Rundbiegemaschine

Abstract

 Es hat sich gezeigt, dass bei Rundbiegemaschinen mit langen Walzen auch dann Ungenauigkeiten des Biegeproduktes entstehen, wenn die Gleichlaufsteuerung der Seitenwalzen (3) fehlerfrei arbeitet. Es wurde nun gefunden, dass das eine Folge der unsymmetrischen Durchbiegung der Oberwalze (1) ist und dass sich dieser Fehler durch ein Korrekturglied (30) in der Gleichlaufsteuerung beheben lässt, wobei dieses Korrek­turglied ein entsprechendes Schiefstellen der Seitenwalze (3) zu bewirken hat. Dieses Korrekturglied kann ein zwischen das Gleichlaufventil (31) und das Lager (20) der Gleichlaufwelle (9) eingesetztes Element (30) sein, dessen wirksame Länge proportional zu dem auf die Unterwalze einwirkenden Druck p verändert wird.

Beschreibung

[0001] Um mit Rundbiegemaschinen ein einwandfreies Biegeergebnis zu erzielen, müssen die verschiebbaren Walzen sich stets so verstellen lassen, dass die Achsen alle auf das Werkstück einwirkenden Walzen genau parallel zueinander verlaufen, damit die Berührungslinien, an denen die Walzen, also die Oberwalze und die Seiten, bzw. Unterwalzen Kräfte auf das Werkstück ausüben, zueinander parallel verlaufen. Dies gilt sowohl für Vier-Walzen-Maschinen, also Maschinen mit einer Oberwalze, einer Unterwalze und zwei Seitenwalzen, wie auch für Drei-­Walzen-Maschinen, also Maschinen mit einer Oberwalze und zwei Unterwalzen, wobei es Drei-Walzen-Maschinen mit fester und solche mit vertikal verschiebbaren Oberwalze gibt. Bei letzteren sind dann üblicherweise die beiden Unterwalzen gemeinsam horizontal verschiebar.

[0002] Es ist üblich, zur Verschiebung der verstellbaren Walzen jeweilen zwei hydraulische Zylinder zu verwenden, die mit einer Gleichlaufsteuerung verbunden sind.

[0003] Es hat sich gezeigt, dass bei besonders dicken Werk­stücken trotzdem Biegefehler entstehen, die den Verdacht erwecken, dass die Gleichlaufsteuerung nicht genau genug arbeitet. Eingehende Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass die Ursache der entstandenen Biegeungenauigkeiten nicht durch Ungenauigkeiten der Gleichlaufsteuerung verursacht worden sind, sondern dadurch, dass die Oberwalze, die entweder im Klapplager durch einen wesentlich längeren Lager-Zapfen gelagert ist als im andern Lager oder die ein Zwischenstück aufweist, das zwischen dem im Klapplager gelagerten Lager­zapfen und dem wirksamen Walzenteil angeordnet ist, infolge dieser unsymmetrischen Lagerung eine unsymmetrische Biegelinie besitzt, was allerdings nur bei hinreichend grossen Arbeits­drücken einen störend wirksamen Einfluss auf das Werkstück zur Folge hat. Diese bei grossen Arbeitsdrücken auftretende unsymmetrische Biegelinie hat also ihr Maximum nicht in der Mitte zwischen den beiden Enden des wirksamen Walzenab­schnittes, also des dicken Abschnittes, der sich zum Walzen verwenden lässt, sondern etwas näher beim Klapplager als beim festen Lager. Das Walzenzentrum beim Übergang des wirksamen Walzenabschnittes in den kurzen Lagerstummel liegt also tiefer als das Walzenzentrum beim Übergang des wirksamen Abschnittes im längeren Lagerstummel, was zur Folge hat, dass die geo­metrische Achse des wirksamen Teils der Oberwalze vom festen Lager zum Klapplager hin leicht ansteigt. Zur Vermeidung dieser durch die unsymmetrische Lagerung der Oberwalze bedingten Ungenauigkeit weisen einzelne Biegemaschinen eine symmetrische Ausgestaltung der Anordnung der Oberwalzenlager auf, was jedoch konstruktive Nachteile zur Folge hat. Bei der erfindungsgemässen Rundbiegemaschine der eingangs genannten Art, also bei Drei- und Vierwalzen-Maschinen mit unsymmetrisch gelagerter Oberwalze ist nun zur Reduktion dieser Ungenauig­keiten, also zur Verkleinerung des Winkels zwischen den Achsen der zusammen die Biegung des Werkstückes bewirkenden Walzen die Gleichlaufsteuerung jeder höhen-verstellbaren Walze mit einem Korrekturglied versehen, das eine vom auf die Oberwalze einwirkenden Druck derart abhängige Schrägstellung der höhen­verstellbaren Walzen bewirkt, dass die Parallelität zwischen der Achse der Seiten- Walzen bzw. der Unterwalzen und der geometrischen Achse des wirksamen Teils der Oberwalze verbessert wird.

[0004] Zweckmässigerweise ist das Korrekturglied so ausgebildet, dass bei einer auf die Oberwalze einwirkenden Kraft K der Schrägstellwinkel α folgender Gleichung genügt:

wobei

    K_m = maximal zulässig auf die Oberwalze einwirkende Kraft,
    K_o = minimale auf die Oberwalze einwirkende Kraft, unterhalb welcher keine Schrägstellung der Walze zu erfolgen hat, wobei diese Kraft je nach Bedarf auch "null" sein kann,
    α_m = gewünschte Schrägstellung bei maximalem Walzendruck p_m.

[0005] Nachfolgend wird anhand der beiliegenden Zeichnung als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Vier-Walzen-Maschine beschrieben. In der Zeichnung zeigt

die Figur 1 einen schematischen Querschnitt durch die Maschine nach der Linie I-I der Figur 3,

die Figur 2 ein Beispiel eines Diagrammes des Steuer­programmes,

der Figur 3 einen schematischen Schnitt nach der Linie III-III der Figur 1 und

die Figur 4 einen schematischen Schnitt nach der Linie IV-IV der Figur 1.

[0006] In den Fig. 1, 3 und 4 ist ganz schematisch eine Vier-­Walzen-Biegemaschine dargestellt, deren Oberwalze mit 1, deren Unterwalze mit 2 und deren Seitenwalzen mit 3 und 4 bezeichnet sind. Die Oberwalze 1 ist fest gelagert: sie weist auf der einen Seite einen kurzen Lagerzapfen 1a auf, der im Lager 11 gelagert ist, und auf der andern Seite einen im Klapplager 12 gelagerten Lagerzapfen 1b, der über ein Zwischenstück 1c mit dem mit 1d bezeichneten Arbeitsteil der Walze 1 verbunden ist. Die in Fig. 3 dargestellte Unterwalze 2 ist mit zwei Lagerzapfen 2a und 2b versehen, von denen der eine im Lager 13 und der andere im Lager 14 gelagert ist. Diese beiden Lager sind je durch einen Hydraulik-Zylinder 15 bzw. 16 auf- und abwärts verschiebbar, damit das zu biegende Werkstück 17 fest zwischen den beiden Walzen eingeklemmt werden kann.

[0007] Auch jede der beiden Seitenwalzen 3 und 4 weist auf jeder Seite einen in einem Lager gelagerten Lagerzapfen auf. Die in der Figur 4 sichtbare Seitenwalze 3 ist mit den beiden La­gerzapfen 3a und 3b versehen, die in Lagern 5 bzw. 6 gelagert sind. Jedes dieser beiden Lager ist je mittels eines Hydraulikzylinders 7 bzw. 8 auf- und abwärts, also in der Richtung der Pfeile 10 in der Figur 1 verschiebbar. Die Kon­struktion kann beispielsweise so ausgestaltet sein, wie das in der Patentschrift 604 945 beschrieben ist. Ein hydromecha­nisches Gleichlaufsystem gewährleistet eine genaue parallele Verschiebung der Walze 3: Dieses Gleichlaufsystem weist, wie aus der Figur 4 ersichtlich ist, eine Welle 9 auf, die auf einer Seite in einem ortsfesten Lager 19 und auf der andern Seite in einem in der Richtung der Pfeile 10 (Fig. 1) verschiebbare Lager 20 gelagert ist. Fest auf der Welle 9 sitzen zwei Zahnräder 21 und 22, von denen jedes mit einer Zahnstange 23 bzw. 24 kämmt, wobei die Zahnstange 23 mit dem Lager 5 oder dem Zylinder 7, die Zahnstange 24 aber mit dem Lager 6 oder dem Zylinder 8 fest verbunden ist. Das Lager 20 ist über ein als ganzes mit 30 bezeichnetes Korrekturglied mit dem Kolben 31a des hier sehr schematisch dargestellten Gleichlaufventils 31 verbunden. Dieses Gleichlaufventil 31 weist eine Druck- Eingangsleitung 32 und zwei Druck-­ Ausgangsleitungen 33 und 34 auf, von denen die erste über ein steuerbares Rückschlagventil 35 und eine Leitung 37 mit der oberen Druckkammer 7a des Hydraulik-Zylinders 7 und die zweite über ein steuerbares Rückschlagventil 36 und eine Leitung 38 mit der oberen Druckkammer 8a des Hydraulik-Zylinders 8 verbunden ist. Die untern Druckkammern 7b und 8b der beiden Hydraulik-Zylinder 7 bzw. 8 sind über eine Leitung 39 mit dem Steuerventil 40 so verbunden, dass sie wahlweise an die Druckleitung 41 oder die Rückfluss-Leitung 42 angeschlossen werden können. Von der Leitung 39 führt auch eine Signal­leitung 43 zu jedem der beiden steuerbaren Rückschlagventile 35 und 36, die so ausgebildet sind, dass sie dann geöffnet werden, wenn der Druck in der Steuerleitung 43 grösser ist als der Druck in der Leitung 37 bzw. 38.

[0008] Zum Anheben der Seitenwalze 3 wird das Steuerventil 40 durch Verschieben des Kolbens nach rechts so geschaltet, dass die Druckleitung 41 über die Leitung 44 mit der ein Rück­schlagventil 32a aufweisenden Leitung 32 verbunden wird, sodass Hydraulikflüssigkeit durch die Druckeingangsleitung 32, nicht jedoch durch eine der beiden durch die Rückschlagventile 45a bzw. 46a gesperrten Leitungen 45 und 46 zum Gleichlauf­ventil 31 und von dort zu den beiden Druckkammern 7a und 8a fliessen und das Anheben der Zylinder 7 und 8 bewirken kann. Die untern Druckkammern 7b und 8b entleeren sich über die gemeinsame Leitung 39 und das Steuerventil 40 in die Rückflussleitung 42. Durch das Anheben der Druckzylinder 7 und 8 werden auch die Zahnstangen 23 und 24 nach oben verschoben, sodass sich die in den beiden Lagern 19 und 20 gelagerte Welle 9 dreht. Solange den beiden Druckkammern 7a und 8a die gleichen Hydraulikmengen zufliessen, steigen sie um die gleichen Beträge, was zur Folge hat, dass das verschiebbare Lager 20 der Welle 9 nicht verschoben wird. Falls jedoch beispielsweise der Druckkammer 8a mehr Hydraulikflüssigkeit als der Druckkammer 7a zuströmt, wird das Lager 20 nach oben verschoben. Mit diesem Lager ist nun der Kolben 31a des Gleichlaufventils 31 fest verbunden. Sobald dieser etwas nach oben gezogen wird, wird der Spalt, der die Eingangsleitung 32 mit dem untern Zylinderraum 31d verbindet grösser, und der Spalt, der die Eingangsleitung 32 mit dem obern Zylinderraum 31e verbindet, kleiner, sodass durch den Ausgang 34 und die Leitung 38 weniger Hydraulikflüssigkeit zur Kolbenkammer 8a strömen kann als durch den Ausgang 33 und die Leitung 37 zur Kolbenkammer 7a.

[0009] Ist aber umgekehrt die der obern Kolbenkammer 8a zu­strömende Hydraulikmenge kleiner als die der oberen Kol­benkammer 7a zuströmende Menge, so wird das Lager 20 und damit auch die Kolbenstange 31a nach unten verschoben, wodurch die Voraussetzungen zur umgekehrten Fehlerkorrektur geschaffen werden. Durch diese an sich bekannte Gleichlaufsteuerung lässt sich ein sehr genauer Gleichlauf der beiden Zylinder 7 und 8 erhalten.

[0010] Zum Festhalten der Walze 3 in der von ihr erreichten Lage wird das Steuerventil 40 wieder in die in der Zeichnung dargestellte Position gebracht. Der Druck in den Kammern 7a und 7b wird dann durch die Rückschlagventile 35 und 36 auf­recht erhalten.

[0011] Zum Absenken der Walze 3 wird der Zylinder des Steuer­ventiles 40 nach links verschoben, wodurch die Druckleitung 41 mit der Leitung 39 und die Rückfluss-Leitung 42 mit den beiden Ausgangsleitungen 45 und 46 des Gleichlaufventiles 31 ver­bunden wird. Der in der Leitung 39 sich bildende Druck öffnet über die Signalleitung 43 die beiden steuerbaren Rückschlag­ventile 35 und 36, sodass sich die oberen Druckkammern 7a und 8a über die Leitungen 37 bzw. 38 und 31 entleeren können, wäh­rend durch die in die untern Kammern 7b und 8b zuströmende Hydraulik-Flüssigkeit die Lager 5 und 6 nach unten gezogen werden. Wie aus der Zeichnung ohne weiteres ersichtlich ist, sperrt das Rückschlagventil 32a die Leitung 32, sodass die Hydraulikflüssigkeit über die Ausgänge 45 oder 46 zur Leitung 44 und über das Steuerventil 40 zur Rückflussleitung 42 gelangen kann. Auch bei dieser Betriebsweise arbeitet das Gleichlaufventil 31 so, dass sich die durch das Ventil gesteuerte Walze parallel verschiebt.

[0012] Anstelle dieses durch mechanische Wegerfassung gesteuerte Gleichlaufventil lässt sich für die erfindungsgemässe Maschine natürlich auch jede andere Gleichlauf Vorrichtung verwenden.

[0013] Bei grösseren Belastungen nimmt nun die Durchbie­gungslinie der oberen Walze 1, die praktisch mit ihrer geometrischen Achse 1e zusammenfällt, die in der Figur 3 gezeichnete Form an, wobei in der Zeichnung die Durchbiegung der Deutlichkeit halber stark überhöht dargestellt ist. Wie man sieht, hat diese Biegelinie ihr Maximum nicht in der Mitte ihres wirksamen Teiles, also des Abschnitts zwischen den beiden Enden 1f und 1g des Walzenabschnittes 1d, also des dicken, zur Auflage auf das Werkstück bestimmten Abschnittes, sondern an der mit 1h bezeichneten Stelle, die sich etwas nä­her beim Klapplager 12 als beim festen Lager 11 befindet. Da­durch wird nun die Walzenachse 1e an dem dem festen Lager 11 benachbarten Ende des wirksamen Walzenteiles nur unmessbar wenig angehoben, an dem dem Klapplager 12 zugewandten Ende jedoch um ein messbares, hier mit x bezeichnetes Stück, das ohne weiteres einige wenige mm betragen kann.

[0014] Damit das Werkstück 17 möglichst genau zylindrisch ge­bogen wird, sollte die Seitenwalze 3 so parallel wie möglich zum wirksamen Teil der Oberwalze 1, also zu der die beiden Punkte A und B auf der Biegelinie 1e am Anfang bzw. am Ende des wirksamen Teiles der Oberwalze verbindenden Linie verlaufen. Mit andern Worten, es muss das dem Klapplager 12 benachbarte Lager 6 etwas mehr angehoben werden als das andere Lager 5 der Seitenwalze 3. Dies wird nun durch das Korrek­turglied 30 erreicht, das einen Zylinder 30a und einen in diesem entgegen der Kraft einer Feder 30b verschiebbaren, mit einer Kolbenstange 30d versehenen Kolben 30c aufweist, wobei dieses Korrekturglied 30 zwischen der Kolbenstange 31c des Gleichlaufventils und dem Lager 20 der Welle 9 angeordnet ist. Das freie Ende der Kolbenstange 30d trägt also das Lager 20, während der Boden des Zylinders 30a fest mit der Kolbenstange 31a verbunden ist. Das der Feder 30b abgewendete Ende des Zylinders 30a ist durch eine Druckübertragungsleitung 49 mit der Druckleitung 48 verbunden, über welche die Unterwalze 2 ihren Anpressdruck erhält. Da nun die auf die Oberwalze 1 einwirkende Kraft K proportional zur Summe der Drucke, mit denen die verschiedenen Zylinder der Unterwalze beaufschlagt werden, also dem in der Leitung 48 vorhandenen Druck, ist es auf diese diese Art und Weise möglich, den Schrägstell­winkel α , also den Winkel, um welchen die Achse 3d der Seiten­walze 3 gegenüber ihrer zur Verbindungslinie der beiden Lager 11 und 12 der Oberwalze parallelen Lage verschwenkt wird, so zu steuern, dass er stets der Gleichung

genügt, wobei

    K_o = maximale zulässige, auf die Oberwalze einwirkende Kraft
    K_o = minimale auf die Oberwalze einwirkende Kraft, unterhalb welcher keine Schräg­stellung der schräg zu stellenden Walze zu erfolgen hat
      α _m = gewünschte Schrägstellung bei maximaler Kraft K_m

Diese Funktion ist in der Figur 2 dargestellt, wobei als Ab­szisse nicht die Kraft K sondern der zu ihr proportionale Druck in der Druckleitung eingetragen ist. Wie daraus ohne weiteres ersichtlich ist, entspricht p_o der Vorspannung der Feder 30b, die auch "null" sein kann, und die Federhärte ist ein Mass für die Steilheit der Geraden. Des weiteren ist aus dem Vor­stehenden ohne weiteres ersichtlich, dass es sich beim Winkel α_m um einen Winkel in der Grössenordnung von 1/2 bis 1 1/2° handelt, dass es sich also bei der durch das Korrek turglied 30 zu bewirkenden Verschiebung um eine solche handelt, die wesentlich kleiner ist, als dies in der Zeichnung aus Gründen der besseren Verständlichkeit dargestellt ist, wo auch der zulässige Verschiebeweg des Kolbens 30c im Zylinder 30a entsprechend gross dargestellt ist. Dieser Kolben 30 ist in der Stellung eingezeichnet, in welcher er sich befindet, solange der Druck p noch nicht grösser als p_o ist, also in der Stellung, in der das Korrekturglied seine Wirkung noch nicht ausübt.

[0015] Wie des weiteren ohne weiteres ersichtlich ist, wird bei ansteigendem Druck p, mit welchem das Werkstück 17 zwischen der Unterwalze 2 und der Oberwalze 1 eingeklemmt wird, die Oberwalze 1 immer mehr belastet und demzufolge immer mehr durchgebogen, sodass die geometrische Achse ihres wirksamen Teiles mit der Verbindungsgeraden der beiden Lager 11 und 12 einen immer grösseren Winkel bildet. Dieser gleiche Druck p bewirkt nun auch die entsprechende Korrektur der Lage der Seitenwalze 3.

[0016] Obwohl vorstehend als Ausführungsbeispiel die in der Zeichnung dargestellte Vier-Walzen-Maschine beschrieben wird, kann es sich bei der erfindungsgemässen Maschine auch um eine Drei-Walzen-Maschine handeln: In diesem Fall wirkt die eine der beiden "Seitenwalzen" als Unterwalze und die andere aber als wirkliche Seitenwalze, sodass mit dem Druck, der auf die als Unterwalze arbeitende Walze einwirkt, das Korrekturglied zur Steuerung der als wirkliche Seitenwalze, also als Biege­walze, dienenden Walze, gesteuert wird.

[0017] Während bei der vorstehenden Beschreibung der Vier-­Walzen-Maschine davon ausgegangen wird, dass der Druck p in der Druckleitung 48, mit welcher die Unterwalze 2 an die Oberwalze 1 angepresst wird, proportional zu der auf die Oberwalze 1 einwirkenden Kraft ist, kann man natürlich in den Fällen, bei denen dies beispielsweise deswegen nicht zutrifft, weil der Beitrag, den die beiden anderen Walzen leisten, sich während des Arbeitens ändert, die Summe der durch die drei Walzen ausgeübten Kräfte bzw. einen zu dieser Summe proportionalen Druck bilden und mit diesem das Korrekturglied steuern. Dies lässt sich beispielsweise durch Hintereinander-schalten von drei Korrekturgliedern 30 erreichen oder durch eine elektri­sche Addition oder auch dadurch, dass mittels an sich bekannter Messvorrichtungen der Druck in einem Lager der Oberwalze 1 gemessen wird.

[0018] Falls es sich jedoch um eine Drei-Walzen-Maschine mit höhenverstellbarer Oberwalze handelt, lässt sich der Druck in der zu ihrem Verstellen dienenden Hydraulikleitung abnehmen und es ist dann die Verschiebung dieser Oberwalze so mittels des Korrekturgliedes zu korrigieren, dass die Achse ihres wirk­samen Teils zur Achse der üblicherweise nur horizontal verschieb­baren Unterwalzen parallel bleibt.

Ansprüche

1. Rundbiegemaschine mit drei oder vier Walzen, wobei jede der beiden je mittels zweier hydraulischer Zylinder auf- ­und abwärts verschiebbaren Biege-Walzen (3, 4) mit einer Gleichlaufsteuerung (9, 31) versehen ist, dadurch gekenn­zeichnet, dass jede Gleichlaufsteuerung ein Korrekturglied (30) enthält, das eine von der auf die Oberwalze (2) einwirkenden Kraft P abhängige Schrägstellung der Biege-Walze (3) bewirkt, damit die Achsen (3a) der Biege-Walzen (3, 4) zur Achse (1c) des wirksamen Teiles (1d) der Oberwalze (1) wenigstens angenähert parallel verlaufen.

2. Rundbiegemaschine mit drei Walzen, von denen die Ober­walze mittels zweier hydraulischer Zylinder auf und abwärts verschiebbar und mit einer Gleichlaufsteuerung (2, 31) ver­sehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichlaufsteue­rung ein Korrekturglied (30) enthält, das eine von der auf die Oberwalze (2) einwirkenden Kraft K abhängige Schrägstellung dieser Oberwalze (3) bewirkt, damit die Achse des wirksamen Teiles (1d) dieser Oberwalze (1) wenigstens angenähert parallel zur Achse (1c) der quer verschiebbaren Unterwalzen verläuft.

3. Rundbiegemaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrekturglied (30) so ausgebildet ist, dass dann, wenn die auf die Ober-Walze (2) einwirkende Kraft grösser ist als K_o, der Schrägstellwinkel α folgender Gleichung genügt:

wobei

      K_m = maximal zulässige auf die Oberwalze einwir­kende Kraft
K_o = minimale auf die Oberwalze einwirkende Kraft, unterhalb welcher keine Schrägstellung der schrägzustellenden Walze zu erfolgen hat
      α_m = gewünschte Schrägstellung bei maximaler Kraft K_m

Zeichnung