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Die vorliegende Erfindung beschreibt
einen Rollfalzkopf mit einer Falzrolle. Mit Rollfalzköpfen werden
z.B. in den Zulieferbetrieben der Automobilindustrie Blechteile
entlang vorbestimmter Bahnen mit den Falzrollen umgefalzt oder umgebördelt. Dabei werden
auch mit dieser Kaltumformung zwei Blechteile derart miteinander
verbunden, dass der Randbereich des einen Blechteils durch die Umbördelung mit
dem Randbereich eines zweiten Blechteils fest mit diesem verbunden
wird. Derart wird eine dauerhafte und feste Verbindung zwischen
den beiden Blechteilen erhalten.
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Für
diesen Falzvorgang wird der Rollfalzkopf mit der Falzrolle ein-
oder mehrmals entlang einer gewünschten
Bahn an dem oder den umzuformenden Werkstücken) geführt, um derart den Falzvorgang
in einem oder mehreren Schritten auszuführen, um die Materialbelastung
gering zu halten.
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Dabei besteht der Rollfalzkopf aus
einem Kopfteil, an dem die eigentliche Falzrolle oder die Falzrollen
auf einer Achse relativ zum Kopfteil verdrehbar gehaltert sind.
Ein Fußteil
des Rollfalzkopfes ist an einer Handhabungsvorrichtung, wie sie
im folgenden beschrieben wird, angeordnet.
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Um eventuelle Maßtoleranzen, insbesondere in
der Materialstärke
der umzuformenden Werkstücke,
auszugleichen, sind im Stand der Technik Rollfalzköpfe bekannt,
bei denen das Kopf- und das Fußteil
relativ zueinander beweglich sind, und zwar parallel zur Längserstreckung
des Rollfalzkopfes. Dabei ist zwischen den beiden Kopf- und Fußteilen eine
Feder angeordnet, um die beiden Teile relativ zueinander vorzuspannen.
Tritt nun eine Unebenheit im zu bearbeitenden Material oder eine
Unstetigkeit der Bewegung des Rollfalzkopfes auf, so kann das Kopfteil
mit den daran angeordneten Falzrollen sich relativ zum Fußteil entgegen
der Federkraft bewegen, um diese Unebenheiten oder Bahnunstetigkeiten
auszugleichen und ein besseres Falzbild zu erhalten. Dabei wird
der Rollfalzkopf im wesentlichen mit seiner Längserstreckung senkrecht zur
Hauptebene des umzuformenden Werkstücks geführt, d.h. der Rollfalzkopf
steht ungefähr
senkrecht zu dem Werkstück.
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Als nachteilig hierbei hat sich erwiesen,
dass mit derartigen Rollfalzköpfen
praktisch nur Abweichungen in der Materialstärke ausgeglichen werden können und
dass es nach wie vor zu unerwünschter Wellenbildung
in Bewegungsrichtung des Rollfalzkopfes bezüglich des Werkstückes unmittelbar
vor der Falzrolle kommt. Das bedeutet, dass das umzufalzende Material
des zu bearbeitenden Werkstückes nach
Art einer Bugwelle vor der Falzwelle hergeschoben wird. Wird diese
Welle zu groß,
so wird diese von der Falzrolle überrollt
und es kommt zu unerwünschten
Unebenheiten in der Falzung. Als weiterer Nachteil im Stand der
Technik ist anzusehen, dass zur Herstellung einer dauerhaften Verbindung
eine zusätzliche
Klebeverbindung an der Umbördelung
vorgesehen ist, die einen zusätzlichen
Herstellungsschritt erfordert.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik
ist der Fachmann vor die Aufgabe gestellt, einen Rollfalzkopf dahingehend
zu verbessern, dass einerseits ein verbessertes Falzbild erhalten
wird und andererseits Abweichungen von den vorgegebenen Maßen, insbesondere
der Materialstärke,
besser ausgeglichen werden. Auch ein entsprechendes Verfahren soll
angegeben werden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die
Merkmale der Patentansprüche
1, 8, 16 und 19 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand
von Unteransprüchen.
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Der Kerngedanke der Erfindung nach
Patentanspruch 1 besteht darin, dass die Kopf- und Fußteile nicht
in Richtung parallel zur Längserstreckung entgegen
einer Federkraft relativ zueinander bewegbar sind, sondern dass
diese beiden Teile des Rollfalzkopfes um eine gemeinsame Schwenkachse
entgegen einer Federkraft relativ zueinander verschwenkbar sind.
Dabei ist die Ausführung
des Schwenkmechanismus bzw. der Ausübung einer Federkraft entgegen
einer Schwenkbewegung im Rahmen der Erfindung vom Fachmann frei
ausführbar.
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Der Vorteil der Erfindung besteht
darin, dass das Kopfteil mit der daran angeordneten Falzrolle über eine
sich bildende Materialwelle in Bewegungsrichtung vor dem Rollfalzkopf
durch eine Pendel- oder Nickbewegung des Kopfteiles relativ zum
Fußteil
hinweggleiten kann, bevor diese sich zu einer großen Materialerhebung
vor dem Rollfalzkopf ausbilden kann. Dies wird insbesondere dann
erreicht, wenn der Rollfalzkopf der Handhabungsvorrichtung des Rollfalzkopfes,
an der dieser gehaltert ist, in Bewegungsrichtung nachläuft. Das
bedeutet, dass die Handhabungsvorrichtung entlang der gewünschten Bahn
an dem Werkstück
geführt
wird und in Bewegungsrichtung der Rollfalzkopf mit der daran angeordneten
Falzrolle der Handhabungsvorrichtung nachläuft. Dabei ist die Schwenkachse,
an der Kopf- und Fußteil
relativ zueinander verschwenkbar sind, im wesentlichen parallel
zur Hauptebene des zu bearbeitenden Werkstücks ausgerichtet. Die Längsachse
des Rollfalzkopfes ist hierbei schräg zur Oberfläche des
zu bearbeitenden Werkstücks
angeordnet.
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Prinzipiell ist es auch möglich, dass
Kopf- und Fußteil
um zwei, vorzugsweise senkrecht aufeinanderstehende, Schwenkachsen
relativ zueinander verschwenkbar sind, um insbesondere bei Umfalzungen
dreidimensionaler Werkstücke
in allen beliebigen Raumrichtungen pendeln zu können.
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In einfacher Weise wird die Federkraft
zwischen Kopf- und Fußteil
derart ausgeübt,
dass zwei Schubstangen mit ihren jeweiligen Längserstreckungen parallel zur
Längserstreckung
des Rollfalzkopfes seitlich an diesem auf gegenüberliegenden Seiten der Schwenkachse
angeordnet sind. Die Schubstangen sind an ihren Enden jeweils mit
Federn, z.B. Teller- oder Spiralfedern, vorgespannt. Wird nun das Kopfteil
relativ zum Fußteil
in einer Richtung verschwenkt, so werden die Federn an den beiden
Enden einer Schubstange auf einer Seite der Schwenkachse zusammengedrückt und
die Federn an der gegenüberliegenden
Schubstange auseinandergezogen, so dass eine Federkraft ausgeübt wird,
die bestrebt ist, den Rollfalzkopf wieder in eine unverschwenkte
Stellung zu bringen.
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Zur Überwachung des Ausschlags der Schwenkbewegung
ist ein Auslenkungsanzeiger am Rollfalzkopf vorgesehen. Dies kann
z.B. in elektronischer Weise über
einen elektronischen Messwertgeber an der Schwenkachse erfolgen
oder in einfacher Weise über
einen mechanischen Zeiger, der dem Kopfteil zugeordnet ist und mit
diesem verschwenkt wird. Dem Kopfteil oder diesem Zeiger können auch Druckaufnehmer,
z. B. ein Mikroschalter, zugeordnet sein, die den Ausschlag des
Kopfteils relativ zum Fußteil
registrieren und den Rollfalzkopf derart steuern, dass der Ausschlag
möglichst
gering gehalten wird.
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Der Kerngedanke der Erfindung nach
Patentanspruch 8 besteht darin, dass die Falzrolle an sich relativ
zum Kopfteil des Rollfalzkopfes verschwenkbar ist. Hierbei sind
ebenfalls Federmittel vorgesehen, die dieser Verschwenkung entgegenwirken
und die Falzrolle in einer vorbestimmten Nulllage hatten sollen.
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Der Vorteil dieser Erfindung besteht
darin, dass die Masse der beweglichen Teile am Rollfalzkopf erheblich
reduziert ist, so dass wesentlich geringere Federkräfte zur
Ausrichtung der Falzrolle relativ zum Kopfteil aufgebracht werden
müssen
als wenn der gesamte Kopfteil federnd gelagert wäre. Somit weist der Rollfalzkopf
eine wesentlich größere Laufruhe
auf, so dass ein verbessertes Falzbild erhalten wird.
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Die Ausgestaltung des Verschwenkmechanismus
der Falzrolle relativ zum Kopfteil kann in an sich beliebiger Weise
erfolgen. Es ist vorgeschlagen, dass die Achse selbst, auf der die
Falzrolle am Kopfteil drehbar gelagert ist, relativ zum Kopfteil
verschwenkbar an diesem angeordnet ist. Dies kann in für den Fachmann
beliebiger Weise ausgeführt
werden.
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Alternativ dazu ist vorgeschlagen,
dass die Falzrolle in ihrem inneren der Achse zugewandten Bereich
konisch oder sphärisch
zulaufend, in Richtung zur Achse hin, ausgebildet ist. Dadurch kann
sie mit einem angefasten Anschlag, vorzugsweise mit der gleichen
Neigung wie der konische Bereich an der Falzrolle, und einem auf
der anderen Seite der Falzrolle angeordneten, ebenfalls angefasten,
Zwischenstück
zusammenwirken. Dabei wird das Zwischenstück von einer Federkraft in
Richtung auf die Falzrolle und diese damit in Richtung auf den Anschlag
am Kopfteil gedrückt.
Diese Federkraft wird in einfacher Weise von einer Teller- oder
Spiralfeder aufgebracht, die am freien Ende der Achse der Falzrolle
abgestützt
ist. Dabei sind um den Umfang der Falzrolle äquidistant verteilt z.B. vier
Federn angeordnet. Somit kann die Falzrolle, wenn sich beim Umfalzen
vor ihr eine Materialwelle aufbaut, dieser ausweichen, wobei sich
aufgrund des Zusammenwirkens der Konen an der Falzrolle und am Anschlag und
dem Zwischenstück
die Falzrolle sich nicht nur relativ zur Achse bzw. zum Kopfteil
verschwenken, sondern auch eine Relativbewegung in Richtung senkrecht
zur Achse erfolgen kann.
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Es ist vorgeschlagen, dass die Falzrolle
um zwei, vorzugsweise senkrecht aufeinanderstehende, Schwenkachsen
verschwenkbar ist, um insbesondere in alle Raumrichtungen verschwenkbar
zu sein, um derart auch dreidimensionale Materialunebenheiten oder
Bahnunstetigkeiten ausgleichen zu können.
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Dazu sind das Zwischenstück und der
Anschlag ringförmig
ausgebildet, um mit ihren jeweiligen Fasen mit dem konischen Abschnitt
der Falzrolle zusammenwirken zu können. Auch hier wird die Federkraft
bevorzugt von Teller- oder Spiralfedern ausgeübt.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, die beiden
vorstehend genannten Ausführungsformen gemeinsam
an einem Rollfalzkopf zu verwirklichen, das bedeutet, dass einerseits
das Kopfteil relativ zum Fußteil
um mindestens eine Achse verschwenkbar ist, und dass andererseits
die Falzrollen an sich relativ zum Kopfteil verschwenkbar sind,
um derart besonders bei kompliziert geformten, umzufalzenden Werkstücken optimale
Falzergebnisse zu erzielen.
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Dabei ist der Rollfalzkopf jeweils
an einer Handhabungsvorrichtung angeordnet, die vorzugsweise eine
Industrieroboterarm ist. Dabei ist die Bewegung des Arms bzw. des
Rollfalzkopfes elektronisch derart gesteuert, dass die Falzrollen über die eventuell
entstehenden Materialwellen vor den Falzrollen immer hinweggleiten,
bevor sich diese zu größeren Erhebungen
stauen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung
kann die Handhabungsvorrichtung auch ein zumindest in einer X, Y-Ebene verfahrbarer
Linearschlitten sein, an dem der Rollfalzkopf gehaltert ist. Damit
können
insbesondere im wesentlichen ebene Werkstücke bearbeitet werden, wobei
ein gewisser Höhenunterschied in
der Z-Richtung z.B. durch eine Verstellung der Neigung der Längsachse
des Rollfalzkopfes bezüglich des
zu bearbeitenden Werkstücks
ausgleichbar ist.
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Prinzipiell kann aber auch der gesamte
Rollfalzkopf mit geeigneten Mitteln bezüglich der X, Y-Ebene in der
Z-Richtung verschiebbar gelagert sein. Derart können z. B. die Ausschnitte
von Schiebedächern
in Autohimmeln bearbeitet werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
nach Patentanspruch 19 wird der Rollfalzkopf der Handhabungsvorrichtung
nachgeführt
bzw. er läuft
ihr nach. Dabei ist vorzugsweise die Längsachse des Rollfalzkopfes
zur Oberfläche
des zu bearbeitenden Werkstückes
geneigt, wobei diese Neigung auch veränderbar einstellbar sein kann.
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Vorzugsweise ist hierbei die Schwenkachse des
Rollfalzkopfs zwischen Kopf- und Fußteil im wesentlichen parallel
zur Hauptebene des zu bearbeitenden Werkstücks ausgerichtet, so dass,
wenn sich eine Welle vor der Falzrolle aufbaut oder eine sonstige
Unebenheit auftritt, das Kopfteil sich in einer Pendelbewegung relativ
zum an der Handhabungsvorrichtung fest angeordneten Fußteil verschwenkt,
um z.B. über
eine sich aufbauende Welle hinwegzugleiten oder eine Delle bzw.
eine Schwächung
der Materialstärke
nach unten auszugleichen.
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Mit Hilfe einer Veränderung
der Neigung des gesamten Rollfalzkopfes bezüglich der Oberfläche des
Werkstücks
kann zum einen ein gewisser Höhenausgleich
in der Z-Richtung realisiert werden, und zum anderen ist eine Veränderung
der Anpreßkraft
der Falzrolle auf das Werkstück
ermöglicht. Hierzu
wird entweder das Fußteil
mit geeigneten Mitteln relativ zur Handhabungsvorrichtung verschwenkt oder
die gesamte Handhabungsvorrichtung mit dem daran fest angeordneten
Fußteil
neu ausgerichtet.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und
Vorteile der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Beschreibungsteil
entnehmen, in dem anhand von Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher dargestellt
sind. Es zeigen:
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1:
eine erste Ausführungsform
des Rollfalzkopfes in Seitenansicht,
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2:
eine andere Ausführungsform
des Kopfteils des Rollfalzkopfes in Schnittdarstellung, und
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3:
eine schematische Darstellung eines Rollfalzkopfes im Betrieb.
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Bei dem Ausführungsbeispiel in 1 handelt es sich um einen
Rollfalzkopf 1 mit einem Kopfteil 2 und einem
Fußteil 3.
Das Fußteil 3 ist
hier mit Schrauben 14 fest an einer Handhabungsvorrichtung 6,
wie z.B. dem Arm eines Industrieroboters oder eines X, Y-Linearschlittens
fest angeordnet. Das Kopfteil 2 ist um eine Schwenkachse 7 relativ
zum Fußteil 3 verschwenkbar,
wie durch den Pfeil V angedeutet.
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An dem Kopfteil 2 sind eine
oder vorteilhafterweise zwei Falzrollen 4 auf Achsen 5 gelagert.
An dem Kopfteil 2 ist ein Schmiernippel 16 für die Rollenlager
vorgesehen.
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Um der Verschwenkung V des Kopfteiles 2 relativ
zum Fußteil 3 federnd
entgegen zu wirken, sind an dem Rollfalzkopf 1 seitliche
Schubstangen 8 angeordnet. Diese sind im wesentlichen parallel
zur Längserstreckung
L des Rollfalzkopfes 1 angeordnet. Wird das Kopfteil 2 in
dieser Darstellung zum Beispiel nach rechts verschwenkt, so werden
die Tellerfedern 11 an der rechten Schubstange 8 zusammengedrückt und
die Tellerfedern 11 an der linken Schubstange 8 auseinander
gezogen, so dass insgesamt eine Federkraft dieser Verschwenkung
nach rechts entgegenwirkt. Die Tellerfedern 11 sind z.B. mit
Muttern 15 an den Enden der Schubstangen 8 gesichert
und üben
derart eine Federkraft auf die jeweiligen Enden der Schubstangen 8 aus.
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Zur Überwachung und/oder zur Begrenzung des
Ausschlags des Kopfteils 2 relativ zum Fußteil 3 ist
dem Kopfteil 3 hier ein Auslenkungsanzeiger 9 zugeordnet.
Dieser weist eine Spitze 9a auf, die hier mit Druckaufnehmern 10,
z. B. einem Mikroschalter, zusammen wirkt, um einerseits den Ausschlag
des Kopfteils 2 zu begrenzen, und andererseits den Grad des
Ausschlags bzw. der Verschwenkung V zu erfassen und den gesamten
Rollfalzkopf 1 derart mit der Handhabungsvorrichtung 6 zu
bewegen oder zu steuern, dass die Verschwenkung wieder verringert wird.
Dies erfolgt vorzugsweise elektronisch.
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Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung
handelt es sich um das Kopfteil 2 eines Rollfalzkopfes 1.
An dem Kopfteil 2 ist der Tastkopf 16 zur Überwachung
des Kopfteils 2 bezüglich
des Werkstückes 17 angeordnet.
Die Falzrolle 4, die hier symmetrisch auf der anderen Seite
des Kopfteils 2 ebenfalls vorhanden aber nicht dargestellt
ist, ist in ihrem inneren Bereich 4a, der der Achse 5 zugewandt
ist, konisch zulaufend in Richtung auf die Achse 5 hin
ausgebildet. Die Achse 5 ist hier starr mit dem Kopfteil 2 verbunden,
theoretisch kann jedoch auch die Achse 5 verschwenkbar
zum Kopfteil 2 ausgebildet sein.
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An dem Kopfteil 2 ist ein
Anschlag 12, vorzugsweise in Form eines Ringes, angeordnet,
der eine Fase mit einem dem Konus 4a entsprechenden Neigungswinkel
aufweist. Auf der anderen Seite des Konus 4a ist ein Zwischenstück 13 angeordnet,
vorzugsweise ebenfalls als Ring, wobei das Zwischenstück 13 mit
Tellerfedern 11 oder Spiralfedern vorgespannt ist. Die
Tellerfedern 11 wiederum sind an einem Anschlag 5a am
freien Ende der Achse 5 abgestützt.
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Derart wird über das Zwischenstück 13 eine Federkraft
auf die Falzrolle 4 ausgeübt. Die Tellerfedern 11,
z.B. vier Stück,
sind konzentrisch zur Achse 5 geschichtet. Es kann aber
auch eine durchgehend umlaufende Feder vorgesehen sein. Mit dieser
Federwirkung ist erreicht, dass zum einen die Falzrolle 4 eine
Relativbewegung in Richtung R zur Achse 5 bzw. zum Kopfteil 2 des
Rollfalzkopfes 1 ausführen kann.
Damit kann die Falzrolle 4 z.B. eine Materialverdickung
in dem umzufalzenden Material durch ein leichtes Anheben der Falzrolle 4 ausgleichen.
Die Falzrolle 4 kann aber auch die beiden Schwenkbewegungen
U1 und U2 relativ zur Achse 5 bzw. zum Kopfteil 2 ausführen, um
insbesondere bei dem Umfalzen dreidimensionaler Werkstücke sich
in sämtlichen
Raumrichtungen an die Oberfläche
des zu bearbeitenden Werkstücks
optimal anzupassen, d.h. immer plan auf der Oberfläche des
Werkstücks
aufzuliegen. Dabei werden die Falzrolle 4 und das Zwischenstück 13 relativ
zueinander verschoben, was entgegen einer Federkraft erfolgt. Somit
kann die Falzrolle 4 relativ zur Achse 5 verkippt
werden, wobei stets eine der Tellerfedern 11 dieser Verkippung
entgegenwirkt.
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Aus der schematischen Darstellung
in 3 ist die grundsätzliche
Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen Rollfalzkopfes 1 ersichtlich.
Das Fußteil 3 ist
fest mit einer Handhabungsvorrichtung 6, z.B. dem Arm eines
Industrieroboters, verbunden, wobei die Neigung α des Rollfalzkopfes 1 bezüglich der Oberfläche des
zu bearbeitenden Werkstücks
einstellbar und den Erfordernissen entsprechend wählbar ist.
Mit einer Veränderung
der Neigung α kann zum
einen ein gewisser Höhenausgleich
des Rollfalzkopfes 1 bezüglich dem Werkstück 17 realisiert werden
und zum anderen kann die Anpreßkraft
der Falzrolle 4 auf das Werkstück 17 verändert werden.
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Die Handhabungsvorrichtung 6 wird
in Vorschubrichtung T über
das Werkstück 17 geführt. Dabei
falzt die Falzrolle 4 einen Randbereich des Werkstücks 17,
ggf. um ein weiteres Werkstück
herum, um. Das Kopfteil 2 des Rollfalzkopfes 1 ist
um eine Schwenkachse 7 verschwenkbar. Baut sich beim Umfalzen
vor der Falzrolle 4 eine Materialwelle 18 auf,
so kann das Kopfteil entgegen einer Federkraft in Richtung V relativ
zum Fußteil 3 verschwenkt
werden, um über
diese Welle 18 hinwegzufalzen oder -gleiten, um bereits
bei geringen Unebenheiten diese auszugleichen und nicht eine größere Menge
Material des umzuformenden Werkstücks vor sich herzuschieben.
Ebenso können
auch Vertiefungen oder auch Wellen in dem zu bearbeitenden Werkstück nach
unten durch die verschwenkbare Falzrolle 4, die der Handhabungsvorrichtung 6 in
Vorschubrichtung T nachläuft,
ausgeglichen werden.
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- 1
- Rollfalzkopf
- 2
- Kopfteil
von 1
- 3
- Fußteil von 1
- 4
- Falzrolle
- 4a
- konischer
Teil von 4
- 5
- Achse
von 4
- 5a
- Anschlag
an 5
- 6
- Handhabungsvorrichtung
- 7
- Schwenkachse
zwischen 2, 3
- 8
- Schubstange
- 9
- Auslenkungsanzeiger
- 9a
- Spitze
von 9
- 10
- Druckaufnehmer
- 11
- Tellerfeder
- 12
- Anschlag
an 2
- 13
- Zwischenstück
- 14
- Schraube
- 15
- Mutter
- 16
- Schmiernippel
- 17
- Werkstück
- 18
- angehäuftes Material
- U1,
U2
- Verschwenkung
von 4 zu 2
- L
- Längserstreckung
von 1
- V
- Verschwenkung
von 2 zu 3
- R
- Relativbewegung
von 4 zu 5
- T
- Vorschubrichtung
von 1
- α
- Neigung
von 1