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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Biegen von Profilen mit variablem Querschnitt.
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Es ist bekannt, offene als auch geschlossene Profile mit konstantem Querschnitt frei formzubiegen. Mit Hilfe des Walzprofilierens lassen sich aber auch Profile herstellen, die einen über die Längsachse variablen Querschnitt haben.
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Aus der
DE 10 2014 116 889 B4 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Profilen mit veränderlicher Höhe und/oder Breite bekannt. Hier sollen mit einem Walzprofilieren auf Formleisten U- oder Hutprofile mit veränderlicher Höhe hergestellt werden, aber auch andere Profile, zum Beispiel L-Profile oder Z-Profile, bei denen mindestens ein Schenkel nicht überall in ein und derselben Ebene verläuft, sondern irgendwelche Krümmungen aufweist. Die Vorrichtung hierfür sieht vor, eine das gewünschte Profil vorgebende untere Formleiste zum formflächigen Abstützen eines der Schenkel und mindestens eine Walzprofilierrolle zum Walzprofilieren des von der Formleiste abgestützten Halbzeugs zu dem gewünschten Profil vorzusehen, wobei die Vorrichtung außerdem eine obere Formleiste besitzen soll, die dafür eingerichtet ist, einen den Schenkel des gewünschten Profils bildenden Teils des Halbzeugs fest zwischen sich und der unteren Formleiste einzuklemmen, wobei die aneinander zugewandten Oberflächen der beiden Formleisten zueinander komplementär sind und dieselbe Form wie der erste Schenkel des gewünschten Profils haben und dass mindestens eine Walzprofilierrolle an einer vertikal verfahrbaren Basis drehbar gelagert ist. Mit dieser Vorrichtung können Profile mit einem über die Längsachse variablen Querschnitt hergestellt werden, wobei die Querschnittsgeometrie gebogen wird. Daraus folgt, dass die so hergestellten Bauteile bezogen auf die Längsachse immer gerade sind.
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Aus der
EP 2 603 869 b1 ist ein Verfahren zur Erzeugung von optimierten, krümmungsstetigen 2D- bzw. 3D-Walzprofilverläufen und eine entsprechende Vorrichtung bekannt.
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Das Verfahren sieht vor, einen optimierten 2D- bzw. 3D-Walzprofilverlauf zu erzeugen unter Vorgabe eines gewünschten 2D- bzw. 3D-Walzprofilverlaufs eines entlang einer Walzmaterialvorschubrichtung sich ändernden Walzprofils und Ansteuerung einer flexiblen Walzprofiliervorrichtung. Bei der flexiblen Walzprofiliervorrichtung lassen sich die Profilierwalzen während eines Walzprofilierprozesses computergesteuert verstellen, wobei das Verfahren zur Erzeugung des optimierten 2D- bzw. 3D-Walzprofilverlaufs zudem die Eingabe des gewünschten 2D- bzw. 3D-Walzprofilverlaufs mittels CAD-Hilfsmitteln umfasst, wobei sich der gewünschte 2D- bzw. 3D-Walzprofilverlauf aus einer Vielzahl von geraden und/oder gekrümmten Abschnitten und entsprechenden Übergängen zusammensetzt. Zudem erfolgt eine Berechnung des optimierten 2D- bzw. 3D-Walzprofilverlaufs aus dem eingegebenen gewünschten 2D-bzw. 3D-Walzprofilverlauf durch Verrundungsalgorithmen an den Übergängen zwischen den geraden und/oder gekrümmten Abschnitten, um jeweilige Übergangsbögen an den Übergängen zu bestimmen. Die Verrundungsalgorithmen verrunden den 2D- bzw. 3D-Walzprofilverlauf im Wesentlichen krümmungsstetig an den Übergangsbögen, so dass dem entsprechend der optimierte 2D- bzw. 3D-Walzprofilverlauf erzeugt wird, wobei Krümmungssprünge darin im Wesentlichen vermieden werden sollen. Es erfolgt dann die Bestätigung oder Modifikation eines Bereichs des optimierten 2D- bzw. 3D-Walzprofilverlaufs und eine Abspeicherung des optimierten 2D- bzw. 3D-Walzprofilverlaufs. Insgesamt sollen die erforderlichen Beschleunigungskräfte auf den Stellgliedern hierdurch reduziert werden. Hierbei werden unter anderem die Sitzelemente aktiv von Stellgliedern verfahren.
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Aus S. Groth und B. Engel, „A method for manufacturing bent profiles with open crosssection by die-push pending" ITA Tube Journal, Seiten 44-49, April 2018, ist eine Torsionskompensation bekannt, wobei als Biegeverfahren dort ein Matrizenschubbiegen verwendet wird und der Profilquerschnitt konstant über die Länge ist. Hierbei ist eine Torsionskompensation zwischen Führungsmatrize und Biegematrize vorgesehen.
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Aus M. Hermes, Neue Verfahren zum Rollen-basierten 3D-Biegen von Profilen, Aachen, Shaker-Verlag, 2012, ist ein sogenanntes TSS-Biegen bekannt. Mit diesem Verfahren können beliebige Profilquerschnitte 3D-gebogen werden, wobei die Profilquerschnitte zwar beliebig, aber immer konstant über die Profillinie sind und zudem eine Torsionskompensation zwischen Vorschubeinheit und Biegeeinheit vorgesehen ist, wobei hierbei von Nachteil ist, dass sich die Biege- und Torsionsspannung im gleichen Bereich überlagern und eine Wechselwirkung ergeben.
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Aus der
DE 10 2008 50 366 B4 ist ein System zum Kaltwalzprofilieren von Profilen mit veränderlichem Querschnitt bekannt, wobei mehrere Varianten einer Rückformeinrichtung beschrieben werden, welche Formabweichungen beim Walzprofilieren korrigieren können. Die Korrektur findet dabei direkt während des Walzprofilierens statt. Hierbei offenbart diese Druckschrift Klemmschuhe/Gleitschuhe, welche aktiv verfahren werden, wobei Halteelemente für die Klemmschuhe bekannt sind, welche in der Senkrechten Z zur Blechbandebene beweglich sind und entsprechend der Profilkontur gesteuert und bewegt werden.
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Aus der
JP 2017 -
119 307 A bzw. der
US 10 661 323 B2 ist es bekannt, Profile mit unterschiedlicher Höhe mittels einer Rollprofiliereinrichtung zu biegen, wobei eine Mehrzahl von Rollenpaketen, insbesondere drei bis vier Rollenpakete angeordnet werden um einen vorgegebenen Biegewinkel zu erzielen. Diese Rollen stehen in einer fixen Beziehung zueinander, wobei es Biege- und Stützrollen gibt, wobei die Biegerollen und Stützrollen Kräfte in gegensinnige Richtungen (innen/außen) einleiten. Eine derartige Vorrichtung ist dazu ausgelegt, eine große Zahl gleichartiger Profile zu verformen, ist jedoch schlecht auf unterschiedliche Formen anpassbar. Für die Führung der Profile sind eine Mehrzahl von Rollen innerhalb je einer Rollenanordnung vorgesehen.
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Aus der
DE 25 51 944 A1 ist eine nummerisch gesteuerte Walzformmaschine bekannt, die Klemmwalzen, Formwalzen und eine Adaptivsteuerung aufweist. Hierbei wird die Anordnung der Formwalzen entlang einer Vielzahl von Achsen gesteuert. Das zu verformende Werkstoffteil oder Werkstück wird durch zwei Klemmwalzen geleitet, die zwischen rechtsseitig und linksseitig angeordneten Formwalzen angeordnet sind. Wenn das Werkstück durch die Maschine geführt wird, wird die Lage der rechtsseitigen und linksseitigen Formwalzen nach einem nummerischen Steuerprogramm verstellt. Die Verstellung der Formwalzen erfolgt derart, dass das Werkstück in der gewünschten Weise einflächig oder mehrflächig verformt wird. Wenn das Werkstück die Maschine verlässt, läuft es durch einen Einflächen- oder Mehrflächen-Messfühler, der seine Form einschließlich seines Zurückfederns abtastet, das anschließend an die Walzverformung auftritt. Die abgetastete Information über die Form des Werkstückes wird dazu verwendet, die nummerischen Steuersignale, die die Lage der rechtsseitigen und linksseitigen Formwalzen steuern, in der erforderlichen Weise zu ändern.
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Aus der
JP H09 29347 A ist Vorrichtung zum Biegen von Formstahl bekannt, die eine unerwünschte Biegeverformung unterdrücken kann. In der Vorrichtung ist entlang einer Beförderungsrichtung eines zu biegenden Stahlblechs eine Walze zur Aufnahme der Reaktionskraft zusammen mit einem Biegestützteil und einer Presswalze angeordnet. Mit diesen wird ein Stahlblech mit einem Steg und einem Flansch gebogen. Das Biegestützteil ist in der Nähe einer Ebene angeordnet, die die axiale Linie einer Biegestützwalze und die einer Quetschwalze verbindet, und ist mit einem Paar von Steghaltemitteln versehen, die,mit beiden Seiten des Stegs des Formstahls in Eingriff stehend, eine Kraft ausüben, die groß genug ist, um die Biegeverformung des Stegs zu unterdrücken. Darüber hinaus ist ein Paar von Flanschformungsmitteln vorgesehen, die, wenn sie mit der Innenfläche des Flansches in Eingriff stehen, eine Kraft ausüben, die groß genug ist, um die Biegeverformung des Flansches zu unterdrücken.
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Aus der
US 2011 0 088 444 A1 ist eine Vorrichtung zum Umformen von Profilen mit variabler Höhe durch Kaltwalzen bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Umformeinheit mit mindestens einem Walzgerüst, das ein Walzgerüst mit einem Walzenpaar umfasst, zwischen dem sich ein Spalt befindet, durch den das Blechband in Längsrichtung hindurchgeführt wird, wobei das Walzgerüst während der Kaltwalzumformung mit mindestens einem translatorischen und einem rotatorischen Freiheitsgrad translatorisch und rotatorisch befördert wird. Die Vorrichtung ist so ausgebildet, dass das Walzgerüst einen Freiheitsgrad zur Rotation um eine im Wesentlichen in Richtung des Walzspaltes verlaufende Rotationsachse aufweist, wobei der rotatorische Freiheitsgrad unabhängig von dem mindestens einen translatorischen Freiheitsgrad ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Biegen von Profilen mit variablem Querschnitt zu schaffen, welches in effektiver Weise zuverlässig und nachvollziehbar Profile mit variablem Querschnitt umformt. Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Es ist eine weitere Aufgabe, eine Vorrichtung zum Biegen von Profilen mit variablem Querschnitt zu schaffen, welche ohne unerwünschte Deformation und Torsion Profile mit variablem Querschnitt umformt.
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Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 5 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Profile die erfindungsgemäß umgeformt und gebogen werden, sind Profile mit zwei lateralen Kantenbereichen die mit einem ebenen Bereich verbunden sind, der die lateralen Kanten beabstandet.
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Als Querschnitt oder Höhe des Profils wird somit das Profil zwischen den lateralen Endbereichen des Profils bezeichnet.
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Ein solches Profil ist zum Beispiel ein Z-Profil, ein T-Profil oder ein Doppel-T-Profil. Alle möglichen Profile bei denen im Bereich der lateralen Kanten des ebenen Bereichs eine Profilierung in Form einer Abbiegung oder dergleichen aus der Ebene des ebenen Bereichs vorhanden ist. Der ebene Bereich wird im Folgendem auch als Profilsteg bezeichnet.
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Profilseiten oder Profilstegseiten werden die Bereiche bezeichnet, die zwischen den lateralen Endbereichen die Seitenwandungen des Steges bilden.
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Senkrecht zum Profil bedeutet im Sinne der nachfolgenden Offenbarung in Flucht mit dem Profilsteg.
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Als Profilschenkel werden nachfolgend auch die aus der Ebene des Steges in lateralen Endbereichen im Bereich der lateralen Kanten abgebogenen beziehungsweise umgeformten Teile bezeichnet.
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Erfindungsgemäß wird das etablierte 3-Rollenschub-Biegeverfahren weiterentwickelt, wobei die einzelnen Werkzeugpositionen im Prozess an aktuelle Profilquerschnitte angepasst werden können. Erfindungsgemäß wird somit auf walzprofilierte Profile eingewirkt. Beim Biegen derartiger Walzprofile über deren Höhe beziehungsweise Querschnitt, insbesondere zum Beispiel von Z-Profilen ist problematisch, dass grundsätzlich mit einer Torsion während des Biegens zu rechnen ist, wobei herausgefunden werden konnte, dass mit herkömmlichen Werkzeugkonzepten unerwünschte Deformationen des Querschnitts stattfinden.
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Um dies zu vermeiden werden erfindungsgemäß Werkzeugelemente eingesetzt, die das Profil jeweils am lateralen Kantenbereichen, d. h. am Innen- und Außenradius und vorzugsweise beidseitig umschließen. Erfindungsgemäß konnte hiermit die Deformation auf ein Minimum reduziert werden. Erfindungsgemäß sind die Stützelemente senkrecht zum Profil frei beweglich.
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Die Werkzeugelemente sind dabei schwimmend bezogen auf die Profilhöhe beziehungsweise dem Steg gelagert, sodass die unterschiedlichen Profilhöhen frei folgen können, hierbei das Profil aber seitlich und lateral Führen beziehungsweise Einspannen. Insbesondere sind Werkzeugelemente zum Beispiel als Gleitschuh ausgebildet.
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Dadurch, dass die jeweiligen Profilschenkel seitlich umschlossen werden, werden die Stützelemente bei einem Profilvorschub automatisch senkrecht zum Profil mit verschoben. Die Stützelemente an der Umformrolle können außerdem frei um die Drehachse der Umformrolle rotieren. Das hat zur Folge, dass die Stützelemente auch während des Biegeprozesses tangential zum Profil stehen.
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Erfindungsgemäß wird zum Biegen von über der Längsachse variablen Querschnitten ein bestehendes Freiformbiegeverfahren so erweitert, dass die Werkzeugpositionen während des Biegeprozesses an den Profilquerschnitt angepasst sind. Erfindungsgemäß kommen neben den Standardwerkzeugelementen, wie Biegerolle, Umformrolle und Stützrolle, weitere Stützelemente zum Einsatz. Diese Stützelemente verhindern eine Deformation des Profilquerschnitts während des Biegeprozesses. Bei einer feststehenden Biegerolle werden während des Biegeprozesses die Positionen der anderen Werkzeuge an den Verlauf der Profilkontur angepasst.
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Vorteilhafterweise kann nach der Erfindung eine Torsionskompensation vorgesehen sein.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine Torsionskompensation nur dann wirklich Sinn macht, wenn sie nach der gesamten Umformung stattfindet. Dementsprechend ist eine gesteuerte Torsionskompensation nach der Umformung vorgesehen, wobei die Torsionskompensation erfindungsgemäß so ausgebildet ist, dass das Profil nach Art von Gleitschuhen seitlich geführt wird, jedoch der Teil des Gleitschuhes der die höhenveränderliche laterale Kante führt bezüglich auf die Höhe des Profils beziehungsweise des Steges abgestimmt ist. Grundsätzlich reicht es aber zur Torsionskompensation aus, wenn die Seitenflächen des Profilsteges geführt werden.
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Die Erfindung betrifft somit insbesondere ein Verfahren zum Biegen von Profilen, wobei die Profile einen Profilsteg und an lateralen Enden des Profilstegs abgehende insbesondere abgebogene oder abgekantete Profilschenkel besitzen, wobei das Profil parallel zur und in der Ebene des Profilstegs gebogen oder umgeformt wird, und die Höhe des Profilsteges über die Länge des Profils variiert, wobei das Profil mit in Bewegungsrichtung aufeinanderfolgen zumindest eine Stützrolle, einer Biegerolle und einer Umformrolle umgeformt wird, wobei die Stützrolle, die Biegerolle und die Umformrolle zumindest an lateralen Kantenbereichen am Profil anliegen, wobei das Profil zumindest in lateralen Endbereichen seitlich geführt wird.
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In einer vorteilhaften Ausbildung werden laterale Endbereiche des Profils durch eine Führungsanordnung zumindest umfassend Gleitelemente seitlich geführt.
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Vorteilhafter Weise werden die Gleitelemente derart verschiebbar an der jeweiligen Rollenanordnung angeordnet, dass sie schwimmend gelagert sind, und dem Höhenverlauf des sich durch die Rollenanordnung bewegenden Profils lateral frei folgen können. Hiermit wird einerseits eine zuverlässige seitliche Führung sicher gestellt und damit ein ungewolltes Ausweichen zur Seite, andererseits kann ein derartiger Bestandteil einer Führungsanordnung dem Profil folgen ohne aktiv bewegt werden zu müssen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform führen die Gleitelemente den Profilsteg seitlich und zumindest ein Gleitelement einen Profilschenkel. Hierbei ist von Vorteil, dass das Profil im Bereich der lateralen Kanten allseitig geführt wird und noch besser Verformungen, auch der Profilschenkel entgegengewirkt werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ein vom Profilsteg abragender Profilschenkel außenseitig von einer Rolle und innenseitig von einem Gleitelement geführt, so dass das zumindest ein Gleitelement und die korrespondierende Rolle Teil der Führungsanordnung sind. Hierdurch wird gewährleistet, dass das Profil gut an der Führungsanordnung abrollen kann, zudem wird das Profil damit auch außenseitig geführt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird auf die Rollenanordnung in Transportrichtung des Profils folgend eine Torsionskompensationseinrichtung angeordnet, in der das Profil zumindest seitlich so geführt und tordiert wird, dass eine durch das Biegen in der Rollenanordnung implementierte Torsion durch eine Gegentorsion kompensiert und das Profil auf Sollmaß gerichtet wird.
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Die Erfindung betrifft insbesondere auch eine Vorrichtung zum Biegen von Profilen, insbesondere von Profilen, die einen Profilsteg und an lateralen Enden des Profilstegs abgehende, insbesondere abgebogene oder abgekantete Profilschenkel besitzen, wobei die Verformungs- oder Biegerichtung parallel zur und in der Ebene des Profilstegs liegt, und die Höhe des Profilsteges über die Länge des Profils variiert, wobei eine Rollenanordnung in Bewegungsrichtung des Profils aufeinanderfolgen zumindest einer Stützrolle, einer Biegerolle und einer Umformrolle aufweist, wobei die Stützrolle, die Biegerolle und die Umformrolle an lateralen End- oder Kantenbereichen am Profil anliegen, und wobei die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass Führungsanordnungen vorhanden sind, welche an lateralen Endbereichen des Profils das Profil seitlich und/oder außenseitig führen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Führungsanordnung zumindest ein seitlich am Profilsteg anliegendes Gleitelement.
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Mit weiterem Vorteil umfasst die Führungsanordnung beidseitig am Profilsteg anliegende Gleitelemente.
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Vorteilhafter Weise besitzt die Führungsanordnung zur Führung lateraler Endbereiche des Profils zudem diametral gegenüberliegend von der Stützrolle, Umformrolle oder Biegerolle zumindest eine Gleitanordnung mit zumindest einem Gleitelement und einer Rolle, wobei die Rolle lateral von außen an dem Profilschenkel angreift, während das zumindest eine Gleitelement beidseitig am Profilsteg und/oder lateral von innen an dem Profilschenkel anliegt, wobei die Führungsanordnung zudem Gleitschienen besitzt in denen die Gleitelemente und oder Rollen radial zur und radial von der jeweiligen Stützrolle und/oder Umformrolle und/oder Biegerolle verschieblich schwimmend gelagert sind.
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Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Umformrolle und/oder Stützrolle und/oder Biegerolle so ausgebildet, dass sie lateral außen an dem Profilschenkel anliegt und zudem so ausgeformt, dass sie einseitig am Profilsteg anliegt während die Gleitschiene der Führungsanordnung zudem ein Gleitelement umfasst, welches auf der diametral anderen Seite am Profilsteg und/oder an dem Profilschenkel anliegt, so dass das Profil im Bereich der Umformrolle und/oder Stützrolle und/oder Biegerolle beidseitig geführt ist.
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Bei einer wiederum vorteilhaften Ausführungsform ist auf die Rollenanordnung in Transportrichtung des Profils folgend eine Torsionskompensationseinrichtung angeordnet, in der das Profil zumindest seitlich so geführt und tordiert wird, dass eine durch das Biegen in der Rollenanordnung implementierte Torsion durch eine Gegentorsion kompensiert und das Profil auf Sollmaß gerichtet wird.
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Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen hierbei:
- 1: beispielhaft ein zu biegendes Profil über die Länge und mit entsprechenden Querschnitten;
- 2: den gewünschten Biegeradius für das Profil nach 3;
- 3: stark schematisiert ein erfindungsgemäßes Biegewerkzeug;
- 4: eine erfindungsgemäße Umformrolle mit Stützelementen;
- 5: die erfindungsgemäße Biegerolle;
- 6: eine nachgelagerte Torsionskompensation in einer isometrischen Ansicht von vorne;
- 7: die Torsionskompensation nach 6 in einer Ansicht von vorne;
- 8: die Torsionskompensation nach 7 in einer teilgeschnittenen Ansicht von vorne;
- 9: die Torsionskompensation nach 6 in einer seitlichen Schnittansicht.
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Bei einem herkömmlichen 3-Rollen-Schubbiegen nach dem Stand der Technik, bei dem in einem Freiformbiegeverfahren offene und geschlossene Profile mit relativ großen Biegefaktoren bearbeitet werden können sind eine Biegerolle, eine Umformrolle und bis zu drei Stützrollen vorgesehen. Die Verformung wird hierbei durch die Verfahrung der Umformrolle bewerkstelligt, welche auf einen lateralen Endbereich des Profils mit einer Kraftrichtung parallel und in Richtung und Ebene des Profilsteges einwirkt.
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In 1 erkennt man ein Halbzeug zur Verarbeitung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vor der Umformung, welches typischerweise ein walzprofiliertes Bauteil bzw. Profil ist und insbesondere ein Bauteil ist, welches mit einem variablen Querschnitt über die Höhe abgebildet ist.
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Das Profil besitzt einen Profilsteg 2a und zwei aus der Ebene des Profilstegs abgebogene oder abgekantete Profilschenkel 2b, wobei die Profilschenkel 2b in lateralen Endbereichen 2c des Profilsteges 2a bzw. des Profils 2 abgebogen sind.
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Derartige Profile zu Biegen stellt jedoch eine Herausforderung dar. Erfindungsgemäß hergestellte Profile werden insbesondere in der Luft- und Raumfahrttechnik sowie der Fahrzeugtechnik eingesetzt. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es zuverlässig solche Profile herzustellen. Von Vorteil ist dabei, dass solche Profile hierdurch einstückig hergestellt werden können. Hierdurch werden Fügestellen vermieden, die einerseits immer Schwachpunkte darstellen und zudem der Aufwand aber auch das Gewicht weiter verringert.
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In 2 ist das Profil 2 nach 1 im erfindungsgemäß umgeformten Zustand gezeigt, wobei der Biegeradius, in diesem Fall der Außenradius, konstant ist, während der Innenradius entsprechend der unterschiedlichen Bauteilhöhe unterschiedlich ausfällt. Bei einem solchen typischen Halbzeug handelt es sich um variabel gewalzte Profile aus Aluminium. Die Profile haben beispielsweise einen über die Längsachse variablen Z-Querschnitt mit einem Profilsteg und an lateralen Enden abgehenden Profilschenkeln mit unterschiedlichen Profilstegbreiten (3). In den Bereichen A-B sowie E-F hat das Profil beispielsweise eine Profilstegbreite von 85 mm. Der Bereich C-D hat beispielsweise eine Profilstegbreite von 60 mm, wobei es sich bei den Abschnitten B-C sowie D-E gemäß 3 um kontinuierliche Übergangsbereiche handelt.
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Im vorliegenden Beispiel sieht man, dass der obere Profilschenkel 2b aus einer einfachen 90°-Biegung besteht, wohingegen ein unterer Profilschenkel 2b aus zwei aufeinanderfolgenden 90°-Biegungen besteht. Der einfach gebogene Profilschenkel 2b läuft dabei über die gesamte Länge des Profils gerade, während der doppelt gebogene Profilschenkel 2b des Z-Profils 2 einen über die Längsachse variablen Verlauf hat.
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Die eingesetzten Halbzeuge haben beispielsweise eine Materialdicke von 1,4 mm und eine Ausgangslänge von 3,7 m. Da das verwendete Z-Profil nicht ideal spiegelsymmetrisch bezüglich der Biegeachse ist, müsste während dem Biegeprozess mit einem Auslenken aus der Biegeebene gerechnet werden, sofern mit Verfahren nach dem Stand der Technik gearbeitet wird. Zudem wird die zum Biegen erforderliche Querkraft aufgrund der Querschnittsgeometrie des Profils nicht im Schubmittelpunkt eingeleitet, was zwangsläufig zu einer Torsion des Querschnitts führt.
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Als Werkstoff wird beispielsweise eine Aluminiumlegierung EN AW-7075 verwendet, welche typischerweise für höchst beanspruchte Teile im Flugzeug und Maschinenbau benutzt wird. Bei solchen Aluminiumprofilen ist ein zusätzliches Problem das Rückfederungsverhalten.
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Bei einem gegebenen Biegeradius (2) der beispielsweise außen 1577 mm beträgt, ergibt sich ein wechselnder Radius am Innenbogen entsprechend dem Profilquerschnitt.
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Erfindungsgemäß werden, um Profile 2 mit einem über der Längsachse variablen Querschnitt (d.h. einer veränderlichen Profilsteghöhe zwischen den Profilschenkeln) zu biegen, die Werkzeugpositionen während des Biegeprozesses an den Profilquerschnitt angepasst. Neben den an sich bekannten Werkzeugelementen, wie Biegerolle, Umformrolle und Stützrolle, kommen jedoch noch weitere Stützelemente in Form von Führungsanordnungen erfindungsgemäß zum Einsatz.
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Die Führungsanordnungen mit den zusätzlichen Stützelementen verhindern eine Deformation des Profilquerschnitts während des Biegeprozesses.
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In 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 gezeigt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 dient zum Bearbeiten eines Profilstrangs 2 mit veränderlichem Querschnitt, wobei die Vorrichtung über eine Rollenanordnung mit zumindest einer Stützrolle 3, einer Biegerolle 4 und einer Umformrolle 5 verfügt.
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Im gezeigten Beispiel sind zwei Stützrollen 3 vorgesehen, die gemeinsam in einer Stützrollenhalterung 6 angeordnet sind. Die Umformrolle 5 ist ebenfalls in einer Halterung 7 angeordnet.
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Erfindungsgemäß wirken sowohl die zumindest eine Stützrolle 3, die Biegerolle 4 als auch die Umformrolle 5 auf den Profilstrang ein, bzw. nehmen Prozesskräfte auf.
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Erfindungsgemäß verfügen die Stützrollen 3, die Biegerolle 4 als auch die Umformrolle 5 über je eine zusätzliche Führungsanordnung 8, um das Profil 2 während der Umformung zu stützen und zu führen.
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Die Umformrolle 5 und/oder Stützrolle 3 und/oder Biegerolle 4 sind zum Beispiel so ausgebildet, dass sie lateral außen an dem Profilschenkel 2b anliegen und zudem so ausgeformt, dass sie einseitig am Profilsteg 2a anliegen.
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Im Falle der Biegerolle 4 (5) erkennt man, dass die Biegerolle 4 über dementsprechend eine Oberflächenkontur verfügt, die zumindest teilbereichsweise der Kontur des Profils 2 an einem lateralen Ende entspricht, so dass die Biegerolle 4 von einem äußeren radialen Umfang 11 beispielsweise über einen radial nach innen gerichteten Rücksprung 12 verfügt, der dann in einem Radius geringen Umfang 13 mündet. Hiermit kann, wie in 4 ersichtlich ist, eine teilweise seitliche, aber auch stirnseitige (laterale) Führung des Profils 2 im lateralen Endbereich 2c erzielt werden. Diese Führung wirkt jedoch nur außenseitig.
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Um eine innenseitige Führung zu ermöglichen, ist die Führungsanordnung 8 vorgesehen welche zwei parallel verlaufende Gleitschienen 14 umfasst. Die Gleitschienen 14 erstrecken sich von der Drehachse 10 beidseitig von der Biegerolle 4 weg. Sie sind so an der Drehachse 10 angeordnet, dass die die Rolle 4 zwischen ihnen drehen kann. Die Führungsanordnung ist sowohl bei der Biegerolle 4 als auch der Umformrolle 5 jedoch in Transportrichtung des Profils 2 über einen Anschlag an der Drehachse 10 so angeordnet, dass sie sich nicht frei um die Drehachse 10 drehen kann und somit in der räumlichen Orientierung festgelegt ist um ein Verkanten zu vermeiden.
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An einer der zwei parallel zueinander verlaufenden Gleitschienen 14, ist ein Gleitelement 15 angeordnet, welches zu der Kontur der Biegerolle 4 korrespondiert und somit das Profil 2 mit dem Profilsteg 2a und dem Profilschenkel 2b im Bereich der Biegerolle 4 von innen führt und stützt, so dass das Profil 2 im Bereich der Umformrolle 5 und/oder Stützrolle 3 und/oder Biegerolle 4 beidseitig geführt ist.
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Radial von der Biegerolle 4 beabstandet ist zwischen beiden Gleitschienen 14 eine Gleitanordnung 16 angeordnet. Die Gleitanordnung 16 verfügt über jeweils eine Feder 17, mit der das Gleitelement 16 in je einer Nut 17a der Gleitschienen 14 frei verschieblich ist. Zudem verfügt die Gleitanordnung 16 über ein Gleitelement 18, welches in gleicher Weise wie das Gleitelementelement 15 sowohl auf die Seitenfläche des Profilsteges 2a als auch auf eine innenseitige Fläche des Profilschenkels 2b einwirkt. An der Außenseite des Profilschenkels 2b ist als Gegenlager bzw. Führung an der Gleitanordnung 16 eine Rolle 20 vorgesehen, so dass das Profil 2 einerseits auf der Biegerolle 4 als auch auf der über die Gleitanordnung 16 frei verschieblichen Rolle 20 abrollen kann. Durch die freie Verschiebbarkeit der Gleitanordnung 16 auf den Gleitschienen 14 wird das Profil 2 über die Stützelemente 15, 18 und die Rolle 20 ohne Verformungskräfte auszuüben, seitlich geführt, wobei die Rolle 20 und das Gleitelement 18 aufgrund der freien Verschiebbarkeit lediglich dem Profilverlauf nachlaufen.
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Ein vergleichbarer Aufbau ergibt sich für die Umformrolle 5 (4). An der Umformrolle 5 bzw. einer die Umformrolle 5 führenden Achse 25 sind ebenfalls zwei Gleitschienen 26 angeordnet, auf denen eine Gleitanordnung 27 mit entsprechenden Federn 17 in korrespondierenden Nuten in den Gleitschienen 26 frei beweglich ist. An einer Backe 28 der Gleitanordnung 27 ist ein Gleitelement 29 angeordnet, welches von der Innenseite her sowohl am Profilsteg 2a als auch am Profilschenkel 2b angreift. Außenseitig wird das Profil auch hier mit einer Rolle 30 geführt. An einer Gleitschiene 26 ist zudem ein weiteres Gleitelement 31 angeordnet, welches in bereits beschriebener Weise mit der Umformrolle 5 in korrespondierender Weise interagiert und korrespondierend geformt ist, wie das Stützelement 15 mit der Biegerolle 4. Somit wird beim Umformvorgang das Profil stirnseitig und längsseitig bis auf einen Mittenbereich beidseitig durch die Gleitschienen und Stützelemente einerseits und die Stützelemente und die Rollen 5, 4 andererseits geführt, so dass ein seitliches Ausweichen und Verformen unterbunden wird.
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Um eine durch die Verformung implementierte Torsion rückzuführen ist erfindungsgemäß auf die Rollenanordnung in Transportrichtung des Profils folgend eine Torsionskompensationseinrichtung 40 angeordnet (6 bis 13).
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In der Torsionskompensationseinrichtung 40 wird das Profil 2 zumindest seitlich, also im Bereich des Profilsteges 2a so geführt und tordiert, dass eine durch das Biegen in der Rollenanordnung implementierte Torsion durch eine Gegentorsion kompensiert und das Profil auf Sollmaß gerichtet wird.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine Torsionskompensation besonders einfach und mit verringertem maschinellen Aufwand möglich ist, wenn sie nach der gesamten Umformung stattfindet. Dementsprechend ist eine gesteuerte Torsionskompensation nach der Umformung vorgesehen.
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Die erfindungsgemäße Torsionskompensationseinrichtung 40 besitzt eine ringförmige Grundplatte 41, welche über zwei gleichsinnige axiale Halterungen 42 an der Vorrichtung 1 bzw. einer entsprechenden Anlage zum Rollbiegen angeordnet werden kann.
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Die Tragplatte 41 ist ringförmig ausgebildet und besitzt somit einen Ringkörper, der eine Ringöffnung umschließt, wobei die Ringöffnung den Durchtritt eines Profils 2 dient. An der Tragplatte 41, welche rotierbar um ihre Achse ausgebildet ist, ist ein Torsionskompensationsmaul angeordnet, wobei das Torsionskompensationsmaul selbst über eine Tragplatte 43 verfügt, von der an den Enden beidseitig des Durchtritts 44 Längsträger 45 abgehen.
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Zwischen den Längsträgern 45 sind ein oberes Führungswerkzeug 46 und ein unteres Führungswerkzeug 47 angeordnet, wobei das obere Führungswerkzeug 46 und das untere Führungswerkzeug 47 zwischen sich einen Durchtrittsschlitz 48 definieren, durch den das Z-Profil durchtreten kann.
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In der Durchtrittsöffnung 48 besitzen das obere Führungswerkzeug 46 und das untere Führungswerkzeug 47 jeweils ein Gleitelement 49, 50, wobei das Gleitelement 49 am oberen Führungswerkzeug 46 und das Gleitelement 50 am unteren Führungswerkzeug 47 angeordnet ist.
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Das Gleitelement 49 ist vorzugsweise starr angeordnet und kann das Profil 2 im Bereich des Profilsteges 2a und im Bereich eines Profilschenkels 2b führen, wobei das Gleitelement 49 zur Führung des sich bezüglich der Höhe des Profils nicht ändernden Profilschenkels 2 ausgebildet ist und daher bezogen auf die Profilhöhe starr ausgebildet ist.
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Um der wechselnden Profilhöhe im Bereich des gegenüber liegenden Profilschenkels 2b folgen zu können, ist das Gleitelement 50 bezogen auf die Profilhöhe federnd gelagert derart, dass es der Höhe des Profils folgen kann, indem es immer am Profilschenkel 2b anliegt. Hierzu ist im Körper Gleitelements 50 eine Bohrung 51 zur Aufnahme einer Feder 52 vorgesehen. In 8 erkennt man die Auslenkung des Gleitelements 50 entsprechend der Höhe des Profils 2. Die Gleitelement 49, 50 führen hierbei das Profil 2 vorzugsweise vollständig über die gesamt Höhe des Profilsteges 2a, so dass eine zuverlässige Führung derart gewährleistet ist, dass bei einer Verdrehung der Torsionskompensationseinrichtung 40 mittels der Grundplatte 41 sichergestellt ist, dass das Profil kraftschlüssig und ggf. formschlüssig entsprechend tordiert wird.
