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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kantenbearbeitung eines Blechs, insbesondere eines Stahlblechs im Kantenbereich.
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Insbesondere bei der Fertigung eines Bauteils aus einem Blech, insbesondere einem Stahlblech, beispielsweise für die Automobilindustrie, treten an dem gefertigten Bauteil regelmäßig Schnittkanten auf, die typischerweise einen geraden bzw. ebenen Schnittbereich umfassen. Obwohl diese Schnittbereiche den die Funktion der Bauteile betreffenden Anforderungen genügen, sind diese geraden Schnittbereiche mit Nachteilen verbunden.
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Beispielsweise ist mit dem geraden Schnittbereich eine erhöhte Rissempfindlichkeit verbunden, die sich darin begründet, dass durch den vorangegangenen Schneidevorgang an einer Seite des Stahlblechs ein geringer Einzug entsteht, der sich aufgrund der starken Überdehnung der Oberfläche als ungünstig in Hinblick auf eine Kantenrissanfälligkeit erweist. Bei Belastungen, insbesondere bei Belastungen zyklischer Art bzw. bei wechselnden Betriebslasten, erhöht sich dann die Wahrscheinlichkeit für die Bildung von Mikrorissen. Dem Einzug im Kantenbereich gegenüberliegend entsteht darüber hinaus in der Regel ein Schnittgrat.
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Auch der ebene Kantenbereich (Geradschnittanteil) zwischen den eigentlichen Kanten ist in der Regel nicht frei von Mikrorissen, die als Kerbe wirken und unter bestimmten Bedingungen zum Auslöser für Makrorisse werden.
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Darüber hinaus geht von einer Scharfkantigkeit der geschnittenen Kanten eine Verletzungsgefahr aus, die die Handhabe der Bauteile, beispielsweise bei der Montage oder der Benutzung des Bauteils, erschweren. Besonders ausgeprägt ist diese Verletzungsgefahr, wenn Schnittgrate oder deren Reste vorhanden sind. Solche Bauteile dürfen nur noch mit schnittfesten Handschuhen angefasst werden.
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Ein weiterer Nachteil der geraden Schnittbereiche ist deren Anfälligkeit gegenüber äußeren Einflüssen, da die geraden Schnittbereiche regelmäßig ungeschützt sind. Insbesondere bei Stahlblechen, deren Dicke über 1 mm liegt, besteht üblicherweise eine Gefahr für Kantenkorrosion.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit dem Nachteile für Bleche in Hinblick auf deren Rissempfindlichkeit und Verletzungsgefahr effektiv vermieden werden können, ohne dass Einbußen in eine Funktionalität der Bauteile hingenommen werden müssen. Außerdem wäre es wünschenswert, die Betriebsfestigkeit der Bauteile bzw. deren Lebensdauer zu erhöhen.
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Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur spanlosen Kantenbearbeitung eines Blechs, wobei die Vorrichtung zur Kantenbearbeitung eine Rolle umfasst, wobei die Rolle eine Nut zur Aufnahme eines Kantenbereichs des Blechs während der Kantenbearbeitung aufweist und um eine senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Blechs verlaufende Rotationsachse rotierbar gelagert ist, wobei eine Nutinnenseite zum Rollieren des Kantenbereichs bei der Kantenbearbeitung vorgesehen ist.
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Gegenüber dem Stand der Technik wird bei der Nutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in vorteilhafter Weise mittels der spanlosen Kantenbearbeitung durch das Rollieren, insbesondere durch die lokal auf den Kantenbereich wirkende Druckumformung, ein lokales Verdichten bzw. Stauchen im Kantenbereich bewirkt, wobei das Verdichten bzw. Stauchen einerseits mögliche im Vorfeld entstandene Mikrorisse verschließt und gleichzeitig den Kantenbereich derart abrundet, dass das andernfalls vom Blech ausgehende Verletzungsrisiko gemindert wird. Dabei wird insbesondere auf eine spanende Abtragung bei der Bildung der Abrundung verzichtet, um die Bildung weiterer Mikrorisse nicht zu fördern. Stattdessen wird mit dem Rollieren des Kantenbereichs mit der Nutinnenseite eine lokale Massivumformung bewirkt, bei der der Kantenbereich teilweise zu fließen beginnt und verdrängt wird, um dadurch, beispielsweise durch einen Schneidevorgang verursachte, Mikrorisse wieder zu verschließen. Dadurch lässt sich die Qualität der gefertigten Bleche verbessern, die sich in einer Verlängerung der Lebensdauer bemerkbar macht. Als Blechwerkstoff kommen alle Metalle in Frage, wobei Stahl und Aluminium besonders bevorzugt wird.
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Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Nut konzentrisch zur Rotationsachse verläuft und umlaufend entlang einer Außenseite der Rolle ausgebildet ist. Bei der Kantenbearbeitung liegen Kanten des Blechs vorzugsweise an der Nutinnenseite an und werden beim gegenseitigen Abwälzen von Blech und Innenseite durch das Rollieren verdrängt. Die Nut bzw. deren Form gibt dabei in vorteilhafter Weise vor, wohin der fließende Teil des Kantenbereichs verdrängt wird. Insbesondere ist es vorstellbar, dass die Vorrichtung integriert ist in Werkzeuge, die zur Ausführung anderer Operationen, wie beispielsweise Beschneiden, Lochen oder Nachformen des Blechs, vorgesehen sind.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Rolle bei der Kantenbearbeitung durch das sich bei der Kantenbearbeitung entlang einer Förderrichtung relativ zur Rolle bewegende Blech zu einer Rotationsbewegung antreibbar ist. Dadurch kann in vorteilhafter Weise auf einen zusätzlichen Antrieb für die Rolle verzichtet werden. Insbesondere wird die Rolle durch die bei der Kantenbearbeitung stattfindende Abwälzbewegung, d. h. über ein reibschlüssiges Zusammenwirken, zwischen dem Blech und der Nutinnenseite angetrieben. Dabei ist es vorstellbar, dass das Blech oder die Rolle bei einer bei der Kantenbearbeitung stattfindenden Relativbewegung zwischen dem Blech und der Rolle ortsfest angeordnet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ein Kraftmittel, das das Blech während der Kantenbearbeitung mit einer auf die Rolle gerichteten Kraft beaufschlagt, und/oder ein weiteres Kraftmittel, das die Rolle während der Kantenbearbeitung mit einer auf das Blech gerichteten Kraft beaufschlagt, umfasst. Mittels des Kraftmittels bzw. des weiteren Kraftmittels lässt sich in vorteilhafter Weise eine Kraftwirkung erzielen, die für ein wirkungsvolles Rollieren erforderlich ist. Darüber hinaus lässt sich mit dem Kraftmittel bzw. dem weiteren Kraftmittel sicherstellen, dass das Blech während der Relativbewegung zwischen Blech und Rolle unabhängig vom Kantenverlauf in der Nut angeordnet bleibt, da Kraftmittel bzw. weiteres Kraftmittel problemlos für ein erforderliches Nachfahren sorgen können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Rolle ortsfest angeordnet ist oder entlang einer senkrecht zur Förderrichtung verlaufenden Richtung beweglich gelagert ist. Durch eine ortsfeste Anordnung der Rolle kann die Rolle in vorteilhafter Weise ein besonderes stabiles Widerlager bilden. Denkbar ist auch, dass die Rolle in einer senkrecht zur Förderrichtung verlaufenden Richtung gelagert ist, um selbst mittels einer auf das Blech gerichteten Kraft für das Rollieren bei der Kantenbearbeitung zu sorgen. Vorstellbar ist auch, dass die Rolle zunächst auf das Blech zubewegt wird bis die Nut das Blech umgreift und anschließend ortsfest fixiert wird, um als wirkungsvolles Widerlager bei der Kantenbearbeitung zu dienen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Nut spiegelsymmetrisch zu einer senkrecht zur Rotationsachse verlaufenden Spiegelebene ausgestaltet ist, und/oder die Nutinnenseite gewölbt ist. Dabei ist die Nut vorzugsweise konkav ausgestaltet. Insbesondere beschreibt die Nutinnenseite einen Halbkreis bzw. ist als Rille ausgestaltet. Durch das Rollieren bei der Kantenbearbeitung lässt sich dann ein abgerundeter, insbesondere vollständig abgerundeter, Kantenbereich am Blech erzeugen, dessen Krümmungsradius zumindest am ehemaligen Kantenbereich dem des Halbkreises entspricht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Nut in radiale Richtung zur Rotationsachse hin verjüngt und/oder einen Aufnahmebereich zum Einführen des Blechs in die Nut aufweist. Insbesondere weist die Nut einen trichterförmigen Eingangsbereich auf. Dabei dient dieser Eingangsbereich der Nut als Führungshilfe beim Einführen des Stahlblechs in die Nut. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise das Anordnen des Kantenbereichs innerhalb der Nut vereinfachen und es kann auf ein zeitaufwendiges gezieltes Ausrichten (Zentrieren) von Rolle und Blech verzichtet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Blech, insbesondere Stahlblech, insbesondere mit einer Korrosionsschutzbeschichtung beschichtet ist und/oder einen geschwungenen Kantenverlauf aufweist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Stahlblech beidseitig beschichtet ist. Mittels der Vorrichtung lässt sich dann durch das Rollieren des Kantenbereichs in vorteilhafter Weise ein insbesondere bei Zinkbeschichtungen kathodischer Übergang zwischen den beidseitig aufgetragenen Beschichtungen realisieren. Dadurch kann auf eine zusätzliche und aufwendige Beschichtung der andernfalls ungeschützten Seitenfläche im Kantenbereich verzichtet werden. Darüber hinaus lässt sich in der Fertigung auch die Zeit einsparen, die andernfalls für eine zusätzliche Beschichtung insbesondere der Seitenflächen des Stahlblechs erforderlich wäre.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur spanlosen Kantenbearbeitung eines Blechs, insbesondere mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur spanlosen Kantenbearbeitung eines Blechs, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
- – Bereitstellen einer eine Rolle aufweisenden Vorrichtung und eines Blechs,
- – Einführen eines Kantenbereichs des Blechs in eine Nut der Rolle
- – Rotieren der Rolle um eine senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Blechs verlaufenden Rotationsachse und
- – Rollieren zumindest lokal an einem Kantenbereich des Blechs mit der Nutinnenseite.
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Gegenüber dem Stand der Technik hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass durch das Rollieren an Schnittflächen Mikrorisse zur Qualitätsverbesserung des gefertigten Blechs geschlossen werden und zusätzlich der Kantenbereich zur Reduzierung des von dem Blech ausgehende Verletzungsrisikos abgerundet wird. Insbesondere wird eine Kantenrissempfindlichkeit am Stahlblech reduziert. Dabei ist es vorstellbar, dass das Verfahren in einem modifizierten Werkzeug, das für eine andere Operation wie beispielsweise ein Beschneiden, ein Lochen oder ein Nachformen des Blechs, insbesondere des Stahlblechs vorgesehen ist, durchgeführt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das in der Nut angeordnete Blech entlang einer Förderrichtung relativ zur Rolle bewegt wird und die Rolle von dem in der Nut angeordneten Blech zu einer Rotationsbewegung um eine senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Blechs verlaufende Rotationsachse angetrieben wird. Dadurch lässt sich auf einen Antrieb für die Rotationsbewegung der Rolle in vorteilhafter Weise verzichten. Dabei ist es vorstellbar, dass bei der Relativbewegung des Blechs zur Rolle die Rolle oder das Blech ortsfest angeordnet ist. Denkbar ist auch, dass die Rolle relativ zum Blech bewegt wird und dabei durch die reibschlüssige Wirkung mit dem Blech zu der Rotationsbewegung angetrieben wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Blech mit einer auf die Rolle gerichteten Kraft und/oder die Rolle mit einer auf das Blech gerichteten Kraft beaufschlagt wird. Durch die Kraftbeaufschlagung lässt sich in vorteilhafter Weise eine für das Rollieren erforderliche Druckkraft zwischen dem Blech und der Rolle bereitstellen. Darüber hinaus ist es vorstellbar, die Kraftbeaufschlagung an den Kantenverlauf des Blechs anzupassen, um möglichst entlang des gesamten Blechs bzw. zumindest lokal an beispielsweise vorher definierten Bereichen unabhängig von dessen Kantenverlauf eine homogen erfolgende zumindest lokale Massivumformung gewährleisten zu können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass Beschichtungen, insbesondere Korrosionsschutzbeschichtungen, beidseitig auf das Blech, insbesondere das Stahlblech aufgetragen werden und durch das Rollieren des Kantenbereichs ein vorzugsweise kathodischer Übergang zwischen den beidseitig aufgetragen Beschichtungen realisiert wird. Dadurch werden zusätzlich Schutzmaßnahmen zur Vermeidung einer Kantenkorrosion überflüssig und die insbesondere gefertigten Stahlbleche haben eine vergleichsweise lange Lebensdauer.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Vorrichtung zum spanlosen Kantenbearbeiten eines Kantenbereichs eines Blechs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 2 zeigt in einer Draufsicht eine Vorrichtung zum spanlosen Kantenbearbeiten des Kantenbereichs des Blechs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht die Vorrichtung zum spanlosen Kantenbearbeiten des Kantenbereichs des Blechs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 4 zeigt ein Stahlblech mit einem abgerundeten und ein Blech mit ungerundetem Kantenbereich.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In den 1 bis 3 ist in einer perspektivischen Ansicht, einer Draufsicht und einer Seitenansicht eine Vorrichtung zur spanlosen Kantenbearbeitung eines Blechs, vorzugsweise eines Stahlblechs 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Insbesondere ist die Vorrichtung vorgesehen beim Fertigen von Stahlblechen 1, die als Bauteil für ein Fahrzeug bestimmt sind. Denkbar ist auch die Verwendung von Aluminium- oder anderen Metallblechen. Vorzugsweise werden die Stahlbleche 1 geformt, beispielsweise durch eine Warm- oder Kaltumformung, welche vor der Formgebung entsprechend ihrem Anwendungszweck zugeschnitten werden. Durch das Schneiden des Stahlblechs 1 entsteht im Kantenbereich des Stahlblechs 1 ein gerader Schnittbereich sowie Kantenformen, die eine Anfälligkeit des Stahlblechs für Mikrorisse und ein vom Stahlblech ausgehendes Verletzungsrisiko erhöht. Um dieser Anfälligkeit für Mikrorisse und der erhöhten Verletzungsgefahr entgegenzuwirken, ist die Vorrichtung zur spanlosen Kantenbearbeitung des Stahlblechs 1 vorgesehen. Dabei umfasst die Vorrichtung eine Rolle 2, die um eine senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Stahlblechs 1 verlaufende Rotationsachse 6 rotierbar ist bzw. rotierbar gelagert ist. Die Rolle 2 weist dabei insbesondere eine zur Rotationsachse 6 konzentrische Umlauffläche auf, in die umlaufend wenigstens eine Nut 9 eingelassen ist. Während der Kantenbearbeitung ist der Kantenbereich innerhalb der Nut 9 angeordnet. Dabei ist die Nut 9 in radialer Richtung der Rolle 2 zur Rotationsachse 6 hin verjüngt, d. h. dass ein sich entlang einer parallel zur Rotationsachse 6 erstreckender lichter Bereich in Richtung der Rotationsachse 6 abnimmt. Dadurch lässt sich das Einführen des Stahlblechs 1 in die Nut 9 in vorteilhafter Weise vereinfachen. Insbesondere umfasst die Nut 9 an ihrer offenen Seite einen trichterartigen Eingangsbereich, der das Einführen des Stahlblechs 1 in die Nut 9 vereinfacht. Zur spanlosen Kantenbearbeitung ist ein Rollieren des Kantenbereichs mit einer Nutinnenseite 10 vorgesehen, d. h. die Nutinnenseite 10 wird als Wälzkörper zum zumindest lokalen Abrunden bzw. Verdichten des Kantenbereichs genutzt. Unter der Nutinnenseite 10 ist insbesondere die Fläche zu verstehen, die die Nut begrenzt bzw. den lichten Bereich der Nut festlegt. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass das Stahlblech 1 bei der Kantenbearbeitung entlang einer Förderrichtung 5 bewegt wird und ein reibschlüssiger Kontakt zwischen dem Stahlblech 1, insbesondere dessen Kantenbereich, und der Nutinnenseite 10 zu einem Abwälzen führt, das vorzugsweise als Antrieb für eine Rotationsbewegung der Rolle 2 genutzt wird. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise auf einen zusätzlichen Antrieb für die Rolle 2 verzichten. Weiterhin ist es vorgesehen, dass beim Rollieren der Kantenbereich des Stahlblechs 1 derart stark an die Nutinnenseite 10 beim gegenseitigen Abwälzen gepresst bzw. gedrückt wird, dass ein Teil des Stahlblechs 1, insbesondere im Kantenbereich, zu fließen beginnen und verdrängt wird. Dadurch wird einerseits eine Glättung und andererseits ein Verschließen von möglichen Mikrorissen bewirkt. Um die für das Rollieren erforderliche Kraft 3 bzw. den erforderlichen Pressdruck zu bewirken, ist es dabei vorgesehen, dass die Vorrichtung ein Kraftmittel und/oder ein weiteres Kraftmittel aufweist, wobei mit dem Kraftmittel das Stahlblech 1 in Richtung der Rolle 2, insbesondere in die Nut 9, gedrückt wird bzw. mit dem weiteren Kraftmittel die Rolle 2 in Richtung des Stahlblechs 1 gedrückt wird. Vorzugsweise verläuft eine von dem weiteren Kraftmittel ausgehende Kraft entlang einer senkrecht zur Rotationsachse 6 verlaufenden Richtung. Beispielsweise handelt es sich bei dem Kraftmittel um ein hydraulisch, motorisch oder elektromagnetisch betriebenes Kraftmittel. Dabei ist es weiterhin vorstellbar, dass die Rolle 6 und/oder das Stahlblech 1 entlang einer senkrecht zur Förderrichtung 5 verlaufenden Richtung beweglich gelagert sind. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise mit einem Nachrücken des Stahlblechs 1 und/oder der Rolle 2 bewirken, dass unabhängig von einem Kantenverlauf des Stahlblechs 1 entlang der Förderrichtung 5 ein kontinuierliches bzw. homogenes zumindest lokales Rollieren des Kantenbereichs möglich ist. Beispielsweise lässt sich dadurch während der gesamten Förderbewegung des Stahlblechs 1 eine konstante Kraftwirkung des Stahlblechs 1 auf die Nutinnenseite 10 bewirken, wodurch in vorteilhafter Weise eine im Wesentlichen gleichmäßige bzw. homogene Abrundung über den gesamten Kantenbereich bzw. zumindest lokal an entsprechend vorher definierten Bereichen entlang des Stahlblechs 1 entsteht. Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Nutinnenseite 10 gewölbt, insbesondere konkav gewölbt, ist. In der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform ist die Nut als Rille ausgestaltet, bei der eine dem Stahlblech 1 zugewandte Nutinnenseite 10 einen Halbkreis beschreibt. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise ein abgerundeter Kantenbereich mit einem Krümmungsradius, der einem Krümmungsradius des beschreibenden Halbkreises entspricht, erzeugen. Weiterhin ist es vorstellbar, dass das Stahlblech 1 beidseitig, insbesondere im Kantenbereich, beschichtet ist und der Kantenbereich durch das Rollieren derart verformt bzw. verpresst wird, dass ein von der einen zur anderen Seite des Stahlblechs 1 durchgängig verlaufende Beschichtung gebildet wird. Dadurch lässt sich ein effektiver Schutz für den Kantenbereich erzielen, der andernfalls gegenüber äußeren Einflüssen ungeschützt wäre oder in einem zusätzlichen Arbeitsschritt beschichtet werden müsste.
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In 4 sind beispielhaft in einer Seitenansicht ein Stahlblech mit einem gerundeten Kantenbereich 7 (unten) und ein Stahlblech mit einem ungerundeten Kantenbereich 8 (oben) dargestellt. Vorzugsweise ist der gerundete Kantenbereich durch ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt worden. Dabei sind unter einem gerundeten Kantenbereich 7 nicht nur solche zu verstehen, bei dem ein geschlossener Halbkreis entstanden ist, sondern beispielsweise auch solche, deren Kanten leicht abgeflacht sind.
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Die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nicht auf geschnittene Bleche (ebene Formplatinen) beschränkt, sondern kann auch zumindest lokal zum Abrunden von Kanten an bereits geformten Bauteilen aus beispielsweise Gründen der Dauerfestigkeit angewendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stahlblech
- 2
- Rolle
- 3
- Kraft
- 4
- Rotationsrichtung
- 5
- Förderrichtung
- 6
- Rotationsachse
- 7
- gerundeter Kantenbereich
- 8
- ungerundeter Kantenbereich
- 9
- Nut
- 10
- Nutinnenseite
