Rundrohr laserschneiden und anschließend biegen

Ein Rundrohr muss nicht immer mit einer Rohrbiegemaschine über einen kontinuierlichen Radius gebogen werden. Beim Cut-Bending wird ein gerades Rundrohr an mehreren Stellen mit einem Rohrlaser eingeschnitten. Zwischen den Ausschnitten bleiben kleine Verbindungen stehen, sodass die einzelnen geraden Rohrsegmente anschließend manuell gegeneinander gebogen werden können.

Durch mehrere solcher Knickstellen hintereinander entsteht aus einem geraden Rohr ein Bogen oder sogar eine räumliche 3D-Form. Nach dem Formen können die Schnittfugen geheftet oder verschweißt werden.

RUNDROHR MIT LASERSCHNITTEN BIEGEN STATT MIT KONTINUIERLICHEM BIEGERADIUS

Bei konventionellem Rohrbiegen wird die Rohrwand kontinuierlich über einen bestimmten Radius verformt. Beim Cut-Bending entsteht die Form anders: Das Rohr bleibt zwischen den Knickstellen gerade und wird an vorher festgelegten Stellen eingeschnitten. Jeder Ausschnitt bildet eine eigene Knickstelle.

Durch unterschiedliche Größe und Ausrichtung dieser Ausschnitte lassen sich verschiedene Knickwinkel und Biegerichtungen kombinieren. Die endgültige Form besteht dadurch aus mehreren geraden Rohrsegmenten, die zusammen einen Bogen oder eine räumliche Rohrform bilden.

Die eigentliche CAD-Herausforderung lautet daher: Wie wird die gewünschte gebogene Form in ein einziges gerades Rohr mit exakt positionierten Laserschnitten, Knickwinkeln und Schnittrichtungen für einen 2,5D-Rohrlaser übersetzt?

MartCad hat hierfür eine CAD-Methode entwickelt, mit der geeignete gebogene Rohrformen in eine gerade Fertigungsgeometrie für das Rohrlaserschneiden übertragen werden.

EIN RUNDROHR GERADEZUSTELLEN IST NOCH KEINE FERTIGUNGSGEOMETRIE

CAD- und CAM-Systeme können ein gebogenes Rohr teilweise in einen geraden Zustand zurückführen. Damit ist jedoch noch nicht festgelegt, wie das gerade Rohr ausgeschnitten werden muss, wenn die Laserschnitte selbst die späteren Biegewinkel bestimmen.

Ein gebogenes Rundrohr lässt sich nicht einfach mit einer üblichen Blechabwicklungsfunktion abwickeln oder flachlegen. Die zylindrische Rohrwand, die aufeinanderfolgenden Knickwinkel und die unterschiedlichen Biegerichtungen ergeben zusammen keine gewöhnliche Blechabwicklung. Deshalb muss für jeden Knick einzeln berechnet werden, wo der Laserschnitt liegt, wie groß die Öffnung sein muss und in welcher Richtung die angrenzenden geraden Rohrsegmente nach dem Biegen zueinander stehen.

Für diese Fertigungsmethode müssen unter anderem festgelegt werden:

• Position und Kontur der einzelnen Ausschnitte;

• erforderliche Öffnung für jeden Knickwinkel;

• Orientierung aufeinanderfolgender Biegerichtungen;

• verbleibende Materialstege zwischen den Segmenten;

• Abstimmung der Schnittgeometrie auf das reale Schneidverfahren der Rohrlasermaschine.

Damit unterscheidet sich diese Anwendung wesentlich vom einfachen Geradestellen oder Abwickeln eines konventionell gebogenen Rohres.

DAS TATSÄCHLICHE SCHNITTBILD BERÜCKSICHTIGEN

Ein wesentlicher Teil der CAD-Konstruktion ist die Geometrie der Schnittkante. Bei einem klassisch schräg gesägten Rohr entsteht eine ebene Gehrung durch die gesamte Wandstärke.

Die Fertigungsgeometrie wird dagegen auf ein Schneidverfahren abgestimmt, bei dem der Laserstrahl lokal rechtwinklig zur Rohroberfläche schneidet. Dadurch unterscheidet sich die Schnittkante von einer theoretischen ebenen Gehrung. Die Bezeichnungen – beispielsweise 90°-Schneiden oder 2,5D-Rohrlaserschneiden – und die technischen Möglichkeiten unterscheiden sich je nach Maschinenhersteller und Fertigungsbetrieb.

MartCad berücksichtigt deshalb das tatsächliche Schneidprinzip der vorgesehenen Rohrlasermaschine und nicht nur die theoretische Geometrie der gebogenen Form.

VOM GEBOGENEN 3D-MODELL ZUM GERADEN ROHR

MartCad hat eine CAD-Methode entwickelt, mit der geeignete gebogene Rohrformen in eine gerade Fertigungsgeometrie für den Rohrlaser überführt werden können.

Als Ausgangspunkt eignen sich beispielsweise:

• ein STEP-Modell;

• ein 3D-Modell;

• eine technische Zeichnung;

• eine Skizze;

• eine Beschreibung mit den wichtigsten Maßen und Richtungen.

Die gewünschte Rohrform wird analysiert und in ein gerades Rohr mit den erforderlichen Ausschnitten übertragen. Dabei werden Position, Ausrichtung und Größe der Schnitte so bestimmt, dass die geraden Rohrsegmente nach dem Laserschneiden in den richtigen Winkeln zueinander gebogen werden können.

AUCH RÄUMLICHE 3D-ROHRFORMEN SIND MÖGLICH

Die Methode ist nicht auf einen einzelnen Bogen in einer Ebene beschränkt. Bei geeigneten Geometrien können auch aufeinanderfolgende Knicke in unterschiedlichen Ebenen in einem geraden Rohr vorbereitet werden.

Möglich sind unter anderem mehrere Richtungsänderungen, unterschiedliche Knickwinkel, wechselnde Biegeebenen, gerade Zwischenstücke und zusammengesetzte 3D-Rohrformen. Das eröffnet Möglichkeiten für Sonderrahmen, Maschinenkonstruktionen, Edelstahl-Sonderanfertigungen und weitere Bauteile, bei denen konventionelles Rohrbiegen weniger wirtschaftlich ist.

BIEGESTEGE HALTEN DIE SEGMENTE ZUSAMMEN

Die Rohrkontur wird an den Knickstellen nicht vollständig durchtrennt. Ein gezielt positionierter Biegesteg verbindet die einzelnen Rohrsegmente während des Formens.

Nach dem Rohrlaserschneiden wird das Bauteil entlang der berechneten Ausschnitte gebogen. Abhängig von Anwendung und Festigkeitsanforderungen können die Fugen anschließend geheftet, teilweise verschweißt oder vollständig verschweißt werden.

TEMPORÄRE TRANSPORTSTEGE

Wird ein langes gerades Rohr an mehreren Stellen nahezu vollständig getrennt, kann es sich bei Handhabung und Transport ungewollt verformen. Zusätzliche temporäre Transportstege stabilisieren das vorgeschnittene Rohr. Vor dem Biegen werden diese Hilfsstege entfernt.

WIE LÄUFT DER FERTIGUNGSPROZESS AB?

1. Die gewünschte endgültige Rohrform wird festgelegt.

2. MartCad überführt die Geometrie in einen geraden Fertigungszustand.

3. Das gerade Rohr wird auf einer geeigneten Rohrlaserschneidanlage geschnitten.

4. Das Bauteil kann im geraden Zustand transportiert und weiterbearbeitet werden.

5. Die temporären Transportstege werden entfernt.

6. Das Rohr wird Segment für Segment in die konstruierte Form gebracht.

7. Die Fugen werden je nach Anforderung geheftet oder verschweißt.

CAM-Programmierung, Maschinenparameter und die endgültige Prüfung der Herstellbarkeit liegen beim ausführenden Rohrlaserbetrieb.

WANN IST CUT-BENDING VON RUNDROHREN INTERESSANT?

Für Standardbögen in großen Stückzahlen bleibt konventionelles Rohrbiegen meist die wirtschaftlichste Lösung. Cut-Bending mit dem Rohrlaser eignet sich besonders für Prototypen, Einzelteile und Kleinserien, ungewöhnliche Rohrverläufe, mehrere räumliche Richtungsänderungen sowie Anwendungen, bei denen spezielles Biegewerkzeug unverhältnismäßig teuer wäre.

Das Verfahren ersetzt nicht jede Rohrbiegemaschine, sondern ergänzt die Fertigungsmöglichkeiten für spezielle Rohrkonstruktionen.

WELCHE GRENZEN HAT DAS VERFAHREN?

Nicht jede beliebige Rohrform lässt sich aus einem einzigen geraden Rohr herstellen. Zu prüfen sind unter anderem Rohrdurchmesser, Wandstärke, Werkstoff, Knickwinkel, Abstände zwischen den Schnitten, Zugänglichkeit der Transportstege, Schweißbarkeit sowie mögliche Überschneidungen der Ausschnitte im geraden Zustand.

Ist eine einteilige Lösung nicht sinnvoll, kann die Konstruktion gegebenenfalls in mehrere separat herstellbare Bauteile aufgeteilt werden.

CAD-KONSTRUKTION FÜR ROHRLASER UND CUT-BENDING

MartCad entwickelt die erforderliche Fertigungsgeometrie als Engineering-Dienstleistung. Der Kunde kann beispielsweise ein STEP-Modell der gewünschten gebogenen Rohrform, eine Zeichnung, eine Skizze oder eine Beschreibung bereitstellen.

Je nach Auftrag kann MartCad liefern:

• STEP-Datei der geraden Fertigungsgeometrie;

• STEP-Datei des geformten Zustands;

• technische Zeichnung;

• Bemaßung;

• ergänzende Fertigungsinformationen.

Die Daten dienen anschließend als Grundlage für die CAM-Programmierung durch einen spezialisierten Rohrlaserbetrieb.

HÄUFIG GESTELLTE FRAGEN

KANN MAN EIN RUNDROHR BIEGEN, INDEM MAN ES ZUVOR EINSCHNEIDET?

Ja. Wird ein gerades Rundrohr an zuvor festgelegten Stellen mit einem Rohrlaser eingeschnitten, entstehen einzelne gerade Rohrsegmente, die anschließend manuell gegeneinander gebogen werden können. Dieses Verfahren wird unter anderem als Cut-Bending oder Kerf Bending bezeichnet.

KANN MAN EINEN BOGEN AUS GERADEN ROHRSEGMENTEN HERSTELLEN?

Ja. Durch mehrere kontrollierte Knickstellen hintereinander lässt sich aus geraden Rohrsegmenten eine Annäherung an einen Bogen oder eine komplexere 3D-Form aufbauen.

WAS IST DER UNTERSCHIED ZWISCHEN CUT-BENDING UND KONVENTIONELLEM ROHRBIEGEN?

Beim konventionellen Rohrbiegen wird das Rohr kontinuierlich über einen Radius verformt. Beim Cut-Bending entsteht die Form aus einzelnen Knickstellen, die durch zuvor angebrachte Laserschnitte ermöglicht werden.

KANN EIN RUNDROHR NACH DEM LASERSCHNEIDEN VON HAND GEBOGEN WERDEN?

Bei geeigneten Rohrabmessungen und Geometrien ist das möglich. Die Laserschnitte verringern lokal die Biegesteifigkeit, sodass die Segmente entlang der verbleibenden Verbindungen manuell in Position gebracht werden können.

KANN MAN EIN GEBOGENES RUNDROHR ABWICKELN?

Nicht wie ein konventionelles Blechteil. Für Cut-Bending muss zusätzlich die richtige Schnittgeometrie konstruiert werden, mit der das Rohr nach dem Laserschneiden wieder in die gewünschte 3D-Form gebracht werden kann.

WAS IST CUT-BENDING VON RUNDROHREN?

Ein gerades Rundrohr erhält berechnete Laserausschnitte. Anschließend wird es entlang dieser Schnitte gebogen und je nach Anwendung geheftet oder verschweißt.

IST DAS MIT EINEM 2,5D-ROHRLASER MÖGLICH?

Das ist bei geeigneten Maschinen und Geometrien möglich. Da Maschinenhersteller und Fertigungsbetriebe unterschiedliche Begriffe und Schneidprinzipien verwenden, muss die Herstellbarkeit immer mit dem ausführenden Rohrlaserbetrieb abgestimmt werden.

KÖNNEN AUCH RÄUMLICHE 3D-ROHRFORMEN HERGESTELLT WERDEN?

Bei geeigneten Geometrien können aufeinanderfolgende Biegungen in verschiedenen Richtungen und Ebenen in einer geraden Fertigungsgeometrie berücksichtigt werden.

KANN MARTCAD MIT EINER STEP-DATEI ARBEITEN?

Ja. Ein STEP-Modell der gewünschten Rohrform ist eine geeignete Grundlage, um die Herstellbarkeit zu bewerten und die gerade Fertigungsgeometrie für den Rohrlaser zu entwickeln.

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