[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum ebenen oder räumlichen Biegen von Profilen
durch einen Walzvorgang gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren gemäß
Oberbegriff des Anspruches 17.
[0002] Dem Biegen von hochfesten Werkstoffen kommt aufgrund der zunehmenden Verwendung von
Bauteilen mit Leichtbaucharakter wachsende Bedeutung zu, da derartige hochfeste Werkstoffe
für die Herstellung leicht bauender Bauteile unbedingt notwendig sind. Gleichzeitig
stellt aber das Biegen derartiger hochfester Werkstoffe hohe Herausforderungen an
die Verfahrensführung. Es werden dabei hohe Formänderungskräfte benötigt und die auftretenden
Formabweichungen sind zu kontrollieren. Gerade die Rückfederung, die durch eine hohe
elastische Dehnung hochfester Werkstoffe hervorgerufen wird, stellt eine große Herausforderung
bei der Biegeumformung dar. Die Automobilindustrie beispielsweise fordert bei immer
kleineren Toleranzen der Biegegeometrie eine belastungsangepasste Bauweise der Bauteile.
Diese steigende Komplexität erfordert somit flexiblere Prozessführungsstrategien für
den Biegeprozess, um den Rüstaufwand an der Biegeeinrichtung möglichst gering zu halten.
[0003] Das Freiformbiegen von Profilen mit gleichzeitiger Auswalzung ist in der
DE 10 2004 003 681 A1 beschrieben. Bei diesem Verfahren werden Profile gewalzt und durch den Walzvorgang
oder durch eine zusätzliche Biegevorrichtung gebogen. Bei diesem Verfahren wird also
unter winkliger Anstellung von Pendelrollenwalzen ein Walzen des Werkstückes durchgeführt,
gegebenenfalls auch unter Verwendung eines Dornes zur Abstützung und Wanddickenreduktion.
Diese Walzen liegen weder vollflächig am Profil an noch werden die Außenschenkel des
Profils sicher erfasst, da die Toleranzen des Werkstücks bzw. des Walzvorganges bei
einer Walze nicht ausgeglichen werden. Die Anordnung der Walzen in der
DE 10 2004 003 681 A1 hat den Nachteil, dass Zwischenräume zwischen den Walzen an den Schenkeln des Profil
immer vorhanden sein müssen, damit die Walzen nicht kollidieren und sich gegenseitig
zerstören. Diese Zwischenräume zwischen den Walzen befinden sich hier an der ungünstigsten
Stelle, da an den Schenkeln des Profils keine Umformkraft aufgebracht wird. An den
Schenkel des Profils wird aber die größte Umformkraft benötigt. Der Zwischenraum zwischen
den Walzen muss dabei so ausgelegt sein, dass sowohl die Toleranzen des Profils als
auch der Eindrückweg der Walze und ein ausreichendes Spiel eingehalten werden. Eine
Kollision der Walzen muss unter allen Umständen vermieden werden, sodass der Zwischenraum
ausreichend groß dimensioniert werden muss. Der Zwischenraum wird dann unter Umständen
so groß, dass im Bereich der Schenkel gar keine Kraft aufgebracht werden kann. Bei
der
DE 10 2004 003 681 A1 ist keine Tordierung des Profils zur Erstellung von Freiformgeometrien mit tordierten
Profilen oder zur Beeinflussung der Umformparameter vorgesehen.
[0004] Die Torsionsüberlagerung bei einem Freiformbiegeprozess wird in der
DE 10 2007 013 902 A1 beschrieben. Hierbei wird dem Profilbiegen eine Torsionsspannung überlagert zur Erreichung
von tordierten Profilen und für eine positive Beeinflussung der Prozessparameter,
wie zum Beispiel zur Verringerung der Biegekraft. Die
DE 10 2007 013 902 A1 Patent beinhaltet jedoch keine Torsionsüberlagerung bei gleichzeitiger Druckspannungsüberlagerung.
[0006] Insgesamt kann also dem Stand der Technik entnommen werden, dass Freiformbiegeverfahren
genutzt werden können, um flexible Profilgeometrien herzustellen und die Rüstzeit
zu minimieren. Durch die gezielte Spannungsüberlagerung (Druckspannung und Aufbringen
eines Torsionsmomentes) können die Umformeigenschaften wie Rückfederung und benötigte
Biegekraft reduziert werden und das Spektrum der Bauteile wird erweitert. Dadurch
können belastungsangepasste Leichtbaustrukturen hergestellt werden.
[0007] Deutliche Nachteile sind aber in der Prozessgestaltung nach diesem Stand der Technik
zu erkennen. Es befindet sich nach dem Stand der Technik immer ein Spalt zwischen
den benachbarten Walzen an den Schenkeln des Profils. Dieser Spalt ist stark von der
Toleranz des Profils abhängig, da er auf die größte Toleranz ausgelegt sein muss.
Ebenso muss dieser Spalt für den Umformprozess ausreichend groß sein und ein gewisses
Spiel bieten. Die Umformkraft wird bei dieser Erfindung also an den wichtigen Stellen
der Schenkel des Profils gar nicht oder unzureichend aufgebracht. Durch die unflexible
Auslegung der Walzrollen ist auch immer nur genau eine definierte Geometrie ohne zusätzlichen
Rüstaufwand herstellbar. Für verschiedene Abmessungen an einem Profil müssen auch
verschiedene Werkzeuge benutzt werden. Weiterhin ist bei dem jetzigen Stand der Technik
keine Druckspannungsüberlagerung bei gleichzeitiger Tordierung des Profils vorhanden.
Es können also keine ausgewalzten tordierten und gebogenen Profile gleichzeitig hergestellt
werden, sondern es müssen verschiedene Prozesse zum Biegen und Tordieren sequentiell
nacheinander durchgeführt werden.
[0008] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Nachteile der Biegeverfahren
nach dem Stand der Technik zu beseitigen, die Rückfederungen zu reduzieren und damit
die Biegegenauigkeit zu erhöhen, so dass ein robuster Biegeprozess möglich wird, der
unter Einhaltung der Genauigkeiten sehr flexibel Profile biegen und umformen kann.
[0009] Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich hinsichtlich der Vorrichtung
aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und hinsichtlich des Verfahrens
aus den Merkmalen des Anspruchs 17 jeweils in Zusammenwirken mit den Merkmalen des
zugehörigen Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
[0010] Die Erfindung geht aus von einer gattungsgemäßen Vorrichtung zum ebenen oder räumlichen
Biegen von Profilen durch einen Walzvorgang, wobei passend zu mindestens einem Umfangsabschnitt
des Profils formgebende Walzen am Umfang des Profils benachbart zueinander angeordnet
sind. Eine derartige gattungsgemäße Vorrichtung wird dadurch in erfindungsgemäßer
Weise weiter entwickelt, dass mindestens eine der Walzen hinsichtlich der Abmessungen
ihrer mit der Profiloberfläche in berührendem Kontakt stehenden Walzenumfangsfläche
derart nachgiebig ausgebildet ist, dass die Walze bei mechanischem Kontakt mit einer
oder mehreren der benachbart an dem Profil sich abwälzenden Walzen ihre Abmessung
parallel zu ihrer Drehachse derart verändert, dass die benachbart an dem Profil sich
abwälzenden Walzen ohne gegenseitige Beeinträchtigung das Profil eckengetreu umformen
können. Hierdurch kann erreicht werden, dass der Spalt zwischen jeweils benachbart
am Umfang des Profils angeordneten Walzen stark reduziert wird bzw. zu Null wird,
da sich immer eine oder einige der Walzen flexibel an die jeweils vorhandenen Toleranzen
des Profils und die jeweilige Walzsituation anpassen können und dadurch immer sicher
gewährleistet ist, dass das Profil entlang seines gesamten Umfangs und vor allem in
den Eckbereichen des Querschnittes sicher und definiert durch das Walzen umgeformt
wird. Hierdurch wird die Spannungsüberlagerung durch den Walzvorgang sicher eingestellt
und es ergeben sich reproduzierbar über den ganzen gewalzten Umfangsbereich umgeformte
Profile. Ebenso ist es möglich ohne weiteren Rüstaufwand flexible Abmessungen über
der Längsachse der Profile zu generieren, da die Nachgiebigkeit der mindestens einen
Walze ermöglicht, ohne neue Walzen ein gewisses Abmessungsspektrum des Profils abzudecken.
[0011] Von besonderem Vorteil ist es, wenn die mindestens eine nachgiebige Walze ihre Breite
derart verändert, dass die benachbart an dem Profil sich abwälzenden Walzen sich in
der Umformzone des Profils gerade zerstörungsfrei kontaktieren und im Gleichlauf zueinander
rotieren. Hierdurch wird der zur Vermeidung von Zerstörungen der Walzen im Stand der
Technik unvermeidlich notwendige Spalt zwischen benachbarten Walzen stark reduziert
bzw. vollständig geschlossen, da sich die mindestens eine nachgiebige Walze immer
so in ihrer Breite verändern kann, dass sie gerade zerstörungsfrei mit den benachbarten
Walzen kontaktieren kann und dadurch diese Walzen im Gleichlauf laufend aneinander
abwälzen können. Somit kann gerade in den Eckbereichen des Querschnitts des Profils
das Material des Profils immer sicher und definiert umgeformt werden.
[0012] Hierdurch lässt sich insbesondere gewährleisten, dass die Spannungen aus dem Walzvorgang
mit den Walzen immer gleichartig und unabhängig von Toleranzen des zu walzenden Profils
in das Profil eingebracht werden, insbesondere da die um das Profil umlaufende Umformzone
im Bereich des Kontakts zwischen Walzen und Profil in sich geschlossen ist. Die nachgiebige
Walze stellt sich in ihrer Breite immer auf die jeweiligen Toleranzen des Profils
und den Walzvorgang ein, dass sich die benachbarten Walzen immer zerstörungsfrei berühren
und damit die Umformzone des Profils auch in diesen Berührungsbereichen der Walzen
geschlossen ist.
[0013] Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Kontaktbereich zwischen der mindestens einen
nachgiebigen Walze und den dazu benachbarten Walzen nicht unmittelbar in einem Eckbereich
des Querschnitts des Profils liegt. Dadurch, dass sich die Walzen durch die mindestens
eine nachgiebige Walze unabhängig von den jeweiligen schwankenden Toleranzen des Profils
immer aufeinander abstimmen, kann der Berührungsbereich der Walzen auch so gelegt
werden, dass sich nicht nur Berührungspunkte, sondern Berührungslinien einstellen
können. Dies kann dazu genutzt werden, die Walzen quasi überlappend aneinander vorbei
rotieren zu lassen, ohne dass es zu unzulässiger Zerstörung der Walzen kommt.
[0014] In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist es denkbar, dass die mindestens eine
nachgiebige Walze aus einem elastisch nachgiebigen Material gebildet ist, das in seiner
Breite elastisch verformbar ist. Eine solche Walze könnte z.B. aus einem elastisch
nachgiebigen Material wie einem Kunststoff oder dgl. hergestellt sein, wobei es von
besonderem Vorteil wäre, wenn ein solches Material eine anisotrope Kompressibilität
aufweist, sich also in Dickenrichtung leichter komprimieren lässt als in Umfangsrichtung.
Dies könnte z.B. auch durch gezielte Verstärkung eines solchen Materials im Umfangsrichtung
z.B. durch Verstärkungselemente etc. erreicht werden.
[0015] In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung könnte die mindestens eine nachgiebige
Walze aus mindestens zwei, zueinander axial beabstandeten Walzenscheiben ausgebildet
sein, bei denen in weiterer Ausgestaltung die mindestens zwei, zueinander axial beabstandeten
Walzenscheiben so aneinander festgelegt sind, dass der koaxiale Abstand der Walzenscheiben
veränderlich ist. Durch die veränderlich beabstandete Festlegung der Walzenscheiben
können diese Walzenscheiben innerhalb vorgebbarer Maße ihren Abstand zueinander abhängig
von der Walzbearbeitung und den Toleranzen des Profils ändern und die Breite der nachgiebigen
Walze so an die jeweils benachbarten Walzen flexibel anpassen. Diese Anpassung kann
laufend erfolgen und so immer dafür sorgen, dass der Abstand zu den benachbarten Walzen
gering ist oder gerade zu Null wird.
[0016] Von besonderem Vorteil ist es hierbei, wenn die mindestens zwei, zueinander axial
beabstandeten Walzenscheiben so ausgebildet sind, dass zwischen ihnen mindestens ein
nachgiebiges Zwischenelement angeordnet ist. Ein solches nachgiebiges Zwischenelement
zwischen den zueinander axial beabstandeten Walzenscheiben sorgt quasi automatisch
für die entsprechende Anpassung der Dicke der nachgiebigen Walze, da das nachgiebige
Zwischenelement aufgrund der Kontakte der Walzenscheiben mit den benachbarten Walzen
gerade so viel reversibel komprimiert wird, dass die Walzenscheiben und die benachbarten
Walzen zerstörungsfrei aufeinander abwälzen können. Verändert sich die Kontaktsituation
z.B. im Laufe der Walzbearbeitung oder aufgrund sich ändernder Toleranzen des Profils,
passt sich die Kompression des nachgiebigen Zwischenelementes entsprechend automatisch
an.
[0017] Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die mindestens zwei, zueinander axial beabstandeten
Walzenscheiben umfangsseitig das nachgiebige Zwischenelement überkragen. Hierdurch
wird das nachgiebige Zwischenelement im Inneren der überkragenden Walzenscheiben aufgenommen
und liegt verdeckt und geschützt zwischen den Walzenscheiben, so dass der Walzvorgang
keinen mechanisch negativen Einfluss auf das nachgiebige Zwischenelement nehmen kann.
[0018] Weiterhin ist es denkbar, dass die umfangsseitigen Flächen der Walzenscheiben eben
oder profiliert ausgebildet sind. Für die Herstellung vieleckiger, z.B. rechteckiger
Profilquerschnitte mit geraden Querschnittsabschnitten und somit ebenen Aussenflächen
werden auch die umfangsseitigen Flächen der Walzenscheiben einen zylindrisch-ebenen
Abschnitt aufweisen. Es ist aber auch denkbar, konische oder z.B. gekrümmt-profilierte
Abschnitte am Umfang der Walzenscheiben vorzusehen, um z.B. Profile mit gekrümmten
oder konischen Querschnittsabschnitten herstellen zu können.
[0019] In einer ersten konkreten Ausgestaltung kann das elastisch verformbares Zwischenelement
eine elastisch verformbare Scheibe aufweisen, die z.B. vollflächig an den benachbarten
Walzenscheiben anliegt und diese vollflächig unterstützt. In einer anderen Ausgestaltung
ist es aber auch denkbar, einzelne oder mehrere elastisch verformbare Federelemente
zwischen den benachbarten Walzenscheiben anzuordnen, z.B. einzelne elastisch verformbare
Federelemente aus einem elastisch verformbaren Material oder auch Federelemente aus
metallischen Federn. Von besonderem Vorteil ist es hierbei, wenn die mehreren elastisch
verformbaren Federelemente symmetrisch verteilt zwischen den mindestens zwei, zueinander
axial beabstandeten Walzenscheiben angeordnet sind, da dadurch das Federverhalten
der nachgiebigen Walzen überall an ihrem Umfang gleich ist.
[0020] In einer anderen Ausgestaltung ist es aber auch denkbar, dass das nachgiebige Zwischenelement
einen aktiv verstellbaren Anpassungsmechanismus aufweist, mit dem die Breite der nachgiebigen
Walze veränderbar ist. So könnte z.B. das Zwischenelement über pneumatische, hydraulische
oder elektrische Stellmechanismen verfügen, durch die Nachgiebigkeit hervorgerufen,
aber auch aktiv verändert werden kann.
[0021] Von besonderem Vorteil ist es, wenn die mindestens zwei, zueinander axial beabstandeten
Walzenscheiben zueinander passende, einander zugewandt angeordnete Verzahnungsstrukturen
aufweisen, die beim Walzen unabhängig von dem Abstand der Walzenscheiben immer ineinander
greifen und einen Gleichlauf der mindestens zwei Walzenscheiben beim Walzen garantieren.
Hierdurch liegt zum einen das verformbare Zwischenelement geschützt im Inneren der
nachgiebigen Walze zwischen den benachbarten Walzenscheiben, zum anderen ist aber
am Umfang der nachgiebigen Walze nur ein schmaler Spalt zu sehen, der sich zwischen
den Umfangsflächen der Walzenscheiben auf dem zu walzenden Profil abwälzt. Gleichzeitig
sorgen die Verzahnungsstrukturen für eine sichere Drehmomentübertragung des Walzenantriebs
der nachgiebigen Walze auf alle Walzenscheiben, da die Verzahnungsstrukturen wie eine
Anzahl von Mitnehmern zwischen den Walzenscheiben wirken.
[0022] Von besonderem Vorteil hinsichtlich der erzielbaren Verformungen des Profils aufgrund
des Walzens ist es, wenn die mindestens eine nachgiebige Walze drehbar um die oder
relativ zur Längsachse des zu walzenden Profils gelagert ist. Hierdurch kann erreicht
werden, dass die Vorschubrichtung des Profils und die Walzrichtung der Walzenanordnung
nicht kolinear zueinander ausgerichtet sind.
[0023] Wenn z.B. die drehbare Lagerung der Walzenanordnung so ausgerichtet ist, dass sie
um einen Winkel zu der Wirkung der Vorschubeinrichtung für den Vorschub des zu walzenden
Profils und damit zu der Längsachse des zu walzenden Profils schräg angeordnet ist,
werden Biegespannungen in dem zu walzenden Profil hervorgerufen, die zu einer reinen
Verbiegung des Profils führen. Bildlich gesprochen wird das vorgeschobene Profil durch
die schräge Anordnung der Walzen seitlich abgelenkt und damit in der Umformzone gebogen.
[0024] In einer anderen Ausgestaltung ist es aber auch denkbar, dass in Vorschubrichtung
des Profils hinter der kolinear ausgerichteten Walzenanordnung mit der mindestens
einen nachgiebigen Walze eine weitere Biegevorrichtung angeordnet ist, die das zu
walzende Profil ablenkt und damit biegt. Hierfür kann in weiterer Ausgestaltung die
weitere Biegevorrichtung eine Walzbiegeeinheit aufweisen, die in den Vorschubweg des
gewalzten Profils hinein ragt und das gewalzte Profil so bleibend ablenkt, dass das
gewalzte Profil gebogen und/oder tordiert wird.
[0025] Eine weitere Verformungsmöglichkeit des Profils lässt sich dadurch erreichen, dass
die um die Längsachse des zu walzenden Profils drehbare Lagerung der Walzenanordnung
zusammen mit der Vorschubeinrichtung für den Vorschub des zu walzenden Profils erlaubt,
Torsionsspannungen in dem zu walzenden Profil hervorzurufen, die zu einer Torsion
des Profils führen. Wenn z.B. die drehbare Lagerung der Walzenanordnung um die Längsachse
des Profils und damit um einen Winkel zu der Wirkung der Vorschubeinrichtung verdreht
angeordnet ist, werden Torsionsspannungen in dem zu walzenden Profil hervorgerufen,
die zu einer reinen Torsion des Profils führen.
[0026] Selbstverständlich ist es auch möglich, durch eine schräge und gleichzeitig verdrehte
Anordnung der Walzen relativ zu der Längsachse des Profils und damit zu der Wirkung
der Vorschubeinrichtung gleichzeitig eine Biegung und eine Torsion des Profils beim
Walzen zu erzeugen, die sich gegenseitig überlagern. Hierdurch können auch komplexe
dreidimensionale Geometrien des gewalzten Profils in einem Bearbeitungsschritt hergestellt
werden.
[0027] Weiterhin ist es denkbar, dass bei hohlen zu walzenden Profilen ein innenliegender
Dorn im Umformbereich zwischen den Walzen zur inneren Abstützung des Profils und/oder
zur Wandstärkenverringerung des Profils angeordnet ist.
[0028] Von Vorteil ist es weiterhin, wenn mindestens eine der Walzen fest und mindestens
eine gegenüberliegend angreifende Walze auf das Profil zu und von dem Profil weg verstellbar
gelagert ist. Hierdurch können die Walzkräfte sicher gegenüber der festen Walze abgetragen
werden.
[0029] Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum ebenen oder räumlichen Biegen
von Profilen durch einen Walzvorgang, bei dem passend zu zwei oder mehreren Umfangsabschnitten
des Profils formgebende Walzen am Umfang des Profils benachbart zueinander angeordnet
werden. Ein derartiges gattungsgemäßes Verfahren wird dadurch in erfindungsgemäßer
Weise weiter entwickelt, dass mindestens eine der Walzen hinsichtlich der Abmessungen
ihrer mit der Profiloberfläche in berührendem Kontakt stehenden Walzenumfangsfläche
derart nachgiebig ausgebildet wird, dass die Walze bei mechanischem Kontakt mit einer
oder mehreren der benachbart an dem Profil sich abwälzenden Walzen ihre Abmessung
parallel zu ihrer Drehachse derart verändert, dass die benachbart an dem Profil sich
abwälzenden Walzen ohne gegenseitige Beeinträchtigung das Profil eckengetreu umformen
können. Die wesentlichen Eigenschaften und Vorteile des Verfahrens sind schon vorstehend
zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert worden, daher wird hier diesbezüglich
auf die vorstehenden Ausführung Bezug genommen.
[0030] Von besonderem Vorteil ist es, dass aufgrund der verschiedenen Möglichkeiten der
geometrischen Zuordnung von Vorschubrichtung des Profils und der Anordnung der Walzen
und aufgrund der Wirkung der mindestens einen nachgiebigen Walze das Walzbiegen und
das Tordieren des Profils zeitgleich ausgeführt werden kann. Hierdurch wird neben
dem geringeren apparativen Aufwand vor allem Fertigungszeit gespart.
[0031] Weiterhin ist es denkbar, durch Anordnung eines Dorns im Umformbereich der Walzenanordnung
beim Walzen des Profils gleichzeitig auch die Wandstärke der Profilwandungen zu reduzieren.
Dies ermöglicht weitere Änderungen der Abmessungen des Profils in einem Durchgang.
[0032] Weiterhin ist es denkbar, dass beim Walzen des Profils die Querschnittsabmessungen
des Profils zumindest abschnittsweise reduziert werden. Es ist dabei möglich, nicht
nur die Form des Profils zu verändern, sondern zumindest in einzelnen Bereichen des
Querschnittes diesen auch zu verkleinern.
[0033] Durch die Nachgiebigkeit der mindestens einen nachgiebigen Walze und dem sich daraus
ergebenden, nicht-zerstörenden Kontakt der Walzen untereinander können mit einem Satz
Walzen auch unterschiedliche Querschnittsabmessungen des Profils gewalzt werden. So
können z.B. benachbarte Walzen sich nicht nur punktuell berühren, sondern auch linienförmige
Berührungsbereiche aufweisen, wodurch bildlich gesprochen die nachgiebige Walze innerhalb
der Umfangsfläche benachbarter Walzen arbeiten kann.
[0034] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es insbesondere möglich, als Profilquerschnitte
vieleckige, insbesondere rechteckige oder dreieckige Profile zu walzen. Ebenfalls
ist es denkbar, dass als Profilquerschnitte runde Profile gewalzt werden können. Weiterhin
können aus einem runden Ausgangsprofil mehreckige, insbesondere rechteckige oder dreieckige
Profile gewalzt werden. Nicht nur geschlossene, sondern auch halboffene oder offene
Profile können in erfindungsgemäßer Weise gewalzt werden.
[0035] Weiterhin ist es denkbar, dass eine oder mehrere Walzstufen hintereinander das gleiche
Profil in einem Durchlauf walzen, wodurch auch eine mehrstufige Änderung der Abmessungen
und/oder der Querschnittsform des zu walzenden Profils möglich wird und das Verfahren
noch wirtschaftlicher durchgeführt werden kann.
[0036] Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt
die Zeichnung.
[0037] Es zeigen:
- Figur 1
- - eine prinziphafte Darstellung einer Walzenanordnung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Walzbiegen eines Rechteckprofils mittels zweier nachgiebiger Walzen und zweier
normaler Walzen in einer räumlichen Ansicht,
- Figur 2
- - die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer nachgeschalteten Biegerolle in einer
schematischen Seitenansicht,
- Figur 3
- - eine ebene Vorderansicht der Walzenanordnung gemäß Figur 1,
- Figur 4
- - mehrere Darstellungen einer mit einer Verzahnungsgeometrie versehenen Walzenscheibe,
- Figur 5
- - Beispiel für den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Walzbiegen mit relativ
zur Vorschubrichtung des Profils schräg gestellten nachgiebigen Walzen,
- Figur 6
- - Beispiel für den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Walzbiegen gemäß
Figur 2 mit hinter der Walzenanordnung vorgesehener nachgeschalteter Biegewalze,
- Figur 7
- - Beispiel einer Walzenanordnung gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Walzen
eines Dreiecksprofiles in einer räumlichen Ansicht,
- Figur 8
- - das Beispiel einer Walzenanordnung gemäß Figur 7 in einer ebenen Vorderansicht,
- Figur 9
- - Beispiel für den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Walzbiegen und Walztordieren
mit relativ zur Vorschubrichtung des Profils schräg gestellten nachgiebigen Walzen.
[0038] In der Figur 1 ist eine prinziphafte Darstellung einer Walzenanordnung 2 in der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Walzbiegen eines Rechteckprofils 1 mittels zweier nachgiebiger Walzen
3 und zweier normaler Walzen 4 in einer räumlichen Ansicht dargestellt. Das Rechteckprofil
1 wird dabei mittels einer nicht weiter dargestellten Vorschubeinrichtung, z.B. einen
Rollenantrieb oder dgl. in der Ansicht der Figur 1 von hinten zwischen die Walzenanordnung
2 gefördert und innerhalb der Walzenanordnung 2 gewalzt, vornehmlich zur Einbringung
einer in der Figur 2 besser erkennbaren Biegung.
[0039] In der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Vorrichtung wird die Walzenanordnung 2
zum Biegewalzen des Rechteckprofils 1 als einfache Beispielgeometrie eines beliebig
komplex geformten realen Profilquerschnitts aus insgesamt vier Walzen 3, 4 gebildet,
von denen zwei Walzen 4 herkömmliche Walzen sind und zwei Walzen 3 nachgiebige Walzen.
Jeweils die beiden nachgiebigen Walzen 3 und die beiden normalen Walzen 4 stehen sich
gegenüber, wobei jede der Walzen 3, 4 eine Außenfläche des Rechteckprofils 1 walzt.
[0040] Bei einer solchen Anordnung von Walzen 3, 4 konnte im Stand der Technik ein Biegewalzen
des Rechteckprofils 1 nur dann zerstörungsfrei für die Walzen 3, 4 durchgeführt werden,
wenn im Bereich 11 der Ecken des Querschnitts des Rechteckprofils 1 ein Abstand zwischen
den jeweils benachbarten Walzen 3, 4 eingehalten wurde, der abhängig vom Walzprozess
und den jeweiligen Toleranzen der Querschnittsabmessungen des Rechteckprofils 1 immer
eingehalten werden musste. Würden sich in den Lösungen gemäß Stand der Technik die
Walzen 3, 4 in diesem Bereich 11 berühren, so würden einzelne oder alle Walzen 3,
4 aufgrund dieser Berührung und der dort wirkenden hohen Presskräfte auf Dauer zerstört
und der Walzprozess beeinträchtigt oder unmöglich. Hält man aber einen ausreichend
großen Abstand zwischen den benachbarten Walzen 3, 4 ein, so wird in diesem Bereich
die Walzbiegeumformung des Rechteckprofils 1 nur unzureichend durchgeführt und die
Bearbeitung erfolgt nicht optimal.
[0041] Die erfindungsgemäße Walzenanordnung 2 mit den beiden nachgiebigen Walzen 3 erlaubt
es hingegen, dass die jeweils zueinander benachbarten Walzen 3, 4 im Kontaktbereich
11 sich berührend aneinander abwälzend betrieben werden können und der Abstand zwischen
den jeweils benachbarten Walzen 3, 4 gleich Null werden kann.
[0042] Dies lässt sich dadurch erreichen, dass gemäß den Figuren 1 bis 4 die nachgiebigen
Walzen 3 aus zumindest zwei Walzenscheiben 5 gebildet werden, die voneinander beabstandet
aneinander festgelegt sind. Hierzu reicht z.B. eine beabstandete Anordnung auf der
nicht weiter dargestellten Antriebswelle aus, die die Walzenbohrung 14 durchtritt
und die Drehbewegung der Walzen 3, 4 antreibt. In den Abstand zwischen den beabstandet
angeordneten Walzenscheiben 5 kann ein in der Figur 4 nur schematisch angedeutetes
elastisches Element, hier eine elastische Scheibe 12 aus einem elastisch verformbaren
Material wie etwa einem Kunststoffmaterial eingelegt sein. Dieses elastisch verformbare
Material der Scheibe 12 ermöglicht in gewissen Grenzen eine Veränderung des Abstandes
der Walzenscheiben 5 zueinander und damit der Dicke der Walzen 3, wenn in Achsrichtung
der Walzenbohrung 14 Kräfte auf die nachgiebigen Walzen 3 ausgeübt werden. Das elastisch
verformbare Material der Scheibe 12 wird durch solche Kräfte komprimiert und der Abstand
zwischen den Walzenscheiben 5 verändert sich. Werden nun, wie in der Figur 3 besonders
gut erkennbar, die nachgiebigen Walzen 3 beim Abwälzen auf den Seitenflächen des Rechteckprofils
1 so in Anstellrichtung 10 aufeinander zu gestellt, dass sie sich in den Kontaktbereichen
11 gegenseitig berühren, so wirken genau die Kräfte auf die Randbereiche der nachgiebigen
Walzen 3, die zu einer Kompression der elastischen Scheibe 12 im Inneren der Walzenscheiben
5 führen und die nachgiebigen Walzen 3 passen ihre Dicke genau dem Abstand zwischen
den normalen Rollen 4 an. Diese Anpassung erfolgt passiv und dauernd, so dass auch
Änderungen des Walzvorgangs und etwa sich ändernde Querschnittsabmessungen aufgrund
unvermeidbarer Toleranzen des Rechteckprofils 1 immer zu einer entsprechenden Dickenänderung
der nachgiebigen Walzen 3 führt. Das sich zerstörungsfrei gestaltende Abwälzen der
Walzen 3, 4 aufeinander im Kontaktbereich 11 ist dabei immer sicher gestellt und das
Rechteckprofil 1 wird auch in den Kanten einwandfrei bestimmungsgemäß gewalzt.
[0043] Um ein gegenseitiges Verdrehen der Walzenscheiben 5 zu verhindern, sind auf den jeweils
einander zugewandt liegenden Flächen der Walzenscheiben 5 zueinander passende Verzahnungsstrukturen
6 angeordnet, die beim Ineinanderstecken der Walzenscheiben 5 wechselseitig ineinander
greifen und eine Drehmomentübertragung zwischen den Walzenscheiben 5 bewirken. Zudem
decken die Verzahnungsstrukturen 6 die elastische Scheibe 12 im Bereich der Umfangsfläche
13 der nachgiebigen Walzen 3 weitgehender gegen mechanische Beschädigungen ab, als
dies ein glatter Spalt zwischen den Walzenscheiben 5 tun würde.
[0044] Die Biegebearbeitung des Rechteckprofils 1 erfolgt nun im einfachsten Fall gemäß
Figur 2 durch eine zusätzliche Biegewalze 7, die wie auch noch einmal in Figur 6 erkennbar
so in der Bahn des aus der Walzenanordnung 2 austretenden Rechteckprofils 1 platziert
wird, dass das aus der Walzenanordnung 2 austretende Rechteckprofil 1 seitlich abgelenkt
und dabei im einfachsten Fall in eine horizontal gebogene Konfiguration 8 gebracht
wird.
[0045] Es ist aber auch möglich, die Biegebearbeitung des Rechteckprofils 1 ohne die Biegewalze
7 dadurch zu bewirken, dass die Walzenanordnung 2 wiederum im einfachsten Fall relativ
zu der Vorschubrichtung 9 des Rechteckprofils 1 um die Hochachse um den Winkel α verdreht
angeordnet wird, wie dies in Figur 5 angedeutet ist. Hierdurch ruft die Walzenanordnung
2 Schubkräfte innerhalb des Rechteckprofils 1 hervor, durch die das Rechteckprofil
1 wie dargestellt gebogen wird.
[0046] In den Figuren 7 und 8 ist ein anderes Beispiel einer Walzenanordnung 2 gemäß der
erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Walzen eines Dreiecksprofiles 1 in einer räumlichen
Ansicht und in einer ebenen Vorderansicht zu erkennen, in der wieder im Kontaktbereich
11 zwischen benachbart zueinander angeordneten Walzen 3, 4 diese Walzen 3, 4 aneinander
zerstörungsfrei abwälzen können, da die nachgiebige Walze 3 wie vorstehend beschrieben
ihre Dicke automatisch anpassen kann.
[0047] Die Figur 9 zeigt ein Beispiel für den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung
2 zum Walzbiegen und gleichzeitiger Torsionsverformung entsprechend Figur 5 mit relativ
zur Vorschubrichtung 9 des Rechteckprofils 1 schräg gestellten nachgiebigen Walzen
4, 5. Hierdurch werden sowohl Schubspannungen als auch Torsionsspannungen in dem Rechteckprofil
erzeugt, die sowohl eine Biegeverformung als auch eine Torsion des Rechteckprofils
bewirken.
Sachnummernliste
[0048]
- 1 -
- Profil
- 2 -
- Walzenanordnung
- 3 -
- nachgiebige Walze
- 4 -
- feste Walze
- 5 -
- Walzenscheibe
- 6 -
- Verzahnungsgeometrie
- 7 -
- Biegewalze
- 8 -
- gebogener Abschnitt Profil
- 9 -
- Vorschubrichtung Profil
- 10 -
- Anstellrichtung Walzen
- 11 -
- Kontaktbereich Walzen
- 12 -
- elastische Scheibe
- 13 -
- Umfangsfläche Walze
- 14 -
- Walzenbohrung
1. Vorrichtung zum ebenen oder räumlichen Biegen von Profilen (1) durch einen Walzvorgang,
wobei passend zu mindestens einem Umfangsabschnitt des Profils (1) formgebende Walzen
(3, 4) am Umfang des Profils (1) benachbart zueinander angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine der Walzen (3) hinsichtlich der Abmessungen ihrer mit der Profiloberfläche
(1) in berührendem Kontakt stehenden Walzenumfangsfläche (13) derart nachgiebig ausgebildet
ist, dass die Walze (3) bei mechanischem Kontakt (11) mit einer oder mehreren der
benachbart an dem Profil (1) sich abwälzenden Walzen (4) ihre Abmessung parallel zu
ihrer Drehachse derart verändert, dass die benachbart an dem Profil (1) sich abwälzenden
Walzen (3, 4) ohne gegenseitige Beeinträchtigung das Profil (1) eckengetreu umformen
können.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine nachgiebige Walze (3) ihre Breite derart verändert, dass die
benachbart an dem Profil (1) sich abwälzenden Walzen (4) sich in der Umformzone des
Profils (1) gerade zerstörungsfrei kontaktieren und im Gleichlauf zueinander rotieren.
3. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungen aus dem Walzvorgang mit den Walzen (3, 4) immer gleichartig und unabhängig
von Toleranzen des zu walzenden Profils (1) in das Profil (1) eingebracht werden.
4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die um das Profil (1) umlaufende Umformzone im Bereich des Kontakts zwischen Walzen
(3, 4) und Profil (1) in sich geschlossen ist.
5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (11) zwischen der mindestens einen nachgiebigen Walze (3) und
den dazu benachbarten Walzen (4) nicht unmittelbar im Kantenbereich des Profils (1)
liegt.
6. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine nachgiebige Walze (3) aus einem elastisch nachgiebigen Material
gebildet ist, das in seiner Breite elastisch verformbar ist.
7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine nachgiebige Walze (3) aus mindestens zwei, zueinander axial beabstandeten
Walzenscheiben (5) ausgebildet ist, insbesondere die mindestens zwei, zueinander axial
beabstandeten Walzenscheiben (5) so aneinander festgelegt sind, dass der koaxiale
Abstand der Walzenscheiben (5) veränderlich ist, und/oder vorzugsweise die mindestens
zwei, zueinander axial beabstandeten Walzenscheiben (5) so ausgebildet sind, dass
zwischen ihnen mindestens ein nachgiebiges Zwischenelement (12) angeordnet ist.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei, zueinander axial beabstandeten Walzenscheiben (5) umfangsseitig
das nachgiebige Zwischenelement (12) überkragen, wobei die umfangsseitigen Flächen
(13) der Walzenscheiben (5) eben oder profiliert ausgebildet sind.
9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch verformbares Zwischenelement (12) eine elastisch verformbare Scheibe
(12) und/oder mehrere elastisch verformbare Federelemente aufweist, wobei vorzugsweise
die mehreren elastisch verformbaren Federelemente symmetrisch verteilt zwischen den
mindestens zwei, zueinander axial beabstandeten Walzenscheiben (5) angeordnet sind.
10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das nachgiebige Zwischenelement (12) einen aktiv verstellbaren Anpassungsmechanismus
aufweist, mit dem die Breite der nachgiebigen Walze (3) veränderbar ist.
11. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei, zueinander axial beabstandeten Walzenscheiben (5) zueinander
passende, einander zugewandt angeordnete Verzahnungsstrukturen (6) aufweisen, die
beim Walzen unabhängig von dem Abstand der Walzenscheiben (5) immer ineinander greifen
und einen Gleichlauf der mindestens zwei Walzenscheiben (5) beim Walzen garantiert,
wobei vorzugsweise die Öffnungen zueinander axial beabstandeter Walzenscheiben (5)
im Bereich der Verzahnungsstrukturen (6) eng ausgebildet sind
12. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine nachgiebige Walze (3) drehbar um die oder relativ zur Längsachse
(9) des zu walzenden Profils (1) gelagert ist, wobei insbesondere die um die Längsachse
(9) des zu walzenden Profils (1) drehbare Lagerung der Walzenanordnung (2) zusammen
mit der Vorschubeinrichtung (9) für den Vorschub des zu walzenden Profils (1) erlaubt,
Biegespannungen in dem zu walzenden Profil (1) hervorzurufen, die zu einer Verbiegung
des Profils (1) führen.
13. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Vorschubrichtung (9) des Profils (1) hinter der Walzenanordnung (2) mit der mindestens
einen nachgiebigen Walze (3) eine weitere Biegevorrichtung (7) angeordnet ist, die
das zu walzende Profil (1) ablenkt und damit biegt, wobei die weitere Biegevorrichtung
(7) vorzugsweise eine Walzbiegeeinheit aufweist, die in den Vorschubweg (9) des gewalzten
Profils (1) hinein ragt und das gewalzte Profil (1) so bleibend ablenkt, dass das
gewalzte Profil (1) gebogen und/oder tordiert wird.
14. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die um die Längsachse (9) des zu walzenden Profils (1) drehbare Lagerung der Walzenanordnung
(2) zusammen mit der Vorschubeinrichtung für den Vorschub (9) des zu walzenden Profils
(1) erlaubt, Torsionsspannungen in dem zu walzenden Profil (1) hervorzurufen, die
zu einer Torsion des Profils (1) führen.
15. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei hohlen zu walzenden Profilen (1) ein innenliegender Dorn im Umformbereich zwischen
den Walzen (3, 4) zur inneren Abstützung des Profils (1) und/oder zur Wandstärkenverringerung
des Profils (1) angeordnet ist.
16. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Walzen (3, 4) fest und mindestens eine gegenüberliegend angreifender
Walze (3, 4) auf das Profil (1) zu und von dem Profil (1) weg verstellbar gelagert
ist.
17. Verfahren zum ebenen oder räumlichen Biegen von Profilen (1) durch einen Walzvorgang,
bei dem passend zu zwei oder mehreren Umfangsabschnitten des Profils (1) formgebende
Walzen (3, 4) am Umfang des Profils (1) benachbart zueinander angeordnet werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine der Walzen (3) hinsichtlich der Abmessungen ihrer mit der Profiloberfläche
in berührendem Kontakt stehenden Walzenumfangsfläche (13) derart nachgiebig ausgebildet
wird, dass die Walze (3) bei mechanischem Kontakt (11) mit einer oder mehreren der
benachbart an dem Profil (1) sich abwälzenden Walzen (3, 4) ihre Abmessung parallel
zu ihrer Drehachse derart verändert, dass die benachbart an dem Profil (1) sich abwälzenden
Walzen (3, 4) ohne gegenseitige Beeinträchtigung das Profil (1) eckengetreu umformen
können.
18. Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzbiegen und das Tordieren des Profils (1) zeitgleich ausgeführt werden.
19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass beim Walzen des Profils (1) die Wandstärke der Profilwandungen reduziert wird und/oder
die Querschnittsabmessungen zumindest abschnittsweise reduziert werden.
20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Profilquerschnitte vieleckige, insbesondere rechteckige oder dreieckige Profile
(1) und/oder runde Profile (1) gewalzt werden können, wobei vorzugsweise aus einem
runden Ausgangsprofil (1) mehreckige, insbesondere rechteckige oder dreieckige Profile
(1) gewalzt werden können.
21. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass als Profilquerschnitte halboffene oder offene Profile (1) gewalzt werden können.
22. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Walzstufen (2) hintereinander das gleiche Profil (1) in einem Durchlauf
walzen.