DE10011755A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Bauteilen mit über der Länsachse veränderlichen Querschnitten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Walzprofilieren von längsorientierten Bauteilen mit über der Längsachse veränderlichen Querschnitten. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Umformwalzen translatorisch senkrecht zur Längsrichtung der Bauteile und rotatorisch um mindestens eine von der Drehachse der Umformwalzen verschiedenen Drehachse während des Umformvorgangs verfahren werden. DOLLAR A Die Vorrichtung zur Umsetzung des oben beschriebenen Verfahrens betrifft ein Walzprofiliergerüst, bestehend aus zwei geteilten Gerüsthälften, die drehbar mit zwei Linearschlitten verbunden sind. Die Gerüsthälften sind translatorisch quer zur Profilierung und rotatorisch verstellbar. Die Verstellung der Gerüsthälften erfolgt mit Hilfe zweier Gewindespindeln, wobei eine Spindel die translatorische Bewegung direkt antreibt, und die zweite Spindel die Gerüsthälften über einen Hebel in eine Drehbewegung versetzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zur Herstellung längsorientierter Bauteile, sogenannter Profile, die einen über die Längsachse variierenden Querschnitt aufweisen. Die Herstellung der Profile erfolgt mit Hilfe von drehba­ ren Walzen, die sich in mehreren hintereinander angeordneten Walzprofiliergerüsten befinden. Die Walzprofiliergerüste sind hierbei konstruktiv mit einer besonderen Bewegungskinematik ausgestattet, die die Herstellung von Profilen mit über der Längsachse veränderlichen Querschnitten ermöglicht.

Bild 1 zeigt als Beispiel für ein Profil mit veränderlichem Querschnitt ein U- Profil, das ausgehend von einer Ausgangsstegbreite im mittleren Bereich des Profils zunächst eine Aufweitung erfährt, die anschließend wieder zu der Aus­ gangsbreite des Profils verjüngt wird.

Es sind bereits Walzprofiliergerüste zur Herstellung von Profilen mit über der Längsachse veränderlichen Querschnitten bzw. Profilerrollen bekannt und pa­ tentiert [DE 23 54 063 (1973), DE 25 21 620 A1 (1975), DE 30 22 671 A1 (1980), US-Patent Nr.: 4,558,577 (1985)], die jedoch den Nachteil aufweisen, daß die Rollenwerkzeuge während der Profilierung lediglich quer zur Profilierrichtung verstellbar sind.

Nachteilig bei diesen bereits bekannten Funktionsprinzipien ist, daß keine Werkzeugbewegung möglich ist, bei der die Walzen während des gesamten Umformvorgangs, vor allem aber im Bereich der Aufweitung bzw. Verjüngung eines Profils mit veränderlichem Querschnitt tangential am Blechmaterial an­ liegt. D. h. eine Verstellung der Walzen ausschließlich quer zur Profilierrichtung eignet sich nicht für eine einwandfreie Umformung. Als Folge davon treten un­ günstige Verformungen am Werkstück auf bzw. das herstellbare Werkstückspektrum ist dadurch geometrisch stark eingeschränkt.

Bild 2 veranschaulicht, wie das Blechmaterial in verschiedenen Positionen des Werkzeugsystems durch den Walzspalt wandert. Im Bereich der Aufweitung bzw. Verjüngung kommt es zu einem "S-förmigen" Durchlauf. Dadurch kann das Blechband in diesen beiden Bereichen keine schräge Richtung einnehmen, vielmehr wird es durch das starre Werkzeugsystem gezwungen, im Walzspalt jeweils eine Position in Profilierrichtung einzunehmen, so daß eine ungünstige Verformung auftritt.

Der geometrische Verlauf der Biegekante eines Profils mit über der Längsach­ se variierendem Querschnitt läßt sich mit Hilfe eines karthesischen Koordinatensystems eindeutig beschreiben. Die x-Koordinate entspricht dem Bandvorschub, die y-Koordinate der Querposition und ϕ dem dazugehörigen Drehwinkel. Je nach Abmessung des Werkstücks läßt sich der Verlauf der Bie­ gekante anhand der geometrischen Zusammenhänge analytisch beschreiben. Die Übergänge sind in Bild 3 einer besseren Anschauung wegen überproportio­ anal dargestellt.

Der Übergang zwischen schmalem und breitem Bereich bzw. umgekehrt muß aus umformtechnischen Gründen kontinuierlich stattfinden und kann nicht sprunghaft vorgenommen werden, so daß in diesen Bereichen ein schräger Verlauf der Biegekante vorliegt. Ein beliebiger Punkt P auf der Biegekante kann nur durch den Bandvorschub, der Querposition und durch den zu diesem Punkt gehörenden Winkel eindeutig beschrieben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung für ein Walzprofiliergerüst zu entwickeln, die es erlaubt die Rollenwerkzeuge jedes Umformgerüsts über die gesamte Profillänge tangential an den ange­ strebten Biegekantenverlauf eines Profils mit über der Längsachse veränderlichem Querschnitt zu positionieren.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, ein Werkzeugkonzept zu entwickeln, das neben der bislang beim Profilieren bekannten Verstellmöglichkeit quer zur Profilierrichtung zusätzlich eine Drehbewegung um die vertikale Achse ermög­ licht, die gleichermaßen wie die Querbewegung automatisch ausführbar ist (Bild 4).

Der sich daraus ableitende schematische Grundaufbau eines in der Mitte ge­ teilten Werkzeugsystems weist folgende wesentliche Hauptmerkmale auf:

Das Werkzeugsystem besteht wie in Bild 5 dargestellt aus zwei Seitenwalzen, deren Winkelstellung beim Umformen einen Biegewinkel im Werkstück erzeugt. Die beiden Seitenwalzen gewährleisten, daß das Werkstück über die gesamte Profillänge am Schenkel von Innen und Außen werkzeugseitig unterstützt wird. Der Winkel der Seitenwalzen ist auf jeder Seite im Bereich von 0-90° verstellbar (1), wobei die Seitenwalzen axial zueinander verschiebbar sind (2). Die Blech­ dicke wird über einen variierbaren Walzspalt reguliert (3). Die Verstell­ möglichkeiten 1-3 können hierbei manuell oder automatisch verstellbar sein.

Weiterhin besteht die Verstellvorrichtung des Werkzeugsystems für jede Ge­ rüsthälfte aus jeweils zwei weiteren Verstellmöglichkeiten (4-5), die gesteuert verstellbar sind, um durch das automatische Verstellen der Gerüsthälften über die Längsachse veränderliche Querschnitte während des Umformvorgangs zu realisieren. Verstellmöglichkeit (4) entspricht hierbei der oben beschriebenen Drehbewegung und Verstellmöglichkeit (5) der translatorischen Bewegung quer zur Profillängsrichtung.

Entscheidend für die Funktionsweise der Verstellvorrichtung ist hierbei, daß die Drehbewegung bzw. deren Drehachse an der Querbewegung gekoppelt ist und jeweils mit der Querbewegung zusammen verstellt wird. Auf diese Weise ver­ läuft die Drehachse der Gerüsthälften immer direkt durch die Biegekante des Profils. Zu jedem Zeitpunkt des Umformvorgangs sind demnach folgende drei Bewegungsarten der Gerüsthälften ausführbar:

• 1. Entweder eine reine Querbewegung oder
• 2. Eine reine Drehbewegung
• 3. oder eine zusammengesetzte Bewegung, die sich aus einer Querbewegung und einer Drehbewegung zusammensetzt

Die Profilierwalzen des flexiblen Gerüsts können entweder angetrieben oder nicht angetrieben sein. Im zweiten Fall ist die Verwendung dieser besonderen Profiliergerüste nur zusammen mit konventionellen, angetriebenen Gerüsten möglich, die sich nicht zum Profilieren veränderlicher Querschnitte eignen und den Bandvorschub in einer aus mindestens einem Gerüst bestehenden Anlage sicherstellen.

Die Vorrichtung beinhaltet ein Profiliergerüst bestehend aus zwei Gerüsthälften nach Bild 5, die jeweils mit einer über einer Linearführung angeordneten Dreh­ achse versehen sind, die sich zusammen mit der Linearführung quer zur Profilierrichtung bewegen. Die Drehbewegung kann entweder direkt mit Hilfe eines angetriebenen Drehtisches oder mit Hilfe einer eine Drehbewegung be­ wirkenden Hebelkinematik ausgeübt werden.

Ausgestaltung und konstruktive Lösung insbesondere für die maschinelle Ver­ stellvorrichtung sind Gegenstand weiterer Ansprüche.

Nachstehend sind die konstruktiven Einzelheiten der Erfindung anhand der Ab­ bildung näher beschrieben.

Die in Bild 6 dargestellte Vorrichtung besteht aus zwei Gerüsthälften, wobei die rechte Gerüsthälfte der Übersichtlichkeit wegen ausgeblendet ist. Die Ge­ rüsthälften sind jeweils mit einem auf zwei Linearführungen laufenden Schlitten drehbar verbunden. Die Schlitten werden mit Hilfe einer angetriebenen Kuge­ lumlaufspindel verstellt, wobei die Spindel mit einem Links-Rechts-Gewinde ausgeführt ist, so daß die Schlitten jeweils in entgegengesetzter Richtung symmetrisch verstellt werden.

Jede Gerüsthälfte ist über einen Hebel (5) und eine Kugelumlaufmutter (6) mit einer zweiten Gewindespindel (7) verbunden, die analog zur anderen Spindel (8) ebenfalls mit einem Links-Rechts-Gewinde (9-10) versehen ist. Durch Ver­ stellen der zweiten Gewindespindel (7) wird über den Hebel eine Drehbewegung der Gerüsthälften in der Drehachse (3) bewirkt (Bild 6 und Bild 7).

Die Funktionsweise dieses Mechanismus wird in der folgenden Abbildung nä­ her beschrieben.

Werden beide Gewindespindeln um den gleichen Weg verfahren, führen die Gerüsthälften ausgehend von einer beliebigen Ausgangsposition (Bild 8 links) eine reine Translation aus (Bild 8 mitte). Die Drehachse auf jeder Seite bewegt sich dabei jeweils mit dem Schlitten. Sind die Geschwindigkeiten beider Achsen verschieden, wird eine aus Translation und Rotation zusammengesetzte Bewe­ gung ausgeführt (Bild 8 rechts). Eine reine Rotation der Gerüsthälften kann durch ausschließliches Verstellen der rechten Gewindespindel erreicht werden (in nicht dargestellt).

Ein oben beschriebenes, flexibles Gerüst mit nicht angetrieben Walzen wird zwischen zwei nicht verstellbaren Gerüsten eingebaut (Bild 9). Den konventio­ nell angetriebenen Gerüsten kommt hierbei die wichtige Aufgabe zu, in der Anlage den Bandvorschub durch zylindrische, am Steg anliegende Walzen si­ cherzustellen, während das flexible Gerüst den veränderlichen Biegkanten­ verlauf bzw. Querschnitt einformt.

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung von Profilen mit über der Längsachse verän­ derlichen Querschnitten mittels Walzprofilieren gekennzeichnet dadurch, daß, die umformenden Walzen translatorisch mit einem Anteil senkrecht zur Längsorientierung des Bleches verfahren werden und neben der Ro­ tation um die Drehachsen der Walzen um mindestens eine weitere Rotationsachse geschwenkt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1), gekennzeichnet dadurch, daß die umfor­ menden Walzen in mehr als eine Walzeneinheit unterteilt und als Einheit verstellbar sind, wobei jede Einheit aus mindestens einer Walze besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 2), dadurch gekennzeichnet, daß eine Walzen­ einheit eine Unterwalzeneinheit (Bild 5, Seitenwalzen) beinhalten kann, die unabhängig von der übergeordneten Walzeneinheit verstellbar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1), 2) oder 3), gekennzeichnet dadurch, daß mindestens zwei Walzeneinheiten bei symmetrischen Profilen symmet­ risch zueinander bewegt werden.

5. Vorrichtung zum Herstellen von Profilen mit über der Längsachse verän­ derlichem Querschnitt, die die Bewegungsmöglichkeiten nach einem in den Ansprüchen 1-4 beschriebenen Verfahren, ermöglicht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5), dadurch gekennzeichnet, daß die umfor­ menden Walzen mit Hilfe einer Verstellvorrichtung verstellt werden

7. Vorrichtung nach Anspruch 6), dadurch gekennzeichnet, daß die transla­ torischen bzw. rotatorischen Bewegungen unabhängig voneinander ausgeführt werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6), dadurch gekennzeichnet, daß die transla­ torischen oder rotatorischen Bewegungen durch ein Kubelgetriebe erzeugt werden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8), dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Kurbeln veränderlich ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9), dadurch gekennzeichnet, daß die Um­ formwerkzeuge mindestens aus zwei Werkzeugeinheiten bestehen, deren translatorische und rotatorische Bewegungen beim Umformen symmetrischer Profile symmetrisch entgegengesetzt ausgeführt werden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10), dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ stellvorrichtung mindestens zwei, in ihrer Bewegungsrichtung entgegengesetzte Bewegungen durch einen gemeinsamen Antrieb aus­ übt.

12. Profilieranlage mit mindestens einer Vorrichtung nach einem der An­ sprüche von 5) bis 11).

13. Profilieranlage nach Anspruch 12), mit angetriebenen Walzen

14. Profilieranlage nach Anspruch 12), mit nicht angetriebenen Walzen, wo­ bei die Vorrichtungen zum Profilieren veränderlicher Querschnitte in Kombination mit angetriebenen Umformgerüsten verwendet wird, die das Blechmaterial durch alle am Umformprozeß beteiligten Umformvorrich­ tungen transportiert.