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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Biegen
von Profilen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Eine
Umformung von Profilen (offenen, halboffenen oder geschlossenen
Profilen) geschieht mit Biegeumformverfahren verschiedenster Art.
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Ein
solches Biegeumformverfahren ist beispielsweise mit dem Gegenstand
der
DE 40 33 031 A1 bekannt
geworden, bei dem es sich um ein räumliches Abroll-Streckbiegeverfahren
handelt.
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Bei
diesem bekannten Verfahren wird das zu biegende Profil an seiner
vorderen, freien Seite an einem Einspannkopf eingespannt, wobei
dieser Einspannkopf an einem Kernbiegewerkzeug angeordnet ist.
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Im
Innenraum des Profils ist ein Dornschaft angeordnet, der über eine
Dornstange mit einer Dornstation verbunden ist. Der Dornschaft wird
immer in der Biegeumformzone gehalten.
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Das
Kernbiegewerkzeug ist in Drehrichtung angetrieben und wickelt das
zu biegende Profil entsprechend der gewünschten Profilkontur auf. An
der hinteren Seite des Profils wird dieses in einem Bremsschlitten gehalten,
welche der Drehbewegung des Kernbiegewerkzeuges entgegengesetzt
ist.
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Dem
Kernwerkzeug gegenüberliegend
und im Bereich der Biegezone sind Profilrollen angeordnet, die einer
Profilrollenbiegestation zugeordnet sind, wobei während des
Drehantriebes des Kernwerkzeuges die Profilrollen sich in formschlüssigem Eingriff
mit dem zu biegenden Profil befinden und den Profilquerschnitt führen.
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Nachteil
dieses Verfahrens ist, dass es lediglich für relativ kleine und dünnwandige
Profile geeignet ist, weil die Hebelarme für die Halterung des Drehtisches
lang sind und dementsprechend große Antriebskräfte nicht
ausgeübt
werden können.
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Weiterer
Nachteil ist, dass das so gebogene Profil zum Ruffedern neigt, wenn
es ausgespannt wird, was zu einer unerwünschten Formänderung
führt.
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Mit
den genannten Profilrollen wird keine Auswalzaktion in der Biegezone
vorgenommen, d. h. das Profil wird lediglich um das Kernwerkzeug
herum gebogen, ohne dass es zu wesentlichen Veränderungen des Profilquerschnittes
kommt. Die Profilrollen haben deshalb nur Führungs- und Stützaufgaben.
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Mit
dem Gegenstand der
EP 0 296 317 ist
ein weiteres Verfahren und eine Vorrichtung zum Biegen eines Profils
bekannt geworden, wobei ein sich in Längsrichtung erstreckendes Profil
mit Hilfe von Walz- und Stützrollen
gebogen wird. Die Biegung erfolgt durch reines Auswalzen des Profils
in der Biegezone, wobei entsprechende Walzrollen verwendet werden.
Diese Druckschrift offenbart, dass in der Biegezone eine Querschnittsveränderung
(Querschnittsverdünnung)
im Außenbereich
des Bogens des zu biegenden Profils notwendig ist, um die erforderliche
Biegung zu erreichen. Es handelt sich um ein sogenanntes Freiformbiegen
eines Profils. Nachteil dieser Anordnung ist der relativ große Maschinenaufwand,
denn die Walzkräfte
der erforderlichen Walzrollen müssen
sehr hoch gewählt
werden, wodurch die gesamte Maschinenauslegung sehr aufwändig und
teuer wird.
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Im
Ergebnis lehrt diese Druckschrift, dass bei einem dünnwandigen
Hut-Profil eine bestimmte Auswalzung des Basisschenkels vorgenommen
werden muss, um die Krümmung
des Hutprofils in der horizontalen Ebene zu erreichen.
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Mit
dem beschriebenen Verfahren und der Vorrichtung ist deshalb beispielweise
nicht das Biegen von geschlossenen Profilen möglich.
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Es
ist bekannt, Hohlprofile durch einen Walzbiegevorgang umzuformen,
wobei das Prinzip darauf beruht, dass in der Biegezone eine kleinere
Walzrolle das zu biegende Profil gegen eine größere Mittelrolle presst. Durch
diese dadurch entstehende differenzierte Flächenpressung wird eine Biegung
eingeleitet. Es handelt sich hierbei um die Kategorie der Freiform-Biegemaschinen.
Nachteil dieses Walzbiegens ist ebenfalls die Tatsache, dass außerordentlich
hohe Walzkräfte
aufgebracht werden müssen,
welche die Maschinenauslegung sehr stark verteuern.
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Im
Prinzip wird durch die Einleitung eines Kaltfließprozesses in der Umformzone
eine Volumenverschiebung des zu biegenden Profils durchgeführt, um
dieses in einer bestimmten Richtung zu biegen.
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Es
ist übrigens
schwierig, die Rückfederungseigenschaften
eines dergestalt umgeformten Profils in den Griff zu bekommen. Durch
das Walzen wird eine bestimmte Stressspannung in das Profil eingebracht,
induziert durch die großen
Walzkräfte.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass
bei wesentlich kleinerer Maschinenauslegung und bei wesentlich kostengünstigeren Umformwerkzeugen
und geringeren Antriebsleistungen eine noch bessere Umformung mit
verringerter Rückfederung
des Materials gegeben ist.
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Zur
Lösung
der gestellten Aufgabe ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet,
dass zusätzlich
in der Biegezone einer beliebigen Biegemaschine mit beliebigen Biegewerkzeugen
ein Schmiede-Vorgang stattfindet.
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Eine
Vorrichtung zur Ausführung
des Verfahrens sieht vor, dass zusätzlich in der Biegezone einer
herkömmlichen
Biegemaschine Schmiede-Umformwerkzeuge angeordnet sind.
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Nachfolgend
werden diese Schmiede-Umformwerkzeuge auch als Frequenzwerkzeuge
bezeichnet.
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Dementsprechend
wird das erfindungsgemäße Verfahren
als Frequenz-Schmiede-Umformbiegeverfahren (FS-Verfahren) bezeichnet,
das erfindungsgemäß für sämtliche
2D- und 3D-Biegeumformungen angewendet wird.
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Es
handelt sich um eine neuartige Formgebungstechnik, die für alle gängigen Profilbiegeverfahren zum
Einsatz kommt. Das erfindungsgemäße Verfahren
unterstützt
und verbessert das Biegen von Profilen ganz entscheidend. Die dadurch
bedingte schlanke Bauform der Frequenzumformungswerkzeuge ermöglicht eine
Integration in viele vorhandene und dem Verfahren nach unterschiedliche
Biegemaschinen für
diese Umformung von Profilen. Als Beispiele für die Anwendung der erfindungsgemäßen Frequenzumformwerkzeuge seien
folgende Einsatzgebiete der Erfindung genannt:
- 1.
Drei-Rollen-Freiformbiege-Maschinen,
- 2. Planscheiben-Biegemaschinen,
- 3. Rohrdorn-Biegemaschinen und
- 4. Koordinaten-Kernwerkzeug-Biegemaschinen.
- 5. Wickel-Biegemaschinen
- 6. Streckbiegemaschinen
- 7. Wechselbiegemaschinen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird sowohl bei 2D- und/oder 3D-Biegemaschinen
aller oben genannten Arten eingesetzt.
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Die
Erfindung beschreibt ein neues Projekt für eine neue Biegetechnologie,
das nachfolgend auch als Frequenz-Schmiede-Umformbiegen für Profile
und Rohre bezeichnet wird. Kurzgefasst wird dies später auch als
FS-Umformbiegen bezeichnet.
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Das
FS-Verfahren lässt
sich in jede bekannte Profilbiegemaschine integrieren, mit der Maßgabe einer maschinenbautechnischen
Neuorientierung (für
Profile und Rohre).
- 1. FS-Unibiegen (2–3d)
- 2. FS-Kontur-Planscheibenbiegen (2d)
- 3. FS-Freiformbiegen (2–3d)
Hauptrichtungen X-Y-Z Kardanbiegekopf + 4 FS-Einheiten
- 4. FS-Freiformbiegen (2–3d)
Hauptrichtung Y Kardanbiegekopf + Mittelrolle + 1–3 FS-Einheiten
- 5. FS-Kontur Wickelbiegen (2–3d) Hauptrichtung Y
- 6. FS-Streckbiegen
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Mit
diesen 6 Maschinentypen kann die gesamte Bandbreite aller Profilbiegeaufgaben
abgedeckt werden und zwar sowohl in Klein- und/oder Großserien.
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Der
markante Unterschied zu bekannter und konventioneller Biegetechnik
wird wie folgt dargestellt:
Die FS-Technik, genau in der Biegeachse
positioniert, erzeugt über
Spezialwerkzeuge mit Einbringung von Frequenz und Druck eine plastifizierte
Zone im umzuformenden Material. In diesem knetförmigen Zustand lässt sich
das zu biegende Material sauber und exakt ohne Rückfederung in jede beliebige
Lage bringen, das wird als „Umformbiegen" definiert. So können besonders
hochfeste Materialien mit der FS-Technologie gebogen werden. Da
direkt in der Biegezone durch das FS- ein zusätzlicher Umformvorgang stattfindet,
spricht man daher von dem FS-Umformbiegen.
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Vorteile:
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- – optimale
Gefügestruktur
während
und nach dem Umformprozess
- – hohe
Profilquerschnittstreue
- – sehr
gute Konturgenauigkeit (keine Rückfederung)
- – hoher
Umformgrad
- – optimale
Prozessgeschwindigkeit
- – Miniaturisierung
von Maschine und Werkzeug
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
lassen sich auch neue hochleistungsfähige Profil-Biegemaschinen
bauen, die den gestiegenen Anforderungen, z. B. in der Automobilindustrie
Rechnung tragen.
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Es
wurde vorstehend schon angegeben, dass die Schmiedewerkzeuge auch
als Frequenzwerkzeuge bezeichnet werden.
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Es
handelt sich demnach um eine Hoch- oder Niederfrequenz-Umformung,
die mit Hilfe von Frequenzwerkzeugen in der Biegezone aufgebracht
werden.
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Hierbei
werden die Querschnittsflächen
eines Profilquerschnittes im Eingriff mit den Frequenzwerkzeugen
genau so verändert,
wie sie sich beim ganz normalen Biegen einstellen würden. Das
heißt,
dass am Außenbogen
eine auf den Radius bezogene Ausdünnung, an den Seitenwänden eine
korrespondierende, konische Ausdünnung
und an der Innenwand (Innenbogen) ein neutrales Verhalten gegeben
ist.
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Bei
rechnerisch exakter Einstellung der Druck-Frequenzwerkzeuge kommt
das zu biegende Profil weitestgehend spannungsfrei aus dem Biegeumformprozess
heraus und zwar mit einer nahezu unveränderten Querschnittstreue des
Profils.
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Die
Wirkungsweise des neuartigen Umformprozesses ist gekennzeichnet
durch zwei Größen:
- 1. Frequenzbereich und Druckbereich der Frequenzwerkzeuge
- 2. Werkzeuggestaltung der Frequenzwerkzeuge
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Die
Auflageflächen
der Frequenzwerkzeuge sind in ihrer Größe und Formgebung genau auf
das zu biegende Profil ausgelegt. Hierbei spielen die Größe, die
Querschnittsform und das Material eines zu biegenden Profils eine
entscheidende Rolle.
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Die
Frequenzwerkzeuge dringen in das Wandungsmaterial des Profils ein
und bringen das Material in einen knetförmigen Zustand.
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Es
wird erfindungsgemäß in der
Biegezone der normalen Biegung einer beliebigen Biegemaschine ein Schmiedefenster
integriert, welches aus den in mehreren Richtungen zueinander angeordneten
Frequenzwerkzeugen gebildet ist.
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Durch
dieses neuartige Schmiedefenster wird das zu biegende Profil gezogen,
geschoben oder schub-gezogen.
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Durch
die Anordnung eines Schmiedefensters in der Umform-Biegezone werden
die Frequenzwerkzeuge als Aktuatoren eingesetzt, die auf das umzuformende
Gefüge
im Bereich der Profilwandungen einwirken und im Sinne einer Kaltschmiedeumformung
umformen.
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Selbstverständlich bezieht
sich die vorliegende Erfindung nicht nur auf einen Kaltschmiedevorgang, sondern
ebenso auf Warmschmiedevorgänge.
Es liegt im Bereich der vorliegenden Erfindung, in der Biegezone
entsprechende Wärmequellen
anzubringen, um den erfindungsgemäßen Schmiedewerkzeugen eine
höhere
Arbeitstemperatur zu geben.
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Die
Anordnung eines Schmiedefensters allein mit den dort angeordneten
Frequenzwerkzeugen würde noch
keine wirksame Biegeumformung ergeben. Es ist deshalb notwendig,
dass eine in Längsrichtung
des umzuformenden Profils aufgebrachte Schub-, Zug- oder kombinierte
Schub-Zug-Bewegung stattfindet, um eine Plastifizierung des umzuformenden
Gefüges
in Längsrichtung
durch die Einwirkung der Frequenzwerkzeuge zu erreichen.
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Durch
den Biegeablauf einer Biegemaschine schmiegt sich das Profilmaterial
an die vorgegebene Biegekontur eines Biegewerkzeuges an bzw. lässt sich
in einen gewünschten
Biegeradius oder Biegekurve hineinführen. Das Profilmaterial wird
so in jede beliebige Form hineingeschmiedet oder hineingeknetet.
Es ist damit auch möglich,
hochfeste Stähle
im Bereich der Umform-Biegezone zu schmieden und damit zu kneten.
Damit werden in der Umform-Biegezone zwei unterschiedliche, kinematische
Vorgänge
impliziert. Im gleichen Zeitraum des Schmiedevorganges wird der
damit erzielte, knetförmige
Zustand des Materialgefüges
dem Biegeprozess zugeführt.
Im Augenblick des Schmiedevorganges wird somit auch gebogen.
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Die
Fensterbildung durch das Schmiedefenster kann durch ein, zwei oder
vier oder sogar mehr als vier Frequenzwerkzeuge vorgenommen werden,
der letzte Fall dann, wenn das 3D-Freiformbiegen zur Anwendung kommt.
Wird das Profil lediglich durch das Schmiedefenster hindurchgezogen,
entfällt
ein Führungskanal,
der stromaufwärts
der Umformzone angeordnet werden müsste, um ein Einknicken oder
Einbeulen des Profils zu vermeiden.
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Wird
hingegen das umzuformende Profil durch einen Schubschlitten von
hinten durch das Schmiedefenster hindurchgeschoben, muss ein Profilführungskanal
verwendet werden.
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Diese
Ausführung
mit einem Profilführungskanal
wird in der Regel beim 2D- oder 3D-Freiformbiegen eingesetzt.
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Im
Wesentlichen ist das erfindungsgemäße Schmieden in der Biegezone
eine Zusatzumformung, die das herkömmliche Biegen von beliebigen
Biegemaschinen unterstützt.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass durch das zusätzliche
Frequenz-Schmieden
eine Plastifizierung des Materials in der Biegezone stattfindet,
und so bei den normalen Biegeverfahren gegebene Gefügespannungen
nicht entstehen lässt.
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Durch
die Einbringung von Streck- und Stauchzonen in einem herkömmlichen
Profil, welches in einem normalen Biegeprozess umgeformt wird, entstehen
von Haus aus schon Reck- und Stauchspannungen im Profilgefüge, die
zur Deformation führen.
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Hier
setzt die Erfindung ein, die solche Gefügespannungen von vornherein
verhindert, weil erfindungsgemäß in der
Biegezone gleichzeitig eine Schmiede-Umformzone angeordnet ist.
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Die
Frequenz und der Druck der Frequenzwerkzeuge kann in weiten Grenzen
verändert
werden. Die Erfindung sieht im einfachsten Fall vor, dass die Frequenz
0 gewählt
wird, denn dann handelt es sich um einen reinen Druck-, Schiebe-
oder Zugvorgang, der in manchen Anwendungsfällen ausreicht, den besagten
Knetvorgang durchzuführen.
In der Regel werden jedoch Frequenzen größer als 0 verwendet werden,
z. B. im Bereich von 0,1 Hz bis 20 KHz, wodurch ein zusätzlicher
Schmiedevorgang impliziert wird.
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Bei
weichen Materialien, wie z. B. Aluminium und anderen Nichteisenmetallen
wird mit niedrigen Frequenzen, beispielsweise von 0,1 Hz bis 5,0
KHz gearbeitet, während
bei höherfesten
Materialien (z. B. Eisenmaterialien und hochfesten Stählen) ein
Frequenzbereich von 500 Hz bis 20 KHz gearbeitet wird.
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Als
Schmiedewerkzeuge werden die sogenannten Frequenzwerkzeuge verwendet.
Die Aktuatoren, welche auf die Oberfläche des umzuformenden Profils
einwirken, heißen
Formstäbe.
Es handelt sich hierbei um kleindimensionierte stabartige Gebilde
mit einem Durchmesser von beispielsweise 1 mm bis 10 mm.
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Es
handelt sich demnach um kleinvolumige, stabartige Gebilde, die sich
mit ihrem Außenumfang
an der Oberfläche
des umzuformenden Profils anlegen. Vorteil der Verwendung von Formstäben ist,
dass hiermit kleindimensionierte Auflagenflächen gebildet werden, welche
im Umkehrschluss hohe Flächenpressungen
an der Oberfläche
der Materialien erzeugen. Dadurch sind nur geringe Schmiedekräfte erforderlich,
um eine entsprechende Umformung zu erreichen.
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Hier
liegt der wesentliche Vorteil gegenüber dem Stand der Technik bezogen
auf das bekannte Walzbiegeverfahren, weil bei den relativ groß dimensionierten
Walzbiegerollen, z. B. bis zu 100fach größere Anpresskräfte erzeugt
werden müssen,
im Vergleich zu den Anpresskräften
bei den erfindungsgemäßen Formstäben.
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Bei
Walzbiegemaschinen müssen
Anpresskräfte
von etwa 100 bis 1000 kN an den Walzrollen erzeugt werden, während bei
der vorliegenden Erfindung es ausreicht, den Frequenzwerkzeugen
einen Anpressdruck von bevorzugt größer als oder gleich 1 kN zuzuordnen.
Die Obergrenze liegt hierbei bei etwa 100 kN. Hieraus ergibt sich
der wesentliche Vorteil, einer kostengünstigen Maschinenauslegung.
Die Maschinenteile können kleiner
dimensioniert werden, und die Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Biegemaschine
sind dementsprechend stark reduziert.
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Selbstverständlich sieht
die Erfindung nicht nur die Wahl von Anpresskräften im Bereich von 1 kN vor, sondern
es gibt hierbei einen Wahlbereich von 0,5 kN bis 100 kN.
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Erst
die Miniaturisierung dieser Frequenzdruckwerkzeuge macht es überhaupt
möglich,
dass man mit hohen Frequenzen arbeiten kann, weil relativ geringe
Schwungmassen gegeben sind.
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Mit
diesem Verfahren wird nun eine wesentlich bessere Durchdringung
des umzuformenden Gefüges des
Profils erreicht, als vergleichsweise beim Walzbiegen allein.
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Der
Kern der Erfindung liegt demgemäß darin,
dass man einem herkömmlichen
Umformbiegevorgang, der in beliebiger Weise ablaufen kann und der
in 2D- oder 3D-Formgebung abläuft,
einen zusätzlichen
Frequenz-Schmiedevorgang impliziert, der genau in der Biegezone
stattfindet.
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Ein
besonderer Vorteil der Erfindung ist in dem modularen Aufbau der
Maschinenelemente zu sehen. Generell spricht man von einer Längs-X-Maschine,
die aus den Frequenzschmiedeeinheiten und den in Längsrichtung
sich erstreckenden Führungskanal
mit der dort angeordneten Dornstange besteht. Ferner besteht diese
Längs-X-Maschine
aus einem Schubschlitten, der das zu biegende Profil an der Rückseite
einspannt und der auch gegebenenfalls einen drehbaren Spannkopf
aufweist, um das zu biegende Profil gegebenenfalls auch einem Wechselbiegevorgang
zu unterwerfen oder beim Rohrdornbiegen eingesetzt wird.
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Zusätzlich gehört zur Längs-X-Maschine
auch noch die Dornstangenstation, welche das hintere Ende der Dornstange
aufnimmt und die gegebenenfalls frei drehbar ausgebildet ist, um
der Dornstange eine entsprechende, gewünschte Drehung zuzuordnen,
die der Dornschaft in der Umformzone erfährt.
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Es
muss nicht erwähnt
werden, dass der gesamte Führungskanal
der Längs-X-Maschine auf einer Maschinenbrücke ruht
und dort befestigt ist. Auf diesem Schienenbett ist auch der Schubschlitten
verschiebbar und gegebenenfalls verdrehbar angeordnet.
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Ein
weiteres Maschinenelement, das zu dem modularen Aufbau der Erfindung
gehört,
ist die sogenannte Quer-Y-Maschine. Hierbei handelt es sich um einen
Maschinenkörper,
der eine Mittelrolle und eine im Abstand hierzu angeordnete Biegerolle
aufnimmt, der etwa senkrecht zu der Längs-X-Maschine und demnach in
Y-Richtung angeordnet ist. Die Mittelrolle ist verschiebbar in Y-Richtung
im zu biegenden Profil zu- und wegstellbar, und zwar je nach Mittelrollengröße.
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Gleiches
gilt für
die im Abstand und versetzt zur Mittelrolle angeordnete Biegerolle,
die am Profilauslauf angeordnet ist und die ebenfalls in Y-Richtung
dem Profil zustellbar ist, um den Biegeprozess zu bewerkstelligen.
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Wichtig
ist nun, dass die Quer-Y-Maschine unterschiedliche Ausbildungen
haben kann und je nach der Biegeaufgabe unterschiedlich ausgebildet
ist. Statt der Biegerolle kann beispielsweise ein Kardankopf installiert
werden, mit Hilfe dessen man nun eine 3D-Biegung des zu biegenden
Profils ausführt.
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Als
modularer Baustein gehört
das vorher erwähnte
Ziehfenster zu der Längs-X-Maschine und ist
mit dieser auch modular austauschbar.
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Aus
diesem Maschinenkonzept ergibt sich, dass den insgesamt drei modularen
Ausbildungen nun eine große
universelle Einsetzbarkeit zugeordnet ist.
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Entsprechend
der Ausbildung der Längs-X-Maschine
kann man die unterschiedlichsten Biegemaschinen-Typen verwirklichen.
Wird statt der Anordnung einer Mittelrolle und einer Biegerolle
eine Planscheiben-Biegemaschine
gewünscht,
so wird einfach die Mittelrolle an der Quer-Y-Maschine entfernt
und durch eine entsprechende Planscheibe mit einem drehfest daran
angeordneten Spannkopf ersetzt. Es handelt sich damit um eine Planscheiben-Biegemaschine, bei
der die Biegerolle entfällt
und bei der ferner die Längs-X-Maschine beibehalten
wird.
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Dementsprechend
kann man in Abhängigkeit
von der Auslegung der Quer-Y-Maschine
auch andere Maschinentypen verwirklichen, wobei immer die Längs-X-Maschine beibehalten
wird und die Quer-Y-Maschine den jeweiligen Biegeanforderungen angepasst
wird.
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Demzufolge
kann man auch die Längs-X-Maschine
entsprechend modular gestalten und in dem Aufbau verändern, ohne
die dazugehörende
Quer-Y-Maschine
zu verändern.
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Statt
des vorher genannten Führungskanals,
der auf einem Maschinenbett ruht, kann das gesamte Profil auch zwischen
Profilführungsrollen
angeordnet werden, die drehbar auf einem Maschinenbett angeordnet
sind. Der Profilführungskanal
würde dann
entfallen.
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In
einer weiteren Verwirklichung des Erfindungsgedankens kann es auch
vorgesehen sein, dass die Frequenzschmiedeeinheit nicht nur der
Längs-X-Maschine zugeordnet
ist, sondern dass eine weitere Frequenzschmiedeeinheit in der Quer-Y-Maschine
angeordnet ist und der anderen Längs-X-Frequenzschmiedeeinheit
direkt diametral gegenüberliegt.
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Hierbei
wird es dann bevorzugt, wenn der Quer-Y-Maschineneinheit ein Kardan-Biegekopf zugeordnet ist.
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Mit
Hilfe des Kardankopfes in der Quer-Y-Maschine kann eine 3D-Biegemaschine
verwirklicht werden, weil der Kardankopf frei in allen 3 Raumrichtungen
verschiebbar und verdrehbar ist und so das gebogene Profil in jede
beliebige Raumrichtung umformen kann. Mit dem Kardankopf kann also
demzufolge auch eine um 360° gehende
Verdrehung des Profils vorgenommen werden.
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Bei
einem Kardankopf mit Mittelrolle ist die Hauptbiegerichtung in Y-Richtung,
während
eine Tordierung oder eine Biegung in der Z-Ebene nur mit geringer
Größe stattfindet.
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Selbstverständlich kann
die Maschinenauslegung auch für
eine Wickelbiegemaschine vorgenommen werden. In diesem Fall wird
die Quer-Y-Maschine
mit einem Wickelbiegekopf bestückt,
an dem drehfest ein Spannkopf angeordnet ist, wobei der gesamte
Wickelkern auf einem in Y-Richtung verschiebbaren Tisch angeordnet
ist.
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Ist
dieser Tisch noch in Z-Richtung verfahrbar sowie drehbar und schwenkbar
in X-Richtung ausgebildet, ergibt sich hiermit eine 3D-Wickelbiegemaschine.
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Wichtig
ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel,
dass die Längs-X-Maschine
immer gleich bleibt, d. h. sie besteht aus ihrem in X-Richtung sich
erstreckenden Maschinenbett mit entweder einem Führungskanal oder Führungsrollen,
der Dornstation, dem Einspannkopf mit Profilschlitten und den Frequenzschmiedeeinheiten
mit dem dort angeordneten FS-Fenster.
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Es
reicht dann für
diesen Fall aus, die Längs-X-Maschine
nicht mehr in X-Richtung verfahrbar zu gestalten, sondern fest zu
legen, während
die Wickelform in X-Richtung
verfahrbar ist.
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Der
Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht
nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination
der einzelnen Patentansprüche
untereinander.
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Alle
in den Unterlagen, einschließlich
der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere
die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden
als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in
Kombination gegenüber
dem Stand der Technik neu sind.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg
darstellenden Zeichnungen näher
erläutert.
Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere
erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
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Es
zeigen:
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1:
schematisiert der Anordnung von Frequenzdruckwerkzeugen in der Biegezone
eines zu biegenden Profils
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2:
die Stirnansicht der Anordnung nach 1
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3:
schematisiert eine Draufsicht einer Planscheibenbiegemaschine mit
dem neuartigen FS-Verfahren
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4:
schematisiert in Draufsicht eine Freiform-Biegemaschine mit FS-Verfahren
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5:
vergrößerte Darstellung
des Umform-Biegevorganges der Planscheibenbiegemaschine nach 3
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6:
die Stirnansicht auf die Anordnung nach 5
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7:
Stirnansicht einer 3D-Freiformbiegemaschine mit dem FS-Verfahren
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8:
die Draufsicht auf die Maschine nach 7
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9:
schematisiert die Stirnansicht einer Koordinaten-Kernbiegemaschine
mit dem FS-Verfahren
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10:
die Draufsicht auf die Maschine nach 9
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11:
die Draufsicht auf eine Rohrdorn-Biegemaschine mit dem FS-Verfahren
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12:
Stirnansicht auf die Umformbiegezone der Rohrdorn-Biegemaschine
mit dem FS-Verfahren
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13:
eine gegenüber 12 abgewandelte
Ausführungsform
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14:
schematisiert die Ansicht und Sicht auf eine 3D-Wickelbiege-Maschine mit dem
FS-Verfahren
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15:
vergrößerte Darstellung
der Umformvorgänge
im FS-Fenster der Maschine nach 14
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16:
eine erste Ausführungsform
der Werkzeugausbildung für
die Formstäbe
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17:
eine zweite Ausführungsform
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18:
eine dritte Ausführungsform
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19:
eine vierte Ausführungsform
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20 und 21:
eine fünfte
Ausführungsform
der Formstäbe
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22 bis 36:
eine Übersicht über die
Ausbildung und Anordnung unterschiedlicher Formstäbe und Werkzeugschäfte beim
Einsatz der Frequenz-Schmiedewerkzeuge
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37:
eine Wickelbiegemaschine mit Anwendung der in den 22 bis 36 erläuterten
Frequenz-Schmiedewerkzeuge
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Anhand
der 1 und 2 wird allgemein das Funktionsprinzip
des vorliegenden Verfahrens geschildert.
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Es
ist gezeigt, dass ein in Längsrichtung
sich erstreckendes Profil 1, welches offen, halboffen oder
geschlossen sein kann, in einer beliebigen Biegemaschine umgeformt
wird, wobei beliebige Biegewerkzeuge 3 verwendet werden,
die in der Zeichnung lediglich als gestrichelter Kasten angedeutet
sind.
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Hieraus
ergibt sich das universelle Einsatzprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens,
denn damit wird deutlich, dass das Ausbilden einer zusätzlichen
Schmiede-Umformzone 35 in der Biegezone 34 zu
einem nicht vorhersehbaren Kombinationseffekt bei der Ausbildung
des umgeformten Gefüges
kommt.
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Erfindungsgemäß wird zusätzlich ein
Schmiedefenster 55 in der Biegezone 34 angeordnet,
wobei dieses Schmiedefenster 55 durch eine Anzahl von Frequenzschmiedewerkzeugen 9 gebildet
ist, die in verschiedenen Winkellagen zueinander angeordnet sein
können.
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Es
wurde bereits schon eingangs darauf hingewiesen, dass die Anzahl
der verwendeten Frequenzschmiedewerkzeuge und deren Winkellage von
der Art und Formgebung des Profils abhängen.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
wird jedenfalls das Profil 1 in der Biegezone 2 umgeformt,
wobei beliebige Biegewerkzeuge 3 verwendet werden.
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Bei
der Verwendung eines Hohlprofils wird hierbei ein Dornschaft 5,
der an einer Dornstange 6 gehalten ist, in der Biegezone 2 gehalten,
um das Profil von innen her abzustützen. Die Ausführung des
Dornschaftes 5 kann beliebig sein. Es kann sich hierbei
um einen massiven Dornschaft handeln, um einen Gliederdorn, um geschmierte
oder nicht geschmierte Dornschaftprofile und dergleichen mehr.
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Es
ist im übrigen
nicht dargestellt – aber
auf den späteren
Zeichnungen gezeigt –,
dass am hinteren Ende des Profils 1 ein sogenannter Schub-Brems-Schlitten 13 ansetzt,
der das Profil 1 wahlweise schiebt oder bremst oder beide
Vorgänge
zusammen überlagert
durchführt.
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Ist
am freien vorderen Ende des Profils 1 ein Einspannkopf
angeordnet, so wird dessen Bewegung mit der Bewegung des Schub-Brems-Schlittens 13 koordiniert.
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Mit
dem gezeigten Verfahren nach 1 kann somit
jede beliebige 3D-Biegung oder auch – wenn gewünscht – eine 2D-Biegung des Profils 1 erreicht
werden. Es kann somit in den Pfeilrichtungen 7 verdreht
(tordiert) werden oder auch in den Pfeilrichtungen 8 beliebig
nach oben oder unten in Raumachsen Y–Z gebogen werden.
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Es
kann selbstverständlich
auch ein sogenanntes Wechselbiegen stattfinden.
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Die 2 zeigt
lediglich in schematisierter Form die Anordnung der Frequenzwerkzeuge 9,
die das Schmiedefenster 55 bilden.
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Um
die Winkel von 90 Grad jeweils versetzt zueinander angeordneten
Frequenzwerkzeuge zu unterscheiden, ist angegeben, dass die Frequenzwerkzeuge
in Y-Achse mit 9b und 9d bezeichnet sind.
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In
der Z-Achse sind die Frequenzwerkzeuge mit 9a und 9c bezeichnet.
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Die 2 macht
deutlich, dass insgesamt vier im Winkel von jeweils 90 Grad angeordnete
Frequenzwerkzeuge 9a–9d in
gleicher Ebene am Umfang des Profils 1 in der Biegezone 34 angeordnet
sind und so das Schmiedefenster 55 ergeben.
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Die 2 zeigt
gleichzeitig, dass das gestrichelt gezeigte Frequenzwerkzeug 9d auch
entfallen kann und stattdessen ein Gegenwerkzeug 10 vorhanden
ist, welches die Gegenkraft für
das gegenüberliegende Frequenzwerkzeug 9b ausbildet.
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Selbstverständlich ist
es auch möglich,
dem Gegenwerkzeug 10 eine zusätzliche Frequenz zu überlagern.
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Falls
eine Freiform-Biegemaschine gewählt
wird, ist das Gegenwerkzeug 10 eine Rolle (Mittelrolle) und
beim Wickelbiegen wäre
das Gegenwerkzeug 10 eine Biegeschablone, wie sie später anhand
eines Kernwerkzeuges 15 dargestellt wird. Das Kernwerkzeug 15 bildet
die gewünschte
Biegekontur ab.
-
Anhand
der 3 wird nun eine sogenannte Planscheiben-Biegemaschine
dargestellt, die im Prinzip eine Wickelbiegemaschine darstellt.
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Das
zu biegende Profil 1 wird in einem Führungskanal 11 in
Längsrichtung
geführt,
um ein Ausknicken oder Ausbeulen des Profils beim Einwirken einer
Schubkraft von Seiten eines hinten angeordneten Schub-Brems-Schlittens 13 zu
vermeiden.
-
Alternativ
kann der Führungskanal 11 jedoch
auch entfallen und stattdessen ein oder mehrere Stützrollen
am Umfang des zu biegenden Profils 1 an der Einlaufseite
des Profils in die Biegezone 34 angeordnet werden.
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Ein
Wegfall des Führungskanals 11 kommt
insbesondere dann in Betracht, wenn der Einspannkopf 16,
der fest mit dem Kernwerkzeug 15 verbunden ist, eine reine
Zugkraft ausübt
und hierbei das Kernwerkzeug 15 in Pfeilrichtung 19 drehend
angetrieben ist.
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Das
zu biegende Profil 1 wird somit in Pfeilrichtung 18 in
Längsrichtung
durch das Schmiedefenster 55 hindurchgezogen, wobei das
Schmiedefenster – wie
vorhin ausgeführt – durch
die Frequenzwerkzeuge 9a–9c gebildet ist.
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In
Seitenansicht ist lediglich das Frequenzwerkzeug 9b erkennbar
und durch die Kreise unterschiedlichen Radius in 3 sind
noch die im Winkel hierzu angeordneten weiteren Frequenzwerkzeug 9a und 9c angedeutet.
Diese liegen in der Z-Ebene.
-
Jedes
Frequenzwerkzeug 9 besteht aus einer Druckeinrichtung 20,
die entweder als Hydraulikzylinder, als AC-Getriebemotor, als Pneumatikzylinder
oder als Linear-Elektromotor ausgebildet sein kann. Es kann auch
eine Frequenzerzeugung durch Laserlicht mit und ohne Pulsation ausgeübt werden.
Im Ausführungsbeispiel
wird der Einfachheit halber jedoch davon ausgegangen, dass es sich
bei der Druckeinrichtung 20 um einen Hydraulikzylinder
handelt, dessen Kolbenstange 21 in einem Zylinder 22 längs verschiebbar
geführt
ist und mit der Frequenz 30 vibriert.
-
Die
Frequenz wird hierbei von einem Druckfrequenzkolben 23 aufgebracht,
der durch die vorher genannte Kolbenstange 21 in Y-Richtung
verschoben wird.
-
Hierdurch
wird der Werkzeugaufnahme 24 eine Schlagfrequenz 30 in
Y-Richtung zugeordnet, die auf den Werkzeugschaft 25 übertragen
wird, der in der Werkzeugaufnahme 24 sitzt.
-
Am
vorderen Ende des Werkzeugschaftes 25 sind hierbei ein
oder mehrere Formstäbe 26 angeordnet.
-
Der
genannte Aufbau eines Frequenzwerkzeuges 9 gilt deshalb
für alle
anderen Frequenzwerkzeuge, die auch nachfolgend noch beschrieben
werden. Es wird deshalb nicht mehr eigens auf den Aufbau dieser
anderen Frequenzwerkzeuge eingegangen.
-
Es
wird noch erwähnt,
dass der Schub-Brems-Schlitten 13 sowohl in Pfeilrichtung 14 als
auch in Gegenrichtung eine entsprechende Schiebe- oder Bremskraft
auf das Profil 1 ausüben
kann und diese Schub- oder Bremskraft mit der Drehantriebskraft
in Pfeilrichtung 19 korrespondiert. Ebenso wirkt der Einspannkopf 16 mit
einer bestimmten Spannkraft 17 auf das zu biegende Profil,
wobei diese Spannkraft 17 veränderbar ist.
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Somit
ist das Drehmoment in Pfeilrichtung 19 für den Antrieb
des Kernwerkzeuges 15 mit der Geschwindigkeit des Schub-Brems-Schlittens
synchronisiert.
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Die 4 zeigt
eine Abwandlung gegenüber
der 3, so dass nicht mehr alle gleichen Teile beschrieben
sind.
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Die
Abwandlung besteht darin, dass der Einspannkopf 16 nach 4 entfällt und
ein sogenanntes Freiformbiegen stattfindet. Das heißt, das
zu biegende Profil wird lediglich über den Schub-Brems-Schlitten 13 in
Pfeilrichtung 14 durch die Biegezone 34 und das
Schmiedefenster 55 geschoben, wobei eine Biegerolle 27 den
Biegeprozess unterstützt,
indem diese in den Pfeilrichtungen 28 gegen das zu biegende
Profil 1 zustellbar ist.
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Es
handelt sich demgemäß nicht
mehr um ein Kernwerkzeug 15, sondern dieses ist nun als
Mittelrolle 29 ausgebildet, an deren Außenumfang herumgebogen wird,
wobei der Biegeradius für
das zu biegende Profil 1 in weiten Grenzen einstellbar
ist. Aus diesem Grunde wird dieses Verfahren auch als Freiformbiegen
bezeichnet, weil jede beliebige Biegekontur erzielt werden kann.
Der Mindestradius der Biegekontur wird durch den Durchmesser der
Mittelrolle 29 bestimmt.
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Auch
hier ist dargestellt, dass der Führungskanal 11 entfallen
kann und stattdessen ein oder mehrere Stützrollen 12 vorgesehen
werden können,
die sich einlaufseitig am Außenumfang
des zu biegenden Profils anlegen.
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Aus
dem Vergleich der 3 mit der 4 ergibt
sich im übrigen
eine sehr einfache Maschinenkonstellation, für die gesonderter Schutz im
Rahmen der vorliegenden Erfindung beansprucht wird. Die Einfachheit liegt
darin, dass man eine Planscheibenbiegemaschine nach der 3 einfach
in eine Freiform-Biegemaschine
umwandeln kann, indem man den kernwerkzeugseitigen Einspannkopf 16 entfernt
und statt dem drehend angetriebenen Kernwerkzeug 15 eine
drehend angetriebene Mittelrolle verwendet, die im Prinzip gleich
ausgebildet ist und hierzu lediglich nur noch eine Biegerolle 27 hinzunimmt,
welche ein freies Biegen eines beliebigen Profils 1 ermöglicht.
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Somit
können
beliebige Profile in beliebigen Radien gebogen werden und die gesamte
Schubkraft wird durch einen Schub-Brems-Schlitten 13 aufgebracht,
der einlaufseitig angeordnet ist.
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Das
Wesen dieser Erfindung demnach auch in der Umwandlungsmöglichkeit
einer Planscheiben-Biegemaschine in eine Freiform-Biegemaschine,
wie dies oben stehend erläutert
wurde.
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In
der 5 wird das Biegeprinzip der Planscheiben-Biegemaschine
nach 3 näher
in Verbindung mit der 6 erläutert.
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Hierbei
ist erkennbar, dass in der Biegezone 34 stets das vordere
Ende des Dornschaftes 5 gehalten wird und dass das Kernwerkzeug 15 in
der Drehachse 31 drehbar gelagert ist und um diese herumdreht.
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Die
Frequenzwerkzeuge 9a, 9b, 9c wirken in
um 90 Grad versetzten Richtungen auf drei Seiten des umzuformenden
Profils 1, welches um den Außenumfang des Kernwerkzeuges 15 dadurch
gebogen wird, dass sein vorderes freies Ende in dem Einspannkopf 16 eingespannt
ist.
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Es
wird noch zusätzlich
anhand der 6 erläutert, dass wegen der Kurvenbiegung
des Profils 1 eine bestimmte Schmiedekontur 32a, 32b und 32c erforderlich
ist.
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Hierbei
ist erkennbar, dass an der Bogenaußenseite die Schmiedekontur 32b genau
planparallel zur Profilebene ist, während in den beiden um 90 Grad
versetzten Richtungen die Schmiedekonturen 32a und 32c konisch
ansteigen, und eine gleiche Eindringtiefe im Außenbogenbereich aufweisen,
wie sie bei der linearen Schmiedekontur 32b vorhanden ist
und auf 0 zur Innenbogenseite auslaufen.
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Die
Schmiedekontur (Eindringtiefe) 32a und 32c endet
demnach auf der Bogeninnenseite auf 0. Dort ist also keine Eindringtiefe
mehr gegeben.
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Gleichzeitig
ergibt sich aus der Darstellung, dass in der Biegeumformzone 34 die
neutrale Achse 47 in Richtung der Y-Achse auf die Achse 47' verschoben
wird, die nun in der linken Wandung des umgebogenen Profils liegt.
Dies ist die Konsequenz der konischen Ausschmiedung in der Schmiedekontur 32a und 32c und der
planparallelen Ausschmiedung im Bereich der Schmiedekontur 32b.
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Die
konischen Schmiedekonturen 32a und 32c werden
dadurch erreicht, dass die zugeordneten Frequenzwerkzeuge 9a und 9c in
den Schwenkrichtungen 33a und 33c verschwenkbar
sind, wobei der Schwenkmittelpunkt an der Außenseite des jeweiligen Profils 1 liegt.
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Der
Schwenkpunkt ist genauer gesagt in der Achsmitte der Schmiedekontur 32a und 32c und
liegt genau auf der Außenfläche des
Profils.
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Hier
ist wichtig, dass der Dornschaft 5 alle auf die Innenseite
einwirkenden Kräfte
aufnimmt. Im Sinne einer Aktion und Reaktion werden die beispielsweise
vom Formfrequenzwerkzeug 9b mit der Frequenz 30 eingetragenen
Schmiedekräfte über den
Werkzeugschaft 25a, 25b auf einen vorderen Formstab 26b übertragen, der
somit unmittelbar mit relativ geringer Oberfläche auf der Oberfläche des
zu biegenden Profils 1 in der Biegezone 34 aufliegt
und somit das Schmiedefenster 55 bildet.
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Weil
nur relativ kurze Formstäbe 26a–26c am
Außenumfang
des Profils anliegen und diese selbst nur einen relativ geringen
Durchmesser haben, werden sehr hohe Flächenpressungen auf kleinstem
Raum in der Biegezone 34 erzeugt. Damit ergibt sich eine
durchgreifende Schmiedewirkung, denn die mit der Frequenz 30 vom
Frequenzwerkzeug 9b erzeugten Schmiedewirkungen werden über den
dort angeordneten Formstab 26b auf die Außenfläche des
Profils 1 eingetragen, über
den Profilquerschnitt übertragen
und von der gegenüberliegenden
Oberfläche
des Kernwerkzeuges 15 aufgenommen.
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Es
liegt selbstverständlich
im Bereich der Erfindung, dass auch das Kernwerkzeug 15 als
Schmiedewerkzeug ausgebildet werden kann und ebenfalls mit einer
bestimmten Frequenz 30 schwingt.
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Beim
Schmieden gewinnt die Bearbeitungsfläche eine Veränderung.
Diese Bearbeitungsfläche
zieht sich im Sinne der Profilumformung in die Länge des Profils und unterstützt somit
den Umformbiegevorgang. Damit ist klar, dass neben dem herkömmlichen
Biegen mit den beliebigen eingangs erwähnten Biegemaschinen noch eine
zusätzliche
Umformarbeit durch die erfindungsgemäß eingesetzten Schmiedewerkzeuge
erreicht wird. Damit können
die Hebelkräfte
der üblicherweise
eingesetzten Biegemaschinen wesentlich verringert werden, weil ja
der Biegevorgang durch die erfindungsgemäß eingesetzten Frequenz-Schmiedewerkzeuge
wesentlich unterstützt
und erleichtert wird.
-
Damit
ermöglicht
der Schmiedevorgang eine Miniaturisierung der üblichen Antriebsaggregate in üblichen
Biegemaschinen. Gleichzeitig können
somit auch die Biegewerkzeuge selbst miniaturisiert werden, denn die
Lagerauslegung und die Abmessungen können im gesamten Maschinenaufbau
hierdurch wesentlich miniaturisiert werden.
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Die 7 und 8 zeigen
die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
auf eine 3D-Freiform-Biegemaschine, wobei die gleichen Teile mit
den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Sofern gleiche Teile wie
in den vorhergehenden Zeichnungen verwendet wurden, wird dies nicht
mehr gesondert beschrieben.
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Es
ist klar, dass statt des Kernwerkzeuges 15 mit einem Einspannkopf 16 nunmehr
ein weiteres Frequenzwerkzeug 9d vorgesehen ist, welches
mit einem zugeordneten Formstab 26d auf die eine Seite
des umzuformenden Profils 1 einwirkt.
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Insgesamt
sind auf einer gleichen Ebene 4 im Winkel von 0 Grad zueinander
angeordnete Frequenzwerkzeuge 9a–9d vorhanden, die
alle in der Biegezone 34 wirken und das Schmiedefenster 55 bilden.
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Die 8 zeigt
die Einzelheiten einer solchen Freiform-Biegemaschine.
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Es
ist erkennbar, dass in der Biegezone 34 durch das erfindungsgemäße Schmiedefenster 55 eine
zusätzliche
Schmiede-Umformzone 35 gebildet wird, welche die durch
die einfache Biegung erzeugte Biegezone 34 wesentlich unterstützt.
-
Die Überlagerung
einer Schmiede-Umformzone 35 über eine herkömmliche
Biegezone 34 wird im Übrigen
für alle
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung als erfindungswesentlich beansprucht.
-
Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
besteht nun die Freiform-Biegung darin, dass am Auslauf, jenseits der
Biegezone 34 und der Schmiede-Umformzone 35, ein
kardanisch aufgehängter
Biegekopf 36 vorgesehen ist, der aus einer Anzahl von planparallel
zueinander angeordneten Biegerollen 37a–d besteht.
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Der
kardanisch aufgehängte
Biegekopf 36 ist planparallel zur Biegezone 34 und
zum Schmiedefenster 55 angeordnet.
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Somit
kann der gesamte Biegekopf 36 Schwenkbewegungen in Schwenkrichtungen 38 ausführen, zusätzliche
Drehungen in den Richtungen 39 und 39a (Tordierung)
und Verschiebungsbewegungen in den Pfeilrichtungen 40 und 41.
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Die
Pfeilrichtungen 40 betreffen die Y-Richtung, während die
Pfeilrichtungen 41 die Z-Richtung betreffen.
-
Somit
kann der kardanisch aufgehängte
Biegekopf 36 alle Bewegungen in dreidimensionaler Ebene ausführen.
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Die 9 und 10 zeigen
eine sogenannte Koordinaten-Kernbiegemaschine, wobei über ein rechteckförmiges Biegewerkzeug 42 ein
zu biegendes Profil 1 in Form eines etwa rechteckförmigen Rahmens herübergezogen
wird.
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Hierbei
ist das Biegewerkzeug 42 auf einem Koordinatentisch 44 in
der Drehachse 43 drehbar gelagert, wobei der Koordinatentisch 44 in
der X- und Y-Achse verschiebbar geführt und angetrieben ist.
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Das
Biegewerkzeug 42 führt – koordiniert
mit den Bewegungen des Koordinatentisches 44 – eine Drehbewegung
in Pfeilrichtung 19 um die Drehachse 43 aus.
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Das
zu biegende Profil ist an seinem einen Ende in dem Einspannkopf 16 aufgenommen
und in der Biegezone 34 sowie der Schmiede-Umformzone 35 ist
in vorher beschriebener Weise der Dornschaft 5 gehalten.
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Auch
in diesem Fall führen
die angeordneten Frequenzwerkzeuge 9a, 9b und 9c eine
entsprechende Schmiedeaktion im Bereich der Schmiede-Umformzone 35 mit
ihren zugeordneten Formstäben 26a–26c aus.
-
Die
noch einlaufseitig angeordnete Führungsbacke 45 hat
die Aufgabe, die durch das Biegen des Profils entstehenden Reaktionskräfte aufzunehmen.
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In
den 11 bis 13 ist
eine Rohrdorn-Biegemaschine dargestellt, bei der ebenfalls das erfindungsgemäße Schmiedeverfahren
eingesetzt wird.
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In 12 ist
erkennbar, dass ein rundprofiliertes Profil 1 in einer
etwa halbrund profilierten Profilaufnahme 46 eines Kernwerkzeuges 15 aufgenommen
wird, welches wiederum in der Drehachse 31 in Pfeilrichtung 19 drehend
angetrieben ist.
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Das
vordere Ende des zu biegenden Profils 1 ist in dem Einspannkopf 16 aufgenommen
und in der Biegezone 34 ist gleichzeitig wiederum eine
Schmiede-Umformzone 35 ausgebildet,
wobei wiederum die genannten Frequenzwerkzeuge 9a–9c auf
das Profil einwirken (siehe 11 und 13).
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In 13 ist
dargestellt, dass die Formstäbe 26a–c der Formgebung
des Profils 1 angepasst sind. Es handelt sich im Prinzip
um etwa halbrundförmige
Formstäbe 26b, 26a und 26c,
die in ihrer Formgebung an den Außenumfang des Profils 1 angepasst
sind. Somit wird über
den gesamten Umfangsbereich des Formstabes 26 auf die Profilkrümmung 1 des
Rundprofils eine entsprechende Schmiedekraft in Pfeilrichtung 30 eingeleitet.
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Auch
hier erfolgt aufgrund der Schmiede- und Umformkräfte und der angewendeten Eindringtiefe
der Frequenzwerkzeuge mit den zugeordneten Formstäben 26 eine
Verschiebung von der neutralen Achse 47 auf die seitlich
gelagerte Achse 47'.
Diese liegt am Innenumfang des Profilbogens, wie in 13 dargestellt.
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Die 11 bis 13 zeigen
eine herkömmliche
Rohrdorn-Biegemaschine, wobei es im übrigen auch bekannt ist, mehrere
Kernwerkzeuge in der Z-Ebene übereinander
liegend und im gegenseitigem Abstand zueinander anzuordnen, um unterschiedliche
Biegeradien für
das zu biegende Profil 1 zu erreichen.
-
Hier
setzt die Erfindung ein, die gesonderten Schutz dafür beansprucht,
dass die Arbeitsebene des Schmiedefensters 55 und somit
die Schmiede-Umformzone 35 in Verbindung mit der damit
enthaltenen Biegezone 34 stets auf der gleichen Ebene,
der Z-Ebene, verbleibt.
-
Dies
wird durch unterschiedliche Bearbeitungsetagen mit unterschiedlichen
Kernwerkzeugen 15 erreicht, wobei die Kernwerkzeuge heb-
und senkbar in der Z-Ebene
angeordnet sind und jeweils ein Kernwerkzeug dem auf einer Ebene
festgehaltenen Schmiedefenster 55 zugeführt wird.
-
Damit
kann eine wesentlich schnellere Umformung stattfinden, denn bei
festgehaltenen Schmiedewerkzeugen wird das Kernwerkzeug in der Z-Ebene
angehoben oder abgesenkt, wodurch ein sehr rascher Biegevorgang
erreicht wird.
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Die 14 zeigt
als weiteres Ausführungsbeispiel
eine mit dem vorliegenden Verfahren anzuwendende Biegemaschine,
eine sogenannte Wickelbiegemaschine.
-
In
diesem Ausführungsbeispiel
sind nur die wesentlichsten Teile bezeichnet. Es ist erkennbar,
dass das Kernwerkzeug 15 eine bahnförmige Profilaufnahme 46 für das zu
biegende Profil 1 aufweist.
-
Das
zu biegende Profil 1 wird über den Profilschlitten 13 in
die Biegezone 34 eingeschoben, wobei diese Schiebebewegung
in Pfeilrichtung 48 bzw. eine Bremsbewegung in Pfeilrichtung 48' mit der Bewegung des
gegenüberliegend
angeordneten und fest mit dem Kernwerkzeug 15 verbundenen
Einspannkopfes 16 koordiniert wird, der lediglich in Pfeilrichtung 53 zieht.
-
Zusätzlich zeigt
die 14, dass das gesamte Profil 1 auch noch
in Drehrichtung 49 tordiert werden kann, indem der Spannkopf 50 des
Schlittens 13 eine entsprechende Torsionsbewegung ausführt.
-
Wie
eingangs ausgeführt,
ist das Kernwerkzeug 15 in Pfeilrichtung 19 drehend
angetrieben. Wichtig ist nun, dass die so verwirklichte Biegemaschine 51 auf
einem Maschinengestell 52 angeordnet ist und das gesamte
Schmiedefenster 55 stehen bleibt, das jedoch um den Winkel
(Beta) 56 schwenkbar ist, um eine Torsion des zu biegenden
Profils zu erreichen.
-
Diese
Neigung um den Torsionswinkel 56 erfolgt synchron zur Drehrichtung 49 am
Spannkopf 50.
-
Zusätzlich ist
vorgesehen, dass bei feststehendem Schmiedefenster 55 das
gesamte Kernwerkzeug 15 in der Hubachse 54 heb-
und senkbar ausgebildet ist, um Biegungen in der Z-Ebene zu ermöglichen.
-
Dabei
wird gleichzeitig der Schwenkwinkel Alpha 63 verschwenkt,
um entsprechende Biegeradien zu ermöglichen.
-
15 zeigt
das Schmiedefenster 55 in vergrößerter Darstellung, wo erkennbar
ist, dass sich an die Innenseite des zu biegenden Profils 1 die
Außenfläche des
Kernwerkzeuges 15 anlegt, während sich an den um 90 Grad
hierzu versetzten Ebenen die einzelnen Frequenzwerkzeuge 9a, 9b und 9c anlegen.
-
Die 16 bis 21 zeigen
jeweils in Reihe angeordnete unterschiedliche Werkzeug-Schäfte, die mit
unterschiedlichen Formstäben
arbeiten. Es ist zeichnerisch stets die Biegezone 34 mit
der Schmiede-Umformzone 35 dargestellt, und es ist erkennbar,
dass beispielsweise in 16 rund profilierte Formstäbe 26' und 26'' in gegenseitigem Abstand voneinander
angeordnet sind.
-
Der
Abstand zwischen den Formstäben 26' und 26'' ergibt sich durch die gewünschte Eindringtiefe
in das Profil, durch den Profilquerschnitt und das Profilmaterial.
-
Ebenso
ist erkennbar, dass das gesamte Frequenzwerkzeug in Pfeilrichtung 33 verschwenkbar
ist, um eine unterschiedliche Eindringtiefe vom vorderen Formstab 26' im Vergleich
zum hinteren Formstab 26'' zu ermöglichen.
-
Die 17 zeigt,
dass auch drei Formstäbe 26', 26'' und 26''' angeordnet
werden können,
die wiederum einen wählbaren
Abstand in der X-Achse aufweisen. Die Anzahl von drei in Längsrichtung
des zu biegenden Profils angeordneten Formstäben wird gewählt, wenn
noch größere Eindringtiefen
in das Profil 1 gewünscht
werden.
-
Die 18 zeigt
wiederum zwei Formstäbe 26' und 26'', die auf unterschiedlichen Höhen angeordnet sind
und sich um eine Treppenstufe 57 in Y-Richtung unterscheiden.
-
Somit
wird durch den vorderen Formstab 26' eine erste Eindringtiefe definiert,
während
durch den erhöht
in Y-Richtung dahinterlaufenden Formstab 26'' eine
um eine Treppenstufe 57 versetzte weitere Eindringtiefe
gegeben ist.
-
Somit
wird sichergestellt, dass nicht zuviel spezifischer Druck durch
einen einzigen Formstab auf das Profil ausgeübt wird. So ist es beispielsweise
vorgesehen, dass der vordere Formstab 26' eine Eindringtiefe von 0,25 mm
ausführt,
während
der dahinterliegende weitere Formstab 26'' eine
weitere Eindringtiefe von 0,25 mm ausführt, so dass insgesamt in der
Summe eine Profilverdünnung
von 0,5 mm stattfindet,
-
Bei
noch größeren Eindringtiefen
werden dann dreistufige Formstäbe 26', 26'', 26''' verwendet,
die in Treppenstufen 57', 57'' und 57''' in Y-Richtung
(in der Höhe)
versetzt zueinander angeordnet sind und in der Summe dann beispielsweise
eine Gesamteindringtiefe von 1,8 mm erbringen.
-
Die 20 und 21 zeigen,
dass bei bestimmten Profilformen auch abgerundete Formstäbe 26' und 26'' im Abstand voneinander in X-Richtung
hintereinanderliegend angeordnet sein können.
-
Wichtig
bei der 21 ist, dass der gesamte Profilquerschnitt
formgebend (formschlüssig)
durch einen Dornschaft 5 ausgefüllt wird, was ebenso bei den
Darstellungen in den 16 bis 19 der
Fall ist.
-
Die 22 bis 36 zeigen
nun verschiedene Ausführungsbeispiele
der Anordnung von Formstäben 26,
wobei stets die Darstellung so gewählt ist, als ob diese Werkzeuge
auf einen einzigen Profilquerschnitt einwirken würden. Das Profil ist also lediglich
beispielhaft in der X-Ebene dargestellt und die einzelnen Figuren zeigen
verschiedene Ausführungsbeispiele.
-
In 22 ist
dargestellt, dass ein einziger Formstab 26 in einer konischen
Aufnahme einer Werkzeugschaftkontur im Frequenzwerkzeug 9 aufgenommen
ist.
-
Der
Buchstabe b symbolisiert die Ursprungswandstärke des umformzubiegenden Profils,
während
der Buchstabe c die neue, reduzierte Wandstärkentiefe darstellt.
-
Die 23 zeigt,
dass ein Frequenzwerkzeug 9 auch geteilt sein kann, und
zwar eine Trennfuge 58 aufweisen kann, um so eine mittlere
Aufnahme für
den Formstab 26 zu bilden.
-
Die 23 zeigt
zwei hintereinanderliegende Formstäbe 26, 26' in einem einteiligen
Frequenzwerkzeug 9, wobei der vordere Formstab 26 eine
Reduzierung um die Wandstärke
c und der dahinter laufende Formstab 26' eine weitere Reduzierung um die
endgültige
Wandstärke
d ausführen
soll.
-
Die 25 zeigt
wiederum ein mehrfach geteiltes Frequenzwerkzeug 9, wo
insgesamt zwei Trennfugen 58 und 59 angeordnet
sind, in denen jeweils ein Formstab 26, 26' aufgenommen
ist.
-
Die 26 zeigt
eine dreiteilige Formstabanordnung mit insgesamt in drei Stufen
angeordneten Formstäben 26, 26', 26'', die alle in einem einteiligen
Werkzeugschaft aufgenommen sind, während in 27 ein mehrteiliger
Werkzeugschaft mit den Trennfugen 58, 59, 60 vorgesehen
ist, wobei im Bereich jeder Trennfuge 58–60 eine
Aufnahme für
den jeweils zugeordneten Formstab 26, 26', 26'' vorgesehen ist.
-
Bei
Verwendung von drei Formstäben
werden die Profiltiefen in einer Ausgangstiefe b bis zu den Stufen
c, d und e erreicht. Die 28 zeigen
sogenannte lineare Formstäbe,
und zwar in der Art, wie ein Formstab 26 in einen Werkzeugschaft
eingespannt werden kann.
-
Die 29 zeigt
hierbei die Einspannung eines gekrümmten Formstabes 26.
-
Die 30 bis 36 zeigen
unterschiedliche Profilformen der vorher genannten Formstäbe. Es versteht
sich von selbst, dass jede in den 30 bis 36 gezeigte
Profilform auf die Formstabanordnungen nach den 22 bis 29 übertragbar
ist.
-
Die 30 zeigt
hierbei einen rundprofilierten Formstab 26 in einem einteiligen
Frequenzwerkzeug 9, während
die 32 den gleichen Formstab 26 in einem
Frequenzwerkzeug 9 mit einer Trennfuge 58 darstellt.
-
Nach
der halbrunden Profilform des Formstabes nach den 30 und 32 können auch
die anderen Profilformen nach der 31 verwendet
werden.
-
Die
Profilform 61a zeigt eine Rundkant-Profilform, während die
Profilform 61b eine Schrägkant- oder Sägezahnprofilform
zeigt und die Profilform 61c einen Flachbogen und die Profilform 61d einen
Halbrundbogen. Die Profilform 61e beschreibt einen Rundbogen.
-
Die 33 bis 36 zeigen
verschiedene Aufnahmen 63 in den Werkzeugschäften der
Frequenzwerkzeuge 9.
-
Hierbei
zeigt die 33 einen mehrfach abgestuften
Formstab, der jedoch als einziges, einstückiges Teil ausgebildet ist
und in einer zugeordneten Aufnahme 62 aufgenommen ist.
-
Die
Aufnahme 62 nach 34 kann
auch mit einer Trennfuge ausgebildet sein, um so eine bessere Klemmung
des Formstabes in der Aufnahme 62 zu erreichen.
-
Die 35 zeigt
den dreistufigen, einstückigen
Formstab 26, der in einer zugeordneten Aufnahme im Frequenzwerkzeug 9 aufgenommen
ist.
-
Diese
Formgebung wird gewählt,
wenn sehr enge Raumverhältnisse
gefordert sind, so dass es nicht mehr möglich ist, die Formstäbe – beispielsweise
gemäß den 23 bis 27 – im gegenseitigen
Abstand zueinander auf Abstand anzuordnen.
-
Die 36 zeigt,
dass die Aufnahme 62 auch als Hammerkopfaufnahme ausgebildet
sein kann, während
die 33 eine schwalbenschwanzkopfförmige Aufnahme zeigt.
-
In 37 ist
das Grundprinzip einer FS-Wickelbiegemaschine dargestellt, die im
Wesentlichen mit den vorher genannten Erläuterungen übereinstimmt. Es ist lediglich
schematisiert dargestellt, dass in der Biegezone 2 jedes
beliebige Biegewerkzeug 3 angeordnet werden kann, wobei
dieses Biegewerkzeug 3 entweder durch eine Biegeschablone
oder durch ein Kernwerkzeug oder durch eine Mittelrolle einer Freiform-FS-Biegemaschine
ersetzt werden kann.
-
Diese
Darstellung zeigt die Universalität des erfindungsgemäßen Verfahrens,
wobei erkennbar ist, dass mehrstufige und auf verschiedenen Ebenen
angeordnete Formstäbe
für die
Frequenzwerkzeuge 9 eingesetzt werden, um zusätzlich zu
der Biegezone 34 eine Schmiede-Umformzone 35 zu
erbringen.
-
- 1
- Profil
- 2
- Biegezone
- 3
- Biegewerkzeuge
- 4
-
- 5
- Dornschaft
- 6
- Dornstange
- 7
- Pfeilrichtungen
- 8
- Pfeilrichtungen
- 9
- Frequenzschmiedewerkzeuge
a, b, c, d
- 10
- Gegenwerkzeug
- 11
- Führungskanal
- 12
- Stützrolle/Führungsrollen
- 13
- Schub-Brems-Schlitten
- 14
- Pfeilrichtung
- 15
- Kernwerkzeug
- 16
- Einspannkopf
- 17
- Spannkraft
- 18
- Pfeilrichtung
- 19
- Pfeilrichtung
- 20
- Druckeinrichtung
- 21
- Kolbenstange
- 22
- Zylinder
- 23
- Druckfrequenz-Kolben
- 24
- Werkzeug-Aufnahme
- 25
- Werkzeug-Schaft
- 26
- Formstab
a, b, c, d
- 27
- Biegerolle
- 28
- Pfeilrichtung
- 29
- Mittelrolle
- 30
- Frequenz
- 31
- Drehachse
- 32
- Schmiedekontur
a, b, c
- 33
- Schwenkrichtung
a, c
- 34
- Umformbiegezone
- 35
- Schmiede-Umformzone
- 36
- Biegekopf
- 37
- Biegerolle
a, b, c, d
- 38
- Schwenkrichtung
- 39
- Drehrichtung 39a Tordierung
- 40
- Pfeilrichtung
(Y-Richtung)
- 41
- Pfeilrichtung
(Z-Richtung)
- 42
- Biegewerkzeug
- 43
- Drehachse
- 44
- Koordinatentisch
- 45
- Führungsbacke
- 46
- Profilaufnahme
- 47
- Neutrale
Achse 47'
- 48
- Pfeilrichtung 48'
- 49
- Drehrichtung
- 50
- Spannkopf
- 51
- Biegemaschine
- 52
- Maschinengestell
- 53
- Pfeilrichtung
- 54
- Hubachse
- 55
- FS-Fenster
- 56
- Torsionswinkel
B
- 57
- Treppenstufe 57', 57'', 57'''
- 58
- Trennfuge
- 59
- Trennfuge
- 60
- Trennfuge
- 61
- Profilform
a, b, c, d, e
- 62
- Aufnahme
- 63
- Schwenkwinkel
alpha (α)
