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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Richten
länglicher
Werkstücke
mittels einer Richtvorrichtung, die entlang des Werkstücks jeweils
mit mehreren Richtambossen sowie mit mehreren, den Richtambossen
gegenüberliegenden
Richthämmern
versehen ist, insbesondere mit Einspannen des Werkstückes an
seinen Enden oder in einem Bereich zwischen seinen Enden.
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Bei
länglichen,
insbesondere bei langen, stabförmigen
Bauteilen, wie Führungsschienen, Zahnstangen
oder Spindeln, kommt es durch einseitige mechanische Bearbeitung
oder durch einen Wärmebehandlungsprozess
häufig
zu Verformungen, die mit annähernd
gleichem Radius über
das gesamte Werkstück
hinweg reichen. Andere längliche Werkstücke weisen
entlang ihrer Werkstücklänge auch
mehrere Biegungen und/oder Knicke auf, diese können in verschiedenen Ebenen
liegen und hinsichtlich der betroffenen Werkstück-Teillänge und des Biegeradius durchaus
verschieden sein.
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Aus
der
DD 220 518 A1 ist
eine Richtpresse zum abschnittsweisen Richten von langen Profilstäben, nämlich von
Schienen für
Schienenfahrzeuge bekannt, durch welche das zu richtende Schienenprofil
abschnittsweise um Teilstücke
von jeweils einem Meter weiter geschoben wird. Um sowohl horizontale
als auch vertikale Verbiegungen ohne Wenden des Profils richten
zu können,
sind eine horizontal und eine vertikal wirkende Richtpresse in demselben
Gestell und mit Richtwirkung auf den in derselben Position befindlichen
Schienenstrang vorgesehen. Das zu richtende Schienenprofil stützt sich
gegen zwei entlang der Schienenlängserstreckung
mit Abstand von einander angeordnete Richtambosse ab, während auf
der gegenüberliegenden
Profilseite ein zu dem beiden Richtambossen mittig stehender Richthammer
auf das Profil einwirkt (Dreipunktauflage). Um sowohl konvexe als
auch konkave Verbiegungen des Schienenprofiles an demselben Schienenprofil
richten zu können,
ohne das Schienenprofil um seine Längsachse um 180° drehen zu
müssen, besteht
der Richthammer jeweils aus zwei nebeneinander angeordneten Teilrichthämmern, die
jeweils für sich
genommen in ähnlicher
Weise, wie einer der gegenüberliegenden
Richtambosse ausgelegt ist. Die Richtambosse und der Richthammer
können
ihre Funktion dadurch wechseln, dass die Richtambosse in der Maschinenmitte
zusammengefahren werden können
und so einen zweigeteilten Richthammer bilden, während die beiden Teile des
zweigeteilten Richthammers in Werkstücklängsrichtung auseinander gefahren
werden können,
um so die Richtambosse zu bilden. Richtambosse und Richthammer wechseln
also ihre Funktion ja nach Krümmungssinn
des zu richtenden Schienenteilstücks.
Lediglich die Auflage- oder
Verschleißstücke der
Richtambosse und Richthämmer
können
für die
Schienenstrangseite, auf die sie einwirken sollen, angepasst sein.
Stets wird dieselbe Stützweite
von einem Meter zwischen den beiden als Richtambossen dienenden
Elementen für
einen bestimmten Richtschritt verwendet, während die beiden Teile des
zusammengefahrenen Richthammers ebenfalls immer denselben Abstand von
einander haben. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass allein
der Überbiegungsgrad,
der zum Richten einer festgestellten Schienenprofildurchbiegung
erforderlich ist, eingehalten und das Richtergebnis gegebenenfalls überprüft werden
muss. – Auf diese
Weise können
lange Profilstäbe
mit der geforderten Genauigkeit gerichtet werden. Auf Feinheiten des
Richtergebnisses muss hier kein Wert gelegt werden. Es kommt allein
auf ein effizientes Richten ohne Drehwenden des Richtgutes an. Bei
einem eventuellen Überdrücken beim ersten
Richtschritt kann durch nachfolgendes Gegendrücken dieser Fehler wieder beseitigt
werden, ohne das Richtgut um 180° dreh
zuwenden (Teile = Richtanschläge).
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Die
nachfolgend näher
beschriebene Erfindung, wie sie sich in ihrer allgemeinsten Form
aus Patentanspruch 1 ergibt, löst
die Aufgabe wellenartige Gegenkrümmungen
beim Richten länglicher Werkstücke auszuschließen oder
zumindest sehr weitgehend zu vermeiden. Der hierzu vorgeschlagene
Lösung
basiert au dem Grundgedanken, entlang des Werkstücks bzw. einer Teillänge des
Werkstücks in
einer Ebene jeweils zwei Richtambosse und zwei zu den Richtambossen
entlang der Werkstückslängsrichtung
versetzt angeordnete Richthämmer
in einem Richtschritt gemeinsam an dem Werkstück angreifen zu lassen (Vierpunktrichten).
Die Richtambosse oder die Richthämmer
sind jeweils näher
zu den Werkstückenden
und die Richthämmer
bzw. die Richtambosse sind jeweils weiter entfernt von den Werkstückenden
und jeweils mit Abstand voneinander in Werkstücklängsrichtung angeordnet.
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Durch
die Erfindung wird es unter anderem möglich, die Einleitung der Richt-Biegemomente derart
auf die Teillänge
oder ein gesamtes Werkstück einwirken
zu lassen, dass, insbesondere bei gleichmäßigen Krümmungsverläufen, der Werkstückteillängen beim
Richten so gut wie keine Welligkeit, d.h. nicht mehrere kleine Sollabweichungen
anstelle einer großen
Sollabweichung entstehen. Erfindungsgemäß kann das Biegemoment über eine
große Werkstückteillänge hinweg
oder gegebenenfalls über annähernd die
gesamte Werkstücklänge hinweg
nahezu konstant gehalten werden, so dass eine ursprünglich gleichmäßige Werkstückkrümmung oder Werkstückteillängenkrümmung ebenso
gleichmäßig reduziert
wird, ohne dabei wellige Gegenkrümmungen
zu erzeugen.
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Das
Verfahren ist bereits mit vergleichsweise einfach gestalteten Vorrichtungen
durchführbar,
aber auch auf automatischen Richtanlagen und insbesondere auch gemeinsam
mit dem gewohnten Dreipunktrichten kombiniert einsetzbar. In der
besten Ausführungsform
wird ein äußerst flexibel
arbeitendes Biegerichten möglich,
mit dem beliebig ver formte längliche
Bauteile schnell und genau gerichtet werden können, wie es mit den bekannten
Richtmethoden nicht erreichbar war. Wenn zwei Richthämmer und
zwei Richtambosse erfindungsgemäß synchron eingesetzt
werden, insbesondere wenn das Werkstück an seinen Enden oder zwischen
seinen Enden, sozusagen in einem Mittelbereich, eingespannt ist, ergibt
sich in weiten Bereichen zwischen beiden Hämmern beim Richtbiegen eine
gleich bleibend hohe Biegespannung. In diesem Bereich wird nach Überschreiten
der Streckgrenze auch eine über
die Länge
gleich bleibende Richtwirkung erzeugt.
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Die
vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen
beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden
Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung,
Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen,
so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung
finden können
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen,
sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung
und Tabelle, in der – beispielhaft – sechs
Ausführungsbeispiele einer
Richtpresse dargestellt sind.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung
einer Richtvorrichtung mit je zwei gleichzeitig wirksamen Richtambossen
und Richthämmern;
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2 einen Biegespannungsverlauf
beim Richten eines länglichen
Werkstücks
mit der Vorrichtung nach 1;
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3 eine zweite Ausführungsform
einer Richtvorrichtung mit axial frei wählbaren Positionen der zwei
Richthämmer
und der zwei Richtambosse;
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4A–4C die
Richtvorrichtung nach 3 in
drei Arbeitspositionen entlang desselben länglichen Werkstückes;
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5A/B eine vereinfachte Ausführungsform
einer Richtvorrichtung nach 3 in
zwei Arbeitspositionen;
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6 eine vierte Ausführungsform
einer Richtvorrichtung mit je zwei gleichzeitig wirksamen Richtambossen
und Richthämmern;
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7A/B eine fünfte Ausführungsform
einer Richtvorrichtung mit je zwei gleichzeitig wirksamen Richtambossen
und Richthämmern
in zwei Arbeitspositionen;
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8A/B eine sechste Ausführungsform
einer Richtvorrichtung mit je zwei gleichzeitig wirksamen Richtambossen
und Richthämmern
in zwei Arbeitspositionen;
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9A/B eine Richtvorrichtung
nach Stand der Technik mit zwei Richtambossen und einem mit dieser
gleichzeitig wirksamen Richthammer in zwei Arbeitspositionen eines
ersten Richtschrittes (9A und 9B), mit einem Biegespannungsverlauf (9C) für die Situationen in 9B einen kleinen Richtschritt
an dem gemäß 9A/B gerichteten länglichen
Werkstück
(9D).
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In 1 und 2 ist
das Prinzip des erfindungsgemäßen Vierpunkt-Richtverfahrens
dargestellt: Ein längliches
Werkstück 10 ist
in üblicher
Weise in einer Richtvorrichtung positioniert und von der Richtvorrichtung
sind lediglich zwei Richtambosse 12A, 12B und
zwei Richthämmer 14A, 14B dargestellt.
Die beiden Richtambosse und die beiden Richthämmer sind entlang des Werkstücks 10 in
einer Ebene angeordnet, wobei sich auf der einen Seite des Werkstücks die
Richtambosse und auf der gegenüberliegenden Seite
die Richthämmer
befinden. Die Richthämmer
und Richtambosse sind entlang der Werkstücklängsrichtung L versetzt zu einander angeordnet;
beide stehen sich also nicht direkt gegenüber; sie weisen alle in Werkstücklängsrichtung einen
Abstand zueinander auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die Richtambosse jeweils näher
zu den Werkstückenden
und die Richthämmer jeweils
weiter entfernt von den Werkstückenden
angeordnet. Grundsätzlich
kann diese Anordnung auch umgekehrt werden, d.h. dass die Richtambosse
weiter entfernt von den Werkstückenden
und die Richthämmer
näher zu
den Werkstückenden
hin mit jeweiligem Abstand voneinander in Werkstücksrichtung angeordnet sind.
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Wie
aus 2 ersichtlich, wird zwischen den von den Werkstückenden
weiter entfernten Richthämmern
(oder Richtambossen) eine konstante Biegespannung erreicht, während zwischen
jedem Richthammer und jedem direkt benachbarten Richtamboss die
Biegespannung etwa linear aufgebaut wird. Die Biegespannung wird
für einen
Richtschritt so groß gewählt, dass
der zu richtende Längenabschnitt
L1, L2, L3, ... (4A–C) des Werkstückes 10 sich
im Bereich jenseits der so genannten Streckgrenze des länglichen
Werkstückes
befindet und somit eine plastische Verformung erfährt.
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Damit
kann ein gleichmäßiger Ausgangsbogen
praktisch vollkommen beseitigt werden, ohne eine wellenartige Verformung
zu erzielen. Der nachfolgende, langwierige Feinrichtvorgang mit
engen Abschnitts-Richttoleranzen kann weitgehend entfallen. Taktzeit
und erreichbare Richtgenauigkeit werden dadurch positiv beeinflusst.
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Im
Vergleich zu dem prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Biegevorrichtung
wird nachfolgend der Unterschied zum konventionellen Dreipunktrichten
nach dem Stand der Technik anhand der 9A–9D erläutert:
Insbesondere
bei langen, stabförmigen
Bauteilen wie Führungsschienen
oder Spindeln kommt es durch einseitige mechanische Bearbeitung
oder durch einen Wärmebehandlungsprozess
häufig
zu Verformungen, die mit annähernd
gleichem Radius über das gesamte
Werkstück
hinwegreichen. Um solche Krümmungen
soweit zu reduzieren, dass das Werkstück den Zeichnungsanforderungen
entspricht, werden die Bauteile nach dem Biegerichtverfahren gemäß dem in 9A dargestellten
Prinzip bearbeitet. Auf dem Tisch einer Biegerichtpresse sind zwei Richtambosse
installiert, auf die das Bauteil 10 mit der Krümmung nach
oben abgelegt wird. Der Pressenstößel fährt das Werkstück von oben
her an und biegt es entsprechend 9B gegen
die Ambosse so weit durch, dass die Streckgrenze des Werkstoffs überschritten
und das Teil bleibend verformt wird. 9C zeigt
den zugehörigen
Verlauf der Biegespannung beim Richten. Es ist erkennbar, dass nur eine
recht eng begrenzte Zone im Mittelbereich über die Streckgrenze hinaus
plastisch verformt wird; außerhalb
dieser Zone federt das Bauteil hingegen beim Rückhub des Stößels wieder
in die Ausgangsform. 9D zeigt als Prinzipskizze das
entspannte Bauteil nach dem Richthub. Ergebnis des Richtvorgangs
ist ein wellenförmiges
Bauteil. Die ursprüngliche
Krümmung
ist zwar deutlich reduziert, doch ist die verbleibende Restwelligkeit
oftmals immer noch größer als
die zulässige
Geradheitstoleranz. Um diese zu erreichen, wird daher nach dem „Vorrichten" mit großem Ambossabstand
vielfach ein abschnittweises Feinrichten mit engerem Abstand erforderlich
sein. 9D zeigt eine entsprechende
Richtabfolge.
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In 3 und 4 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung dargestellt. Beide Richthämmer, 14A, 14B,
und beide Richtambosse 12, 12B sind mit einzeln
wirkenden Verfahreinrichtungen ausgestattet, wie etwa mit Spindel-
oder pneumatischen Antrieben und so entlang einer Traverse 12 bzw. 14 verfahrbar.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform
wird zunächst
eine so genannte Messfahrt entlang des gesamten länglichen
Werkstücks 10 (4A)
durchgeführt,
wie es aus der deutschen Gebrauchsmustertanmeldung 20 2004 099 261.1
bereits bekannt ist. Dabei gefundene Verformungen können auf
angepasste Weise beseitigt werden:
- • Knickartige
Verformungen (oberes Bild) werden nach dem Dreipunktprinzip beseitigt,
indem beide Hämmer
zusammengefahren und die Ambosse symmetrisch dazu positioniert werden.
- • Örtlich begrenzte
Krümmungen
(mittleres Bild) werden nach dem Vierpunkt-Verfahren mit relativ kleinem Abstand
von Hämmern
und Ambossen beseitigt.
- • Für weiträumige Krümmungen
(unteres Bild) wird ebenfalls das Vierpunkt-Verfahren verwendet,
der Amboss- und Hammerabstand jedoch stark vergrößert.
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Auf
diese Weise können
Werkstücke
mit beliebigem Krümmungsverlauf
mit der für
alle Verformungen optimalen Strategie schnell und genau gerichtet
werden. Der Richtrechner ermittelt Lage und Gestalt der Einzelkrümmungen
und kann Hämmer und
Ambosse bedarfsgerecht verstellen.
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Es
wurde erkannt, dass jedes gleichmäßig gebogene Teilstück eines
länglichen
Werkstückes
in einem einzigen Richtschritt praktisch ohne verbleibende Restwelligkeit
gerichtet werden kann, wenn dieses Teilstück seiner gesamten Länge nach
erfasst und entsprechend seinem Biegeradius in dem Richtschritt überbogen
wird. Hierzu ist zum einen ein bestimmter Abstand der beiden von
den Werkstückenden
weiter entfernten Auflagepunkte, also in der Regel der beiden Richthämmer voneinander
einzustellen und zum anderen der in Werkstücklängsrichtung gesehende Abstand
zwischen dem Richtamboss und Richthammer an jedem Endbereich der
zu richtenden Werkstückteillänge einzustellen,
um ein optimales Richtergebnis zu erhalten.
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Die
Enden des in einem Biegeschritt zu richtenden Werkstück-Teilstücks befinden
sich entweder in den Positionen der Richthämmer oder in den Positionen
der Richtambosse oder in den Positionen zwischen dem Richtamboss
und dem Richthammer an jedem der Teilstückenden. Der Abstand der Richthämmer bzw.
der Richtambosse entspricht also im wesentlichem der Länge des
etwa gleichmäßig gebogenem
Werstück-Teilstücks, wobei
sich die betroffene Teillänge
des gleichmäßig gebogenen
Werkstückes
zwischen den Richthämmern
bzw. den Richtambossen findet. Alternativ befinden sich die Enden des
etwa gleichmäßig gebogenen
Werkstück-Teilstücks jeweils
zwi schen einem Richthammer und einem Richtamboss an dem einem respektive
dem anderen Ende des Werkstück-Teilstücks.
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4A bis 4C verdeutlichen
also anschaulich, wie sehr unterschiedlich starke Biegungen des
zu richtenden länglichen
Werkstückes 10 nach einer
vorangehenden Messfahrt mit wenigen (in der Zeichnung mit drei)
Richtschritten abschließend
und mit hoher Genauigkeit gerichtet werden können.
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Es
ist auch möglich,
die Richthämmer
unsymmetrisch zu positionieren, um eine entsprechende Werkstückkrümmung optimal
zu bearbeiten.
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Eine
weitere Variante bietet die Möglichkeit, die
Hammer-/Ambossfunktion umzukehren, indem die oderen Achsen weiter
auseinanderfahren als die unteren. So kann eine Krümmung in
die Gegenrichtung erzeugt werden und ein Wenden des Werkstücks unterbleiben.
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Das
neue „Vierpunkt-Richten" ermöglicht im Gegensatz
zu den heute gebräuchlichen
Systemen ein weiträumiges
plastisches Verformen mit weitgehend konstantem Radius. Damit treten
weniger wellenartige Restkrümmungen
auf; ein zeitintensives Feinrichten kann oftmals entfallen.
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Neue
Anlagen mit dem Konti-Richtkonzept entsprechend der deutschen Gebrauchsmusteranmeldung
20 2004 099 261.1 sind durch zusätzliche Verfahreinrichtungen
an Hämmern
und Ambossen sowie durch entsprechende Software des Steuerrechners
in der tage, sehr flexibel auf beliebige Werkstückverformungen zu reagieren.
Genauigkeit und Leistungsfähigkeit
können
deutlich gesteigert werden.
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Zum
Vierpunktrichten können
heute auf dem Markt angebotene Biegerichtanlagen un terschiedlicher
Bauart nach Durchrühren
von Veränderungen genutzt
werden.
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Nachfolgend
wird anhand der 5A bis 8B beschrieben,
wie das erfindungsgemäße Richtverfahren
mit weiteren unterschiedlich ausgestatteten Biegerichtmaschinen
durchgeführt
werden kann:
Gemäß 5A/B
kann eine Biegerichtmaschine, die mit einem entlang der Werkstücklänge nach
verfahrbaren Verfahrwagen 16 versehen ist, so ausgestattet sein,
dass der Verfahrwagen 16 mit zwei zu einander abstandsveränderlichen
Richtambossen 12A, 12B und zwei in ihrem gegenseitigen
Abschnitt veränderlichen
Richthämmern 14A, 14B ausgestattet
ist, wobei die beiden Hämmer
z.B. durch einen Linearantrieb synchron und symmetrisch zur Wagenmitte
zwischen einer zusammengefahrenen Position (5A) und
verschiedenen auseinander gefahrenen Positionen (5B)
abstandsveränderlich
sind. Auf diese Weise kann, wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
(3) ebenfalls das Vierpunktrichten mit dem Dreipunktrichten
je nach Bedarf kombiniert werden. Lediglich sehr lange Biegungen
eines Werkstückes, wie
sie in der zweiten Ausführungsform
(nach 3) in einem Arbeitsschritt gerichtet werden können, bedürfen bei
diesem dritten Ausführungsbeispiel
nach 5A und 5B mehrerer
Teilrichtschritte.
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Bei
der vierten Ausführungsform
nach 6 sind zwei feststehende Richtambosse 12A, 12B vorgesehen
während
zwei Richthämmer
mittels eines Schlitten 18 entlang des länglichen
Werkstücks 10 verfahrbar
ist, wobei der Abstand zwischen den beiden Hämmern durch eine Abstandsverstellung über einen
geeigneten Linearantrieb, z.B. Spindeln oder Pneumatikzylinder verstellbar
sind. Wenn außerdem zumindest
einer der Hämmer
quer zur Werkstücklängsrichtung
verlagerbar ist, wie dies an dem linken Richthammer 14A dargestellt
ist, so kann diese Richtvorrichtung auch zum kombinierten Vierpunkt- und
Dreipunktrichten verwendet werden.
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Bei
der fünften
Ausführungsform
nach 7A/B ist ein in Werkstücklängsrichtung beweglicher Schlitten 18 vorgesehen,
der zwei quer zur Werkstücklängsrichtung
ein- und ausfahrbare
Richthämmer
trägt.
Auch hier können
das Dreipunkt- und das Vierpunktrichten an einem Werkstück wahlweise durchgeführt werden,
wobei allerdings die Abstände der
Richthämmer
und der Richtambosse zueinander jeweils konstant sind. Bei diesem
wie auch bei dem vorangehenden Ausführungsbeispiel können wegen der
Schlittenverfahrbarkeit allerdings auch unsymmetrische Abstände zwischen
dem einen und dem anderen Richthammer/Richtamboss-Paar erzeugt werden.
Derartige unsymmetrische Anordnungen wurden bereits weiter oben
beschrieben (3/4 – zweites
Ausführungsbeispiel)
und gestatten es, eine sich in einer Ebene erstreckende Werkstückverbiegung
mit sich entlang des betroffenen Werkstückteilstücks ändernden Biegeradius in einem
Arbeitsschritt zu richten.
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Schließlich zeigt
das sechste Ausführungsbeispiel
nach 8A und 8B eine
Richtvorrichtung mit zwei Richtambossen und drei Richthämmern, die
wahlweise aktiviert, d.h. quer zur Werkstücklängsrichtung ein- bzw. ausgefahren
werden können.
Durch entsprechende Aktivierung dieser Ambosse können verschiedene Vierpunktrichtschritte
und Dreipunkrichtschritte an demselben Werkstück durchgeführt werden.
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- 10
- Werkstück
- 12
- Traverse
- 12A
- Richtamboss
- 12B
- Richtamboss
- 14A
- Richthammer
- 14B
- Richthammer
- 16
- Verfahrwagen
- 18
- Schlitten
- L
- Werkstücklängsrichtung