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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
profilierten Bleches gemäß den Merkmalen
von Anspruch 1.
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Rollformen
(Kaltwalzprofilieren) ist ein kontinuierlicher Prozess, bei dem
ein Profil aus einem Blechband hergestellt wird. Bei diesem Vorgang
können
mehrere Bearbeitungsschritte gleichzeitig vorgenommen werden, wie
z. B. Prägen,
Schneiden, Dekorieren, Perforieren usw. Damit zeichnet sich das Rollformen
von anderen Techniken, wie z. B. dem Fließpressen, Abkanten oder Biegepressen
aus. Ein Vorzug des Rollformens besteht darin, dass innerhalb relativ
kurzer Zeit große
Serien mit dem gleichen Querschnitt herstellbar sind. Dabei können verschiedene
Metalle verwendet werden.
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Für die Herstellung
von Profilen mit nicht konstantem Querschnitt kann dieses Verfahren
auch verwendet werden, aber es sind hierzu beträchtliche Anstrengungen nötig. Bei
Profilen mit variablem Querschnitt, also Profile die über die
Länge betrachtet
einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen, kann man dies als
flexibles Profilieren bezeichnen.
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Biegen
ist ein umformendes Fertigungsverfahren. Dabei wird ein Biegemoment
auf das Material aufgebracht und dadurch eine dauerhafte Verformung
herbeigeführt.
Das Biegen von Blechen wird prinzipiell durch Umklappen eines Flächenabschnitts gegenüber dem
verbleibenden Flächenabschnitt
eines Blechbandes bewirkt. In Abhängigkeit von den zum Einsatz
kommenden Verfahren und Maschinen sind relevante Ausprägungen am
Werkstück
wie Biegekante, Biegewinkel oder Biegeradius definiert und reproduzierbar.
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Die
Nachteile des Standes der Technik bei der Herstellung von profilierten
Blechen können
wie folgt dargestellt werden. Die Durchführung einer flexiblen Profilierung
kann nicht auf einfache Weise erreicht werden und eine einfache
Führung
eines Profils ist nicht möglich,
da zu führende
Konturen erst ausgebildet werden müssen. Außerdem sind Rollformen und
Höhenveränderlichkeit
miteinander gekoppelt. Ferner können
mit Rollformen z. B. erforderliche Stauchungen und Dehnungen in
einem flexiblen Querschnitt nicht ohne weiteres eingebracht werden. Zudem
wurde eine einfache Realisierung einer belastungsgerechten Form
der Bauteile bisher nicht erreicht. Ferner sind die zum Biegen verwendeten
Maschinen, insbesondere Pressen, relativ teuer.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein leicht
realisierbares, ressourcenschonendes und kostengünstiges Verfahren bereitzustellen,
durch welche die vorstehenden Nachteile des Standes der Technik
behoben werden können.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen
von Anspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Es
folgt eine detaillierte Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen.
Darin zeigen:
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1 einige
erfindungsgemäße Varianten und
ihre Umformstrategien;
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2 einige
erfindungsgemäße Varianten aus 1 und
perspektivische Ansichten davon; und
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3 eine
schematische Darstellung einer Umformung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Herstellung
eines profilierten Bleches. Das Verfahren umfasst folgende Schritte
in der angegebenen Reihenfolge. In Schritt a) wird das Rollformen
eines Blechbandes mittels einer konventionellen oder starren Rollformanlage
oder einer flexiblen Rollformanlage, die wie eine konventionelle
oder starre Rollformanlage betrieben wird, durchgeführt. Dabei bestimmt
das Blechband eine erste Arbeitsebene der Rollformanlage, in Bezug
auf welche Teile des Blechbandes aufgebogen werden, um das profilierte
Blech zu bilden. Außerdem
sind die aufgebogenen Teile des Blechbandes in Bezug auf die erste
Arbeitsebene mindestens teilweise gekrümmt. In Schritt b) wird das
Biegen des profilierten Bleches mittels einer Biegeanlage durchgeführt. Dabei
werden die aufgebogenen Teile des profilierten Bleches derart gebogen, dass
eine zweite Arbeitsebene gebildet und die erste Arbeitsebene gekrümmt wird.
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Die
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
profilierten Bleche können
offen oder geschlossen sein. Die profilierten Bleche können ferner
einen veränderlichen
Querschnitt über
die Längsachse
aufweisen. Außerdem
können
die Profile gerade oder gebogen sein.
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In
einer Ausführungsform
umfasst das Verfahren ferner nach Schritt b) einen Schritt c). In Schritt
c) wird das Rollformen des profilierten Bleches mittels einer konventionellen
oder starren Rollformanlage oder einer flexiblen Rollformanlage,
die wie eine konventionelle oder starre Rollformanlage betrieben
wird, durchgeführt.
Dabei werden in Bezug auf die zweite Arbeitsebene wieder Teile des
profilierten Bleches aufgebogen. Außerdem umfasst das Rollformen
in diesem Schritt eine stützende
Maßnahme.
In einer Ausführungsform
kann die stützende Maßnahme an
der ersten Arbeitsebene durchgeführt werden.
Hierzu können
einzelne Rollen oder Rollenpaare, die mindestens in einer Achse
bewegt werden können,
der Profilkontur gesteuert folgen. Dabei muss das Profil gestützt werden,
um es nach dem (ersten) Biegen im nachfolgenden Rollformprozess ohne
Probleme, wie z. B. Verformen, durch die Rollformanlage führen zu
können.
Dafür gibt
es verschiedene Möglichkeiten.
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Eine
Möglichkeit
besteht in der Führung
oder Stützung
durch Rollen/Rollenpaare in der Rollformanlage. Hierbei müssen die
Rollen/Rollenpaare der neuen gebogenen Kontur folgen, d. h. sie
müssen mindestens
in einer Achse beweglich sein und mit entsprechender Steuerung der
Kontur nachgeführt werden
können.
Unter Bezug auf das nachstehende Ausführungsbeispiel muss bei dem
Hut-Profil der Boden je nach aktueller Höhe mit Rollen unterstützt werden,
die in vertikaler Richtung dem Längsschnitt nachgeführt werden
können.
So sind in jedem Gerüst der
der Biegung nachfolgenden Rollformanlage die Rollen/Rollenpaare
für die
Unterstützung
in der Höhe zu
bewegen.
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Alternativ
dazu kann das gebogene Profil auch in eine Art ”Negativform” gelegt
und geklemmt werden und auf einer linearen Führung durch die Rollformanlage
geführt
werden. Allerdings ist hierbei ein kontinuierlich geführter Prozess
nicht möglich und
die Form/Formen muss/müssen
immer wieder an den Anfang der Anlage gebracht werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst das Verfahren ferner nach Schritt c) einen Schritt d). In
Schritt d) wird Biegen des profilierten Bleches mittels einer Biegeanlage
durchgeführt.
Dabei werden die erste und zweite Arbeitsebene mindestens teilweise
gekrümmt.
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In
einer Ausführungsform
kann das Biegen des Schritts b) in einer Ebene erfolgen. In einer
weiteren Ausführungsform
kann das Biegen des Schritts d) in einer Ebene, in zwei Ebenen oder
in drei Ebenen erfolgen. Für
den Fall, dass in zwei Ebenen gebogen wird, können z. B. neue Rollformlinien
im Boden und in der Seite ausgerichtet werden, welche dann im nachfolgenden
Rollformprozess gebogen bzw. geformt werden. Für den Fall, dass in drei Ebenen
gebogen wird, kann eine Torsion in das Profil eingebracht werden.
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In
den erfindungsgemäßen Verfahren
kann mindestens eine Dimension des Querschnitts des profilierten
Bleches konstant gehalten werden oder variieren. Eine mehrfach nacheinander
durchgeführte
Kombination aus Rollformen und Biegen gestattet die Herstellung
von Profilen und Querschnitten in allen beliebigen Variationen.
Dabei können
die Breite und die Höhe
variieren. Ferner können
auch Winkel über
die Länge
verändert
werden. Außerdem
kann z. B. in einem Rollformschritt nur eine Hälfte des Bleches bzw. des Querschnitts
und in einem anschließenden
Rollformschritt die andere Hälfte
bearbeitet werden. Hierbei ist nur die Reihenfolge der Rollformschritte
wichtig. Ferner kann auch, wie vorstehend erwähnt, in zwei oder drei Dimensionen
gebogen werden (z. B. rechts/links, hoch/runter und verdrehen).
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In
den erfindungsgemäßen Verfahren
umfassen die profilierten Bleche folgende Profile: gerade oder gebogene
Profile, U-förmige
Profile mit oder ohne Flansch, V-förmige Profile mit oder ohne Flansch,
C-förmige
Profile, Hut-Profile, M-förmige Profile,
ovale Profile, rechteckige Profile und Kombinationen davon. Ovale
und rechteckige Profile kommen z. B. bei ovalen Rohren bzw. Rechteckrohren vor.
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In
den erfindungsgemäßen Verfahren
kann das Biegen eine stützende
Maßnahme
umfassen. Als stützende
Maßnahme
kann im Biegeprozess ein Kern, ein Ziehstein, eine Matrize verwendet
oder Gleitziehbiegen eingesetzt werden. Der Biegeprozess kann auch
durch ein einfaches Werkzeug mit Innen- und Außenteil in Verbindung mit einer
hydraulischen Presse erfolgen. Ebenso können die Rollen für einen
3-Rollen-Biegeprozess
passende Aussparungen, Borde und Bunde enthalten. Ferner kann das Werkstück auch
mit einem elastischen Kunststoff (z. B. Silikon) gefüllt werden.
Z. B. bei Blasinstrumenten wird vor dem Biegen das Rohr mit flüssigem Blei
gefüllt.
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In
den erfindungsgemäßen Verfahren
umfasst das Biegen die Prozesse 3-Rollen-Biegen, Gleitbiegen, Biegen mit Formschuh
und Streckbiegen. Die vorliegende Erfindung sieht auch Kombinationen
dieser Prozesse vor.
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Bezug
nehmend auf die 1 sind einige erfindungsgemäße Varianten
und ihre Umformstrategien gezeigt. Für die Herstellung des Profils
A, das in Schnittansicht dargestellt ist, sind vier Schritte erforderlich,
nämlich
ein Rollformschritt 1, gefolgt von einem Biegeschritt 2, gefolgt
von einem weiteren Rollformschritt 3 und einem weiteren Biegeschritt
4. Diese Schritte werden ausführlicher
unter Bezugnahme auf die 3 erläutert. Darüber hinaus sind die ersten
zwei Schritte zur Herstellung des Profils B analog zu jenen des
Profils A, gefolgt von einem weiteren Rollformschritt 3 und einem
weiteren Biegeschritt 4. Die Schritte 1 und 2 zur Herstellung des
Profils C sind ebenfalls analog zu den Schritten 1 und 2 des Profils A,
wiederum gefolgt von einem weiteren Rollformschritt 3 bzw. Biegeschritt
4. Das Profil D der 1 wird mittels eines Rollformschritts
1, gefolgt von einem Biegeschritt 2 und von einem weiteren Biegeschritt
4 hergestellt. Zusätzlich
ist in der 1 unten eine Seitenansicht des
Profils C bzw. D dargestellt, wobei Sicken an Profilseiten parallel
zum Boden oder Rand (Flansch) ausgeführt werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform,
die nicht dargestellt ist, sind Sicken an Profilseiten in beliebiger
Lage vorgesehen. Diese Sicken stellen auch eine neue Rollformlinie
bzw. Ebene dar. Die Ausrichtung und Lage der Sicken wird durch das
Festlegen der neuen Rollformlinie(ebene) bestimmt.
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Bezug
nehmend auf 2 sind die Profile A, B und
C aus 1 sowie perspektivische Ansichten davon gezeigt,
wobei die perspektivischen Ansichten a1, a2 verschiedene Biegungsvarianten
des Profils A zeigen, die perspektivische Ansicht b eine Biegevariante
des Profils B zeigt und die perspektivische Ansicht c eine Biegevariante
des Profils C zeigt.
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Die
erfindungsgemäß hergestellten
profilierten Bleche können
in unterschiedlichen Industriezweigen verwendet werden, z. B. in
der Automobilindustrie, insbesondere für Längs- oder Querträger, Stoßfänger, Türversteifungen,
Vorformen für
Innenhochdruckumformung; im Schiffsbau, insbesondere für Masten;
im Straßenbau,
insbesondere für
Laternen; und in der Architektur, insbesondere für Stahlbauprofile.
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Die
vorliegende Erfindung sieht ferner eine Anlage vor, mit der das
erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden
kann. Eine Ausführungsform der
Anlage kann wie folgt ausgelegt sein. In einem Modul 1 der Anlage
kann sich eine konventionelle Rollformanlage befinden und das zugeschnittene Blechband
gemäß Schritt
a) der vorliegenden Erfindung umformen (z. B. in ein U-Profil).
In einem nachgeschalteten Modul 2 kann sich eine Biegeanlage befinden
und das profilierte Blech aus Schritt a) gemäß Schritt b) der vorliegenden
Erfindung biegen. In einer anderen Ausführungsform der Anlage kann
sich in einem dem Modul 2 nachgeschalteten Modul 3 eine weitere
konventionelle Rollformanlage befinden und das profilierte Blech
aus Schritt b) gemäß Schritt
c) der vorliegenden Erfindung weiter umformen (z. B. aus einem U-Profil
in ein Hut-Profil). In einer weiteren Ausführungsform der Anlage kann
sich in einem dem Modul 3 nachgeschalteten Modul 4 eine weitere
Biegeanlage befinden und das profilierte Blech aus Schritt c) gemäß Schritt
d) der vorliegenden Erfindung weiter biegen. Für den Fall, dass die Anlage
die vorstehend beschriebenen Module 1 bis 4 aufweist, kann ein erfindungsgemäßes Verfahren
durchgeführt werden,
welches im nachstehenden Ausführungsbeispiel
erläutert
ist.
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Die
erfindungsgemäße Anlage
ist jedoch weder auf die vorstehende Anzahl der Module noch auf ihre
Art eingeschränkt.
In einer Ausführungsform
der Anlage können
vor der Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
z. B. ein Zuführungs-Modul und/oder
ein Zuschneider-Modul vorgesehen sein. Ferner kann ein weiteres
Zuschneider-Modul z. B. nach Vollendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorgesehen sein.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann in der Anlage in einem kontinuierlichen oder diskontinuierlichen
Prozess durchgeführt
werden. Wie vorstehend erwähnt
ist, können
die profilierten Bleche auch gebogen sein, wobei die Lage der Biegelinie über den
zu führenden
Prozess entscheidet. Wenn sich die Biegelinie im Querschnitt des
profilierten Bleches befinden soll, kann ein kontinuierlicher Prozess durchgeführt werden
(kontinuierliche Anlage). Wenn sich aber die Biegelinie außerhalb
des Querschnitts des profilierten Bleches befinden soll, muss ein
diskontinuierlicher Prozess durchgeführt werden (diskontinuierliche
Anlage).
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Ausführungsbeispiel
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Bezug
nehmend auf 3, ist eine schematische Darstellung
einer Umformung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. In Schritt 0 ist eine Draufsicht
mit dem entsprechenden Profil A0 eines zugeschnittenen flachen Blechbandes
gezeigt. In Schritt 1–4
sind entsprechende Seitenansichten des Profils A1–A4 während der
Umformung gezeigt. Auf der linken Seite sind die entsprechenden
Querschnitte der Profile A1–A4
dargestellt.
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In
Schritt 1 können
z. B. in einer konventionellen Rollformanlage in einer ersten Arbeitsebene 11 die
Seitenschenkel zu einem ”U-Profil” gebogen werden.
Durch den Blechzuschnitt entsteht ein U-Profil mit variabler Schenkelhöhe.
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In
Schritt 2 kann z. B. mit einem angepassten COPRA®-Flexform
Gerüst
ein variabler Biegevorgang ausgeführt werden. Der Biegeradius ändert sich
dabei kontinuierlich. Dabei kommt die Bandkante über die ganze Länge auf
eine zweite Arbeitsebene 21 zum Liegen. Es sollte beachtet
werden, dass der Ausdruck ”Bandkante” sich auf
das dargestellte Beispiel bezieht. Im Allgemeinen sollte davon gesprochen
werden, dass die neue Rollformlinie bzw. die neuen Rollformlinien
in eine Ebene gebracht bzw. horizontal für die nachfolgende Rollformanlage
ausgerichtet wird/werden.
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In
Schritt 3 kann z. B. in einer konventionellen Rollformanlage das
gebogene U-Profil
zu einem ”Hut-Profil” gebogen
werden. Der ”Hut-Rand” liegt dabei
in einer Ebene und die Seitenflächen
des Hut-Profils bekommen eine variable Höhe. Wahlweise kann eine diskontinuierliche
Führung
des Bodens 33 mit z. B. einem vereinfachten COPRA®-Flexform Gerüst erforderlich
sein.
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In
Schritt 2 des gegenwärtigen
Beispiels wird das Blechteil nur in einer Dimension gebogen (rauf/runter),
aber es ist auch denkbar das Blechteil in zwei oder drei Dimensionen
zu Biegen. Wird nun das Blechteil in zwei Dimensionen gebogen, so
verläuft
in Schritt 3 die neue Rollformlinie, wie im Fall des Biegens in
einer Dimension, horizontal durch die Rollformanlageanlage, aber
durch die weitere Krümmung
in der zweiten Dimension müssen
die Gerüste
der nachfolgenden Rollformanlage dieser zweiten Dimension angepasst
werden.
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In
Schritt 4 kann z. B. mit einem angepassten COPRA®-Flexform
Gerüst
ein variabler Biegevorgang ausgeführt werden. Der Biegeradius ändert sich
dabei kontinuierlich. Schließlich
kann das auf der rechten Seite im Querschnitt dargestellte gewünschte Endprofil
erzielt werden.
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Die
durch die vorliegende Erfindung erzielten Vorteile können wie
folgt zusammengefasst werden:
Die Verfahren Rollformen (bzw.
Kaltwalzprofilieren) und Biegen sind bekannte und einfach zu handhabende
Verfahren, woraus erfindungsgemäß ein leicht realisierbares
Verfahren resultiert.
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Das
zu formende Profil kann produktionstechnisch leichter gebogen als
flexibel profiliert werden.
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Im
Biegeprozess können
ein Kern oder andere stützende
Maßnahmen
verwendet werden.
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Erforderliche
Stauchungen und Dehnungen in dem flexiblen Querschnitt werden durch
den Biegeprozess eingebracht, woraus erfindungsgemäß ein kostengünstiges
Verfahren resultiert. Die dabei nötige Führung des Querschnittes bzw.
des Profils ist auch somit kostengünstiger zu realisieren.
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Eine
belastungsgerechte Form der Bauteile (Einsparungen hinsichtlich
Gewicht und Energieaufwand) kann einfach erzielt werden, woraus
erfindungsgemäß ein ressourcenschonendes
Verfahren resultiert.
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Rollformen
und Höhenveränderlichkeit
werden entkoppelt.
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Eine
einfachere Führung
des Profils ist möglich,
da die zu führende
Kontur bereits vorhanden ist. Im Gegensatz hierzu entsteht die zum
Führen
nötige Kontur
erst während
eines flexiblen Profilierprozesses.
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Durch
eine geeignete Wahl der Folge der Umformschritte ist eine sehr breite
Palette von Profilen durch die erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar,
wobei es unerheblich ist, ob das Profil offen oder geschlossen ist,
da es nur auf die Reihenfolge der Rollformschritte ankommt.
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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.