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Die
Erfindung betrifft eine Biegevorrichtung für trapezförmige
Flachförmgüter für ein konturgenaues
Biegen bereits auf Fertigteillänge zugeschnittener Werkstückpakete,
insbesondere für Transversalleiter für die Generatorenherstellung,
wobei eine umlaufende Biegerolle mit einem feststehendem Werkzeug
in Wirkverbindung steht.
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Die
Formgebung von Werkstoffen durch Biegeprozesse ist hinreichend bekannt.
Hierzu sind sowohl die theoretischen Grundlagen als auch die erforderliche
Technik Stand der Technik. Mit dem Biegeprozess einhergehend ist
eine Streckung der oberen und eine Stauchung der unteren Zone des
Werkstückes verbunden.
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Aus
dem Stand der Technik sind Lösungen bekannt, die eine Formgebung
von Werkstoffen durch Biegen zum Inhalt haben. So wird in
DE 2343367 C2 eine
Vorrichtung und ein Verfahren zum Rundbiegen bzw. Einrollen von
im wesentlichen ebenen plattenförmigen Werkstücken
beschrieben. Hierbei wird das flächige Werkstück
wechselseitig zunächst eingerollt und zum Schluss fertiggerollt.
Diese Vorrichtung ist nur für geschlossene Kreisbögen
wie z. B. Behälter anwendbar. Für flächige
Werkstücke, deren gebogener Umfang kleiner als der Umfang
der Biegekontur ist, sowie für im Paket verbundener Werkstücke
kann dieses Prinzip nicht angewendet werden.
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Die
Patentschrift
DE 2641573
C3 beschreibt eine Blechbiegepresse. Hierbei wird ein Gesenk
mit einer parabelförmigen gegenüberliegenden Kontur
in Wirkverbindung gebracht, wobei das zwischen dem Gesenk und der
parabelförmigen Kontur befindliche Werkstück an
die Kontur gedrückt und somit gebogen wird. Die grundsätzliche
Erscheinung der Werkstoffrückfederung wird mit dieser Vorrichtung
nicht berücksichtigt bzw. ausgeglichen. Darüber
hinaus ist es mit dieser unter Schutz gestellten Vorrichtung nur möglich,
Teilsegmente einer konvexen Kontur herzustellen. Die Verformung
des Werkstückes selbst erfolgt durch ein auf einer geraden
Bewegungsbahn bewegten Außengesenk gegen die konkave Kontur des
innenliegenden Gesenkes. Nachteilig ist hierbei, dass die entstehende
Relativbahn zwischen dem Außengelenk und dem zu verformenden
Werkstück zusätzliche Zugspannungen in die obere
Werkstückseite einbringt, die eine Materialveränderung
nach sich zieht, die mit einer Streckung des Werkstückes
verbunden ist. Der mit der Relativbewegung verbundene Widerstand
an der Werkstückoberfläche wirkt sich ebenfalls
erheblich negativ auf die erforderlichen Biegekräfte aus.
Mit dieser unter Schutz gestellten Lösung ist es nicht
möglich, bereits auf Länge vorgefertigte Werkstücke
im Paket definiert zu verformen. Darüber hinaus bietet
diese Vorrichtung keine Möglichkeit, die rückfederungsbedingte
Verformung der einzelnen im Paket befindlichen Lagen zu vermeiden.
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Die
Offenlegungsschrift 2640800 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Biegen flachen Bandmaterials in eine zylindrische Gestalt. Hierbei
handelt es sich um eine 3-Rollen-Biegevorrichtung bekannter Art
für Bandstahl, wobei die Rückfederung durch Abtrennen
des gebogenen Abschnittes aufgehoben wird. Darüber hinaus
ist der vordere Teil des Bandes bereits durch Walzen vorzubiegen. Der
durch die angeordneten Walzenpaare erfolgte Biegeprozess wird so
durchgeführt, dass unter Nutzung und Kenntnis der Rückfederung
die gewünschte Verformung des Werkstückes erfolgt.
Eine Anwendbarkeit für Werkstücke mit Fertigteillänge
ist somit nicht gegeben.
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Weiterhin
wird in
DE 69401016
T2 ein Biegeverfahren und ein Biegegerät unter
Schutz gestellt. Die Arbeitsweise ist hierbei so, dass eine Vielzahl
nebeneinander angeordneter Druckelemente gegen eine gleiche Anzahl übereinander
angeordneter Druckelemente in Wirkverbindung stehen. Zwischen den
oberen und unteren Druckelementen und somit oberhalb und unterhalb
des zu verformenden Werkstückes befinden sich flexible
ebene Werkzeuge. Damit soll erfindungsgemäß erreicht
werden, dass mit den gegenüberliegenden, jeweils in Wirkverbindung stehenden
Werkzeugen eine Egalisierung der Biegekräfte entlang der
Verformungslinie erfolgt und eine direkte Berührung der
Biegewerkzeuge mit dem Werkstück vermieden wird. Durch
getrennte Ansteuerung der linear beweglich angeordneten Druckelemente
kann das dazwischen liegende Werkstück mit einem beliebigen
Radius gebogen werden, wobei die gegenüber liegenden Werkzeuge
für den Biegeprozess paarweise angesteuert werde. Mit der
Linearbewegung der Biegewerkzeuge während des Biegeprozesses
verbunden, ist eine Veränderung des Eingriffswinkels des
Biegewerkzeuges zur Oberfläche des Werkstückes
und somit eine Veränderung des Abstandes der Biegewerkzeuge
untereinander. Dies führt zur Druckerhöhung im
Antriebsstrang der jeweiligen Biegewerkzeuge und damit verbunden
zu einer Veränderung der vorgesehenen Biegekontur. Empfindlich
nachteilig ist bei dieser Vorrichtung ebenfalls, dass, bedingt durch
die starre Linearbewegung der Werkzeuge, nur eine geringe radiale
Verformung des Werkstückes möglich ist. Allein
dieser Nachteil führt dazu, dass diese Vorrichtung für
den vorgesehen Anwendungsfall nicht verwendet werden kann. Unter der
Annahme, dass dieses Verfahren mit der unter Schutz gestellten Vorrichtung
technisch beherrschbar ist, kann der mechanische und steuerungstechnische
Aufwand in keiner Weise als vertretbar betrachtet werden.
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Mit
allen aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist
es nicht möglich, mit bereits auf Fertigteillänge
und im Paket vereinten Werkstücken eine definierte Verformung
so durchzuführen, dass eine materialbedingte Rückfederung
der einzelnen Lagen untereinander und eine zusätzliche
Längsdeformation der obersten Lage des Paketes vermieden
werden und die Stirnseite der im Paket vereinten Einzellagen nach
dem Verformungsprozess exakt auf einen zum Drehpunkt des Werkzeuges
gerichteten Radialstrahl liegen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Biegevorrichtung zu schaffen,
insbesondere für im Paket vereinte Einzellagen, mit der
es möglich ist, die bekannten Nachteile aus dem Stand der
Technik zu beseitigen, eine definierte Biegung im Paket so durchzuführen,
dass die jeweiligen Einzellagen stirnseitig nach dem Biegeprozess
definiert auf einen Radialstrahl, zum Drehpunkt des Werkzeuges hin
gerichtet ausgebildet sind und eine zusätzliche Längsdeformation
der obersten Lage ausgeschlossen wird.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe dadurch gelöst, dass an einem Gestell (1)
oder an einer Führungsplatte (25) eine Werkstückaufnahme
(14) so angeordnet ist, das ein Werkzeug (4) befestigt
werden kann und dieses Werkzeug (4) mit einem angeordneten
Schwenkarm (2), mit einer über eine Führung (10)
beweglich angeordneten Biegerolle (3) in Wirkverbindung
steht. Das Werkstück (9) kann vorzugsweise aus
auf Fertigteillänge zugeschnittenen Einzellagen bestehen.
Zur radialen Bewegung der Biegerolle (3) ist vorzugsweise
ein Verstellzylinder (11) angeordnet. Für die
Fixierung und Spannung des Werkstückes (4) sind
Spannelemente (8) an einer Spanneinrichtung (5)
so angeordnet, dass ein kraft- und formschlüssiges Spannen
des Werkstückes (9) gesichert ist. Zur Realisierung
des Biegevorganges wird die Spanneinrichtung (5) mit den
Spannelementen (8) über eine Führung
(6) durch den an der Spanneinrichtung (5) angeordneten
Verstellantrieb (7) am Werkzeug (4) positioniert.
Nach dem Einlegen des Werkstückes (9) werden die
Spannelemente (8) aktiviert und das Werkstück
(9) kraft- und formschlüssig gespannt. Um den
Biegevorgang zu realisieren, wird zunächst die Biegerolle
(3) durch den am Schwenkarm (2) angeordneten Verstellzylinder
(11) an das Werkstück (9) herangefahren.
Eine direkte kraftschlüssige Berührung der Biegerolle
(3) mit der Oberfläche des Werkstückes
(9) ist hierbei vorteilhafterweise auszuschließen.
In diesem Zustand bildet sich ein Spalt (18) zwischen dem
Werkstück (9) und dem Werkzeug (4) bezogen
auf den Radialstrahl der Biegerolle (3) zum Mittelpunkt
(21) des Werkzeuges (4). Diese Position ist die
Startposition für den Biegevorgang. Die über den
Verstellantrieb (11) so positionierte Biegerolle (3)
wird in dieser Position arretiert und der Biegeprozess kann eingeleitet
werden. Hierzu ist in Wirkverbindung mit dem Schwenkarm (2)
ein Schwenkantrieb (16) angeordnet. Nach Befehlseingabe über
ein Steuerpult (12) wird über die Steuerung (13)
aktiv und über die angeordnete Ventilbatterie (15)
der Biegvorgang eingeleitet. Hierbei bewegt sich die Biegerolle
(3) so entlang der Biegekontur über das Werkzeug
(4), dass der Berührungspunkt (23) der
Biegerolle (3) mit dem Werkstück (9)
dem Berührungspunkt (22) des Werkstückes
(9) mit dem Werkzeug (4) um einen Versatz (24)
vorverlegt ist. Durch diese Anordnung wird vorteilhafterweise erreicht,
dass nur die für den Prozess erforderlichen Biegekräfte
auf das Werkstück (9) übertragen werden.
Ebenfalls ist es möglich, während des Biegevorganges
die Biegerolle (3) über den Verstellzylinder (11)
pulsierend auf das Werkstück (4) wirken zu lassen.
Der Biegevorgang wird vorerst im ersten Abschnitt beendet, wenn
die Biegerolle (3) den Endbereich des Werkstückes
(9) erreicht hat. In dieser Position liegt das Ende des
Werkstückes (9) nicht formschlüssig auf
dem Werkzeug (4) auf und ist durch einen Spalt (19)
getrennt. Zur Erreichung der Endkontur des gebogenen Werkstückes
wird in dieser Stellung bei stillstehenden Schwenkarm (2)
der Verstellzylinder (11) aktiviert und die Biegerolle
(3) mit einer definierten Druckkraft zum Werkzeug (4)
hin bewegt bis ein Formschluss zwischen Werkzeug (4) und Werkstück
(9) besteht. Danach fahren der Verstellzylinder (11)
mit der Biegerolle (3) und der Schwenkarm (2)
in die jeweilige Grundposition zurück. Bedingt durch die
erfindungsgemäße Anordnung der Funktionselemente
wird erreicht, dass nur definierte und für den Biegeprozess
erforderliche Biegekräfte auf des Werkstück (9) übertragen
werden. Dadurch wird gesichert, das bei Verwendung eines aus Einzellagen bestehenden
Werkstückes (9) die Enden der Einzellagen auf
einen gemeinsamen, zum Mittelpunkt (21) des Werkzeuges
(4) hin gerichteten Radialstrahl zu liegen kommen. Durch
die erfindungsgemäße Anordnung der Biegerolle
(3) in Wirkverbindung mit dem Werkszeug (4) und
den dadurch entstehenden Spalten (18; 19) werden
vorhandene Fertigungstolleranzen des Mittelpunktes (21)
des Werkzeuges (4) und seiner Werkstückaufnahme
(14) zum Drehpunkt (20) des Schwenkarmes (2)
ausgeglichen. Werden Werkstücke (9), die aus Einzellagen
bestehen verwendet, ist es vorteilhaft, als obere Decklage zusätzlich
ein elastisches Schutzband (17) anzuordnen. Diese erfindungsgemäße
Anordnung gewährleistet einen Schutz der Oberfläche
der obersten Lage und insbesondere wird durch diese Anordnung die
Rückfederung der obersten Lage des aus Einzellagen bestehen
Werkstückes (9) eliminiert.
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Erfindungsgemäß ist
es ebenfalls möglich, auf einer über eine Führung
(6) beweglich angeordneten Führungsplatte (25)
die Hauptfunktionselemente Schwenkarm (2), Schwenkantrieb
(16), Werkstückaufnahme (14) mit dem
Werkzeug (4) so anzuordnen, dass diese verfahrbar gegen
eine am Gestell (1) angeordneten Spanneinrichtung (5)
in Wirkverbindung gebracht werden können.
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Anwendungsgebiet
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die fertigende
und produzierende Industrie der Blech- und Metallverarbeitung, insbesondere
die Herstellungsunternehmen für Generatoren zur Erzeugung
elektrischer Energie. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
ist jedoch nicht auf die genannten Industriezweige beschränkt.
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An
einem Ausführungsbeispiel soll die erfindungsgemäße
Vorrichtung näher beschrieben werden. Hierzu zeigen:
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1:
Die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Vorderansicht
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2:
Die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Draufsicht
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3:
Die Grundstellung des Schwenkarmes zu Beginn des Biegevorganges
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4:
Die Darstellung am Ende der Drehbewegung des Schwenkarmes
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5:
Die Anordnung eines Schutzbandes
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6:
Zeigt den Berührungspunkt der Biegerolle mit dem Werkstück
und den Berührungspunkt des Werkstückes mit dem
Werkzeug zu Beginn des Biegeprozesses
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Auf
einem Gestell 1 sind die Hauptfunktionselemente der erfindungsgemäßen
Vorrichtung befestigt. Zur Aufnahme des Werkstückes 9 sind
Spannelemente 8 mit einer Führung 6 und
der Spanneinrichtung 5 verstellbar angeordnet. Über
einen Verstellantrieb 7 wird die Spanneinrichtung 5 mit
den Spannelementen 8 in die Arbeitsposition gebracht. Die
Werkstückaufnahme 14 ist fest am Gestell 1 angeordnet und
dient der Aufnahme des Werkzeuges 4 mit der zu biegenden
Kontur. Am Schwenkarm 2 ist eine über eine Führung 10 angeordnete
Biegerolle 3 dreh- und verfahrbar befestigt. Über
einen Verstellzylinder 11 wird die Biegerolle 3 in
die Grundposition zum Werkstück 9 hin bewegt.
In der Grundstellung der Biegevorrichtung wird zunächst
das Werkstück 9 über die Spannelemente 8 eingespannt.
Danach fährt die Biegerolle 3 mittels des Verstellzylinders 11 vorzugsweise
so an das Werkstück 9, das eine direkte Berührung
mit dem Werkstück 9 nicht erfolgt. In dieser Position
wird der Verstellzylinder 11 in seiner Lage fixiert. Über
ein Steuerpult 12 wird die Steuerung 13 aktiviert
und über die angeordnete Ventilbatterie 15 wird
der Schwenkarm 2 durch den Schwenkantrieb 16 in
Drehbewegung versetzt und die Biegerolle 3 legt sich formschlüssig
an das zu biegende Werkstück 9 an. Mit fortlaufender
Drehung des Schwenkarmes 2 erfolgt die Verformung des Werkstückes 9 entsprechend
der durch das Werkzeug 4 vorgegebenen Kontur. Vorteilhafterweise
ist es ebenfalls möglich, während des Biegevorganges
die Biegerolle 3 über den Verstellzylinder 11 pulsierend
auf das Werkstück 4 wirken zu lassen.
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Der
Biegevorgang wird solange fortgesetzt, bis die Biegrolle 3 das
Ende des Werkstückes 9 erreicht. in dieser Position
wird vorzugsweise der Schwenkantrieb 16 stillgesetzt und
die Schwenkbewegung des Schwenkarmes 2 vorerst beendet.
Danach wird durch erneutes Bewegen des Verstellzylinders 11 das
Ende des Werkstückes 9 durch die Biegerolle 3 auf
das Werkzeug 4 gedrückt und damit die konturerforderliche
Verformung des Werkstücken des erreicht.
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In 2 ist
die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Draufsicht
dargestellt. Diese zeigt die Anordnung des Schwenkantriebes 16 in
Wirkverbindung mit dem Schwenkarm 2.
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In 3 ist
der Beginn des Biegevorganges dargestellt. Hierbei entsteht durch
die erfindungsgemäße Anordnung der verstellbaren
Biegerolle 3 zwischen dem Werkzeug 4 und dem Werkstück 9 ein Spalt 18.
Nach Beginn des Biegevorganges vermindert sich dieser Spalt und
das Werkstück 9 legt sich formschlüssig
an das Werkzeug 4 an. Bedingt durch diesen Spalt 18 und
der fixierten Biegerolle 3 liegt das Ende des Werkstückes 9 am
Ende des Biegevorganges nicht formschlüssig auf dem Werkzeug 4 an. In 6 ist
der Berührungspunkt 23 der Biegerolle 3 mit
dem Werkstück 4 und der Berührungspunkt 22 des
Werkstückes 9 mit dem Werkzeug 4 dargestellt. Bedingt
durch diese erfindungsgemäße Anordnung dieser
Berührungspunkte 22; 23 entsteht ein
Versatz 24 der für die Einleitung der Biegekräfte
erforderlichen Kräfte.
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4 zeigt
das Ende des Biegevorganges mit dem entstandenen Spalt 19.
In dieser Position verharrt der Schwenkarm 2 und die Biegerolle 3 wird über
den Verstellzylinder 11 mit dem Werkstück 9 in Wirkverbindung
gebracht und verformt das Ende des Werkstückes 9 auf
das Werkzeug 4.
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In 5 ist
eine weitere besonders vorteilhafte Ausführung der Biegevorrichtung
dargestellt. Diese besteht darin, dass für die Kraftübertragung der
Biegerolle 3 auf das Werkstück 9 zusätzlich
ein elastisches Schutzband 17 so angeordnet ist, dass keine
direkte Berührung der Biegerolle 3 mit dem Werkstück 9 erfolgt.
Diese erfindungsgemäße Anordnung des Schutzbandes 17 bewirkt
die Vermeidung der Beschädigung der Oberfläche
des Werkstückes 9 während des Biegevorganges
und gleichzeitig wird eine zusätzliche Längsverformung
der oberen Lage bzw. der oberen Werkstückzone vermieden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung
des Schutzbandes 17 besteht darin, dass damit die rückfederungsbedingte
Rückverformung der obersten Lage des Werkstückes 9 vermieden
wird, so dass die einzelnen Lagen des Werkstückes 9 nach
dem Biegeprozess deckungsgleich auf einander zu liegen kommen. Bedingt
durch die erfindungsgemäße Anordnung der Wirkelemente
der Biegevorrichtung wird eine differenzierte Deformation der einzelnen
Lagen des Werkstückes 9 entlang der Biegelinie
ausgeschlossen und die Enden des Werkstückes 9 liegen auf
einem Radialstrahl zum Mittelpunkt des Werkzeuges 4.
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Fertigungstechnisch
bedingt ist der Drehpunkt 20 des Schwenkarmes 2 zum
Mittelpunkt 21 des Werkstückes 4 toleranzbehaftet
versetzt bzw. nur mit hohem technischen Aufwand in Übereinstimmung
zu bringen ist. Die vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung toleriert diese fertigungsbedingten Maßabweichungen
dadurch, indem die Biegerolle 3 nur über den Spalt 18 so
zur Wirkung gebracht wird, dass der Kraftangriffspunkt der Biegerolle 3 auf
das Werkstück 9 in Biegerichtung verschoben wird
und somit die Kraftübertragung auf das Werkzeug 4 nicht über
die Biegerolle 3 sondern über das Werkstück 9 auf
das Werkzeug 4 erfolgt. Das Werkstück 9 wird
dadurch mit konstanter Biegekraft verformt.
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Eine
vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist weiterhin so gestaltet, dass über eine
Führung 6 eine verfahrbare Führungsplatte 25 angeordnet
ist, auf der die Hauptfunktionselemente Schwenkarm 2, Schwenkantrieb 16 und
die Werkstückaufnahme 14 mit dem Werkzeug 4 befestigt sind.
Die Spanneinrichtung 5 ist hierbei vorzugsweise am Gestell 1 befestigt. Über
einen angeordneten Verstellantrieb 7 wird die Führungsplatte 25 so
zur Spanneinrichtung 5 hin bewegt, dass das Werkstück 9 am
Werkzeug 4 mit der Spanneinrichtung 5 gespannt
werden kann. Die Führungsplatte 25 wird in dieser
Position vorteilhafterweise arretiert.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Merkmalen
der Schutzansprüche.
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- 1
- Gestell
- 2
- Schwenkarm
- 3
- Biegerolle
- 4
- Werkzeug
- 5
- Spanneinrichtung
- 6
- Führung
- 7
- Verstellantrieb
- 8
- Spannelemente
- 9
- Werkstück
- 10
- Führung
- 11
- Verstellzylinder
- 12
- Steuerpult
- 13
- Steuerung
- 14
- Werkstückaufnahme
- 15
- Ventilbatterie
- 16
- Schwenkantrieb
- 17
- Schutzband
- 18
- Spalt
- 19
- Spalt
- 20
- Drehpunkt
- 21
- Mittelpunkt
- 22
- Berührungspunkt
- 23
- Berührungspunkt
- 24
- Versatz
- 25
- Führungsplatte
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 2343367
C2 [0003]
- - DE 2641573 C3 [0004]
- - DE 69401016 T2 [0006]