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Die Erfindung betrifft ein Biegeverfahren für ein Hohlprofil und eine Biegevorrichtung zum Durchführen des Biegeverfahrens.
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Biegeverfahren für Hohlprofile, insbesondere für stangenähnliche Einkammer- oder Mehrkammerhohlprofile, sind in zahlreichen Variationen bekannt. Solche Hohlprofile können mittels verschiedener Biegeverfahren, wie beispielsweise Streck-, Gesenk-, Freiform-, Dorn- und Rollbiegen verformt werden. Bei allen diesen Biegeverfahren können auch Dorne zur Verbesserung des Biegeergebnisse eingesetzt und in das zu biegende Hohlprofil eingeführt werden. Die Dorne können aus starren, starren beweglichen (Gliederdorn) und elastischen Materialien ausgeführt sein. Ebenso kann die Geometrie variiert werden. Von all den bekannten Biegeverfahren kann das Dornbiegen den Einfall des Hohlprofils im Biegebereich am besten unterdrücken. Jedoch können beim Dornbiegen nur konstante Radien gebogen werden. Außerdem kann der Dorn bei Mehrkammerprofilen instabil werden. Zudem sind die Automatisierungsmöglichkeiten beschränkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Biegeverfahren für ein Hohlprofil und eine Biegevorrichtung zum Durchführen des Biegeverfahrens bereitzustellen, welches komplexe Geometrien mit variablen Biegeradien und/oder variablen Biegewinkeln mit minimalem Einfall darstellen kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Biegeverfahren für ein Hohlprofil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Biegevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Um ein Biegeverfahren für ein Hohlprofil bereitzustellen, welches komplexe Geometrien mit variablen Biegeradien und/oder variablen Biegewinkeln und minimalem Einfall darstellen kann, wird mindestens ein Dorn an mindestens einem axialen Ende des Hohlprofils in eine dortige wenigstens eine Hohlkammer eingeführt. Zudem wird mindestens eine Biegebacke auf das mindestens eine axiale Ende des Hohlprofils so aufgesetzt, so dass der eingeführte mindestens eine Dorn und die aufgesetzte jeweilige Biegebacke parallel ausgerichtet sind. Des Weiteren wird eine synchrone Kreisbewegung oder Kurvenbewegung um eine vorgegebene Drehachse des mindestens einen Dorns und der jeweiligen Biegebacke ausgeführt, so dass das korrespondierende Ende des Hohlprofils mitbewegt und gebogen wird. Während der gemeinsamen Kreisbewegung oder Kurvenbewegung werden eine Relativposition des mindestens einen eingeführten Dorns und eine Relativposition der jeweiligen aufgesetzten Biegebacke zum korrespondierenden Ende des Hohlprofils jeweils verändert, und eine Relativposition des mindestens einen Dorns und der jeweiligen Biegebacke zueinander wird zumindest zeitweise konstant gehalten.
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Zudem wird eine Biegevorrichtung zum Durchführen des Biegeverfahrens vorgeschlagen, welches ein Werkzeugunterteil, einen Niederhalter, mindestens einen Dorn und mindestens eine Biegebacke umfasst. Hierbei sind der mindestens eine Dorn und die jeweilige Biegebacke parallel zueinander ausrichtbar und führen gemeinsam eine synchronen Kreisbewegung oder Kurvenbewegung um eine vorgegebene Drehachse aus, wobei eine Relativposition des wenigstens einen Dorns und der jeweiligen Biegebacke zueinander während der gemeinsamen Kreisbewegung oder Kurvenbewegung zumindest zeitweise konstant gehalten ist.
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Nachfolgend wird unter einem Hohlprofil ein Bauteil verstanden, welches vorzugsweise als stangenähnliches Einkammer- oder Mehrkammerhohlprofil ausgeführt ist und an seinen beiden axialen Enden jeweils wenigstens eine offene Hohlkammer aufweist. Das zu biegende Hohlprofil wird auf ein Werkzeugunterteil aufgelegt und ein Niederhalter wird im axialen Mittelbereich des Hohlprofils zwischen den axialen Enden aufgelegt. Bei einem Mehrkammerprofil kann an den axialen Enden des Hohlprofils bei Bedarf in jede offene Hohlkammer jeweils ein Dorn eingeführt werden.
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Bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Biegeverfahrens wird mindestens ein Dorn, wobei die maximale Anzahl der Dorne von der Anzahl der offenen Hohlkammern des Hohlprofils abhängig ist, vor dem Biegevorgang in die wenigstens eine Hohlkammer eingeführt und während des Biegevorgangs gemeinsam mit der jeweiligen Biegebacke auf einer Kreisbahn oder Kurvenbahn bewegt. Es ist auch möglich, dass nicht in jede offene Hohlkammer ein Dorn eingeführt wird. Der mindestens eine Dorn kann so ausgeführt werden, dass während des gesamten Biegevorgangs vom Einfahren des mindestens einen Dorns bis zum Erreichen einer gewünschten Biegestellung Schmierstoff gezielt zugeführt werden kann. Die Schmierung kann beim Ort mit der höchsten Dorn- und Profilbelastung im Biegebereich aufgebracht werden. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass der Biegevorgang unter einer hydraulischen Presse mit vollständiger Automatisierung durchgeführt werden kann. Ein weiter Vorteil des erfindungsgemäßen Biegeverfahrens besteht darin, dass zwei Bögen gleichzeitig hergestellt werden können und somit Taktzeit eingespart wird. Das bedeutet, dass in ein Hohlprofil mit doppelter Länge an beiden axialen Enden gleichzeitig mindestens ein Dorn eingeführt und jeweils eine Biegebacke aufgesetzt werden, um den Biegevorgang an beiden axialen Enden des Hohlprofils gleichzeitig durchzuführen. Dadurch kann in einem Biegevorgang ein Hohlprofil mit zwei Bögen hergestellt werden. Alternativ kann das Hohlprofil nach dem Biegevorgang in der Mitte durchtrennt werden, so dass in einem Biegevorgang zwei Hohlprofile mit jeweils einer gewünschten Biegung hergestellt werden können.
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Durch die Verwendung einer hydraulischen Presse, besteht zudem die Möglichkeit, dass beim Schließen der Presse bei Bedarf zusätzliche Einprägungen in Hochrichtung erzeugt werden können. Ebenfalls können durch Schieber Einprägungen oder Umformungen im 3D-Raum erzeugt werden, welche durch die Hydraulik oder die Schließbewegung der Presse betätigt werden können. Optional kann auch mittels einer Hülse, welche auf das Hohlprofil wirkt, während des Biegevorgangs Material nachgeschoben werden, um Materialausdünnungen im Biegebereich entgegenzuwirken. Dadurch können Hohlprofile, welche aus hochfestem Material und aus einer Hohlkammer oder mehreren Hohlkammern bestehen, mit großem Biegewinkel und kleinem Biegeradius ohne nennenswerte Abweichungen und Faltenbildung im Biegebereich hergestellt werden. Besonders vorteilhaft ist, dass ein Einfall des Hohlprofils im Biegeaußenbereich nahezu vollständig unterdrückt werden kann. Deshalb eignen sich Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Biegeverfahrens bei sehr engen Toleranzanforderungen auch hervorragend als Vorbiegeoperation für eine nachgeschaltete Kalibrierung mittels Innenhochdruckumformung (IHU). Somit können Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Biegeverfahrens insbesondere auf einer IHU-Presse als Vorbiegeprozess ausgeführt werden, so dass nach jedem Hub der IHU-Presse ein bzw. mehrere Fertigteile vorhanden sind. Zusammenfassend ermöglichen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Biegeverfahrens das kostengünstige Biegen von komplexen Geometrien in hoher Genauigkeit.
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In vorteilhafter Ausgestaltung des Biegeverfahrens können der mindestens eine Dorn und die jeweilige Biegebacke zumindest zweitweise mechanisch miteinander gekoppelt werden. Durch die mechanische Kopplung kann die Relativposition des wenigstens einen Dorns und der jeweiligen Biegebacke zueinander über den gesamten Biegevorgang konstant gehalten werden kann. Bei Bedarf kann diese mechanische Kopplung aufgelöst und der mindestens eine Dorn kann unabhängig von der jeweiligen Biegebacke bewegt werden. Dadurch kann die Relativposition des wenigstens einen Dorns und der jeweiligen Biegebacke zueinander während des Biegevorgangs bzw. der gemeinsamen Kreisbewegung oder Kurvenbewegung zeitweise konstant gehalten und zeitweise verändert werden. So kann der mindestens eine Dorn der jeweiligen Biegebacke während des Biegevorgangs vorauseilen oder nacheilen. Das bedeutet, dass der mindestens eine Dorn und die jeweilige Biegebacke zueinander verschoben werden können. So kann der mindestens eine Dorn beispielsweise von einem zusätzlichen Antrieb angetrieben werden, welcher den Dorn unabhängig von der jeweiligen Biegebacke bewegen kann. Alternativ können der mindestens eine Dorn und die jeweilige Biegebacke jeweils einen eigenen Antrieb aufweisen, welche synchron betrieben werden können, um die gemeinsame Kreisbewegung oder Kurvenbewegung auszuführen. Eine mechanische Kopplung ist bei dieser Ausführungsform nicht erforderlich.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Biegeverfahrens kann eine Lage der Drehachse zur Durchführung der Kreisbewegung oder Kurvenbewegung verändert werden. Dadurch können einfach und schnell verschiedene Biegeradien eingestellt werden. Des Weiteren ist es möglich, den Biegeradius während des Biegevorgangs zu verändern, so dass auch komplexe Biegegeometrien umgesetzt werden können.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Biegeverfahrens kann die Kreisbewegung oder Kurvenbewegung auf eine zu erzielende Geometrie und die Materialeigenschaften des zu biegenden Hohlprofils angepasst werden. Das bedeutet, dass der Biegeradius und/oder der Biegewinkel und die Geschwindigkeit der Kreisbewegung oder Kurvenbewegung entsprechend vorgegeben werden können, um eine hohe Biegequalität mit geringem oder ohne Einfall bzw. mit geringer oder ohne Faltenbildung zu erzielen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Biegeverfahrens kann die jeweilige Biegebacke als formschlüssig an das zu biegende Hohlprofil angepasstes Biegebackenprofil ausgeführt werden. Dadurch kann das Aufsetzen und die Führung der Biegebacke während des Biegevorgangs verbessert werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Biegeverfahrens kann der mindestens eine Dorn als Löffeldorn mit einer an die Kreisbewegung oder Kurvenbewegung angepassten Abflachung oder als Gliederdorn ausgeführt ist. Im Falle der Verwendung eines Gliederdorns wird wenigstens ein Glied des Gliederdorns wenigstens zeitweise während des Biegevorgangs in konstanter Relativposition zur Biegebacke gehalten. Selbstverständlich kann der mindestens eine Dorn auch andere geeignete Formen aufweisen.
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Ausführungsformen des Biegeverfahren eignen sich insbesondere für stranggepresste oder rollgeformte Leichtmetallprofile vorzugweise Aluminiumprofile oder für rollgeformte Stahlprofile vorzugsweise Edelstahlprofile.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen. Hierbei zeigen:
- 1 eine schematische perspektivische Explosivdarstellung von Komponenten eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Biegevorrichtung;
- 2 eine schematische perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung aus 1 in einer Ausgangsstellung;
- 3 eine schematische perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung aus 1 in einer Zwischenstellung;
- 4 eine schematische perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung aus 1 in einer Endstellung;
- 5 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung aus 1 in einer Ausgangsstellung;
- 6 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung aus 1 in einer Zwischenstellung; und
- 7 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung aus 1 in einer Endstellung.
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Wie aus 1 bis 7 ersichtlich ist, weist die Biegevorrichtung 1 für ein Hohlprofil HP im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Werkzeugunterteil 3, einen Niederhalter 5, mindestens einen Dorn 9 und mindestens eine Biegebacke 7 auf.
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Erfindungsgemäß sind der mindestens eine Dorn 9 und die jeweilige Biegebacke 7 parallel zueinander ausrichtbar und führen gemeinsam eine synchronen Kreisbewegung oder Kurvenbewegung um eine vorgegebene Drehachse DA aus, wobei eine Relativposition des wenigstens einen Dorns 9 und der jeweiligen Biegebacke zueinander während der gemeinsamen Kreisbewegung oder Kurvenbewegung zumindest zeitweise konstant gehalten ist.
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Die dargestellte Biegevorrichtung 1 ist Teil eines Werkzeugs, welches beispielsweise von einer hydraulischen Presse bewegt wird. Von dem Werkzeug sind aus Gründen der Übersichtlichkeit schematisch nur das Werkzeugunterteil 3 ohne Seitenwände und der Niederhalter 5 dargestellt. Das Werkzeugunterteil 3 weist zwei Schenkel 3.1 auf, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel als Endanschlag für das zu biegende Hohlprofil HP dienen.
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Mit der dargestellten Biegevorrichtung 1 kann ein erfindungsgemäßes Biegeverfahren für ein Hohlprofil HP ausgeführt werden, welches an seinen beiden axialen Enden E1, E2 jeweils wenigstens eine offene Hohlkammer aufweist.
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Hierbei wird das zu biegenden Hohlprofil HP auf das Werkzeugunterteil 3 aufgelegt. Anschließend wird der Niederhalter 5 im axialen Mittelbereich des Hohlprofils HP zwischen den axialen Enden E1, E2 aufgesetzt. Zudem wird der mindestens eine Dorns 9 an mindestens einem axialen Ende E1, E2 des Hohlprofils HP in die dortige wenigstens eine Hohlkammer eingeführt und eine jeweilige Biegebacke 7 auf das mindestens eine axiale Ende E1, E2 des Hohlprofils HP aufgesetzt, so dass der eingeführte mindestens eine Dorn 9 und die aufgesetzte Biegebacke 7 parallel ausgerichtet sind. Anschließend führen der mindestens eine Dorn 9 und die jeweilige Biegebacke 7 eine synchrone Kreisbewegung oder Kurvenbewegung um eine vorgegebene in 5 dargestellte Drehachse DA aus, so dass das korrespondierende Ende E1, E2 des Hohlprofils HP mitbewegt und gebogen wird. Hierbei werden während der gemeinsamen Kreisbewegung oder Kurvenbewegung eine Relativposition des mindestens einen Dorns 9 und eine Relativposition der jeweiligen Biegebacke 7 zum korrespondierenden Ende E1, E2 des Hohlprofils HP jeweils verändert, und eine Relativposition des mindestens einen Dorns 9 und der jeweiligen Biegebacke 7 zueinander wird zumindest zeitweise konstant gehalten.
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Wie aus 1 bis 7 weiter ersichtlich ist, sind die Biegebacken 7 im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils als formschlüssig an das zu biegende Hohlprofil HP angepasste U-förmige Biegebackenprofile ausgeführt. Die Dorne 9 sind jeweils als Löffeldorn mit einer an die Kreisbewegung oder Kurvenbewegung angepassten Abflachung ausgeführt.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein zu biegendes Hohlprofil HP mit doppelter Länge auf das Werkzeugunterteil 3 aufgelegt. Nach dem Auflegen des zu biegenden Hohlprofils HP fährt die hydraulische Presse zu, so dass das Hohlprofil HP zwischen dem Werkzeugunterteil 3 und dem Niederhalter 5 fixiert wird. Gleichzeitig kommen die Biegebacken 7 an den axialen Enden E1, E2 des Hohlprofils HP zur Anlage. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Hohlprofil HP an seinen beiden axialen Enden jeweils eine offen Hohlkammer auf. Deshalb wird im dargestellten Ausführungsbeispiel ein erster Dorn 9 in ein erstes axiales Ende E1 des Hohlprofils HP bis zu seiner Endlage eingeführt und eine erste Biegebacke 7 wird auf das erste axiale Ende E1 des Hohlprofils HP aufgesetzt. Zudem wird ein zweiter Dorn 9 in ein zweites axiales Ende E2 des Hohlprofils HP bis zu seiner Endlage eingeführt und eine zweite Biegebacke 7 wird auf das zweite axiale Ende E2 des Hohlprofils HP aufgesetzt. Die Biegevorrichtung 1 befindet sich nur in der in 2 und 5 dargestellten Ausgangsstellung, in welcher die eingeführten Dorne 9 und die jeweilige aufgesetzte Biegebacke 7 parallel zueinander ausgerichtet sind.
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Danach werden die Biegebacken 7 und die Dorne 9 um die Drehachse DA bewegt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel führen die Dorne 9 und die jeweilige Biegebacken 7 an beiden axialen Enden E1, E2 des Hohlprofils HP eine synchrone Kreisbewegung oder Kurvenbewegung um die vorgegebene Drehachse DA aus, so dass das korrespondierende Ende E1, E2 des Hohlprofils HP aus der in 2 und 5 dargestellten Ausgangsstellung über die in 3 und 6 dargestellte Zwischenstellung in die in 4 und 7 dargestellte Endstellung mitbewegt und gebogen wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Biegebacken 7 und die Dorne 9 an beiden Enden E1, E2 des Hohlprofils jeweils mechanisch miteinander gekoppelt oder elektrohydraulisch synchronisiert, so dass die Relativpositionen der Dorne 9 und der jeweiligen Biegebacke 7 zueinander über den gesamten Biegevorgang konstant gehalten ist, wie aus 5 bis 8 ersichtlich ist. Zudem wird auch die Position der Drehachsen DA im dargestellten Ausführungsbeispiel konstant gehalten. Wie aus 2 bis 7 weiter ersichtlich ist, verändert sich während der gemeinsamen Kreisbewegung oder Kurvenbewegung an beiden axialen Enden E1, E1 des Hohlprofils die Relativpositionen des jeweiligen Dorns 9 und der jeweiligen Biegebacke 7 zum korrespondierenden Ende E1, E2 des Hohlprofils HP. Das bedeutet, dass die aufliegenden Biegebacken 7 während des Biegevorgangs an äußeren Oberflächen des Hohlprofils HP und die eingeführten Dorne 9 an den inneren Oberflächen des Hohlprofils HP entlang geführt werden, um im Umformbereich die Wellenbildung und den normalerweise umformbedingten Einfall zumindest zu reduzieren oder vollständig zu unterdrücken.
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Wie aus 4 und 7 weiter ersichtlich ist, liegen die axialen Enden E1, E2 des Hohlprofils HP in der dargestellten Endstellung jeweils an einem Schenkel 3.1 des Werkzeugunterteils 3 an. Die Lage der Schenkel 3.1 am Werkzeugunterteil 3 ist so gewählt, dass auf unterschiedliches Werkstoffverhalten, wie Rückfederung, etc. durch mehr oder weniger Biegung reagiert werden kann. Am Ende des Biegevorgangs werden die Dorne 9 durch eine Linearbewegung entlang der Achsen der gebogenen Enden E1, E2 aus dem Hohlprofil HP herausgezogen. Das gebogene Hohlprofil HP kann dann aus dem Presswerkzeug entnommen und bei Bedarf in der Mitte durchtrennt werden.
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Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel des Biegeverfahrens können der mindestens eine Dorn 9 und die jeweilige Biegebacke 7 ihre Relativposition zueinander während der gemeinsamen Kreisbewegung oder Kurvenbewegung zumindest zeitweise verändern. Daher sind der mindestens eine Dorn 9 und die jeweilige Biegebacke 7 zumindest zeitweise nicht mechanisch miteinander gekoppelt oder elektrohydraulisch synchronisiert. Dies ermöglicht eine gezielte Steuerung der Dorne 9, um den Umformbereich bezüglich Wellenbildung und Einfall weiter zu verbessern.
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Zusätzlich kann zur Kompensation der Rückfederung auch die Lage der Drehachsen DA verändert werden. Eine Änderung der Lage der Drehachsen DA kann auch vorgenommen werden, um den Biegeradius der Kreisbewegung oder Kurvenbewegung auf eine zu erzielende Geometrie und die Materialeigenschaften des zu biegenden Hohlprofils HP anzupassen. Um besonders komplexe Geometrien darzustellen, kann die Lage der Drehachse DA und somit der Biegeradius auch während des Biegevorgangs verändert werden.
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Bei einem nicht dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel ist das zu biegende Hohlprofil HP als Mehrkammerhohlprofil ausgeführt, so dass an den axialen Enden E1, E2 mehrere offene Hohlkammern vorhanden sind, in welche bei Bedarf jeweils ein Dorn 9 eingeführt werden kann. Das zu biegende Hohlprofil HP kann beispielsweise ein stranggepresstes oder rollgeformtes Leichtmetallprofil vorzugweise Aluminiumprofil oder ein rollgeformtes Stahlprofil vorzugsweise Edelstahlprofil sein.
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Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen insbesondere Materialien mit schlechter Umformbarkeit und/oder Bauteile mit anspruchsvoller Geometrie (enge Biegeradien, große Biegewinkel, Mehrkammerprofile, Wanddickenunterschiede usw.) in hoher Qualität und Genauigkeit herzustellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Biegevorrichtung
- 3
- Werkzeugunterteil
- 3.1
- Schenkel
- 5
- Niederhalter
- 7
- Biegebacke
- 9
- Einführdorn
- HP
- Hohlprofil
- E1, E2
- offenes Ende
- DA
- Drehachse
- x
- Längsrichtung
- y
- Querrichtung
- z
- Hochrichtung
