eine Schnittansicht zur Längsachse zu Figur 1 ,
Figur 4 eine Schnittansicht eines Teils der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung quer zur Längsachse,
Figur 5 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Biegevorrichtung mit Fahrwerk,
Figur 6 eine zweite Seitenansicht zu Figur 5,
Figur ? eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Biegevorrichtung mit Fahrwerk und Schubstange,
Figur 8 eine räumliche Darstellung zu Figur 7,
Figur 9 eine räumliche Darstellung einer Führung einer Schubstange zu Fig. 7 und 8,
Figur 10 eine Seitenansicht einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Biegevorrichtung mit Fahrwerk und überstehendem Biegewerkzeug,
Figur 11 eine räumliche Teildarstellung zu Figur 10,
Figur 12 eine Seitenansicht einer fünften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Biegevorrichtung mit Fahrwerk, überstehendem Biegewerkzeug und Abdeckungen der Kontaktabschnitte
Figur 13 eine räumliche Darstellung zu Figur 12,
Figur 14 eine Seitenansicht einer Basisausführung ohne Abdeckungen zur Ausführungsform zu Figur 13,
Figur 15 eine räumliche Darstellung zu Figur 14,
Figur 16 eine Schnittansicht zur Längsachse zu Figur 13, Figur 17 eine Seitenansicht einer sechsten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Biegevorrichtung,
Figur 18 eine Schnittansicht eines Teils der sechsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung quer zur Längsachse, und
Figur 19 eine Teilansicht zu Figur 17 im Biegezustand.
Figur 1 zeigt eine erste erfindungsgemäße Rohrbiegevorrichtung 10 mit einem Grundkörper 11. Der Grundkörper 11 weist dabei eine Unterseite 12 auf. Mittig weist die Unterseite 12 eine untere Kontaktfläche 13 auf. Die Unterseite 12 ist hier bevorzugt vollständig bogenförmig ausgeführt. Ein teilweises bogenförmiges Ausführen ist alternativ ebenfalls möglich.
Ebenfalls möglich aber nicht dargestellt ist eine um bis zu 90 Grad gekippte Rohrbiegevorrichtung
10 zum horizontalen Biegen des Rohres 100.
Die Bogenform ist dabei so vorgesehen, dass der Radius enger ist, als der finale beabsichtigte Radius eines fertig gebogenen Rohres 100. Die Biegung der Unterseite 12 ist dabei im Wesentlichen konvex. Die Form der Kontaktfläche 13 kann dabei als Freiform ausgeführt sein, um eine optimale Rundheit des Rohres nach der Biegung zu erreichen.
Bevorzugt ist der Grundkörper 11 einstückig ausgeführt. Der Grundkörper kann alternativ in Längsrichtung geteilt werden, um z.B. die Herstellbarkeit des Grundköpers 11 zu erleichtern.
Weiterhin weist der Grundkörper 11 eine Oberseite 14 auf, die hier bevorzugt kurvenförmig mit einem Maximum oberhalb der unteren Kontaktfläche 13 ausgeführt ist. Die Oberseite 14 weist an Stirnseiten 15 der Rohrbiegevorrichtung 10 eine konkave Form auf, wie dieses in Figur 2 dargestellt ist. Der Grundkörper 11 ist bevorzugt so ausgelegt, dass er möglichst hohe Kräfte aufnehmen kann und gleichzeitig ausreichend Platz für die notwendigen Anbauteile und ein Werkzeugelement 21 bietet.
Im Inneren des Grundkörpers 11 sind an einer Vorderseite und einer Rückseite des Grundkörpers
11 Vertiefungen 16 vorgesehen, die mit einem Kanal 17 verbunden sind. In den Vertiefungen 16 sind Aktuatoren 18, hier bevorzugt Hydraulikzylinder, angeordnet, die nach oben in Pfeilrichtung A ausgefahren und entgegen der Pfeilrichtung A eingefahren werden können. Zusätzlich kann, wie hier in Figur 3 dargestellt im Bereich der unteren Kontaktfläche 13 in der Oberseite 14 zwischen den Vertiefungen 16 weitere Vertiefungen 19 vorgesehen sein, in der einer oder mehrere weitere Aktuatoren 20, hier bevorzugt ein Hydraulikzylinder, angeordnet ist. Dieser ist ebenfalls in Pfeilrichtung A aus- und einfahrbar.
Im Kanal 17 können nicht dargestellte Verbindungsleitungen zwischen den Aktuatoren 18 zur Energieversorgung und zur Steuerung vorgesehen sein. Eine nicht dargestellte Verbindung besteht auch, sofern vorgesehen, zum Aktuator 20 oder weiteren Aktuatoren. Bevorzugt handelt es sich hierbei um Hydraulikleitungen und Ventile sowie Kabel für Sensoren oder elektrisch angetriebene Aktuatoren sowie zur eventuellen Verbindung von Leitungen der Fahrwerke.
Auf der Oberseite 14 ist ein Werkzeugelement 21 angeordnet. Dieses weist eine Unterseite 22 auf, die bevorzugt mit der Oberseite 14 des Grundkörpers 11 so übereinstimmt, dass sie auf der Oberseite 14 des Grundkörpers 11 angeordnet werden kann. Die Unterseite 22 des Werkzeugelements 21 weist korrespondierende Vertiefungen 23 auf, die oberhalb der Vertiefungen 16 angeordnet sind. Weiterhin weist die Unterseite 22 eine Vertiefung 24 auf, die entsprechend oberhalb der Vertiefung 19 angeordnet ist, wenn das Werkzeugelement 21 auf dem Grundkörper 11 angeordnet ist.
Die Vertiefungen 23, 24 weisen jeweils eine Kontaktfläche 25, 26 auf, gegen die eine Kontaktfläche 36 eines der Aktuators 18, 20 bei seiner Bewegung in Pfeilrichtung A wirkt und auf die der Aktuator 18, 20 entsprechend eine Kraft in Pfeilrichtung A ausübt.
Weiterhin weist das Werkzeugelement 21 eine Oberseite 27 auf. Bevorzugt ist die Oberseite 27 dabei so ausgeführt, dass diese im Wesentlichen mit dem Innenradius des Rohres 100, das gebogen werden soll, im Kontaktbereich mit der Innenwand 101 des Rohres 100 übereinstimmt. Unbelastet kann der Radius geringer oder gleich groß sein, damit die Rohrbiegevorrichtung 10 in das Rohr ein- und ausfahrbar ist. Belastet kann sich der Radius sich beispielsweise sofern notwendig aufweiten.
Bevorzugt weist die Oberseite 27 zwei äußere Biegekrafteinleitungsabschnitte 28 und einen mittleren Kontaktabschnitt 29 auf.
Die äußeren Biegekrafteinleitungsabschnitte 28 und der mittlere Kontaktabschnitt 29 sind hier bevorzugt durch elastische Verformungsabschnitte 30 voneinander getrennt. Weiterhin bevorzugt besteht das Werkzeugelement 21 aus einem zusammenhängenden Teil oder mehreren mechanisch miteinander verbundenen Teilen. Das Werkzeugelement 21 ist mindestens in der Mitte elastisch ausgeführt, um der Innenwand 101 des Rohres 100 während der Biegung zu folgen. Es können auch mehrere elastische Verformungsabschnitte 30 neben der Mitte des Oberteils vorgesehen werden, um eine stärkere/andere Kraft auf die Innenwand 101 des Rohres 100 einzuleiten. Die Kraft und Position der Krafteinleitung vom Werkzeugelement 21 auf das Rohr 100 lässt sich über die Elastizität und Ursprungsform des Werkzeugelements 21 einstellen.
Die elastischen Verformungsabschnitte 30 weisen dabei bevorzugt Rippen 31 und Aussparungen 32 auf, die sich in Umfangsrichtung an der Oberseite 27 des Werkzeugelements 21 erstrecken. Die Aussparungen 32 weisen eine Breite B auf. Bevorzugt sind die Aussparungen 32 in Abhängigkeit der zu erreichenden Elastizität des Verformungsabschnitts 30 unterschiedlich tief ausgeführt. In Figur 3 werden die Aussparungen 32 mit zunehmendem Abstand vom mittleren Kontaktabschnitt 29 aus gesehen tiefer. Hier wird bevorzugt die Tiefe so gewählt, dass der Abstand zwischen dem tiefsten Punkt 33 der Aussparung 32 mit der Unterseite 22 des Werkzeugelement 21 bezogen auf die jeweilige Aussparung 32 konstant ist. Alternativ können die Abstände in Abhängigkeit der zu erreichenden Elastizität variiert werden.
Werden die Aktuatoren 18, 20 in Pfeilrichtung A ausgefahren, wird die Oberseite 27 des Werkzeugelements 21 gegen die Innenwand 101 des Rohres 100 zuerst bewegt bis die Biegekrafteinleitungsabschnitte und der mittlere Kontaktabschnitt 28, 29 und gegebenenfalls auch die Oberseiten 34 der Rippen 31 an der Innenwand 101 anliegen.
Der mittlere Kontaktabschnitt 29 dient dabei zur Abstützung der Wandlung des Rohres 100, um Verformungen des Rohres weg von der Beibehaltung der Umfangsform des Rohres 100 zu verhindern. Es hat sich gezeigt, dass es dabei vorteilhaft ist, wenn der mittlere Kontaktabschnitt 29 ebenfalls elastisch verformbar ausgeführt ist.
Weiterhin hat sich herausgestellt, dass es für eine verbesserte Abstützung vorteilhaft ist, dass hier ein Aktuator 20, bevorzugt ein Hydraulikzylinder, vorgesehen werden kann, der eine Kraft in Pfeilrichtung A über den mittleren Kontaktabschnitt 29 auf die Innenwand 101 des Rohres 100 beim Biegen ausüben kann. Über den Aktuator 20 lässt sich die Stützwirkung des mittleren Bereichs optional für z.B. sehr dünnwandige Rohre besonders präzise regeln.
In einer alternativen Ausführungsform können die äußeren Biegekrafteinleitungsabschnitte 28 und der mittlere Kontaktabschnitt 29 als einzelne Bauteile ausgeführt sein. Zwischen den Biegekrafteinleitungsabschnitte 28 und/oder dem mittleren Kontaktabschnitt 29 können dabei Aussparungen/Abstände vorgesehen sein. Alternativ kann auch eine Gelenkverbindung anstelle der elastischen Abschnitte zwischen den Abschnitten 28, 29 vorgesehen sein, um eine genauere Führung zu ermöglichen.
Werden jetzt Aktuatoren 28 in Pfeilrichtung A ausgefahren, üben die äußeren Kontaktelemente 28 eine Kraft auf die Innenwand 101 des Rohres 100 aus. Sobald eine Grenzkraft überschritten wird, bewegen sich die äußeren Biegekrafteinleitungsabschnitte 28 zusammen mit dem Rohr 100 in Pfeilrichtung D, bis die bogenförmige Unterseite 12 des Grundkörpers 11 an ihren äußeren Abschnitten 35 mit der Innenwand 101 des Rohres 100 in Berührung kommt. Das Rohr 100 verformt sich dabei sowohl elastisch als auch plastisch. Bei der Bewegung der äußeren Biegekrafteinleitungsabschnitte 28 in Pfeilrichtung D verringert sich die Breite B zwischen den Rippen 31 in den Aussparungen 32.
Werden jetzt die Aktuatoren 28 entgegen der Pfeilrichtung A zurückbewegt, bewegen sich die äußeren Biegekrafteinleitungsabschnitte 28 entgegen Pfeilrichtung D. Das Rohr 100 bewegt sich zum Abbau der elastischen Verformung ebenfalls entgegen der Pfeilrichtung D, bis diese abgebaut ist und lediglich die plastische Verformung des Rohres 100 verbleibt. Währenddessen verbreitert sich die Breite B der Aussparungen 32 zwischen den Rippen 31 entsprechend.
Sind die Aktuatoren 18 wieder vollständig eingefahren, liegt die Unterseite 22 des Werkzeugelements 21 hier bevorzugt wieder vollständig auf der Oberseite 14 des Grundkörpers 11 auf. Anschließend wird die Rohrbiegevorrichtung 10 im Rohr 100 zum nächsten Biegepunkt verfahren und der zuvor beschriebene Vorgang wird wiederholt.
Zum Zurückführen des Werkezugelements 21 in seine Ursprungsposition können Federn oder ähnliche Rückführungselemente vorgesehen werden. Zusätzlich können Elemente zur Führung vorgesehen werden, welche das Werkezugelement 21 gegenüber dem Grundköper 11 in Position halten, gleichzeitig aber die elastischen Bewegungen des Werkezugelements 21 sowie die Bewegungen in vertikaler Richtung zulassen.
Vorteilhafterweise sind die Kontaktflächen 25, 26 der Vertiefungen 23, 24 Zylinderabschnitts- oder kugelabschnittsförmig ausgeführt. Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Kontaktflächen 36 der Aktuatoren 18, 20 ebenfalls Zylinderabschnitts- oder kugelabschnittsförmig ausgeführt sind. Dabei ist vorteilhaft, wenn die Form der Kontaktflächen 36 flacher ist als die Form der Kontaktflächen 25, 26. Dieses ist in Figur 4 dargestellt. Dieses bewirkt, dass, wenn der Aktuator 18,20 in Pfeilrichtung A bewegt wird, ein äußerer Biegekrafteinleitungsabschnitt 28 und/oder ein mittlerer Kontaktabschnitt 29 in Pfeilrichtung E verformt/aufgeweitet wird, um sich dann entsprechend der Form der Innenwand 101 des Rohres 100 so anzupassen, dass einer Querschnittsverformung des Rohre 100 entgegengewirkt wird.
Figur 5 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Rohrbiegevorrichtung 10 mit einem identischen Aufbau zu der ersten in den Figuren 1 bis 4 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Zusätzlich weist die zweite Ausführungsform ein Fahrwerk auf. Dieses umfasst an den Stirnseiten 15 jeweils ein Fahrwerkselement 41 und an der Oberseite 14 des Grundkörpers 11 angebrachte Rollen 42. Diese sind auf einem nicht dargestellten T räger angeordnet und erstrecken sich jeweils durch eine Öffnung 40 in der Oberseite 27 des Werkzeugelements 21.
Das Fahrwerkelement 41 umfasst einen Basiskörper 43 der mit der Stirnseite 15 verbunden ist. Der Basiskörper 43 ist beweglich in Pfeilrichtung F mit einem Tragelement 44 verbunden. An dem Tragelement 44 sind Rollen 45 angeordnet, hier bevorzugt unter einem Winkel gegenüber der Mittelsenkrechten der Rohrbiegevorrichtung in Abstimmung mit dem Rohrinnendurchmesser, wobei die Rollen 45 über Träger 46 am Tragelement 44 angeordnet sind.
Der Basiskörper 43 ist mit dem T ragelement 44 über Vorspannelemente 47 verbunden, bei denen es sich hier bevorzugt um Federelemente 48 handelt, die jeweils auf einer Führung 49 angeordnet sind. Die Federelemente können auch unabhängig von der Führung angeordnet sein.
Die Rollen 45 liegen beim Verfahren der Rohrbiegevorrichtung 10 auf der Rohrinnenwand 101 auf. Ist der Biegepunkt erreicht, wird das Werkzeugelement 21 in Pfeilrichtung A gegen die Rohrinnenwand 101 über die Aktuatoren 18, 20 gedrückt. Dabei wird das Werkzeugelement 21 an den Rollen 42 vorbeibewegt, in dem sich die diese durch die Öffnungen 40 bewegen. Erreicht die Oberseite 27 mit den Biegekrafteinleitungsabschnitten 28 die obere Innenwand 101 und wird gegen diese gepresst. Dadurch wird das Vorspannelement 47 mit einer Gegenkraft beaufschlagt, so dass sich die Tragelemente 44 gegenüber den Basiskörpern 43 in Pfeilrichtung F bewegen, wobei hier bevorzugt die Federelemente 48 zusammengedrückt werden. Dadurch wird die Unterseite 12 mit der Kontaktfläche 13 in Richtung der Rohrinnenwand 101 bewegt, bis die Kontaktfläche 13 aufliegt und der Rohrbiegeprozess wie zuvor beschrieben beginnen kann. Nach Abschluss der Rohrbiegung wird umgekehrt verfahren.
Die Figuren 7 bis 9 zeigen eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rohrbiegevorrichtung 10 mit einem identischen Aufbau zu der ersten in den Figuren 1 bis 6 gezeigten erfindungsgemäßen ersten und zweiten Ausführungsform. Zusätzlich ist eine bevorzugt torsionssteife Schubstange 50 vorgesehen, die mit einem Ansatzelement 51 beispielsweise an der Stirnseite 15 der Rohrbiegevorrichtung 10 beispielsweise über ein Gelenk 52 verbunden ist. Wobei die Verbindung geeignet ist, Schub- und Zugkräfte beispielsweise in Pfeilrichtung G zu übertragen, die mittels einem nicht dargestellten Antrieb erzeugt und über die Schubstange 50 übertragen werden, um die Rohrbiegevorrichtung 10 im Rohr 100 in Pfeilrichtung G zu bewegen. Die Schubstange ist hier beispielhaft mit einem quadratischen Querschnitt versehen. Figur 9 zeigt dabei ein Basiselement 53, hier bevorzugt mit Rollen 54 versehen zum Antrieb, zur Führung und Stabilisierung der Schubstange 50.
Die Figuren 10 und 11 zeigen eine vierte erfindungsgemäße Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rohrbiegevorrichtung 10 mit einem identischen Aufbau zu der in den Figuren 1 bis 6 gezeigten erfindungsgemäßen ersten und zweiten Ausführungsform. Die Merkmale der dritten Ausführungsform können hier hinzukommen, sind aber nicht dargestellt.
Zusätzlich ist das Werkzeugelement 21 länger als der Grundkörper 11 ausgeführt, so dass ein Überhangbereich 60 besteht, der sich über die Fahrwerkselemente 41 erstreckt. Dadurch wird der Biegebereich auf einfache Weise vergrößert, so dass die Flächenpressung im Rohr reduziert und damit ggf. mit weniger Biegeschritten die final gewünschte Gesamtbiegung erreicht werden kann.
Die Figuren 12 bis 16 zeigen eine fünfte erfindungsgemäße Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rohrbiegevorrichtung 10 mit einem identischen Aufbau zu der in den Figuren 1 bis 4 und 10, 11 gezeigten erfindungsgemäßen ersten und vierten Ausführungsform. Lediglich die Rippen 31 des Werkzeugelements 21 sind hier flächig ausgeführt. Die Merkmale der zweiten und dritten Ausführungsform können hier hinzukommen, sind aber nicht dargestellt.
Der Grundkörper 11 und das Werkzeugelement 21 sind dabei zweiteilig aufgebaut. Sie weisen dabei jeweils einen inneren Grundkörper 11a und einen äußeren Grundkörper 11b sowie ein inneres Werkzeugelement 21a und ein äußere Werkzeugelement 21b auf. Innerer Grundkörper 11a und inneres Werkzeugelement 21a bilden dabei die Grundstruktur der Rohrbiegevorrichtung 10 und sind bevorzugt aus Stahl hergestellt. Der Grundköper 11a weist hier beispielsweise eine flache, nicht gebogenen Unterseite 12 auf.
Auf einer Unterseite 12a des Grundkörpers 11a ist ein unteres Überzugelement 61 , bevorzugt aus Kunststoff, als äußerer Grundkörper 11b vorgesehen, der auch die Auflagefläche 13 beinhaltet. Auf der Oberseite 27a des inneren Werkzeugelements 21a ist ein oberes Überzugelement 62, bevorzugt aus Kunststoff, als äußeres Werkzeugelement 21b vorgesehen, wobei der Überzug auch die Biegekrafteinleitungsabschnitte 28 aufweist. Der Aufbau und die Funktion der Rohrbiegevorrichtung 10 der fünften Ausführungsform entspricht ansonsten der zuvor geschilderten.
Die Überzugselemente 61 und 62 können auch als weitere Ausführungsform als ein zusammenhängendes elastisches Kunststoffteil ausgeführt sein.
Eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist in den Figuren 17 bis 19 gezeigt. Der Aufbau des Grundkörpers inklusive der Aktuatoren 18, 20 entspricht dabei dem zuvor dargelegtem Aufbau.
Das Werkzeugelement 21 weist eine Oberseite 27 auf. Bevorzugt ist die Oberseite 27 dabei so ausgeführt, dass diese im Wesentlichen mit dem Innenradius des Rohres 100, das gebogen werden soll, im Kontaktbereich mit der Innenwand 101 des Rohres 100 übereinstimmt. Unbelastet kann der Radius geringer oder gleich groß sein, damit die Rohrbiegevorrichtung 10 in das Rohr ein- und ausfahrbar ist. Belastet kann sich der Radius sich beispielsweise sofern notwendig aufweiten.
Bevorzugt weist die Oberseite 27 zwei äußere Biegekrafteinleitungsabschnitte 28 und einen mittleren Kontaktabschnitt 29 auf. Dabei sind die Biegekrafteinleitungsabschnitte 28 und der mittlere Kontaktabschnitt 29 als einzelne Bauteile 60, 61 ausgeführt.
Bevorzugt sind hier die Bauteile 60, 61 über ein Verbindungselement 62 miteinander verbunden. Besonders bevorzugt erfolgt diese Verbindung hier über eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung.
Das Kontaktabschnittselement 61 ist hier bevorzugt aus zwei parallel angeordneten Balken 63 aufgebaut. Die Balken können einstückig oder aus mehreren Teilen bestehen. Dargestellt ist hier die einstückige Ausführung. Weiterhin können auch mehrere Balken übereinander angeordnet sein.
Die Balken 63 sind bevorzugt mit dem Verbindungselement 62 verbunden. Besonders bevorzugt erfolgt diese Verbindung hier über eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung.
Auf den Balken 63 sind Rippenelementen 64, die den Rippen 31 entsprechen, angeordnet. Diese sind bevorzugt bogenförmig ausgeführt. Weiterhin bevorzugt sitzen die Rippenelemente 64 lose auf eine Oberseite 65 der Balken 63 auf. Über einen Formschluss sind die Rippen bevorzugt in radialer Richtung mit den Balkenelementen 63 verbunden.
Zwischen zwei Rippenelementen ist bevorzugt ein Abstand 66 vorgesehen, die den Aussparungen 32 entsprechen. In diesem Abstand 66 ein besonders bevorzugt ein elastisches Element 67 vorgesehen.
Weiterhin hat sich herausgestellt, dass es für eine verbesserte Abstützung vorteilhaft ist, dass hier ein Aktuator 20‘, bevorzugt ein Hydraulikzylinder, vorgesehen werden kann (siehe den Ausschnittsansichtsteil in Fig. 17), der eine Kraft A über den mittleren Kontaktabschnitt 29 auf die Innenwand 101 des Rohres 100 beim Biegen ausüben kann. Über den Aktuator 20‘ lässt sich die Stützwirkung des mittleren Bereichs optional für z.B. sehr dünnwandige Rohre besonders präzise regeln. Dafür ist unterhalb wenigstens einem Balken 63 wenigstens ein Aktuator 20‘ vorgesehen.
Wird über die Aktuatoren 18 eine Biegekraft in das Werkzeugteil 21 eingebracht, so biegen sich die Balken 63, wie in Fig. 18 dargestellt ist. Dadurch bewegen sich die Rippenelemente 64 aufeinander zu und quetschen die elastischen Elemente 67, die dadurch nach außen jeweils einen Wulst 68 bilden. Der Wulst 68 drückt gegen das Rohr 100 und stützt dieses zusätzlich ab.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Innenbiegen von Rohren (100), insbesondere von beschichteten Rohren, für Rohrleitungen mit einem im Rohr positionierbaren Grundkörper (11), der an wenigstens einer Seite (12), bevorzugt die Unterseite, wenigstens eine Auflagefläche (13) mit einer Innenwand (101) eines zu biegenden Rohrs (100) aufweist, wobei der Grundköper (11) eine der Auflagefläche (13) gegenüberliegende Seite, bevorzugt die Oberseite, aufweist, an der wenigstens ein Werkzeug zum Einleiten einer Biegekraft in das Rohr (100) beweglich vorgesehen ist, wobei das Werkzeug über wenigstens einen Aktuator (18, 20) zum Einleiten der Biegekraft gegenüber dem Grundkörper (11) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug als ein Werkzeugelement (21) vorgesehen ist, das wenigstens zwei Biegekrafteinleitungsabschnitte (28, 29) zum Einleiten der Biegekraft in das Rohr (100) aufweist, die durch jeweils wenigstens einen Aktuator (18, 20) relativ zum Grundkörper (11) bewegbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Biegekrafteinleitungsschnitte (28, 29) im äußeren Bereich des Werkzeugelements (21) vorgesehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugelement (21) einen Kontaktabschnitt (29) mit der Rohrinnenwand (101) aufweist, der zwischen zwei äußeren Biegekrafteinleitungsabschnitten (28), bevorzugt mittig, vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktabschnitt (29) über einen Aktuator (20) oder mehrere Aktuatoren, insbesondere in radialer Richtung, bewegbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegekrafteinleitungs- und/oder Kontaktabschnitte (28, 29) in sich elastisch verformbar sind und/oder sich aufweiten.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den wenigstens zwei Biegekrafteinleitungsabschnitten und/oder Kontaktabschnitten (28, 29) wenigstens ein elastischer Abschnitt (31) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Abschnitt (30) durch wenigstens einen Bereich mit einer Materialreduzierung im Werkezugelement (21), bevorzugt in Form von Vertiefungen im Werkezugelement (21), bereitgestellt ist.
8 Vorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstes eine Bereich mit einer Materialreduzierung im Werkezugelement (21) wenigstes teilweise mit einem elastischen Material gefüllt ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Aktuatoren (18, 20) um Hydraulikzylinder, Pneumatikzylinder, Gewindespindeln und/oder Piezoelemente handelt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (18, 20) das Werkzeug vom Grundkörper weg (A), bevorzugt nach oben, und in einem Bogen (D) vom Grundkörper (11) hin zur Innenwand (101) des Rohres (100) bewegt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (18) die äußeren Biegekrafteinleitungsabschnitte (28) des Werkzeugelements (21) nach oben (A) und in einem Bogen (D) vom Grundkörper (11) hin zur Innenwand (101) des Rohres (100) bewegen.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die untere Kontaktfläche (13) bogenförmig ausgeführt ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Grundkörper (11) ein Fahrwerk zum Verfahren im Rohr (100) vorgesehen ist.
14 Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrwerk wenigstens zwei Fahrwerkelemente aufweist, die bevorzugt an den Stirnflächen und/oder vor und hinter dem unteren Kontaktelement sitzen und, bevorzugt über Federelemente, einfahrbar sind.
15 Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Fahrwerkelement im Bereich des unteren Kontaktelements angeordnet ist und über eine Federkraft in den Hauptkörper einfahrbar angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schubstange und/oder Schubkette zum Drücken und Ziehen der Beigevorrichtung in das bzw. aus dem zu biegenden/gebogenen Rohr vorgesehen ist, die außerhalb des Rohres an einer Basis befestigt ist und von dort aus über einen Mechanismus antreibbar ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass über die
Schubstange/Schubkette die Position der Maschine im Rohr erfassbar ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schubstange/Schubkette verdrehsteif an einer Basis außerhalb des Rohres gehalten ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Rolle im oberen Bereich des Grundkörpers und/oder Werkzeugs vorgesehen ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Rolle starr mit dem Grundkörper verbunden ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass sich die wenigstens eine Rolle durch eine Öffnung im Werkzeugelement (21) erstreckt.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der wenigstens einen Rolle und dem Grundkörper (11) einstellbar ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Fahrwerkelemente über wenigstens ein Vorspannelement soweit vorgespannt ist, so dass der Grundkörper und das Werkzeug frei in der Luft sind.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Vorspannelement um ein Federelement, einen Pneumatikzylinder oder einen nur teilweise gefüllter Hydraulikzylinder, bei die Vorspannung bevorzugt einstellbar ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugelement im Wesentlichen vollflächig mit der Innenwand (101) des zu biegenden Rohres (100) mit den wenigstens zwei Biegekrafteinleitungsabschnitten (28) in Kontakt ist, bevorzugt über die gesamte Länge einer Seite (27), bevorzugt der Oberseite, des Werkzeugelements (21).
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug in seiner Längsrichtung zumindest teilweise geschlitzt ist, um eine leichte elastische Aufweitung in radialer Richtung zu ermöglichen.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kontaktelement und/oder wenigstens ein Biegekrafteinleitungsabschnitt mit Elementen aus Kunststoff, Messing, Aluminium, Holz überzogen ist.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugelement und/oder der Grundköper im unbelasteten Zustand im Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Rohres ist, sodass die Vorrichtung im Rohr bewegbar ist.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugelement (21) an wenigstens einem Ende des Grundköpers sich über diesen hinaus erstreckt.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugelement (21) das Fahrwerk überdeckt.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Werkzeugelement wenigstens auf einer Seite über eine Stirnseite des Grundkörpers hinaus erstreckt, so dass wenigstens ein Überhangbereich besteht.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (11) und/oder das Werkzeugelement (21) zweiteilig, bevorzugt in Form eines inneren Grundkörpers (11a) und eines äußeren Grundkörpers (11b) und/oder eines inneres Werkzeugelement (21a) und ein äußere Werkzeugelement (21b) aufgebaut sind.
22
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Grundkörper (11 b) und/oder das äußere Werkzeugelement (21b) in Form eine Überzugelements, bevorzugt aus Kunststoff, vorgesehen sind.
34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass Werkzeugelement (21) mehrteilig aufgebaut ist, wobei das Werkzeugelement (21) aus wenigstens zwei Biegekrafteinleitungsabschnittsteilen (60) und einem Kontaktabschnittsteil (61), der bevorzugt elastisch ausgeführt ist, aufgebaut ist, die miteinander verbunden sind.
35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktabschnittsteil aus wenigstens zwei Balken (63) besteht, dass die Balken (63) mit den wenigstens zwei Biegekrafteinleitungsabschnittsteilen (60) verbunden sind, und dass auf den Balken (63) wenigstens zwei Rippenelemente (64) angeordnet sind.
36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenelemente (64) bogenförmig ausgeformt sind, die auf jeweils einer Seite (65) der Balken (63) aufsitzen, bevorzugt lose.
37. Vorrichtung nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen einen Formschluss zum Biegebalken aufweisen. Dadurch wird eine starke Verformung der Rippen vermieden und eine bessere Stützwirkung im Rohr erreicht.
38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Rippenelemente (64) einen Abstand (66) aufweisen, sodass ein Zwischenraum besteht,
39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass im Zwischenraum wenigstens ein elastisch verformbares Element (67) vorgesehen ist.
40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Kontaktabschnittsteils (61) wenigstens ein Aktuator (20‘) vorgesehen ist.
41. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass unter den wenigstens zwei Balken (63) jeweils wenigstens ein Aktuator (20‘) mittig angeordnet ist.
23
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