Rohrbiegen im Fokus:
26 Fragen und Antworten rund um das Umformen von Rohren
Die vielen Facetten des Rohrbiegens: Von der Elastizität eines Werkstoffes bis hin zur Wahl eines zulässigen Biegeradius steckt hinter dem Umformen von Rohren eine Unmenge an Hintergrundwissen. Für die, die neu in der Thematik sind, und die, die ihre Kenntnisse nochmal auffrischen wollen, finden sich hier deshalb einige Grundlagen des Rohrbiegens – von Außendurchmesser bis Zugfestigkeit.
1. WAS PASSIERT BEIM ROHRBIEGEN MIT DEM WERKSTOFF?
Das Kaltumformen beim Rohrbiegen lässt sich durch zwei Formänderungen beschreiben: die elastische und die plastische.
- Elastisch: Das Rohr wird so minimal gebogen, dass es die ursprüngliche Form nicht verändert: Die Elastizität des Metalls erlaubt eine Formveränderung, die nur bis zur Entlastung anhält. Dann federt das Rohr zurück.
- Plastisch: Der Punkt der elastischen Formänderung wird überschritten und das Rohr bleibt auch nach Wegfall der Biegekräfte verbogen.
Gleichzeitig wird die Außenwand des Bogens gedehnt sowie die innere Wand gestaucht, die Wanddicke an diesen Stellen nimmt also ab bzw. zu. Je mehr sich Wanddicke und Außendurchmesser unterscheiden und je geringer der Biegeradius, desto höher ist die Gefahr der Faltenbildung bei der Stauchung. Letztere kann je nach Verfahren mit dem passenden Werkzeug ausgeglichen werden.
Weil beim Biegen sowohl die innere als auch äußere Wand zur Mitte gedrückt werden, wird das Rohr außerdem ovalisiert – je kleiner die Wandstärke und der Biegeradius, desto stärker. Zusätzlich ist immer mit einer minimalen Streckung des Rohres durch das Umformen zu rechnen. Sie unterscheidet sich abhängig von den Werkstoffen und ist vor dem Biegen miteinzuberechnen.
Tipp: Haben Sie am Ende ein Rohr, das zu lang ist, lässt sich das einfacher lösen als ein Rohr, das zu kurz geraten ist – beispielsweise, wenn die Leitung einen Flansch erreichen soll.
Der Aufwand, den das Rohrbiegen mit sich bringt, kann mithilfe von zwei Faktoren gemessen werden:
- Wanddickenfaktor: Das Verhältnis des Außendurchmessers zu der Wandstärke des Rohres ermittelt je nach Material, wie leicht das Material Falten werfen wird. Um den Wanddickenfaktor zu ermitteln, wird der Rohrdurchmesser durch die Wanddicke geteilt.
- Biegefaktor: Um herauszufinden, wie leicht das Rohr reißen kann, wird der Biegeradius durch den Rohrdurchmesser geteilt.
Verrechnet man die beiden Werte miteinander, lässt sich daraus für das Rotationszugbiegen ablesen, ob ein Rohr ohne Dorn, mit Löffel- oder mit Gliederdorn gebogen werden sollte.
2. WAS VERSTEHT MAN BEIM ROHRBIEGEN UNTER DER RÜCKFEDERUNG?
Wird das Rohr über den Punkt der elastischen Formveränderung hinaus gedehnt, verschwindet die Energie, die für das Zurückfedern verantwortlich gewesen wäre, nicht einfach. Sie wird in dem Rohr gespeichert und im Moment der Entlastung wieder freigesetzt. So weit, wie das Rohr am Punkt der maximalen elastischen Formveränderung also nach dem Wegfallen der Biegekräfte in seinen ursprünglichen Zustand zurückgefedert wäre, federt es bei der plastischen Formveränderung in gebogenem Zustand zurück. Dabei ist zu beachten, dass Kraftaufwand und Elastizität im folgenden Verhältnis zueinanderstehen: je mehr Kraft aufgebracht werden muss, desto höher ist die elastische Rückfederung.
Hinweis: Die Textur des Werkstoffs und die Richtung, in der sich diese verwirklicht, können die Elastizität beeinflussen.
Diese Rückfederung muss schon beim Rohrbiegen berücksichtigt werden, zum Beispiel durch ein Überbiegen oder einer sogenannten Radiusaufweitung, einer Reduktion des Biegeradius mithilfe des richtigen Werkzeugs.
Zur Wiederholung: Bei der Berechnung der Biegedaten sollten zwei Faktoren auf keinen Fall vergessen werden – die Streckung des Werkstoffes und die Rückfederung.
3. WAS VERSTEHT MAN BEIM ROHRBIEGEN UNTER DEM BIEGERADIUS?
Der Biegeradius bestimmt die Größe des Bogens, um den das Rohr sich beim Rohrbiegen windet. Je größer, desto weiter der Bogen, je kleiner, desto enger. Für gewöhnlich kann hier die Daumenregel r = 2d angewendet werden. Das bedeutet, der Biegeradius sollte so groß sein wie der doppelte Rohrdurchmesser (d). Dies kann allerdings je nach Zweck und Umständen variieren: moderne Rohrbiegemaschinen können oft Radien in der Größe zwischen 1d und 5d biegen.
Hinweis: Für jeden Biegeradius und jeden Rohrdurchmesser werden beim Rohrbiegen eigene Werkzeuge benötigt. Werkzeugtechnisch wird der Aufwand bei kleinen Biegeradien wie 1d deutlich größer.
4. WELCHE VERFAHREN GIBT ES BEIM ROHRBIEGEN?
Für das Umformen von Rohren gibt es verschiedene Herangehensweisen. Einerseits können Rohrbiegevorrichtungen genutzt werden, die manuell bedient werden können. Für professionelle Zwecke lohnt sich jedoch meist eine elektrisch oder hydraulisch betriebene Rohrbiegemaschine, die kleine Serien sowie eine präzise Fertigung unterstützt. Die drei meistgenutzten Verfahren hierfür sind das Rotationszugbiegen, das Drei-Rollen-Biegen und das Pressbiegen:
5. Verfahren des Rohrbiegens: Wie funktioniert das Pressbiegen?
Bei diesem Verfahren des Rohrbiegens wird das Rohr von zwei Rollen gehalten, während ein Werkzeug in der Form des Biegeradius das Rohr zwischen ihnen hindurchpresst. So legt sich das Rohr um den Radius herum.
6. Verfahren des Rohrbiegens: Wie funktioniert das Drei-Rollen-Biegen?
Sind große Biegeradieren von Nöten, glänzt das Drei-Rollen-Biegen. Das Rohr wird umgeformt, indem es zwischen mindestens drei Rollen geklemmt wird: ein bis drei Stützrollen, die als Gegenlager dienen, eine Biegerolle, die zur Schablone für den Biegeradius wird, und eine Umformrolle, die das Rohr Richtung Biegerolle drückt.
Das Rohrbiegen ist hier in 3 Phasen zu unterteilen:
- Das Rohr wird eingelegt und die Umformrolle passend eingestellt
- Das Rohr wird vorgeschoben und die erste Biegung entsteht
- Das Rohr wird weiter vorgeschoben und die Umformrolle weiter zugestellt
Die Gefahr der Faltenbildung ist hier besonders hoch. Die Verwendung eines Dorns ist bei dem Drei-Rollen-Biegen möglich, aber umständlich. Daher werden mit diesem Verfahren meist nur Umformungen vorgenommen, die auch ohne Dorn durchgeführt werden können, ergo solche mit großen Biegeradien und hoher Wanddicke.
7. Verfahren des Rohrbiegens: Wie funktioniert das Rotationszugbiegen (Dornbiegen)?
Beim Rotationszugbiegen wird das Rohr über einen Dorn gezogen und anschließend zwischen eine Biegerolle mit Klemmstück und ein weiteres Klemmstück gespannt. Diese Spannvorrichtung rotiert um den Mittelpunkt der Biegerolle, um das Rohr umzuformen. Dabei zwingt das Biegemoment das Rohr in die Form, die die gewählte Rolle vorgibt. Als Gegenlager zu der Kraft, die die Spannvorrichtung als Umformkraft aufbringt, dient eine Gleitschiene.
Tipp: Als Hersteller von Rohrbiegemaschinen liegt unser Fokus auf dem Rotationszugbiegen. Wollen Sie das Verfahren einmal genauer anschauen, schauen Sie sich doch das Video zu unserer Rohrbiegemaschine TUBOTRON 25 MR an.
Warum das Dornbiegen der bestmögliche Ansatz ist, ist leicht erklärt: Es ist das einzige Verfahren, bei dem nicht regelmäßig mehrere Versuche nötig sind, um das optimale Ergebnis zu erhalten. Andere Verfahren verursachen Ungenauigkeiten im Material und sind weniger vielseitig. Mit den verschiedenen Arten von Dornen können etwa Biegeradien umgesetzt werden, die bei anderen Verfahren zu Materialversagen führen würden.
8. Das Rotationszugbiegen/Dornbiegen: Was ist die Funktion des Klemmstücks?
Sind große Biegeradieren von Nöten, glänzt das Drei-Rollen-Biegen. Das Rohr wird umgeformt, indem es zwischen mindestens drei Rollen geklemmt wird: ein bis drei Stützrollen, die als Gegenlager dienen, eine Biegerolle, die zur Schablone für den Biegeradius wird, und eine Umformrolle, die das Rohr Richtung Biegerolle drückt.
Das Rohrbiegen ist hier in 3 Phasen zu unterteilen:
- Das Rohr wird eingelegt und die Umformrolle passend eingestellt
- Das Rohr wird vorgeschoben und die erste Biegung entsteht
- Das Rohr wird weiter vorgeschoben und die Umformrolle weiter zugestellt
Die Gefahr der Faltenbildung ist hier besonders hoch. Die Verwendung eines Dorns ist bei dem Drei-Rollen-Biegen möglich, aber umständlich. Daher werden mit diesem Verfahren meistens nur solche Umformungen vorgenommen, die auch ohne Dorn durchgeführt werden können, ergo solche mit großen Biegeradien und hoher Wanddicke.
9. Das Rotationszugbiegen/Dornbiegen: Was ist die Funktion des Biegedorns?
Der Biegedorn verhindert beim Rohrbiegen einen Einfall des Außenbogens sowie eine zu starke Faltenbildung. Dank des Dorns können Rohre mit einem größeren Wandfaktor (Verhältnis von Wanddicke und Außendurchmesser) und kleineren Biegeradien ohne Schäden gebogen werden.
Der Dorn ist dabei ideal der zukünftigen Innenkontur des Rohres angepasst und verbleibt immer in der Umformzone – das schräg abgerundete Ende dauerhaft in dem Beginn der Biegung.
Bei kniffligeren Biegungen wird eine andere Art von Dorn benutzt, die aus Gliedern oder Kugeln bestehen. Abhängig von der Schwierigkeit können die sogenannten Gliederdorne mit ein bis drei Elementen eingesetzt werden.
10. Das Rotationszugbiegen: Was ist die Funktion der Biegerolle?
Die Biegerolle ist das Werkzeug, das die Form des Biegeradius vorgibt. Das Werkzeug gibt den Außendurchmesser des Rohres und den Biegeradius vor. Soll sich einer der beiden Werte ändern, muss eine andere Biegerolle verwendet werden. Im Umformungsprozess wird das Rohr dann von dem Biegearm in einer rotierenden Bewegung um die Rolle herumgeführt und so im richtigen Winkel gebogen. Hierbei liegt der Drehmittelpunkt in der Mitte der Biegerolle.
11. Das Rotationszugbiegen: Was ist die Funktion der Gleitschiene?
Die Gleitschiene nimmt eine Gegenkraft zu dem aufgebrachten Biegemoment auf. Ohne die Gleitschiene würde das Rohr nach hinten ausweichen – mit ihr wird es geradlinig in Richtung der Umformzone befördert.
12. Das Rotationszugbiegen: Was ist die Funktion des Faltenglätters?
Der Faltenglätter wird hinter der Innenseite des Bogens – so nah an der Umformzone wie möglich – eingesetzt und verhindert eine unregelmäßige Stauchung, die zu Brüchen führen könnte. Er läuft spitz zu und stützt das Rohr im Innenbogen.
Wirft das Material beim Rohrbiegen Falten,
- wird der Bogen unregelmäßig
- sind die errechneten Werte für Rückfederung und Ähnliches fehlerhaft
- verändert sich die Durchlaufgröße bei medienführenden Leitungen
Können derartige Unebenheiten ausgeglichen werden, sorgt dies auch für Langlebigkeit.
13. WELCHE PROFILE EIGNEN SICH ZUM ROHRBIEGEN?
Das Profil ist für das Rohrbiegen unerheblich. Steht das passende Werkzeug zur Verfügung, können nicht nur Rundrohre umgeformt werden, sondern auch:
- Ovalrohre
- Vierkantrohre
- Vollmaterial
- Beliebige Hohlprofile
- Beliebige offene sowie geschlossene Profile
14. FÜR WELCHE BRANCHEN IST DAS ROHRBIEGEN RELEVANT?
Rohre und somit das Rohrbiegen dienen sowohl dem Transport von Flüssigkeiten und Gasen (Medienführende Leitungen) sowie der Konstruktion und Statik (Konstruktionsrohre), aber auch der reinen Ästhetik (Designteile). Dementsprechend profitieren unter anderem folgende Branchen und Bereiche von den Verfahren des Rohrbiegens:
- Automobil- und Fahrzeugbau
- Schiffsbau
- Flugzeugbau
- Chemische Industrie
- Pharmazeutische Industrie
- Anlagenbau (z. B. Hydraulik- oder Druckluft-)
- Stahlbau
- Maschinenbau
- Heizungs‑, Klima- und Sanitärtechnik
- Möbelbau
Wissenswert: Rohre sind in der Statik sehr beliebt, weil sie eine hohe Steifigkeit mit geringem Gewicht verbinden.
15. WAS MACHT EIN KALTUMFORMUNGSVERFAHREN AUS?
Rohre kalt umzuformen bedeutet, dass Temperaturänderungen nicht als Hilfsmitteln für das Rohrbiegen verwendet werden. Es ist das kostengünstigste und einfachste Verfahren.
Wird das Metall zur Umformung erwärmt, leidet die Elastizität des Materials. Die Folge sind unregelmäßige Form- sowie Wanddickenveränderungen und schnelles Materialversagen. Außerdem sind mit derartigen Verfahren weitere Umstände verbunden, z. B. eine Nachbehandlung der Oberfläche. Daher empfehlen wir, beim Rohrbiegen auf das Kaltumformen zu setzen.
16. WELCHE MATERIALIEN EIGNEN SICH ZUM ROHRBIEGEN IM KALTUMFORMUNGSVERFAHREN?
Hauptsächlich werden mit den maschinellen Verfahren des Rohrbiegens Metalle umgeformt. Unterschiedliche Metalle erfordern dabei unterschiedliche Herangehensweisen:
17. Wie biege ich ein Stahlrohr oder Edelstahlrohr?
Stahl- wie Edelstahlrohre finden umfassende Einsatzmöglichkeiten, unter anderem wegen der Rostfreiheit von Edelstahl. Entsprechend oft müssen solche gebogen werden.
Der Biegeradius bei Stahl- und Edelstahlrohren darf laut der Norm DIN 2440/2441 die folgenden Maße nicht unterschreiten:
- Bei einem Außendurchmesser bis 12mm: Nicht kleiner als der dreimalige Rohraußendurchmesser
- Bei einem Außendurchmesser zwischen 14 und 18 mm: Nicht kleiner als der Rohraußendurchmesser
- Bei Außendurchmessern bis 50 mm: nicht kleiner als der dreieinhalbfache Rohraußendurchmesser
Bei Außendurchmessern über 50 mm: Keine Angaben
18. Wie biege ich ein Kupferrohr?
Kupferrohre sind besonders leicht und weich – somit ideal für das Rohrbiegen. Außerdem gibt es sie in unterschiedlichen Härtegraden. Während härtere Rohre zu Haarrissen neigen, weisen sie durchaus Vorteile, wie zum Beispiel eine bessere Geräuschdämmung, auf.
Der Biegeradius bei Kupferrohren darf laut der Norm DIN EN 1057/DVGW-Arbeitsblatt GW 392 die folgenden Maße nicht unterschreiten:
| Bei einem Außendurchmesser von | Biegeradius nicht kleiner als |
|---|---|
| 6 | 30 |
| 8 | 35 |
| 10 | 40 |
| 12 | 45 |
| 14 | 50 |
| 15 | 55 |
| 16 | 60 |
| 18 | 70 |
| 20 | 80 |
| 25 | 100 |
19. WORAUF SOLLTE ICH BEIM ROHRBIEGEN ACHTEN?
Grundsätzlich eignen sich zum Rohrbiegen alle Materialien, die sich kalt umformen lassen, d. h. zu einem gewissen Grad elastisch sind. Rohre erfüllen die unterschiedlichsten Aufgaben, von Teilen von Blechinstrumenten bis hin zum Transport von Gasen. Prinzipiell macht der Verwendungszweck in der Verarbeitung keinen Unterschied – das Augenmerk liegt jedoch teilweise auf unterschiedlichen erforderlichen Eigenschaften. Soll ein Hydraulikrohr gebogen werden, ist zum Beispiel eine hohe Stabilität des Materials und eine hohe Wanddicke unersetzlich, um sowohl den Innendruck von bis zu 200 bar als auch den mechanischen Kräften, die von außen auf das Rohr wirken, zu trotzen.
20. WAS IST DER AKTUELLE STAND DER TECHNIK BEIM ROHRBIEGEN?
Effizienter könnte die Technik des Rohrbiegens derzeit kaum sein. Während manuelle Rohrbiegevorrichtungen durchaus noch Anwendung finden – sei es, weil sie leichter zu transportieren sind oder sich für sporadische Einsätze eignen – bewältigen moderne Rohrbiegemaschinen schnellstmöglich große Mengen. Dabei können komplexe Biegungen mit höchster Präzision durch verschiedene Ebenen durchgeführt werden – sogar vollkommen automatisch, ohne menschliche Einwirkung und direkt im ersten Versuch.
Das Beste daran: die geringe Ausbildungslast. Wer Biegedaten selbst errechnet, benötigt nicht nur viel Zeit, sondern hohe Kompetenzen. Derartig geschulte Mitarbeiter sind teuer, aber vor allem im Kontext des heutigen Fachkräftemangels schwer zu finden. Unsere Rohrbiegemaschinen arbeiten hingegen mit der eigens entwickelten Software PIPEFAB. Einfach zu bedienen errechnet sie die Biegedaten für Sie und setzt die geplanten Umformungen mithilfe der Maschine um. Somit kann das System von jedem genutzt werden, der eine kleine Einführung erhalten hat.
21. LOHNT SICH DAS ROHRBIEGEN?
Rohre kalt umzuformen, um Bögen zu schaffen, ist das kosteneffizienteste Verfahren in der Rohrbiegetechnik. Die Alternative, die Rohre mit Fittings zu verschweißen, nimmt mehr Zeit in Anspruch und ist um ein Vielfaches teurer. Zusätzlich lässt sich das maschinelle Biegen mit dem Manuellen vergleichen. Gerade CNC Rohrbiegemaschinen, die komplizierte Isometrien in kürzester Zeit detailgenau umsetzen, sind einem Handbiegegerät, mit dem die ersten Versuche meist auch noch zu Fertigungsfehlern führen, weit voraus.
Tipp: Wie effizient programmierbare Maschinen arbeiten und wie einfach die Nutzung ist, können Sie beispielhaft im Video zu unserer CNC Rohrbiegemaschine TUBOTRON 60 sehen.
22. WAS MACHT EIN GUTES ERGEBNIS BEIM ROHRBIEGEN AUS?
Ob ein Rohr am Ende zufriedenstellend umgeformt werden kann, hängt von folgenden Faktoren ab:
- Qualität des Werkstoffs
- Qualität der Biegemaschinen
- Vorheriger Zustand des Rohres (z. B. wie gerade es ist)
- Qualität der Biegewerkzeuge
- Korrekter Umgang mit den Werkzeugen
- Korrektheit der eingegebenen Biegedaten
- Umwelteinflüsse (z. B. die Schmierung des Dorns)
- Erfahrung und Kompetenz der Mitarbeiter
Hinweis: Mit modernen Rohrbiegemaschinen lassen sich kaum noch Fehler machen. Auch ungeschultes Personal versteht den Umgang mit den Maschinen im Handumdrehen.
23. WORAUF MUSS ICH BEI DER WAHL DES ROHRES, DAS ICH UMFORMEN WILL, ACHTEN?
Abgesehen davon, dass der Werkstoff der umgeformten Rohre für den vorgesehenen Verwendungszweck geeignet sein muss, kann es hilfreich sein, auf die Herstellungsunterschiede der Rohre zu achten. Toleranzen treten auch innerhalb einer eingehaltenen Norm auf. Von der Härte über die Beschaffenheit der Schweißnaht bis hin zur Zugfestigkeit kann sich von Rohr zu Rohr einiges unterscheiden. Daher ist es ratsam, darauf zu achten, dass die für ein Projekt verwendeten Rohre von einem Hersteller kommen – idealerweise sogar aus derselben Charge.
Außerdem macht die Wahl zwischen geschweißten und gezogenen Rohren einen Unterschied:
- Gezogene Rohre weisen eine variierende Wanddicke auf, was zu abweichenden Rückfederungswerten an einem einzigen Rohr führen kann.
- Geschweißte Rohre weisen eine gleichmäßige Wanddicke auf, sodass mit absoluter Präzision gebogen werden kann.
24. WAS IST DIE NEUTRALE FASER BEIM ROHRBIEGEN?
Die neutrale Faser eines Rohrs liegt auf seinem Querschnitt. Sie erfährt keine Veränderung der Länge oder Beanspruchung durch Druck- und Zugkräfte und zieht sich einmal längs durch das Rohr. Sie liegt annähernd im Rohrmittelpunkt.
25. WAS VERSTEHT MAN UNTER ROHRISOMETRIE?
Vor dem Rohrbiegen wird eine sogenannte Rohrisometrie erstellt. Dabei handelt es sich um die technische Darstellung der geplanten Leitungen als zweidimensionale Skizze. So können Rohrverläufe in Räumen oder Anlagen in allen Dimensionen detailgetreu vorgeplant werden. Um Länge, Breite sowie Höhe, also drei Achsen, zweidimensional darzustellen, sind die Ebenen versetzt und schneiden sich in einem Winkel von 60 Grad.
Anmerkung: Eine Rohrisometrie ist nicht maßstäblich.
26. WAS VERSTEHT MAN UNTER DER BIEGEKONTUR?
Bei der Biegekontur handelt es sich im Rahmen des Rohrbiegens um die geometrische Definition des Bauteils – oder einfacher gesagt: eine vereinfachte Darstellung der Rohrverläufe. Die Rohre werden durch Linien abgebildet, die Bögen dabei nicht als solche gezeigt, sondern durch eine einzige Koordinate verwirklicht.
Jeder Bogen wird durch drei Koordinaten realisiert: dem Anfangs- und Endpunkt (dort, wo die Zylinder der Rohre beginnen) und dem sogenannten Biegeschnittpunkt, an dem die beiden Linien aufeinandertreffen. Letzterer deutet den Bogen an.
Für jede neue Biegung im selben Rohr wird dabei nur eine weitere Koordinate angezeigt. Das bedeutet:
- Eine Rohrbiegung wird durch drei Koordinaten abgebildet
- Zwei Rohrbiegungen werden durch vier Koordinaten abgebildet
- Drei Rohrbiegungen werden durch fünf Koordinaten abgebildet usw.
Tipp: Die Biegekontur kann nicht als Ersatz für Biegedaten dienen. Weil die Erstellung dieser nicht so einfach ist, erledigt unsere Software PIPEFAB die Übertragung in die Maschinensteuerungssprache.
ROHRBIEGEN: ALLE INFOS AUF EINEN BLICK
Ob sich Ihre Fragen zum Rohrbiegen auf die Auswahl der Rohre oder auf die Besonderheiten von Edelstahlleitungen beziehen – bei uns sind Sie in dieser Angelegenheit richtig. Wir sind erfahrene Profis in der Planung, den Verfahren und allen wichtigen Details und beraten Sie gerne zum Thema „Rohre Umformen“!
Unser Motto beim Rohrbiegen ist „Simply Smart“ – je einfacher der Prozess für den Anwender ist, desto besser. Deshalb gestalten wir unsere Rohrbiegemaschinen und die zugehörige Software so, dass sie den Anwendern Arbeit abnehmen – damit Sie sich auf das Wesentliche konzentrieren können.
