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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Herstellung einer geradlinigen Rille in einem sich in wenigstens
einer Richtung gerade erstreckenden Werkstück aus Metall, insbesondere
Stahl, mit einem auf der Oberseite des Werkstückes abrollbaren und druckkraftbeaufschlagten
Profilierwerkzeug und einem das Werkstück an seiner Rückseite
abstützenden
Gegenhalter.
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Weiterhin betrifft die Erfindung
ein Verfahren zur Einbringung einer Längsnut in einen metallischen Gurt
und zur Erzeugung einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen
dem metallischen Gurt mit der Längsnut
und einem in die Längsnut
eingestellten Steg.
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Bei einer aus der Praxis bekannt
bekannten Vorrichtung ist das Profilierwerkzeug als Nutscheibe ausgebildet,
durch welche unter sehr hohem Druck eine geradlinige Nut in ein
ebenes, metallisches Werkstück
eingewalzt wird. Dem Vorteil eines einfachen Aufbaus stehen bei
dieser Vorrichtung erhebliche Nachteile gegenüber. So ist die Nutscheibe durch
die hohe Druckbeaufschlagung des Werkstücks permanent sehr hohen mechanischen
Belastungen ausgesetzt, die eine Beschädigung ihrer Bearbeitungsfläche zur
Folge haben. Weiterhin führen infolge
des großen
Durchmessers der Nutscheibe relativ zur Breite der Bearbeitungsfläche auch
geringe während
der Bearbeitung auftretende Querkräfte leicht zu einer Zerstörung der
Nutscheibe. Diese Nachteile haben eine erhebliche Reduktion der Werkzeugstandzeiten
und Stillstandzeiten in der Fertigung sowie hohe Ersatzteilkosten
zur Folge.
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Weiterhin ist aus der Praxis eine
Vorrichtung zum Fügen
eines aus mindestens einem Gurt und zwei Stegen bestehenden Metallprofils,
insbesondere eines Hohlkammerprofils, bekannt. Der Gurt weist nahe
seiner beiden Längskanten
jeweils eine Längsnut
auf, in die jeweils einer der Stege eingestellt ist. Die Vorrichtung
selbst besteht im wesentlichen aus einem mit Andrückrollen
bestückten
Schlitten und den Andrückrollen
zugeordneten Stützrollen.
Der Schlitten wird während
des Fügeprozesses
zwischen den Längsnuten
auf dem bzw. den über
die Stützrollen
abgestützten
Gurt bzw. Gurten abgerollt. Durch die in unmittelbarer Nähe der Längsnuten
geführten Andrückrollen
wird das Gurtmaterial mit so hohem Druck beaufschlagt, daß es in
Richtung der Längsnuten
verschoben wird und somit die dort eingestellten Stege verquetscht.
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Auch bei dieser Vorrichtung besteht
der zentrale Nachteil in der permanent hohen Belastung der Andrückrollen.
Die Folge der daraus resultierenden Beschädigung der Rollenlaufflächen sind,
wie bereits erwähnt,
reduzierte Werkzeugstandzeiten und hohe Ersatzteilkosten.
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In der
EP 0 868 237 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung
eines Metallprofils beschrieben. Dazu wird in einen ersten Profilschenkel
eine Rille eingeformt. In einem Folgeschritt wird ein zweiter Profilschenkel
in die in den ersten Profilschenkel eingeformte Rille eingestellt.
Abschließend
wird der zweite Profilschenkel mit dem ersten kraftschlüssig verbunden.
Dies erfolgt durch Druckbeaufschlagung des ersten Profilschenkels
beidseitig entlang der Rille, was zu einer Materialverschiebung
in Richtung der Rille und damit zu einem Verquetschen des zweiten Profilschenkels
führt.
Sowohl das Einformen der Rille als auch das Verquetschen des zweiten
Profilschenkels erfolgt auch hier mittels – in der Patentschrift nicht
näher bezeichneter – Druckrollen.
Die Nachteile dieses Verfahrens liegen wie bei den vorstehend genannten
Vorrichtungen in einem hohen Werkzeugverschleiß und in den damit verbundenen
hohen Fertigungskosten. In einer alternativen Ausgestaltung des
Verfahrens werden die genannten Arbeitsschritte durch Hubwerkzeuge
durchgeführt.
Dies ist insbesondere nachteilig für ein gleichmäßiges Bearbeitungsergebnis
bei der Produktion der Profile im Endlosverfahren.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen,
die einfach aufgebaut und kostengünstig zu fertigen ist und sich
durch eine hohe Standzeit im Betrieb auszeichnet.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Profilierwerkzeug als
eine Vielzahl geradlinig hintereinander angeordneter Wälzkörper eines
nach Art einer Linearführung
ausgebildeten Wälzlagers
mit Rückführung ausgebildet
ist, wobei in der linearen Anordnung der Wälzkörper der einem Wälzkörper jeweils
folgende Wälzkörper tiefer
in das Werkstück
eingreift als der vorausgehende.
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Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist,
daß die
Belastung des Profilierwerkzeuges infolge der Druckbeaufschlagung
des zu bearbeitenden Werkstückes
sich nicht wie bei konventionellen Lösungen mit entsprechend hoher
Belastung auf ein einzelnes Element konzentriert, welches somit
einem starken Verschleiß unterworfen
ist, sondern sich auf viele gleichartige Elemente, nämlich die jeweils
im Eingriff mit dem Werkstück
befindlichen, in zunehmender Tiefe angeordneten Wälzkörper, verteilt.
Dadurch läßt sich
die Belastung und damit der Verschleiß der einzelnen Wälzkörper erheblich
reduzieren, da die Rillentiefe zu jedem Zeitpunkt durch mehrere
Wälzkörper gleichzeitig
erzeugt wird. Dies ermöglicht
eine erhöhte
Standzeit des Profilierwerkzeuges und führt damit zu geringeren Betriebs-
und Wartungskosten. Die Wälzkörper selbst
können
dabei als Kugeln oder Rollen ausgebildet sein.
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Bei der Bearbeitung gelegentlich
auftretende Querkräfte
können
vor allem von als Kugeln ausgebildeten Wälzkörpern problemlos aufgenommen
werden. Im Falle der Rollen trifft dies zwar nicht zu, jedoch ist
die Gefahr des Bruchs einzelner Rollen sehr gering, da die Rollen
im Gegensatz beispielsweise zu einer konventionell geformten Nutscheibe
eine kompakte Form aufweisen und sich die Querkräfte stets auf mehrere gleichzeitig
im Eingriff befindliche Rollen verteilen.
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Weiterhin muß das Profilierwerkzeug bei Verwendung
eines Wälzlagers
nicht mehr wie beim Stand der Technik auf einer Achse gelagert werden, welche
sich bei hohen Belastungen verbiegen oder sogar brechen kann. Damit
wird ein weiterer konstruktiver Schwachpunkt herkömmlicher
Lösungen vermieden.
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Die Bearbeitungsqualität hinsichtlich
einer gleichmäßig geformten
Rille wird schließlich
durch eine mögliche Beschädigung der
Oberfläche
einzelner Wälzkörper nicht
beeinträchtigt,
da auf einzelne schadhafte Wälzkörper zurückzuführende Bearbeitungsmängel durch
intakte Wälzkörper leicht
kompensiert werden können.
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Als zweckmäßig erweist es sich, wenn mindestens
zwei Wälzkörper eine
Einlaufzone ausbilden, in der sie im wesentlichen in gleicher Tiefe
in das Werkstück
eindringen. Eine so gestaltete Einlaufzone eignet sich im besonderen
zur Aufnahme von Querkräften
und ermöglicht
zudem einen gleichmäßigen Verlauf
der Bearbeitung. Eine besonders exakt ausgeformte Rille insbesondere
mit glattem, wellenfreiem Grund kann zudem dadurch erreicht werden,
daß mindestens
zwei Wälzkörper eine
Auslaufzone ausbilden, in der sie im wesentlichen in gleicher Tiefe
in das Werkstück
eindringen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Wälzkörper durch eine Kette zueinander
beabstandet gehalten sind, wobei die Gelenkpunkte der Kette in den jeweiligen
Rotationsachsen der Wälzkörper liegen. Dadurch
wird wirksam vermieden, daß die
Wälzkörper im
Betrieb mit ihren Laufflächen
aneinander reiben und so Wärme
erzeugen, was infolge einer daraus resultierenden thermischen Ausdehnung
der Wälzkörper im
Zuge der Bearbeitung zu einer unerwünschten Veränderung der Rillengeometrie
führen würde.
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Es ist ferner Aufgabe der Erfindung,
ein Verfahren zur Herstellung eines aus mindestens einem metallischen
Gurt und mindestens einem Steg bestehenden Profils, insbesondere
eines Hohlkammerprofils, anzugeben, das sich durch geringe Wartungs- und
Betriebskosten auszeichnet.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß unter
Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zunächst
eine Längsnut
in den metallischen Gurt eingebracht wird und anschließend ein
in den Gurt eingestellter Steg beidseitig durch eine Verschiebung
des Gurtmaterials in Richtung der Längsnut mittels beidseitig der
Längsnut
angesetzter druckkraftbeaufschlagter Profilierwerkzeuge verquetscht
wird.
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Die Verwendung des Profilierwerkzeuges
für die
genannten Verfahrensschritte ermöglicht
die prozeßsichere
Fertigung der Profile mit hoher Geschwindigkeit und gleichbleibend
hoher Qualität
sowohl in bezug auf die Nutgeometrie als auch in bezug auf die kraftschlüssige Verbindung
zwischen dem Gurt und dem in die Nut eingestellten Steg. Dadurch können die
Kosten der Fertigung erheblich reduziert werden, da Wartungs- und
Reparaturarbeiten infolge eines vorzeitigen Werkzeugverschleißes sowie Nacharbeiten
an den bearbeiteten Werkstücken
minimiert werden können.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung
ist zudem vorgesehen, daß die
von den Wälzkörpern des
Profilierwerkzeuges aufgespannte Ebene gegenüber der Ebene des in die Nut
eingestellten Steges derart geneigt wird, daß der größere Anteil des von den Wälzkörpern zu
beiden Seiten verdrängten
Gurtmaterials in Richtung der Längsnut verschoben
wird. Durch diese Maßnahme
kann der durch das Profilierwerkzeug auf den Gurt ausgeübte Druck
bei gleichbleibender Qualität
der kraftschlüssigen
Verbindung zwischen Steg und Gurt reduziert werden, was entsprechend
die Belastung des Profilierwerkzeuges im Betrieb senkt.
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Eine effiziente und kostengünstige Fertigung ist
insbesondere dann durchführbar,
wenn die Einbringung der Längsnut
in den metallischen Gurt und/oder die Erzeugung der kraftschlüssigen Verbindung
des Steges mit dem Gurt in einem durchlaufenden Verfahren erfolgt.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand
einer Ausführungsbeispiele
darstellenden Zeichnung näher
erläutert.
Im einzelnen zeigen:
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l eine
Vorrichtung zur Einformung einer geradlinigen Rille als Längsnut in
ein ebenes Werkstück
bzw. zur Verschiebung von Material in einem ebenen Werkstück im Längsschnitt,
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2 vier
im Eingriff mit dem Werkstück
befindliche Rollen der Vorrichtung der 1,
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3 die
Vorrichtung der 2 mit
durch zusätzliche
Rollen ausgebildeter Einlaufzone und Auslaufzone im Längsschnitt,
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4 die
Vorrichtung der 3 mit
einer die Rollen auf Abstand haltenden Kette im Längsschnitt,
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5 die
Rollen der Vorrichtung nach 4 in
Draufsicht
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6 die
Vorrichtung der 1 zur
Erzeugung einer kraftschlüssigen
Verbindung zwischen einem Gurt und einem Steg in schematisierter
ausschnittsweiser Stirnansicht,
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7 die
Vorrichtung der 1 in
abgewandelter Form zu 6,
bei der die von dem Profilierwerkzeug aufgespannte Ebene gegenüber dem
Steg geneigt ist, in schematisierter ausschnittsweiser Stirnansicht
und
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8 eine
Vorrichtung mit zwei sich gegenüber
liegenden Profilierwerkzeugen nach 3 zur Einformung
jeweils einer Längsnut
in zwei sich gegenüberliegende
Gurte.
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Die Vorrichtung 1 der 1 weist ein Profilierwerkzeug 2 auf,
welches aus einer Vielzahl geradlinig hintereinander angeordneter
Rollen 3a eines Rollenlagers 3 besteht. Das Rollenlager 3 selbst
ist dabei nach Art einer Linearführung
mit Rückführung ausgebildet
und umfaßt
einen unteren Trum, der das Profilierwerkzeug 2 bildet,
und einen oberen Trum 3b, in dem die Rollen 3a zurückgeführt werden.
Ein Rückführungskanal 4a ist
dabei in einen blockförmigen
Werkzeughalter 4 eingearbeitet. Die untere Begrenzung des
Rückführungskanals 4a wird
durch eine Rollenführung 4b gebildet,
um die während
der Bearbeitung ein kontinuierlicher Umlauf der Rollen in Pfeilrichtung
U erfolgt. Die Unterseite 4c der Rollenführung 4b,
die den sich an ihr abstützenden
Rollen 3a als Stützfläche dient,
ist gegenüber
der Längsachse
des Werkzeughalters 4 geneigt, so daß in der linearen Anordnung
der Rollen 3a des Profilierwerkzeuges 2 die einer
Rolle jeweils folgende Rolle um den konstanten Abstand T' tiefer
(s. 2) in das Werkstück eingreift
als die vorausgehende.
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Der Werkzeughalter 4 wird
auf seiner Oberseite über
einen nicht dargestellten Druckkrafterzeuger mit einer Kraft F beaufschlagt.
Die Vorrichtung kann dabei beispielsweise aus einer Anzahl von Gewichten
oder einem hydraulisch oder pneumatisch arbeitenden Druckzylinder
bestehen. Von einem nicht dargestellten, an einer Zugstange 4d des
Werkzeughalters 4 angreifenden Zugorgan wird das Profilierwerkzeug 2 auf
der Oberseite 5a eines ebenen Werkstückes 5, beipielsweise
einer Stahlplatte, in Bearbeitungsrichtung X geradlinig abgerollt.
Ein ebenfalls plattenförmiger
Gegenhalter 6, welcher das Werkstück 6 an seiner Rückseite 5b abstützt, nimmt die über das
Profilierwerkzeug 2 auf das Werkstück 5 ausgeübte Kraft
auf.
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Es versteht sich, daß im Rahmen
eines durchlaufenden Prozesses auch metallisches Endlosmaterial,
wie beispielsweise ein Stahlband, unter der dann ortsfest positionierten
Vorrichtung 1 in der gegenüber der Bearbeitungsrichtung
X entgegengesetzten Richtung herbewegt werden kann. Der plattenförmige Gegenhalter 6 wäre in diesem
Falle durch ein Transportmittel, beispielsweise durch beabstandet
angeordnete Stützrollen,
(s. 8) ersetzt.
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Die mit dem Werkstück 5 im
Eingriff stehenden Rollen 3a üben auf dessen Oberseite 5a jeweils einen
zur Kraft F proportionalen Druck P aus (s. 2). Infolge dieses Druckes wird im Zuge
der Bearbeitung eine geradlinige Nut 7 der Tiefe T in die Oberseite 5a des
Werkstückes 5 eingeformt.
Dabei bildet sich während
der Bearbeitung jeweils unterhalb des Profilierwerkzeuges 2 entsprechend
dem vertikalen Versatz T' der Rollen 3a eine um den Winkel
a geneigte Bearbeitungsfront 5c aus (s. 2), die mit dem Profilierwerkzeug 2 mitbewegt
wird. Da während
der Bearbeitung ein kontinuierlicher Umlauf der Rollen 3a erfolgt,
tragen effektiv alle Rollen 3a des Rollenlagers 3 in
gleichem Maße
zur Erzeugung der Nut 7 bei, so daß über den gesamten Zeitraum der
Bearbeitung alle Rollen 3a gleichmäßig belastet werden.
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9 zeigt
im Vergleich dazu eine konventionelle Vorrichtung zur Einbringung
einer Nut in ein Werkstück 9.
Sie besteht im wesentlichen aus einem Werkzeughalter 8,
der auf seiner Oberseite mit einer Kraft F beaufschlagt wird. An
der Unterseite des Werkzeughalters sind zwei hintereinander angeordnete
Rollen 8a, 8b drehbar befestigt, von denen die in
Bearbeitungsrichtung X vordere Rolle 8a als Profilierwerkzeug
fungiert. Im Betrieb wird der Werkzeughalter auf der Oberseite des
Werkstückes 9 abgerollt. Dabei
formt die Rolle 8a eine Nut 9a der Tiefe T in
die Oberseite des Werkstückes 9 ein.
Der Rolle 8b kommt dabei lediglich eine abstützende und
den Nutgrund glättende
Funktion zu. Die Nut 9a wird demnach in einem Arbeitsschritt
ausschließlich
durch die Rolle 8a erzeugt, wodurch diese während der
Bearbeitung permanent höchsten
Belastungen ausgesetzt und damit hohem Verschleiß unterworfen ist.
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Das zu der Vorrichtung 1' der 3 gehörende Profilierwerkzeug 2' weist
eine gegenüber
dem der 1 modifizierte
Anordnung der Rollen 3a auf. Im einzelnen umfaßt das Profilierwerkzeug 2' eine Einlaufzone
A, in der die Rollen 3a in gleicher Höhe angeordnet sind. Diese wird
gefolgt von einer Zone B, in der die jeweils folgende Rolle 3a tiefer
in das Werkstück
eingreift.
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Sodann folgt eine Auslaufzone C,
in der die Rollen wiederum in gleicher Höhe angeordnet sind.
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Während
der Bearbeitung drückt
die jeweils vorderste Rolle 3a die Nut in geringer Tiefe
in das Werkstück 5 ein.
Durch die in gleicher Höhe
angeordneten folgenden Rollen 3a der Einlaufzone A wird
die Tiefe der Nut 7 nicht nennenswert vergrößert. Vielmehr
ermöglichen
diese Rollen 3a einen besonders ruhigen und gleichmäßigen Verlauf
der Nuteinformung. Durch die Rollen 3a der Zone B wird
die Nut 7 in der oben beschriebenen Weise vollständig ausgeformt.
Durch die Rollen 3a der Auslaufzone C wird der Nutgrund 7a glatt
gewalzt und somit eine mögliche
Restwelligkeit des Nutgrundes 7a vollständig eliminiert.
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Bei der in 4 dargestellten Vorrichtung 1" sind
die Rollen 3a durch eine Kette 11 zueinander beabstandet
gehalten, um ein Aneinanderreiben der Laufflächen benachbarter Rollen 3a zu
verhindern. Nach Art einer Rollenkette liegen dabei die Gelenkpunkte 11b der
Kette in den Rotationsachsen der Rollen 3a. Zur Fixierung
der Rollen 3a in dieser Position weisen sie in ihrer jeweiligen
Rotationsachse eine Bohrung auf, durch die ein Bolzen llc gesteckt ist,
der die jeweils gegenüber
liegenden Laschen eines Kettengliedes 11a miteinander verbindet
(s. 5).
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Wie in 6 dargestellt,
ist in einen Gurt 12 beispielsweise mittels der Vorrichtung 1 eine
Längsnut 13 mit
rechteckigem Querschnitt eingeformt. In die Längsnut 13 ist ein
Steg 14 eingestellt. Zum Verquetschen des Steges 14 in
der Nut 13 wird die Vorrichtung 1 mit dem Profilierwerkzeug 2 parallel
zu der Längsnut 13 geführt.
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Dabei formt das Profilierwerkzeug 2 seinerseits
eine Rille 15 in den Gurt 12 ein, wodurch das Gurtmaterial
zu beiden Seiten verdrängt
wird. Das in Richtung des Steges 14 verschobene Gurtmaterial verquetscht
diesen in der Längsnut 13.
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Gemäß 7 wird die von den Rollen 3a des Profilierwerkzeugen 2 aufgespannte
Ebene gegenüber
der Ebene des in die Nut 13 eingestellten Steges 14 um
den Winkel β geneigt.
Damit wird der größere Anteil
des von den Rollen 3a zu beiden Seiten verdrängten Gurtmaterials
in Richtung der Längsnut 13 verschoben.
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8 zeigt
eine Vorrichtung 1" ' zum Einformen jeweils einer Längsnut 13 in
zwei übereinander angeordnete
Gurte 12. Die Vorrichtung 1" ' weist einen Werkzeughalter 16 mit
zwei sich gegenüberliegenden
Profilierwerkzeugen 2' gemäß 3 auf. Der Werkzeughalter 16 ist
derart dimensioniert, daß die Profilierwerkzeuge 2' bei
der Bewegung der Vorrichtung 1"' in Bearbeitungsrichtung
X jeweils eine Längsnut 13 in
die ihnen jeweils zugewandte Seite der Gurte 12 einformt.
Die dabei von den Profilierwerkzeugen 2' auf die Gurte
ausgeübte
Kraft wird durch an den Rückseiten
der Gurte angeordnete Stützrollen 17 aufgenommen.
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Die in 8 dargestellte
Vorrichtung eignet sich ebenso zum kraftschlüssigen Verbinden eines in die
Längsnuten 13 der
Gurte 12 eingestellten Steges 14 mit den Gurten 12.
Dabei wird in der in 6 erläuterten
Weise vorgegangen. Durch Anordnung von je zwei Profilierwerkzeugen 2' auf
beiden Seiten des Werkzeughalters 16 ist die Einformung
von jeweils zwei Längsnuten 13 in
zwei sich gegenüberliegende Gurte 12 möglich. Zur
Herstellung eines Hohlkammerprofils werden im Anschluß zwei in
diese Längsnuten 13 eingestellte
Stege 14 mit den Gurten 12 kraftschlüssig verbunden.