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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Biegen
und Umformen von Profilen durch Walz- oder Matrizenbiegen nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Hierbei ist es bekannt, das zu
biegende oder umzuformende Profil durch ein oder mehrere Biegewerkzeuge
zu biegen oder umzuformen.
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Unter
dem Begriff „Umformen" wird verstanden,
dass aus beispielsweise einem geraden Blechzuschnitt durch einen
Umformvorgang ein Profil hergestellt wird, wofür das erfindungsgemäße Verfahren neuartige
Lösungsansätze vorschlägt.
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Unter
dem Begriff „Biegen" wird verstanden, dass
bereits fertiggestellte Profile in beliebiger Weise zweidimensional
oder dreidimensional gebogen werden.
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Unter
dem Begriff „Walzbiegen" wird verstanden,
dass der Biege- oder Umformprozess durch Hindurchleiten des umzuformenden
Blechabschnittes oder des zu biegenden Profils durch einen Walzbiegevorgang
stattfindet. Eine derartige Walzbiegemaschine besteht im Wesentlichen
aus einer mittleren Walzrolle, der eine Mittelrolle dem zu biegenden
Profil gegenüber
liegt.
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In
Durchlaufrichtung des Profils liegt vor der Walzrolle mindesten
eine Stützrolle
und ggf. eine der Stützrolle
gegenüberliegende
Führungsrolle,
und hinter der Walzrolle liegt ggf. auch noch eine Biegerolle. Es
können
hierbei noch weitere Führungsrollen oder
Gleitschuhe angeordnet werden. Ein Walzbiegevorgang kann auch dadurch
erfolgen, dass einige der vorher genannten Rollen nicht als Rollen
ausgebildet sind, sondern als Gleit- oder Press-Schuhe.
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Die
Erfindung bezieht sich auch nicht nur auf das Biegen von Profilen
allgemein, sondern insbesondere auch auf das Biegen von Hohlprofilen.
Bei dünnwandigen
Hohlprofilen besteht das Problem, dass die Gefahr besteht, dass
während
des Biegens das Profil einfällt
oder reißt.
Für diesen
Fall wird es bevorzugt, wenn im Innenraum des Profils ein Dornschaft
mitgeführt
wird, der das Profil in der Biegezone von innen her abstützt.
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Die
Erfindung betrifft im übrigen
auch ein Verfahren zum Biegen und Umformen mithilfe von ein oder
mehreren Matrizen.
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Derartige
Matrizen sind Biegewerkzeuge, die im Wesentlichen aus Gleitschuhen
bestehen, wie sie beispielsweise in der
US 5,884,517 beschrieben sind. Auch
hier besteht das Problem, dass man durch eine mehrdimensionale Verdrehung,
Neigung und Verschiebung der einzelnen Matrizen ein ggf. kompliziertes
und auch dünnwandiges
Profil umformen und/oder biegen will.
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Alle
vorgenannten Biege- und Umformverfahren haben sich bewährt. Es
entstehen allerdings Probleme, wenn es darum geht, besonders dünnwandige
Hohlprofile mit hohem Umformfaktor umzuformen. Weitere Probleme
entstehen dann, wenn es um ein sehr dünnwandiges und hochfestes Metallmaterial
geht. Derartige hochfesten Materialien sind z. B. Molybdän- oder
Sonderlegierungen mit hochfesten Eigenschaften, die sich im Biege-
und/oder Umformprozess als besonders spröde und hart herausgestellt
haben und demzufolge außerordentlich schwierig
zu biegen sind.
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Solche
hochfesten Sonderlegierungen (hierunter fallen nicht nur Stahl-
sondern auch Leichmetall-Legierungen) sind mit konventionellen Biegemethoden
nicht mehr zu biegen. Es hat sich vielmehr gezeigt, dass beim Biegen
und/oder Umformen derartiger Legierungen das Material so spröde ist,
dass es während
des Biegeprozesses bricht, einreißt, beult oder in den ursprünglichen
Zustand zurückfedert. Dies
bedeutet, dass es mit konventionellen Mitteln nicht mehr zu biegen
ist.
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Hier
setzt die Erfindung ein, die sich das Ziel gesetzt hat, hochfeste
Stahl- oder Leichtmetall-Legierungen, die mit konventionellen Methoden
der eingangs genannten Art nicht mehr zu biegen sind, trotzdem noch
mit gutem Umformwirkungsgrad mit hoher Genauigkeit umzuformen und/oder
zu biegen.
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Zur
Lösung
der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre
des Anspruchs 1 gekennzeichnet.
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Wesentliches
Merkmal der Erfindung ist, dass mindestens einem der Biegewerkzeuge
mindestens ein Schwingungserzeuger zugeordnet ist, der das Biegewerkzeug
in Schwingung versetzt.
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Mit
der gegebenen technischen Lehre wird also ein neuer Lösungsansatz
in der Weise vorgeschlagen, dass beim Walz- oder Matrizenbiegen
die dort verwendeten Biegewerkzeuge jeweils einer Schwingung unterworfen
werden, wobei mindestens eines der Biegewerkzeuge eine solche Schwingung ausführen soll.
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Unter
dem Begriff „Schwingungserzeuger" werden nach der
Erfindung sämtliche
geeigneten Schwingungserzeuger verstanden, die in der Lage sind,
eines oder mehrere der vorgenannten Biegewerkzeuge (Rollen und/oder
Gleitschuhe und/oder Pressschuhe und/oder Matrizen) in Schwingung
zu versetzen, die demzufolge auf das Biegewerkzeug übertragen
wird und von diesem auf das zu biegende und/oder umzuformende Profil.
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Ein
derartiger Schwingungserzeuger kann z. B. ein elektromagnetischer
Schwingungserzeuger sein, wobei ein oder mehrere Spulenwicklungen
mit einem entsprechenden Anregungsstrom angeregt werden, so dass
das Biegewerkzeug in Schwingung versetzt wird: Diese Schwingungen
können
sowohl in longitudinaler Richtung als auch in radialer Richtung auf
das Biegewerkzeug wirken, und von Fall zu Fall wird entschieden,
welche Schwingung an welchem Biegewerkzeug oder an welchem Vorschubwerkzeug eingeleitet
wird.
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Die
Erfindung bezieht sich nicht nur auf das Einleiten von Schwingungen
auf die Biegewerkzeuge, sondern darüber hinaus auch noch auf die
Einleitung der Schwingungen auf Innenprofil-Werkzeuge, wie sie insbesondere
mit dem von einer Dornstation in Vorschubrichtung befestigten Dornschaft
vorgesehen sind.
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Hierbei
kann sowohl die Dornstation selbst durch Schwingungen angeregt werden
als auch der im Hohlprofil mitgeführte Dornschaft (oder ein Innenprofilwerkzeug),
der einen gesonderten Schwingungserzeuger aufweisen kann.
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Zwar
ist mit dem Aufsatz des Autors Lehfeldt, Eckart: „Beeinflussung
der inneren Reibung durch Ultraschall bei der plastischen Verformung
metallischer Werkzeuge" in
VDI-Z-111 Nr. 6, Seite 359 bis 363 (1969) allgemein eine Beeinflussung
der inneren Reibung durch Ultraschall bei der plastischen Verformung
metallischer Werkstoffe offenbart worden. Diese Druckschrift beschäftigt sich
allgemein mit derartigen Erscheinungen im Gefüge metallischer Werkstoffe,
ohne dass auf Biege- oder Umformverfahren Bezug genommen wird.
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Bei
den erfindungsgemäßen Biege-
und Umformverfahren, die mit einem Walz- oder Matrizenbiegen arbeiten, ist jedoch
stets kennzeichnend, dass das zu biegende oder umzuformende Profil
einem Fließvorgang
unterworfen wird, welcher Fliessvorgang im Außen- und Innenbereich der Biegezone stattfindet.
Im Außenbereich
wird das umzuformende Material des Profils gestreckt, während es
im gegenüberliegenden
Bereich gestaucht wird. Es kommt zu einem Auswalzeffekt des zu biegenden
oder umzuformenden Profils, weil mit dem Fliessvorgang im Gefüge des umzuformenden
Profils gleichzeitig das Gefüge
durch Volumenveränderung
umgeformt wird.
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Nun
hat sich herausgestellt, dass bei hochfesten Aluminium- oder Stahllegierungen
dieser Fließprozess
nur noch ungenügend
stattfindet, wenn nicht mindestens eines oder mehrere der Biegewerkzeuge
in Schwingungen versetzt wird.
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Hier
setzt die Erfindung mit der Erkenntnis ein, dass der Streck- oder
Stauchvorgang am zu biegenden Profil, bei dem es gleichzeitig zu
einer Volumenveränderung
aufgrund von Auswalzvorgängen kommt,
eine Schwingungserzeugung diesen Vorgang optimal unterstützt.
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Versuche
des Anmelders haben gezeigt, dass es nun erstmals möglich ist,
auch hochfeste Stähle
und Aluminiumlegierungen (auch bei dünnwandingen Hohlprofilen) einwandfrei
umzuformen, ohne dass es zu einem Reißen, Brechen oder einer unerwünschten
Deformation des Profilquerschnittes kommt.
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Eingangs
wurde bereits schon ausgeführt, dass
als Schwingungserzeuger jeder beliebige Schwingungserzeuger verwendet
werden kann, der in der Lage ist, die geforderte Schwingungsfrequenz zu
erbringen. Als Schwingungserzeuger wurde eingangs ein elektromagnetischer
Schwingungserzeuger genannt, der im wesentlichen aus mit Strom erregten
Spulen besteht, durch die ggf. auch eine mittel- oder hochfrequente
Schwingung fließt.
Derartige Spulen können
mit einer Schwingungsfrequenz von 50 Hz bis 20 kHz angeregt werden.
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Die
verwendeten elektromagnetischen Wicklungen können hierbei in Längsrichtung
angeordnet werden, es können
jedoch auch in Querrichtung hierzu verlaufende elektromagnetische
Wicklungen verwendet werden und es können auch dreidimensionale,
stromdurchflossene, elektromagnetische Wicklungen verwendet werden,
die sowohl longitudinale Schwingungen als auch Schwingungen in radialer Richtung
erzeugen, wobei sich sogar dreidimensionale Schwingungen ergeben,
wenn in verschiedenen Richtungen schwingende Elektromagnetspulen
verwendet werden.
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Neben
dem Schwingungserzeuger als Elektromagnetspule gibt es eine Reihe
von anderen Schwingungserzeugern, die von der technischen Lehre
der Erfindung erfasst sein sollen. Als Ultraschall-Schwingungserzeuger
kommen insbesondere Resonatoren in Frage, aber auch Schwingquarze und
Piezokristalle.
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Neben
solchen Schwingungserzeugern kommen auch mechanische Schwingungserzeuger in
Betracht, wie z. B. Exzenter-Schwinger, hydraulische Schwingungserzeuger
oder pneumatische Schwingungserzeuger, bei denen das Luft- oder Flüssigkeitskissen
eine entsprechende Pulsation erzeugt.
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Wie
eingangs ausgeführt,
sieht das Verfahren Schwingungen im Bereich von 50 Hz bis etwa 30 kHz
vor, wobei eine Schwingung im Bereich von 16 bis 20 kHz bevorzugt
wird.
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In
diesem Ultraschallbereich wurden besonders gute Ergebnisse bei der
Beaufschlagung der Biegewerkzeuge erwartet.
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Es
findet mit den erfindungsgemäßen Maßnahmeneine
Steigerung der Biegewirksamkeit am Profil statt. Hierbei bleibt
es offen, ob das Biegewerkzeug selbst fremderregt wird oder ob auf
das zu biegende Profil eine entsprechende Schwingung eingeleitet
wird. Beide Ausführungen
werden vom Erfindungsgedanken umfasst.
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Wenn
in der folgenden Beschreibung lediglich nur noch ein Verfahren zum
Biegen von Hohlprofilen dargestellt wird, so ist dies nicht einschränkend zu
verstehen. Das vorliegende Verfahren bezieht sich auch auf die Biegung
oder Umformung von Massivprofilen und/oder halboffenen Profilen,
wie z.B. Winkel-, T- oder Doppel-T-Profilen, wie auch U-Profilen.
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Der
Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht
nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination
der einzelnen Patentansprüche
untereinander.
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Alle
in den Unterlagen, einschließlich
der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere
die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden
als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in
Kombination gegenüber
dem Stand der Technik neu sind.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege
darstellenden Zeichnungen näher
erläutert.
Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere
erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
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Es
zeigen:
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1: schematisiert ein Biegeverfahren nach
der Erfindung mit der Darstellung unterschiedlicher Schwingungserzeuger
an den Biegewerkzeugen,
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2: eine Dornstation zur
Führung
eines Doppel-Dornschafts, teilweise im Schnitt,
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3: Schnitt durch die Einführung des
Doppel-Dornschafts in das zu biegende Profil an der Rückseite,
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4: eine gegenüber 1 teilweise abgewandelte
Ausführungsform
mit Darstellung weiterer Einzelheiten,
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5: die Darstellung eines
Spannkopfes mit Schwingungserzeuger,
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6: eine gegenüber 5 abgewandelte Ausführungsform
mit Darstellung weiterer Einzelheiten,
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7: eine erste Ausführungsform
der Anordnung von Spulenwicklungen in einer Biegerolle,
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8: die Stirnansicht der
Ausführung
nach 7,
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9: eine zweite Ausführungsform
einer Biegerolle,
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10: eine dritte Ausführungsform
einer Biegerolle,
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11: eine vierte Ausführungsform
einer Biegerolle,
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12: eine fünfte Ausführungsform
einer Biegerolle,
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13: eine sechste Ausführungsform
einer Biegerolle,
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14: eine siebte Ausführungsform
einer Biegerolle,
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15: die Stirnansicht der
Biegerolle nach 14,
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16: schematisiert ein Umformverfahren mit
einer Matrizen-Umformung im Schnitt,
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17: die Stirnansicht der
Matrizenumformung nach 16,
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18: eine Seitenansicht der
Matrizenumformung.
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In 1 ist schematisiert eine
Profil-Walzbiegemaschine dargestellt, die im wesentlichen aus einer
Kopfmaschine 1 besteht, in deren Gestell eine mittlere
Walzrolle 3 angeordnet ist, die beispielsweise mit einer
Vorspannkraft von 400 kN in Pfeilrichtung 4 auf das zu
biegende Profil 20 zugestellt wird. Der Walzrolle 3 gegenüberliegend
ist eine Mittelrolle 2 angeordnet, welche das zu biegende
Profil 20 von der Seite her abstützt.
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In
Durchlaufrichtung hinter der Walzrolle 3 befindet sich
eine äussere
Stützrolle 6,
die sich an der Aussenseite des zu biegenden Profils 20 anlegt, während gegenüberliegend
eine innere Führungsrolle 7 der
Stützrolle 6 gegenüber liegt.
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Am
auslaufseitigen Ende kann noch eine Biegerolle 5 angeordnet
werden.
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Die
Rollen 5, 6, 7 können auch durch entsprechend
gleichwirkende Gleitschuhe ersetzt werden.
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Es
ist noch dargestellt, dass am Auslaufende ein oder mehrere Führungsrollen 15 vorhanden
sind. Diese haben den Zweck, beim Einfädeln des zu biegenden Profils 20 in
Pfeilrichtung 62 (siehe 2) das
(von vorn) einzufädelnde
Profil aufzunehmen und durch die vom Profil weggestellten Walz-
und Biegerollen 2, 3, 5, 6, 7 hindurch
zu führen.
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An
der Rückseite
wird das Profil über
eine Brücke 10 geführt, auf
der verschiebbar ein Schlitten 11 angeordnet ist. Auf dem
Schlitten 11 befindet sich ein Spannkopf 12 mit
einem zugeordneten Spannfutter 14, welcher das hintere
Ende des Profils 20 aufnimmt. Durch den Innenraum des Profils 20 erstrecken
sich zwei parallel zueinander angeordnete Dornstangen 13,
wobei jede Dornstange an ihrem vorderen, freien Ende einen Dornschaft 16 trägt.
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Die 2 und 3 zeigen; wie die jeweiligen Dornschäfte 16 in
die zugeordnete Profilkammer des Profils 20 eingeführt bzw.
das Profil über
die Dornschäfte
geschoben wird.
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Wichtig
ist nun, dass einem oder mehreren der Biegewerkzeuge ein Schwingungserzeuger
zugeordnet ist.
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Zusätzlich kann
es noch vorgesehen sein, dass neben der Anordnung von Schwingungserzeugern 30–37 in
den einzelnen Biegewerkzeugen noch weitere Schwingungserzeuger vorhanden
sind, die in Form von Gleitschuhen an der Außenseite des Profils 20 anliegen.
Die 1 zeigt als Ausführungsbeispiel zwei
einander gegenüberliegende
Vibrationssättel 8, 9,
die zwischen den Biegerollen 3, 6 bzw. 2, 7 angeordnet
sind. Diese Vibrationssättel 8, 9 enthalten
eigene Schwingungserzeuger, die geeignet sind, das Profil 20 sowohl
in axialer Richtung als auch in radialer Richtung mit entsprechenden
Schwingungen zu beaufschlagen.
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Wenn
nachfolgend die einzelnen Schwingungserzeuger beschrieben werden,
so ist dies nicht einschränkend
zu verstehen. Es kann von Fall zu Fall lediglich ein einziger Schwingungserzeuger
an irgendeinem der Biegewerkzeuge vorgesehen werden. In anderen
Ausführungsbeispielen
ist es jedoch möglich,
dass mehrere Biegewerkzeuge derartige Schwingungserzeuger tragen
und schließlich
ist es auch vorgesehen, dass kumulativ alle Biegewerkzeuge mit entsprechenden
Schwingungserzeugern versehen sind.
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Als
Ausführungsbeispiel
wird in 1 dargestellt,
dass im Spannkopf 12 ein Schwingungserzeuger 30 angeordnet
ist, der über
das Spannfutter 14 eine in Längsrichtung gehende Schwingung
auf das dort eingespannte Profil 20 ausübt.
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Ferner
ist schematisiert dargestellt, dass in einer oder mehreren der Biege-
oder Stützrollen 2, 3, 5, 6 ein
oder mehrere Schwingungserzeuger 31–35 angeordnet sind.
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Schließlich zeigt 2, dass auch die Dornstation 17,
welche das freie, hintere Ende der Dornstangen 13 trägt, mit
einem zugeordneten Schwingungserzeuger 36 beaufschlagt
ist. Auf diese Weise werden über
die in Schwingung versetzten Dornstangen 13 auch die Dornschäfte 16 in
Schwingung versetzt. Hierauf wird später noch anhand der 4 eingegangen.
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Die 2 zeigt, dass auch die Dornschaftauflage 18 mit
einem Schwingungserzeuger versehen werden kann, der eine in Höhenrichtung
(= Z-Ebene) verlaufende
Schwingung in Pfeilrichtung 19 auf den Dornschaft einleitet.
Auf diese Weise wird quasi eine stehende Welle in der Dornstange 13 und
damit an den Dornschäften 16 erzeugt,
was zu besonders günstigen
Umformergebnissen im Innenraum des Profils führt. Einzelheiten sind hierzu
in 4 dargestellt.
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Dort
ist erkennbar, dass die jeweilige Dornstange 13 eine in
Längsrichtung
verlaufende Mittenbohrung 22 aufweist, welche Platz für die Durchführung des
Kabels und einen Ölkanal
lässt. Über das Kabel 21 wird
die im Innenraum des Dornschafts 16 angeordnete Spulenwicklung 23 mit
einem pulsierenden Gleichstrom oder einem Wechselstrom versorgt.
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Aufgrund
der entstehenden Magneto-Friktion und der magnetischen Wirkungen
im metallischen Material schwingt daher der gesamte Dornschaft 16 in
Längsrichtung
(Pfeilrichtung 29), sowie auch in Querrichtung hierzu,
nämlich
in Pfeilrichtung 19.
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Das über die
Mittenbohrung 22 eingeführte Öl gelangt
durch den Dornschaft 16 hindurch nach vorne in Richtung
auf quer hierzu verlaufenden und radial nach außen mündenden Ölkanäle 24. Dort gelangt
es an die Außenoberfläche des
Dornschafts 16 und erzeugt einen am Außenumfang sich ergebenden Ölfilm 25.
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Die
Vorderseite des Dornschafts 16 wird durch eine Kopfplatte 26 gebildet,
an deren Außenumfang
gegenüberliegend
Schleißplatten 27 angeordnet
sind, die eine entsprechend starke Abstützwirkung gegen die hohen Verformungskräfte im Biegespalt
zwischen der Walzrolle 3 und der gegenüberliegenden Mittelrolle 2 auffangen.
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Im
Bereich der Schleißplatten 27 erfolgt
deshalb die hochbelastete primäre
Biegeumformung mit der vorher beschriebenen Gefügeveränderung, wobei insbesondere
auf die Schleißplatten 27 die
von der Spulenwicklung 23 erzeugte Schwingung auf die Innenseite
des Profils 20 übertragen
wird.
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Die
Vibrationserzeugung auf den Dornschaft 16 dient weiterhin
sekundär
dazu, die Reibung zwischen dem Außenumfang des Dornschafts und
dem Innenumfang des zu biegenden Profils, insbesondere im Bereich
der Biegeumformzone, zu verringern.
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Es
hat sich gezeigt, dass durch die Vibrationserzeugung am Ölfilm 25 ausgezeichnete
Gleiteigenschaften erzielt werden, weil das Öl durch die hin- und hergehende
Bewegung besonders dünnflüssig wird,
sich günstig
verteilt und eine ausgezeichnete schmierende Bewegung auf den Innenumfang
des umzuformenden Profils 20 erzeugt.
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Der
Vollständigkeit
halber sei noch erwähnt, dass
die Spulenwicklung 23 in einer Hülse 28 im Innenraum
des Dornschafts 16 angeordnet ist.
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Die 5 zeigt, dass auch der Spannkopf 12 mit
einem Schwingungserzeuger 30 versehen ist, wobei die Einspannung
des Profils 20 mit einem Spannzylinder 38 erfolgt,
der sich am Außenumfang des
Profils 20 anlegt. Im Spannkopf 12 ist ein Schwingungserzeuger 30 angeordnet,
der aus einer stromdurchflossenen Spulenwicklung besteht, sodass
auch über
den Spannkopf 12 eine in Längsrichtung gehende Schwingung
erzeugt wird. Zusätzlich ist
dargestellt, dass auch der Dornstange 13 ein Schwingungserzeuger 37 zugeordnet
ist. Hierbei sieht die Erfindung in einer Ausführung vor, dass entweder nur
die Dornstange 13 einen Schwingungserzeuger 37 hat
und hierbei der Dornschaft 16 keinen Schwingungserzeuger
besitzt.
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In
einer anderen Ausgestaltung kann es jedoch vorgesehen sein, dass
nur der Dornschaft 16 den vorher beschriebenen Schwingungserzeuger aufweist,
während
die Dornstange 13 keinen eigenen Schwingungserzeuger hat.
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Weitere
Einzelheiten ergeben sich aus 6.
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Dort
ist dargestellt, dass an der Dornstation 17 ein Ölanschluss 40 für die Einführung des Öls in die
Dornstange 13 vorgesehen ist. Ferner ist dargestellt, dass
die Dornstange über
Führungsrollen 39 in den
Spannkopf 12 eingeführt
ist und dass im Spannkopf 12 der vorher erwähnte Schwingungserzeuger 30 angeordnet
ist.
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Die 7 bis 15 zeigen verschiedene Ausführungsformen
von Biegewerkzeugen, die alle mit einem Schwingungserzeuger versehen
sind. Hierbei wird nur beispielhaft dargestellt, dass ein solcher Schwingungserzeuger
aus stromdurchflossenen Spulen bestehen kann. Hierauf ist die Erfindung
jedoch nicht beschränkt.
Anstatt stromdurchflossener Spulen können auch andere Schwingungserzeuger verwendet
werden, wie im allgemeinen Beschreibungsteil erwähnt wurde. Insbesondere fallen
hierunter piezoelektrische Kristalle und andere Schwingungserzeuger,
die in der Lage sind, Ultraschallschwingungen zu erzeugen.
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Als
erstes Ausführungsbeispiel
ist in den 7 und 8 dargestellt, dass eine
oder mehrere der Biegerollen 2, 3, 5, 6 jeweils
als Metallrolle ausgebildet ist, wobei jeweils stirnseitig in der
Rolle eine Ringnut 42 angeordnet ist, in die jeweils eine
Spulenwicklung 44 eingelegt ist. Diese Spulenwicklung 44 ist kreisförmig umlaufend,
wie sich aus 8 ergibt.
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Derartige
Spulenwicklungen 44 können
beispielsweise in sich eigenstabil durch Eingießen in einen Kunststoffkörper hergestellt
werden und werden dann als Ringkörper
jeweils in die zugeordnete Aufnahmenut (Ringnut 42) an
der Stirnseite der jeweiligen Rolle eingelegt.
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In
einer anderen Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass die Wicklung
unmittelbar in die Ringnut 42 eingebracht wird, ohne dass
sie in einem eigenstabilen Körper
fixiert ist.
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Bei
der Serienfertigung ist wichtig, dass die Spulenwicklungen 44 für sich selbst
hergestellt werden können
und eigenstabil sind, damit sie als gesonderte Körper jeweils in die Ringnut 42 passgenau
jeweils an der Stirnseite der Rolle 2, 3, 5, 6 eingelegt werden
können.
Die Stirnseite wird dann jeweils durch einen Deckel 43 verschlossen.
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Die
entsprechende Stromversorgung der Spulenwicklungen 44 erfolgt
durch nicht näher
dargestellte Schleifringe, die beispielsweise an der einen Stirnseite
der Biegerolle 2, 3, 5, 6 angeordnet sind
und die mit zugeordneten Abgriffen mit einer entsprechenden Stromquelle
in Verbindung stehen.
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Statt
der drahtgebundenen Einkopplung des Anregungsstromes für die Spulenwicklungen 44 kann
auch eine induktive (drahtlose) Einkopplung vorgesehen werden.
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Im
Ergebnis schwingt dann die Rollfläche 46, indem sie
ihren Durchmesser vergrößert und
beispielsweise die Rollfläche 46' bildet.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass die Rollfläche über ihrer axialen Länge eine
Sinusschwingung ausführt,
so dass es nicht zu einer parallelen, radial auswärts gerichteten
Verformung der Rollfläche 46 in
Richtung auf die Rollfläche 46 kommt,
sondern zu einer Sinuswelle, welche sich über die axiale Länge der
Rollfläche 46 erstreckt
und diese in Form einer Sinuskurve verformt.
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Die
Rollfläche 46 wird
hierbei zwischen zwei Flanschen 21 vergrößerten Durchmessers
ausgebildet, wobei ggf. auch diese Flansche sich in der gestrichelten
Art verformen.
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Die
Rolle 2, 3, 5, 6 ist mittels
eines Gleitlagers auf der Achse 45 drehbar gelagert.
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Neben
einem solchen Gleitlager können auch übliche Kugellager
oder sonstige Lagerkörper verwendet
werden.
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Die 9 zeigt eine verdoppelte
Ausführung einer
Rolle 2, 3, 5, 6 im Vergleich
zu 7, wo erkennbar ist,
dass die Rollenausführung
nach 7 verdoppelt ist,
und die beiden Rollen im Bereich eines mittleren Stoßes 47 aneinander
stoßen.
Dies führt
dazu, dass im Bereich des Stoßes 47 die
stromführenden
Spulenwicklungen 48 in besonders konzentrierter Form vorliegen,
wodurch in diesem Bereich eine sehr starke mechanische Verformung
erzeugt wird. Die Vibrationswirkung einer solchen Rolle 2, 3, 5, 6 ist
gegenüber
der nach 7 und 8 entsprechend verstärkt.
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Eine
weitere Verstärkung
ergibt sich durch die Ausbildung einer solchen Rolle als fünfteilige
Umformrolle, die insgesamt sechsfach vorhandene Spulenwicklungen 48 aufweist.
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Die 11 zeigt eine Vierfachrolle
gemäss 9, wobei zusätzlich noch
dargestellt ist, dass in die Achse 45 ein zusätzlicher
Schwingungserzeuger eingebaut sein kann. Dieser Schwingungserzeuger 63 bildet
eine Innenerregung der Achse 45 mit einer entsprechenden
Schwingung. In der Mittenbohrung 50 der Achse 45 ist
eine Hülse 51 eingebracht,
in der ein oder mehrere Spulenwicklungen 52 angeordnet sind.
Die Spulenwicklung 52 ist mittels eines Gewindestiftes 53 verankert,
und über
die Anschlussdrähte 54 wird
die Anregungsspannung eingeleitet.
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Auf
diese Weise schwingt die gesamte Achse 45 in Querrichtung,
nämlich
in Pfeilrichtung 19, und teilt diese Schwingung über das
vorher erwähnte Gleitlager
dem Biegewerkzeug 2, 3, 5, 6 zu.
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Dieses
Biegewerkzeug (Biegerolle) schwingt dann noch gesondert aufgrund
der getrennten Stromversorgung über
die Spulenwicklungen 44.
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Es
kann hierbei vorgesehen werden, dass die Anregung der Spulenwicklung 52 im
achsseitigen Schwingungserzeuger 63 mit einer anderen Amplitude
und einer anderen Schwingungsfrequenz erfolgt, wie beispielsweise
die Anregung der Spulenwicklungen 44.
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Auf
diese Weise wird sichergestellt, dass die Biegerolle 2, 3, 5, 6 sowohl
in longitudinaler Richtung als auch in radialer Richtung 19 schwingt.
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Die 12 zeigt statt eines achsinnen
angeordneten Schwingungserzeuger 63 einen auf der Achse 45 aufgesetzten,
weiteren Schwingungserzeuger 55. Dieses Schwingungspaket
besteht im Wesentlichen aus einer außenliegenden Spulenwicklung 56,
die in einem zugeordneten Körper
angeordnet ist, der möglichst
formschlüssig
auf die Achse 45 aufgesetzt ist. Auf diese Weise wird der
Achse 45 eine Schwingung in Längsrichtung und auch in Querrichtung
zugeordnet. Diese Schwingung wird über die zugeordneten Gleitlager
auch der Rolle 2, 3, 5, 6 zugeleitet.
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Die 13 zeigt als weitere Ausführungsform,
dass die Spulenwicklungen 58 im Bereich einer Buchse 57 angeordnet
sind, die als gesondertes Teil ein Gleitlager mit der Achse 45 bildet.
Die Buchse 57 ist deshalb leicht auswechselbar und kann
durch andere Buchsen mit anderen Spulenwicklungen 58 ausgewechselt
werden.
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Sie
trägt einen
mittleren Stützring 29 vergrößerten Durchmessers, über den
die insbesondere auf den Mittenbereich der Rolle 2, 3, 5, 6 wirkenden Biegekräfte aufgenommen
werden.
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Die 14 und 15 zeigen als weitere Ausführungsform,
dass die Rolle 2, 3, 5, 6 auch
am Umfang verteilt angeordnete und parallel zueinander sitzende
Axialbohrungen 60 aufweisen kann, wobei in jede Axialbohrung
eine Spulenwicklung 61 eingreift und alle Spulenwicklungen 61 von
einer gemeinsamen Stromquelle beaufschlagt sind. Auch hier werden
die beiden Stirnseiten wiederum von einem Deckel 43 abgedeckt.
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16 – 18 zeigen
allgemein ein Umformverfahren über
die bekannte Matrizenumformung. Hierbei ist eine in zwei oder drei
Raumachsen bewegbare Biegematrize 70 vorgesehen, die beispielsweise
in den Pfeilrichtungen 71, 72, 75 verschoben und
zusätzlich
in den Drehrichtungen 73, 74 verdreht werden kann.
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Durch
den Durchtrittsspalt der Biegematrize 70 erstreckt sich
das zu biegende Profil 20, in dessen Innenraum (wie vorhin
dargestellt) in der Biegezone ein Dornschaft 16 mitgeführt wird,
der von einer Dornstange 13 bewegt ist.
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Im
Abstand von der Biegematrize 70 sind ein oder mehrere Fix-Matrizen 64 angeordnet,
die sich an dem zu biegenden Profil anlegen und an diesen Anlageflächen Schmierpolster 67 aufweisen.
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Wichtig
ist nun, dass der Biegematrize 70 mindestens ein Schwingungserzeuger 65 zugeordnet
ist, der eine etwa zentrische (sternförmige) Schwingung auf den Durchtrittsspalt
in der Biegematrize 70 erzeugt, so dass sich diese rhythmisch
vergrößert und
verkleinert und so dem zu biegenden Profil 20 eine entsprechende
Vibration mitteilt.
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Zusätzlich kann
es vorgesehen werden, dass auch den Fix-Matrizen 64 ein
eigener Schwingungserzeuger 66 zugeordnet wird. Dieser
Schwingungserzeuger wirkt insbesondere auf die Schmierpolster 67,
die demzufolge in eine Schwingung versetzt werden, um so eine verbesserte
Schmierwirkung auf das dort hindurchgeführte Profil 20 zu
erzeugen.
-
Das
zu biegende Profil wird in Pfeilrichtung 68 durch die Fix-Matrizen 64 und
die sich daran anschließende
Biegematratze 70 hindurchgeführt.
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Es
versteht sich von selbst, dass auch die Dornstange 13 und/oder
der Dornschaft 16 mit einem eigenen Schwingungserzeuger
beaufschlagt werden können,
wie dies anhand der allgemeinen Beschreibung vorstehend erläutert wurde.
-
Ebenso
ist es möglich,
das Profil selbst über den
Spannkopf 12 mit einer Schwingung zu beaufschlagen.
-
Ebenso
ist in diesem Ausführungsbeispiel nach
den 16–18 vorgesehen, dass auch
die Schmierung im Dornschaft 16 ggf. unter Zuhilfenahme
eines Schwingungserzeugers erfolgt, wie dies anhand der 4 erläutert wurde.
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Sämtliche
Erläuterungen,
die für
das Walzbiegeverfahren erläutert
wurden, gelten deshalb auch für
das Matrizenbiegen nach den 16–18.
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- 1
- Kopfmaschine
- 2
- Mittelrolle
- 3
- Walzrolle
- 4
- Pfeilrichtung
- 5
- Biegerolle
- 6
- Stützrolle
- 7
- Führungsrolle
- 8
- Vibrationssattel
- 9
- Vibrationssattel
- 10
- Brücke
- 11
- Schlitten
- 12
- Spannkopf
- 13
- Dornstange
- 14
- Spanngitter
- 15
- Führungsrolle
- 16
- Dornschaft
- 17
- Dornstation
- 18
- Dornschaftauflage
- 19
- Pfeilrichtung
- 20
- Profil
- 21
- Kabel
- 22
- Bohrung
- 23
- Spulenwicklung
- 24
- Ölkanal
- 25
- Ölfilm
- 26
- Kopfplatte
- 27
- Schleißplatte
- 28
- Hülse
- 29
- Pfeilrichtung
- 30
- Schwingungserzeuger
-
- (Spannkopf
- 31
- Schwingungserzeuger
-
- (Spannkopf
- 32
- Schwingungserzeuger
-
- (Spannkopf
- 33
- Schwingungserzeuger
-
- (Walzrolle)
- 34
- Schwingungserzeuger
-
- (Mittelrolle)
- 35
- Schwingungserzeuger
-
- (Mittelrolle)
- 36
- Schwingungserzeuger
-
- (Dornstation)
- 37
- Schwingungserzeuger
-
- (Dornschaft)
- 38
- Spannzylinder
- 39
- Führungsrolle
- 40
- Ölanschluss
- 41
- Flansch
- 42
- Ringnut
- 43
- Deckel
- 44
- Spulenwicklung
- 45
- Achse
- 46
- Rollfläche 46'
- 47
- Stoß
- 48
- Spulenwicklung
- 49
- Gleitlager
- 50
- Mittenbohrung
- 51
- Hülse
- 52
- Spulenwicklung
- 53
- Gewindestift
- 54
- Anschlussdraht
- 55
- Schwingungserzeuger
- 56
- Spulenwicklung
- 57
- Buchse
- 58
- Spulenwicklung
- 59
- Stützring
- 60
- Axialbohrung
- 61
- Spulenwicklung
- 62
- Pfeilrichtung
- 63
- Schwingungserzeuger
- 64
- Fix-Matrize
- 65
- Schwingungserzeuger
- 66
- Schwingungserzeuger
- 67
- Schmierpolster
- 68
- Pfeilrichtung
- 69
-
- 70
- Biegematrize
- 71
- Pfeilrichtung
- 72
- Pfeilrichtung
- 73
- Drehrichtung
- 74
- Drehrichtung
- 75
- Pfeilrichtung