DE102007011849B4

DE102007011849B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Biegen von flachem Halbzeug zu Profil mit über seine Länge veränderlichem Querschnitt

Info

Publication number: DE102007011849B4
Application number: DE102007011849A
Authority: DE
Inventors: Andreas Bachthaler; Stefan Freitag; Albert Sedlmaier
Original assignee: Data M Software GmbH
Current assignee: Data M Sheet Metal Solutions GmbH
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2027-03-13
Also published as: DE102007011849A1; ES2387519T3; EP2134484A1; EP2134484B1; US20100083722A1; WO2008110561A1; AU2008225811A1; CA2680434A1

Abstract

Vorrichtung zum Biegen von flachem Halbzeug zu Profil mit über seine Länge veränderlichem Querschnitt, mit mindestens einem Walzengerüst, welches Profiliereinrichtungen in Form von Walzen und/oder Matrizen aufweist, zwischen denen das Halbzeug der Länge nach hindurchführbar ist, und mit Linearantrieben (10, 12, 14, 16; 20, 22) zur Erzeugung von Translationsbewegungen des mindestens einen Walzengerüsts quer zur Länge (Z) des Halbzeugs und von Rotationsbewegungen des mindestens einen Walzengerüsts um eine Achse (Y) desselben, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearantriebe (10, 12, 14, 16; 20, 22) über beidendig gelenkig gekoppelte Schubstangen (16) an in Bezug auf die Achse (Y) des Walzengerüsts radial einander gegenüberliegenden Stellen am Walzengerüst angreifen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Oberbegriffen von Patentanspruch 1 bzw. Patentanspruch 10.
Eine derartige Vorrichtung, mit der Profile mit veränderlichen Querschnitten erzeugt werden können, indem Walzenpaare mit einer Translations- und einer Rotationsbewegung verstellt werden, ist aus der DE 100 11 755 A1 bekannt. Eine ähnliche Vorrichtung mit einer zusätzlichen Walze und einem Stützelement für einen am Halbzeug ausgebildeten Flansch ist aus der DE 10 2004 040 257 A1 bekannt. Bei den bekannten Vorrichtungen bzw. den damit durchgeführten Verfahren werden die Vorschubbewegung und die Drehbewegung von zwei verschiedenen, effektiv hintereinander geschalteten Antriebseinheiten erzeugt. Nachteilig hierbei ist, dass für jedes Walzenpaar zwei verschiedene Arten von Motor-/Getriebekombinationen eingesetzt werden müssen und dass die Gesamtleistung beider Antriebe um das zusätzlich notwendige Drehmoment höher sein muss als für eine reine Translation notwendig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Biegen von flachem Halbzeug zu Profil mit über seine Länge veränderlichem Querschnitt über Walzen und Matrizen mittels baugleicher und vergleichsweise leistungsarmer Antriebe zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung und dem entsprechenden Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 bzw. 10 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung. Darin zeigen:
1 ein Verstellgerüst für ein Walzengerüst zum Walzprofilieren von Kalt- oder Warmprofilen mit veränderlichem Querschnitt; und
2 vier Prinzipskizzen von Varianten und Weiterbildungen des in 1 gezeigten Verstellgerüsts.
Das in 1 perspektivisch gezeigte Verstellgerüst hat eine längliche rechteckige Grundplatte 2 mit zwei Linearführungsschienen 4, die sich entlang der Längskanten der Grundplatte 2 erstrecken. An den beiden Linearführungsschienen 4 ist ein Schlitten 6 verschiebbar gelagert, d. h. der Schlitten 6 ist in der X-Richtung des eingezeichneten kartesischen Koordinatensystems auf der Grundplatte 2 verschiebbar gelagert. Auf dem Schlitten 6 ist mittig eine in diesem Ausführungsbeispiel kreisrunde, grundsätzlich aber beliebig geformte Basisplatte 8 eines nicht gezeigten Walzengerüsts drehbar gelagert, d. h. die Basisplatte 8 ist in der Y-Richtung drehbar gelagert.
Das an der Basisplatte 8 befestigte Walzengerüst ist von einer Art wie in den schon genannten Druckschriften DE 100 11 755 A1 und DE 10 2004 040 257 A1 beschrieben und enthält Profiliereinrichtungen wie z. B. Walzen und/oder Matrizen. Ein zu bearbeitendes Profil bzw. Halbzeug wird in der Z-Richtung in 1 zugeführt und vorgeschoben und wird durch Verstellen des Walzengerüsts in der X-Richtung und um die Y-Achse mit veränderlichem Querschnitt versehen, wobei das Profil kalt oder warm verformt werden kann.
Parallel zu jeder Linearführungsschiene 4 und oberhalb des Schlittens 6 erstreckt sich jeweils eine Gewindespindel 10, deren Enden in auf der Grundplatte 2 befestigten Lagerböcken gelagert sind. Ein Ende jeder Gewindespindel 10 ist axial mit einer Einheit 12 aus einem Elektromotor und einem Getriebe gekoppelt, die an einem der Lagerböcke befestigt ist und nachfolgend kurz Antriebsmotor genannt wird. Die beiden Antriebsmotoren 12 ragen in X-Richtung über die Grundplatte 2 hinaus, und sie sind nebeneinander achsparallel zur X-Richtung angeordnet.
Auf jeder der beiden Linearführungsschienen 4 ist außer der Grundplatte 2 auch ein Hilfsschlitten 14 verschiebbar gelagert, wobei jede Gewindespindel 10 mit einer am zugehörigen Schlitten 14 befestigten Mutter oder einem darin ausgebildeten Innengewinde in Eingriff steht. Mit jedem der beiden Hilfsschlitten 14 ist eine Schubstange 16 gelenkig (d. h. über ein Dreh- oder Kugelgelenk) gekoppelt, welche Schubstange 16 ungefähr parallel zu der benachbarten Linearführungsschiene 4 bis zu einer Stelle an der Basisplatte 8 verläuft, wo sie gelenkig (d. h. über ein Dreh- oder Kugelgelenk) mit der Basisplatte 8 gekoppelt ist. Die mit kleinen Kreisen markierten Stellen an der Basisplatte 8, an denen die Schubstangen 16 mit der Basisplatte 8 gekoppelt sind, liegen in Bezug auf die in Y-Richtung verlaufende Achse (Y-Achse) der Basisplatte 8 bzw. des Walzengerüsts radial und äquidistant einander gegenüber.
Werden die Gewindespindeln 10 mittels der Antriebsmotoren 12 mit gleicher Geschwindigkeit und in entgegengesetzten Drehrichtungen angetrieben, wird die Basisplatte 8 bzw. das Walzengerüst mittels der Schubstangen 16 um die Y-Achse gedreht. Werden die Gewindespindeln 10 mittels der Antriebsmotoren 12 mit gleicher Geschwindigkeit und in gleichen Drehrichtungen angetrieben, wird die Basisplatte 8 bzw. das Walzengerüst mittels der Schubstangen 16 in der X- Richtung verschoben. Durch geeignete Wahl der Drehrichtungen und Drehgeschwindigkeiten der Antriebsmotoren 12 kann die Basisplatte 8 bzw. das Walzengerüst einer beliebigen Kombination von Rotationsbewegungen um die Y-Achse und Translationsbewegungen in der X-Richtung unterzogen werden, d. h. in zwei Freiheitsgraden bewegt werden, um ein gerade bearbeitetes Profilhalbzeug mit veränderlichem Querschnitt zu versehen.
Die erheblichen Kräfte, die bei der Umformung auftreten, verteilen sich auf beide Antriebe. Sowohl Drehmomente als auch Schubkräfte, die auszuüben sind, werden gleichmäßig auf beide Antriebsmotoren 12 verteilt, so dass diese schwächer dimensioniert werden können als bei konventionellen Verstellgerüsten mit hintereinander geschalteten Rotations- und Translationsantrieben. Auch die Kraftübertragungsglieder von den Antriebsmotoren zur Basisplatte 8 können schwächer dimensioniert werden. Die Antriebsmotoren 12 sind so angeordnet, dass sie parallel sind und nicht mitbewegt werden. Dies ermöglicht einen kurzen Abstand zwischen Walzengerüsten, die jeweils an einem Verstellgerüst wie in 1 gezeigt angebracht sind.
2 zeigt perspektivische Prinzipskizzen von Verstellgerüsten in einem 1 entsprechenden kartesischen Koordinatensystem. Gelenkige Verbindungen (z. B. mittels Dreh- oder Kugelgelenken) sind hier als schwarze Punkte eingezeichnet.
2a zeigt ein Verstellgerüst ähnlich wie in 1, wobei die in 1 aus den Elementen 10, 12, 14 und 16 bestehenden Linearantriebe in 2 schematisch als Linearaktuatoren 20, 22 dargestellt sind, die jeweils eine hin und her bewegliche Schubstange 20a, 22a aufweisen, welche über weitere Schubstangen an der Basisplatte 24 eines nicht gezeigten Walzengerüsts angreifen.
2b zeigt das Verstellgerüst von 2a, erweitert um einen dritten, zwischen den Linearaktuatoren 20, 22 und parallel dazu angeordneten Linearaktuator 26, der über eine weitere Schubstange 28, die in einer Mittelstellung des Verstellgerüsts ungefähr in einem Winkel von 45 Grad zur Y-Richtung und zur Y-Richtung schräg steht, an einem dritten Angriffspunkt an der Basisplatte 24 angreift, welcher von den Angriffspunkten der Linearaktuatoren 20, 22 beabstandet ist und nicht in einer Linie mit ihnen liegt.
Bei dem Verstellgerüst von 2b ist die Basisplatte 24 zusätzlich in Y-Richtung verschiebbar gelagert, so dass sie mit Hilfe des dritten Linearaktuators 26 in einem weiteren Freiheitsgrad translatiert werden kann.
Alternativ kann bei dem Verstellgerüst von 2b die Basisplatte 24 um die Z-Achse schwenkbar gelagert sein, statt in Y-Richtung verschiebbar zu sein, so dass der zusätzlich erzielte Freiheitsgrad ein Freiheitsgrad der Rotation statt der Translation ist.
Trotz dieser zusätzlichen Funktionalität nimmt dieses Verstellgerüst von 2b praktisch nicht mehr Raum ein als das Verstellgerüst von 2a, und die auftretenden Kräfte werden auf noch einen Antrieb verteilt.
2c zeigt das Verstellgerüst von 2a, erweitert um einen dritten und einen vierten Linearaktuator 30, 32 mit je einer weiteren Schubstange, die senkrecht zu den Linearaktuatoren 20, 22 angeordnet sind und an zwei Angriffspunkten der Basisplatte 24 angreifen, die von den Angriffspunkten der Linearaktuatoren 20, 22 beabstandet sind und in Bezug auf die in X-Richtung verlaufende Achse (X-Achse) der Basisplatte 24 radial und äquidistant einander gegenüberliegen.
Das Verstellgerüst von 2c kann mit den Linearaktuatoren 20, 22, 30 und 32 in vier Freiheitsgraden bewegt werden. Dazu muss die Basisplatte 24 mit vier Freiheitsgraden gelagert werden. Statt mit Dreh- und Gleitlagern wie in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen erreicht man dies wesentlich einfacher mit zwei weiteren, fünften und sechsten Schubstangen 34, 36, die an einem Ende mit maschinenfesten Punkten 38 verbunden sind und am anderen Ende an irgendwelchen Punkten des Walzengerüsts angreifen, die nicht in der Ebene der Basisplatte 24 liegen, z. B. an den Enden einer axialen Stange durch die Basisplatte 24 hindurch, wie in 2c schematisch gezeigt.
Werden diese fünften und sechsten Schubstangen 34 und 36 statt mit den maschinenfesten 38 Punkten mit einem fünften bzw. einem sechsten Linearaktuator 40, 42 verbunden, so kommt man zu dem Ausführungsbeispiel von 2d, in dem das Walzengerüst in sechs Freiheitsgraden, drei der Rotation und drei der Translation, beweglich ist.
Übrigens müssen die Linearaktuatoren und Schubstangen nicht parallel bzw. senkrecht zueinander angeordnet sein, wie in 2 gezeigt, sondern können mit gewissen Ausnahmen im Wesentlichen beliebige Lagen im Raum einnehmen. Auch die Angriffspunkte der Linearaktuatoren an der Basisplatte 24 bzw. dem Walzengerüst sind mit einigen Ausnahmen im Wesentlichen beliebig.
Ein Positioniersystem wie in 2a wird übrigens Bipod genannt, und ein Positioniersystem wie in 2d wird Hexapod oder Hexaglide genannt, wie grundsätzlich bekannt. Bei Anwendung von solchen Positioniersystemen auf ein Walzengerüst zum Walzprofilieren von Kalt- oder Warmprofilen mit veränderlichem Querschnitt über Walzen und Matrizen kommt der Umstand besonders zum Tragen, dass sich die im Betrieb wirkenden Kräfte auf alle Antriebe verteilen. Die auf ein Walzengerüst wirkenden bzw. auszuübenden Kräfte sind nämlich besonders hoch, und die Dimensionierungsersparnisse aufgrund der Kräfteaufteilung wirken sich hier besonders vorteilhaft aus, da sie es ermöglichen, Walzengerüste sehr nahe beieinander anzuordnen, so dass auch relativ schlanke Profile mit veränderlichem Querschnitt versehen werden können, welche wegen ausladender Verstellgerüste bisher nicht durch Walzprofilieren herstellbar waren.
Wenn in irgendeinem der Ansprüche erwähnte technische Merkmale mit einem Bezugszeichen versehen sind, wurden diese Bezugszeichen lediglich eingeschlossen, um die Verständlichkeit der Ansprüche zu erhöhen. Entsprechend haben diese Bezugszeichen keine einschränkende Auswirkung auf den Schutzumfang eines jeden Elements, das exemplarisch durch solche Bezugszeichen bezeichnet wird.

Claims

Vorrichtung zum Biegen von flachem Halbzeug zu Profil mit über seine Länge veränderlichem Querschnitt, mit mindestens einem Walzengerüst, welches Profiliereinrichtungen in Form von Walzen und/oder Matrizen aufweist, zwischen denen das Halbzeug der Länge nach hindurchführbar ist, und mit Linearantrieben (10, 12, 14, 16; 20, 22) zur Erzeugung von Translationsbewegungen des mindestens einen Walzengerüsts quer zur Länge (Z) des Halbzeugs und von Rotationsbewegungen des mindestens einen Walzengerüsts um eine Achse (Y) desselben, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearantriebe (10, 12, 14, 16; 20, 22) über beidendig gelenkig gekoppelte Schubstangen (16) an in Bezug auf die Achse (Y) des Walzengerüsts radial einander gegenüberliegenden Stellen am Walzengerüst angreifen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei parallel angeordnete Linearantriebe (10, 12, 14, 16; 20, 22) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Linearantrieb eine Gewindespindel (10) mit einem Motor (12) zur Drehung derselben, einen auf einer Linearführung (4) entlang der Gewindespindel verschiebbaren und damit in Eingriff stehenden Schlitten (14) und eine Schubstange (16) aufweist, deren eines Ende gelenkig mit dem Schlitten verbunden ist und deren anderes Ende mit der Stelle am Walzengerüst, an der der Linearantrieb angreift, gelenkig verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzengerüst eine Basisplatte (8) aufweist, die sich parallel zu einer Grundplatte (2) erstreckt, auf der die Linearantriebe (10, 12, 14, 16) angebracht sind, und die um ihre Mittelachse drehbar und parallel zu den Linearantrieben verschiebbar gelagert ist, wobei die Stellen am Walzengerüst, an denen die Linearantriebe angreifen, in Bezug auf die Mittelachse der Basisplatte einander diametral gegenüberliegende Stellen an der Basisplatte sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen weiteren Linearantrieb (26) zur Erzeugung einer Translationsbewegung des Walzengerüsts in einer anderen Richtung als die in Anspruch 1 genannte Translationsbewegung oder einer Rotationsbewegung des Walzengerüsts in einer anderen Richtung als die in Anspruch 1 genannte Rotationsbewegung.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Linearantrieb (26) parallel zu den in Anspruch 2 genannten Linearantrieben angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt vier Linearantriebe (20, 22, 30, 32) für Translation und Rotation des Walzengerüsts in vier Freiheitsgraden vorgesehen sind und dass das Walzengerüst über vier Schubstangen mit den Linearantrieben und über zwei weitere Schubstangen (34, 36) mit maschinenfesten Punkten (38) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt sechs Linearantriebe (20, 22, 30, 32, 40, 42) für Translation und Rotation des Walzengerüsts in sechs Freiheitsgraden vorgesehen sind, die über jeweils eine Schubstange mit dem Walzengerüst gekoppelt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearantriebe als Gewindespindeln, als Hydraulikzylinder oder als Linearmotoren ausgeführt sind.
Verfahren zum Biegen von flachem Halbzeug zu Profil mit über seine Länge veränderlichem Querschnitt, bei dem das Halbzeug der Länge nach Profiliereinrichtungen in Form von Walzen und/oder Matrizen passiert, die jeweils an mindestens einem Walzengerüst angebracht sind, welches Walzengerüst während des Walzprofilierens mittels Linearantrieben (10, 12, 14, 16; 20, 22) translatorisch quer zur Länge (Z) des Halbzeugs und rotatorisch um eine Achse (Y) des Walzengerüsts verlagert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearantriebe (10, 12, 14, 16; 20, 22) über beidendig gelenkig gekoppelte Schubstangen (16) an in Bezug auf die Achse (Y) des Walzengerüsts radial einander gegenüberliegenden Stellen am Walzengerüst angreifen.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Walzengerüst mittels n (n = 1, 2, ..., 6) Linearantrieben (10, 12, 14, 16; 20, 22, 30, 32, 40, 42) in n Freiheitsgraden bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearantriebe als Gewindespindeln, als Hydraulikzylinder oder als Linearmotoren ausgeführt sind.