Schmierstofffreies Biegen von Präzisionsrohren mit Kunststoffen

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Besondere Vorteile der Verwendung von Kunststoffen als Werkzeugwerkstoffe für Umformoperationen sind deutlich reduzierte Materialkosten, vergleichsweise schnelle Bearbeitbarkeit und hervorragende Gleiteigenschaften [1, 3, 4, 5].

Die erste Versuchsreihe war gekennzeichnet durch: Biegedorn aus modifiziertem Ebablock W (geschützter Produktname) für die Herstellung von Rohformstücken aus legiertem Stahl mit einer Wanddicke von 2,5 mm.

Erste Versuchsreihe für das Kunststoff-Biegen für rechteckige Korbschlangen

Innerhalb der Kooperation sollte in dieser Versuchsreihe die Eignung verschiedener Kunststoffmaterialien für die Herstellung rechteckiger Korbschlangen für Wärmetauscher erprobt werden (Bild 2).

Dieses ausgewählte Rohformstück, bestehend aus 22 Bögen, sollte laut Lastenheft aus einem legierten Stahl gefertigt werden. Die gesamte Rohrlänge betrug 11,3 m, der Rohraußendurchmesser 25 mm und die Wanddicke 2,0 mm. Die Fertigung der Rohrformstücke erfolgte bei Sanro auf einer vollautomatisierten Rohrbiegemaschine.

Das weit verbreitete Fertigungsverfahren zur Herstellung derartiger Rohrformstücke ist das „Rohrbiegen mit Dorn“ und findet sich in der Eingruppierung der Fertigungsverfahren nach DIN 8580 unter der Hauptgruppe 2, dem Umformen. Den Werkzeugaufbau und die einzelnen Werkzeugelemente verdeutlicht Bild 3. Dieses Fertigungsverfahren empfiehlt sich für das Biegen von Rohren mit einem Verhältnis von Rohrwanddicke zu Durchmesser s0/D kleiner 0,06 [2].

Kunststoff muss als Biegedorn hohen Belastungen standhalten

Von wesentlichem Interesse innerhalb der Kooperation war zunächst die Erprobung der Kunststoffe als Biegedorne. Der Biegedorn dient in erster Linie der Vermeidung des Einknickens des Rohrquerschnitts und somit der Aufrechterhaltung des rotationssymmetrischen Querschnitts. Während des Biegevorgangs wird der Biegedorn in seinem Umfang in hohem Maße auf Druck und an der Kuppe auf Biegung beansprucht.

Aus diesem Grund wurden Biegedorne bislang ausschließlich aus hochfesten, legierten Werkzeugstählen oder tribologisch günstigen Mehrstoffbronzen gefertigt.

Ein wesentliches Problem hierbei war jedoch stets die hohe Reibung infolge der hohen wirkenden Querkräfte im Rohr. Somit hängt bekanntermaßen das Arbeitsergebnis beim Rohrbiegen entscheidend von der Schmierung zwischen Dorn und Rohrinnenfläche ab [2].

Schmierstoffe verursachen beim Rohrbiegen zum Teil hohe Kosten

Die Schmierung wird üblicherweise in zwei Schritten durchgeführt. Zunächst wird das Rohr innen mit einem Schmierstoffspray beaufschlagt und anschließend der Dorn vor jedem Biegevorgang großzügig mit einem hochviskosen Schmierfett geschmiert. Bei einer maximalen Rohrlänge von 18 m und einem Rohrinnendurchmesser von zirka 25 mm ist der Schmierstoffverbrauch pro Rohr mit durchschnittlich 15 bis 25 Bögen beträchtlich.

Mit diesem vergleichsweise hohen Schmierstoffverbrauch gehen weitere Nachteile einher. Außer den erforderlichen Anschaffungs- und Lagerhaltungskosten für die verschiedenen Schmierstoffe ist insbesondere die nach dem Biegeprozess notwendige Reinigung der Rohre sehr teuer.

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