Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.

Eine derartige Vorrichtung, mit der Profile mit veränderlichen Querschnitten erzeugt werden können, indem Walzenpaare mit einer Translations- und einer Rotationsbewegung verstellt werden, ist aus der DE 100 11 755 A1 bekannt. Eine ähnliche Vorrichtung mit einer zusätzlichen Walze und einem Stützelement für einen am Halbzeug ausgebildeten Flansch ist aus der DE 10 2004 040 257 A1 bekannt. Eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist der EP 1 537 922 A1 zu entnehmen.

Bei der aus der DE 100 11 755 A1 bekannten Vorrichtung bzw. dem damit durchgeführten Verfahren werden die Translationsbewegung und die Drehbewegung weitgehend unabhängig voneinander erzeugt. Nachteilig hierbei ist, dass der für die Translationsbewegung verantwortliche Linearaktuator die gesamte Verschubarbeit alleine leisten muss, wenn eine reine Translationsbewegung erzeugt wird, und dass der für die Rotationsbewegung verantwortliche Linearaktuator die gesamte Verdreharbeit alleine leisten muss, wenn eine reine Rotationsbewegung erzeugt wird. Daher müssen die beiden Linearaktuatoren zusammengenommen sowohl von der Leistung als auch von den Abmessungen her größer ausgelegt werden als es zur Erzielung der im Betrieb tatsächlich erforderlichen Gesamtleistung nötig wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Walzprofilieren von Kalt- oder Warmprofilen mit veränderlichem Querschnitt über Walzen und Matrizen mittels leistungsärmerer und platzsparender Antriebe zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung und dem entsprechenden Verfahren durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 12 gelöst.

Im Unterschied zu der aus der DE 100 11 755 A1 bekannten Vorrichtung, bei der sich der für die Translationsbewegung verantwortliche Linearaktuator entlang der Verbindungslinie zwischen der maschinenfesten Abstützung des Linearaktuators und der Drehachse des Walzengerüsts erstreckt, ist bei der Erfindung jeder der zwei mindestens vorhandenen Linearaktuatoren an einer von der Drehachse des Walzengerüsts beabstandeten Stelle an dem Walzengerüst angelenkt. Anders ausgedrückt, sowohl eine reine Translationsbewegung als auch eine reine Rotationsbewegung des Walzengerüsts wird durch die zwei mindestens vorhandenen Linearaktuatoren gemeinsam erzeugt. Dadurch werden Verschubarbeiten und Verdreharbeiten auf die beiden Linearaktuatoren verteilt, und zwar besonders gleichmäßig bei den häufig benötigten reinen Translations- und Rotationsbewegungen des Walzengerüsts. Daher können die Linearaktuatoren wesentlich leistungsschwächer und kompakter sein als diejenigen der bekannten Biegevorrichtungen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

• Fig. 1 ein Verstellgerüst für ein Walzengerüst zum Walzprofilieren von Kalt- oder Warmprofilen mit veränderlichem Querschnitt;
• Fig. 2 vier Prinzipskizzen von Varianten und Weiterbildungen des in Fig. 1 gezeigten Verstellgerüsts; und
• Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Verstellgerüst.

Das in Fig. 1 perspektivisch gezeigte Verstellgerüst hat eine längliche rechteckige Grundplatte 2 mit zwei Linearführungsschienen 4, die sich entlang der Längskanten der Grundplatte 2 erstrecken. An den beiden Linearführungsschienen 4 ist ein Schlitten 6 verschiebbar gelagert, d.h. der Schlitten 6 ist in der X-Richtung des eingezeichneten kartesischen Koordinatensystems auf der Grundplatte 2 verschiebbar gelagert. Auf dem Schlitten 6 ist mittig eine in diesem Ausführungsbeispiel kreisrunde, grundsätzlich aber beliebig geformte Basisplatte 8 eines nicht gezeigten Walzengerüsts drehbar gelagert, d.h. die Basisplatte 8 ist in der Y-Richtung drehbar gelagert.

Das an der Basisplatte 8 befestigte Walzengerüst ist von einer Art wie in den schon genannten Druckschriften DE 100 11 755 A1 und DE 10 2004 040 257 A1 beschrieben und enthält Profiliereinrichtungen wie z.B. Walzen und/oder Matrizen. Ein zu bearbeitendes Profil bzw. Halbzeug wird in der Z-Richtung in Fig. 1 zugeführt und vorgeschoben und wird durch Verstellen des Walzengerüsts in der X-Richtung und um die Y-Achse mit veränderlichem Querschnitt versehen, wobei das Profil kalt oder warm verformt werden kann.

Parallel zu jeder Linearführungsschiene 4 und oberhalb des Schlittens 6 erstreckt sich jeweils eine Gewindespindel 10, deren Enden in auf der Grundplatte 2 befestigten Lagerböcken gelagert sind. Ein Ende jeder Gewindespindel 10 ist axial mit einer Einheit 12 aus einem Elektromotor und einem Getriebe gekoppelt, die an einem der Lagerböcke befestigt ist und nachfolgend kurz Antriebsmotor genannt wird. Die beiden Antriebsmotoren 12 ragen in X-Richtung über die Grundplatte 2 hinaus, und sie sind nebeneinander achsparallel zur X-Richtung angeordnet.

Auf jeder der beiden Linearführungsschienen 4 ist außer der Grundplatte 2 auch ein Hilfsschlitten 14 verschiebbar gelagert, wobei jede Gewindespindel 10 mit einer am zugehörigen Schlitten 14 befestigten Mutter oder einem darin ausgebildeten Innengewinde in Eingriff steht. Mit jedem der beiden Hilfsschlitten 14 ist eine Schubstange 16 gelenkig (d.h. über ein Dreh- oder Kugelgelenk) gekoppelt, welche Schubstange 16 ungefähr parallel zu der benachbarten Linearführungsschiene 4 bis zu einer Stelle an der Basisplatte 8 verläuft, wo sie gelenkig (d.h. über ein Dreh- oder Kugelgelenk) mit der Basisplatte 8 gekoppelt ist. Die mit kleinen Kreisen markierten Stellen an der Basisplatte 8, an denen die Schubstangen 16 mit der Basisplatte 8 gekoppelt sind, liegen in Bezug auf die in Y-Richtung verlaufende Achse (Y-Achse) der Basisplatte 8 bzw. des Walzengerüsts radial und äquidistant einander gegenüber.

Werden die Gewindespindeln 10 mittels der Antriebsmotoren 12 mit gleicher Geschwindigkeit und in entgegengesetzten Drehrichtungen angetrieben, wird die Basisplatte 8 bzw. das Walzengerüst mittels der Schubstangen 16 um die Y-Achse gedreht. Werden die Gewindespindeln 10 mittels der Antriebsmotoren 12 mit gleicher Geschwindigkeit und in gleichen Drehrichtungen angetrieben, wird die Basisplatte 8 bzw. das Walzengerüst mittels der Schubstangen 16 in der X-Richtung verschoben. Durch geeignete Wahl der Drehrichtungen und Drehgeschwindigkeiten der Antriebsmotoren 12 kann die Basisplatte 8 bzw. das Walzengerüst einer beliebigen Kombination von Rotationsbewegungen um die Y-Achse und Translationsbewegungen in der X-Richtung unterzogen werden, d.h. in zwei Freiheitsgraden bewegt werden, um ein gerade bearbeitetes Profilhalbzeug mit veränderlichem Querschnitt zu versehen.

Die erheblichen Kräfte, die bei der Umformung auftreten, verteilen sich auf beide Antriebe. Sowohl Drehmomente als auch Schubkräfte, die auszuüben sind, werden gleichmäßig auf beide Antriebsmotoren 12 verteilt, so dass diese schwächer dimensioniert werden können als bei konventionellen Verstellgerüsten. Auch die Kraftübertragungsglieder von den Antriebsmotoren 12 zur Basisplatte 8 können schwächer dimensioniert werden. Die Antriebsmotoren 12 sind so angeordnet, dass sie parallel sind und nicht mitbewegt werden. Dies ermöglicht einen kurzen Abstand zwischen Walzengerüsten, die jeweils an einem Verstellgerüst wie in Fig. 1 gezeigt angebracht sind.

Fig. 2 zeigt perspektivische Prinzipskizzen von Verstellgerüsten in einem Fig. 1 entsprechenden kartesischen Koordinatensystem. Gelenkige Verbindungen (z.B. mittels Dreh- oder Kugelgelenken) sind hier als schwarze Punkte eingezeichnet.

Fig. 2a zeigt ein Verstellgerüst ähnlich wie in Fig. 1, wobei die in Fig. 1 aus den Elementen 10, 12, 14 und 16 bestehenden Linearaktuatoren in Fig. 2 schematisch als Linearaktuatoren 20, 22 dargestellt sind, die jeweils eine hin und her bewegliche Schubstange 20a, 22a aufweisen, welche über weitere Schubstangen an der Basisplatte 24 eines nicht gezeigten Walzengerüsts angreifen.

Fig. 2b zeigt das Verstellgerüst von Fig. 2a, erweitert um einen dritten, zwischen den Linearaktuatoren 20, 22 und parallel dazu angeordneten Linearaktuator 26, der über eine weitere Schubstange 28, die in einer Mittelstellung des Verstellgerüsts ungefähr in einem Winkel von 45 Grad zur Y-Richtung und zur Y-Richtung schräg steht, an einem dritten Angriffspunkt an der Basisplatte 24 angreift, welcher von den Angriffspunkten der Linearaktuatoren 20, 22 beabstandet ist und nicht in einer Linie mit ihnen liegt.

Bei dem Verstellgerüst von Fig. 2b ist die Basisplatte 24 zusätzlich in Y-Richtung verschiebbar gelagert, so dass sie mit Hilfe des dritten Linearaktuators 26 in einem weiteren Freiheitsgrad translatiert werden kann.

Alternativ kann bei dem Verstellgerüst von Fig. 2b die Basisplatte 24 um die Z-Achse schwenkbar gelagert sein, statt in Y-Richtung verschiebbar zu sein, so dass der zusätzlich erzielte Freiheitsgrad ein Freiheitsgrad der Rotation statt der Translation ist.

Trotz dieser zusätzlichen Funktionalität nimmt dieses Verstellgerüst von Fig. 2b praktisch nicht mehr Raum ein als das Verstellgerüst von Fig. 2a, und die auftretenden Kräfte werden auf noch einen Antrieb verteilt.

Fig. 2c zeigt das Verstellgerüst von Fig. 2a, erweitert um einen dritten und einen vierten Linearaktuator 30, 32 mit je einer weiteren Schubstange, die senkrecht zu den Linearaktuatoren 20, 22 angeordnet sind und an zwei Angriffspunkten der Basisplatte 24 angreifen, die von den Angriffspunkten der Linearaktuatoren 20, 22 beabstandet sind und in Bezug auf die in X-Richtung verlaufende Achse (X-Achse) der Basisplatte 24 radial und äquidistant einander gegenüberliegen.

Das Verstellgerüst von Fig. 2c kann mit den Linearaktuatoren 20, 22, 30 und 32 in vier Freiheitsgraden bewegt werden. Dazu muss die Basisplatte 24 mit vier Freiheitsgraden gelagert werden. Statt mit Dreh- und Gleitlagern wie in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen erreicht man dies wesentlich einfacher mit zwei weiteren, fünften und sechsten Schubstangen 34, 36, die an einem Ende mit maschinenfesten Punkten 38 verbunden sind und am anderen Ende an irgendwelchen Punkten des Walzengerüsts angreifen, die nicht in der Ebene der Basisplatte 24 liegen, z.B. an den Enden einer axialen Stange durch die Basisplatte 24 hindurch, wie in Fig. 2c schematisch gezeigt.

Werden diese fünften und sechsten Schubstangen 34 und 36 statt mit den maschinenfesten 38 Punkten mit einem fünften bzw. einem sechsten Linearaktuator 40, 42 verbunden, so kommt man zu dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2d, in dem das Walzengerüst in sechs Freiheitsgraden, drei der Rotation und drei der Translation, beweglich ist.

Übrigens müssen die Linearaktuatoren und Schubstangen nicht parallel bzw. senkrecht zueinander angeordnet sein, wie in Fig. 2 gezeigt, sondern können mit gewissen Ausnahmen im Wesentlichen beliebige Lagen im Raum einnehmen. Auch die Angriffspunkte der Linearaktuatoren an der Basisplatte 24 bzw. dem Walzengerüst sind mit einigen Ausnahmen im Wesentlichen beliebig.

Übrigens wird ein Positioniersystem wie in Fig. 2a Bipod genannt, ein Positioniersystem wie in Fig. 2c wird Tripod genannt, ein Positioniersystem wie in Fig. 2c wird Tetrapod genannt, und ein Positioniersystem wie in Fig. 2d wird Hexapod oder Hexaglide genannt, wie grundsätzlich bekannt. Außerdem gibt es sogenannte Pentapods, die man sich so vorstellen kann, dass einer der Linearaktuatoren in Fig. 2d durch einen maschinenfesten Punkt ersetzt ist, wobei ebenfalls Bewegungen in allen Raumrichtungen möglich sind.

Bei Anwendung von solchen Positioniersystemen auf ein Walzengerüst zum Walzprofilieren von Kalt- oder Warmprofilen mit veränderlichem Querschnitt über Walzen und Matrizen kommt der Umstand besonders zum Tragen, dass sich die im Betrieb wirkenden Kräfte auf alle Antriebe verteilen. Die auf ein Walzengerüst wirkenden bzw. auszuübenden Kräfte sind nämlich besonders hoch, und die Dimensionierungsersparnisse aufgrund der Kräfteaufteilung wirken sich hier besonders vorteilhaft aus, da sie es ermöglichen, Walzengerüste sehr nahe beieinander anzuordnen, so dass auch relativ schlanke Profile mit veränderlichem Querschnitt versehen werden können, welche wegen ausladender Verstellgerüste bisher nicht durch Walzprofilieren herstellbar waren.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Verstellgerüst, das dem in Fig. 1 gezeigten Verstellgerüst insoweit ähnlich ist, als es ebenfalls eine längliche rechteckige Grundplatte 2', zwei auf der Grundplatte 2' befestigte Linearführungsschienen 4', einen entlang der Linearführungsschienen 4' verschiebbaren Schlitten 6' und eine drehbar auf dem Schlitten 6' gelagerte Basisplatte 8' eines Walzengerüsts aufweist.

Anders als bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 werden die Linearantriebe nicht durch je eine Gewindespindel 10, einen Antriebsmotor 12, einen Hilfsschlitten 14 und eine Schubstange 16 gebildet, sondern jeweils durch ein Maschinenelement, das einen auf der Grundplatte 2' horizontal drehbar gelagerten Lagerbock 44, eine durch den Lagerbock 44 hindurchgehende Schubstange 46, die an einem Ende an der Basisplatte 8' angelenkt ist, und einen Antriebsmotor 48 umfasst.

Die Schubstange 46 kann eine Spindel sein, die durch eine Spindelmutter im Lagerbock 44 hindurchgeht und über ein Vorgelege vom Antriebsmotor 48 gedreht wird, wobei die Schubstange 46 in sich drehbar an einem Ende an der Basisplatte 8' angelenkt sein muss. Die Schubstange 46 kann auch eine Spindel sein, die vom Antriebsmotor 48 gedreht wird und durch eine an der Basisplatte 8' angelenkte Spindelmutter hindurchgeht. Bei derartigen Spindellösungen für die Schubstangen 46 muss natürlich das auftretende Drehmoment abgestützt bzw. durch den Motor eingeleitet werden. Alternativ kann die Schubstange 46 eine Stange sein, die auf irgendeine andere Weise vom Antriebsmotor 48 vor- und zurückgeschoben wird.

In den Ausführungsbeispiel von Fig. 3 sind die Linearaktuatoren somit beidendig drehbar gelagerte Maschinenelemente, die auch in den Varianten und Weiterbildungen der Fig. 2 verwendet werden können, indem statt Drehlagern Kupplungen verwendet werden, die in mehreren Dimensionen gelenkig sind.

In den Ausführungsbeispiel von Fig. 3 erstrecken sich die beiden Schubstangen 46 nur in dem Sonderfall, dass sie gleich weit ausgefahren sind, genau parallel zueinander. In anderen Fällen nähern sie sich zur Basisplatte 8' hin einander an. Um der daraus resultierenden Drehmomentverminderung bei bestimmten Drehwinkeln der Basisplatte 8 entgegenzuwirken, könnte man die beiden Lagerböcke 44 von vornherein weiter voneinander entfernt oder näher beieinander anordnen als es in Fig. 3 gezeigt ist, je nachdem, welche Drehmomentcharakteristiken im Anwendungsfall am günstigsten sind. Auch bei den früher beschriebenen Ausführungsbeispielen ist es nicht notwendig, dass die Linearaktuatoren bzw. je zwei Linearaktuatoren oder irgendwelche Elemente der Linearaktuatoren genau parallel zueinander sind, wenngleich dies die Konstruktion und Steuerung vereinfacht.

Je nach Anwendungsfall kann man auch in Betracht ziehen, die Linearaktuatoren nicht an einander diametral gegenüberliegenden Stellen an der Basisplatte anzulenken, wie in den Ausführungsbeispielen gezeigt, sondern an Stellen, die in anderen Winkeln als 180° in Bezug auf die Drehachse der Basisplatte liegen und die möglicherweise auch unterschiedliche Abstände von der Drehachse der Basisplatte haben. Auch auf diese Weise kann man bestimmte gewünschte Drehmomentcharakteristiken erzielen.

Die Linearaktuatoren müssen auch nicht orthogonal zu der Drehachse des Walzengerüsts verlaufen. In manchen Anwendungen kann auch eine mehr oder weniger schiefe Anordnung der Linearaktuatoren zu der Drehachse des Walzengerüsts günstig sein.

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann der Antrieb elektrisch, hydraulisch, pneumatisch und/oder mechanisch mittels Elektromotoren, Linearmotoren, Hydraulikzylindern, Hydraulikmotoren, Pneumatikmotoren oder Elektrozylindern (elektrischer Antrieb ohne nach außen wirksames Drehmoment) erfolgen. Zum Beispiel mechanische Antriebe können mit Gewindespindeln, Kugeltrieben, Zahnstangen, Schwenkantrieben, Umschlingungsgetrieben, Zylinder/Kolben und anderen Kraftübertragungselementen ausgeführt sein.

Wenn in irgendeinem der Ansprüche erwähnte technische Merkmale mit Bezugszeichen versehen sind, wurden diese Bezugszeichen lediglich eingeschlossen, um die Verständlichkeit der Ansprüche zu erhöhen. Entsprechend haben diese Bezugszeichen keine einschränkende Auswirkung auf den Schutzumfang eines jeden Elements, das exemplarisch durch solche Bezugszeichen bezeichnet wird.