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TECHNIK / INTERVIEW

Was geht beim Rohrbiegen

Februar 2012 — Das Thema Rohrbiegen wird immer interessanter, seit Rohre immer häufiger auch als Konstruktionselemente eingesetzt werden. Allerdings hängt es immer noch stark von den Biegern selbst ab, wie gut und wie eng die Biegeradien in Serie gefertigt werden können. Blech Rohre Profile fragt Prof. Bernd Engel, Leiter des Lehrstuhls für Werkzeugmaschinen und Fertigungtechnik der Universität Siegen zur Stand der Technik bei Rohrbiegen.

BLECH ROHRE PROFILE:
Rohrbiegen ist Erfahrungssache. Gibt es wirklich keine aussagekräftigen Modelle für die Berechnung des Rohrbiegeprozesses – und woran liegt es?
PROF. BERND ENGEL:
Zum einen zeigt ein Blick über die Forschungslandschaft, dass eine Erschließung der Grundlagen zum Biegen an Universitäten nur sehr spärlich vorgenommen wurde. Zum anderen zeigt der Blick über die Anwender, dass die Grundlagen zum Biegen aus einer Werkstattfertigung entstanden ist. Hiermit verbunden sind auch die entsprechend praktisch geprägten Dokumentationen und das angewendete Optimierungsverfahren, das sich im Versuch und an der Maschine abspielt. Die bis heute hergeleiteten und verbreiteten theoretischen Zusammenstellungen sind in zwei wesentlichen Werken zusammengefasst und seit den 70er Jahren nicht weiter entwickelt worden. Nach dieser Zeit hat die Umformsimulation einen sehr breiten Einzug gehalten.
Komplexe Probleme werden sehr schnell mit Simulationsberechnungen angegangen. Simulationsberechnungen hingegen werden in kleineren und mittelständischen Betrieben nur begrenzt genutzt. Und selbst für die Simulationsberechnung stellt das Biegen eine besondere Herausforderung dar. Da praktisch zu jedem Zeitpunkt Umformwerkzeuge im Eingriff sind, werden die Berechnungen sehr deutlich durch die Einflüsse von Randbedingungen beeinflusst. Neben der bisher mangelnden Beschreibung der Tribologie beim Biegen stellen hierbei die Kontaktalgorithmen eine besondere Herausforderung da, da sie zum einen eine Durchdringung von Werkzeugen und Werkstück verhindern sollen, andererseits eine beginnende Faltenbildung nicht unterdrücken dürfen.
Diese Bedingungen haben dazu geführt, dass aus praktischem Expertenwissen unterschiedliche Systematiken angewendet werden, die den Biegeprozess stabilisieren. Ketzerisch gesprochen verfolgt jeder Maschinenbediener einen anderen Optimierungsweg zur Stabilisierung des Umformprozesses. Biegemaschinen ermöglichen heute über die vielen Einstellmöglichkeiten ganz unterschiedliche Möglichkeiten, die für die anstehenden Aufgaben zur Lösungsfindung herangezogen werden. Eine Sensitivitätsanalyse wird bei Erreichen des gewünschten Ergebnisses sehr selten durchgeführt. Und das scheint mir das besonders komplexe Biegen zu sein – die mangelnde Erkenntnis über die Sensitivität unterschiedlicher Einstellgrößen
BLECH ROHRE PROFILE:
Enge Biegeradien fordern vor allem die Automobilindustrie um die Rohrleitungen im engeren Bauraum unterbringen zu können. Bei der Auslegung der Biegeprozesse sind die Anwender auf Erfahrungswissen angewiesen. Welche Hilfsmittel gibt es heute schon?
PROF. BERND ENGEL:
Die Simulationsprogramme der heutigen Zeit sind schon ein gewichtiges Instrument, um Voraussagen hinsichtlich der erreichbaren Umformungen zu machen. Sie haben aber alle den Nachteil, dass sie die Faltenbildung nicht realitätsnah abbilden können. Aus den bereits angesprochenen Gründen werden diese Simulationssysteme aber auch nur mangelhaft eingesetzt. Neben der Bedienung ist es ja auch hier sehr wichtig über „Biege-Know-how“ zu verfügen, um die richtigen Schlüsse zur Prozessoptimierung zu ziehen. Da der Biegeexperte selten simuliert und der Simulationsexperte selten biegt, gibt es sehr differenzierte Meinungen zum Einsatz dieser Tools. Wir selbst haben dabei eine äußerst positive Erfahrung gemacht, die so weit geht, dass wir Aussagen hinsichtlich erreichbaren Wanddicken im sehr dünnwandigen Bereich bis unter einem Zehntel tätigen konnten. Weil die Anwendersituation jedoch auch so ist, dass Biegeunternehmen sehr selten zur Simulation greifen, haben wir die bestehenden Berechnungsgrundlagen erweitert und in anwendbare Programmtools dargestellt, um erreichbare Umformungen zu berechnen. Dabei stützen sich die Berechnungen sowohl bei der Beurteilung der Wanddicken und den Vorhersagen von Rissen auf experimentelle Daten. Augenblicklich arbeiten wir daran, diese Rechenvorschriften durch empirisches Einarbeiten von Algorithmen auf die Vorhersage von Faltenbildungen zu erweitern. Die Vorausberechnungen gehen auf dieser Basis so weit, dass man zum anderen aber auch Voreinstellungen für geforderte Biegegeometrien bestimmen kann. Anwendungen im Prototypbereich haben hier schon zu sehr ermutigenden Ergebnissen geführt. Es gibt somit Mittel, um eine systematische Entwicklung des Biegens voranzubringen.
BLECH ROHRE PROFILE:
Sie arbeiten an ihrem Lehrstuhl mit und an der Simulation des Rohrbiegens. Wie gut lassen sich Rohrbiegeprozesse heute damit abbilden. Gilt das auch im Grenzbereich?
PROF. BERND ENGEL:
Wie gesagt, die Interaktion von Biegeumformer und Simulationsexperten spielen zunächst eine ganz wichtige Rolle. Die Aussage, dass ein Berechner wieder nicht den realen Bogen hat simulieren können, zeigt nur die mangelnde Kommunikation. Hier wollen und werden wir auch weitere Unterstützung zum Beispiel durch unsere Aktionen Biegen in Siegen in Form von Expertenworkshops geben. Konkret muss an beiden Seiten weitergearbeitet werden, damit die realen Bewegungsabläufe aus dem Biegeprozess auch in der Berechnung abbildbar ist. Dazu versuchen wir durch weitere Interpretation der Grenzformänderungskurve und geeigneten experimentellen Untersuchungen am geraden Ausgangsrohr geeignete Mittel zur Vorhersage der Faltenbildung zu bekommen. Konkret kann die Simulation im Grenzbereich zu 70 Prozent Vorhersagen machen, damit vermeidet sie aber auch Einstellarbeiten, die durch den „Biegeexperten“ an der Maschine vorgenommen werden müssen.
BLECH ROHRE PROFILE:
Maschinenhersteller geben für ihre Maschinen heute an, dass Biegeradien bis zu 0,8D oder 0,7D erreicht werden. Sind damit die Grenzen für das Kaltbiegen erreicht?
PROF. BERND ENGEL:
Die Frage nach den erreichbaren Biegeverhältnissen lässt sich nicht ohne weiteres ohne das Wanddickenverhältnis, den Materialgüten und der Qualität beantworten. Grundsätzlich glaube ich, dass die Anwendung des Rohrbiegens durch eine höhere Reproduzierbarkeit deutlich im Anwendungsspektrum erweitert werden kann.
BLECH ROHRE PROFILE:
Wenn die Rohrwanddicken aus Gewichtsgründen im dünner und die Radien immer enger werden, kommt dann die „Warmumformung“ (höherfester Stähle)?
PROF. BERND ENGEL:
Genau so wie ich den energetisch und aufwandsbezogen fragwürdigen Ansatz der Warmumformung im Blechbereich beäuge, kann ich mir die Warmumformung beim Biegen augenblicklich in der Breite schlecht vorstellen. Es kommt hinzu, dass wir im Gegensatz zum Streck- und Tiefziehen am Umfang und in der Länge sehr unterschiedliche Anforderungen haben.

Universität Siegen Institut für Fertigungstechnik
Paul-Bonatz-Straße 9
D-57076 Siegen
Tel.: +49 271 740-0
Internet: http://www.uni-siegen.de

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